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発明の名称 イメージセンサのネイティブ解像度を増大する方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−94727(P2001−94727A)
公開日 平成13年4月6日(2001.4.6)
出願番号 特願2000−234247(P2000−234247)
出願日 平成12年8月2日(2000.8.2)
代理人 【識別番号】100063897
【弁理士】
【氏名又は名称】古谷 馨 (外2名)
発明者 マイケル・エンジェル・プヨット
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】オブジェクト(18)を表すイメージデータを生成するためのスキャナ装置(12)で使用されるイメージングアセンブリのネイティブ解像度を増大させる方法(10)であって、前記イメージングアセンブリの少なくとも一部を走査軸(30)に沿って移動させることにより第1の走査掃引(46)を開始して、前記ネイティブ解像度を有し走査対象となる前記オブジェクト(18)を表す第1のイメージデータセット(48)を生成し、前記イメージングアセンブリの少なくとも一部を走査軸(30)に沿って移動させることにより第2の走査掃引(46)を開始して、前記ネイティブ解像度を有し走査対象となる前記オブジェクト(18)を表す第2のイメージデータセット(48)を生成し、前記第2の走査掃引時における前記イメージングアセンブリの前記少なくとも一部の位置が、前記スキャナ装置(12)の構成要素間の機械的な遊びの分だけ、前記第1の走査掃引時における前記イメージングアセンブリの対応する位置から変位しており、前記第1のイメージデータセットと前記第2のイメージデータセットとを組み合わせて、前記ネイティブ解像度よりも高い解像度を有する高解像度イメージデータセットを生成する、という各ステップを有する、イメージングアセンブリのネイティブ解像度を増大させる方法(10)
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に光学スキャナに関し、特に光学スキャナのネイティブ解像度(native resolution)を増大させる方法に関する。
【0002】
【従来の技術】フラットベッドスキャナ等の光学スキャナ装置は、当業界で周知のものであり、マシンにより読み出すことが可能なイメージデータ信号(写真や印刷されたテキストページ等の走査されたオブジェクト(即ち対象物)を表す信号)を生成する。典型的なスキャナ用途では、スキャナにより生成されたイメージデータ信号は、パーソナルコンピュータにより用いられて、走査されたオブジェクトのイメージをCRT又はプリンタといった適当な表示装置上に再生させることが可能である。
【0003】典型的なフラットベッドスキャナは、オブジェクトの走査を達成するための照明系及び光学系を備えている。照明系は、オブジェクトの一部(一般に「走査領域」と呼ばれる)を照射し、一方、光学系は、該照射された走査領域による反射光を収集し、照射された走査領域のうちの小さな領域(一般に「走査線」と呼ばれる)を、スキャナ内に位置決めされた光検出器の表面に集束させる。次いで、オブジェクト全体にわたり走査線を掃引することにより(通常はイメージングアセンブリ(即ち、照明装置、光学装置、及びセンサ装置)をオブジェクトに対して移動させることにより)、オブジェクト全体を表すイメージデータが得られる。スキャナによっては、イメージングアセンブリの一部(例えば原稿支持プラテン又はミラーアセンブリ)のみを移動させるものがある。また、イメージングアセンブリ全体を移動させるスキャナもある。
【0004】一例として、照明系は、光源(例えば、蛍光灯もしくは白熱灯または発光ダイオード(LED)アレイ)を備えることが可能である。光学系は、照射された走査線のイメージを検出器の表面上に集束させるレンズ及び/又はミラーアセンブリを備えることが可能である。
【0005】光学系により集束されたイメージ光を検出するために使用される光検出器は、電荷結合素子(CCD)、又はコンタクトイメージセンサ(CIS)等の他の光センサ装置とすることが可能である。典型的なCCDは、個々のセル又は「ピクセル」のアレイから構成され、該ピクセルの各々が、その露光に応じて電荷を収集し又は構築する。あらゆる所与のセル又はピクセルで蓄積された電荷の量は、露光の強度及び時間に関係し、このため、CCDは、各ピクセル上に集束されたイメージ部分の明暗を表す電子的なデータを生成するために使用することができる。
【0006】フラットベッドスキャナ及びその様々な構成要素については、David Wayne Boydの米国特許第4,926,041号「光学スキャナ(Optical Scanner)」、Kent J. Vincentの米国特許第4,709,144号「新規の三色ビームスプリッタ及びフォトセンサを利用したカラーイメージ形成装置(Color Imager Utilizing Novel TrichromaticBeam Splitter And Photosensor)」、Kent J. Vincent及びHans D. Neumanの米国特許第4,870,268号「色合成装置及び分解装置ならびに実施(Color Combiner And Separator And Implementations)」、Boyd等の米国特許第5,038,028号「光学スキャナアパーチャ及び光源アセンブリ(Optical Scanner Aperture And LightSource Assembly)」、Elder等の米国特許第5,227,620号「カラー光学スキャナの構成要素の組立装置(Apparatus For Assembling Components of Color OpticalScanners)」に開示されている。なお、上記引用をもってその開示内容の全てを本書中に組み込んだものとする。
