JP2016039583A - 画像読取装置、画像形成装置及び画像読取方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画像読取時におけるイメージセンサの受光量の低下を防止しつつ、固定パターンノイズを除去して画像を読取ることができる画像読取装置、画像形成装置及び画像読取方法を提供することを目的とする。
【解決手段】イメージセンサと、撮像対象からの光をイメージセンサに対して集光可能にされ、且つイメージセンサに対して集光しないように光の方向を変更可能にされた集光部材と、イメージセンサに対して集光部材が集光した場合にイメージセンサが撮像した結果から、イメージセンサに対して集光部材が集光しないように光の方向を変更した場合にイメージセンサが撮像した結果を減算する減算部とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、画像読取装置、画像形成装置及び画像読取方法に関する。

一般的にスキャナで使用されている光電変換素子は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの１次元に配列されたリニアセンサであり、最近では低コスト、省電力で駆動可能なＣＭＯＳセンサが注目されている。ＣＭＯＳセンサは、レンズによって像を縮小して読取る縮小光学系スキャナや、読取原稿に接触して等倍率で読取るＣＩＳ（Ｃｏｎｔａｃｔ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ）などにも使用されている。

一方、ＣＭＯＳセンサは、画素毎に固定された回路が割り当てられ、各回路の特性差などによって固定パターンノイズが発生し、読み取った画像上に縦スジが表れることや、ＳＮの低下による画質の劣化が生じることがある。

固定パターンノイズを除去する方法として、メカニカルシャッターや絞り、レンズキャップなどを使用して遮光黒画像を取得し、撮像した画像から遮光黒画像を減算する方法が知られている。しかし、機械的な構成によって遮光状態を生成する場合、遮光状態を生成するまでに時間がかかることや、機械的な構成の駆動による雑音が発生するという問題があった。

この問題を解消するために、偏光板の回転や移動、又は透過型液晶の通電遮断などを利用し、雑音を発生させずに高速制御可能なシャッタを使用して遮光データを事前に取得し、読取画像から遮光データを減算する方法が既に知られている。

例えば、特許文献１には、偏光板や透過型液晶などの画像入力部により撮像される被写体の動画像による光を遮断して画像入力部から暗電流出力を得るシャッタを備えた動画像撮像装置が開示されている。

しかしながら、偏光板や透過型液晶などのシャッタは、シャッタ開放時の透過率を１００％にすることができず、画像読取時のイメージセンサの受光量が減少し、画質が劣化してしまうという問題があった。また、画質劣化を抑制するためには、光源の光量を上げる必要があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、画像読取時におけるイメージセンサの受光量の低下を防止しつつ、固定パターンノイズを除去して画像を読取ることができる画像読取装置、画像形成装置及び画像読取方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、イメージセンサと、撮像対象からの光を前記イメージセンサに対して集光可能にされ、且つ前記イメージセンサに対して集光しないように光の方向を変更可能にされた集光部材と、前記イメージセンサに対して前記集光部材が集光した場合に前記イメージセンサが撮像した結果から、前記イメージセンサに対して前記集光部材が集光しないように光の方向を変更した場合に前記イメージセンサが撮像した結果を減算する減算部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、画像読取時におけるイメージセンサの受光量の低下を防止しつつ、固定パターンノイズを除去して画像を読取ることができるという効果を奏する。

図１は、画像読取装置の構成例を示す図である。 図２は、イメージセンサ及びノイズ除去部の構成を示す図である。 図３は、ノイズ除去部が固定パターンノイズを除去する動作を示す図である。 図４は、実施形態にかかる画像読取装置の構成例を示す図である。 図５は、集光部材の構成を示す図である。 図６は、集光部材に電圧を印加した場合の導電性液体と絶縁性液体との境界面を示す図である。 図７は、画像読取装置の変形例の構成例を示す図である。 図８は、画像読取装置を有する画像形成装置の構成例を示す図である。

まず、本発明がなされるに至った背景について説明する。図１は、画像読取装置１０の構成例を示す図である。画像読取装置１０は、コンタクトガラス１１に置かれた原稿を読取る場合、読取りが開始されると光源であるＬＥＤ１２を点灯させ、第１キャリッジ１６と第２キャリッジ１７を移動させることによって画像を読取る。

この時、画像読取装置１０は、原稿からＣＭＯＳリニアイメージセンサ（イメージセンサ）１９までの光路長を一定に保つため、第１キャリッジ１６の半分の速度で第２キャリッジ１７を移動させる。また、画像読取装置１０は、原稿を読取る前に基準白板２３を読取ることによってシェーディング補正用データを取得する。

