JP2001358916A - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボールと２つのロータリーエンコーダを組み
合わせた従来型の移動量検出装置を画像読取系と共に同
一筐体内に収納すると装置が大型化する。 【解決手段】 原稿照明用ＬＥＤ１５ａ〜１５ｄ、ダイ
クロイックミラー１６、結像レンズ１７およびＣＣＤエ
リアセンサ１８からなる読取光学系１９と、移動量検出
用の強指向性ＬＥＤ２０、結像レンズ２１および小規模
エリアセンサ２２からなる移動量検出装置２３とを同一
の装置筐体１１内に収納し、本画像読取装置に画像読取
機能と移動量検出機能の２つの機能を持たせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エリア型イメージ
センサを使用して原稿中の所望領域の画像情報を選択的
に読み取る画像読取装置に関し、特に画面上の座標位置
を入力するポインティングデバイスの一つであるマウス
の機能を兼ね備えたいわゆるマウス兼用型画像読取装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】原稿全体を読み取るタイプの画像読取装
置に対して、小型で原稿画像中の必要な部分のみを読み
取るタイプの画像読取装置がある。このタイプの画像読
取装置に使用されるイメージセンサとしては、リニア型
イメージセンサ（以下、リニアセンサと略称する）を使
用するものが主流であったが、原稿上の読取部分を手走
査で装置本体を動かしていくことから走査ムラが発生
し、画像が歪む問題があった。

【０００３】一方、画像中の必要な部分のみを読み取る
画像読取装置の用途として、２次元バーコードなどの原
稿中の情報パターンを読み取る用途がある。しかし、こ
の用途において上記画像歪みが発生すると、パターンの
認識精度が悪くなる。このため、原稿を精度良く手走査
するための習熟が使用者に要求されることになり、結果
として、使い勝手が悪いものとなる。

【０００４】こうした問題を考えると、情報パターンを
読み取る用途では、エリア型イメージセンサ（以下、エ
リアセンサと略称する）を使用して全画面をワンショッ
トで取り込むことが望ましいが、リニアセンサを使用し
た方式に比べて、原稿面が広いことから、光学系が大き
くなる問題がある。

【０００５】ところで、２次元バーコードなどの情報パ
ターンを読み取る用途の画像読取装置を、実際にＰＣ
（パーソナルコンピュータ）にその周辺機器として装備
しようとすると、どうしても、デスク上のスペースを多
く占有してしまうという問題が生じる。また、周辺機器
としてのマウスの形状・グリップ感は人間工学的に良く
考えられたものであり、コードリーダとしてもこうした
形状が望ましい。

【０００６】ところが、似通った形状の２つの周辺機器
（マウス／コードリーダ）をＰＣに装備した場合、マウ
スを操作するつもりでコードリーダを操作してしまうな
ど、操作時に混乱が生じ易い。さらに、モバイルでパー
ソナルコンピュータを使用する場合、周辺機器も携帯に
適したものが望ましいが、装置が２つになることや装置
が大型化することは、こうしたモバイル志向の流れに逆
行することになる。

【０００７】このような観点から考えると、画像読取装
置とマウス装置とを一体化し、なおかつ、大型化しない
ことが望ましい。このように、画像読取装置とマウス装
置とを一体にするという提案は、これまでにもいくつか
なされている。具体的には、リニアセンサを使った読取
装置とマウスとを一つの筐体に収納し、マウスの位置検
出機能を兼用して手送り式リニアセンサ読取装置の読取
位置を検出するようにしたポインティングデバイス兼用
画像入力装置（特開昭６１−１３４８３０号公報参照）
がある。

【０００８】さらには、マウス機能とリニアセンサを使
った画像読取機能とを備え、これら機能を切り換える構
成の複数機能を有する入力装置（特開昭６３−３１８６
２５号公報参照）や、プリンタ機能やリニアセンサを使
った画像読取機能を有する構成のマウス（特開平２−２
１０５２３号公報参照）や、マウスに読取部をつけ、位
置検出機能と連動させて原稿画像を走査し、大きな画像
に合成する構成の光学的読取機能を備えたマウス装置
（特開平１１−７３５６号公報参照）などが知られてい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来技術はいずれも、イメージセンサとしてリニアセ
ンサを使用し、マウスを動かしながら大きな範囲の画像
を読み込むことを狙ったものであり、原稿の限られた範
囲内のコード情報を狙って読み込むことを目的としたも
のではない。

【００１０】また、ボールとエンコーダによって位置検
出を行うマウス内部に、ＣＣＤ(Charge Coupled Devic
e)型エリアセンサ（ＣＣＤエリアセンサ）とレンズを組
み込んで、指紋の読み取りを行う構成の装置も提案され
ている（特開平１１−２０３０４１号公報参照）。しか
しながら、当該公報には、読取面傾斜に起因する像面傾
斜の問題など光学的な記述がないことから、現実性に乏
しい。

【００１１】しかも、図面上、光路の折り返しがないこ
とから、物体面から結像面までの光路長が短いなどの光
学寸法から判断すると、せいぜい１０ｍｍ以下の範囲の
画像読み取りが行える程度のものであり、ある程度の大
きさを持った２次元バーコードなどの情報パターンを読
み取る装置には向いていない。

【００１２】ここで、装置を原稿に密着させてコード情
報を読み取るためのエリアセンサを含む読取光学系を、
マウス筐体内に収納する場合の構成について考える。

【００１３】グラフィックス表示規格の一つ、ＶＧＡ
（６４０画素×４８０画素）サイズを６００ｄｐｉ(dot
per inch)で読み取る読取光学系を構成するには、原稿
部からセンサ部までのサイズとして、約３０×２０×６
０ｍｍの光学系を折りたたむだけのスペースが必要であ
り、ミラー１枚で折り返すとしてセンサ基板まで含める
と、幅３０×高さ３０×奥行き７０ｍｍ程度の体積をと
ることになる。

【００１４】一方、図２６に示すように、ボール１０１
と２つのロータリーエンコーダ１０２，１０３を組み合
わせた従来型の移動量検出装置は、４５×４５×２０ｍ
ｍ〜５０×５０×２５ｍｍ程度の体積が必要となる。な
お、図２６において、ボール１０１は、ローラ１０４，
１０５に対してスプリングローラ１０６の押圧力によっ
て圧接し、ローラ１０４，１０５は回転軸１０７，１０
８を介してロータリーエンコーダ１０２，１０３に結合
した状態にある。

【００１５】上述した読取光学系および従来型の移動量
検出装置に加えて、読取後の信号処理をなす信号処理
系、原稿を照明する照明手段、マウスクリックボタンに
対応するスイッチ等もマウス筐体内に収納することにな
る。しかしながら、これらを全て通常サイズのマウス筐
体内に収納することは不可能であり、マウス筐体のサイ
ズを大きくせざるを得ない。その結果、装置が大型化
し、携帯ＰＣと組み合わせてモバイル用途で使いたい、
という要望とかけ離れたものとなってしまう。

【００１６】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、簡単な構成にて必要
な読取位置の画像を正確に読み取ることができるととも
に、ポインティングデバイスとしての機能をも兼ね備
え、小型で携帯使用に適した画像読取装置を提供するこ
とにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明による画像読取装
置は、装置筐体内に収納され、原稿中の所望の領域の画
像を光学的に読み取る読取手段と、この読取手段と共に
装置筐体内に収納され、当該装置筐体の動きに関連する
情報を光学的に検出する検出手段とを備える構成となっ
ている。

【００１８】上記構成の画像読取装置において、読取手
段および検出手段が同じ装置筐体内に収納されること
で、本装置は原稿画像を読み取る機能と装置筐体の動き
に関連する情報を検出する機能との２つの機能を持つこ
とになる。特に、検出手段が光学的に検出する構成であ
るため、装置が大型化することもない。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００２０】［第１実施形態］図１は、本発明の第１実
施形態に係る画像読取装置の構成の概略を示す内部構成
図である。図２はその筐体の上面図である。

【００２１】図１および図２において、装置筐体１１は
その上部が手のひらにフィットし易いように湾曲した形
状をなしており、その前部には２つの操作ボタン１２
ａ，１２ｂを備えている。これら操作ボタン１２ａ，１
２ｂは、ＰＣ使用者によるクリック操作によってその操
作情報を入力するために設けられたものであり、光透過
性を有している。

【００２２】そして、装置筐体１１内に不要な外乱光の
赤色成分が入るのを防ぐために、操作ボタン１２ａ，１
２ｂは、図３に示すように、６００ｎｍ以上の波長成分
を吸収するサイアン色の分光特性を持っている。なお、
以下の説明では、光透過性を有する操作ボタン１２ａ，
１２ｂを、透明な操作ボタン１２ａ，１２ｂと略称する
ものとする。

【００２３】装置筐体１１内において、その底面には、
操作ボタン１２ａ，１２ｂの下方位置に原稿１３の読取
エリアを画定する読取窓１４が形成されている。また、
この読取窓１４を通して原稿１３の読取エリアを照明す
るための照明手段として、例えば赤色のＬＥＤ（発光ダ
イオード）１５a〜１５ｄが読取窓１４の４隅の上方に
１個ずつ配置されている。

