JP2011097528A - 画像読取装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 原稿読取期間内に経時で黒レベルが変動すること、チップ間の個体差によりチップ毎の黒レベルの変動量が異なることによって発生する、チップ単位での濃度変動の発生を抑制する。
【解決手段】 光源消灯時に、第１黒レベル生成部５０２がセンサチップ（光電変換素子）内の有効画素出力レベルを第１黒レベルとして画素毎に生成・保持し、第２黒レベル生成部５０３がセンサチップ内の遮光画素出力レベルの平均値を第２黒レベルとして生成・保持する。その後の原稿の画像読取時に、第３黒レベル生成部５０４が遮光画素出力レベルの平均値を第３黒レベルとしてライン毎に生成・保持し、第１黒補正部５０１が第１黒レベルを有効画素出力レベルからライン毎に減算してオフセット補正を行い、その補正後の有効画素出力レベルに第２黒補正部５０５が第３黒レベルと第２黒レベルとの差分をライン毎に加算して更なるオフセット補正を行う。
【選択図】 図６

Description

この発明は、原稿の画像を読み取るイメージスキャナ等の画像読取装置（デジタル複写機やファクシミリ装置等の画像形成装置に搭載された画像読取部あるいは単体の画像読取装置）、およびその画像読取装置を搭載した画像形成装置に関する。

上記のような画像読取装置では、照明手段である光源を点灯させて原稿に光を照射し（具体的には原稿の画像面を主走査方向に光走査し）、その原稿からの反射光をライン毎に光電変換素子を用いて光電変換し、アナログ画像信号として読み取る画像読取手段と、その画像読取手段によって読み取ったアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換して出力（画像出力）するＡ／Ｄ変換手段とを備えている。

このような画像読取装置としては、光電変換素子として密着イメージセンサによる読み取り方式を用いた画像読取手段を備えた画像読取装置が既に知られている。密着イメージセンサとしては、センサＩＣチップ（以下単に「センサＩＣ」ともいう）を複数個並べて配列し、等倍光学系と組み合わせたＣＩＳ（コンタクトイメージセンサ）がある。ＣＩＳ内のセンサＩＣとしては、ＣＣＤセンサを用いたもの、ＣＭＯＳセンサを用いたものの大きく２種類に大別される。

上述したような画像読取装置では、画像出力の基準レベルとして、光が入らない状態におけるセンサＩＣの出力レベルである「黒オフセットレベル（以下単に「黒レベル」ともいう）」を検出して保持しておき、原稿の画像読み取り時に、その黒レベルを原稿からの反射光を入射して得られる信号成分（上記のアナログ画像信号又はデジタル画像信号）のレベルから減算することにより、オフセットを除去するオフセット補正を行うようにしている。

例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサを用いたＣＩＳの場合、複数画素に対して出力バッファを有している構成であるため、出力バッファ単位で黒レベルが変動する。したがって、複数画素に対して共通の黒レベルを減算することで対応可能である。一般的には、有効画素以外に遮光された画素であるオプティカルブラック（以下「ＯＰＢ」という）を有しており、このＯＰＢに対応する期間であるＯＰＢ期間の出力レベルを黒レベルとして検出して保持しておき、原稿の画像読み取りの期間である原稿読取期間に、その黒レベルを原稿からの反射光を入射して得られる信号成分のレベルから減算することでオフセット補正を行っている。

一方、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサを用いたＣＩＳの場合、画素単位に出力バッファを有しており、画素単位で黒レベルが変動するため、ＣＣＤセンサのようにＯＰＢ期間の黒レベルを全画素に対して減算することでは、正常なオフセット除去が行えない。そのため、従来では、原稿の画像読み取り前に予め光源を消灯した状態での信号成分レベルを黒レベルとみなして画素単位で検出して保持しておき、原稿読取期間に、その黒レベルを原稿からの反射光を入射して得られる信号成分のレベルから画素単位で減算することでオフセット補正を行っている。

しかし、上述したような従来のセンサＩＣチップを複数個並べて配列した密着イメージセンサを用いた画像読取装置では、センサＩＣチップの温度特性やセンサＩＣチップの最終段出力バッファの個体差等、チップ毎の変動要因によってチップ単位で黒レベルが変動してしまう現象が発生する。また、原稿読取期間内に経時で黒レベルが変動してしまい、更には、センサＩＣチップ間の個体差によって、チップ毎の黒レベルの変動量が異なるという問題があった。この問題の具体例を以下に示す。

図９は、３つの異なるセンサＩＣチップの経時（副走査方向）でのチップ毎の黒レベル変動の様子を示す線図である。
図９から明らかなように、原稿の画像読み取り前の光源消灯時に黒レベルを生成していても、上述の現象によって、均一濃度の原稿の画像を読み取った場合には、チップ単位で濃度が変動してしまうため、縦（副走査方向の）スジ（段差）画像となってしまうという問題がある。

そこで、例えば特許文献１に見られるようなものが提案されている。
特許文献１には、複数のセンサＩＣチップで構成される光電変換素子を備えたＣＩＳを用いた画像読取装置において、センサＩＣチップ間の個体差によって、黒オフセットレベルの変動量がチップ間で異なることによって発生するチップ単位（幅）の濃度差を抑制する目的で、複数枚の原稿の画像読み取り時において、１ＪＯＢの先頭（１枚目の原稿の画像読み取り開始前）で光源消灯状態における有効画素出力を基準黒オフセットレベルとして画素単位で保持しておくと同時に、光源消灯状態における遮光画素出力レベルもチップ単位で保持し、次の原稿の画像読み取り開始前までの紙間における遮光画素出力レベルに基づいて１ＪＯＢ先頭の光源消灯状態からの遮光画素出力レベルとの差分を抽出し、これを基準黒オフセットレベルの変動量とみなして、黒シェーディング補正時において、補正量として用いることによって、原稿の画像読み取り毎にチップ単位の黒オフセットレベルの経時変動を補正する構成について開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載のものは、この発明とは、複数のセンサＩＣチップで構成され、チップ毎に有効画素と遮光画素を備えた光電変換素子を用いて、チップ毎に遮光画素出力の変動量を求め、その変動量を基準黒オフセットレベルの変動量とみなして、チップ単位で黒オフセットレベルを補正する点では似ているが、上述したような原稿読取期間内におけるセンサＩＣチップ単位の黒レベルの変動による画質劣化という問題は解消できていない。