【0007】ほとんどの光学スキャナの応用例では、CCDの個々のピクセルは、その一端から他端まで一直線に配列され、このため線形アレイを形成している。走査中の任意の時点で、CCDアレイの各ピクセルは、照射された走査線の関連するピクセル部分に対応する。線形光センサアレイにおける個々のピクセルは一般に、「交差」方向、即ち、オブジェクトを横切る照射された走査線の移動方向(「走査方向」としても知られる)と直交する方向に整列される。このため、線形光センサアレイの各ピクセルは、交差方向で測定された長さと、走査方向で測定された幅とを有する。ほとんどのCCDアレイでは、ピクセルの長さと幅とは等しく、典型的にはそれぞれ1ミクロン程度である。
【0008】交差方向のセンサの解像度は、CCDの個々のセルの数の関数となる。例えば、低価格スキャナで一般に使用されるCCD光センサアレイは、十分な数の個々のセル又はピクセルを備えており、約300ピクセル又はドット/インチ(ppi又はdpi)という交差方向の解像度が可能となる。これを本書では交差方向の「ネイティブ解像度」と称することとする。
【0009】走査方向の解像度は、走査線の掃引速度とCCDの露光時間(即ちサンプリング間隔)との積に逆に関係するものとなる。したがって、走査方向の解像度は、走査線の掃引速度を低下させ、若しくはCCDの露光時間を短縮し、又はその両方を行うことによって増大させることが可能である。逆に、走査方向の解像度は、走査線の掃引速度を速くし、若しくはCCD露光時間を長くし、又はその両方を行うことによって低下させることが可能である。所与の露光時間についての「走査方向の最小解像度」は、最大の走査線掃引速度で走査を行うことにより達成される解像度である。例えば、約8.46cm(3.33インチ)/秒の最大走査線掃引速度及び約5ミリ秒の最大露光時間では、約60dpiの走査方向の最小解像度が得られる。
【0010】交差方向の解像度は、様々なデータ補間技術を使用して交差方向の有効解像度を増大させることにより、交差方向のネイティブ解像度以上に増大させることが可能である。例えば、CCDの交差方向のネイティブ解像度がたった300dpiの場合に、幾つかのデータ補間技術を使用して交差方向の有効解像度を600又は1200dpiにさえ増大させることが可能である。
【0011】上述したように、走査方向の解像度は、走査線掃引速度及びCCD露光時間の関数となる。したがって、走査方向の解像度は、走査線掃引速度もしくはCCD露光時間またはその両方を変更することにより変えることが可能である。なお、所与の最大走査線掃引速度及び最大CCD露光時間に対応する走査方向の解像度は、一定であり、走査方向の最小解像度を表すものであることに留意されたい。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上述の技術は、交差方向及び走査方向の両方向の解像度を増大させるのに有用であるが、それ自体に問題がないわけではない。例えば、交差方向の解像度を増大させるために用いられる補間技術は、かなりの量のプロセッサタイム及び/又はメモリを必要とする可能性があり、このため、走査動作の実行に一層多くの時間が必要となり、また全走査時間に悪影響を及ぼすことなく一層高い解像度を達成する場合には一層高速なプロセッサ及び/又はメモリが必要となる。同様に、走査方向の解像度を増大させる場合には、掃引速度の低速化、CCD露光時間の短縮、あるいはその両方が必要となる可能性がある。掃引速度の低速化は、走査の実行に要する時間を長くし、一方、CCD露光時間の短縮は、イメージ品質を低下させ、またかかる短い露光時間でイメージ品質を維持する場合には一層高感度のCCDアレイが必要となる。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、オブジェクトを表すイメージデータを生成するためのスキャナ装置で使用されるイメージングアセンブリのネイティブ解像度を増大させる方法であって、前記イメージングアセンブリの少なくとも一部を走査軸に沿って移動させることにより第1の走査掃引を開始して、前記ネイティブ解像度を有し走査中の前記オブジェクトを表す第1のイメージデータセットを生成し、前記イメージングアセンブリの少なくとも一部を前記走査軸に沿って移動させることにより第2の走査掃引を開始して、前記ネイティブ解像度を有し走査中の前記オブジェクトを表す第2のイメージデータセットを生成し、前記第2の走査掃引時における前記イメージングアセンブリの前記少なくとも一部の位置が前記第1の走査掃引時における対応する位置から変位しており、前記第1のイメージデータセットと前記第2のイメージデータセットとを組み合わせて、前記ネイティブ解像度よりも高い解像度を有する高解像度イメージデータセットを生成する、という各ステップを有する方法である。
【0014】本発明の例証となる現時点での好適な実施形態を添付図面に示す。
【0015】
