JPH11196230A

JPH11196230A - 画像読み取りシステム

Info

Publication number: JPH11196230A
Application number: JP10297067A
Authority: JP
Inventors: Koichi Maruyama; 晃一丸山
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1997-10-20
Filing date: 1998-10-19
Publication date: 1999-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】処理ユニットにかかる付加を低減しつつ、よ
り明瞭な像を再現することができる画像読み取りシステ
ムの提供を課題(目的)とする。【解決手段】イメージスキャナは、コンタクトガラス
１１、光源１３、結像光学系２０、色分解フィルター１
４、そして画像処理装置３０を備えている。画像処理装
置３０は、主センサとしての主ＣＣＤ１２、画像処理ユ
ニット３１、フレームメモリ３２、そしてフレア補正ユ
ニット３３を有している。結像光学系２０は、回折格子
と屈折素子とを備えたレンズ系であり、絞りは結像光学
系２０中の回折面に近接して配置されている。フレア補
正ユニット３３は、フレームメモリ３２に記憶された原
画像信号を補正し、回折格子の回折効率の波長依存性に
起因して原画像信号に含まれるフレア成分を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、回折格子を含む
結像光学系によりイメージセンサ上に形成されたカラー
画像を読み取る画像読み取り装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】イメージスキャナやデジタルファクシミ
リのような画像入力装置は、結像光学系と画像処理装置
とを含む画像読み取り装置を備えている。物体の像は、
結像光学系を介してＣＣＤのようなイメージセンサ上に
形成され、画像処理装置は、ＣＣＤからの画像データか
らＲＧＢコンポーネント信号のような映像信号を生成す
る。近年、装置のサイズを大きくせずに、より鮮明な画
像を取り込むため、入力装置の解像度が高くなる傾向が
ある。入力装置の解像度を高めるためには、結像光学系
は高解像度(低収差)レンズを備える必要がある。

【０００３】色収差を補正するためには、結像光学系に
屈折素子に加えて回折格子を設けることができる。回折
格子の分散は屈折型の素子のそれとは逆符号となるた
め、回折格子を利用することにより、素子の数を増やさ
ずに色収差を低減することができる。回折格子は、入射
光線を回折させて、何種類かの回折次数の回折光に分離
する。回折格子を屈折型の素子の代わりに利用する場
合、回折格子は特定回折次数の回折光についての回折効
率が最大となるよう設計される。回折効率は、特定回折
次数の回折光の光量の、入射光量に対する比率である。
一般には、格子は１次回折光を最大化するよう設計され
る。

【０００４】しかしながら、回折効率は使用波長に応じ
て変化するため、使用波長と設計波長との差が大きくな
ると、回折効率が低下する。例えば、回折格子が波長５
２５ｎｍに対して最適化(ブレーズ化)された場合、５２
５ｎｍでの回折効率は１００％となるが、４３６ｎｍで
は８７％、６５６ｎｍでは８８％となる。１次以外の回
折次数の光は１次光とは収束度が違うため、回折効率が
低下するとフレアが増加し、これが像の品質を劣化させ
る。

【０００５】特開平９−２３８３５７号公報には、回折
格子の利用によるフレア成分を除去する画像処理ユニッ
トを備えた画像読み取り装置が開示されている。この公
報に開示される画像読み取り装置は、９個のレンズと回
折素子とを備えている。回折格子が形成された平行平面
板である回折素子は、第９レンズとＣＣＤとの間に配置
されている。一方、絞りは、第４レンズと第５レンズと
の間に配置されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例では、ＣＣＤ上でのフレアの範囲が場所により
変化し、光軸からの距離に応じてフレア成分の影響を変
更する関数が必要となる。ただし、このような関数は多
大な計算を必要とするため、処理ユニットの負荷が増大
するという問題がある。

【０００７】この発明は、上述した従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、従来の装置と比較して処理
ユニットにかかる負荷を低減しつつ、より明瞭な像を再
現することができる画像読み取りシステムの提供を課題
(目的)とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる画像読
み取りシステムの第１の態様は、少なくとも１つの屈折
レンズ、および所定のブレーズ波長を持つ回折格子を含
み、所定の回折次数の回折光により物体の像を形成する
結像光学系と、回折格子に近接して配置された絞りと、
像の各色成分を読み取るイメージセンサと、イメージセ
ンサから出力される原画像信号から、所定の回折次数の
回折光以外の回折次数の不要回折光によるフレア成分を
除去するフレア補正手段とを有することを特徴とする。

【０００９】この構成によれば、原画像信号のみに基づ
いて、不要回折光によるフレア成分を除去することがで
きる。また、絞りが回折面に近接して配置されているた
め、不要回折光の像面上での広がりが像面上での位置に
よらずほぼ一定であり、フレア除去のための演算の際に
対象画素の位置に応じた補正が必要なく、制御系の負荷
が軽くなる。

【００１０】第２の態様は、少なくとも１つの屈折レン
ズ、および所定のブレーズ波長を持つ回折格子を含み、
所定の回折次数の回折光により物体の像を形成する結像
光学系と、像の各色成分を読み取る主イメージセンサ
と、主イメージセンサと光学的に等価な面からずれたデ
フォーカス位置に配置され、所定の色成分の平均強度信
号を出力する少なくとも１つの副イメージセンサと、対
象物から結像光学系を介して入射する光を主イメージセ
ンサと副イメージセンサとに向けて分岐させるビームス
プリッターと、主イメージセンサの対象画素から出力さ
れる原画像信号を、副イメージセンサ上で対象画素に対
応する画素から出力される平均強度信号に基づいて補正
し、所定の回折次数の回折光以外の回折次数の不要回折
光によるフレア成分を除去するフレア補正手段とを有す
ることを特徴とする。