この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、複数のチップ（センサＩＣチップ等）で構成される光電変換素子を備えた画像読取装置において、原稿読取期間内に経時で黒レベルが変動すること、およびチップ間の個体差によりチップ毎の黒レベルの変動量が異なることによって発生する、チップ単位での濃度変動（縦スジ画像）の発生を抑制することを目的とする。

この発明は、光源が点灯された状態で上記原稿の画像面を主走査方向に光走査して、該画像面からの反射光を上記主走査方向と直交する副走査方向に該主走査方向のライン毎に光電変換素子を用いて光電変換し、アナログ画像信号として読み取る画像読取手段とを有する画像読取装置であって、上記の目的を達成するため、以下のようにしたことを特徴とする。

この発明による画像読取装置は、上記光電変換素子を、上記原稿の画像面からの反射光を受光可能な複数の有効画素および受光不可能な複数の遮光画素を有するチップを複数個配列し、また上記有効画素と上記遮光画素とを異なる上記副走査方向の位置に配置した構成とし、上記原稿の画像読み取り開始前に、上記光源が消灯された状態で上記有効画素の出力レベルを第１黒レベルとして生成し、保持する第１黒レベル生成保持手段と、該第１黒レベル生成保持手段による上記第１黒レベルの生成時に、上記遮光画素の出力レベルを第２黒レベルとして生成し、保持する第２黒レベル生成保持手段と、上記原稿の画像読み取り時に、上記遮光画素の出力レベルを第３黒レベルとして上記ライン毎に生成し、保持する第３黒レベル生成保持手段と、上記原稿の画像読み取り時に、上記有効画素の出力レベルから上記第１黒レベル生成保持手段に保持されている第１黒レベルを上記ライン毎に減算して黒レベル補正を行う第１黒レベル補正手段と、上記原稿の画像読み取り時に、上記第２黒レベル生成保持手段に保持されている第２黒レベルと上記第３黒レベル生成保持手段に保持されている第３黒レベルとの差分値を、上記第１黒レベル補正手段によって補正された上記有効画素の出力レベルに上記ライン毎に加算して黒レベル補正を行う第２黒レベル補正手段とを設けたものである。

なお、上記第１，第２黒レベル生成保持手段がそれぞれ、上記原稿の画像を複数枚連続して読み取る動作が実行される場合には、該原稿の画像読み取り開始前に上記第１，第２の黒レベルを生成して保持した後は、該第１，第２の黒レベルの更新を上記原稿の画像読み取りが完了するまで行わないようにするとよい。
また、上記第３黒レベル生成保持手段が、上記原稿の画像読み取り時に、上記遮光画素の上記ライン毎の出力レベルを上記副走査方向に重み付け加算平均化処理又は複数ライン平均化処理した値として保持するようにするとよい。

さらに、上記画像読取手段によって読み取ったアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換手段を備え、上記有効画素の出力レベルおよび上記遮光画素の出力レベルを、上記Ａ／Ｄ変換手段から出力される対応するデジタル画像信号の階調レベルに相当するものとすればよい。
この発明による画像形成装置は、上記の画像読取装置を備え、その画像読取装置から出力されるデジタル画像信号に基づいて画像形成を行うようにしたものである。

この発明によれば、複数のチップ（センサＩＣチップ等）で構成される光電変換素子を備えた画像読取装置において、原稿読取期間内に経時で黒レベルが変動すること、およびチップ間の個体差によりチップ毎の黒レベルの変動量が異なることによって発生する、チップ単位での濃度変動の発生を抑制することができる。
また、この画像読取装置を備えた画像形成装置によれば、高精度のオフセット補正（黒レベル補正）がなされたデジタル画像信号に基づいて画像形成を行えるため、高品質の画像を得ることができる。

この発明の一実施形態である画像読取装置の機構部の構成例を示す図である。 その画像読取装置の制御系の構成例を示すブロック図である。 図１，図２の第２読取部２５の制御系の要部構成例を示すブロック図である。 図３の複数のセンサＩＣチップ２０１のうちの１個の内部構造を簡易的に示す図である。 図３の複数のセンサＩＣチップ２０１の配列の一例を示す図である。

図３の黒補正部２０４の構成例を示すブロック図である。 図３のコントローラ部１００による黒補正シーケンスの一例を示すフロー図である。 図６の第１黒レベル生成部５０２，第２黒レベル生成部５０３，第３黒レベル生成部５０４による第１〜第３黒レベルの生成タイミングを示すタイミング図である。 ３つの異なるセンサＩＣチップの経時でのチップ毎の黒レベル変動の様子を示す線図である。 従来の複数のセンサＩＣチップの配列の一例を示す図である。

以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて具体的に説明する。
この発明の実施形態では、画像読取装置のオフセット（黒レベル）補正処理に際して、以下に示す特徴を有する。つまり、原稿読取期間外での有効画素の出力レベルに基づいて第１の黒レベルを生成・保持する機能と、原稿読取期間外の遮光画素の出力レベルに基づいて第２の黒レベルを生成・保持する機能と、原稿読取期間内の遮光画素の出力レベルに基づいて第３の黒レベルを生成・保持する機能と、原稿読取期間内の有効画素の出力レベルから第１の黒レベルを減算して黒レベル補正を行う機能と、その黒レベル補正を行った有効画素出力レベルに第２の黒レベルと第３の黒レベルとの差分値を加算して更なる黒レベル補正を行う機能とを備えたことを特徴としている。

