JP2006229527A

JP2006229527A - 画像読取装置

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Publication number: JP2006229527A
Application number: JP2005040135A
Authority: JP
Inventors: Masashiro Nagase; 将城長瀬
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2006-08-31

Abstract

【課題】外来光の影響を受けることなく安定したクランプ動作を行うことができる画像読取装置を提供すること。
【解決手段】電源の投入直後は、パルス信号発生回路５５で生成されたパルス信号がコンデンサ４３に印加される。コンデンサ４３への信号の印加は、ＣＣＤ３６からの出力信号を印加するの系統、パルス信号発生回路５５で生成されたパルス信号を印加する系統の２系統で切り換え可能に構成されている。パルス信号発生回路５５では、実際の暗時におけるＣＣＤ３６の出力波形を模した擬似パルス信号が生成される。パルス信号発生回路５５で生成されるパルス信号は、パルス振幅電圧、オンデューティ、オフセット電位を任意の値に設定できる。パルス信号発生回路５５で生成されるパルスを調整することにより、ＣＣＤ３６の出力波形のリセットノイズの大きさなどの波形バラツキを吸収することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、光電変換素子の出力信号であるアナログ画像信号における黒レベル（暗時レベル）の補正機能を有するスキャナ装置や電子写真複写装置等の画像読取装置に関する。

原稿画像を光電変換素子で読み取り、読み取った画像信号をデジタル信号に変換して処理するスキャナ装置等の画像読取装置は、電子複写装置に搭載されるなど幅広く普及してきている。
このような画像読取装置の一例の概略構成を図５に示す。図５に示すように、画像読取装置は、原稿１４を載置するコンタクトガラス１、原稿露光用のキセノンランプ２と第１反射ミラー３からなる第１キャリッジ６、第２反射ミラー４及び第３反射ミラー５からなる第２キャリッジ７、ＣＣＤリニアイメージセンサ９（以下、ＣＣＤ９とする）に結像するためのレンズユニット８、読み取り光学系等による各種の歪みを補正するための白基準板１５を備えている。
走査時は、第１キャリッジ６及び第２キャリッジ７がステッピングモータの作用により副走査方向Ａ（図中右方向）に移動するように構成されている。

図６は、ＣＣＤ９の出力からデジタル画像信号を得るまでの信号処理の過程を示したブロック図である。
まず、ＣＣＤ９から駆動パルスに同期して画像信号Ｖｅ、Ｖｏが出力される。そして、この画像信号Ｖｅ、Ｖｏは、コンデンサ１６によって交流結合された後、黒レベル補正回路１７によって黒オフセットレベルを所定の電位にクランプされる。
さらにこの信号に適当なオフセット電圧が印加される。その後、画像信号Ｖｅ、Ｖｏは、サンプルホールド回路１８においてそれぞれサンプルパルスによりサンプリングされ保持される。これにより、画像信号Ｖｅ、Ｖｏは連続したアナログ信号に変換される。
次に、増幅回路１９において各色信号の奇数、偶数画素の出力を一定レベルに合わせられた後、マルチプレクス回路２０において奇数、偶数画素の出力をマルチプレクスされ画像信号Ｖに変換される。

画像信号Ｖは、増幅回路２１でＡ／Ｄ変換の基準電圧のレベルに増幅され、Ａ／Ｄ変換回路２２によって８ｂｉｔのデジタルデータに変換される。
このようにして得られたデジタル画像信号は、シェーディング補正回路部２３においてＣＣＤ９の感度バラツキや照射系の配光ムラが補正される。詳しくは、キセノンランプ２で照射された白基準板１５の反射光をＣＣＤ９で読み取ることにより、所定の濃度のレベルが得られ、これらの情報に基づいてＣＣＤ９の感度バラツキや照射系の配光ムラが補正される。さらに、デジタル画像信号は、γ補正部２４においてデジタル処理がなされる。
なお、ＣＣＤ９及びその他の回路の駆動に必要な信号は、信号処理基板１２上の発振器（ＯＳＣ）２５に基づいてタイミング信号発生回路部２６で生成され、各回路部に入力される。

