JP2006173738A - 画像読取装置、画像読取方法及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固体撮像素子から画像情報を読み取る際の固体撮像素子の出力信号のサンプリング位置を最適化する。
【解決手段】画像形成装置は、画像情報を光信号から電気信号に変換する固体撮像素子１０と、固体撮像素子１０の出力信号から、画素単位でフィールドスルー期間及び画像信号期間の信号レベルをサンプルホールドし、そのサンプルホールドされたフィールドスルー期間の信号レベルから画像信号期間の信号レベルを減算して画像信号を得るアナログ信号処理部１１と、サンプルホールドで使用するサンプルパルスを供給するパルス発生部１４と、サンプルパルスによる前記出力信号のサンプリング位置を制御する制御部２と、を備え、この制御部２は、サンプリング位置を変化させたときの前記出力信号の変動情報に基づいて当該サンプリング位置を最適化する。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体撮像素子を用いた画像読取装置、画像読取方法及び画像形成装置に関する

近年、複写機等の画像形成装置の著しい高速化及び高分解能化が行われているが、これにより、画像形成装置内部の電子回路のさらなる高速化が求められている。特に、光の画像情報を感知する固体撮像素子から電気信号に変換された画像情報を読み取る際には、高分解能化によるデータ点数の増加及び高速化の二つの要求から、なお一層の高速化が必要とされ、画像情報を読み取る際の基本クロックを高速化することが行われる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−５７５８１号公報

しかしながら、上述の従来の画像形成装置では、固体撮像素子から画像情報を読み取る際に、誤った画像情報を読み取ることがあった。即ち、固体撮像素子の画像情報は、出力タイミングチャート上のある画像信号期間だけ電気信号として出力されるので、サンプリング位置が画像信号期間に含まれない場合には、正確な画像情報のサンプリングが行われなかった。

特に、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）に代表される固体撮像素子では、高速化に伴い、基本クロックが高周波数化しており、ひいては、基本クロックから生成される前記信号期間も短縮する。また、サンプリング位置は、プリント基板上のアートワーク配線による信号遅延をも考慮して設計されるが、各種電気素子、特に半導体素子の電気的特性のばらつきを考慮して設計することには困難が伴っていた。これらのことから、固体撮像素子の出力電気信号を、画像信号期間内にサンプリングし、正確な画像情報を取得することをいかに実現するかが極めて重要となる。

本発明の課題は、固体撮像素子から画像情報を読み取る際の固体撮像素子の出力信号のサンプリング位置を最適化することである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、画像情報を光信号から電気信号に変換する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の出力信号から、画素単位のフィールドスルー期間及び画像信号期間の信号レベルをそれぞれサンプルホールドするサンプルホールド回路と、前記サンプルホールドされたフィールドスルー期間の信号レベルと画像信号期間の信号レベルの減算処理を行って画像信号を得る相関二重サンプリング回路と、前記サンプルホールド回路へサンプルパルスを供給するパルス発生部と、前記サンプルパルスによる前記出力信号のサンプリング位置を制御する制御部と、を備え、前記パルス発生部は、前記制御部の制御により前記出力信号のサンプリング位置を変化させ、前記制御部は、前記サンプリング位置を変化させたときの前記出力信号の変動情報に基づいて当該サンプリング位置を最適化する最適化手段を備えることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像読取装置において、前記最適化手段は、前記サンプリング位置を変化させたときの前記出力信号の任意画素から得られる画像信号を複数ライン取得し、当該複数ラインにおける当該任意画素の画像信号の変動量が最小のサンプリング位置を最適化されたサンプリング位置として算出することを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の画像読取装置において、前記サンプルホールドされたフィールドスルー期間及び画像信号期間の信号レベルを示すアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部を備え、前記相関二重サンプリング回路は、前記Ａ／Ｄ変換部で得られたデジタル信号で減算処理を行うことを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の画像読取装置において、前記制御部は、前記出力信号をフィールドスルー期間及び画像信号期間の各々でサンプリングするためのサンプリング条件を設定するサンプリング条件設定手段を備え、前記最適化手段は、前記設定されたサンプリング条件に従ってサンプリング位置を最適化することを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の画像読取装置において、前記サンプリング条件は、フィールドスルー期間及び画像信号期間の各々でのサンプリングを開始する位置、サンプリング点数及びサンプリング範囲であることを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の画像読取装置において、前記制御部は、前記最適化手段により最適化された、画素単位のフィールドスルー期間及び画像信号期間でのサンプリング位置と、各サンプリング点における前記出力信号の変動量を記憶し、前記最適化手段を再度動作させる場合、前記サンプリング条件設定手段は、前記最適化手段の前回の動作で記憶されたサンプリング位置及び各サンプリング点における前記出力信号の変動量に基づいてサンプリング条件を再設定し、前記最適化手段は、前記再設定されたサンプリング条件に従ってサンプリング位置を最適化することを特徴としている。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の何れか一項に記載の画像読取装置において、オペレータが制御情報を入力するための操作部を備え、前記制御部は、前記操作部の操作により、前記最適化手段の起動条件を設定する起動条件設定手段を備え、前記設定された起動条件に従って前記最適化手段を起動することを特徴としている。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の画像読取装置において、前記起動条件は、前記最適化手段の起動時刻及び電源投入後の最適化動作の有無を示す情報であることを特徴としている。

