JP2007214728A - カラー画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像読取装置において、高速駆動の場合でも、画像特性を保証する。
【解決手段】CCDを駆動するリセットパルスRSと、クランプパルスCPと、最終段転送パルスφ2Lと、転送パルスφ1と、反転転送パルスφ2と、サンプリングパルスSHDの各信号の間隔は、画像特性に影響する。各駆動信号の間の相対的なタイミングを、画像が最良になるように自動で設定する。タイミングを変えながら、標準原稿より得られたRGB成分毎のデジタル信号から、標準原稿の特徴量を算出する。光電変換素子を駆動する信号の位相を調整して、画像の特性が最もよくなるタイミングを求める。このようにして、CCD駆動条件を満足する最適なタイミング関係を自動で設定できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラー画像読取装置に関し、特に、高速駆動でも画像特性が保証されるカラー画像読取装置に関する。

従来のカラー画像読取装置における読取部の構成を、図９に示す。図９を参照しながら、CCDの駆動方法を説明する。駆動信号生成部からの信号を駆動ドライバで増幅して、CCDを駆動制御する。光源で原稿に光を照射し、原稿からの反射光を、RGBの成分毎にイメージセンサであるCCDで光電変換して画像アナログ信号を得る。画像アナログ信号を、アナログ増幅部でRGB成分毎に可変ゲインにて増幅する。増幅されたアナログ信号を、A/D変換部でデジタルデータに変換する。デジタル処理部で、デジタルデータに対して必要な処理を行い、画像処理部へ出力する。

一般的に、CCD駆動に必要な信号としては、次のものがある。RS（リセットパルス）と、CP（クランプパルス）と、φ2L（最終段転送パルス）と、φ1（転送パルス）と、φ2（反転転送パルス）と、TG（電荷シフトゲート信号）である。また、CCDからの出力をA/D変換器でサンプリングするための信号としては、SHD（サンプリングパルス）が必要となる。これまでのタイミング設計では、各信号を駆動する素子のバラツキを考慮しても、各信号間のタイミングがCCD駆動に必要な条件を満たすように、発生タイミングまたは信号遅延量を設計することで、画像特性の保証を行ってきた。従来のCCD駆動タイミング設計の方法では、設計段階にて駆動素子のバラツキを考慮した場合においても、CCDの駆動規格を満足するようにタイミングを設定することで、画像特性を保証していた。以下に、これに関連する従来技術の例を、いくつかあげる。

特許文献１に開示された「CCD駆動方法」は、CCD駆動パルスのタイミング調整を、自動的にかつ最適に行う方法である。CCD駆動パルス中のリセットパルスとサンプルホールドパルスのタイミング位置を可変とする。クロックに対するリセットパルスとサンプルホールドパルスのタイミング位置を種々変更する。変更した各パルスのタイミング位置ごとに、CCD出力の多値データを記憶する。記憶されている多値データを解析して、最もよいセンサ動作特性を与えるタイミング位置を求める。そのタイミング位置でCCD駆動パルスを発生して、CCDを駆動する。

特許文献２に開示された「画像読取装置」は、アナログ処理手段に対する駆動クロックのタイミングが変更になっても、その位相の遅れた状態あるいは位相の進んだ状態を、ハードウェアの変更やハードウェア上での処理操作を伴わずに行えるものである。タイミング信号発生手段は、位相調整レジスタと位相調整手段を備える。位相調整データが位相調整レジスタに書き込まれる。この位相調整レジスタに書き込まれた位相調整データに基づき、アナログ処理回路に対するタイミング信号の位相を、位相調整手段で調整する。アナログ処理回路に対する駆動クロックのタイミングの変更が必要な場合、制御手段を通じて位相調整レジスタに位相調整データを書き込む。位相調整データに応じて、位相調整手段によりタイミング調整された駆動クロックを、アナログ処理回路に対して出力させればよく、ハードウェア上の変更等を要しない。

