JP2007081696A - 画像読み取り装置、画像形成装置、及び読み取りレベル調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画像信号に含まれるノイズの増加を極力小さくして、高いＳ／Ｎを維持できるとともに、白レベル調整範囲を広くとることができるようにする。
【解決手段】原稿を照射する光源１０７と、この光源１０７の光量を調整する光量調整部２０９と、原稿からの反射光を光電変換するＣＣＤ２０１と、このＣＣＤ２０１によって検出されたアナログ画像信号を増幅する可変ゲインアンプ２０３ｂと、基準白板読み取りレベル調整用の基準白板を有する画像読み取り装置において、基準白板を読み取って得られた基準白板レベルに応じて、光量調整部２０９の光量調整を行うＣＰＵ２０８を備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、読み取り対象を照明し、その反射光を光電変換してアナログ画像信号を得る画像読み取り装置及びこの画像読み取り装置を備えた画像形成装置に関する。

原稿等の画像情報を副走査方向にライン走査し、その画像情報を読み取り手段としての光電変換素子（例えばＣＣＤ）のセンサ面上に結像させ、この光電変換素子から得られる出力信号を利用して、原稿等の画像情報を読み取るようにした複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像読み取り装置は種々提供されている。

このような画像読み取り装置において、上述のような対象画像の読み取りに先立って、ＡＤコンバータのダイナミックレンジを有効に利用するために、基準白板の読み取りレベルが所定のレベルとなるような調整が予め行われる（白レベル調整）。画像読み取り装置の電源投入時や、電源投入後に基準白板読み取りレベルが変化した場合に、キャリッジがホーミング動作を行いホームポジションに移動する。そして光源を点灯させ、基準白板の下部にキャリッジを移動させて、基準白板の読み取りレベルを白板読み取りレベル検出部にて検出する。基準白板読み取りレベルは、光源の初期光量、光電変換素子の感度、光学部品の特性などの初期のばらつきによって装置毎に異なり、また、光源の光量低下（経時劣化）によっても異なる。そのため、基準白板読み取りレベルのばらつきを補正するために、一般的には信号処理部の可変ゲインアンプ（例：プログラマブルゲインアンプ）のゲインを、検出した基準白板読み取りレベルに応じて調整することによって、基準白板読み取りレベルを所定のレベルにしている。

ところで、一般にＣＣＤ等の光電変換素子からの読み取り信号にはノイズが含まれる。そのため、可変ゲインアンプのみの白レベル調整方法による場合、原稿画像を読み取って得られた画像読み取り信号をあるゲインで増幅する際、画像信号に含まれるノイズ成分も同じゲインで増幅される。したがって、上述したような光源の初期光量変動、光電変換素子の感度、光学部品の特性などの初期のばらつきによって基準白板読み取りレベルがばらつくために、従来方式による白レベル調整方法では、それを補正するために可変ゲインアンプを制御するが、基準白板読み取りレベルに含まれるノイズも増幅されてしまう。

また、一般的に光源の光量は徐々に低下していくため（経時劣化）、従来方式による白レベル調整方法では、光量の低下に伴って可変ゲインアンプのゲインは徐々に増加していく。すなわち、ゲインの増加に伴い基準白板読み取りレベルに含まれるノイズも増幅されてしまうことになる。特に、光量低下によるゲインの増加は、画像読み取り装置の長期間の使用を考えた場合、Ｓ／Ｎ（信号成分／ノイズ成分）が劣化して読取画像品質の低下を招くことになってしまう。Ｓ／Ｎが劣化すると、同じ濃度の原稿（ベタ部）を読み取った際のデータのばらつきが大きくなるため、ベタ部がきれいに埋まらない画像となる。また、後段の画像処理回路の処理に悪影響を及ぼしてしまう。

基準白板を読み取ったアナログ画像信号に含まれるノイズは、光ショットノイズと暗時ランダムノイズが支配的である。この光ショットノイズはＣＣＤに入射する光子が電荷に変換される確率に依存するノイズ成分であり、光量がＮ倍になるとそのノイズレベルは√Ｎ倍になり、暗時ランダムノイズやその他のノイズは光量との比例関係は無いものとして知られる。