【００２４】この原稿照明用ＬＥＤ１５ａ〜１５ｄとし
ては、ピーク波長が６６０ｎｍ程度のものが用いられ
る。図４に、原稿照明用ＬＥＤ１５ａ〜１５ｄの分光特
性を示す。そして、これらＬＥＤ１５ａ〜１５ｄは、読
取窓１４を通して原稿１３に対して例えば２１×２８ｍ
ｍサイズのエリア全体を照明する。

【００２５】また、読取窓１４の上方にはダイクロイッ
クミラー（２色性ミラー）１６が、装置筐体１１の底面
に対して傾斜した状態で設けられている。このダイクロ
イックミラー１６は、図５の特性図に示すように、波長
が６００ｎｍ以上の光を反射し、それを下回る光につい
ては透過するような分光特性を持っている。図５の特性
図において、破線が反射率を、実線が透過率をそれぞれ
示している。

【００２６】これにより、ダイクロイックミラー１６
は、原稿１３の状態を観察するための光路と原稿１３の
画像を読み取るための光路とを分ける作用をなす。すな
わち、透明な操作ボタン１２ａ，１２ｂを透して入射し
た光のうち、波長が６００ｎｍを下回る光については、
ダイクロイックミラー１６を透してさらに装置筐体１１
の内部に入射できる。

【００２７】このように、波長が６００ｎｍを下回る光
が装置筐体１１の外部からダイクロイックミラー１６を
透して原稿１３を照射し、さらに原稿１３で反射された
光のうち波長が６００ｎｍを下回る光がダイクロイック
ミラー１６を透過することにより、装置筐体１１の外部
から操作ボタン１２ａ，１２ｂを透して原稿１３の状
態、例えば読取位置を確認できる。すなわち、透明な操
作ボタン１２ａ，１２ｂは、原稿１３の読取位置を確認
する覗き窓としての機能をも持つことになる。

【００２８】装置筐体１１内にはさらに、結像レンズ１
７およびＣＣＤエリアセンサ１８がダイクロイックミラ
ー１６の右側に配置されている。この結像レンズ１７お
よびＣＣＤエリアセンサ１８は、ダイクロイックミラー
１６側からその順番で底面に対して光軸がほぼ平行にな
るように配されている。

【００２９】ダイクロイックミラー１６は、先述したよ
うに、６００ｎｍ以上の波長の光を反射する特性を持っ
ていることから、原稿照明用ＬＥＤ１５ａ〜１５ｄで発
光されるピーク波長が６６０ｎｍ程度の照明光に基づい
て、原稿１３の読取エリアから反射される読取光（反射
光）をさらに、結像レンズ１７およびＣＣＤエリアセン
サ１８の方向に反射する。

【００３０】結像レンズ１７は、ダイクロイックミラー
１６で反射された読取光を、ＣＣＤエリアセンサ１８の
撮像面上に結像する。ＣＣＤエリアセンサ１８は、結像
レンズ１７によって結像された原稿像を画素単位で光電
変換し、アナログ画像信号として出力する。このＣＣＤ
エリアセンサ１８としては、例えば、数百画素×数百画
素で、毎秒３０フレームのスペックのものが用いられ
る。

【００３１】上述した原稿照明用ＬＥＤ１５ａ〜１５
ｄ、ダイクロイックミラー１６、結像レンズ１７および
ＣＣＤエリアセンサ１８により、原稿１３の画像情報、
例えばコード情報を読み取る読取光学系１９が構成され
ている。そして、透明な操作ボタン１２ａ，１２ｂを透
して原稿１３の状態を観察するための光路と読取光学系
１９の光路とがダイクロイックミラー１６によって分け
られることにより、外乱光の影響による読取条件の変動
を最小限に抑えることができるため、原稿画像の読み取
りを安定して行えるとともに、読取位置を確実に確認で
きる。

【００３２】装置筐体１１内において、その後部には、
強指向性ＬＥＤ２０、結像レンズ２１および小規模イメ
ージセンサ２２からなり、装置筐体１１の動きに関連す
る情報、例えば原稿上の移動量（移動方向を含む）を検
出する移動量検出装置２３が設けられている。なお、移
動量検出装置２３には、上記の構成要素の外に、後述す
る演算処理を行うＣＰＵ等を含む演算回路も含まれるも
のとする。強指向性ＬＥＤ２０は、原稿１３に対して孔
２４を通して直径４ｍｍ程度のエリアを部分的に照明す
る。この照明光に基づく原稿１３からの反射光は、移動
量検出窓２５を通して結像レンズ２１に入射し、この結
像レンズ２１によって小規模イメージセンサ２２の撮像
面上に結像される。

【００３３】上記構成の移動量検出装置２３は、小規模
イメージセンサ２２で原稿１３からの情報を読み取って
その相関演算から装置本体の移動量を検出する。小規模
イメージセンサ２２は、例えば３６画素×３６画素の画
素数を有し、３ｍｍ程度の読取範囲を１２ｄｏｔ／ｍｍ
の解像度で情報を読み取る。このような画素数を設定し
た理由については後述する。結像レンズ２１の共役長と
しては８ｍｍ程度で十分である。したがって、装置筐体
１１内で大きなスペースをとることはない。

【００３４】図６は、第１実施形態に係る画像読取装置
の電気系の構成を示すブロック図であり、図中、図１と
同等部分には同一符号を付して示している。

【００３５】図６において、マウスのクリックボタンの
機能を持つ操作ボタン１２ａ，１２ｂの操作信号は、本
装置内のＣＰＵ３１に送られる。ＣＰＵ３１は、ＵＳＢ
(Universal Serial Bus)ドライバ３２を介してＰＣ本体
との間で情報のやり取りを行い、画像読取モード（コー
ド情報読取モード）と移動量検出モードとを切り換え
る。この動作モードの切り換えに応じて、ＣＰＵ３１
は、原稿照明用（コード情報読取用）のＬＥＤ１５ａ〜
１５ｄまたは移動量検出照明用のＬＥＤ２０を駆動す
る。

【００３６】また、各動作モードに対応して設けられた
２つのイメージセンサ１８，２２に対してそれぞれアン
プ３４，３７およびＡ／Ｄ変換器３５，３８が設けられ
ている。これらアンプ３４，３７およびＡ／Ｄ変換器３
５，３８を経た読取データは画像処理用ＡＳＩＣ(appli
cation specific integrated circuit)３６に送られ、
ここで画像処理されたデータはＣＰＵ３１に送られる。
また、画像読取モードと移動量検出モードとのモード切
り換え信号は、ＣＰＵ３１からＡＳＩＣ３６に送られ
る。

【００３７】続いて、各動作モードでの動作について述
べる。本体のＰＣ起動時から始まって、標準動作では、
本装置は移動量検出モードにある。この状態では、ＣＰ
Ｕ３１は移動量検出照明用のＬＥＤ２０を選択して点灯
駆動するとともに、小規模イメージセンサ２２を駆動す
る。小規模イメージセンサ２２の読取情報は、アンプ３
７およびＡ／Ｄ変換器３８を経て画像処理用ＡＳＩＣ３
６に送られる。ＡＳＩＣ３６では、後述する相関処理演
算によって移動量情報が求められる。この移動量情報
は、ＡＳＩＣ３６からＣＰＵ３１へ送られ、さらにＵＳ
Ｂドライバ３２を経由してＰＣ本体へ送られる。

【００３８】一方、画像読取モードへ入る際には、事前
にコード情報入力に対応するＳ／Ｗ画面を立ち上げてお
き、図７に示すように、コード情報入力を行うためのＳ
／Ｗボタン３９をマウスで左クリック（左側の操作ボタ
ン１２ａをクリック）することで、コード情報読取モー
ドに入る。この際の状態遷移を図８に示す。

【００３９】コード情報読取モードに入ると、ＣＰＵ３
１は、ＰＣ本体への移動量情報の送信を停止するととも
に、移動量検出照明用のＬＥＤ２０を消灯し、さらに移
動量検出用の小規模イメージセンサ２２の駆動も停止
し、マウスボタンクリック情報（操作ボタン１２ａ，１
２ｂの操作信号）のみをＰＣ本体に送信する。

【００４０】そしてＣＰＵ３１は、左クリックされた時
点でそのクリック情報、即ち操作ボタン１２ａの操作信
号をＰＣ本体に送る。すると、ＰＣ本体はこのクリック
情報を受けてＣＰＵ３１に対して画像読取モードに移行
する旨を指示する信号を送信する。その指示信号を受け
て、ＣＰＵ３１は、原稿１３を照明するＬＥＤ１５ａ〜
１５ｄを点灯駆動するとともに、ＣＣＤエリアセンサ１
８を駆動するＣＣＤドライバ３３に対して、垂直同期・
水平同期などの同期信号を送る。

【００４１】ＣＣＤドライバ３３は、垂直同期・水平同
期などの同期信号をもとに、ＣＣＤエリアセンサ１８に
対して信号電荷を読み出すための読み出しパルス、信号
電荷を垂直および水平転送するための垂直転送パルスや
水平転送パルスなどの各種の駆動パルスを供給する。Ｃ
ＣＤエリアセンサ１８は、２次元配置された画素ごとに
光電変換を行い、アナログ画像信号として出力する。