【発明の実施の形態】イメージセンサのネイティブ解像度を増大させる方法10を図1に示す。該方法10は図2に示すフラットベッドスキャナ12において実施することが可能である。以下で詳述するように、該方法10は、2回の走査掃引を別々に開始して2つの対応するイメージデータセットを生成するステップを含む。その後、該2つの対応するイメージデータセットを組み合わせて一層高解像度のイメージデータセットを生成することが可能となる。しかし、該方法10の説明及び理解を容易にするには、まず該方法を実施することが可能なフラットベッドスキャナ12について説明するのが好都合である。該解像度の増大方法は、フラットベッドスキャナ12と共に用いる場合には、その説明及び理解が一層容易となる。
【0016】ここで図2ないし図4を参照する。フラットベッドスキャナ12は、透明プラテン16を有する全体的に矩形のハウジング14を備えており、該透明プラテン16上に、テキスト22が書き込まれた原稿20等のオブジェクト18(図7)が載置される。スキャナ12はまた、イメージセンサ24(図5及び図6)を備えており、該イメージセンサ24は、走査中のオブジェクト18により反射されたイメージ光(図示せず)に応じてイメージデータ(図示せず)を生成する。本明細書及び図面に記載の実施形態では、該イメージセンサ24は、透明プラテン16の下方に配置された可動キャリッジアセンブリ26に取り付けられる。該可動キャリッジアセンブリ26は、マウント機構28(図3)に固定され、該マウント機構28によりキャリッジアセンブリ26が走査軸30に沿って前後に移動することが可能となる。キャリッジアセンブリ26と動作可能に連係するキャリッジ駆動機構32(図3)は、該キャリッジアセンブリ26を走査軸30に沿って適当な速度で前後に移動させて透明プラテン16上に載置されたオブジェクト18の走査を達成するために使用される。フラットベッドスキャナ12はまた、イメージセンサ24により生成されたイメージデータ(図示せず)を受信し該イメージデータを方法10に従って処理するイメージ処理装置34を備えることができる。イメージ処理装置34のプロセッサは、フラットベッドスキャナ12の他の様々な機構(例えばキャリッジ駆動機構32)を操作するために使用することも可能である。
【0017】本書で図示及び説明する実施形態では、キャリッジアセンブリ26及びマウント機構28は、所定量の機械的な「遊び(free play)」が存在するよう構成される。かかる機械的な遊びは、全ての機械機構にある程度存在するものであり、これを排除することは一般に不可能である。本発明の一実施形態では、機械的な遊びにより、キャリッジアセンブリ26が第1の角度方向に小さな角度「a」だけ傾斜した中心軸CCを有することになり、該角度「a」は、キャリッジアセンブリが第1の走査方向42に移動している際に、走査軸30と直交する軸PPに対して例えば0.1°〜10°、好ましくは約2°未満とすることができる。かかる遊びにより、キャリッジアセンブリは、スキャナキャリッジが走査方向43に移動している際に、「a」と反対の角度方向で小さな角「b」だけ傾斜することになる。かかる遊びの性質に依存して、キャリッジの様々な部分が、第1の走査方向におけるそれぞれの位置に対して、第2の走査方向への移動中に横方向へ多少オフセットされ、また傾斜されることがある。キャリッジアセンブリ26の向きが異なる結果として、第1の走査方向で生成されたイメージデータセットから構成されるイメージが、第2の走査方向で生成されたイメージデータセットから構成されるイメージに対して傾斜することになる。例えば、図7を参照すると、方向42での第1の走査掃引時にイメージセンサ24により捕捉される走査線36は、方向43での第2の走査掃引時に捕捉される走査線36'に対して角度(a+b)だけ一般に傾斜することになる。換言すれば、第2の走査掃引時に捕捉される第2の走査線36'は、第1の走査掃引時に捕捉される第1の走査線36の対応する位置から変位されることになる。同様に、第1の走査掃引時に捕捉されるn番目の走査線38は、第2の走査掃引時に捕捉される対応するn番目の走査線38'に対して変位されることになる。
【0018】図7に示すキャリッジアセンブリ26に関する機械的な遊びは、駆動ベルトにより引っ張られたキャリッジの端部(本実施形態では左端)が各走査方向42,43での走査中に僅かに他端部に先行して移動する際に生じる類のものである。この種の遊びでは、連続する走査掃引(例えば第1の走査掃引及び第2の走査掃引)の際に、対応する走査線(例えば36及び36')のピクセル間の変位又はシフトが、交差方向(矢印40で示す)及び走査方向(矢印42,43で示す)の両方で生じる可能性がある。更に、該変位の大きさが、対応する走査線上の様々なピクセル間で一致している必要はない。例えば、図7に示す状況では、走査線36の左端のピクセルと対応する走査線36'の左端のピクセルとの互いに対する操作方向及び交差方向における変位は、各走査線の右端に位置するピクセルよりも小さくなる。