その特徴について、以下で詳細に説明する。なお、この実施形態では、被読取原稿（以下単に「原稿」ともいう）を固定の読取装置部に搬送し、所定の速度で搬送しながら原稿の画像読み取りを行う自動原稿給送機能（ＡＤＦ）を有する画像読取装置を使用する例について説明する。

〔画像読取装置の構成例〕
まず、この発明の一実施形態である画像読取装置の構成について、図１を参照して説明する。
図１は、この発明の一実施形態である画像読取装置の機構部の構成例を示す図である。
図２は、その画像読取装置の制御系の構成例を示すブロック図である。なお、図２では、図示の都合上、図１の第１読取部２０の図示を省略している。

画像読取装置は、原稿束をセットする原稿セット部Ａ、そのセットされた原稿束から１枚毎に原稿を分離して給送する分離給送部Ｂ、それによって給送された原稿を一次突当整合する働きと、整合後の原稿を引き出し搬送する働きのレジスト部Ｃ、それによって搬送される原稿をターンさせて、その読み取り面（片面原稿であれば画像面，両面原稿であれば一方の面である表面）を読み取り側（下方）に向けて搬送するターン部Ｄ、原稿の表面画像をコンタクトガラスの下方より読み取る第１読取搬送部Ｅ、読み取り後の原稿（両面原稿）の裏面画像を読み取る第２読取搬送部Ｆ、表面画像又は両面画像の読み取りが完了した原稿を機外に排出する排紙部Ｇ、読み取り完了後の原稿を積載保持するスタック部Ｈ、これら搬送動作の駆動を行う駆動部１０１〜１０５、一連の動作を制御するコントローラ部１００とから構成されている。

画像読み取りを行う原稿束１をセットするのは、原稿セット部Ａの可動原稿テーブル３を含む原稿テーブル２上であり、ユーザが原稿束１を画像面（両面原稿であれば表面）が上向きの状態でセットする。更に、原稿束１の幅方向（搬送方向と直交する方向）の位置決めを図示しないサイドガイドによって行う。原稿のセットは、セットフィラ４および原稿セットセンサ５により検知され、その検知情報がコントローラ部１００からインタフェース（以下「Ｉ／Ｆ」ともいう）１０７により本体制御部１１１へ送信される。

さらに、原稿テーブル２のテーブル面に設けられた原稿長さ検知センサ３０又は３１（反射型センサ又は原稿１枚でも検知可能なアクチェータ・タイプのセンサが用いられる）により、原稿の搬送方向の長さの概略が判定される。なお、その判定を可能にするため、少なくとも同一原稿サイズの縦か横かを判断可能なセンサ配置が必要となる。
可動原稿テーブル３は、底板上昇モータ１０５により図１に示すａ，ｂ方向に上下動可能な構成になっていて、通常は底板ＨＰセンサ６によって検知されるホームポジション（ＨＰ）に位置している。

その後、原稿がセットされたことをセットフィラ４および原稿セットセンサ５によって検知されると、その検知情報を受けたコントローラ部１００が、底板上昇モータ１０５を正転させて、原稿束１の最上面がピックアップローラ７と接触する位置まで可動原稿テーブル３を上昇させる。
ピックアップローラ７は、ピックアップモータ１０１によりカム機構で図１に示すｃ，ｄ方向に動作すると共に、可動原稿テーブル３が上昇し、可動原稿テーブル３上の原稿上面により押されてｃ方向に上がり、給紙適正位置センサ８により上限が検知可能となっている。

本体操作部１０８上のプリントキーが押下され、その旨がＩ／Ｆ１０６を介して本体制御部１１１へ通知され、その本体制御部１１１からＩ／Ｆ１０７を介してコントローラ部１００へ原稿給紙信号が送信されると、ピックアップローラ７は給紙モータ１０２の正転によりコロが回転駆動し、原稿テーブル２上の数枚（理想的には１枚）の原稿をピックアップする。回転方向は、最上位の原稿を給紙口に搬送（給紙）する方向である。
給紙ベルト９は給紙モータ１０２の正転により給紙方向に駆動され、分離給送部Ｂのリバースローラ１０は給紙モータ１０２の正転により給紙と逆方向に回転駆動され、最上位の原稿とその下の原稿とを分離して、最上位の原稿のみを給紙できる構成となっている。

さらに詳しく説明すると、リバースローラ１０は給紙ベルト９と所定圧で接し、給紙ベルト９と直接接している時、又は原稿１枚を介して接している状態では給紙ベルト９の回動につられて反時計方向に連れ回りし、原稿が万が一２枚以上給紙ベルト９とリバースローラ１０との間に侵入した時には、連れ回り力がトルクリミッタのトルクよりも低くなるように設定されており、リバースローラ１０は本来の駆動方向である時計方向に回転駆動して、余分な原稿を押し戻す働きをし、重送が防止される。

給紙ベルト９とリバースローラ１０との作用によって１枚に分離された原稿は、給紙ベルト９によって更に送られ、レジスト部Ｃの突き当てセンサ１１によって先端が検知され、更に進んで停止しているプルアウトローラ１２に突き当たる。
そのプルアウトローラ１２に突き当たった原稿は、突き当てセンサ１１の検知時点から所定量定められた距離だけ送られ、結果的には、プルアウトローラ１２に所定量撓みを持って押し当てられた状態で給紙モータ１０２を停止させることにより、給紙ベルト９の駆動が停止し、待機状態となる。