従来の画像読取装置では、ＣＣＤ９のアナログ画像信号を交流結合し、黒レベル補正回路１７においてアナログ画像信号の黒レベルが所定の電位にクランプされるように制御されていた。
図７は、黒レベル補正回路１７における電位のクランプ回路を示す。図７に示すように、黒レベルのクランプ回路では、ラインクランプ信号の入力のタイミングで所定の電位（基準電位１．５Ｖ）、即ち直流分を補い、クランプ動作後の信号をサンプルホールド回路１８に印加するように構成されている。
また、図８は、ラインクランプ信号の出力タイミングを示した図である。図８に示すように、ＣＣＤ９の黒基準画素領域においてクランプパルス（ラインクランプ信号）が入力され、基準電位１．５Ｖになるようにコンデンサ１６に電荷がチャージされる。なお、黒基準画素領域とは、画素は存在するが光学的にマスクされている領域を示す。
また、後段のサンプルホールド回路１８においても、この１．５Ｖを動作の基準電圧とする。

しかしながら、このようなＣＣＤ９のアナログ画像信号をコンデンサ１６を用いて交流結合してクランプ動作を行う回路構成の場合、交流結合のコンデンサ１６に入力されるＣＣＤ画像信号のオフセットレベルと、交流結合後にクランプされる電位が異なる場合が多い。
そのため、電源投入時にはＣＣＤ画像信号のオフセット電圧をクランプ電位の電圧にまでクランプするために、即ち、電位を上昇させるまでに、ある程度長い時間を要していた。なお、クランプ動作に要する時間ｔは次式で表される。
ｔ＝−ＲＣ＊ｌｎ（１．５／Ｖｉ）
但し、Ｃ：交流結合のコンデンサ１６の容量
Ｒ：ｒ×Ｔｌｉｎｅ／Ｔｃｌｐ
Ｖｉ：交流結合のコンデンサ１６におけるＣＣＤ９側にかかる電圧
を示す。なお、ｒはクランプ回路スイッチＯＮ抵抗、Ｔｌｉｎｅはライン周期、Ｔｃｌｐはクランプパルス幅を示す。

このようにクランプ動作に要する時間が長すぎる場合には、即ち、交流結合後の画像信号のクランプ電位が適正なものになるのに時間がかかる場合には、電源投入後、正常に読取動作を行うまでに必要な時間がかかり、画像読取装置における処理能が低下するおそれがあった。
そこで従来は、図９に示すように、電源投入直後のみ、ほぼ全画素範囲においてクランプパルスを開くことによってクランプ電位に到達するまでの時間を短縮する手法を用いていた。なお、この場合、クランプ電位が安定した後、図８に示す動作（パルス状態）に戻される。
また、下記の特許文献に示すようなクランプ電位に到達するまでの時間の短縮化を図る技術が提案されている。
特開２０００−１０１８３１公報

特許文献１には、直流再生のための消費電力を低く抑えつつ、直流再生用の誤差増幅器の最大出力電流を増やすことにより直流再生の立ち上がり時間を短縮する技術が提案されている。
詳しくは、誤差増幅回路における出力段のトランジスタのアイドル電流を減少させる出力バイアス回路を設ける。トランジスタのアイドル電流を減少させるために、出力段のトランジスタと並列に直流源を挿入している。

しかしながら、上述したようなクランプ電位に到達するまでの時間の短縮化を図る手法は、電源投入直後にＣＣＤ９に光が照射されていないことが前提条件となっている。
例えば、ＣＣＤ９の画像信号出力電圧がある程度発生している状態でクランプ動作させると、オフセット電位も目標値（ターゲット値）から外れてしまう。これにより、画像信号のオフセットレベルがクランプ電位に安定するまでに時間がかかってしまう。
そのため、原稿を抑える圧板が開いている状態で、キャリッジのミラー部に外来の光が入射するおそれのある画像読取装置においては、圧板を開いた状態で電源投入が行われた場合、正常なクランプ電位に到達するまでに時間がかかってしまう。