特許文献３に開示された「画像読取装置」は、撮像素子から出力される画像信号に対する駆動信号による干渉を防止できるものである。CCD駆動信号等の発生タイミングを、CPUで調整する。調整された発生タイミングの調整値を、メモリ回路に格納する。調整値に基づいた発生タイミングで、タイミング発生回路により駆動信号を発生する。駆動信号の発生タイミングを調整して、最適な駆動信号を発生する。駆動信号のクロストーク等の干渉による悪影響が、CCD出力の画像信号に及ぶことを防止できる。

特許文献４に開示された「画像読取装置」は、原稿からの反射光を光電変換する光電変換手段へのクロックのクロスポイントを適切に確保して、画像品質を向上させたものである。原稿に読取光を照射して、原稿からの反射光を、走査光学系で３ラインCCDセンサに導入する。３ラインCCDセンサを、CCD駆動ドライバからのシフト駆動クロックと最終段駆動クロックとリセットクロックで駆動して、画像データの転送を行う。CCD駆動ドライバに、タイミング回路から各クロックを供給する。タイミング回路の最終段駆動クロックの位相を、CPUで調整する。画像データの転送効率を検査して、最終段駆動クロックの位相を調整する。

特許文献５に開示された「画像読取装置」は、駆動信号生成手段から出力される波形のオフセットレベルを調節することで、クロスポイント調整やタイミング調整を容易にできるようにしたものである。駆動信号生成手段で、イメージセンサを駆動する信号を生成する。駆動信号生成手段の出力波形のオフセットレベルを調節する。原稿の反射光量を、イメージセンサでアナログ信号にし、増幅してデジタル信号に変換する。
特許2916365号公報（特開平7-250288号公報） 特開2000-125120号公報 特開2003-229994号公報 特開2005-142960号公報 特開2005-167856号公報

しかし、従来の画像読取装置には、次のような問題がある。高速駆動の場合、規格の中心値で各駆動素子が動作すればCCD駆動条件を満たすが、素子特性のワースト条件の組合せによっては、CCD駆動条件を満たさない場合が発生する。この場合、画像特性が保証できないことになってしまう。

本発明の目的は、上記従来の問題を解決して、画像読取装置において、各素子特性のワーストケースではCCDの高速駆動条件を満たせない場合でも、画像特性を保証できるようにすることである。

上記の課題を解決するために、本発明では、カラー画像読取装置を、原稿に光を照射する光源と、原稿からの反射光をＲＧＢの成分毎に光電変換してアナログ信号を出力する光電変換素子と、光電変換素子を駆動する駆動信号を供給する駆動信号供給手段と、アナログ信号をＲＧＢ成分毎に増幅するアナログ増幅手段と、アナログ信号をＲＧＢ成分毎にデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換素子と、標準原稿より得られたＲＧＢ成分毎のデジタル信号から標準原稿に関する特徴量を算出する画像特性抽出手段と、特徴量に基づいて各駆動信号の位相を調整する位相調整手段とを具備する構成とした。

また、画像特性抽出手段は、標準原稿のRGB成分毎の読取レベルと標準原稿のRGB成分毎のS/Nと転送効率とを特徴量として抽出する手段を備える。駆動信号供給手段は、サンプリングパルスとリセットパルスとクランプパルスと最終段転送パルスと転送パルスと反転転送パルスとを駆動信号として供給する手段を備え、位相調整手段は、レジスタ設定値に従って各信号の位相を独立に調整する手段を備える。位相調整手段は、任意のタイミングで位相調整を行う手段と、サンプリングパルスを基準タイミング信号として、リセットパルス、クランプパルス、最終段転送パルス、転送パルス、反転転送パルスの順番に各信号の位相設定値を決定する手段とを備える。画像特性抽出手段は、基準白板で特徴量を抽出する手段を備える。

上記のように構成したことにより、カラー画像読取装置の素子特性のバラツキを補正して、高速駆動でも画像特性を保証するタイミングを、自動で設定できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図８を参照しながら詳細に説明する。

本発明の実施例は、標準原稿を読み取って得たデジタル信号から各種の特徴量を算出し、光電変換素子を駆動する信号の位相を、特徴量に基づいて最適値に調整するカラー画像読取装置である。