このとき、ピックアップモータ１０１を回転させることでピックアップローラ７を原稿上面から退避させ、原稿を給紙ベルト９の搬送力のみで送ることにより、原稿先端は、プルアウトローラ１２の上下ローラ対のニップに進入し、先端の整合（スキュー補正）が行われる。
プルアウトローラ１２は、上記スキュー補正の機能を有すると共に、分離後にスキュー補正された原稿を中間ローラ１４まで搬送するためのローラであり、給紙モータ１０２の逆転により駆動される。また、この時（給紙モータ１０２逆転時）、プルアウトローラ１２と中間ローラ１４は駆動されるが、ピックアップローラ７と給紙ベルト９は駆動されていない。

原稿幅センサ１３は、奥行き方向に複数個並べられ、プルアウトローラ１２により搬送された原稿の搬送方向（副走査方向）に直交する幅方向（主走査方向）のサイズを検知する。
また、原稿の搬送方向の長さは、原稿の先端と後端を突き当てセンサ１１で検知し、その先端検知時点から後端検知時点まで給紙モータ１０２の出力パルスをカウントすることによって検知する。
プルアウトローラ１２および中間ローラ１４の駆動により、レジスト部Ｃからターン部Ｄに原稿が搬送される際には、レジスト部Ｃでの搬送速度を第１読取搬送部Ｅでの搬送速度よりも高速に設定して原稿を第１読取搬送部Ｅへ送り込む処理時間の短縮が図られている。

原稿の先端が読取入口センサ１５によって検出されると、読取入口ローラ１６の上下ローラ対のニップに原稿の先端が進入する前に、原稿搬送速度を読取搬送速度と同速にするために減速を開始すると同時に、読取モータ１０３を正転駆動して読取入口ローラ１６，読取出口ローラ２３，ＣＩＳ出口ローラ２７を駆動する。
原稿の先端をレジストセンサ１７にて検知すると、コントローラ部１００が、所定の搬送距離をかけて減速させ、第１読取部２０による読取位置の手前で一時停止させると共に、本体制御部１１１へＩ／Ｆ１０７を介してレジスト停止信号を送信する。

その後、コントローラ部１００が本体制御部１１１より読取開始信号を受信すると、レジスト停止していた原稿は、第１読取部２０による読取位置に先端が到達するまでに所定の搬送速度に立ち上がるように増速されて搬送される。
そして、読取モータ１０３の出力パルスをカウントすることによって検出された原稿の先端が第１読取部２０による読取位置に到達するタイミングで、コントローラ部１００により本体制御部１１１に対して原稿の第１面（表面）の副走査方向有効画像領域を示すゲート信号の送信が開始され、第１読取部２０による読取位置を原稿の後端が抜けるまで送信される。

片面原稿の画像読み取りを行う場合には、第１読取搬送部Ｅを通過した原稿は第２読取搬送部Ｆの第２読取部２５を経て排紙部Ｇへ搬送される。この際、コントローラ部１００が排紙センサ２４により原稿の先端を検知すると、排紙モータ１０４を正転駆動して排紙ローラ２８を回転させる。また、排紙センサ２４による原稿の先端検知からの排紙モータ１０４の出力パルスをカウントすることにより、原稿の後端が排紙ローラ２８の上下ローラ対のニップから抜ける直前に排紙モータ１０４の駆動速度を減速させて、スタック部Ｈを構成する排紙トレイ２９上に排出される原稿が飛び出さないように制御される。
第１読取ローラ１９は、第１読取部２０における原稿の浮きを抑えると同時に、第１読取部２０におけるシェーディングデータを取得するための基準白部を兼ねるものである。

両面原稿の画像読み取りを行う場合には、コントローラ部１００が排紙センサ２４にて原稿の先端を検知してから読取モータ１０３の出力パルスをカウントすることにより、第２読取部２５による読取位置に原稿先端が到達するタイミングで、コントローラ部１００により本体制御部１１１に対して原稿の第２面（裏面）の副走査方向有効画像領域を示すゲート信号の送信が開始され、第２読取部２５の読取位置を原稿の後端が抜けるまで送信される。
第２読取ローラ２６は、第２読取部２５における原稿の浮きを抑えると同時に、第２読取部２５におけるシェーディングデータを取得するための基準白部を兼ねるものである。

図３は、図１，図２の第２読取部２５の制御系の要部構成例を示すブロック図である。なお、第１読取部２０の制御系も同様の構成なので、その説明は省略する。
第２読取部２５は、ＬＥＤアレイ，蛍光灯，又は冷陰極管などからなる照明手段である光源部２００を備えている。

また、主走査方向（原稿幅方向に対応する方向）に並ぶ複数のセンサＩＣチップ（以下「センサチップ」ともいう）２０１と、その各センサチップ２０１に個別に接続された複数のアンプ回路２０２とからなる画像読取手段、およびその各アンプ回路２０２に個別に接続された複数のＡ／Ｄコンバータ２０３も備えている。

さらに、その各Ａ／Ｄコンバータ２０３の出力信号（デジタル画像信号）にはそれぞれ信号成分以外に黒レベルオフセットがあり、これを除去する複数の黒補正部２０４も備えている。
さらにまた、画像処理部２０５，フレームメモリ２０６，出力制御回路２０７，Ｉ／Ｆ回路２０８も備えている。
複数のセンサチップ２０１はそれぞれ、等倍密着イメージセンサと称される光電変換素子と集光レンズとを備えたものである。

ここで、第２読取部２５による読取位置に原稿が進入するのに先立って、コントローラ部１００から光源部２００に点灯ＯＮ信号が送られる。
これにより、光源部２００が点灯して、その光を原稿の画像面に向けて照射し、その画像面を主走査方向（ライン方向）に光走査する。そして、原稿の画像面で反射された反射光は、各センサチップ２０１においてそれぞれ、集光レンズによって光電変換素子に集光されてライン毎に光電変換され、アナログ画像信号として読み取られる。