【００１１】上記の構成によれば、第１の態様と比較し
て設けるセンサの数は多くなるが、副イメージセンサを
デフォーカス位置に配置して光学的に平均強度を検出す
ることにより、信号演算の際に平均強度を求める必要が
なく、演算が容易となる。

【００１２】さらに、第３の態様は、少なくとも１つの
屈折レンズ、および所定のブレーズ波長を持つ回折格子
を含み、所定の回折次数の回折光により物体の像を形成
する結像光学系と、像の各色成分を読み取る主イメージ
センサと、対象物の読み取り範囲全体からの光を受光し
て全体信号を出力する少なくとも１つの受光素子と、主
イメージセンサの対象画素から出力される原画像信号
を、受光素子から出力される全体信号に基づいて補正
し、所定の回折次数の回折光以外の回折次数の不要回折
光によるフレア成分を除去するフレア補正手段とを有す
ることを特徴とする。

【００１３】第３の態様では、受光素子により全体の光
強度を検出し、この検出結果に基づいて全画素に対して
同一の補正ができ、対象物が文書であるような場合に
は、簡単な方法でフレア成分を除去することができる。

【００１４】フレア補正手段は、全ての色成分について
補正をしてもよいが、ブレーズ波長を含む色成分につい
ては補正せずに、それ以外の色成分の原画像信号のみを
補正するようにしてもよい。一般に、色成分はＲ(赤)，
Ｇ(緑)，Ｂ(青)の３色であり、ブレーズ波長は中央の色
成分であるＧ成分の領域内に設定される場合が多い。こ
の場合には、Ｒ成分とＢ成分とのみを補正するようにす
ればよい。したがって、第２の態様の副イメージセンサ
はＲ成分用とＢ成分用とで２つ設けるのが望ましい。第
３の態様の受光素子にしても、同様に２つ設けるのが望
ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる画像読み
取りシステムの実施形態を説明する。以下に説明する３
つの実施形態では、対象物のカラー画像を読み取って画
像データとして映像信号を出力するカラーイメージスキ
ャナにこの発明が適用されている。特に、第１、第２の
実施形態は、カラー写真のような多階調の像を読み取る
のに適し、第３の実施形態は文書のような文字画像を読
み取るのに適している。

【００１６】

【第１の実施形態】図１に示すように、第１の実施形態
にかかるイメージスキャナは、コンタクトガラス１１、
光源１３、結像光学系２０、色分解フィルター１４、そ
して画像処理装置３０を備えている。画像処理装置３０
は、主イメージセンサとしての主ＣＣＤ１２、画像処理
ユニット３１、フレームメモリ３２、そしてフレア補正
ユニット３３を有している。

【００１７】光源１３は、可視域波長の連続スペクトル
を持つ白色光を発する。主ＣＣＤ１２は、図２(Ａ)に示
すように、赤(Ｒ)、緑(Ｇ)、青(Ｂ)の各成分用の主イメ
ージセンサとして３本のラインセンサ１２Ｒ，１２Ｇ，
１２Ｂを備えている。各ラインセンサは、それぞれ直線
的に配列した多数のセンサ素子(画素)を有している。色
分解フィルター１４は、Ｒ成分透過、Ｇ成分透過、Ｂ成
分透過の３つの領域を備え、主ＣＣＤ１２の各ラインセ
ンサにそれぞれＲ，Ｇ，Ｂ成分を入射させるように主Ｃ
ＣＤ１２の直前に配置されている。主イメージセンサと
しては、この主ＣＣＤ１２に代えて図２(Ｂ)に示すＣＣ
Ｄ１２'を用いることもできる。ＣＣＤ１２'は、Ｒ，
Ｇ，Ｂ成分用の画素グループ１２'Ｒ，１２'Ｇ，１２'
Ｂが繰り返して構成される１本のラインセンサを備えて
いる。この場合には、色分解フィルターは各画素グルー
プ毎に対応して配置される。

【００１８】結像光学系２０は、回折格子と屈折素子と
を備えたレンズ系である。回折格子は、少ないレンズ枚
数で良好な性能、すなわち色収差が少ないこと、を得る
ために用いられている。後述するように、絞りは結像光
学系２０中の回折面に近接して配置されている。読み取
り対象物Ｏは、コンタクトガラス１１上に載置され、光
源１３により照明される。対象物Ｏからの反射光は、ミ
ラーＭにより反射され、結像光学系２０に入射する。主
ＣＣＤ１２上には、対象物Ｏの線状の一部の像が結像光
学系２０を介して形成される。画像処理ユニット３１
は、主ＣＣＤ１２から出力されるアナログのセンサ信号
をデジタルの原画像信号に変換すると共に、この信号を
フレームメモリ３２に記憶させる。

【００１９】実施形態のイメージスキャナーは、図１に
は示されていないが、公知の紙送り機構、あるいは走査
機構を備えている。送り機構あるいは走査機構は、主Ｃ
ＣＤ１２と対象物Ｏとの位置関係を、これらの間の距離
を変えずに変化させる。原画像信号は、送り動作、ある
いは走査に伴って二次元画像データとしてフレームメモ
リ３２上でマッピングされる。フレア補正ユニット３３
は、フレームメモリ３２に記憶された原画像信号を補正
し、回折格子の回折効率の波長依存性に起因して原画像
信号に含まれるフレア成分を除去する。フレア補正ユニ
ット３３から出力される補正画像信号は、回折格子を含
まない光学系により検知された信号と同様に処理するこ
とができる。