また、キャリッジの停止位置上部のスリットから原稿を読み取るタイプ（シートスルー読取）の自動原稿送り装置を搭載した画像読取装置では、自動原稿送り装置を開いた状態で電源が投入された場合、スリットから外来光が入射され、正常なクランプ電位に到達するまでに長い時間がかかるおそれがある。
そこで本発明は、外来光の影響を受けることなく安定したクランプ動作を行うことができる画像読取装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、原稿を露光する露光手段と、前記露光手段により露光された原稿の反射光を電気信号に変換する光電変換素子と、信号の電位を所定の基準電圧にクランプするアナログ信号処理回路と、前記光電変換素子により電気信号に変換された画像信号と前記アナログ信号処理回路とを交流結合する交流結合素子と、前記光電変換素子の暗時パルスを模した擬似パルス信号を生成する擬似パルス発生回路と、前記光電変換素子の出力である前記画像信号を前記交流結合素子に印加する系統と、前記擬似パルス発生回路で生成された前記擬似パルス信号を前記交流結合素子に印加する系統と、を切り換える切換手段と、を具備することにより前記目的を達成する。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記擬似パルス信号は、信号振幅、オンデューティ、オフセット電位が任意の値に調整可能である。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の発明において、前記切換手段は、当該画像読取装置の電源投入直後の所定の期間において、前記擬似パルス信号が前記交流結合素子に印加されるように系統を切り換える。

請求項４記載の発明は、請求項１、請求項２または請求項３記載の発明において、前記原稿が配設される原稿台または原稿送り装置の開閉状態を検出する検出手段を備え、前記検出手段により、開状態が検出された場合、前記切換手段は、当該画像読取装置の電源投入直後の所定の期間において、前記擬似パルス信号が前記交流結合素子に印加されるように系統を切り換える。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記切換手段は、前記擬似パルス信号が前記交流結合素子に印加されるように系統を切り換えた後、前記光電変換素子の出力である前記画像信号が前記交流結合素子に印加されるように系統を切り換える。

請求項１記載の発明によれば、画像信号を交流結合素子に印加する系統と、擬似パルス信号を交流結合素子に印加する系統と、を切り換える切換手段を具備することにより、交流結合素子に擬似パルス信号を印加することができる。
請求項２記載の発明によれば、擬似パルス信号の信号振幅、オンデューティ、オフセット電位を任意の値に調整することにより、適切な擬似パルス信号を生成することができる。

請求項３記載の発明によれば、電源投入直後の期間に擬似パルス信号を交流結合素子に印加することにより、電源投入時のアナログ信号処理回路における動作の高速化を図ることができ、画像読取装置の立ち上がり時間の短縮化を図ることができる。
請求項４記載の発明によれば、外来光の入射の有無に関わらず、電源投入時のアナログ信号処理回路における動作の高速化を図ることができる。
請求項５記載の発明によれば、擬似パルス信号が交流結合素子に印加されるように系統を切り換えた後、画像信号が交流結合素子に印加されることにより、適切に外来光の入射の影響を抑制することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図１〜図４、図８、図９を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る画像読取装置の概略構成を示した図である。
本実施の形態に係る画像読取装置は、原稿画像を光電変換素子で読み取り、画像信号をデジタル信号に変換する機能を有している。
図１に示すように、画像処理装置は、原稿４１を載置するコンタクトガラス２８、原稿露光用のキセノンランプ２９と第１反射ミラー３０からなる第１キャリッジ３３、第２反射ミラー３１及び第３反射ミラー３２からなる第２キャリッジ３４、ＣＣＤリニアイメージセンサ３６（以下、ＣＣＤ３６とする）に結像するためのレンズユニット３５、読み取り光学系等による各種の歪みを補正するための白基準板４２を備えている。
走査時は、第１キャリッジ３３及び第２キャリッジ３４がステッピングモータの作用により副走査方向Ａ（図中右方向）に移動するように構成されている。