請求項９に記載の発明は、請求項１〜８の何れか一項に記載の画像読取装置において、前記制御部は、前記最適化手段を再度動作させる場合、前回の最適化動作で最適化されたサンプリング位置を前記パルス発生部に設定することを特徴としている。

請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９の何れか一項に記載の画像読取装置において、前記画像信号はカラー画像信号であることを特徴としている。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の画像読取装置において、前記パルス発生部は、前記カラー画像信号の成分色毎にサンプリング位置を変化させ、前記制御部は、前記カラー画像信号の成分色毎に前記最適化手段を備えることを特徴としている。

請求項１２に記載の発明は、画像情報を光信号から電気信号に変換する撮像工程と、前記電気信号から、画素単位のフィールドスルー期間及び画像信号期間の信号レベルをそれぞれサンプルホールドするサンプルホールド工程と、前記サンプルホールドされたフィールドスルー期間の信号レベルと画像信号期間の信号レベルの減算処理を行って画像信号を得る相関二重サンプリング工程と、前記サンプルホールド工程を制御するサンプルパルスを供給するパルス発生工程と、前記サンプルパルスによる前記電気信号のサンプリング位置を制御する制御工程と、を含み、前記パルス発生工程では、前記制御工程における制御により前記電気信号のサンプリング位置を変化させ、前記制御工程では、前記サンプリング位置を変化させたときの前記電気信号の変動情報に基づいて当該サンプリング位置が最適化されることを特徴としている。

請求項１３に記載の発明は、読取対象の原稿を画像情報として電気信号に変換し、当該電気信号をサンプリングする画像読取部と、前記画像情報に所定の画像処理を施す画像処理部と、前記画像情報を転写紙に転写する画像形成部と、を備える画像形成装置であって、前記画像読取部は、画像情報を光信号から電気信号に変換する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の出力信号から、画素単位のフィールドスルー期間及び画像信号期間の信号レベルをそれぞれサンプルホールドするサンプルホールド回路と、前記サンプルホールドされたフィールドスルー期間の信号レベルと画像信号期間の信号レベルの減算処理を行って画像信号を得る相関二重サンプリング回路と、前記サンプルホールド回路へサンプルパルスを供給するパルス発生部と、前記サンプルパルスによる前記出力信号のサンプリング位置を制御する制御部と、を備え、前記パルス発生部は、前記制御部の制御により前記出力信号のサンプリング位置を変化させ、前記制御部は、前記サンプリング位置を変化させたときの前記出力信号の変動情報に基づいて当該サンプリング位置を最適化する最適化手段を備えることを特徴としている。

本発明によれば、固体撮像素子の出力信号のサンプリング位置を可変にし、当該出力信号の各サンプリング位置での変動情報に基づいてサンプリング位置を最適化することにより、固体撮像素子の出力信号の画像信号期間内に位置するサンプリング位置を確実に抽出するとともに、固体撮像素子のリセット動作によるリセットノイズを除去することが可能となる。

特に、固体撮像素子の出力信号の変動量が最小となる時点を最適なサンプリング位置として検出することにより、リセットノイズ以外の変動要因に影響されることなく固体撮像素子のリセット動作によるレベル変動を最小限に抑えることができる。

更に、サンプリング位置の最適化処理を再度実行する場合、前回の最適化処理で得られた最適化されたサンプリング位置及び各サンプリング点の変動量に基づいてサンプリング条件を再設定することにより、２回目以降の最適化処理の動作時間を短縮することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
まず、本実施形態における構成について説明する。

図１に、本発明の実施形態に係る画像形成装置１の全体構成を示す。画像形成装置１は、原稿に書かれた文字或いは図等を画像情報として転写紙に複写するもので、図１に示すように、制御部２、操作部３、画像読取部４、画像処理部５、画像形成部６、画像メモリ７により構成される。

制御部２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ等により構成され、メモリに記憶された制御処理プログラムに従って画像形成装置１を構成する各部の制御を行い、原稿の読み取りから転写までの工程を管理、運行する。

操作部３は、コピースタートキー、テンキー等の各種操作キーを備え、これらのキーの操作信号を制御部２に出力する。また、操作部３は、タッチパネルを有し、電磁誘導式、磁気歪式、感圧式等の座標読み取り原理でタッチ指示された座標を検出し、検出した座標を位置信号として制御部２に出力する。この操作部３は、例えば、オペレータによるキー操作又はタッチ指示により指示された転写枚数、転写濃度、転写用紙の選択等の各種の制御情報を制御部２に出力する。

画像読取部４は、原稿の画像情報を読み取り、画像情報を示すデジタル信号を取得する。画像読取部４の内部構成については後に図２を参照して詳細に説明する。

画像処理部５は、制御部２から入力される制御信号に従って、画像読取部４での読み取りによって得られた画像信号に対し、拡大、縮小、回転等の各種の画像処理を施す。画像読取部４、制御部２及び操作部３により、本発明の画像読取装置が構成される。

画像形成部６は、画像処理部５で画像処理された画像情報を転写用紙に転写し、転写原稿を作成する。画像メモリ７は、画像読取部４で読み取られた画像信号及び画像処理部５で画像処理された画像信号を蓄積、保存する。

図２に、画像読取部４の内部構成を示す。画像読取部４は、原稿の画像情報を光信号からアナログの電気信号に変換し、更にデジタル信号に変換する機能を有し、図２に示すように、固体撮像素子１０、アナログ信号処理部１１、Ａ／Ｄ変換部１２、ゲートアレイ１３及びパルス発生部１４から構成される。