例えば、光ショットノイズの量をａ、その他のノイズの量をｂとする。可変ゲインアンプによる調整方法では、ゲインが２倍になった時、ノイズ量は２（ａ＋ｂ）である。それに対して、光量調整による場合、光量が２倍になった時、ノイズ量は√２ａ＋ｂである。

このことから、可変ゲインアンプによって白レベル調整を行うよりも、光量調整によって白レベル調整を行う方が、Ｓ／Ｎの観点から優れていると言える。しかしながら、長期使用を考慮すると、光量調整のみでは基準白板読み取りレベルを所定のレベルに調整することが困難になってくる。例えば光源がＬＥＤである場合には、ＬＥＤに流す順方向電流の絶対最大定格や、温度（発熱）などの制限があるため、光量調整には限界がある。

そこで、もう１つの白レベル調整手段として可変ゲインアンプを有しておくことによって、光量調整が限界に達した時には可変ゲインアンプによる白レベル調整に移行するといった、２種類の白レベル調整手段を備えていれば、白レベル調整範囲が広くなり、長期使用をも十分に考慮した画像読み取り装置となる。

例えば特許文献１には、光源点灯直後からの光量の短期変動による読み取り濃度変動及び読み取り色味変動を軽減するため、原稿を照明する光量を適切な光量に可変する光量可変手段および画像信号を適切な信号レベルに増幅するゲイン可変手段を設けることが開示されている。また、特許文献２には、白レベル調整時にランプの温度に応じて白レベル目標値を調整し、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを最大限に使用して、画像データの分解能を上げることが提案されている。
特開２０００−１２２１８８号公報 特開２００４−１１２０４８号公報

しかしながら、これら従来技術においては、画像読み取り信号に含まれるノイズ成分の低減に関しては考慮されていない。

本発明はこのような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、画像読み取り装置の初期バラツキや長期使用を考慮し、画像信号に含まれるノイズの増加を極力小さくして、高いＳ／Ｎを維持できるとともに、白レベル調整範囲を広くとることができるようにすることである。

前記目的を達成するため、第１の手段は、読み取り対象を照射する光源と、該光源の光量を調整する光量調整手段と、前記読み取り対象物からの反射光を光電変換する光電変換素子と、該光電変換素子によって検出されたアナログ画像信号を増幅する増幅手段と、基準白板読み取りレベル調整用の基準白板を有する画像読み取り装置において、前記基準白板を読み取って得られた基準白板レベルに応じて、前記光量調整手段の光量調整を行う制御手段を備えていることを特徴する。

第２の手段は、第１の手段における前記制御手段が、前記基準白板読み取りレベルが所定のレベルになるように、前記光量調整手段により可能な範囲で光量調整を行い、調整できない範囲については前記増幅手段により基準白板読み取りレベル調整を行うことを特徴とする。

第３の手段は、第１又は第２の手段において、前記光源がＬＥＤで構成されていることを特徴とする。

第４の手段は、第３の手段において、前記光量調整手段が定電流制御によりＬＥＤの光量を調整することを特徴とする。

第５の手段は、第３の手段において、前記光量調整手段がＰＷＭ制御によりＬＥＤの光量を調整することを特徴とする。

第６の手段は、画像形成装置が、第１ないし第５の手段の画像読み取り装置を備えていることを特徴とする。

第７の手段は、光源から出射した照明光の基準白板からの反射光を光電変換素子によって読み取り、前記基準白板を読み取って得られた前記光電変換素子の読み取りレベルに応じて、前記光源の光量調整を行う読み取りレベル調整方法を特徴とする。

第８の手段は、第７の手段において、前記基準白板を読み取って得られた読み取りレベルが所定のレベルになるように可能な範囲で光量調整を行い、調整できない範囲については前記読み取りレベルを増幅することを特徴とする。

後述の実施の形態において、光源は参照番号１０７に、光量調整手段は光量調整部２０９に、光電変換素子はＣＣＤ２０１に、増幅手段は可変ゲインアンプ２０３ｂに、基準白板は参照番号１０３に、制御手段はＣＰＵ２０８に、ＬＥＤは参照番号２６０にそれぞれ対応し、定電流制御方式の光量調整手段は図４に、ＰＷＭ制御方式の光量調整手段は図５にそれぞれ示されている。

本発明によれば、基準白板読み取りレベルが所定のレベルになるように、光量調整による白レベル調整を行うので、画像信号に含まれるノイズ成分の増加を極力小さくすることができ、従来方式に比べてＳ／Ｎが高くなり高品質の画像を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る画像読み取り装置の概略構成を示す図である。