【００４２】このアナログ画像信号はアンプ３４および
Ａ／Ｄ変換器３５を介して画像処理用ＡＳＩＣ３６に送
られる。そして、ここで画像処理された画像データは、
ＣＰＵ３１内のメモリにバッファリングされる。ＣＰＵ
３１は、バッファリングした画像データをＵＳＢドライ
バ３２を介してＰＣ本体へ送信し、１画面分の画像情報
をＰＣ側に送信した時点でＬＥＤ１５ａ〜１５ｄを消灯
するとともに、ＣＣＤエリアセンサ１８の駆動を停止す
る。そして引き続き、移動量検出照明用のＬＥＤ２０を
点灯駆動するとともに、小規模イメージセンサ２２を駆
動して移動量検出モードに入る。

【００４３】ここで、移動量検出モードの際に画像処理
ＡＳＩＣ３６で行われる相関処理演算について以下に述
べる。

【００４４】連続した２回の読み取り動作で読み取った
画像データを各々、Ｄ１（ｉ，ｊ）とＤ２（ｉ，ｊ）と
する。ここで、ｉ，ｊは、デジタル画像上の２次元位置
座標を示すサフィックスである。このときに、画像相関
演算の演算式は、 ｛Σ_ij=1〜MＤ１（ｉ，ｊ）・Ｄ２（ｉ＋ｍ，ｊ＋ｎ）
／｛Σ_ij=1〜MＤ１（ｉ，ｊ）｝／｛Σ_ij=1〜MＤ２
（ｉ，ｊ）｝ である。ｍ，ｎを変化させてこの計算を行い、最大値を
探す。このとき、最大値を与えるｍ，ｎが、２画像間の
移動量である。

【００４５】この処理の例を、図９に簡単な一次元演算
の例で示す。画像１と画像２が共に同図（ａ）に示すよ
うな３０画素分のデータであったとして、２０画素分の
窓で±４画素の相関演算をした結果が同図（ｂ）とな
る。これから、互いの窓をずらして相関演算をした場合
に、両者の波形が重なった場合に演算値がピークを持つ
ことがわかる。

【００４６】ところでこのとき、マウス（装置本体）の
速い動きまで検出するために、大きな移動量を検出しよ
うとすると、画像相関演算の処理サイズを大きくしなけ
ればならない。しかし、処理サイズを大きくしようとす
ると、演算回数が処理サイズの２乗に比例して増えるの
で、処理時間がかかり過ぎてしまう。

【００４７】これに対して、画像の取り込み周期を速く
することで、マウスの大きい動きに対処しようとすれ
ば、相関処理で大きな移動量を検出しなくても良くなる
ので、相関処理を行う規模が小さくなり、演算所要時間
が少なくて済む。例えば、毎秒１．５ｍの移動速度まで
検出しようとした場合、通常のエリア型イメージセンサ
の取込周期である１／３０秒で取り込もうとすると、±
５０ｍｍ分の移動範囲のデータを採取する必要がある。

【００４８】これは、読取解像度を１２ｄｏｔ／ｍｍと
すると、±６００画素範囲の読み取りが必要であり、１
２×１２画素の窓で相関演算をとるとして、１２１２×
１２１２画素の大きなサイズのイメージセンサが必要な
上に、相関演算に必要な乗算回数も毎秒約６０憶回（＝
１２×１２×１２００×１２００×３０）が必要とな
る。これは、１００ＭＨｚの演算速度で計算しても６０
００個の並列演算が必要な膨大な計算量である。

【００４９】しかし、取込周期を毎秒１５００回まで上
げると、±１ｍｍ分の移動範囲のみデータ採取すれば良
いので、読取解像度１２ｄｏｔ／ｍｍで、±１２画素の
範囲で良く、１２×１２画素の窓（１ｍｍ角）で相関演
算するとして、３６×３６画素（窓±１ｍｍ分）の画像
を取り込めば良い。また、相関演算に必要な乗算回数も
毎秒約１２０万回（＝１２×１２×２４×２４×１５０
０）で済み、現実的な数値となる。

【００５０】こうした演算を行うＡＳＩＣ３６内の演算
処理部の構成例を図１０に示す。同図において、コード
情報読取用のＣＣＤエリアセンサ１８の出力信号と移動
量検出用の小規模エリアセンサ２２の出力信号の入力を
入力切り換えスイッチ４１で切り換え、シェーディング
補正回路４２で各動作モード（画像読取モード／移動量
検出モード）ごとにシェーディング補正を行う。

【００５１】このシェーディング補正を行うために、シ
ェーディングメモリ４３，４４にはあらかじめ動作モー
ドごとに画素感度ばらつきと照明むらを補正するための
情報が格納されている。これらシェーディングメモリ４
３，４４の切り換えは、切り換えスイッチ４１によるセ
ンサの切り換えに応じて切り換えスイッチ４５によって
行われる。そして、画像読取モードの場合は、シェーデ
ィング補正済みの画像データは、切り換えスイッチ４６
を介してＣＰＵ３１側へ出力される。

【００５２】一方、移動量検出モードの場合は、シェー
ディング補正後のデータは、切り換えスイッチ４６を介
して画像メモリ４７および相関演算部４８に供給され
る。相関演算部４８は、画像メモリ４７に格納されてい
る１フレーム前（１画像前）の１２×１２画素分の画像
データと現画像データとの相関演算から移動量を求める
演算処理を行う。この相関演算部４８で求められた移動
量情報は、ＣＰＵ３１側へ出力される。

【００５３】このように、移動量検出用の小規模イメー
ジセンサ２２が毎秒１５００フレームの読み取り動作を
行なうのに対して、コード情報読取用のＣＣＤエリアセ
ンサ１８が毎秒３０フレームの読み取り動作で、１フレ
ーム当たり６４０×４８０画素の読み取りを行う。これ
は、１画素当たりの読み出し時間に限界があることか
ら、フレームレートを上げ過ぎると、読取範囲の画素数
を読み切れなくなるためである。また、不必要にフレー
ムレートを上げ過ぎると、露光時間が短くなり、読取画
像のＳ／Ｎが低下する問題もある。

【００５４】こうして、２つのセンサ（ＣＣＤエリアセ
ンサ１８／小規模イメージセンサ２２）を切り換え、各
センサごとに読み出しフレームレートを切り換えること
で、コード情報の読み取り動作と、画像相関演算を使っ
た移動量の検出動作を切り換えることができる。

【００５５】その結果、移動量検出機能を小型イメージ
センサを用いて行うことで、ボールと２つのロータリー
エンコーダを組み合わせた従来の移動量検出装置（図２
６を参照）を用いる場合に比べて装置本体の小型化がで
き、読取光学系１９によるコード情報の読取機能と移動
量検出装置２３による移動量検出機能とを、従来型のマ
ウス程度のサイズにパッケージングできることになる。

【００５６】なお、本実施形態においては、２つの動作
モードの切り換えに伴って、マウス移動量検出情報の送
信を止めるとともに、移動量検出照明用の強指向性ＬＥ
Ｄ２０を消灯するようにしている。このことは、コード
情報読取中の装置本体の移動によって、マウスポインタ
が想定外の場所に動いてしまうことを防止する意味があ
る。

【００５７】しかし一方で、コード読取期間中の装置移
動情報を使って、複数回の読取情報を貼り合わせ、より
広い範囲のコード情報を取り込みたいという用途もあ
る。この場合には、本実施形態に係る画像読取装置の動
作としてコード情報読取モードの期間中も、移動量検出
用のイメージセンサ２２を動かし続ける必要がある。た
だこの場合、強指向性ＬＥＤ２０の照明光がコード情報
読取窓の範囲に入らないようにする注意が必要となる。

【００５８】例えば、図１１（ａ）に示すように、強指
向性ＬＥＤ２０を移動量検出窓２５の後方側（読取窓１
４の反対側）に配置する構成を採った場合は、強指向性
ＬＥＤ２０の照射光の光軸がコード情報を読み取る読取
窓１４の範囲にかかってしまい、その結果、装置筐体１
１と原稿１３との間を光が導波した漏れ光が読取窓１４
にかかってしまい、読取情報精度に影響を及ぼしてしま
う。

【００５９】これを防ぐためには、図１１（ｂ）に示す
ように、強指向性ＬＥＤ２０を移動量検出窓２５の前方
側（読取窓１４側）に配置する構成を採ることにより、
強指向性ＬＥＤ２０の照射光の光軸が読取窓１４の範囲
にかからないように配慮する必要がある。また、この対
策として強指向性ＬＥＤ２０の照射光の色を緑（Ｇ）と
して、読取動作時にカットされる光源としても良い。

【００６０】また、本実施形態では、Ｓ／Ｗ画面上での
ボタンクリックによって、２つの動作モードを切り換え
る構成としたが、動作モードの切り換え方法はこれに限
られるものではない。例えば、ＰＣ周辺機器の一つであ
るキーボードのシフトキー、Ａｌｔキーなどとのコンビ
ネーション設定にマウスボタンクリックを割り付けても
良いし、また、マウス自体に専用ボタンを設けることも
可能である。

【００６１】［第２実施形態］図１２は、本発明の第２
実施形態に係る画像読取装置の構成の概略を示す内部構
成図である。

【００６２】図１２において、装置筐体５１はその上部
が手のひらにフィットし易いように湾曲した形状をなし
ており、その前部には２つの操作ボタン５２ａ，５２ｂ
を備えている。これら操作ボタン５２ａ，５２ｂは、Ｐ
Ｃ使用者によるクリック操作によってその操作情報を入
力するために設けられたものであり、光透過性を有して
いる。