固体撮像素子１０は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）光センサより構成され、ランプ（図示略）により照明される原稿の光画像情報をフォトダイオードアレイで読み取り、電気信号に変換する。これらの電気信号は、フォトダイオードアレイ間に設けられた、ＣＣＤ及びアナログ信号レジスタにより、順次読み出される。

アナログ信号処理部１１は、固体撮像素子１０から読み出された電気信号（アナログ信号）を、パルス発生部１４から供給されるサンプルパルスに同期してサンプリングする。アナログ信号処理部１１の内部構成については後に図３を参照して詳細に説明する。

Ａ／Ｄ変換部１２は、アナログ信号処理部１１でサンプリングされた電気信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換する。

ゲートアレイ１３は、画像読取部４と画像形成装置１の他の処理部とのインターフェースをなすもので、Ａ／Ｄ変換部１２でデジタル信号に変換された電気信号を制御部２或いは通信バス（図示略）を介して画像メモリ７等に振り分けて転送する。

制御部２は、基本クロックを生成する発振器を備えており、画像読取部４全体の制御を司る信号を生成する。特に、固体撮像素子１０、アナログ信号処理部１１及びＡ／Ｄ変換部１２を制御する信号は、精度の高いタイミングが要求されるため、パルス発生部１４を介して生成される。制御部２は、固体撮像素子１０の出力信号（電気信号）Ｃ＿ＯＵＴの変動情報に基づいて当該出力信号のサンプリング位置を最適化する処理を行い、サンプリング位置が最適化されたパルスを発生するように、ゲートアレイ１３を介してパルス発生部１４に指示する。サンプリング位置の最適化処理については、後に図６〜図１１を参照して詳細に説明する。

パルス発生部１４は、制御部２からの制御信号に基づいて、固体撮像素子１０、アナログ信号処理部１１及びＡ／Ｄ変換部１２を制御する信号（パルス）を生成する。このパルス発生部１４は、例えば、ディレイライン及びセレクタを組み合わせることにより、高精度のタイミングを有するパルスを生成することができる。

図３に、アナログ信号処理部１１の内部構成を示す。アナログ信号処理部１１は、図３に示すように、クランプ回路２０、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関二重サンプリング）回路２１、アンプ２２、クランプ回路２３により構成される。

クランプ回路２０は、パルス発生部１４から供給されるパルスＣＰ１に同期して、固体撮像素子１０の出力信号Ｃ＿ＯＵＴの直流電位を次段のサンプルホールド回路に対して適正な直流電位にシフトする。

固体撮像素子１０の出力信号Ｃ＿ＯＵＴは、概ね数十ｎｓｅｃの繰り返し周期を有する水位同期パルスに同期した電気信号であり、図５に示すように、リセット期間、フィールドスルー期間、固体撮像素子１０のＣＣＤ内部のフォトダイオードに蓄積した電荷量に比例した電圧を出力する画像信号期間の３つの期間が周期的に繰り返されている。

ＣＤＳ回路２１は、パルス発生部１４から供給されるサンプルパルスＳＨ１、ＳＨ２に同期して、それぞれ、固体撮像素子１０の出力信号Ｃ＿ＯＵＴのフィールドスルー期間、画像信号期間における信号レベル（電圧）を画素単位でサンプルホールドし、それぞれの信号レベルを減算処理する。ＣＤＳ回路２１の内部構成については、後に図４を参照して詳細に説明する。

アンプ２２は、サンプルホールドされたＣＤＳ回路２１の出力を、Ａ／Ｄ変換部１２でのＡ／Ｄ変換に適した電圧（設定電圧）に増幅する。このアンプ２２は、制御部２からの制御信号により増幅利得を変化させる。

クランプ回路２３は、パルス発生部１４から供給されるパルスＣＰ２に同期して、アンプ２２の出力信号の直流電位のシフトを行う。

図４に、ＣＤＳ回路２１の内部構成を示す。ＣＤＳ回路２１は、図４に示すように、サンプルホールド回路２５、２６、２７、差動アンプ２８により構成される。

サンプルホールド回路２５は、パルス発生部１４から供給されるサンプルパルスＳＨ１に同期して、固体撮像素子１０の出力信号Ｃ＿ＯＵＴから画素単位でフィールドスルー期間における信号レベルをサンプルホールドする。

サンプルホールド回路２６は、パルス発生部１４から供給されるサンプルパルスＳＨ２に同期して、サンプルホールド回路２５で得られたフィールドスルー期間における信号レベルを再びサンプルホールドする。サンプルホールド回路２６の出力信号は、差動アンプ２８の正入力端子に入力される。

サンプルホールド回路２７は、パルス発生部１４から供給されるサンプルパルスＳＨ２に同期して、固体撮像素子１０の出力信号Ｃ＿ＯＵＴから画素単位で画像信号期間における信号レベルをサンプルホールドする。サンプルホールド回路２７の出力信号は、差動アンプ２８の負入力端子に入力される。サンプルホールド回路２６及び２７では同一のサンプルパルスＳＨ２でサンプルホールドが行われるため、フィールドスルー期間と画像信号期間の信号レベルが同タイミングで得られ、両者は差動アンプ２８に出力される。