この画像読み取り装置１００は、原稿を搭載するコンタクトガラス１０１、白レベル調整やシェーディングデータ生成用の基準白板１０３、原稿１０５を照射する光源１０７及び第１ミラー１０８が搭載される第１キャリッジ１０９、第２ミラー１１０及び第３ミラー１１１が搭載される第２キャリッジ１１２、ＣＣＤイメージセンサ１１４上に縮小結像させるレンズユニット１１３、ＣＣＤイメージセンサ１１４を搭載した画像読み取り回路板１１５、画像処理回路１１６、また図示してはいないが、第１、第２キャリッジ１０９，１１２を駆動するスキャナ駆動モータ、ホームポジションセンサ、原稿検知センサ等から構成される。

上記構成において、コンタクトガラス１０１上に原稿１０５が搭載された場合に、光源１０７を点灯し、第１キャリッジ１０９及び第２キャリッジ１１２をスキャナモータにより右方向に移動走査して原稿１０５を読み取る読み取り方式と、第１キャリッジ１０９および第２キャリッジ１１２は停止した状態のまま光源１０７を点灯し、シートスルー読み取り用コンタクトガラス１０２を介して原稿搬送装置１０４によって搬送される原稿１０６を照射して読み取る読み取り方式のいずれかが選択可能である。第１キャリッジ１０９及び第２キャリッジ１１２を走査して原稿を読み取る場合には、原稿１０５の読み取りに先立って基準白板１０３のデータを取得しシェーディング補正データを生成しメモリに記憶しておき、そのシェーディング補正用データで原稿１０５の画像データ正規化することによって、該装置における光量分布ムラ、ＣＣＤの感度ムラを補正し、原稿の画像情報を高品質に読み取っている。第１キャリッジ１０９及び第２キャリッジ１１２は停止した状態のまま、原稿１０６を搬送して原稿画像データを読み取るシートスルー読み取りの場合には、原稿１０６の読み取りに先立ってまず、第１キャリッジ１０９を基準白板１０３の下に移動させてシェーディング補正データを生成し、シートスルー読み取り位置に復帰してから原稿の搬送を開始して原稿読み取り動作を開始する。

図２は画像読み取り装置に搭載される画像読み取り回路及び画像処理回路の構成の一例を示すブロック図である。画像読み取り回路２００は、ＣＣＤ２０１、該ＣＣＤ２０１のドライバ２０２、サンプルホールド回路２０３ａと可変ゲインアンプ２０３ｂとＡＤコンバータ２０３ｃとを備えた信号処理部２０３、タイミングゲートアレイ２０４等から構成されている。画像処理回路１１６は、シェーディング補正部２０５、白板読み取りレベル検出部２０６、画像処理部２０７、ＣＰＵ２０８等から構成されている。ＣＰＵ２０８には原稿を照明する光源１０７の光量調整部２０９も接続されている。

前記の構成において、原稿画像は光源１０７により照射され、その反射光は１次元ライン状のＣＣＤ２０１により読み取られる。ＣＣＤ２０１から出力された原稿画像読み取りデータは、サンプルホールド回路２０３ａによるサンプルホールド、可変ゲインアンプ２０３ｂによる信号増幅、ＡＤコンバータ２０３ｃによるＡＤ変換等の信号処理部２０３を経て、デジタルデータが画像処理回路１１６のシェーディング補正回路２０５に入力される。このシェーディング補正部５０５において、シェーディング補正データ取得のための基準白板１０３の読み取り時にはＣＣＤ２０１の各画素毎に平均化処理が行われて、シェーディング補正データが生成される。このシェーディング補正データを用いてＣＣＤ２０１の各画素毎に原稿画像データのシェーディング処理が行われ、シェーディング補正部２０５よりシェーディング後画像データが画像処理部２０７に出力される。

また、基準白板読み取りレベル検出部２０６により基準白板１０３の読み取りレベルの最大値を検出することが可能となっている。基準白板読み取りレベルの最大値の検出は、前述のシェーディング補正データを検出するものであっても、シェーディング補正部２０５をスルーした基準白板画像データであっても構わない。光量調整部２０９はＣＰＵ５０８からの光源１０７のＯＮ／ＯＦＦ制御や、光量調整などの命令に従い光源１０７の光量を調整する。光源１０７は原稿あるいは基準白板に光を照明するための光源である。なお、光源１０７がＬＥＤであれば、定電流制御やＰＷＭ制御によって、簡単な回路構成で高精度の光量調整を行うことが可能である点で望ましい。