【００６３】そして、装置筐体５１内に不要な外乱光の
赤色成分が入るのを防ぐために、操作ボタン５２ａ，５
２ｂは、図３に示すように、６００ｎｍ以上の波長成分
を吸収するサイアン色の分光特性を持っている。なお、
以下の説明では、光透過性を有する操作ボタン５２ａ，
５２ｂを、透明な操作ボタン５２ａ，５２ｂと略称する
ものとする。

【００６４】装置筐体５１内において、その底面には、
操作ボタン５２ａ，５２ｂの下方位置に原稿５３の読取
エリアを画定する読取窓５４が形成されている。また、
この読取窓５４を通して原稿５３の読取エリア（コード
情報）を照明するための照明手段として、例えば図４に
示すような分光特性を持つピーク波長が６６０ｎｍ程度
の赤色のＬＥＤ５５a〜５５ｄが読取窓５４の４隅の上
方に１個ずつ配置されている。

【００６５】装置筐体５１内の読取窓１４の近傍には、
原稿照明用のＬＥＤ５５a〜５５ｄの外に、装置本体の
移動量を検出するための移動量検出用の強指向性ＬＥＤ
５６が配置されている。そして、読取窓５４の部分を、
原稿照明用のＬＥＤ５５a〜５５ｄと強指向性ＬＥＤ５
６とで照明する。具体的には、コード情報照明用のＬＥ
Ｄ５５a〜５５ｄでは例えば２１×２８ｍｍサイズのエ
リア全体を照明し、強指向性ＬＥＤ５６では例えば４ｍ
ｍ程度のエリアを部分的に照明する。

【００６６】また、読取窓５４の上方にはダイクロイッ
クミラー５７が、装置筐体５１の底面に対して傾斜した
状態で設けられている。このダイクロイックミラー５７
は、図５の特性図に示すように、波長が６００ｎｍ以上
の光を反射し、それを下回る光については透過するよう
な分光特性を持っている。これにより、透明な操作ボタ
ン５２ａ，５２ｂを透して入射した光のうち、波長が６
００ｎｍを下回る光については、ダイクロイックミラー
５６を透してさらに装置筐体５１の内部に入射できる。

【００６７】このように、波長が６００ｎｍを下回る光
が装置筐体５１の外部からダイクロイックミラー５７を
透して原稿５３を照射し、さらに原稿５３で反射された
光のうち波長が６００ｎｍを下回る光がダイクロイック
ミラー５７を透過することにより、装置筐体５１の外部
から操作ボタン５２ａ，５２ｂを透して原稿５３の読取
位置を確認できる。

【００６８】装置筐体５１内にはさらに、結像レンズ５
８およびイメージセンサ５９がダイクロイックミラー５
７の右側に配置されている。この結像レンズ５８および
イメージセンサ５９は、ダイクロイックミラー５７側か
らその順番で底面に対して光軸がほぼ平行になるように
配されている。イメージセンサ５９としては、Ｘ-Ｙア
ドレス型イメージセンサ、例えばＣＭＯＳイメージセン
サ（エリアセンサ）が用いられる。

【００６９】ダイクロイックミラー５７は、先述したよ
うに、６００ｎｍ以上の波長の光を反射する特性を持っ
ていることから、原稿照明用ＬＥＤ５５ａ〜５５ｄまた
は強指向性ＬＥＤ５６から照射される照射光に基づい
て、原稿５３の読取エリアから反射される読取光を結像
レンズ５８およびＣＭＯＳイメージセンサ５９の方向に
反射する。なお、後述するように、画像読取モードでは
原稿照明用ＬＥＤ５５ａ〜５５ｄのみが発光し、移動量
検出モードでは強指向性ＬＥＤ５６のみが発光する。

【００７０】結像レンズ５８は、ダイクロイックミラー
５７で反射された読取光を、ＣＭＯＳイメージセンサ５
９の撮像面上に結像する。ＣＭＯＳイメージセンサ５９
は、結像レンズ５８によって結像された原稿像を画素単
位で光電変換し、アナログ画像信号として出力する。

【００７１】図１３に、読取窓５４の読取エリアに対す
るＣＭＯＳイメージセンサ５９の読取範囲を示す。同図
において、撮像エリア５９Ａの全体が画像読取範囲とな
り、撮像エリア５９Ａの上端中央部の領域が移動量検出
範囲（移動量情報センシング範囲）５９Ｂとなる。ここ
で、移動量検出範囲５９Ｂを撮像エリア５９Ａの端部に
設定しているのは、強指向性ＬＥＤ５６で移動量検出エ
リアを照明するに当たり、その照明部分が読取窓５４の
端部にあった方が照明しやすいためである。

【００７２】ところで、ＣＭＯＳイメージセンサ５９は
ＣＣＤ型イメージセンサと異なり、マトリクス状に配置
された画素の各情報を、Ｘ（列）Ｙ（行）にアドレッシ
ングすることによって画素単位でランダムに読み出すこ
とができるので、撮像エリア５９Ａのうち限られた範囲
のみの画素情報を、高いフレームレートで読み出すこと
が可能となる。以下に、ＣＭＯＳイメージセンサ５９の
内部構成および動作について説明する。

【００７３】図１４は、ＣＭＯＳイメージセンサ５９の
主要部を示す概略構成図である。なお、ここでは、図面
の簡略化のために、３行３列分の画素（セル）配列の場
合を例に採って示しているが、実際にはこれよりも多数
の単位セルが配列されることになる。

【００７４】図１４において、３行３列分のセル配列に
対応して、垂直アドレス線６１-1〜６１-3および垂直信
号線６２-1〜６２-3がマトリクス状に配線され、それら
の交点部分に単位セル６３が行列２次元状に配置されて
撮像部６０を構成している。単位セル６３は、光電変換
をなす例えばフォトダイオードＰＤ、その検出信号を増
幅する増幅トランジスタＱａｍｐ、信号を読み出すライ
ン（行）を選択する選択トランジスタＱｓｅｌおよびノ
ードＮｓｉｇの信号電荷をリセットするリセットトラン
ジスタＱｒｅｓを有する構成となっている。

【００７５】この単位セル６３の配列に対して、垂直走
査をなす垂直シフトレジスタ６４が設けられている。こ
の垂直シフトレジスタ６４の各転送段の出力端には垂直
アドレス線６１-1〜６１-3の各一端が接続され、リセッ
ト端にはリセット線６５-1〜６５-3の各一端が接続され
ている。

【００７６】垂直アドレス線６１-1〜６１-3には選択ト
ランジスタＱｓｅｌのゲート電極が各行ごとに接続さ
れ、リセット線６５-1〜６５-3にはリセットトランジス
タＱｒｅｓのゲート電極が各行ごとに接続されている。
そして、垂直走査の際に、垂直シフトレジスタ６４から
は垂直アドレスパルスφＶａｄ１〜φＶａｄ３、リセッ
トパルスφＶｒｅｓ１〜φＶｒｅｓ３が順に出力され、
垂直アドレス線６１-1〜６１-3およびリセット線６５-1
〜６５-3にそれぞれ印加される。

【００７７】垂直信号線６２-1〜６２-3の各一端と電源
（ＶＤＤ）線６６との間には、負荷トランジスタ６７-1
〜６７-3が接続されている。垂直信号線６２-1〜６２-3
の各他端には、雑音除去回路６８-1〜６８-3がそれぞれ
接続されている。雑音除去回路６８-1〜６８-3の各々
は、クランプ容量Ｃｃｌｐ、クランプトランジスタＱｃ
ｌｐ、サンプルホールドトランジスタＱｓｈおよびクラ
ンプ容量Ｃｃｈから構成されている。

【００７８】これら雑音除去回路６８-1〜６８-3におい
て、クランプ容量Ｃｃｌｐはその一端が垂直信号線６２
-1〜６２-3の各他端に接続されている。クランプトラン
ジスタＱｃｌｐは、クランプ容量Ｃｃｌｐの他端とクラ
ンプ電源（ＶＣＬＰ）線６９との間に接続され、そのゲ
ート電極がクランプ制御線７０に接続されている。この
クランプ制御線７０には、後述するタイミングジェネレ
ータ（図１６を参照）からクランプパルスφＣＬＰが供
給される。

【００７９】サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）トランジスタ
Ｑｓｈは、その一方の主電極（ドレイン／ソース電極）
がクランプ容量Ｃｃｌｐの他端に接続され、そのゲート
電極がサンプルホールド制御線７１に接続されている。
このサンプルホールド制御線７１には、上記タイミング
ジェネレータからサンプルホールドパルスφＳ／Ｈが供
給される。クランプ容量Ｃｃｈは、サンプルホールドト
ランジスタＱｓｈの他方の主電極（ソース／ドレイン電
極）とグランドとの間に接続されている。

【００８０】雑音除去回路６８-1〜６８-3の各出力端、
即ちサンプルホールドトランジスタＱｓｈの他方の主電
極は、水平選択トランジスタ７２-1〜７２-3を介して水
平信号線７３に接続されている。水平選択トランジスタ
７２-1〜７２-3の各ゲート電極には、水平シフトレジス
タ７４の各転送段から順次出力される水平選択パルスφ
Ｈ１〜φＨ３が印加される。