差動アンプ２８は、サンプルホールド回路２６の出力信号から、サンプルホールド回路２７の出力信号を減算して、演算結果をアンプ２２に出力する。

図５に、ＣＤＳ回路２１におけるサンプリング動作を表すタイミングチャートを示す。図５では、サンプルホールド回路２５、２６、２７の出力信号を、それぞれ、ＤＡＴ１、ＤＡＴ２、ＤＡＴ３とし、差動アンプ２８の出力信号をＣＤＳ＿ＯＵＴとし、ＤＡＴ１及びＤＡＴ２が表すフィールドスルー期間における信号レベルをＰｉ（ｉ＝０、１、２、…）、ＤＡＴ３が表す画像信号期間における信号レベルをＤｉ（ｉ＝０、１、２、…）としている。

ＣＤＳ回路２１は、固体撮像素子１０のＣＣＤのリセット動作によりその後の画像信号期間の信号レベルがフィールドスルー期間の信号レベルとともに変動する画素単位のリセットノイズを除去するためのもので、上述のように、画素単位でフィールドスルー期間と画像信号期間の信号レベルをサンプリングして、それぞれの信号レベルを減算処理する。しかしながら、このフィールドスルー期間にも様々なノイズが混入しており、そのノイズの大きさによっては、ＣＤＳ回路２１の本来の目的が達成されない場合もあり得る。

フィールドスルー期間は、図５又は図１１（ａ）に示すように、リセット動作によるパルス状波形の終了から画像信号期間の開始の間に位置している。よって、リセット動作及び画像信号出力動作のそれぞれからの影響を受け、リセットノイズ以外の変動要因が存在する。このため、画像信号期間だけでなく、フィールドスルー期間においてもノイズ量が少ない最適なサンプリング位置が存在する。

次に、図６〜図１１を参照して、画像信号期間におけるサンプリング位置の最適化処理と、フィールドスルー期間におけるサンプリング位置の最適化処理について詳細に説明する。ＣＤＳ回路２１では、フィールドスルー期間でのサンプリングと、画像信号期間でのサンプリングを行って、各期間でのサンプリングで得られた信号レベルから減算処理を行っているため、フィールドスルー期間におけるサンプリング位置の最適化処理を行う前に、画像信号期間におけるサンプリング位置の最適化処理を行う必要がある。

まず、図６のフローチャート及び図７を参照して、画像信号期間におけるサンプリング位置の最適化処理について説明する。

まず、制御部２により、画像信号期間におけるサンプリング点数及びサンプリング間隔が設定される（ステップＳ１）。ステップＳ１では、サンプリング点数及びサンプリング間隔が、オペレータによる操作部３の操作によって設定されてもよいし、パルス発生部１４の仕様限界に基づいて予め設定されていてもよい。但し、サンプリング点数とサンプリング間隔の積であるサンプリング範囲として、画像信号期間を充分に越える範囲に設定されることが好ましい。

次いで、サンプルパルスＳＨ２の初回サンプリング位置（サンプリングの開始位置）が設定される（ステップＳ２）。この初回サンプリング位置は、概ねフィールドスルー期間直後に設定される。以下では、サンプリング点数、サンプリング範囲及び初回サンプリング位置をまとめて「サンプリング条件」と呼ぶことにする。

次いで、パルス発生部１４により、ステップＳ２で設定されたサンプリング位置のサンプルパルスＳＨ２がＣＤＳ回路２１に供給され、ＣＤＳ回路２１のサンプルホールド回路２７では、サンプルパルスＳＨ２に同期して、固体撮像素子１０の出力信号Ｃ＿ＯＵＴがサンプルホールドされる（ステップＳ３）。図７（ａ）に、固体撮像素子１０の出力信号Ｃ＿ＯＵＴの一周期分の波形を示す。固体撮像素子１０の出力信号Ｃ＿ＯＵＴは、クランプ回路２０により、フィールドスルー期間中に直流電位が移動されるため、ステップＳ３では、画像信号期間のサンプリング結果として、図７（ａ）に示すように、フィールドスルー期間の電圧と画像信号期間のサンプリング位置の電圧との差分を示すサンプリング電圧（画像信号振幅）が取得される。

次いで、アンプ２２により、ステップＳ３で取得されたサンプリング電圧が予め設定された出力電圧に利得調整され（ステップＳ４）、制御部２により、ステップＳ４で得られた増幅利得値がアンプ２２から取得され、メモリに記憶される（ステップＳ５）。

サンプリング電圧の利得調整後、ステップＳ１で設定されたサンプリング点数のサンプリングが終了したか否かが判定される（ステップＳ６）。ステップＳ６において、設定されたサンプリング点数のサンプリングが終了していないと判定された場合（ステップＳ６；ＮＯ）、サンプリング位置が、ステップＳ１で設定されたサンプリング間隔だけ変更され（ステップＳ７）、設定されたサンプリング点数のサンプリングが終了するまでステップＳ３〜Ｓ７の工程が繰り返される。

図７（ｂ）に、サンプリング位置とアンプ２２の増幅利得値の関係を示す。図７（ｂ）に示すサンプリング位置は、図７（ａ）の横軸（時間）と同期している。概ねフィールドスルー期間の直後に設定される初回サンプリング位置ａ点は、サンプリング電圧が極めて小さいため、増幅利得値は大きくなる。その後、サンプリング間隔分だけサンプリング位置を遅らせ、次のサンプリング位置（例えば、ｂ点）においてサンプリング電圧を取得し自動利得調整を行う。この時の増幅利得値は、サンプリング電圧に反比例して小さくなる。この操作をサンプリング点数だけ繰り返すことにより、サンプリング位置が、概ね画像信号期間を越える位置に達する。