【0019】次に再び図1を参照する。ネイティブ走査解像度を増大させる方法10は、オブジェクト18の第1の走査掃引を開始させる第1のステップ44を含むことができる。概して言えば、第1の走査掃引は、図3に最もよく示すように、キャリッジアセンブリ26を初期位置又はホーム位置46に配置することにより開始される。該ホーム位置46から、キャリッジ駆動機構32は、キャリッジアセンブリ26を走査軸30に沿って最終位置82へ向かって移動させる。キャリッジアセンブリ26が移動される際に、イメージセンサ24が、複数の走査線(例えば図7の符号36,38)に関するイメージデータを収集する。その結果として得られたイメージデータは、ステップ48で、イメージ処理機構34に関連する適当な記憶装置(図示せず)に格納される。ステップ48の終了時に、キャリッジ駆動機構32は、キャリッジアセンブリ26をホーム位置46に戻す。この時点で、イメージ処理機構34に関連する記憶装置(図示せず)は、第1の走査掃引時に捕捉されたオブジェクト18を表す第1のイメージデータセットを格納していることになる。該第1のイメージデータセットは、所与の解像度又はネイティブ解像度(例えば300ピクセル/インチ(ppi))を交差方向に有すると共に、所与の解像度又はネイティブ解像度(例えば300ppi)を走査方向に有するものとなる。
【0020】次いでステップ50で第2の走査掃引が開始される。該第2の走査掃引は、第1の走査掃引と類似しているが方向が逆のものであり、即ち、キャリッジアセンブリ26が、最終位置82(図3)から開始し、走査軸30に沿って方向43(図7)にホーム位置46に向かって移動されて、オブジェクト18の走査が達成される。該第2の走査掃引の結果として第2のイメージデータセットが生成され、その後、該イメージデータセットが、ステップ52でイメージ処理機構34に関連する記憶装置(図示せず)に格納される。該第2の走査掃引中に収集された第2のイメージデータセットもまた、第1のイメージデータセットと同じ所与の解像度又はネイティブ解像度を交差方向及び走査方向に有するものとなる。例えば、本書で図示及び説明する実施形態では、交差方向及び走査方向の所与の解像度又はネイティブ解像度は約300ppiとすることが可能である。しかし、上述のように、キャリッジマウント機構28に伴う機械的な遊びにより、第2の走査掃引時に、キャリッジアセンブリ26ひいてはイメージセンサ24が、第1の走査掃引時の対応する走査線位置から僅かに変位することになる。例えば、第2の走査掃引時に捕捉される走査線36'は、第1の走査掃引時に捕捉される対応する走査線36に対して角度(a+b)だけ傾斜することになる(図7参照)。その結果、第2の走査掃引中に収集された第2のイメージデータセットは、第1の走査掃引中に収集されたものと比較してオブジェクト18の僅かに異なる部分を表すものとなる。
【0021】第1及び第2のイメージデータセットの収集後、該方法10は、ステップ54へと進み、第1及び第2のイメージデータセットを組み合わせて高解像度のデータセットを生成する。概して言えば、該高解像度のデータセットは、第1及び第2のイメージデータセットよりも高い(おそらくはそれらの2倍程度の)交差方向及び走査方向の解像度を有するものとなる。例えば、本書で図示及び説明する実施形態では、高解像度のデータセットは、交差方向の解像度が増大されて300ppiを上回り、また走査方向の解像度が増大されて300ppiを上回ることになる。イメージセンサのネイティブ解像度の増大は、連続する走査間の走査線(例えば36,36')の変位又はシフトに起因するものである。同一のオブジェクトを表す異なるイメージデータセットを組み合わせて解像度の改善を達成する方法は当業界で公知のものである。例えば、Michael Elad及びArie Feuerの「Restoration of a Single Super Resolution Image from Several Blurred, Noisy and Under SampledMeasured Images)」(IEEE Transactions on Image Processing, Vol.6, No.12、1997年12月)を参照されたい。なお、本引用をもってその開示内容を本書中に組み込んだものとする。上記文献に記載の方法又はその他の方法をイメージ結み合わせステップ54に採用することも可能である。
【0022】イメージセンサのネイティブ解像度を増大させる方法10、及びその重要な特徴及び利点の幾つかを手短に説明してきたが、次に、イメージセンサのネイティブ解像度を増大させる方法の様々な実施形態について詳細に説明する。しかし、詳細な説明に入る前に、該方法は、1種類のフラットベッドスキャナと併用できるとして本明細書中で説明されているが、如何なる特定の種類又は形式のスキャナ又は如何なる特定の機械的な遊びの生成源との併用に限定されるものではないことに留意されたい。実際、該方法は、オブジェクト及びイメージングアセンブリ又はそれらの一部を互いに対してある程度の機械的遊びを持たせて移動させるマウント機構を利用する現在公知の若しくは将来開発され得る広範な電子スキャナ装置の如何なるものでも使用することが可能である。したがって、本発明の方法は、本書で図示及び説明する特定の用途及び状態に限定されるものとみなされるべきではない。
【0023】以上の考慮事項を念頭におき、イメージセンサのネイティブ解像度を増大させる方法10の一実施形態の様々な処理ステップを図1に示す。上記で概説したように、該方法10は、図2に示すフラットベッドスキャナ12において実施可能なものとして本書中で図示及び説明されるが、上述のように、該方法10は、現在公知の又は将来開発され得る他のタイプのスキャナとも併用することが可能である。