【００８１】次に、上記構成のＣＭＯＳインバータ５９
の動作について、図１５のタイミングチャートを用いて
説明する。

【００８２】先ず、垂直シフトレジスタ６４の１段目か
ら高レベル（以下、“Ｈ”レベルと記す）の垂直アドレ
スパルスφＶａｄ１が出力され、１ライン目の垂直アド
レス線６１-1に印加されると、１ライン目の垂直選択ト
ランジスタＱｓｅｌのみがＯＮする。これにより、１ラ
イン目の増幅トランジスタＱａｍｐと負荷トランジスタ
６７（６７-1〜６７-3）でソースフォロワ回路が構成さ
れる。

【００８３】そして、増幅トランジスタＱａｍｐのゲー
ト電圧、即ちフォトダイオードＰＤのカソード電圧とほ
ぼ同等の電圧が垂直信号線６２-1〜６２-3に現れる。こ
のとき、雑音除去回路６８-1〜６８-3の各々において、
クランプトランジスタＱｃｌｐのゲート電極にクランプ
制御線７０を介してクランプパルスφＣＬＰが印加され
る。これにより、クランプトランジスタＱｃｌｐがＯＮ
し、クランプノードＮｃｌｐ１〜Ｎｃｌｐ３をクランプ
電源ＶＣＬＰと同じ電圧に固定（クランプ）する。

【００８４】次いで、クランプトランジスタＱｃｌｐの
ＯＦＦ後、垂直シフトレジスタ６４から“Ｈ”レベルの
リセットパルスφＶｒｅｓ１が出力され、リセット線６
５-1に印加される。これにより、１ライン目のリセット
トランジスタＱｒｅｓのみがＯＮし、ノードＮｓｉｇの
信号電荷をリセットする。すると、フォトダイオードＰ
Ｄの信号電荷があるときと信号電荷がリセットされたと
きの電圧の差がクランプ電源ＶＣＬＰに加算され、その
加算された電圧がクランプノードＮｃｌｐ１〜Ｎｃｌｐ
３に現れる。

【００８５】次いで、サンプルホールドトランジスタＱ
ｓｈのゲート電極に、サンプルホールド制御線７１を介
してサンプルホールドパルスφＳ／Ｈが印加される。こ
れにより、サンプルホールドパルスφＳ／ＨがＯＮし、
クランプノードＮｃｌｐ１〜Ｎｃｌｐ３の信号電圧をサ
ンプルホールド容量Ｃｓｈに伝達する。

【００８６】その後、水平シフトレジスタ７４から水平
選択パルスφＨ１〜φＨ３が順に出力され、水平選択ト
ランジスタ７２-1〜７２-3の各ゲート電極に印加され
る。これにより、水平選択トランジスタ７２-1〜７２-3
が順次ＯＮし、サンプルホールド容量Ｃｓｈの両端間電
圧を水平信号線７３に出力する。その結果、水平信号線
７３から１ライン分の信号が順次導出される。

【００８７】以上の一連の動作を、次のライン、その次
のラインと順次続けることにより、２次元配列された単
位セル６３の全ての画素信号を読み出すことができる。
上記構成のＣＭＯＳイメージセンサ５９では、クランプ
ノードＮｃｌｐ１〜Ｎｃｌｐ３には最終的には信号があ
るときと、リセットされて信号がないときとの差の電圧
が現れるため、増幅トランジスタＱａｍｐのしきい値バ
ラツキによる雑音が抑制される。すなわち、これが雑音
除去回路６８-1〜６８-3のノイズキャンセル作用であ
る。

【００８８】図１６は、撮像部６０、垂直シフトレジス
タ６４および水平シフトレジスタ７４を駆動するタイミ
ングジェネレータおよび出力アンプを含めた増幅型ＭＯ
Ｓイメージセンサの構成を示すブロック図であり、図
中、図１４と同等部分には同一符号を付して示してい
る。

【００８９】一般に、増幅型ＭＯＳイメージセンサ・デ
バイスは、図１６から明らかなように、撮像部６０、垂
直シフトレジスタ６４および水平シフトレジスタ７４の
以外に、これらを駆動するタイミングジェネレータ７５
および出力アンプ７６を搭載している。なお、ここで
は、垂直シフトレジスタ６４を撮像部６０の左右両側に
垂直シフトレジスタ６４Ａ，６４Ｂとして配置した構成
を採っている。

【００９０】そして、この増幅型ＭＯＳイメージセンサ
の駆動周波数の基本タイミングをタイミングジェネレー
タ７５で生成するとともに、垂直シフトレジスタ６４
Ａ，６４Ｂ、水平シフトレジスタ７４および出力アンプ
７６を駆動する各種のタイミングパルスを発生する。な
お、ここでは、図１４における雑音除去回路６８-1〜６
８-3については省略している。

【００９１】こうしたイメージセンサの読出し走査は、
全てタイミングジェネレータ７５で生成された各種のタ
イミング信号によって支配されている。先述した動作説
明では、撮像部６０の全てのセル（画素）６３をくまな
く走査し、全画素の信号を読み出すいわゆる全画素読出
しモードについて説明した。この全画素読出しモードが
画像読取モードとなる。

【００９２】これに対して、タイミングジェネレータ７
５の論理回路構成により、撮像部６０の一部分の画素の
信号のみを読み出すいわゆる部分画素読出しモードを設
定することも可能である。この部分画素読出しモードが
移動量検出モードとなる。すなわち、タイミングジェネ
レータ７５において、モード切り換えに応じて各種タイ
ミング信号の発生タイミングを変えることにより、読出
しモードと全画素読出しモードと部分画素読出しモード
とに切り換えることができる。

【００９３】図１７に、部分画素読出しモードの場合の
タイミング例を示す。なお、図１５のタイミング例の場
合には３×３画素の全ての信号を読み出す設定であった
が、ここでは、３×３画素中の２×２画素の信号を読み
出す場合を例に採って説明するものとする。具体的に
は、１行目、２行目の中の１列目、２列目の画素の信号
を読み出すものとする。

【００９４】この限定範囲の各画素に対応して、これら
画素のタイミングで読み出しのためのパルスを発生する
ことで、限定範囲のみの画素信号を読み出すことができ
る。また、読み出さない画素については、各行ごとに単
位セル６３のリセットトランジスタＱｒｅｓをＯＮにし
て信号電荷をリセットするようにすれば良い。以下、そ
の動作について、図１４を用いて具体的に説明する。

【００９５】先ず、垂直シフトレジスタ６４の１段目か
ら“Ｈ”レベルの垂直アドレスパルスφＶａｄ１が出力
され、１ライン目の垂直アドレス線６１-1に印加される
と、１ライン目の垂直選択トランジスタＱｓｅｌのみが
ＯＮする。これにより、１ライン目の増幅トランジスタ
Ｑａｍｐと負荷トランジスタ６７（６７-1〜６７-3）で
ソースフォロワ回路が構成される。

【００９６】そして、増幅トランジスタＱａｍｐのゲー
ト電圧、即ちフォトダイオードＰＤのカソード電圧とほ
ぼ同等の電圧が垂直信号線６２-1〜６２-3に現れる。こ
のとき、雑音除去回路６８-1〜６８-3の各々において、
クランプトランジスタＱｃｌｐのゲート電極にクランプ
制御線７０を介してクランプパルスφＣＬＰが印加され
る。これにより、クランプトランジスタＱｃｌｐがＯＮ
し、クランプノードＮｃｌｐ１〜Ｎｃｌｐ３をクランプ
電源ＶＣＬＰと同じ電圧に固定する。

【００９７】次いで、クランプトランジスタＱｃｌｐの
ＯＦＦ後、垂直シフトレジスタ６４から“Ｈ”レベルの
リセットパルスφＶｒｅｓ１が出力され、リセット線６
５-1に印加される。これにより、１ライン目のリセット
トランジスタＱｒｅｓのみがＯＮし、ノードＮｓｉｇの
信号電荷をリセットする。すると、クランプ電源ＶＣＬ
ＰにフォトダイオードＰＤの信号電荷があるときと信号
電荷がリセットされたときの電圧の差がクランプ電源Ｖ
ＣＬＰに加算され、その加算された電圧がクランプノー
ドＮｃｌｐ１〜Ｎｃｌｐ３に現れる。

【００９８】次いで、サンプルホールドトランジスタＱ
ｓｈのゲート電極に、サンプルホールド制御線７１を介
してサンプルホールドパルスφＳ／Ｈが印加される。こ
れにより、サンプルホールドパルスφＳ／ＨがＯＮし、
クランプノードＮｃｌｐ１〜Ｎｃｌｐ３の信号電圧をサ
ンプルホールド容量Ｃｓｈに伝達する。

【００９９】このとき、垂直シフトレジスタ６４から
“Ｈ”レベルのリセットパルスφＶｒｅｓ３が出力さ
れ、リセット線６５-3に印加される。これにより、３行
目の単位セル６３におけるリセットトランジスタＱｒｅ
ｓがＯＮし、画素信号の読み出しを行わない３行目の単
位セル６３におけるノードＮｓｉｇの信号電荷がクリア
される。