各センサチップ２０１でそれぞれ読み取られたアナログ画像信号は、対応する各アンプ回路２０２によってそれぞれ増幅された後、対応する各Ａ／Ｄコンバータ２０３（Ａ／Ｄ変換手段）によってそれぞれデジタル画像信号に変換される。
これらデジタル画像信号（以下「画像データ」ともいう）は、対応する各黒補正部２０４でそれぞれオフセット成分を除去するオフセット補正（黒レベル補正）が行われ、画像処理部２０５に入力されてシェーディング補正などが施された後、フレームメモリ２０６に一時記憶される。

その後、フレームメモリ２０６に一時記憶されたデジタル画像信号は、出力制御回路２０７によって本体制御部１１１に受入可能なデータ形式に変換された後、Ｉ／Ｆ回路２０８を経由して本体制御部１１１に出力される。
なお、コントローラ部１００からは原稿の先端が第２読取部２５による読取位置に到達するタイミング（そのタイミング以降の画像データが有効データとして扱われる）を知らせるためのタイミング信号や光源の点灯信号、電源等が出力されるようになっている。

図４は、図３の複数のセンサチップ２０１のうちの１個の内部構造を簡易的に示す図である。
図５は、図３の複数のセンサチップ２０１の配列の一例を示す図である。
センサチップ２０１の光電変換素子がカラーセンサの場合、レッド（Red）、グリーン（Green）、ブルー（Blue）の３色の光成分を受光できるよう、３色分の画素が必要となるが、図４の例では、いずれか１色の構成例として以下に説明する。

原稿からの反射光を受光するための有効画素３０１と、原稿からの反射光を受光できないように遮光した遮光画素（ＯＰＢ）３０２と、有効画素３０１および遮光画素３０２に蓄積された電荷をシフトレジスタ３０４に転送するために設けられた画素単位の出力段バッファ３０３と、図示しない外部（コントローラ部１００）からのクロックによって電荷を最終出力段バッファ３０５まで転送するためのシフトレジスタ３０４と、シフトレジスタ３０４から転送された電荷を電圧に変換し、その電圧の値を示すアナログ画像信号を出力するための最終出力段バッファ３０５とによって構成される。

遮光画素３０２の位置については、図４に示すように、有効画素３０１とは異なる副走査方向の読取位置（副走査位置）に配置されることが特徴であり、これによって、複数のセンサチップ２０１を配列したイメージセンサにおいては、例えば図５に示すように、有効画素３０１（Ｃｈｉｐ１，２，３，・・・，２２，２３，２４）を同一の副走査位置に配置することが可能である（遮光画素は非図示）。

なお、この実施形態で使用している複数のセンサチップの構成とは異なる構成としては、例えば図１０に示すように、遮光画素を備えるためにセンサＩＣチップ２０１′を主走査方向（原稿幅方向に対応する方向）に沿って千鳥格子状に配列する（以下「千鳥配列」と表現する）ことによって、センサＩＣ端部に遮光画素を設ける構成についても従来開示されている。
センサＩＣチップ２０１′を千鳥配列とした場合には、隣接するチップ間で有効画素の副走査方向の読取位置が異なってしまうことから、光電変換素子の出力を受ける後段の画像処理部において、ライン位置を揃えるためのライン間補正処理機能が必要となる。

そのため、ライン間補正機能を実現するためのラインメモリが必要となるため、装置のコストアップという弊害は避けられず、更に、画像読取装置の原稿搬送速度ムラの影響による画質劣化の可能性が考えられる。
この実施形態においては、図４に示したように、遮光画素３０２を有効画素３０１とは物理的に異なる位置に配置するため、上記弊害を招くことが無いという効果がある。

同一のセンサチップ２０１内に有効画素３０１とは別に遮光画素３０２を設けることにより、これらの画素の出力段バッファ３０３は同一となる。よって、出力段バッファのチップ間個体差が要因で発生する有効画素の出力レベルの経時変動と遮光画素の出力レベルの経時変動は、同一のセンサチップ２０１内であれば同様の挙動（変動特性）となる。また、温度特性についても、同一のセンサチップ２０１内の画素間では同様の特性を示すことから、上述の構成にすることによって、従来課題であった原稿読取期間中のセンサチップ毎の黒レベル変動の影響を低減し、画質劣化を防止できる。
なお、センサチップ２０１内の有効画素３０１と遮光画素３０２の出力レベルとは、この実施形態においては、対応するＡ／Ｄコンバータ２０３から出力されるデジタル画像信号の対応する信号成分の階調レベルを示すものである。

以下、この画像読取装置におけるこの発明に関わる特徴部分の各実施例について、図６〜図８を参照して説明する。
〔第１実施例〕
まず、第１実施例の黒補正シーケンスについて説明する。
図６は、図３の黒補正部２０４の構成例を示すブロック図である。

この黒補正部２０４は、第１黒補正部５０１，第１黒レベル生成部５０２，第２黒レベル生成部５０３，第３黒レベル生成部５０４，第２黒補正部５０５，および差分算出部５０６によって構成されている。
第１黒補正部５０１は、原稿の画像読み取りを行う原稿読取期間内に、第１黒レベル生成部５０２に保持されている画素単位の第１黒レベルを、Ａ／Ｄコンバータ２０３から出力された画像データ（デジタル画像信号）の階調レベルからライン毎に減算して黒レベル補正（オフセット補正）を行う第１黒レベル補正手段である。

第１黒レベル生成部５０２は、光源部２００が消灯された状態で（原稿読取期間外に）、図４に示したセンサチップ２０１の有効画素出力期間内の出力レベル（階調レベル）である有効画素３０１の出力レベルを第１黒レベルとして画素毎に生成し、保持する第１黒レベル生成保持手段である。
第２黒レベル生成部５０３は、第１黒レベル生成部５０２による画素毎の第１黒レベルの生成時に、センサチップ２０１の遮光画素出力期間内の出力レベルである遮光画素（ＯＰＢ）３０２の出力レベルを平均化処理することによって得た値（出力レベルの平均値）を第２黒レベルとして生成し、保持する第２黒レベル生成保持手段である。