図２は、ＣＣＤ３６の出力からデジタル画像信号を得るまでの信号処理の過程を示したブロック図である。
まず、ＣＣＤ３６から駆動パルスに同期して画像信号Ｖｅ、Ｖｏが出力される。そして、この画像信号Ｖｅ、Ｖｏは、コンデンサ４３によって交流結合される。
その後、交流結合後のオフセット電位は、黒レベル補正回路４４によって黒オフセットレベルとして所定の電位にクランプされる。
さらにこの信号に適当なオフセット電圧が印加される。その後、画像信号Ｖｅ、Ｖｏは、サンプルホールド回路４５においてそれぞれサンプルパルスによりサンプリングされ保持される。これにより、画像信号Ｖｅ、Ｖｏを連続したアナログ信号に変換される。
次に、増幅回路４６において各色信号の奇数、偶数画素の出力を一定レベルに合わせた後、マルチプレクス回路４７において奇数、偶数画素の出力をマルチプレクスし画像信号Ｖに変換される。

画像信号Ｖは、増幅回路４８でＡ／Ｄ変換の基準電圧のレベルに増幅され、Ａ／Ｄ変換回路４９によって８ｂｉｔのデジタルデータに変換される。
このようにして得られたデジタル画像信号は、シェーディング補正回路部５０においてＣＣＤ３６の感度バラツキや照射系の配光ムラが補正される。詳しくは、キセノンランプ２９で照射された白基準板４２の反射光をＣＣＤ３６で読み取ることにより、所定の濃度のレベルが得られ、これらの情報に基づいてＣＣＤ３６の感度バラツキや照射系の配光ムラが補正される。さらに、デジタル画像信号は、γ補正部５１などにおいてデジタル処理がなされる。
なお、ＣＣＤ３６及びその他の回路の駆動に必要な信号は、信号処理基板３９上の発振器（ＯＳＣ）５２に基づいてタイミング信号発生回路部５３で生成され、各回路部に入力される。

通常、黒レベル補正回路４４で行われるクランプ動作は、ＣＣＤ３６の黒基準画素領域をラインクランプすることによって、黒オフセットレベルが所定の基準電位にクランプされる。なお、黒基準画素領域とは、画素は存在するが光学的にマスクされている領域を示す。クランプ動作を黒レベル補正回路４４で行うことにより、画像信号中の黒レベルを一定のレベルに固定することができる。
しかしながら、装置の電源ＯＮ直後は１ライン周期に黒基準画素領域のみをクランプしていたのでは、オフセット電位が所定のレベルに到達するまでに時間がかかってしまう。

そこで、本実施の形態に係る画像読取装置では、電源の投入（ＯＮ）直後は、パルス信号発生回路５５で生成されたパルス信号を印加するように構成されている。
図２に示すように、本実施の形態に係る画像読取装置には、パルス信号発生回路５５が設けられている。
そして、コンデンサ４３への信号の印加は、ＣＣＤ３６からの出力信号（画像信号Ｖｅ、Ｖｏ）を印加する系統、パルス信号発生回路５５で生成されたパルス信号を印加する系統の２系統で行うことができるように切り換え可能に構成されている。

図３（ａ）は、実際の暗時におけるＣＣＤ３６の出力波形を示した図である。また、図３（ｂ）は、パルス信号発生回路５５で生成されるパルス信号の波形を示した図である。
パルス信号発生回路５５では、図３（ｂ）に示されるようなパルス信号が生成される。このパルス信号は、図３（ａ）に示す、実際の暗時におけるＣＣＤ３６の出力波形を模して生成される擬似パルス信号である。
なお、パルス信号発生回路５５で生成されるパルス信号は、そのパルス振幅電圧、オンデューティ（ＯＮ期間）、及びオフセット電位（電圧）を任意の値に設定できるように構成されている。
パルス信号発生回路５５で生成されるパルスを調整することにより、ＣＣＤ３６の出力波形のリセットノイズの大きさなどの波形バラツキを吸収することができる。