【０１００】撮像部６０の全画素のうち、一部分のみの
画素の信号を読み出そうとした場合に、読み出しを行わ
なかった単位セル６３のノードＮｓｉｇに溜まった露光
期間中の信号電荷の処理が問題になる。ところが、本実
施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサでは、上述したよ
うに、定期的にリセット線６５-3を使って信号電荷をク
リアすることで、上記の問題に対応することができる。

【０１０１】その後、水平シフトレジスタ７４から水平
選択パルスφＨ１，φＨ２が順に出力され、水平選択ト
ランジスタ７２-1，７２-2の各ゲート電極に印加され
る。これにより、水平選択トランジスタ７２-1，７２-2
が順次ＯＮし、サンプルホールド容量Ｃｓｈの両端間電
圧を水平信号線７３に出力する。その結果、水平信号線
７３から１ライン目の２画素分の信号が順次導出され
る。

【０１０２】次いで、２ライン目の２画素に対しても、
基本的に１ライン目と同様の処理を行うことにより、２
ライン目の２画素分の信号が順次導出される。この一連
の処理により、３×３画素中の２×２画素の信号を読み
出すことができ、その結果、１フレームに必要な読出し
時間を短縮することができる。上記の例では、読出し画
素数の差が小さいことと、１ラインの画素数が少なく、
水平信号線７３まで信号を読み出す期間（以下、垂直転
送期間と称す）が相対的に長いことから、その効果は少
なく見える。

【０１０３】しかし、例えばＶＧＡサイズに対応した６
４０画素×４８０画素のイメージセンサの場合、水平ク
ロック期間（７８０クロック分）のうち垂直転送期間が
占める割合は１割程度である。また、移動量検出モード
の読み出し画素数を７２×７２とした場合、水平読み出
し画素数が約１／１０に相当することから、水平転送期
間は、読み出し画素削減により標準モードの２割とな
る。さらに、垂直方向の読み出し画素数を７２画素とす
ることで、読み出しライン数はさらに約１／７となる。
合わせて、読み出しに必要な時間は、通常モードの約１
／３５となる。

【０１０４】これにより、コード情報読取モード（画像
情報読取モード）での読み出し画素数が６４０画素×４
８０画素で、読み出し周波数が３０Ｈｚであるのに対し
て、移動量検出モードでの読み出し画素数が７２画素×
７２画素で、読み出し周波数が約１ｋＨｚである。この
イメージセンサの解像度を原稿面換算で６００ｄｐｉ
（約２４ｄｏｔ／ｍｍ）に設定すると、移動量検出モー
ドでは２画素×２画素の平均をとって１２ｄｏｔ／ｍｍ
相当の解像度となる。

【０１０５】この平均化処理によるＳ／Ｎ改善は露光量
を４倍にしたことに相当する。すなわち、本実施形態に
係る画像処理装置においては、露光時間が標準モードの
１／３５になったことによる露光量の減少を、強指向性
ＬＥＤ５６（図１２を参照）を使用して狭い領域を集中
的に照明する施策と、上記平均化処理とによって補うよ
うにしている。

【０１０６】この仕様で、１フレームにつき±１ｍｍの
移動量検出を行えることから、１秒間１０００フレーム
の読取動作により、１．０ｍ／ｓｅｃの移動速度まで検
出することができる。

【０１０７】図１８は、第２実施形態に係る画像読取装
置の電気系の構成を示すブロック図であり、図中、図１
２と同等部分には同一符号を付して示している。

【０１０８】図１８において、マウスのクリックボタン
の機能を持つ操作ボタン５２ａ，５２ｂの操作信号は、
本装置内のＣＰＵ７７に送られる。この操作信号は、右
ボタンクリック、左ボタンクリックなどの信号として、
ＵＳＢドライバ７８を介してＰＣ本体に送られる。ＰＣ
本体のアプリケーション側では、このマウスのクリック
信号とそのときに選択されているモードに基づいて、コ
ード情報の読取指令を本装置側に送り返す。

【０１０９】この読取指令をトリガーとして、ＣＰＵ７
７は、原稿照明用のＬＥＤ５５ａ〜５５ｄを点灯駆動す
るとともに、ＣＭＯＳイメージセンサ５９に垂直同期・
水平同期などの同期信号を送る。ＣＭＯＳイメージセン
サ５９は、垂直同期・水平同期などの同期信号を基に先
述した駆動動作を行った後、内蔵のアンプおよびＡ／Ｄ
コンバータによってデジタル画像信号として出力する。

【０１１０】このデジタル画像信号は画像処理用ＡＳＩ
Ｃ７９に供給される。その後、処理結果の画像データと
してＣＰＵ７７内のメモリにバッファリングされる。Ｃ
ＰＵ７７は、バッファリングした画像データをＵＳＢド
ライバ７８を介してＰＣ本体へ送信し、移動量検出モー
ドに入る。

【０１１１】一方、こうしたコード情報読取モードに入
っていない場合は、ＣＰＵ７７は、ＣＭＯＳイメージセ
ンサ５９内部のタイミングジェネレータ（図１６を参
照）のモードを、コード情報読取モードに変更する。こ
のモード変更により、ＣＭＯＳイメージセンサ５９は、
移動量検出用に限定された範囲の画素信号を読み出し、
その出力信号をＡＳＩＣ７９に供給する。ＡＳＩＣ７９
は、第１実施形態の場合と同様の処理を行って移動量を
検出し、その検出結果をＣＰＵ７７に送る。

【０１１２】上述したように、１つのＣＭＯＳイメージ
センサ５９を標準的な画像読取仕様で使用するコード情
報読取モードと、限定された範囲の画素信号のみを高速
に読み出す移動量検出モードとを切り換える構成を採る
ことにより、イメージセンサを１つに減らすことができ
るとともに、第１実施形態で必要だった移動量検出窓２
５（図１を参照）を読取窓５４と兼用できるため、装置
のコストおよび装置の小型化の両面でメリットが大き
い。

【０１１３】また、ＣＭＯＳイメージセンサ５９のタイ
ミングジェネレータ部分はデジタル構成となっており、
アナログ構成であるイメージセンサ部分の構成をいじる
ことなく、セミカスタムに仕様を変更しやすい構成とな
っている点も特徴の一つである。

【０１１４】［第３実施形態］図１２において、第２実
施形態に係る画像読取装置では、イメージセンサとして
ＣＭＯＳイメージセンサを用いたが、第３実施形態に係
る画像読取装置では、ＣＭＯＳイメージセンサに代えて
電荷転送型エリアセンサ、例えばＣＣＤエリアセンサを
用いて、全画素の信号を標準速度で読み出す全画素読み
出しモードと、一部分の画素の信号のみを高速で読み出
す部分画素読み出しモードとを切り換える構成を採って
いる。

【０１１５】図１９は、ＣＣＤエリアセンサの主要部の
構成を示す概略構成図である。ここでは、図面の簡略化
のために、４画素×４画素の画素構造の場合を例に採っ
て示している。

【０１１６】図１９において、例えばフォトダイオード
からなり、行列２次元状に配置された画素８１（Ｄ１〜
Ｄ１６）と、これら画素８１の垂直列ごとに設けられ
て、各画素８１から読み出された信号電荷を垂直転送す
る垂直転送レジスタ８２とによって撮像部８０が構成さ
れている。垂直転送レジスタ８２の各々の転送先側端部
には、水平転送レジスタ８３が接続されている。また、
水平転送レジスタ８３の転送先側端部には、出力部８４
が接続されている。

【０１１７】次に、上記構成のＣＣＤエリアセンサでの
モードごとの動作について、図２０および図２１のタイ
ミングチャートを用いて説明する。なお、本例に係るＣ
ＣＤエリアセンサにおいては、垂直転送レジスタ８２が
例えば３相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ３によって
駆動され、水平転送レジスタ８３が例えば２相の水平転
送クロックφＨ１，φＨ２によって駆動されるものとす
る。

【０１１８】先ず、図２０のタイミングチャートを用い
てコード情報読取モードの動作について説明する。３相
の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ３のうち、例えば垂直
転送クロックφＶ２，φＶ３の３値目のパルスが読み出
しパルスＲＯＰ１，ＲＯＰ２を兼ねており、これら読み
出しパルスＲＯＰ１，ＲＯＰ２によって全画素８１から
垂直転送レジスタ８２に信号電荷が読み出される。

【０１１９】この読み出された信号電荷は、３相の垂直
転送クロックφＶ１〜φＶ３による１サイクルの垂直転
送動作により、１画素分ずつ水平転送レジスタ８３にシ
フトされる。垂直転送レジスタ８２の動作期間、水平転
送レジスタ８３には水平転送クロックφＨ１，φＨ２が
４パルス分印加される。これにより、１行分の画素信号
が水平転送され、出力部８４に読み出される。

【０１２０】このサイクルを４回繰り返した後、垂直転
送クロックφＶ２，φＶ３が１段高い電圧レベルになっ
た時点、即ち読み出しパルスＲＯＰ１，ＲＯＰ２が立っ
た時点で、各画素（フォトダイオード）８１に貯えられ
た信号電荷が、垂直転送レジスタ８２に再び読み出され
る。この繰り返しが、４画素×４画素の全画素の信号電
荷を読み出すコード情報読取モードの場合の動作であ
る。