図３は白レベル調整のフローチャートである。まず、可変ゲインアンプ２０３ｂのゲインが１に初期化され（ステップＳ３１）、次に初期光量設定値が設定される（ステップＳ３２）。初期光量設定値が設定されると、光源１０７を点灯し、第１キャリッジ１０９を基準白板１０３の下に移動させて、基準白板１０３の読み取りを行い、基準白板読み取りレベルの最大値Ｄｉｎの検出を行う（ステップＳ３３）。そして、基準白板読み取りレベルの最大値Ｄｉｎが
Ｗｍｉｎ＜Ｄｉｎ＜Ｗｍａｘ
であるかどうかを判断する（ステップＳ３４）。ここで、Ｗｍｉｎは基準白板読み取りレベル下限値、Ｗｍａｘは基準白板読み取りレベル上限値であり、ともに設計段階で予め決められた値である。

ステップＳ３４において、
Ｗｍｉｎ＜Ｄｉｎ＜Ｗｍａｘ
であれば、この時点で白レベル調整は終了する。ステップＳ３４において、
Ｗｍｉｎ＜Ｄｉｎ＜Ｗｍａｘ
でない場合には、次回光量設定値Ａの計算を行い（ステップＳ３５）、次回光量設定値Ａが
Ａ＜Ａｍａｘ
であるかどうかを判断する（ステップＳ３６）。ここで、Ａｍａｘは光量設定値の上限値であり、Ａｍａｘは設計段階で予め決められた値である。

ステップＳ３６において、次回光量設定値Ａが
Ａ＜Ａｍａｘ
であれば、次回光量設定値Ａを設定し（ステップＳ３７）、基準白板１０３を読み取って、再びステップＳ３３を行い、基準白板読み取りレベルＤｉｎが
Ｗｍｉｎ＜Ｄｉｎ＜Ｗｍａｘ
になるまで前記動作を繰り返す。

ステップＳ３６において、次回光量設定値Ａが
Ａ≧Ａｍａｘ
になった場合には、これ以降光量調整を行わず可変ゲインアンプによる調整へと移行するものと判断し、可変ゲインアンプの次回ゲイン設定値Ｂを計算する（ステップＳ３８）。そして次回ゲイン設定値Ｂを設定し（ステップＳ３９）、基準白板１０３を読み取って、基準白板読み取りレベルの最大値Ｄｉｎの検出を行う（ステップＳ４０）。

ここでステップＳ３４と同様に、基準白板読み取りレベルの最大値Ｄｉｎが
Ｗｍｉｎ＜Ｄｉｎ＜Ｗｍａｘ
であるかどうかを判断する（ステップＳ４１）。ステップＳ４１において、
Ｗｍｉｎ＜Ｄｉｎ＜Ｗｍａｘ
であれば、この時点で白レベル調整は終了する。ステップＳ４１において、
Ｗｍｉｎ＜Ｄｉｎ＜Ｗｍａｘ
でない場合には、再びステップＳ３８に戻ってステップＳ３９及びステップＳ４０の処理を実行し、基準白板読み取りレベルＤｉｎが
Ｗｉｎ＜Ｄｉｎ＜Ｗｍａｘ
になるまで前記動作を繰り返す。

図４は光源１０７がＬＥＤ２６０の場合における光量調整方法としての定電流制御方式の一例を示す回路図である。定電流制御では、ＬＥＤ２６０に流れる順方向電流が常に一定になるような制御が行われる。光量調整はパルス信号であるＬＥＤ＿ＰＷＭ信号を積分回路２６１により定電圧化し、オペアンプ２６２及びトランジスタ２６３を介してＬＥＤ２６０に印加するようにしている。このように、パルス信号のＤｕｔｙを変化させることにより光量調整が可能となる。

図５は光源１０７がＬＥＤ２６０の場合における光量調整方法としてのＰＷＭ制御方式の一例を示す回路図である。ＰＷＭ制御では任意周期のＬＥＤ＿ＰＷＭ信号を抵抗２７１を介してトランジスタ２７２に印加し、トランジスタ２７２をスイッチング動作させることにより、ＬＥＤ２６０を駆動する。光量調整はパルス信号のＤｕｔｙを変化させることで光量調整が可能となる。