ここで、本実施の形態に係る画像読取装置におけるＣＣＤ３６の暗時レベル（黒レベル）の補正回路におけるクランプ動作の制御方法について説明する。
画像読取装置に電源が投入されると、まず、パルス信号発生回路５５で生成されたパルス信号をコンデンサ４３へ印加する系統に回路が切り換えられる。そして、パルス信号発生回路５５で生成されたパルス信号が交流結合のコンデンサ４３に印加される。
その後、図９に示すように、ほぼ全画素範囲においてクランプパルスを開くように制御する。
続いて、ＣＣＤ３６からの出力信号（画像信号Ｖｅ、Ｖｏ）をコンデンサ４３へ印加する系統に回路が切り換えられる。そして、ＣＣＤ３６の画像信号出力が交流結合のコンデンサ４３に印加される。

次に、図８に示すように、黒基準画素領域においてクランプパルスを開くように制御する。即ち、この段階において、従来のクランプ動作の状態に戻す。
このようにして、ＣＣＤ３６の暗時レベル（黒レベル）の補正回路におけるクランプ動作の制御が行われた後、通常の画像の読取処理等が実行される。
このように、本実施の形態によれば、電源の投入直後にＣＣＤ３６の出力信号（画像信号）の代わりに、パルス信号発生回路５５で生成される擬似パルス信号を入力し、かつクランプパルス幅を全画素領域を満たす幅まで広げることにより、外来光の影響を受けることのない、安定した迅速なクランプ動作を行うことができる。

本実施の形態によれば、通常のＣＣＤ３６の画像信号の変わりに、ＣＣＤ３６の暗時画像信号を模したパルス波形を入力することによって、電源投入（ＯＮ）時のクランプ動作の高速化を図ることができる。これにより画像読取装置における起動時間（立ち上がり時間）の短縮を図ることができる。
また、本実施の形態によれば、コンデンサ４３に入力するパルス波形（擬似ＣＣＤ暗時波形）のパルス振幅電圧、オンデューティ（ＯＮ期間）、及びオフセット電位（電圧）を調整可能とすることにより、ＣＣＤ３６の出力波形のリセットノイズの大きさやオフセット電圧のバラツキを吸収した、正確な擬似パルス信号を生成することができる。
さらに、本実施の形態によれば、通常のＣＣＤ３６の画像信号の変わりに、ＣＣＤ３６の暗時画像信号を模したパルス波形を入力することによって、外来の光の入射の有無に関わらず、電源投入（ＯＮ）時のクランプ動作の高速化を図ることができる。これにより画像読取装置における起動時間（立ち上がりの時間）の短縮を図ることができる。

次に、上述した本実施の形態に係る画像読取装置の変形例について説明する。
図４は、本実施の形態に係る画像読取装置の変形例を示した図である。なお、図２に示すブロック図と重複する部位には、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図４に示す画像読取装置は、開閉センサ７２を備えている。この開閉センサ７２は、原稿台の圧板または自動原稿送り装置の開閉状態を検知するするセンサである。
開閉センサ７２は、例えば、光センサや近接センサ、赤外線センサなどによって構成されている。
開閉センサ７２のモニタ結果（検知結果）は、パルス信号発生回路７１に送られるように構成されている。

そして、圧板もしくは自動原稿送り装置が開状態である場合には、その検知結果が開閉センサ７２からパルス信号発生回路７１へ送られる。
このように、パルス信号発生回路７１に開閉センサ７２から圧板もしくは自動原稿送り装置の“開状態”が通知された場合には、電源が投入された直後、パルス信号発生回路５５で生成されたパルス信号を印加するように構成されている。
つまり、開閉センサ７２により圧板または自動原稿送り装置の開閉状態をモニタし、“開状態”の場合、ＣＣＤ３６からの出力信号（画像信号Ｖｅ、Ｖｏ）をコンデンサ４３に印加させないように構成されている。