【０１２１】続いて、図２１のタイミングチャートを用
いて移動量検出モードの動作について説明する。この移
動量検出モードでは、４画素×４画素のうち、２画素×
２画素のみの信号電荷を読み出すものとする。全画素８
１から垂直転送レジスタ８２に信号電荷が読み出された
後のタイミングｔ０からの動作について説明する。

【０１２２】この時点ｔ０では、画素８１から読み出さ
れた信号電荷が全て垂直転送レジスタ８２に残ってい
る。ここで、垂直転送レジスタ８２に垂直転送クロック
φＶ１〜φＶ３が１クロック分だけ与えられることで、
１行分の信号電荷（Ｄ１３〜Ｄ１６）が水平転送レジス
タ８３にシフトされる。この後、水平転送期間では、水
平転送レジスタ８３に水平転送クロックφＨ１，φＨ２
が２クロック分与えられることで、２画素分の信号電荷
（Ｄ１３，Ｄ１４）が水平転送され、出力部８４に読み
出される。

【０１２３】次に、再び垂直転送レジスタ８２に垂直転
送クロックφＶ１〜φＶ３が１クロック分だけ与えられ
ることで、次の１行分の信号電荷（Ｄ９〜Ｄ１２）が水
平転送レジスタ８３にシフトされる。このとき、前回２
クロック分水平転送された状態で水平転送レジスタ８３
中に残っている信号電荷（Ｄ１５，Ｄ１６）に、次の１
行の信号電荷（Ｄ９，Ｄ１０）が加算される。

【０１２４】そして、水平転送期間で水平転送レジスタ
８３に水平転送クロックφＨ１，φＨ２が２クロック分
与えられることで、信号電荷（Ｄ９＋Ｄ１５，Ｄ１０＋
Ｄ１６）が水平転送され、出力部８４に読み出される。
ただし、移動量検出モードでは、強指向性ＬＥＤ５６
（図１２を参照）による照明を、その照明光に基づく反
射光がＣＣＤエリアセンサの画素（Ｄ９，Ｄ１０，Ｄ１
３，Ｄ１４）に入射するように集中させておくようにす
る。これにより、画素（Ｄ１５，Ｄ１６）には信号電荷
が蓄積されないため、信号電荷の加算の影響は生じな
い。

【０１２５】この次のタイミングでは、垂直転送レジス
タ８２に垂直転送クロックφＶ１〜φＶ３が２クロック
分与えられることで、垂直転送レジスタ８２内に残った
信号電荷は全て水平転送レジスタ８３に転送される。こ
の後、垂直転送クロックφＶ２，φＶ３に読み出しパル
スＲＯＰ１，ＲＯＰ２が立つことで、画素８１に蓄積さ
れた信号電荷が再度垂直転送レジスタ８２に読み出され
る。そして、水平転送レジスタ８３に水平転送クロック
φＨ１，φＨ２が４クロック分与えられることで、前回
露光分の全ての信号電荷は掃き出される。

【０１２６】この例では、読出し画素数を減らすことの
効果はわずかであるが、例えば６５９画素×４９５画素
のＣＣＤエリアセンサ（この場合、センサのクロック数
でダミー画素を含めて１フレームが７８０画素×５２５
画素）において、１５ライン分のダミー画素と３６ライ
ン分の通常画素の各信号電荷を通常に読み出し、後半４
８４ライン分の信号電荷については垂直転送レジスタで
一度に読み出すようにする。

【０１２７】標準仕様で垂直転送には水平転送の７２ク
ロック分必要なことから、１水平ライン期間にパルスタ
イミングスペックから、垂直方向約１０ライン分が読み
出せる。よって、４８４ライン分の垂直読み出しは、４
８ライン分の時間に圧縮できる。前半部分については、
前述のように２重露光で読み出すと、２５ライン分の区
間で読み出せる。合計で約７３ライン分の時間で読み出
せるので、標準の１／７の時間で読み出せる。これは、
第２実施形態に係る画像読取装置の場合に比べて移動速
度が約１／４となるので性能上劣るものの、１フレーム
の読み出し時間を切り換える機能は実現可能である。

【０１２８】［第４実施形態］ところで、第２実施形態
に係る画像読取装置では、エリアセンサチップ内の１つ
の撮像エリアをコード情報読取用と移動量検出用に兼用
した構成をとったが、１つのチップ内に２つの撮像エリ
アを設け、これらをコード情報読取用と移動量検出用と
に別々に用いるようにすることも可能である。以下、こ
れを第４実施形態として説明する。

【０１２９】図２２は、本発明の第４実施形態に係る画
像読取装置の構成の概略を示す内部構成図である。図２
２において、図１２と同等部分には同一符号を付して示
している。本実施形態に係る画像読取装置は、基本的に
は、第２実施形態に係る画像読取装置と同じ構成を採っ
ており、異なるのは、イメージセンサ８５として、１つ
のチップ内に２つの撮像エリアを有する例えばＣＭＯＳ
イメージセンサを用いた点にある。

【０１３０】イメージセンサ８５の構成の概略を図２３
に示す。同図から明らかなように、１つのチップ内にサ
イズの異なる２つの撮像エリア８５Ａ，８５Ｂが設けら
れ、サイズの大きい撮像エリア８５Ａが画像読取範囲
（コード情報読取範囲）として用いられ、サイズの小さ
い撮像エリア８５Ｂが移動量検出範囲（移動量情報セン
シング範囲）として用いられる。

【０１３１】このように、１つのチップ内に２つの撮像
エリア８５Ａ，８５Ｂを設け、これらをコード情報読取
用と移動量検出用とに別々に用いる構成を採ることで、
２つの撮像エリア８５Ａ，８５Ｂで互いに画素密度を変
えることが可能となる。一例として、コード情報読取用
の撮像エリア８５Ａについては原稿面換算で２４ｄｏｔ
／ｍｍに設定し、移動量検出用の撮像エリア８５Ｂにつ
いては原稿面換算で１２ｄｏｔ／ｍｍに設定する構成が
考えられる。

【０１３２】イメージセンサ８５の出力信号（画素信
号）の信号処理などについては、第１実施形態に係る画
像処理装置の場合と同様の処理が行われる。また、こう
した特殊な構造のイメージセンサを作製するに当たって
は、カスタム化が比較的容易であるＣＭＯＳイメージセ
ンサに代表されるＸ-Ｙアドレス型イメージセンサが有
利である。

【０１３３】イメージセンサ８５の撮像エリアが２つの
撮像エリア８５Ａ，８５Ｂに分離されていることに伴っ
て、第２実施形態に係る画像読取装置では読取窓５４と
兼用されていた移動量検出窓８６を、読取窓５４に隣接
してその後方側に配置するとともに、その部分を強指向
性ＬＥＤ５６で照明するようにしている。この照明光に
基づく反射光は、共通の結像レンズ５８によってイメー
ジセンサ８５の撮像エリア８５Ｂ上に結像される。

【０１３４】上述したように、１つのチップ内に２つの
撮像エリア８５Ａ，８５Ｂを設け、これらをコード情報
読取用と移動量検出用とに別々に用いるようにすること
により、被読取エリアが若干大きくなるものの、イメー
ジセンサとしては、従来あるチップをそのまま同じチッ
プ上に焼き付ければ良く、また駆動上の条件が第２実施
形態に係る画像読取装置の場合よりも単純になるメリッ
トがある。

【０１３５】［第５実施形態］これまで説明した各実施
形態では、モノクロのコード情報などの画像情報を読取
対象としていたが、第５実施形態では、カラーコード情
報などのカラー画像情報の読み取りをも可能としてい
る。図２４は、本発明の第５実施形態に係る画像読取装
置の構成の概略を示す内部構成図である。

【０１３６】図２４において、装置筐体３１はその上部
が操作者の手のひらにフィットし易いように湾曲した形
状をなしており、その前部には２つの操作ボタン９２
ａ，９２ｂを備えている。これら操作ボタン９２ａ，９
２ｂのうち、左側の操作ボタン１２ａは画像の読取動作
を指令するためのボタン、右側の操作ボタン１２ｂは原
稿面の照明を指令するためのボタンである。

【０１３７】装置筐体９１の上面には、操作者が操作時
に手で握る本体中央の握り部分と操作ボタン９２ａ，９
２ｂとの間の位置に、装置筐体９１内を覗くための覗き
窓９３が約４０ｍｍ程度の幅を持って形成されている。
一方、装置筐体９１の底面には、覗き窓９３の下方位置
に原稿９４の読取エリアを画定する読取窓９５が形成さ
れている。

【０１３８】装置筐体９１内において、読取窓９５を通
して原稿９４の読取エリアを照明するための照明手段と
して、カラー画像をも読み取れるようにするために、赤
・緑・青の３色のＬＥＤを組とするＬＥＤ部９６a〜９
６ｄが読取窓９５の４隅の上方に１組ずつ配置されてい
る。この原稿照明用のＬＥＤ部９６ａ〜９６ｄにおい
て、赤・緑・青の３色のＬＥＤは独立に発光し得るよう
になっている。