ＬＥＤ１２が照射した光は、原稿によって反射される。原稿からの反射光は、第１反射ミラー１３、第２反射ミラー１４、第３反射ミラー１５によってレンズユニット１８に入射され、イメージセンサ１９に集光される。

イメージセンサ１９は、ＲＧＢの３色の画素アレイによって構成されており、各画素アレイが副走査方向に一定間隔で配置されている。また、イメージセンサ１９は、センサーボード２０に搭載されており、イメージセンサ１９の駆動制御などを行う図示しないＣＰＵや画像処理部に接続されている。センサーボード２０には、後述するノイズ除去部２５も搭載されている。なお、画像読取動作前の待機状態には、第１キャリッジ１６及び第２キャリッジ１７は、本体２１内でＤＦ読取用ガラス２２の下方に待機している。

シャッタ２４は、偏光板又は透過型液晶であり、画像読取装置１０が遮光黒画像を取得する場合に、電気信号に応じてイメージセンサ１９に入射される光を遮断する。しかし、シャッタ２４が全開となった時にも、透過率が１００％となることはなく、原稿からの反射光をイメージセンサ１９が受光する場合に、イメージセンサ１９の受光量がシャッタ２４によって低下する。イメージセンサ１９は、受光量が低下するとＳＮが低下し、画質が劣化してしまう。また、低下した受光量を補うために画像読取装置１０の光源の光量を増加させる方法もあるが、コストが高くなることやユーザーがまぶしく感じるなどの問題がある。

画像読取装置１０は、シャッタ２４が設けられず、ＬＥＤ１２が消灯しているときに遮光されている基準白板２３の下面を読取るために第１キャリッジ１６及び第２キャリッジ１７を基準白板２３の下方まで移動させて黒画像データを取得するように構成されてもよい。しかし、この場合には第１キャリッジ１６及び第２キャリッジ１７の移動に時間がかかり、読取時間に遅延が生じてしまう。

図２は、イメージセンサ１９及びノイズ除去部２５の構成を示す図である。上述したように、イメージセンサ１９及びノイズ除去部２５は、例えばセンサーボード２０に搭載されている。ノイズ除去部２５は、イメージセンサ１９に接続されており、イメージセンサ１９が出力する画像信号が入力される。ノイズ除去部２５は、メモリ２５０及び減算部２５２を有し、イメージセンサ１９が出力する画像読取データから固定パターンノイズを除去する。

より具体的には、イメージセンサ１９は、ＲＧＢ３色分の画素（ｐｉｘ１、ｐｉｘ２、ｐｉｘ３・・・）が主走査方向にアレイ状に配列されている。イメージセンサ１９は、読取った画像信号を図示しない複数のＡ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換し、色毎にシリアル信号に変換して出力する。各色の画素列からの出力信号（Ｄｏｕｔ（ｒ，ｇ，ｂ））は、ノイズ除去部２５に入力される。

イメージセンサ１９は、画素毎に固定された回路が割り当てられており、回路の特性差などから固定パターンノイズが発生する。ノイズ除去部２５は、遮光状態の黒画像データをメモリ２５０が記憶し、減算部２５２が原稿読取時の画像データから黒画像データを減算することにより固定パターンノイズを除去する。

図３は、ノイズ除去部２５が固定パターンノイズを除去する動作を示す図である。図３（ａ）は、画像読取装置１０が主走査方向に一定の濃度の画像を読取った場合の画像出力を示している。この画像には固定パターンノイズが含まれており、一定の濃度の画像を読取ったにもかかわらず、画像出力（読取った画像データ）が主走査方向でばらついている。

図３（ｂ）は、画像読取装置１０が原稿読取前に取得した遮光状態の黒画像を示している。図３（ｂ）に示した黒画像（黒画像データ）は、メモリ２５０が記憶する。そして、読取った画像データから黒画像データを減算部２５２が減算すると、図３（ｃ）に示したように固定パターンノイズが除去された画像出力が得られる。つまり、減算部２５２は、イメージセンサ１９に対してレンズユニット１８などの集光部材が集光した場合にイメージセンサ１９が撮像した結果から、イメージセンサ１９に対してレンズユニット１８などの集光部材が集光していない遮光状態をイメージセンサ１９が撮像した結果を減算している。