第３黒レベル生成部５０４は、原稿読取期間内に、遮光画素３０２の出力レベルの平均値を第３黒レベルとしてライン毎に（ライン単位で）生成し、保持する第３黒レベル生成保持手段である。
第２黒補正部５０５は、差分算出部５０６によるライン毎の算出値を第１黒補正部５０１によってオフセット補正された画像データの階調レベルにライン毎に加算して更なる黒レベル補正（オフセット補正）を行う第２黒レベル補正手段である。
差分算出部５０６は、第３黒レベル生成部５０４によってライン毎に生成された第３黒レベルと第２黒レベル生成部５０３によって生成された第２黒レベルとの差分を算出する。

図７は、図３のコントローラ部１００による黒補正シーケンスの一例を示すフローチャートであり、黒補正データの生成タイミングおよび画像補正タイミングを示している。
コントローラ部１００は、第２読取部２５による原稿の画像読み取り動作前に図７の黒補正シーケンスを開始し、まずステップＳ１で光源部２００を消灯させ、ステップＳ２，Ｓ３で図６の第１黒レベル生成部５０２に対する第１黒レベルの生成と第２黒レベル生成部５０３に対する第２黒レベルの生成とを同時に指示する。

第１黒レベル生成部５０２は、コントローラ部１００からの指示により、図４の有効画素３０１の出力レベル（有効画素出力期間内の出力レベル）を第１黒レベルとして画素単位で生成する。つまり、ノイズを除去するために、第１黒レベルを副走査方向に指定ライン（予め指定されたライン）分の平均化を行って画素毎に生成する。第１黒レベルとしては、原稿読取期間（原稿の画像読み取り）が終了するまで同じ値を保持している。

第２黒レベル生成部５０３は、コントローラ部１００からの指示により、図４の遮光画素３０２の出力レベルを平均化処理することによって第２黒レベルを生成する。つまり、ノイズを除去するために、第２黒レベルを副走査方向に指定ライン分の平均化を行って生成する。第２黒レベルとしては、原稿読取期間が終了するまで同じ値を保持している。第２読取部２５のセンサチップ２０１は図５に示したように主走査方向に複数チップを並べた構成となっており、第２黒レベルはセンサチップ２０１毎に個別に生成される。

コントローラ部１００は、ステップＳ１〜Ｓ３の処理後、ステップＳ４で本体制御部１１１からの原稿に対する画像読取開始命令を待ち、その画像読取開始命令を受けると、所定のタイミングでステップＳ５へ進んで第２読取部２５の光源部２００を点灯させ、第２読取部２５による原稿の画像読取動作を開始する。
そして、ステップＳ６で第３黒レベル生成部５０４（第３黒レベル生成保持手段）に対して第３黒レベルの生成を指示する。それによって、第３黒レベル生成部５０４は、画像読取期間に、図４の遮光画素３０２の出力レベルの平均値を第３黒レベルとしてライン単位でセンサチップ２０１毎に個別に生成する。

コントローラ部１００は、次にステップＳ７で第１黒補正部５０１にオフセット補正を指示する。それによって、第１黒補正部５０１は、第１黒レベルの減算を行う。つまり、第１黒レベル生成部５０２に保持されている画素単位の第１黒レベルを、Ａ／Ｄコンバータ２０３から出力された画像データの階調レベル（有効画素３０１の出力レベル）からライン単位で減算してオフセット補正を行う。

コントローラ部１００は、次にステップＳ８で第２黒補正部５０５にオフセット補正を指示する。それによって、第２黒補正部５０５は、ライン単位で、センサチップ２０１毎に得られた「第３黒レベル−第２黒レベル」の差分算出値を、ステップＳ７でオフセット補正した後の画像データの階調レベルにセンサチップ２０１毎に個別に加算して更なるオフセット補正を行う。このとき、差分算出部５０６は、ライン毎に「第３黒レベル−第２黒レベル」を算出して、その算出値を第２黒補正部５０５へ出力する。
それによって、オフセット補正（黒レベル補正）の処理が完了し、オフセット補正がなされた画像データが後段の画像処理部２０５へ出力される。

コントローラ部１００は、第２黒補正部５０５にオフセット補正を指示することにより、１枚の原稿の画像データに対するオフセット補正処理が完了するため、ステップＳ９へ進み、次の原稿の有無をチェックし、次の原稿がなければステップＳ１０へ移行する。
次の原稿がある場合、つまり複数枚の原稿の連続画像読取動作を実行する場合には、ステップＳ１〜Ｓ３の光源消灯および第１，第２黒レベルの生成を行う必要がないため、ステップＳ４へ戻って次の原稿に対する画像読取開始命令を待つ。そして、ステップＳ９で次の原稿がないと判断するまで、ステップＳ４〜Ｓ９の各処理を繰り返し行う。

ステップＳ９で次の原稿がないと判断すると、ステップＳ１０で原稿の画像読取動作を終了し、図７の黒補正シーケンスを終了する。
なお、第２黒レベルおよび第３黒レベルは、センサＩＣチップ２０１の遮光画素出力期間内の出力レベル、つまり図４に示す複数の遮光画素（ＯＰＢ）３０２の出力レベルを主走査方向に平均化処理することで生成される。
第３黒レベルの生成方法の更新方法としては、上述の第１実施例の更新方法とは別に、後述する第２，第３実施例の更新方法が考えられる。