【0024】ここで図2ないし図4を主に参照する。該方法10を実施することが可能なフラットベッドスキャナ12は、フラットベッドスキャナ12の様々な構成要素を収容及び支持するようなサイズに形成された全体的に矩形のシャシ又はハウジング14を備えている。例えば、本書で図示及び説明する実施形態では、ハウジング14には、スキャン対象となるオブジェクト18を受容するのに適した透明プラテン16が設けられている。該透明プラテン16は、ガラス又はプラスチック等広範な透明材料の任意のもので構成され、目的とする用途に適するように構成される。一般に、走査動作中にプラテン16を覆うようなサイズに形成されたカバー56がスキャナ12に設けられていることが好ましいが、これは不可欠ではない。周知のように、かかるフラットベッドスキャナ12によって任意の広範なオブジェクト18を走査することが可能である。例えば、本書で図示及び説明する実施形態では、オブジェクト18は、テキスト22が書き込まれた原稿20とすることが可能であるが、それ以外のオブジェクト18を走査することも可能である。
【0025】スキャナ12はまた、イメージセンサ24(図5)も備えており、本書で図示及び説明する実施形態では、該イメージセンサ24は可動キャリッジアセンブリ26内に収容することが可能である。イメージセンサ24は、走査されるオブジェクト18により反射されたイメージ光(図示せず)に応じて、該イメージ光を表すイメージデータ(図示せず)を生成する。オブジェクトからのイメージ光をイメージセンサに向けるために、一般に2種類のイメージング機構、即ち、コンタクトイメージセンサ機構(CIS機構)及び投射(projection)機構が使用される。コンタクトイメージセンサ(CIS)機構は、次第に普及しつつあり、一般に屈折率分布型レンズ(例えば60)を利用して、コンタクトイメージセンサとして知られるイメージセンサの表面上にイメージ光を向けて集束させるものである。投射機構は、典型的には別個のレンズからなるアセンブリと1つ又は2つ以上のミラーを使用してイメージセンサ(典型的にはCCD)へとイメージ光を向ける。本発明による方法は、何れのタイプのイメージング機構と共に使用することも可能であるが、本実施形態ではCISイメージング機構55を採用している。
【0026】ここで図5を参照する。本発明の好ましい一実施形態で使用されるキャリッジアセンブリ26は、CISイメージング機構55を収容するようなサイズに形成された全体的に細長いハウジング58を備えることが可能である。また、該CISイメージング機構55は、イメージセンサ24、屈折率分布型レンズアレイ60、及び光源アセンブリ62を備えることが可能である。それらは、光源アセンブリ62により生成された照射光(図示せず)が、ハウジング58内に設けられた細長い溝又はアパーチャ64を通過した後にオブジェクト18(図5では図示しないが図7に図示する)に入射するよう配置される。光源アセンブリ62からの光により照射されるオブジェクト18上の領域を本書では「照射走査領域」と称することもある。オブジェクト18(即ち照射走査領域)により反射されたイメージ光(図示せず)は、アパーチャ64を通過した後、屈折率分布型レンズアレイ60によってイメージセンサ24に向けられて集束される。その後、イメージセンサ24は、一般に「走査線」と呼ばれる照射走査領域の一部を表すイメージデータ(図示せず)を生成する。幾つかの異なる走査線を図7に走査線36,36',38,38'として概略的に示す。
【0027】可動キャリッジアセンブリ26に収容されるCISイメージングセンサ機構55の様々な構成要素は、当業界で公知の又は将来開発され得るあらゆる広範な構成要素及び素子から構成することが可能である。例えば、好ましい一実施形態では、光源アセンブリ62は、走査対象となるオブジェクト18上の走査領域を照射するのに十分な明るさの光を生成する発光ダイオード(LED)66のアレイを備えることが可能である。代替的には、白熱光源又は蛍光光源等の他の種類の光源を使用することも可能である。イメージセンサ24の表面上にイメージ光を向けて集束させるために使用される屈折率分布型レンズアレイ60は、日本板硝子株式会社の登録商標である「SELFOC」の名称で販売される種類の屈折率分布型レンズアレイから構成するのが好ましいが、不可欠ではない。代替的に、他の種類の屈折率分布型レンズアレイを使用することも可能である。更に別の代替的な構成では、上述のように、他の種類のイメージング機構、例えば1つ又は2つ以上のミラー及びレンズアセンブリを利用した投射イメージング機構等を使用して、照射走査領域からのイメージ光をイメージセンサ24に向けることが可能である。したがって、本発明は、本書で図示及び説明する特定のイメージング機構(例えばCISイメージング機構55)に限定されるものとみなされるべきでない。
【0028】ここで図4を参照する。イメージセンサ24は、線形アレイを形成するよう配列された複数の感光セルを有する線形CIS光センサアレイを備えることができる。かかる光センサアレイは、当業界で周知のものであり、広範な「ネイティブ解像度」(即ち単位長さあたりの感光セルの数)を有するものである。したがって、本発明は、特定のネイティブ解像度を有する特定種類のイメージセンサに限定されるものとみなされるべきではない。しかし、一例として、好ましい一実施形態では、イメージセンサ24は、300ppi(1ピクセル/インチ)のネイティブ解像度を有する線形CIS光センサアレイを備えている。