【００２０】次に、フレア補正の原理について説明す
る。図３は、読み取り対象物Ｏ上の物点Ｐを示し、図４
はこの物点Ｐと光学的に共役な像点ｐを示す。上述のよ
うに、回折格子は波長依存性を有している。使用する光
の波長とブレーズ波長との差が大きくなるにしたがい、
１次回折光が減少し、他の回折次数の回折光の光量が増
加する。

【００２１】ここで以下の(１)〜(４)の条件が成り立つ
ものと仮定する。 (１) １次回折光が像を形成するために用いられ、０次
回折光と２次回折光とが１次回折光の像面上で同一サイ
ズのぼけたスポットを形成する(同一サイズの領域に拡
散する)。 (２) ぼけたスポットの大きさは波長にのみ依存し、像
面上の位置(光軸からの距離)には依存しない。 (３) ３次以上の高次回折光は存在しない。 (４) Ｒ，Ｇ，Ｂの各成分における回折効率は、各波長
範囲内においては一定である。

【００２２】絞りと回折面とを近接させて配置すること
により、上記の仮定(１)，(２)はほぼ成立する。結像光
学系がビネッティングを有する場合や、０次光と２次光
とで倍率の異なる像が形成される場合には、ぼけたスポ
ットの大きさは像面内での位置に依存して変化し、その
場合には像点毎に補正のやり方を変えなければならな
い。第１の実施形態では、絞りを回折面に近づけて配置
することにより、ビネッティングや位置に依拠した倍率
の相違を抑えている。したがって、条件(１)，(２)はほ
ぼ成立する。

【００２３】条件(３)に関しては、実際には３次以上の
高次回折光も僅かに存在する。しかしながら、第１の実
施形態ではこれらの高次回折光は計算上無視している。
現実的には、光量が多い０次回折光と２次回折光とによ
るフレア成分を除去できれば十分だからである。厳密に
言えば、回折効率は波長依存性を持つため、条件(４)は
成立しない。しかし、各色成分の波長幅を狭く設定する
ことにより、実際上は条件(４)の仮定を成立させても差
し支えない。

【００２４】像点ｐの光強度は、物点Ｐからの１次回折
光と、物体領域５０からの０次及び２次回折光との和と
して規定される。物体面上の物体領域５０は、Ｒ成分に
ついては物点Ｐを中心とする半径Ψ_Rmaxの円として表現
される。物体領域５０内のあらゆる点からの０次、２次
回折光が、像点ｐの強度に影響する。

【００２５】像面上の像領域５１は、物体領域５０に対
応している。物体領域５０からのあらゆる点からの１次
回折光が、像領域５１に到達する。像面上の像領域５１
は、ｐを中心とした半径ψ_Rmaxの円として表される。物
体領域５０と像領域５１との半径は、波長に依存する。
各領域の半径の値は、Ｇ成分については、Ψ_Gmax及びψ
_Gmax、Ｂ成分については、Ψ_Bmax及びψ_Bmaxが用いられ
る。Ｒ成分に関する像領域の半径ψ_Rmaxは、以下の式に
より求められる。 ψ_Rmax＝(Δ0R−Δ2R)／(FNo×４)

【００２６】ここで、Δ0R及びΔ2Rは、Ｒ成分に関し、
１次回折光の像面を基準とした際の０次、２次回折光の
像面のシフト量であり、FNoは結像光学系の有効Ｆナン
バーである。Ｇ成分、Ｂ成分に関する像領域も、同様の
計算により求められる。

【００２７】０次、２次の回折光は１次回折光とは収束
度が異なるため、０次、２次回折光の像面は１次回折光
の像面である主ＣＣＤ１２には一致しない。０次回折光
の像面と１次回折光の像面との距離は、２次回折光の像
面と１次回折光の像面との距離にほぼ等しい。そして、
０次回折光の像面は、１次回折光の像面を挟んで２次回
折光の像面の反対側に位置する。

【００２８】０次、２次回折光の像面のシフト量が互い
にほぼ等しいため、これらの回折光は主ＣＣＤ１２上で
は焦点を結ばず、ほぼ同じサイズのぼけたスポットを形
成する。特に、このぼけたスポット(像領域)の直径は、
平均的な像面シフト量を有効Ｆナンバーで割った商に等
しいものと考えることができる。平均的な像面シフト量
は、(Δ0R−Δ2R)／２で求められるため、像領域の半径
は前述のように(Δ0R−Δ2R)／(FNo×４)により求めら
れる。０次、２次回折光についてそれぞれ異なる半径を
用いることも可能であるが、実際上そこまでは要求され
ない。第１の実施形態では、平均半径のみが用いられて
いる。

【００２９】物点ＰにおけるＲ，Ｇ，Ｂ各成分の強度を
ＲP，ＧP，ＢPとし、物点における強度をそれぞれＲp，
Ｇp，Ｂpとすると、物点Ｐでの光強度と像点ｐでの光強
度との関係は以下の式により表わされる。

【００３０】

【数３】

【００３１】ここで、ＥR，ＥG，ＥBはＲ成分、Ｇ成
分、Ｂ成分の各中心波長における回折効率、ＲＰΨ，Ｇ
ＰΨ，ＢＰΨは物点Ｐから距離Ψ離れた点でのＲ成分、
Ｇ成分、Ｂ成分の強度、ＳR，ＳG，ＳBはＲ成分、Ｇ成
分、Ｂ成分の物体領域５０の面積である(ＳR＝πΨ_Rmax
²，ＳG＝πΨ_Gmax ²，ＳB＝πΨ_Bmax ²)。例えば、(ΣＲ
ＰΨ)／ＳRは、Ｒ成分の物体領域５０内における平均光
強度を示す。