図１は、本発明の実施例におけるカラー画像読取装置で用いる各駆動信号間のタイミングを示す図である。カラー画像読取装置の基本的な構成は、従来のものと同様である。タイミング信号の位相を調整する手段を備える点が、従来の装置と異なる。図１において、RSは、リセットパルスである。CPは、クランプパルスである。φ2Lは、最終段転送パルスである。φ1は、転送パルスである。φ2は、反転転送パルスである。SHDは、サンプリングパルスである。

図２は、調整モードの処理フローを示す図である。図３は、RSを基準信号としてSHDの発生タイミングを調整する方法を示す図と、RSとSHDとのタイミング関係を設定する手順を示す流れ図である。図４は、RSを基準としてCPの発生タイミングを調整する方法を示す図と、RSとCPとのタイミング関係を設定する手順を示す流れ図である。図５は、CPとφ2Lとのタイミング関係を設定する方法を示す図である。図６は、CPとφ2Lとのタイミング関係を設定する手順を示す流れ図である。図７は、φ2Lとφ1とφ2とのタイミング関係を設定する方法を示す図である。図８は、φ2Lとφ1とφ2とのタイミング関係を設定する手順を示す流れ図である。

上記のように構成された本発明の実施例におけるカラー画像読取装置の機能と動作を説明する。最初に、カラー画像読取装置の機能の概要を説明する。光源で原稿に光を照射する。駆動信号供給手段で、光電変換素子を駆動する駆動信号を供給する。駆動信号供給手段は、サンプリングパルスとリセットパルスとクランプパルスと最終段転送パルスと転送パルスと反転転送パルスとを、駆動信号として供給する。原稿からの反射光を、光電変換素子でRGBの成分毎に光電変換してアナログ信号を出力する。アナログ増幅手段で、RGB成分毎にアナログ信号を増幅する。A/D変換素子で、RGB成分毎にアナログ信号をデジタル信号に変換する。ここまでは、従来の装置と同じである。

標準原稿より得られたRGB成分毎のデジタル信号から、標準原稿に関する特徴量を、画像特性抽出手段で算出する。この特徴量に基づいて、位相調整手段で各駆動信号の位相を調整する。画像特性抽出手段は、標準原稿のRGB成分毎の読取レベルと標準原稿のRGB成分毎のS/Nと転送効率とを、特徴量として抽出する。位相調整手段は、レジスタ設定値に従って各信号の位相を独立に調整する。位相調整手段は、任意のタイミングで位相調整を行うことができる。サンプリングパルスを基準タイミング信号として、リセットパルス、クランプパルス、最終段転送パルス、転送パルス、反転転送パルスの順番に各信号の位相設定値を決定する。画像特性抽出手段は、基準白板からも特徴量を抽出する。このようにして、各信号間隔が影響を及ぼす画像特性に基づいて、各駆動信号間のタイミングを自動で設定する。各駆動素子が、規格の中心値で正常に動作可能であることが確認できていれば、各駆動素子のバラツキを自動で補正して、CCD駆動条件を満足するタイミング関係を自動で設定できる。

次に、図１を参照しながら、タイミング設定について説明する。駆動信号生成手段は、CCD駆動信号として、RS、CP、φ2L、φ1、φ2を出力する。さらに、A/Dでのサンプリングパルスとして、SHDを出力する。駆動信号生成手段に基準クロックを入力し、それを逓倍したクロックを分周して、各CCD駆動信号を生成する。逓倍したクロックのエッジ間隔を１ステップとして、各駆動信号の発生タイミングを、±ｎステップの範囲で調整できる。２ｎステップで１サイクルになるように、ｎを決める。

まず、CCD駆動素子の各バラツキ中心でCCD駆動条件を満たすように、デフォルト設定を決定しておく。CCD駆動タイミング調整モードのプログラムを組み込んでおき、この調整モードの処理を実行することで、タイミング調整を行う。調整モードの処理は、製品が組み上がった直後の工程において、標準原稿を読み込んで実行する。

次に、図２を参照しながら、駆動タイミング設定について説明する。調整モードの処理フローを、図２（ｂ）に示す。まず、CCD駆動は、デフォルト設定値に動作をさせた状態とし、ランプを点灯し、基準白板の下に第１キャリッジを移動させ、基準白板原稿を読み取れる状態とする。