【0029】CISイメージング機構55を収容するキャリッジアセンブリ26は、ハウジング14内に収容されるマウント機構28に固定することが可能である。該マウント機構28は、走査軸30に沿ってプラテン16の下方でキャリッジアセンブリ26が前後に移動することを可能にする。広範なマウント機構及び構成の如何なるものを使用することも可能であるが、当業者には自明であるように、好ましい一実施形態では、マウント機構28は、スキャナハウジング14の対向側に隔置されて互いにほぼ平行な関係で配置された一対のガイドバー又はレール70,72を備えることが可能である(図3を参照)。キャリッジアセンブリ26には、前記ガイドバー又はレール70,72と摺動可能に係合するよう形成された一対のガイドブッシュ(図示せず)を設けることが可能であり、これにより、キャリッジアセンブリ26を走査軸30に沿って前後方向(即ち矢印74で示す方向)に移動させることが可能となる。
【0030】キャリッジアセンブリ26が移動可能であるため、該キャリッジアセンブリ26内に収容されたCISイメージング機構55を構成する様々な構成要素を、ハウジング14の側面に取り付けられたイメージ処理機構34に対して電気的に接続することを可能にする、何らかの手段を設けることが必要である。当業界で公知であり商業的にも容易に入手可能な広範にわたる適当な接続機構及び素子のあらゆるものを使用してCISイメージング機構55の様々な構成要素をイメージ処理機構34に接続することが可能であるが、一例として、好ましい一実施形態では、リボンケーブル76により、CISイメージング機構55の様々な構成要素をイメージ処理機構34に接続している。
【0031】可動キャリッジアセンブリ26は、キャリッジ駆動機構32により、マウント機構28のガイドレール又はバー70,72に沿って前後に移動させることが可能である(図3を参照)。該キャリッジ駆動32は、当業界で公知のものであり、当業者により容易に提供され得る種類の広範な駆動機構のあらゆるもの(例えば、ケーブル駆動機構、リードスクリュー駆動機構等)を備えることが可能である。結果的に、本発明は特定の種類又は形式のキャリッジ駆動機構に限定されるものとみなされるべきではない。しかし、一例として、好ましい一実施形態では、キャリッジ駆動機構32は、駆動ケーブル78とモータ80とを用いてキャリッジアセンブリ26をガイドレール70,72に沿って移動させるケーブルタイプの駆動機構を備えることが可能である。キャリッジ26の一端にはベルト78が取り付けられる。該ベルト78によりキャリッジ26に非対称の力が加えられる結果として、キャリッジマウントアセンブリに遊び(例えば、軸受けとレールとの間、軸受けとキャリッジとの間、又は軸受けアセンブリ自体の「隙間(slop)」等)が存在する場合には、該ベルトに取り付けられた一端28が、両移動方向において他端29を僅かに先行することになる。キャリッジ駆動機構32は、本発明の教示を熟知した当業者には容易に提供可能なものとなるため、またかかる駆動機構の詳細な説明は本発明の理解又は実施のために必要なものではないため、本発明の好ましい一実施形態に用いる特定のキャリッジ駆動機構32についてはこれ以上説明しないこととする。
【0032】上記で概説したように、キャリッジアセンブリ26を支持するために使用されるマウント機構28は、ある程度の機械的な遊びを含むものであり、該遊びにより、走査方向42に移動する際にキャリッジアセンブリ26が交差軸PPに対して第1の方向に傾斜し、また走査方向43に移動する際にキャリッジアセンブリ26が交差軸PPに対して第2の方向に傾斜することになる。このため、一般に、方向42での走査掃引時にイメージセンサ24により捕捉される走査線36(図7)は、方向43での走査掃引時にイメージセンサ24により捕捉される対応する走査線36'とは厳密に一致しなくなる。同様に、方向42での走査掃引時に捕捉されるn番目の走査線38は、方向43での走査掃引時に捕捉される対応するn番目の走査線38'に対して幾分変位することになる。
【0033】キャリッジマウント機構28及びキャリッジ駆動機構32に関する機械的な遊びは、連続する走査掃引時の対応する走査線(例えば36と36'又は38と38')の間の変位又はシフトを交差方向40及び走査方向42の両方で生じさせることが可能なものである。更に、その変位の大きさは、様々な走査掃引時に捕捉される様々な走査線(例えば36,36'又は38,38')の間で一致している必要はない。
【0034】概して言えば、キャリッジマウント機構28及びキャリッジ駆動機構32に関する遊びの量は、大きい必要はなく、例えば、交差方向40又は走査方向42において1ピクセルの数分の一以下とすることが可能であるが、特に使い古され又は「隙間の多い(sloppy)」機構では、一層大きな変位の偏差が生じる可能性がある。一例として、一実施形態では、任意の2回の連続する走査間の走査線の最小変位量は、1ピクセルの約1/4〜約3/4の範囲となる。キャリッジマウント機構28及びキャリッジ駆動機構32に関する遊びの厳密な量にかかわらず、連続する走査間の変位量が各走査線のピクセルの全てについて厳密に1ピクセル又は1ピクセルの整数倍(例えば1,2,3,4又はそれ以上のピクセル)でない限り、本発明は良好に動作する。統計的には、キャリッジアセンブリ26が走査全体において厳密に1ピクセル又はその整数倍だけ変位する可能性はほぼ無限小である。即ち、傾斜した変位が存在する場合には特に、連続する走査時における複数のキャリッジ位置間の単なる交差方向又は長手方向の変位とは異なり、キャリッジアセンブリ26が走査線の全長に沿って厳密に1ピクセル又はその整数倍だけ変位する状態が存在することは稀である。しかし、かかる状態が展開する可能性は極めて低く、無視しても安全である。