次に、第１〜第３黒レベルの生成タイミングについて説明する。
図８は、図６の第１黒レベル生成部５０２，第２黒レベル生成部５０３，第３黒レベル生成部５０４による第１〜第３黒レベルの生成タイミングを示すタイミングチャートである。
図８の「ＸＬＳＹＮＣ」は１ライン（主走査）の同期信号であり、ラインの先頭で数画素相当期間“Ｌ（ローレベル）”となる信号である。

「ＸＦＧＡＴＥ」は副走査方向の有効画像領域を示す信号であり、“Ｌ”期間が図４の有効画素３０１に対応する有効画像領域を示す。
「ＬＥＤ ＯＮ／ＯＦＦ」信号は、“Ｈ（ハイレベル）”で点灯、“Ｌ”で消灯と定義する信号である。
ＸＦＧＡＴＥ＝“Ｈ”期間、つまり原稿の画像読取開始前において、ＬＥＤ ＯＮ／ＯＦＦ＝“Ｌ”とし、光源部２００を消灯した状態で第１，第２黒レベル生成信号をいずれも“Ｌ”とすることで、この期間の画像データから第１，第２黒レベルが生成される。

このタイミングチャートでは、５ライン分の平均値から生成するタイミングチャートとなっている。
次に、ＸＦＧＡＴＥ＝“Ｌ”期間の有効画像領域においては、１ラインの先頭になる遮光画素（ＯＰＢ）３０２に対応する遮光画素出力期間に第３黒レベル生成信号＝“Ｌ”とすることによって、ライン単位で図４の遮光画素３０２の出力レベルの平均値から第３黒レベルが生成される。

１枚目の原稿の画像読み取りが終了すると、一旦、ＸＦＧＡＴＥ＝“Ｈ”となり、２枚目の原稿が読取位置まで搬送されると、再び“Ｌ”になって原稿の画像読み取りが開始される。
なお、２枚目の原稿の画像読み取り開始前に、第１黒レベル，第２黒レベル生成信号が“Ｌ”となる期間は無く、また、以後信号論理が“Ｌ”となる期間は無い。つまり、原稿枚数が何枚であっても、１枚目の原稿の画像読取開始前の黒レベル生成以後、全ての原稿の画像読取が完了するまで第１，第２黒レベルの更新（生成）はされない。

このように、画像読取装置は、光源が消灯された状態で光電変換素子を構成する複数のセンサチップにおける有効画素の出力レベルを第１黒レベルとして生成・保持すると共に、上記センサチップにおける遮光素子の出力レベルを第２黒レベルとして生成・保持する。そして、原稿の画像読み取り時に、上記遮光素子の出力レベルを第３黒レベルとしてライン毎に生成（更新）すると共に、上記有効画素の出力レベル（原稿の画像面からの反射光を入射して得られる信号成分のレベル）から上記保持した第１黒レベルを上記ライン毎に減算して黒レベル補正（オフセット補正）を行った後、上記保持した第２黒レベルと第３黒レベルとの差分値を、上記黒レベル補正を行った上記有効画素の出力レベルに上記ライン毎に加算して更なる黒レベル補正（オフセット補正）を行う。

したがって、複数のセンサチップで構成される光電変換素子を備えた画像読取装置において、原稿読取期間内に経時で黒レベルが変動すること、およびチップ間の個体差によりチップ毎の黒レベルの変動量が異なることによって発生する、チップ単位での濃度変動の発生を抑制することができる。つまり、高精度の黒レベル補正がなされた画像データを出力することができ、出力画像に縦スジが発生することを抑制することができる。

ここで、従来、遮光画素を持たない光電変換素子を用いた画像読取装置においては、光が入らない状態における光電変換素子の出力レベルである「黒レベル」を検出し、原稿の画像面からの反射光を入射して得られる光電変換素子の出力レベル（信号成分のレベル）から上記黒レベルを減算することでオフセットを除去する方式が一般的であった。
この方式の場合には、複数枚の原稿の画像を連続して読み取る動作（連続読取動作）の場合においては、原稿の画像読み取りと次の原稿の画像読み取りとの時間的間隔、すなわち紙間において、一旦光源を消灯して、再度、黒レベルを生成する方式がとられていた。

そのため、紙間には黒レベルを生成するための期間が少なからず必要となってしまい、原稿の画像読み取り速度（生産性）の高速化要求が高まっている昨今において、紙間における黒レベル生成動作（又は期間）は高速化の妨げとなってしまっていた。
そこで、第１実施例では、遮光画素（入射光を受光しない）の経時変動を監視して、黒レベル補正を行う方式を用いるため、上述のような、紙間での黒レベル生成期間が不要である。よって、従来よりも原稿の画像読み取り速度を高める効果も期待できる。

〔第２実施例〕
次に、第２実施例について説明する。なお、この第２実施例は第１実施例と若干異なるだけなので、その異なる部分のみを説明する。
第２実施例では、図６の第３黒レベル生成部５０４内で前ラインの第３黒レベルの値（遮光画素出力期間内の遮光画素３０２の出力レベルの平均値）と現ラインの第３黒レベルの値とを重み付け加算平均（重加算平均）化処理することにより、第３黒レベルの値を更新する。例えば、前ライン重み３／４、現ライン重み１／４で重加算平均化を行う場合、以下に示す計算式に従う。
第３黒レベル値＝前ライン第３黒レベル値×３／４＋現ライン第３黒レベル値×１／４

このように、第３黒レベルを副走査方向に重加算平均した値として算出することにより、ノイズ量によって重加算平均化の係数を調整することで、遮光画素数が少ない場合でもノイズに影響されない精度の良いオフセット補正が可能となる。
すなわち、チップ毎の遮光画素数が少ない場合には、ライン毎に遮光画素の出力レベルを主走査方向に平均化してオフセット補正を実施しても、突発的ノイズの影響を受けやすく、補正精度が悪くなるが、その問題は第２実施例のような重み付け加算平均化処理を実施することによって解消できる。