次に、図３を参照しながら、SHDの発生タイミングを調整する方法を説明する。最初に、RSとSHDとのタイミング関係を設定する。この設定により、CCD出力波形のサンプリングポイントを、適切な位置にする。RSを基準信号として、SHDの発生タイミングを、＋ｎ設定から−ｎ設定に向けて、１ステップずつ変化させたときの各設定での読取レベルを取得する。CCDの出力波形において、リセットパルス部分にかかったときに、読取レベルがmaxから下がることになる。この読取レベルが下がる直前の設定値が、SHDの発生設定値となり、この値を設定すると共に、メモリに保持する。

次に、図４を参照しながら、RSとCPとのタイミング関係を設定する方法を説明する。このとき、SHDは、先ほど設定した値でサンプリングを行う。RSを基準とし、CPの発生タイミングを＋ｎ設定から−ｎ設定に向けて、１ステップずつ変化させた状態での黒レベルの画像データを取得し、各ステップにおける画像データのS/N特性を抽出する。一般的に、RSとCPとがオーバーラップしていると、S/N特性が悪くなる。S/N特性は、次の式で表される。
S/N特性＝20×log(255／σ) （単位：dB）
σ＝√{(１／ｎ)Σ(X_k−X_ave)²}
X_k：ｋ画素目の読取レベル
X_ave：黒レベルの平均値

CPを１ステップずつ変化させていくと、RSとのオーバーラップ期間が減り、S/N特性値が段々と良くなり、あるステップからほぼ一定レベルとなる。CPの設定値は、この一定レベルとなったときの設定値が、CPの発生設定値となり、この値を設定すると共に、メモリに保持する。

次に、図５と図６を参照しながら、CPとφ2Lとのタイミング関係を設定する方法を説明する。このとき、SHD、RS、CPは、これまでに設定した値にて動作を行う。この状態で、φ2Lの発生タイミングを＋ｎ設定から−ｎ設定に、１ステップずつ変化させた状態での基準白板レベルを抽出する。CPとφ2Lとが駆動タイミング規格を割り込み、オーバーラップをしている状態では、１画素信号中の信号領域の一部を含んだ状態でクランプすることになり、信号成分のレベルが減少することになる。φ2Lを１ステップずつずらすことで、あるステップから、駆動タイミング規格を満足する状態となり、信号成分のレベルが一定となる。φ2Lの設定値は、この一定レベルとなったときの設定値がφ2Lの発生設定値となり、この値を設定すると共に、メモリに保持する。

次に、図７と図８を参照しながら、φ2Lとφ1とφ2とのタイミング関係を設定する方法を説明する。φ1とφ2は、同位相の設定とする。SHD、RS、CP、φ2Lは、これまでに設定した値で動作を行う。この状態で、φ1、φ2の発生タイミングを、＋ｎ設定から−ｎ設定に、１ステップずつ変化させた状態での転送効率特性を抽出する。転送効率特性は、基準白板を読み取った状態でのCCD有効画素領域が終了した直後の画素のレベルを用いて定義する。
転送効率＝(１−有効画素終了後レベル／有効画素平均レベル)×100(％)

φ1及びφ2クロックのタイミング設定をずらしていくと、このφ2Lとのクロスポイントが満足できていない状態では、転送効率が悪く、クロスポイント条件が満足できている状態では、ほぼ一定の値となる。転送効率は、悪い状態からあるステップ（ｎ_st）で一定値となり始め、また、あるステップ（ｎ_end）にて悪い状態となる。設定値は、（ｎ_st＋ｎ_end）／２がφ1、φ2の発生設定値となる。この値を設定すると共に、メモリに保持する。以上により、CCD駆動信号であるRS、CP、φ2L、φ1、φ2及びSHDの設定タイミングが、各駆動素子でのバラツキを補正した状態となり、画像特性を満足することが可能となる。