【００３２】出力される画像信号に基づいて対象物の映
像データを再生するためには、光強度に関する上記の関
係を電気信号の計算に置き換える必要がある。フレア補
正ユニット３３は、フレームメモリ３２に記憶された原
画像信号Ｒip，Ｇip，Ｂipに基づいて光強度ＲP，ＧP，
ＢPに対応する補正画像信号Ｒop，Ｇop，Ｂopを再生し
なければならない。回折格子のブレーズ波長はＧ成分の
中央波長にほぼ等しいため、Ｇ成分に関しては回折効率
の低下を無視することができる。したがって、Ｇ成分に
ついてはフレア補正をしなくてもよい。フレア補正ユニ
ット３３は、以下の計算に基づいて原画像信号Ｒip，Ｇ
ip，Ｂipからフレア成分を除去し、補正画像信号Ｒop，
Ｇop，Ｂopを生成する。

【００３３】

【数４】

【００３４】ここで、Ｒipψ、Ｂipψは、像点ｐから距
離ψ離れた点に対応する画素から出力されるＲ成分、Ｂ
成分の原画像信号、ｓR，ｓBはＲ成分、Ｂ成分の像領域
５１の面積である(ｓR＝πψ_Rmax ²，ｓB＝πψ_Bmax ²)。
例えば、(ΣＲipψ)／ｓRは、Ｒ成分の物体領域５０内
における平均信号強度を示す。上記の説明は、像点ｐに
おける補正画像信号Ｒop，Ｇop，Ｂopを求めるプロセス
を示すが、実際にはフレームメモリ３２上にマッピング
された所定の領域内の各画素につき同様の計算が必要と
なる。

【００３５】図５は、所定領域内の全画素について補正
画像信号を求めるためのプロセスを示すフローチャート
である。このフローチャートでは、像点はｘ−ｙ座標で
表されている。対象画素の原画像信号は、ステップ４
(S.4)においてフレームメモリ３２から読み取られる。
ステップ７からステップ１７の処理では、対象画素の周
囲の像領域５１内の画素の全強度の和が検出される。画
素数ＩＲ，ＩＢは、画像領域の面積を示す。このプロセ
スでは、所定領域内の全ての画素について原画像信号が
読み取られ、対象画素の像領域５１に含まれる画素の信
号のみが積算される。Ｒ成分とＢ成分との補正画像信号
は、ステップ１８，１９において求められる。Ｇ成分は
補正されない。

【００３６】図６は、結像光学系２０の具体的な構成例
を示す。結像光学系２０は、第１レンズ２１、絞りＳ、
第２レンズ２２、第３レンズ２３が物体側から順に配列
して構成される。第１レンズは、回折屈折ハイブリッド
レンズであり、屈折レンズのレンズ面に回折格子が形成
されている。回折格子は、断面楔型の輪帯がフレネルレ
ンズのように多数同心円状に配置して構成されている。
隣接する輪帯の境界は、所定の光路差を与える段差とし
て形成されている。回折格子は、第１レンズ２１の像側
面２１ａに形成されており、絞りＳはこの第１レンズの
像側面２１ａに近接して配置されている。

【００３７】結像光学系２０の数値構成は、以下の表１
に示される通りである。表中、ｒ(mm)は面の曲率半径
(非球面については頂点の値)、ｄ(mm)は光軸に沿った面
間の距離、Ｎは波長540nmにおける屈折率、νdはアッベ
数、Ｎdは波長588nm(ｄ線)での屈折率である。

【００３８】

【表１】面番号 R D N νd Nd 1 6.742 4.470 1.52798 56.3 1.52538 2 5.811 1.480 - - - 3 -11.306 1.000 1.52798 56.3 1.52538 4 -16.561 0.480 - - - 5 72.553 1.280 1.77682 49.6 1.77250 6 -21.308 - - - -

【００３９】面番号２で表される第１レンズ２１の像側
面は、非球面のベースカーブ上に回折格子が形成された
回折面である。面番号６で表される第３レンズ２３の像
側面は非球面である。非球面は、以下の式で表される。

【００４０】

【数５】

【００４１】ここで、Ｘ(h)は非球面上で光軸から高さ
ｈの点の、非球面頂点での接平面からの距離を示すサグ
量である。Ｃは面頂点の曲率(1/r)、Ｋは円錐定数、Ａ
4，Ａ6，Ａ8，Ａ10はそれぞれ４次、６次、８次、１０
次の非球面係数である。円錐定数Ｋと非球面係数Ａ4，
Ａ6，Ａ8，Ａ10は表２に示されている。

【００４２】

【表２】第４面第８面 K = 0.00000 K = 0.00000 A4 = 0.54350×10^-3 A4 =-0.27480×10^-3 A6 = 0.61370×10^-4 A6 =-0.30440×10^-4 A8 = 0.00000 A8 = 0.00000 A10 = 0.00000 A10 =-0.90000×10^-7