〔第３実施例〕
次に、第３実施例について説明する。なお、この第３実施例も第１実施例と若干異なるだけなので、その異なる部分のみを説明する。
第３実施例では、図６の第３黒レベル生成部５０４内で遮光画素（ＯＰＢ）３０２の複数ライン分の出力レベルの平均値から第３黒レベルの値を算出する。この場合、第３黒レベルの値の更新は毎ラインではなく、遮光画素３０２の平均化ライン数によって決定される。

このように、第３黒レベルを複数ライン分の平均値とすることによっても、第２実施例と同様の効果を得られる。
すなわち、チップ毎の遮光画素数が少ない場合には、ライン毎に遮光画素の出力レベルを主走査方向に平均化してオフセット補正を実施しても、突発的ノイズの影響を受けやすく、補正精度が悪くなるが、その問題は第３実施例のような複数ライン平均化処理を実施することによっても解消できる。

なお、以上の実施形態では、Ａ／Ｄコンバータ２０３（Ａ／Ｄ変換手段）によって変換されて出力されたデジタル画像信号に対して第１〜第３実施例のようなオフセット補正処理を行うようにしたが、Ａ／Ｄコンバータ２０３によって変換される前のアナログ画像信号に対して同様なオフセット補正処理を行うこともできる。この場合、センサチップ２０１内の有効画素３０１と遮光画素３０２の出力レベルとは、そのセンサチップ２０１から出力されるアナログ画像信号の対応する信号成分の電圧レベルを示すものである。

以上の説明から明らかなように、この発明によれば、原稿読取期間内に経時で黒レベルが変動すること、およびチップ間の個体差によりチップ毎の黒レベルの変動量が異なることによって発生する、チップ単位での濃度変動の発生を抑制することができる。よって、高画質のデジタル画像信号を出力可能な画像読取装置を提供できる。また、高品質の画像を取得可能な画像形成装置を提供できる。

２０：第１読取部 ２５：第２読取部 ２００：光源部 ２０１：センサチップ
２０２：アンプ回路 ２０３：Ａ／Ｄコンバータ ２０４：黒補正部
３０１：有効画素 ３０２：遮光画素 ３０３：出力段バッファ
３０４：シフトレジスタ ３０５：最終出力段バッファ ５０１：第１黒補正部
５０２：第１黒レベル生成部 ５０３：第２黒レベル生成部
５０４：第３黒レベル生成部 ５０５：第２黒補正部 ５０６：差分算出部

特許第４０６５５１５号公報

Claims (6)

1. 光源が点灯された状態で前記原稿の画像面を主走査方向に光走査して、該画像面からの反射光を前記主走査方向と直交する副走査方向に該主走査方向のライン毎に光電変換素子を用いて光電変換し、アナログ画像信号として読み取る画像読取手段とを有する画像読取装置であって、
   前記光電変換素子は、前記原稿の画像面からの反射光を受光可能な複数の有効画素および受光不可能な複数の遮光画素を有するチップが複数個配列され、また前記有効画素と前記遮光画素とが異なる前記副走査方向の位置に配置された構成であり、
   前記原稿の画像読み取り開始前に、前記光源が消灯された状態で前記有効画素の出力レベルを第１黒レベルとして生成し、保持する第１黒レベル生成保持手段と、
   該第１黒レベル生成保持手段による前記第１黒レベルの生成時に、前記遮光画素の出力レベルを第２黒レベルとして生成し、保持する第２黒レベル生成保持手段と、
   前記原稿の画像読み取り時に、前記遮光画素の出力レベルを第３黒レベルとして前記ライン毎に生成し、保持する第３黒レベル生成保持手段と、
   前記原稿の画像読み取り時に、前記有効画素の出力レベルから前記第１黒レベル生成保持手段に保持されている第１黒レベルを前記ライン毎に減算して黒レベル補正を行う第１黒レベル補正手段と、
   前記原稿の画像読み取り時に、前記第２黒レベル生成保持手段に保持されている第２黒レベルと前記第３黒レベル生成保持手段に保持されている第３黒レベルとの差分値を、前記第１黒レベル補正手段によって補正された前記有効画素の出力レベルに前記ライン毎に加算して黒レベル補正を行う第２黒レベル補正手段とを設けたことを特徴とする画像読取装置。
2. 請求項１に記載の画像読取装置において、
   前記第１，第２黒レベル生成保持手段はそれぞれ、前記原稿の画像を複数枚連続して読み取る動作が実行される場合には、該原稿の画像読み取り開始前に前記第１，第２の黒レベルを生成して保持した後は、該第１，第２の黒レベルの更新を前記原稿の画像読み取りが完了するまで行わないことを特徴とする画像読取装置。
3. 請求項１又は２に記載の画像読取装置において、
   前記第３黒レベル生成保持手段は、前記原稿の画像読み取り時に、前記遮光画素の前記ライン毎の出力レベルを前記副走査方向に重み付け加算平均化処理した値として保持することを特徴とする画像読取装置。
4. 請求項１又は２に記載の画像読取装置において、
   前記第３黒レベル生成保持手段は、前記原稿の画像読み取り時に、前記遮光画素の前記ライン毎の出力レベルを前記副走査方向に複数ライン平均化処理した値として保持することを特徴とする画像読取装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の画像読取装置において、
   前記画像読取手段によって読み取ったアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換手段を備え、
   前記有効画素の出力レベルおよび前記遮光画素の出力レベルとは、前記Ａ／Ｄ変換手段から出力される対応するデジタル画像信号の階調レベルに相当するものであることを特徴とする画像読取装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の画像読取装置を備え、該画像読取装置から出力されるデジタル画像信号に基づいて画像形成を行うようにしたことを特徴とする画像形成装置。

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