上記のように、本発明の実施例では、カラー画像読取装置を、標準原稿を読み取って得たデジタル信号から各種の特徴量を算出し、光電変換素子を駆動する信号の位相を、特徴量に基づいて最適値に調整する構成としたので、CCD駆動素子の特性のバラツキを自動的に補正でき、高速駆動の場合でも良好な画像を得ることができる。

本発明のカラー画像読取装置は、高速駆動でも画像特性が保証されるカラー画像読取装置として最適である。

本発明の実施例におけるカラー画像読取装置で用いる各駆動信号間のタイミングを示す図である。 本発明の実施例におけるカラー画像読取装置の調整モードの処理フローを示す図である。 本発明の実施例におけるカラー画像読取装置で、RSを基準信号としてSHDの発生タイミングを調整する方法を示す図と、RSとSHDとのタイミング関係を設定する手順を示す流れ図である。 本発明の実施例におけるカラー画像読取装置で、RSを基準としてCPの発生タイミングを調整する方法を示す図と、RSとCPとのタイミング関係を設定する手順を示す流れ図である。 本発明の実施例におけるカラー画像読取装置で、CPとφ2Lとのタイミング関係を設定する方法を示す図である。 本発明の実施例におけるカラー画像読取装置のCPとφ2Lとのタイミング関係を設定する手順を示す流れ図である。 本発明の実施例におけるカラー画像読取装置で、φ2Lとφ1とφ2とのタイミング関係を設定する方法を示す図である。 本発明の実施例におけるカラー画像読取装置のφ2Lとφ1とφ2とのタイミング関係を設定する手順を示す流れ図である。 従来のCCD駆動回路の説明図である。

符号の説明

RS・・・リセットパルス、CP・・・クランプパルス、φ2L・・・最終段転送パルス、φ1・・・転送パルス、φ2・・・反転転送パルス、SHD・・・サンプリングパルス。

Claims (6)

1. 原稿に光を照射する光源と、前記原稿からの反射光をＲＧＢの成分毎に光電変換してアナログ信号を出力する光電変換素子と、前記光電変換素子を駆動する駆動信号を供給する駆動信号供給手段と、前記アナログ信号をＲＧＢ成分毎に増幅するアナログ増幅手段と、前記アナログ信号をＲＧＢ成分毎にデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換素子と、標準原稿より得られたＲＧＢ成分毎のデジタル信号から前記標準原稿に関する特徴量を算出する画像特性抽出手段と、前記特徴量に基づいて前記各駆動信号の位相を調整する位相調整手段とを具備することを特徴とするカラー画像読取装置。
2. 画像特性抽出手段は、前記標準原稿のＲＧＢ成分毎の読取レベルと前記標準原稿のＲＧＢ成分毎のＳ／Ｎと転送効率とを特徴量として抽出する手段を備えることを特徴とする請求項１記載のカラー画像読取装置。
3. 前記駆動信号供給手段は、サンプリングパルスとリセットパルスとクランプパルスと最終段転送パルスと転送パルスと反転転送パルスとを前記駆動信号として供給する手段を備え、前記位相調整手段は、レジスタ設定値に従って前記各信号の位相を独立に調整する手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載のカラー画像読取装置。
4. 前記位相調整手段は、任意のタイミングで位相調整を行う手段と、サンプリングパルスを基準タイミング信号として、リセットパルス、クランプパルス、最終段転送パルス、転送パルス、反転転送パルスの順番に各信号の位相設定値を決定する手段とを備えることを特徴とする請求項３記載のカラー画像読取装置。
5. 前記画像特性抽出手段は、基準白板で前記特徴量を抽出する手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のカラー画像読取装置。
6. 標準原稿からの反射光を光電変換素子でＲＧＢの成分毎に光電変換してアナログ信号を得て、前記アナログ信号をデジタル変換したＲＧＢ成分毎のデジタル信号から、前記標準原稿のＲＧＢ成分毎の読取レベルとＲＧＢ成分毎のＳ／Ｎと転送効率とを特徴量として抽出し、前記特徴量に基づいて、前記光電変換素子を駆動するサンプリングパルスとリセットパルスとクランプパルスと最終段転送パルスと転送パルスと反転転送パルスの位相を独立に調整することを特徴とするカラー画像読取方法。

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