【0035】一般に、フラットベッドスキャナ12は、イメージセンサ24により生成されたイメージデータ(図示せず)を受信し、及び該イメージデータを本発明の方法10に従って処理するのに適したイメージ処理機構34を設けることが好ましいが、不可欠なものではない。代替的な実施形態では、イメージ処理機構34は、スタンドアロン装置(例えばパーソナルコンピュータ)に設けることが可能である。しかし、イメージ処理機構34を備えたフラットベッドスキャナを提供することは好都合である。イメージ処理機構34は、本明細書で図示及び説明する方法10に従ってイメージデータを操作し処理すると共にフラットベッドスキャナ12の他の構成要素(例えば、キャリッジ駆動機構32、光源アセンブリ62等)を動作させるよう設計された特定用途向け集積回路(ASIC)から構成することが可能である。代替的には、イメージ処理機構34は、当業界で公知であり商業的にも容易に入手可能な汎用プログラマブルマイクロプロセッサシステムから構成することも可能である。
【0036】イメージ処理機構34には、イメージセンサ24により生成されたイメージデータを格納するのに適したランダムアクセスメモリ(RAM)システム等の記憶装置(図示せず)を配設することも可能である。代替的には、磁気又は光ディスク記憶システム等の大容量データ記憶システムを、イメージデータの格納のために使用して、スキャナの一部として配設し、又は関連するPC等に配設することが可能である。しかし、かかる記憶装置は当業界で周知のものであって当業者により容易に提供可能なものであり、このため、本発明の好ましい一実施形態において使用される記憶装置(図示せず)についての詳細な説明は省略する。
【0037】ここで図1を参照する。ネイティブ走査解像度を増大させる方法10はステップ44で開始され、同ステップ44において、第1の走査掃引を開始するようイメージ処理機構34に命令する。第1の走査掃引は、キャリッジアセンブリ26が図3に示す初期位置又はホーム位置46に配置された状態で開始されるのが一般に好ましいが不可欠ではない。この時点で、イメージ処理機構34は、光源アセンブリ62を駆動し、走査軸30に沿ったキャリッジアセンブリ26の移動を開始させる。該キャリッジアセンブリ26の移動に伴い、イメージセンサ24が、ステップ48で、複数の走査線(例えば図7の36,38)に関するイメージデータを収集し、該イメージデータを記憶装置(図示せず)に格納する。この第1の走査掃引中に収集されたイメージデータを本書では第1のイメージデータセットと称す。該第1のイメージデータセットは、交差方向40に所与の解像度又はネイティブ解像度(例えば300ppi)を有すると共に、走査方向42に所与の解像度又はネイティブ解像度(例えば300ppi)を有するものとなる。勿論、交差方向40及び走査方向42における解像度は、該方法を用いる特定の種類のスキャナに応じて、また解像度の選択肢が提供される場合にはユーザにより選択された特定の走査解像度に応じて、変更することが可能である。
【0038】次いでステップ50で第2の走査掃引が開始される。該第2の走査掃引は、上述の第1の走査掃引と類似したものであり、キャリッジアセンブリ26で開始するが、この場合には端部位置82で開始される。キャリッジ26は、反対方向即ち逆方向に移動されて、イメージデータを収集する。第2の走査掃引の結果として、ステップ52において、第2のイメージデータセットが生成され、その後、イメージ処理機構34に関連する記憶装置(図示せず)に格納される。第2の走査掃引時に捕捉された第2のイメージデータセットもまた、第1のイメージデータセットの場合と同様に、交差方向40及び走査方向42における同一の所与の解像度又はネイティブ解像度を有するものとなる。例えば本書で図示及び説明する実施形態では、交差方向40及び走査方向42における所与の解像度又はネイティブ解像度は約300ppiであるが、上述のように他の解像度も可能である。
【0039】キャリッジマウント機構28及びキャリッジ駆動機構32に関する機械的な遊びにより、キャリッジアセンブリ26ひいてはイメージセンサ24が、第1の走査掃引と第2の走査掃引とで僅かに変位されることになる。例えば、走査方向43への移動時に捕捉された走査線36'は、方向42への走査掃引時に捕捉された走査線36から角度a+角度bに等しい角度だけ傾斜することになる(図7を参照)。上述のように、対応する走査線(例えば36と36')における任意の2つのピクセルの間の変位は、1ピクセルの数分の一から数ピクセルという範囲になる可能性がある。該変位が走査線全体にわたり0ピクセル又は1ピクセルの整数倍(例えば1、2、3、4又はそれ以上のピクセル)でない限り、本発明の方法は、イメージセンサ24のネイティブ解像度を増大させるのに有効なものとなる。
【0040】第1及び第2の走査掃引に対応する第1及び第2のイメージデータセットの収集が完了した後、該方法10は、ステップ54へと進み、第1及び第2のイメージデータセットを組み合わせて1つの高解像度のデータセットを生成する。該高解像度のデータセットは、その交差方向40及び走査方向42における解像度は両方とも、第1及び第2のイメージデータセットに関するそれぞれの解像度よりも高くなる。
【0041】本書で説明した本発明の思想は、他の態様で様々に実施可能なものであり、特許請求の範囲は、従来技術による制限を受けない限り本発明の代替的な実施形態を包含するものであると解釈されることが意図されている。
【0042】以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