図６に戻り、ステップＳ６において、設定された点数のサンプリングが終了したと判定された場合（ステップＳ６；ＹＥＳ）、制御部２により、ステップＳ５で取得された各サンプリング点における増幅利得値の中から最小の値が算出され（ステップＳ８）、この最小の増幅利得値を有するサンプリング位置が、ゲートアレイ１３を介してパルス発生部１４に設定される（ステップＳ９）。

次いで、制御部２により、ステップＳ９で設定されたサンプリング位置が、画像信号期間における最適化されたサンプリング位置としてメモリに記憶され（ステップＳ１０）、本最適化処理が終了する。図７の例では、サンプリング位置ｃ点が増幅利得値が最小の時点であり、サンプリング電圧が最大となる画像信号期間内に位置している。従って、ステップＳ９では、サンプリング位置ｃ点がパルス発生部１４に設定される。

次に、図８のフローチャート及び図９を参照して、図６に示したサンプリング位置の最適化処理を再度実行する場合の処理について説明する。図９は、前回のサンプリング位置の最適化処理におけるサンプリング点、増幅利得値及びサンプリング位置の関係の一例を示す図である。

まず、前回の最適化処理（図６）のステップＳ１０で記憶された最適化されたサンプリング位置と、ステップＳ５で記憶された各サンプリング点における増幅利得値が制御部２内のメモリから読み出される（ステップＳ２０）。

次いで、予め設定されたサンプリング条件が制御部２のメモリから読み出される（ステップＳ２１）。図７（ｂ）及び図９の場合、ステップＳ２１で読み出されるサンプリング条件は、初回サンプリング位置（サンプリングの開始位置）がａ点、サンプリング範囲がａ〜ｄ点間、サンプリング点数が１０点となる。

次いで、ステップＳ２０及びＳ２１で読み出された、最適化されたサンプリング位置、各サンプリング点での増幅利得値及びサンプリング条件に基づいて、サンプリング条件の再設定が行われる（ステップＳ２２）。ステップＳ２２では、まず、前回の最適化処理で最適化されたサンプリング位置を基準とした場合の増幅利得値の変化が比較的平坦な範囲のサンプリング点が選び出され、その選び出されたサンプリング点に基づいてサンプリング条件が再設定される。

例えば、図７及び図９によると、前回最適化されたサンプリング位置ｃ点を基準として、増幅利得値の変化が＋０．２ポイントの範囲内であるｅ〜ｆ点の範囲のサンプリング点が選び出される。従って、ステップＳ２２では、初回サンプリング位置がｅ点、サンプリング範囲がｅ〜ｆ点、サンプリング点数を６点としたサンプリング条件が設定される。

次いで、ステップＳ２２で再設定されたサンプリング条件に基づいて、サンプリング位置が再設定され（ステップＳ２３）、図６のステップＳ３の処理へ移行する。

次に、図１０のフローチャート及び図１１を参照して、フィールドスルー期間におけるサンプリング位置の最適化処理について説明する。

まず、制御部２により、フィールドスルー期間におけるサンプリング点数及びサンプリング間隔が設定される（ステップＳ３０）。ステップＳ３０では、サンプリング点数及びサンプリング間隔が、オペレータによる操作部３の操作によって設定されてもよいし、パルス発生部１４の仕様限界に基づいて予め設定されていてもよい。

次いで、サンプルパルスＳＨ１の初回サンプリング位置（サンプリングの開始位置）が設定される（ステップＳ３１）。この初回サンプリング位置は、概ねリセット期間直後（リセットノイズからの立下り部分）に設定される。

次いで、パルス発生部１４により、ステップＳ３１で設定されたサンプリング位置のサンプルパルスＳＨ１がＣＤＳ回路２１に供給され、ＣＤＳ回路２１のサンプルホールド回路２５では、サンプルパルスＳＨ１に同期して、任意画素（例えば、オプティカルブラック画素の一画素）がサンプルホールドされる（ステップＳ３２）。ステップＳ３２では、所定ライン数（ｍ）分の任意画素がサンプルホールドされる。以下、この任意画素の各ラインでサンプルホールドされた信号レベルをＰ_j（ｊ＝１、２、…、ｍ）とする。

ステップＳ３２でのサンプリング結果Ｐ₁〜Ｐ_mは、制御部２のメモリに記憶される（ステップＳ３３）。次いで、ステップＳ３３で記憶された所定ラインのサンプリング結果の中から、最大値Ｐmaxと最小値Ｐminが抽出され、最大値Ｐmaxから最小値Ｐminを引いた変動量Δ＝Ｐmax−Ｐminと、現在のサンプリング位置のデータがメモリに記憶される（ステップＳ３４）。

次いで、ステップＳ３０で設定されたサンプリング点数のサンプリングが終了したか否かが判定される（ステップＳ３５）。ステップＳ３５において、設定されたサンプリング点数のサンプリングが終了していないと判定された場合（ステップＳ３５；ＮＯ）、サンプリング位置が、ステップＳ３０で設定されたサンプリング間隔だけ変更され（ステップＳ３６）、設定されたサンプリング点数のサンプリングが終了するまで、ステップＳ３２〜Ｓ３６の処理が繰り返される。