そのため、圧板または自動原稿送り装置が開状態の場合は、キャリッジ部に外来光が入射するおそれがあるが、このような外来光の影響を受けることなくクランプ動作を行うことができる。これにより、暗時レベル（黒レベル）補正の精度を向上させることができる。
このように本実施の形態によれば、圧板の開閉状態をモニタし、開状態の場合には通常のＣＣＤ３６の画像信号の変わりに、ＣＣＤ３６の暗時画像信号を模したパルス波形を入力することによって、外来光の入射の有無に関わらず、電源投入（ＯＮ）時のクランプ動作の高速化を図ることができる。これにより、画像読取装置の起動時間（立ち上がり時間）の短縮化を図ることができる。

本実施の形態に係る画像読取装置の概略構成を示した図である。ＣＣＤの出力からデジタル画像信号を得るまでの信号処理の過程を示したブロック図である。（ａ）は、実際の暗時におけるＣＣＤの出力波形を示した図であり、（ｂ）は、パルス信号発生回路で生成されるパルス信号の波形を示した図である。本実施の形態に係る画像読取装置の変形例を示した図である。画像読取装置の概略構成を示した図である。ＣＣＤの出力からデジタル画像信号を得るまでの信号処理の過程を示したブロック図である。黒レベル補正回路における電位のクランプ回路を示す。ラインクランプ信号の出力タイミングを示した図である。ラインクランプ信号の出力タイミングを示した図である。

符号の説明

１コンタクトガラス
２キセノンランプ
３第１反射ミラー
４第２反射ミラー
５第３反射ミラー
６第１キャリッジ
７第２キャリッジ
８レンズユニット
９ＣＣＤリニアイメージセンサ
１２信号処理基板
１４原稿
１５白基準板
１６コンデンサ
１７黒レベル補正回路
１８サンプルホールド回路
１９増幅回路
２０マルチプレクス回路
２１増幅回路
２２Ａ／Ｄ変換回路
２３シェーディング補正回路部
２４ γ補正部
２５発振器
２６タイミング信号発生回路部
２８コンタクトガラス
２９キセノンランプ
３０第１反射ミラー
３１第２反射ミラー
３２第３反射ミラー
３３第１キャリッジ
３４第２キャリッジ
３５レンズユニット
３６ＣＣＤリニアイメージセンサ
３９信号処理基板
４１原稿
４２白基準板
４３コンデンサ
４４黒レベル補正回路
４５サンプルホールド回路
４６増幅回路
４７マルチプレクス回路
４８増幅回路
４９Ａ／Ｄ変換回路
５０シェーディング補正回路部
５１ γ補正部
５２発振器
５３タイミング信号発生回路部
５５パルス信号発生回路
７１パルス信号発生回路
７２開閉センサ

Claims

原稿を露光する露光手段と、
前記露光手段により露光された原稿の反射光を電気信号に変換する光電変換素子と、
信号の電位を所定の基準電圧にクランプするアナログ信号処理回路と、
前記光電変換素子により電気信号に変換された画像信号と前記アナログ信号処理回路とを交流結合する交流結合素子と、
前記光電変換素子の暗時パルスを模した擬似パルス信号を生成する擬似パルス発生回路と、
前記光電変換素子の出力である前記画像信号を前記交流結合素子に印加する系統と、前記擬似パルス発生回路で生成された前記擬似パルス信号を前記交流結合素子に印加する系統と、を切り換える切換手段と、
を具備することを特徴とする画像読取装置。
前記擬似パルス信号は、信号振幅、オンデューティ、オフセット電位が任意の値に調整可能であることを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
前記切換手段は、当該画像読取装置の電源投入直後の所定の期間において、前記擬似パルス信号が前記交流結合素子に印加されるように系統の切り換えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像読取装置。
前記原稿が配設される原稿台または原稿送り装置の開閉状態を検出する検出手段を備え、
前記検出手段により、開状態が検出された場合、
前記切換手段は、当該画像読取装置の電源投入直後の所定の期間において、前記擬似パルス信号が前記交流結合素子に印加されるように系統を切り換えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像読取装置。
前記切換手段は、前記擬似パルス信号が前記交流結合素子に印加されるように系統を切り換えた後、前記光電変換素子の出力である前記画像信号が前記交流結合素子に印加されるように系統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。