1.オブジェクト(18)を表すイメージデータを生成するためのスキャナ装置(12)で使用されるイメージングアセンブリのネイティブ解像度を増大させる方法(10)であって、前記イメージングアセンブリの少なくとも一部を走査軸(30)に沿って移動させることにより第1の走査掃引(46)を開始して、前記ネイティブ解像度を有し走査対象となる前記オブジェクト(18)を表す第1のイメージデータセット(48)を生成し、前記イメージングアセンブリの少なくとも一部を走査軸(30)に沿って移動させることにより第2の走査掃引(50)を開始して、前記ネイティブ解像度を有し走査対象となる前記オブジェクト(18)を表す第2のイメージデータセット(52)を生成し、前記第2の走査掃引時における前記イメージングアセンブリの前記少なくとも一部の位置が、前記スキャナ装置(12)の構成要素間の機械的な遊びの分だけ、前記第1の走査掃引時における前記イメージングアセンブリの対応する位置から変位しており、前記第1のイメージデータセットと前記第2のイメージデータセットとを組み合わせて、前記ネイティブ解像度よりも高い解像度を有する高解像度イメージデータセット(54)を生成する、という各ステップを有する、イメージングアセンブリのネイティブ解像度を増大させる方法(10)2.前記イメージングアセンブリのイメージセンサ(24)部分を、機械的な遊びを有する可動キャリッジアセンブリ(26)に取り付け、該可動キャリッジアセンブリ(26)の前記機械的な遊びにより、該可動キャリッジアセンブリ(26)に取り付けられた前記イメージセンサ(24)が、前記第2の走査掃引時に、前記第1の走査掃引時の該イメージセンサ(24)の対応する位置から変位される、前項1に記載の方法。
3.前記第2の走査掃引が前記第1の走査掃引と反対方向(42,43)である、前項1に記載の方法。
4.前記第2の走査掃引が前記第1の走査掃引と反対方向(42,43)である、前項2に記載の方法。
5.オブジェクト(18)を表すイメージデータを生成するためのスキャナ装置(12)で使用されるイメージセンサ(24)のネイティブ解像度を増大させる方法(10)であって、前記イメージセンサ(24)に関連するイメージングアセンブリの少なくとも一部を第1の走査掃引時に走査軸(30)に沿って移動させて、前記ネイティブ解像度を有し走査対象となる前記オブジェクト(18)を表す第1のイメージデータセット(48)を生成し、前記イメージセンサ(24)に関連するイメージングアセンブリの少なくとも一部を第2の走査掃引時に前記走査軸(30)に沿って移動させて、前記ネイティブ解像度を有し走査対象となる前記オブジェクト(18)を表す第2のイメージデータセット(52)を生成し、前記第2の走査掃引時における前記イメージセンサ(24)の位置が、前記スキャナ装置(12)における機械的な遊びの分だけ、前記第1の走査掃引時における前記イメージセンサ(24)の対応する位置から変位しており、前記第1のイメージデータセットと前記第2のイメージデータセットとを組み合わせて、前記ネイティブ解像度よりも高い解像度を有する高解像度イメージデータセットを生成する、という各ステップを有する、イメージセンサ(24)のネイティブ解像度を増大させる方法(10)。
6.前記イメージセンサ(24)が、機械的な遊びを有する可動キャリッジアセンブリ(26)に取り付けられ、該可動キャリッジアセンブリ(26)の前記機械的な遊びにより、該可動キャリッジアセンブリ(26)に取り付けられた前記イメージセンサ(24)が、前記第2の走査掃引時に、前記第1の走査掃引時の前記イメージセンサ(24)の対応する位置から変位される、前項5に記載の方法。
7.前記第1の走査掃引と前記第2の走査掃引との前記イメージセンサ(24)の変位が1ピクセルの整数倍に等しくない、前項6に記載の方法。
8.前記第1の走査掃引が第1の走査方向(42,43)にあり、前記第2の走査掃引が前記第1の走査方向(42,43)と反対の第2の走査方向(42,43)にある、前項6に記載の方法。
9.a.機械的な遊びを有する少なくとも1つの走査方向に変位可能な構成要素(24)を備えたイメージングアセンブリであって、i.前記変位可能な構成要素(24)が、第1の走査方向(42,43)での変位時に走査軸(30)に対して第1の向きを有し、ii.前記変位可能な構成要素(24)が、前記第1の走査方向(42,43)と反対の第2の走査方向(42,43)での変位時に前記走査軸(30)に対して第2の向きを有し、iii.前記第1の向きが前記機械的な遊びによって前記第2の向きに対して変位される、イメージングアセンブリと、b.前記構成要素(24)の前記第1の走査方向(42,43)での変位時に生成されるイメージデータセットを、前記構成要素(24)の前記第2の走査方向(42,43)での変位時に生成されるイメージデータセットと組み合わせるデータプロセッサ(34)とを備えている、走査装置(12)。
10.オブジェクト(18)を走査して第1の方向(42,43)への移動時に第1のイメージデータセットを生成し、及び第2の方向(42,43)への移動時に第2のイメージデータセットを生成する、機械的な遊びを有する走査手段(26)であって、前記第2のイメージデータセットが前記機械的な遊びにより前記第1のイメージデータセットから変位される、走査手段(26)と、前記第1及び第2のイメージデータセットを組み合わせて前記第1又は第2のイメージデータセットよりも高い解像度を有する第3のイメージデータセットを生成する手段とを備えている、走査装置(12)。




 

 


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