【００４３】レンズ面上に形成された回折格子は、以下
の多項式で表される。 Φ(h)＝(Ｐ2ｈ²＋Ｐ4ｈ⁴＋Ｐ6ｈ⁶)×λ Φ(h)は光路差関数、Ｐ2，Ｐ4，Ｐ6は２次、４次、６次
の回折係数である。光路差関数Φ(h)の単位は波長λで
ある。光路差関数Φ(h)は、光軸からの高さｈの点にお
いて、格子で回折されなかったとした場合の想像上の光
線と、格子により回折された実際の光線との光路差を示
す。この表現による場合、２次の回折係数Ｐ2が負であ
るときに回折格子は近軸的に正のパワーを有し、４次の
回折係数Ｐ4が正の時に光軸から離れるに従って負のパ
ワーが増大する。この例では、各回折係数の値は以下の
通りである。Ｐ2＝ -4.251 Ｐ4＝ -3.140×10^-2 Ｐ6＝ -5.100×10^-4

【００４４】図７は、実施形態の結像光学系の３次収差
を示す。(Ａ)は450nm,540nm,630nmの球面収差、(Ｂ)は
(Ａ)と同様の波長による倍率色収差、(Ｃ)は非点収差
(Ｓ：サジタル、Ｍ：メリディオナル)、(Ｄ)は歪曲収差
を示す。グラフの縦軸は、(Ａ)ではＦナンバー、(Ｂ)〜
(Ｄ)では像面上での光軸からの高さＹ(mm)である。横軸
の単位は、(Ａ)〜(Ｃ)では「ｍｍ」、(Ｄ)では「％」で
ある。

【００４５】次に、第１の実施形態に基づくフレア補正
の具体的な例を説明する。図８は、上述した具体的な構
成による結像光学系の回折効率の波長依存性を示すグラ
フである。結像光学系２０は、波長540nmでの収差を最
小にするよう設計されているが、Ｂ成分のフレアをより
低減するため、回折格子は波長525nmにブレーズ化され
ている。

【００４６】色分解フィルター１４は、前述のようにＲ
成分用、Ｇ成分用、Ｂ成分用の３色のフィルターから構
成され、Ｇ成分用の部分でのＧ成分の中心波長での透過
率が、Ｒ成分及びＢ成分の中心波長での透過率より相対
的に高くなるような波長依存性を有する。色分解フィル
ター１４のＲ成分用、Ｇ成分用、Ｂ成分用の各部分で透
過率が最も高い中心波長は、それぞれ625nm, 544nm, 45
7nmである。図９は、光源１３、色分解フィルター１
４、ラインセンサの分光感度を考慮に入れた際の主ＣＣ
Ｄ１２の各ラインセンサの分光感度を示す。

【００４７】図８に示した回折効率と図９に示した分光
感度とを合わせると、図１０に示すような相対フレア感
度が求められる。回折格子はＧ成分内の特定波長に対し
てブレーズ化されているため、Ｇ成分でのフレア感度は
Ｒ成分やＢ成分におけるフレア感度より低くなってい
る。色分解フィルター１４の中心波長における０次、１
次、２次回折光の回折効率は、以下の表３に示すとおり
である。

【００４８】

【表３】波長０次光１次光２次光 625 nm 0.0333 0.9186 0.0175 544 nm 0.0013 0.9960 0.0011 457 nm 0.0156 0.9293 0.0284

【００４９】ブレーズ波長からのズレが大きくなるほど
不要回折光(０次光、２次光)が増加するため、フレア分
布の中心波長はＢ成分に関してはラインセンサ１２Ｂの
分光感度の中心波長より短くなり、Ｒ成分に関してはラ
インセンサ１２Ｒの分光感度の中心波長より長くなる。
Ｒ，Ｇ，Ｂ各成分における平均回折効率ＥR，ＥG，ＥB
は、それぞれ92%、100%、92%である。

【００５０】一方、ラインセンサ１２Ｒ，１２Ｇ，１２
Ｂに対する平均フレア率は、それぞれ0.0835，0.0120，
0.0834である。仮にフレア補正をしないと、Ｒ成分、Ｂ
成分については入射光の約８％が主ＣＣＤ１２上に収束
しないこととなり、これが像のコントラストを低下させ
る。以下の表４は、スポットダイヤグラムのシミュレー
ション結果から求めた０次光、２次光による像領域(ぼ
けたスポット)５１の半径の平均値を示す。

【００５１】

【表４】波長回折次数半径 630 nm 0 0.16 mm 630 nm 2 0.20 mm 450 nm 0 0.12 mm 450 nm 2 0.15 mm

【００５２】この結果から、Ｒ成分についての像領域５
１の半径ψRmaxは０．１８ｍｍ、Ｂ成分についての像領
域５１の半径ψBmaxは０．１３ｍｍと仮定できる。フレ
ア補正ユニット３３は、以下の式に従って原画像信号Ｒ
ip，Ｇip，Ｂipから補正画像信号Ｒop，Ｇop，Ｂopを求
める。

【００５３】

【数６】

【００５４】

【第２の実施形態】第２の実施形態にかかるイメージス
キャナーは、平均強度信号を出力する一対の副イメージ
センサを備えている。平均強度信号を利用することによ
り、第１の実施形態におる平均化プロセスを省略するこ
とができる。図１１は、第２の実施形態のイメージスキ
ャナを示す。第１の実施形態の構成要素に加え、副イメ
ージセンサとしての一対の副ＣＣＤ１５，１６と、ビー
ムスプリッター１７，１８とが含まれている。第１の副
ＣＣＤ１５は、ラインセンサとＲ成分を透過させるフィ
ルターとを備えている。第２の副ＣＣＤ１６は、ライン
センサとＢ成分を透過させるフィルターとを備えてい
る。