ステップＳ３５において、設定されたサンプリング点数のサンプリングが終了したと判定された場合（ステップＳ３５；ＹＥＳ）、制御部２により、ステップＳ３４で記憶された各サンプリング位置での変動量Δが最小のサンプリング位置が、ゲートアレイ１３を介してパルス発生部１４に設定される（ステップＳ３７）。そして、ステップＳ３７で設定されたサンプリング位置が、フィールドスルー期間における最適化されたサンプリング位置として制御部２のメモリに記憶され（ステップＳ３８）、本最適化処理が終了する。

図１１（ａ）に、固体撮像素子１０の出力信号Ｃ＿ＯＵＴのフィールドスルー期間における拡大波形を示し、図１１（ｂ）に、サンプリング位置と当該出力信号の変動量（ノイズ量）との関係を示す。図１１（ｂ）に示すサンプリング位置は、図１１（ａ）の横軸（時間）と同期している。

リセットノイズからの立下り部分に対応する初回サンプリング位置α点では、例えば、回路のインピーダンス、リセットパルス波形等の要因で、アンダーシュート等の波形変動が生じ、その影響によってフィールドスルー期間における波形が乱れ、出力波形Ｃ＿ＯＵＴの変動量（ノイズ量）が大きくなっている。また、画像信号期間への立下り部分に対応する最終サンプリング位置γ点では、回路のインピーダンス、転送パルス波形等の要因で、フィールドスルー期間における波形が乱れ、出力波形Ｃ＿ＯＵＴの変動量（ノイズ）が大きくなっている。図１１では、サンプリング位置α点からγ点の中間に位置するサンプリング位置β点において、出力信号Ｃ＿ＯＵＴの変動量（ノイズ量）が最小となり、このサンプリング位置β点が最適なサンプリング位置となる。

なお、フィールドスルー期間においても、図８と同様に、サンプリング条件を再設定し、サンプリング位置の最適化処理を再度実行することが可能である。即ち、フィールドスルー期間において前回最適化されたサンプリング位置（例えば、図１１（ｂ）のβ点）を基準として、出力信号Ｃ＿ＯＵＴの変動量が所定範囲にあるサンプリング範囲を選び出し、このサンプリング範囲での初回サンプリング位置、サンプリング点数を新たなサンプリング条件として設定する。そして、この再設定されたサンプリング条件に基づいてサンプリング位置を再設定し、図１０のステップＳ３２へ移行するようにすればよい。

〈変形例〉
上述の実施形態では、画像形成装置１で使用するＣＤＳ回路をアナログ回路として構成した場合を示したが、ＣＤＳ回路をデジタル回路として構成した場合においても、上述（図６〜図１１）と同様なサンプリング位置の最適化処理を適用することが可能である。図１２に、上記実施形態の変形例として、ＣＤＳ回路をデジタル回路として構成した場合の画像読取部４内のアナログ信号処理部１１ｄ及びゲートアレイ１３ｄの内部構成を示す。

アナログ信号処理部１１ｄは、図１２に示すように、クランプ回路３０、サンプルホールド回路３１、アンプ３２、クランプ回路３３により構成される。

クランプ回路３０は、パルス発生部１４から供給されるパルスＣＰ１に同期して、固体撮像素子１０の出力信号Ｃ＿ＯＵＴの直流電位を次段のサンプルホールド回路に対して適正な直流電位にシフトする。

サンプルホールド回路３１は、パルス発生部１４から供給されるサンプルパルスＳＨ１/２に同期して、固体撮像素子１０の出力信号Ｃ＿ＯＵＴから、画素単位でフィールドスルー期間及び画像信号期間における信号レベル（電圧）を交互にサンプルホールドする。

アンプ３２は、サンプルホールド回路３１の出力信号を、Ａ／Ｄ変換部１２でのＡ／Ｄ変換に適した電圧（設定電圧）に増幅する。このアンプ３２は、制御部２からの制御信号により増幅利得を変化させる。

クランプ回路３３は、パルス発生部１４から供給されるパルスＣＰ２に同期して、アンプ３２の出力信号の直流電位のシフトを行い、アンプ３２により生じた画像情報以外の直流成分を調節する。

Ａ／Ｄ変換部１２は、パルス発生部１４から供給されたパルスＡＤＣＫにより、アナログ信号処理部１１ｄから入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。

ゲートアレイ１３ｄは、ＣＤＳ回路をデジタル回路として構成したもので、図１２に示すように、ラッチ回路３４、３５、３６、３７と、減算回路３８により構成される。

ラッチ回路３４は、パルス発生部１４から供給されるパルスＬ１に同期して、Ａ／Ｄ変換部１２の出力信号をラッチし、ラッチ回路３５及び３６に出力する。ラッチ回路３５は、パルス発生部１４から供給されるパルスＬ１に同期して、ラッチ回路３４の出力信号をラッチし、ラッチ回路３７に出力する。ラッチ回路３６は、パルス発生部１４から供給されるパルスＬ２に同期して、ラッチ回路３４の出力信号をラッチし、減算回路３８に出力する。ラッチ回路３７は、パルス発生部１４から供給されるパルスＬ２に同期して、ラッチ回路３５の出力信号をラッチし、減算回路３８に出力する。