【０１３９】装置筐体９１内の読取窓９５の近傍には、
原稿照明用のＬＥＤ部９６a〜９６ｄの外に、装置本体
の移動量を検出するための移動量検出用の強指向性ＬＥ
Ｄ９７が配置されている。指向性ＬＥＤ９７としては、
赤のＬＥＤが用いられる。そして、読取窓９５の部分
を、原稿照明用のＬＥＤ部９６a〜９６ｄの各ＬＥＤと
強指向性ＬＥＤ９７とで照明する。

【０１４０】また、装置筐体９１内において、読取窓９
５の上方には、ハーフミラー９８が装置筐体９１の底面
に対して傾斜した状態で設けられ、さらに、結像レンズ
９９および例えばＣＭＯＳイメージセンサ１００が、ハ
ーフミラー９８の右側に配置されている。この結像レン
ズ９９およびＣＭＯＳイメージセンサ１００は、ハーフ
ミラー９８側からその順番で底面に対して光軸がほぼ平
行になるように配されている。

【０１４１】ここで、ハーフミラー９８は、覗き窓９３
と読取窓９５との間に位置することになるが、原稿面で
反射した光のうちの半分を透過することから、覗き窓９
３から確認窓９５を通して原稿面を確認する光路を妨げ
ることはない。すなわち、覗き窓９３からは、ハーフミ
ラー９８を透し、さらに読取窓９５を通して原稿の読取
エリアを確認することができる。

【０１４２】ハーフミラー９８はさらに、原稿面で反射
した光のうちの残りの半分については結像レンズ９９お
よびＣＭＯＳイメージセンサ１００の方向に反射する。
結像レンズ９９は、ハーフミラー９８で反射された光
（読取光）を、ＣＭＯＳイメージセンサ１００の撮像面
上に結像する。ＣＭＯＳイメージセンサ１００は、結像
レンズ９９によって結像された原稿像を画素単位で光電
変換して出力する。

【０１４３】本実施形態に係る画像読取装置では、イメ
ージセンサとしてＣＭＯＳイメージセンサ１００を用い
た構成を採っていることから、ＣＭＯＳイメージセンサ
の場合、行単位で画素信号の読み出しを行う関係で、露
光期間位相が各行で異なる。このことから、読み出しの
最初の行と最後の行とで、露光期間がほとんど１フレー
ム分異なってしまうため、図２５のタイミングチャート
に示すように、各色ごとに点灯期間を２フレーム分設け
て、２フレーム目に対応する期間の出力を各色の読取画
像情報として読み出す。

【０１４４】上記構成の画像読取装置、即ちカラーコー
ド情報などのカラー画像情報の読み取りが可能な構成の
画像読取装置に適用した点が、第５実施形態の特徴とす
る部分である。したがって、ここでは、移動量検出モー
ドでの移動量の検出動作については述べないが、第１実
施形態に係る画像読取装置での検出原理に基づいて行わ
れるものとする。

【０１４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
原稿中の所望の領域の画像を光学的に読み取る読取手段
と、装置筐体の動きに関連する情報を光学的に検出する
検出手段とを同一の装置筐体に収納したことにより、装
置を大型化することなく、２つの装置機能を一つの装置
に持たせることができるため、小型で携帯使用に適した
画像読取装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態に係る画像読取装置の
構成の概略を示す内部構成図である。

【図２】 第１実施形態に係る画像読取装置の筐体の上
面図である。

【図３】 操作ボタンの光特性を示す特性図である。

【図４】 原稿照明用ＬＥＤの分光特性を示す特性図で
ある。

【図５】 ダイクロイックミラーの分光特性を示す特性
図である。

【図６】 第１実施形態に係る画像読取装置の電気系の
構成を示すブロック図である。

【図７】 画像読取モードへ入る際のＳ／Ｗ画面の構成
を示す図である。

【図８】 コード情報読取モードに入る際の状態遷移を
示す図である。

【図９】 移動量検出の処理における簡単な一次元演算
の結果を示す図であり、（ａ）は読取画像データの例
を、（ｂ）は画素ずらしによる相関の変化をそれぞれ示
している。

【図１０】 第１実施形態に係る画像読取装置における
ＡＳＩＣ内の演算処理部の構成例を示すブロック図であ
る。

【図１１】 移動量検出用ＬＥＤの移動量検出窓に対す
る配置例を示す図である。

【図１２】 本発明の第２実施形態に係る画像読取装置
の構成の概略を示す内部構成図である。

【図１３】 第２実施形態に係る画像読取装置における
ＣＭＯＳイメージセンサの撮像エリアの構成を示す図で
ある。

【図１４】 ＣＭＯＳイメージセンサの主要部を示す概
略構成図である。

【図１５】 ＣＭＯＳイメージセンサの動作説明のため
のタイミングチャートである。

【図１６】 第２実施形態に係る画像読取装置の周辺回
路を含む構成例を示すブロック図である。

【図１７】 部分画素読出しモードの動作説明のための
タイミングチャートである。

【図１８】 第２実施形態に係る画像読取装置の電気系
の構成を示すブロック図である。

【図１９】 本発明の第３実施形態に係る画像読取装置
で用いるＣＣＤエリアセンサの主要部の構成を示す概略
構成図である。

【図２０】 第３実施形態におけるコード情報読取モー
ドの動作説明のためのタイミングチャートである。

【図２１】 第３実施形態における移動量検出モードの
動作説明のためのタイミングチャートである。

【図２２】 本発明の第４実施形態に係る画像読取装置
の構成の概略を示す内部構成図である。

【図２３】 第４実施形態に係る画像読取装置に用いる
イメージセンサセンサの撮像エリアの構成を示す図であ
る。

【図２４】 本発明の第５実施形態に係る画像読取装置
の構成の概略を示す内部構成図である。

【図２５】 第５実施形態に係る画像読取装置の動作説
明のためのタイミングチャートである。

【図２６】 ボールと２つのロータリーエンコーダを組
み合わせた従来型の移動量検出装置を示す概略構成図で
ある。

【符号の説明】

１２ａ，１２ｂ，５２ａ，５２ｂ，９２ａ，９２ｂ…操
作ボタン、１３，５３，９４…原稿、１４，５４，９５
…読取窓、１５ａ〜１５ｄ、５５ａ〜５５ｄ、９６ａ〜
９６ｄ…原稿照明用ＬＥＤ、１６，５７…ダイクロイッ
クミラー、１８…ＣＣＤエリアセンサ、１９…読取光学
系、２０，５６，９７…移動量検出用ＬＥＤ、２３…移
動量検出装置、２５，８６…移動量検出窓、５９，８
５，１００…ＣＭＯＳイメージセンサ、９８…ハーフミ
ラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5B047 BA03 BB04 BC05 BC09 BC11 CA06 CA07 CB07 CB17 CB23 DA04 DB01 5B087 AA05 AA06 AA09 BB08 BB12 BB21 DD03 DG06 5C072 AA01 BA01 BA04 CA05 DA02 DA06 DA21 EA05 EA08 FB08 FB23 FB27 PA02 PA09 PA10 UA02 UA06 UA13 VA07

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 装置筐体内に収納され、原稿中の所望の
   領域の画像を光学的に読み取る読取手段と、 前記装置筐体内に収納され、当該装置筐体の動きに関連
   する情報を光学的に検出する検出手段とを備えることを
   特徴とする画像読取装置。
2. 【請求項２】 前記検出手段は、原稿面を照明する照明
   手段と、この照明手段による照明光に基づく原稿面から
   の反射光を受光するエリア型イメージセンサとを有する
   ことを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
3. 【請求項３】 前記検出手段は、前記装置筐体の原稿面
   上の移動量を光学的に検出することを特徴とする請求項
   １記載の画像読取装置。
4. 【請求項４】 前記読取手段は、原稿中の前記所望の領
   域を照明する照明手段と、この照明手段による照明光に
   基づく原稿面からの反射光を受光するエリア型イメージ
   センサとを有しており、 前記読取手段および前記検出手段の各エリア型イメージ
   センサの画素数および読み出しフレームレートが異なる
   ことを特徴とする請求項２記載の画像読取装置。
5. 【請求項５】 前記読取手段のエリア型イメージセンサ
   における撮像エリアの一部分を、前記検出手段のエリア
   型イメージセンサとして用いることを特徴とする請求項
   ４記載の画像読取装置。
6. 【請求項６】 前記読取手段のエリア型イメージセンサ
   は、Ｘ-Ｙアドレス型イメージセンサであることを特徴
   とする請求項５記載の画像読取装置。
7. 【請求項７】 前記読取手段による読取モードと前記検
   出手段による検出モードとで、前記読取手段のイメージ
   センサの駆動タイミングを切り換えることを特徴とする
   請求項４記載の画像読取装置。
8. 【請求項８】 前記読取手段による読取モードと前記検
   出手段による検出モードとで、前記読取手段および前記
   検出手段の各照明手段による原稿面の照明を切り換える
   ことを特徴とする請求項４記載の画像読取装置。
9. 【請求項９】 前記検出手段の照明手段は、その照明方
   向が前記読取手段の照明手段の照明方向と交差しないよ
   うに配置されていることを特徴とする請求項４記載の画
   像読取装置。
10. 【請求項１０】 前記読取手段および前記検出手段の各
    照明手段の分光特性が互いに異なることを特徴とする請
    求項４記載の画像読取装置。