【００５５】第１の副ＣＣＤ１５は、主ＣＣＤ１２と等
価な位置より距離ｄRだけ後方のデフォーカス位置に配
置されている。同様にして、第２の副ＣＣＤ１６は、等
価面より距離ｄBだけ後方のデフォーカス位置に配置さ
れている。距離ｄRは、物点Ｐからの１次回折光が半径
ψ_Rmaxの像領域５１とほぼ同一の範囲に拡散するように
定められている。また、距離ｄRは、同様に拡散領域の
半径がほぼψ_Bmaxに等しくなるよう定められている。す
なわち、距離ｄR，ｄBは、０次回折光、２次回折光の像
面の１次回折光の像面に対するシフト量の平均値として
以下の式により求められる。ｄR＝(Δ0R−Δ2R)／２ｄB＝(Δ0B−Δ2B)／２

【００５６】上述したように、Ｒ成分の像領域の半径ψ
_RmaxはＢ成分の像領域の半径ψ_Bmaxより大きいため、距
離ｄRは距離ｄBより長くなる。副ＣＣＤをこのように配
置することにより、これらのセンサは平均化された光強
度信号を出力する。照明された対象物Ｏからの光は、ミ
ラーＭにより反射され、結像光学系２０に入射する。結
像光学系２０からの光は、第１のビームスプリッター１
７で分割される。入射した光の１／３は、第１のビーム
スプリッター１７を透過して主ＣＣＤ１２に達する。残
りの２／３は、第１のビームスプリッター１７で反射さ
れ、第２のビームスプリッター１８で２分割され、半分
は第１の副ＣＣＤ１５、残りの半分は第２の副ＣＣＤ１
６に入射する。

【００５７】フレア補正ユニット３３は、以下の式に従
って補正画像信号Ｒop，Ｇop，Ｂopを計算により求め
る。Ｒop＝(Ｒmp−α・Ｒsp)×γr Ｇop＝Ｇmp×γg Ｂop＝(Ｂmp−β・Ｂsp)×γb ここで、Ｒmp，Ｇmp，Ｂmpは物点Ｐに対応する主ＣＣＤ
１２の対象画素からの各成分の原画像信号、Ｒsp，Ｂsp
は第１、第２の副ＣＣＤ１５，１６の主ＣＣＤ１２上の
対象画素に対応する画素からの平均画像信号、α、βは
Ｒ成分、Ｂ成分用の補正係数、γr、γg、γbは３色間
の補正係数である。フレア補正ユニット３３は、上記の
計算を、フレームメモリ３２上にマッピングされた読み
取り領域内の全画素につき同様に実行する。

【００５８】補正係数α、βは、対象物が均一の輝度を
持つときにＲmpとＲspとが等しく、ＢmpとＢspとが等し
くなる条件の下で、以下の範囲にあることが望ましい。０．０３＜α＜０．１５０．０３＜β＜０．１５この条件を満たすことにより、必要十分なフレア補正を
行うことができる。

【００５９】第１副ＣＣＤ１５の色フィルターの透過率
ＴRs(λ)は、以下の式により定義されるように波長依存
性を有する。また、第２副ＣＣＤ１６の色フィルターの
透過率ＴBs(λ)も以下に示す波長依存性を有する。

【００６０】

【数７】

【００６１】ここで、ＴRm(λ)，ＴBm(λ)は、波長λの
関数として表された主ＣＣＤ１２のラインセンサ１２
Ｒ，１２Ｂの透過率、ＥR，ＥBはＲ成分、Ｂ成分に対す
る回折格子の回折効率である。各副ＣＣＤ用の色フィル
ターをこのような設定にしておけば、フレア補正が過剰
に行われるのを防止することができる。副ＣＣＤ１５,
１６のラインセンサは、画素の数やピッチが主ＣＣＤ１
２と同一の構成である。結像光学系２０が像側にテレセ
ントリックである場合には、デフォーカスにより像の大
きさは変化せず、そのような場合には副ＣＣＤ１５の特
定の画素からの信号Ｒspを、副ＣＣＤ１５上での当該画
素のアドレスと同一アドレスを持つ主ＣＣＤ１２上の画
素からの信号Ｒmpの補正に用いることができる。

【００６２】他方、結像光学系２０が第１の実施形態で
示したような非テレセントリック系である場合には、主
ＣＣＤ１２と副ＣＣＤ１５とで互いのアドレスは一致し
ない。このような場合には、両者のアドレスが一致する
ように、主ＣＣＤとは画素ピッチが異なる副ＣＣＤを用
いることができる。さらに、副ＣＣＤ１５，１７が検出
するデフォーカス像には高周波成分は含まれないため、
副ＣＣＤには主センサ１２ほどの高い解像度は要求され
ない。したがって、副ＣＣＤにはピッチの粗いＣＣＤを
用いることもできる。すなわち、フレア補正ユニット３
３が主ＣＣＤ１２上の対象画素に対応する画素を副ＣＣ
Ｄ上で特定することができる限り、副ＣＣＤとしてはい
かなる画素ピッチを持つ素子をも利用することができ
る。

【００６３】さらに、この例のように一対の副ＣＣＤを
用いる代わりに、単一の副ＣＣＤを用いることもでき
る。その場合には、単一の副ＣＣＤをＲ成分用の読み取
り位置と、Ｂ成分用の読み取り位置との間で移動させる
必要がある。