減算回路３８は、ラッチ回路３７の出力信号から、ラッチ回路３６の出力信号を減算し、減算結果を相関二重サンプリングデータとして出力する。

図１３に、図１２のアナログ信号処理部１１ｄ、Ａ／Ｄ変換部１２及びゲートアレイ１３ｄの動作を表すタイミングチャートを示す。図１３では、Ａ／Ｄ変換部１２の出力信号をＤＡＴ６とし、ラッチ回路３４、３５の出力信号を、それぞれ、ＤＡＴ７ａ、ＤＡＴ７ｂとし、減算回路３８の出力信号をＣＤＳ＿ＯＵＴとしている。また、フィールドスルー期間における信号レベルをＰｉ（ｉ＝０、１、２、…）、画像信号期間における信号レベルをＤｉ（ｉ＝０、１、２、…）としている。なお、図１３では、パルスＡＤＣＫについて立下りエッジ、パルスＬ１及びＬ２について立上りエッジである場合を示しているが、これに限定されるものではない。

以上のように、本実施形態及びその変形例の画像形成装置１によれば、固体撮像素子１０の出力信号のサンプリング位置を可変にし、当該出力信号の各サンプリング位置での変動情報に基づいてサンプリング位置を最適化することにより、固体撮像素子１０の出力信号の画像信号期間内に位置するサンプリング位置を確実に抽出する。よって、固体撮像素子１０の画像情報を誤りなく電気信号として抽出することができる。また、固体撮像素子１０のリセット動作によるリセットノイズを除去することができる。

特に、固体撮像素子１０の出力信号のフィールドスルー期間における変動量が最小となる時点を最適なサンプリング位置として検出することにより、リセットノイズ以外の変動要因に影響されることなくＣＣＤのリセット動作によるレベル変動を最小限にすることができ、ＣＤＳ回路本来の目的を達成することができる。

更に、サンプリング位置の最適化処理を再度実行する場合、前回の最適化処理で得られた最適化されたサンプリング位置及び各サンプリング点の変動量に基づいてサンプリング条件を再設定することにより、２回目以降の最適化処理の動作時間を短縮することができる。これにより、画像読取部４又は画像形成装置１全体の動作の高速化を図ることができる。

なお、画像読取部４及び画像形成装置１全体の動作をより高速にするには、サンプリング条件の再設定を行わずに、前回の最適化処理で得られた最適化されたサンプリング位置をそのままパルス発生部１４に設定して、再度サンプリングを行うようにすればよい。

また、本実施形態によるサンプリング位置の最適化は、制御部２により行われるので、オペレータが操作部３から制御部２に指示を与えることにより、電源投入後の任意時刻に行うことができる。また、制御部２は、操作部３から入力される指示信号に基づいて、サンプリング位置の最適化処理の起動条件として、最適化処理の起動時刻及び電源投入後の最適化動作の有無を示す情報を設定し、その設定された起動条件に従って、サンプリング位置の最適化処理を行うことができる。

また、本実施形態では、制御部２でサンプリング位置の最適化処理を行うようにしたが、画像読取部４内部にＣＰＵを備え、制御部２とは別に、画像読取部４内でローカルに行うようにしてもよい。

更に、本実施形態では、画像読取部４での最適なサンプリング位置が一つである場合を示したが、カラー画像の場合には、固体撮像素子の特性が成分色ごとに異なること、更にランプ光量の経時変化により、固体撮像素子が出力する成分色毎の信号波形が異なってくる等の理由により、この成分色情報毎に最適なサンプリング位置が異なる。従って、成分色情報毎に、フィールドスルー期間及び画像信号期間におけるサンプリング位置の最適化を行うことで、リセットノイズ以外の変動要因に影響されることなくリセットノイズを効率的に除去し、より正確な成分色の画像情報を抽出することが可能となる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示すブロック図。 画像形成装置内の画像読取部の内部構成を示すブロック図。 ＣＤＳ回路をアナログ回路として構成した場合のアナログ信号処理部の内部構成を示すブロック図。 図３のＣＤＳ回路の内部構成を示すブロック図。 図３のアナログ信号処理部の動作を示すタイミングチャート。 画像信号期間におけるサンプリング位置の最適化処理を示すフローチャート。 画像信号期間におけるサンプリング位置を説明するための図。 図６の最適化処理を再度実行する場合のフローチャート。 １０点のサンプリング点における増幅利得値及びサンプリング位置の一例を示す図。 フィールドスルー期間におけるサンプリング位置の最適化処理を示すフローチャート。 フィールドスルー期間におけるサンプリング位置を説明するための図。 ＣＤＳ回路をデジタル回路として構成した場合の画像読取部の内部構成を示すブロック図。 図１２の画像読取部の動作を示すタイミングチャート。

符号の説明

１ 画像形成装置
２ 制御部
３ 操作部
４ 画像読取部
５ 画像処理部
６ 画像形成部
７ 画像メモリ
１０ 固体撮像素子
１１、１１ｄ アナログ信号処理部
１２ Ａ／Ｄ変換部
１３、１３ｄ ゲートアレイ
１４ パルス発生部
２０、２３、３０、３３ クランプ回路
２１ ＣＤＳ回路（相関二重サンプリング回路）
２２、３２ アンプ
２５、２６、２７、３１ サンプルホールド回路
２８ 差動アンプ
３４、３５、３６、３７ ラッチ回路
３８ 減算回路

Claims (13)