図６は本発明と従来方式とにより白レベル調整を行った場合のノイズ成分の増加の様子を示すグラフである。すなわち、実線は本発明を用いた場合のノイズ成分の増加の状態を表しており、破線は従来方式である可変ゲインアンプのゲイン調整のみによる白レベル調整を行った場合のノイズ成分の増加の状態を表している。なお、本発明においては、ｔ１までの期間は、光量調整による白レベル調整が行われ、ｔ１以降の期間は可変ゲインアンプによる白レベル調整を行っている。この図６から、ｔ１以降の期間はノイズの増加が増幅率に比例して大きくはなるが、ｔ１までの期間は、従来方式に比べてノイズの増加が小さいことがわかる。なお、ｔ１は光量調整で白レベル調整が可能な最大の増幅率であり、これ以降の増幅が必要な場合には、従来と同様にゲイン調整で対処する。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、基準白板読み取りレベルが所定のレベルになるように、可能な限り光量調整による白レベル調整を行い、それ以降は可変ゲインアンプによる白レベル調整を行うようにすることによって、画像信号に含まれるノイズ成分の増加を極力小さくすることができるため、従来方式に比べてＳ／Ｎが高くなり高品質の画像を提供することができる。また、２種類の白レベル調整手段を有しているため、白レベル調整範囲が従来よりも広くなるという効果があり、長期使用の点からも有利である。

本発明の一実施の形態に係る画像読み取り装置の概略構成を示す図である。 画像読み取り装置に搭載される画像読み取り回路及び画像処理回路の構成の一例を示すブロック図である。 白レベル調整のフローチャートである。 光源がＬＥＤの場合における光量調整方法としての定電流制御方式の一例を示す回路図である。 光源がＬＥＤの場合における光量調整方法としてのＰＷＭ制御方式の一例を示す回路図である。 本発明と従来方式とにより白レベル調整を行った場合のノイズ成分の増加の様子を示すグラフである。

符号の説明

１０３ 基準白板
１０７ 光源
１１４ ＣＣＤイメージセンサ
１１５ 画像読み取り回路板
１１６ 画像処理回路
２００ 画像読み取り回路
２０１ ＣＣＤ
２０３ 信号処理部
２０３ｂ 可変ゲインアンプ
２０６ 白板読み取りレベル検出部
２０７ 画像処理部
２０８ ＣＰＵ
２０９ 光量調整部
２１０ 光源

Claims (8)

1. 読み取り対象を照射する光源と、該光源の光量を調整する光量調整手段と、前記読み取り対象物からの反射光を光電変換する光電変換素子と、該光電変換素子によって検出されたアナログ画像信号を増幅する増幅手段と、基準白板読み取りレベル調整用の基準白板を有する画像読み取り装置において、
   前記基準白板を読み取って得られた基準白板レベルに応じて、前記光量調整手段の光量調整を行う制御手段を備えていることを特徴する画像読み取り装置。
2. 前記制御手段は、前記基準白板読み取りレベルが所定のレベルになるように、前記光量調整手段により可能な範囲で光量調整を行い、調整できない範囲については前記増幅手段により基準白板読み取りレベル調整を行うことを特徴とする請求項１記載の画像読み取り装置。
3. 前記光源はＬＥＤで構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の画像読み取り装置。
4. 前記光量調整手段は定電流制御により前記ＬＥＤの光量を調整することを特徴とする請求項３記載の画像読み取り装置。
5. 前記光量調整手段はＰＷＭ制御により前記ＬＥＤの光量を調整することを特徴とする請求項３記載の画像読み取り装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像読み取り装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
7. 光源から出射した照明光の基準白板からの反射光を光電変換素子によって読み取り、
   前記基準白板を読み取って得られた前記光電変換素子の読み取りレベルに応じて、前記光源の光量調整を行うことを特徴とする読み取りレベル調整方法。
8. 前記基準白板を読み取って得られた読み取りレベルが所定のレベルになるように可能な範囲で光量調整を行い、調整できない範囲については前記読み取りレベルを増幅することを特徴とする請求項７記載の読み取りレベル調整方法。

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