【００６４】

【第３の実施形態】第３の実施形態にかかるイメージス
キャナーは、Ｒ、Ｂ成分の全光量を用いた簡単なフレア
補正を採用している。この実施例は、文書のような画像
を読み取るのに適している。図１２は、第３の実施形態
のイメージスキャナーを示す。第３の実施形態のイメー
ジスキャナーは、第１の実施形態で用いられていた素子
に加え、受光素子４０，４１と第２光源４３とを備えて
いる。送り動作、あるいは走査の前に、第２光源４３に
より対象物Ｏを全体的に照明し、対象物Ｏの読み取り範
囲全体からの反射光中のＲ成分を色フィルター(図示せ
ず)を介して受光素子４０により受光し、Ｂ成分を色フ
ィルター(図示せず)を介して受光素子４１により受光す
る。その後、主ＣＣＤ１２が送り動作、あいるは走査に
伴って対象物Ｏからの反射光を検出する。

【００６５】この構成によれば、フレア補正ユニット３
３は、例えばＲ成分については、全ての画素について主
ＣＣＤ１２から出力される個々の原画像信号Ｒmpから一
定の値を差し引く。引算される値は、対象画素(像点ｐ)
の位置によっては変化しない。フレア補正ユニット３３
は、以下の式に基づいて補正画像信号Ｒop，Ｇop，Ｂop
を計算する。

【００６６】

【数８】

【００６７】ここで、Ｒmp，Ｇmp，Ｂmpは物点Ｐに対応
する主ＣＣＤ１２の対象画素からの各成分の原画像信
号、Ｒtは受光素子４０から出力されるＲ成分の全体信
号、Ｂtは受光素子４１から出力されるＢ成分の全体信
号、ＥR，ＥG，ＥBはＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の各中心
波長における回折効率、Ｓtは対象物Ｏ上の読み取り範
囲の全面積である。フレア補正ユニット３３は、上記の
計算を、フレームメモリ３２上にマッピングされた読み
取り領域内の全画素につき同様に実行する。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の構成に
よれば、各色成分毎に設けられたイメージセンサの出力
のみに基づいて、不要回折光によるフレア成分を除去す
ることができる。また、絞りが回折面に近接して配置さ
れているため、不要回折光の像面上での広がりが像面上
での位置によらずほぼ一定であり、フレア除去のための
演算の際に対象画素の位置に応じた補正が必要なく、制
御系の負荷が軽くなる。

【００６９】また、請求項７の構成によれば、請求項１
と比較して設けるセンサの数は多くなるが、副イメージ
センサをデフォーカス位置に配置して光学的に平均強度
を検出することにより、信号演算の際に平均強度を求め
る必要がなく、演算が容易となる。さらに、請求項１４
の構成によれば、受光素子により全体の光強度を検出
し、この検出結果に基づいて全画素に対して同一の補正
ができ、対象物が文書であるような場合には、簡単な方
法でフレア成分を除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態にかかるイメージスキャナの
光学系とブロックを示す説明図。