1. 画像情報を光信号から電気信号に変換する固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子の出力信号から、画素単位のフィールドスルー期間及び画像信号期間の信号レベルをそれぞれサンプルホールドするサンプルホールド回路と、
   前記サンプルホールドされたフィールドスルー期間の信号レベルと画像信号期間の信号レベルの減算処理を行って画像信号を得る相関二重サンプリング回路と、
   前記サンプルホールド回路へサンプルパルスを供給するパルス発生部と、
   前記サンプルパルスによる前記出力信号のサンプリング位置を制御する制御部と、を備え、
   前記パルス発生部は、前記制御部の制御により前記出力信号のサンプリング位置を変化させ、
   前記制御部は、前記サンプリング位置を変化させたときの前記出力信号の変動情報に基づいて当該サンプリング位置を最適化する最適化手段を備えることを特徴とする画像読取装置。
2. 前記最適化手段は、前記サンプリング位置を変化させたときの前記出力信号の任意画素から得られる画像信号を複数ライン取得し、当該複数ラインにおける当該任意画素の画像信号の変動量が最小のサンプリング位置を最適化されたサンプリング位置として算出することを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。
3. 前記サンプルホールドされたフィールドスルー期間及び画像信号期間の信号レベルを示すアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部を備え、
   前記相関二重サンプリング回路は、前記Ａ／Ｄ変換部で得られたデジタル信号で減算処理を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像読取装置。
4. 前記制御部は、前記出力信号をフィールドスルー期間及び画像信号期間の各々でサンプリングするためのサンプリング条件を設定するサンプリング条件設定手段を備え、
   前記最適化手段は、前記設定されたサンプリング条件に従ってサンプリング位置を最適化することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の画像読取装置。
5. 前記サンプリング条件は、フィールドスルー期間及び画像信号期間の各々のサンプリングを開始する位置、サンプリング点数及びサンプリング範囲であることを特徴とする請求項４に記載の画像読取装置。
6. 前記制御部は、前記最適化手段により最適化された、画素単位のフィールドスルー期間及び画像信号期間でのサンプリング位置と、各サンプリング点における前記出力信号の変動量を記憶し、
   前記最適化手段を再度動作させる場合、前記サンプリング条件設定手段は、前記最適化手段の前回の動作で記憶されたサンプリング位置及び各サンプリング点における前記出力信号の変動量に基づいてサンプリング条件を再設定し、
   前記最適化手段は、前記再設定されたサンプリング条件に従ってサンプリング位置を最適化することを特徴とする請求項４又は５に記載の画像読取装置。
7. オペレータが制御情報を入力するための操作部を備え、
   前記制御部は、前記操作部の操作により、前記最適化手段の起動条件を設定する起動条件設定手段を備え、前記設定された起動条件に従って前記最適化手段を起動することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の画像読取装置。
8. 前記起動条件は、前記最適化手段の起動時刻及び電源投入後の最適化動作の有無を示す情報であることを特徴とする請求項７に記載の画像読取装置。
9. 前記制御部は、前記最適化手段を再度動作させる場合、前回の最適化動作で最適化されたサンプリング位置を前記パルス発生部に設定することを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の画像読取装置。
10. 前記画像信号はカラー画像信号であることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の画像読取装置。
11. 前記パルス発生部は、前記カラー画像信号の成分色毎にサンプリング位置を変化させ、
    前記制御部は、前記カラー画像信号の成分色毎に前記最適化手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の画像読取装置。
12. 画像情報を光信号から電気信号に変換する撮像工程と、
    前記電気信号から、画素単位のフィールドスルー期間及び画像信号期間の信号レベルをそれぞれサンプルホールドするサンプルホールド工程と、
    前記サンプルホールドされたフィールドスルー期間の信号レベルと画像信号期間の信号レベルの減算処理を行って画像信号を得る相関二重サンプリング工程と、
    前記サンプルホールド工程を制御するサンプルパルスを供給するパルス発生工程と、
    前記サンプルパルスによる前記電気信号のサンプリング位置を制御する制御工程と、を含み、
    前記パルス発生工程では、前記制御工程における制御により前記電気信号のサンプリング位置を変化させ、
    前記制御工程では、前記サンプリング位置を変化させたときの前記電気信号の変動情報に基づいて当該サンプリング位置が最適化されることを特徴とする画像読取方法。
13. 読取対象の原稿を画像情報として電気信号に変換し、当該電気信号をサンプリングする画像読取部と、前記画像情報に所定の画像処理を施す画像処理部と、前記画像情報を転写紙に転写する画像形成部と、を備える画像形成装置であって、
    前記画像読取部は、
    画像情報を光信号から電気信号に変換する固体撮像素子と、
    前記固体撮像素子の出力信号から、画素単位のフィールドスルー期間及び画像信号期間の信号レベルをそれぞれサンプルホールドするサンプルホールド回路と、
    前記サンプルホールドされたフィールドスルー期間の信号レベルと画像信号期間の信号レベルの減算処理を行って画像信号を得る相関二重サンプリング回路と、
    前記サンプルホールド回路へサンプルパルスを供給するパルス発生部と、
    前記サンプルパルスによる前記出力信号のサンプリング位置を制御する制御部と、を備え、
    前記パルス発生部は、前記制御部の制御により前記出力信号のサンプリング位置を変化させ、
    前記制御部は、前記サンプリング位置を変化させたときの前記出力信号の変動情報に基づいて当該サンプリング位置を最適化する最適化手段を備えることを特徴とする画像形成装置。

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