【図２】Ａは図１のイメージスキャナの主ＣＣＤを示
し、Ｂは主ＣＣＤの変形例を示す説明図。

【図３】読み取り対象物上の物点を示す説明図。

【図４】像点と像領域を示す説明図。

【図５】第１の実施形態の処理手順を示すフローチャ
ート。

【図６】第１の実施形態の結像光学系を示すレンズ
図。

【図７】図６の光学系の諸収差図。

【図８】第１の実施形態の回折格子の回折効率を示す
グラフ図。

【図９】第１の実施形態の主ＣＣＤに含まれるライン
センサの分光感度を示すグラフ図。

【図１０】第１の実施形態の相対フレア感度を示すグ
ラフ図。

【図１１】第２の実施形態にかかるイメージスキャナ
の光学系とブロックを示す説明図。

【図１２】第３の実施形態にかかるイメージスキャナ
の光学系とブロックを示す説明図。

【符号の説明】

１１コンタクトガラス１２主ＣＣＤ１３光源１４色分解フィルター２０結像光学系３０画像処理装置３１画像処理ユニット３２フレームメモリ３３フレア補正ユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１つの屈折レンズ、および所
定のブレーズ波長を持つ回折格子を含み、所定の回折次
数の回折光により物体の像を形成する結像光学系と、前記回折格子に近接して配置された絞りと、前記像の各色成分を読み取るイメージセンサと、前記イメージセンサから出力される原画像信号から、前
記所定の回折次数の回折光以外の回折次数の不要回折光
によるフレア成分を除去するフレア補正手段とを有する
ことを特徴とする画像読み取りシステム。
【請求項２】前記回折格子は、前記少なくとも１つの
屈折レンズの面上に形成されていることを特徴とする請
求項１に記載の画像読み取りシステム。
【請求項３】前記フレア補正手段は、前記ブレーズ波
長を含む色成分以外の色成分の前記原画像信号を補正す
ることを特徴とする請求項１に記載の画像読み取りシス
テム。
【請求項４】前記色成分はＲ(赤)，Ｇ(緑)，Ｂ(青)で
あり、前記フレア補正手段は、Ｒ成分とＢ成分とを補正
することを特徴とする請求項３に記載の画像読み取りシ
ステム。
【請求項５】前記フレア補正手段は、対象画素の原画
像信号を周囲の所定の像領域の画素からの原画像信号に
より補正し、補正時に前記像領域の広がりが前記対象画
素の位置によらず一定であることを前提とすることを特
徴とする請求項１に記載の画像読み取りシステム。
【請求項６】前記フレア補正手段は、以下の式に従っ
て補正画像信号Ｒop，Ｇop，Ｂopを計算することを特徴
とする請求項５に記載の画像読み取りシステム。【数１】ただし、Ｒip，Ｇip，Ｂipは対象画素におけるＲ成分、
Ｇ成分、Ｂ成分の原画像信号、ＥR，ＥBはＲ成分、Ｇ成
分、Ｂ成分の各中心波長における回折効率、Ｒipψ、Ｂ
ipψは、対象画素から距離ψ離れた点に対応する画素か
ら出力されるＲ成分、Ｂ成分の原画像信号、ｓR，ｓBは
Ｒ成分、Ｂ成分の前記像領域の面積である。
【請求項７】少なくとも１つの屈折素子、および所定
のブレーズ波長を持つ回折格子を含み、所定の回折次数
の回折光により物体の像を形成する結像光学系と、前記像の各色成分を読み取る主イメージセンサと、前記主イメージセンサと光学的に等価な面からずれたデ
フォーカス位置に配置され、所定の色成分の平均強度信
号を出力する少なくとも１つの副イメージセンサと、前記対象物から前記結像光学系を介して入射する光を前
記主イメージセンサと前記副イメージセンサとに向けて
分岐させるビームスプリッターと、前記主イメージセンサの対象画素から出力される原画像
信号を、前記副イメージセンサ上で前記対象画素に対応
する画素から出力される平均強度信号に基づいて補正
し、前記所定の回折次数の回折光以外の回折次数の不要
回折光によるフレア成分を除去するフレア補正手段とを
有することを特徴とする画像読み取りシステム。
【請求項８】前記回折素子に近接して絞りが設けられ
ていることを特徴とする請求項７に記載の画像読み取り
システム。
【請求項９】前記回折格子は、前記少なくとも１つの
屈折素子の面上に形成されていることを特徴とする請求
項７に記載の画像読み取りシステム。
【請求項１０】前記フレア補正手段は、前記ブレーズ
波長を含む色成分以外の色成分の前記原画像信号を補正
することを特徴とする請求項７に記載の画像読み取りシ
ステム。
【請求項１１】前記色成分はＲ(赤)，Ｇ(緑)，Ｂ(青)
であり、Ｒ成分用の第１の副イメージセンサと、Ｂ成分
用の第２副イメージセンサとが設けられ、前記フレア補
正手段は、Ｒ成分とＢ成分とを補正することを特徴とす
る請求項１０に記載の画像読み取りシステム。
【請求項１２】前記フレア補正手段は、以下の式に従
って補正画像信号Ｒop，Ｇop，Ｂopを計算することを特
徴とする請求項１１に記載の画像読み取りシステム。Ｒop＝(Ｒmp−α・Ｒsp)×γr Ｇop＝Ｇmp×γg Ｂop＝(Ｂmp−β・Ｂsp)×γb ただし、Ｒmp，Ｇmp，Ｂmpは物点Ｐに対応する主イメー
ジセンサの対象画素からの各成分の原画像信号、Ｒsp，
Ｂspは第１、第２の副イメージセンサの主イメージセン
サ上の対象画素に対応する画素からの平均画像信号、
α、βはＲ成分、Ｂ成分用の補正係数、γr、γg、γb
は３色間の補正係数である。
【請求項１３】前記補正係数α、βは、前記対象物が
均一の輝度を持つときにＲmpとＲspとが等しく、Ｂmpと
Ｂspとが等しくなる条件の下で、以下の範囲にあること
を特徴とする請求項１２に記載の画像読み取りシステ
ム。０．０３＜α＜０．１５０．０３＜β＜０．１５
【請求項１４】少なくとも１つの屈折素子、および所
定のブレーズ波長を持つ回折格子を含み、所定の回折次
数の回折光により物体の像を形成する結像光学系と、前記像の各色成分を読み取る主イメージセンサと、前記対象物の読み取り範囲全体からの光を受光して全体
信号を出力する少なくとも１つの受光素子と、前記主イメージセンサの対象画素から出力される原画像
信号を、前記受光素子から出力される全体信号に基づい
て補正し、前記所定の回折次数の回折光以外の回折次数
の不要回折光によるフレア成分を除去するフレア補正手
段とを有することを特徴とする画像読み取りシステム。
【請求項１５】前記回折素子に近接して絞りが設けら
れていることを特徴とする請求項１４に記載の画像読み
取りシステム。
【請求項１６】前記回折格子は、前記少なくとも１つ
の屈折素子の面上に形成されていることを特徴とする請
求項１４に記載の画像読み取りシステム。
【請求項１７】前記フレア補正手段は、前記ブレーズ
波長を含む色成分以外の色成分の前記原画像信号を補正
することを特徴とする請求項７に記載の画像読み取りシ
ステム。
【請求項１８】前記色成分はＲ(赤)，Ｇ(緑)，Ｂ(青)
であり、Ｒ成分用の第１の受光素子と、Ｂ成分用の第２
の受光素子とが設けられ、前記フレア補正手段は、Ｒ成
分とＢ成分とを補正することを特徴とする請求項１７に
記載の画像読み取りシステム。
【請求項１９】前記フレア補正手段は、以下の式に従
って補正画像信号Ｒop，Ｇop，Ｂopを計算することを特
徴とする請求項１８に記載の画像読み取りシステム。【数２】ただし、Ｒmp，Ｇmp，Ｂmpは主イメージセンサの対象画
素からの各成分の原画像信号、Ｒtは第１の受光素子か
ら出力されるＲ成分の全体信号、Ｂtは第２の受光素子
から出力されるＢ成分の全体信号、ＥR，ＥG，ＥBはＲ
成分、Ｇ成分、Ｂ成分の各中心波長における回折効率、
Ｓtは対象物上の読み取り範囲の全面積である。