ここで、黒画像データを取得するときに外乱光がイメージセンサ１９に入射されてしまった場合、減算部２５２が減算を行なった後の画像出力において、外乱光が入射した箇所の画像出力が低下して異常画像となってしまう。つまり、黒画像データを取得する場合には適切に遮光状態を作り出すことが必要である。

図４は、実施形態にかかる画像読取装置３０の構成例を示す図である。なお、図４に示した画像読取装置３０の構成部分のうち、画像読取装置１０（図１）に示した構成部分と実質的に同じものには、同一の符号が付してある。画像読取装置３０は、画像読取装置１０が備えていたレンズユニット１８に替えて、集光部材４０が設けられている。また、画像読取装置３０は、画像読取装置１０が備えていたシャッタ２４が設けられておらず、部材（第１部材）２６が設けられている。部材２６は、例えば低光沢の黒色板であり、イメージセンサ１９に対して光をほぼ拡散させない。

図５は、集光部材４０の構成を示す図である。図５（ａ）は、集光部材４０の断面図である。図５（ａ）においては、集光部材４０は、上側から光が入射され、下側へ光を出射する。集光部材４０は、例えば液体レンズを有する。集光部材４０は、例えば円柱状の液体収容器４００内に２種類の不混和な液体（導電性液体４１２、絶縁性液体４１４）が混合されて収容されている。

導電性液体４１２と液体収容器４００とが接触する面は、親水膜４０８で覆われている。それ以外の面は、疎水膜４１０で覆われている。また、集光部材４０は、親水膜４０８を挟むように第１電極４０２が配置され、疎水膜４１０と液体収容器４００の側面に挟まれた絶縁膜４０６を有する。

また、集光部材４０は、絶縁膜４０６によって導電性液体４１２及び絶縁性液体４１４と絶縁された第２電極４０４ａ〜４０４ｄも備えられている。図５（ｂ）は、集光部材４０を前方（光が入射される側）から見た場合の第２電極４０４ａ〜４０４ｄの位置を示す図である。第２電極４０４ａ及び第２電極４０４ｂ、並びに第２電極４０４ｃ及び第２電極４０４ｄは、それぞれ互いに向かい合うように配置されている。そして、第１電極４０２及び第２電極４０４ａ〜４０４ｄには、図示しない制御部の制御に応じてそれぞれ電圧を印加する電圧印加部（図示せず）が接続されている。

集光部材４０の第１電極４０２及び第２電極４０４ａ〜４０４ｄに電圧が印加されていない状態では、導電性液体４１２が疎水膜４１０と反発することにより、導電性液体４１２と絶縁性液体４１４の境界面が図５（ａ）に曲線で示した形状となる。この時、導電性液体４１２と第１電極４０２とは接触する。

図６は、集光部材４０に電圧を印加した場合の導電性液体４１２と絶縁性液体４１４との境界面を示す図である。第１電極４０２と第２電極４０４ａとの間に逆極性となる電圧が印加されると、第１電極４０２から導電性液体４１２に電荷が放出され、第２電極４０４ａには導電性液体４１２に放出された電荷とは逆極性の電荷が集まる。

この導電性液体４１２に放出された電荷と、第２電極４０４ａの電荷とがクーロン力によって引き合い、導電性液体４１２の電荷が第２電極４０４ａに近い右側の疎水膜４１０付近に引き付けられる。その結果、絶縁性液体４１４と導電性液体４１２との境界面は、図６に曲線で示すように絶縁性液体４１４が左側に偏り、導電性液体４１２が第２電極４０４ａ側に偏った形に変化する。

このように、集光部材４０は、第１電極４０２及び第２電極４０４ａに印加する電圧を制御することにより、絶縁性液体４１４と導電性液体４１２の境界面形状が変化し、透過光の進行方向を変化させることができる。なお、集光部材４０は、レンズユニット１８に組み込まれてもよい。

集光部材４０は、イメージセンサ１９に光が入射されないように印加電圧が制御されることにより、イメージセンサ１９を遮光状態とすることができる。また、集光部材４０は、固定パターンノイズ除去に必要な黒画像を高速かつ低雑音で取得することを可能にする。つまり、画像読取装置３０は、光路中に透過率が低下するシャッタ２４を設ける必要がないため、画像読取時のイメージセンサ１９の受光量を低下させることがない。さらに、画像読取装置３０は、第１キャリッジ１６及び第２キャリッジ１７を、遮光された基準白板２３の下方まで移動させる必要がないため、読取時間の遅延も抑制することができる。

なお、集光部材４０は、撮像対象からの光をイメージセンサ１９に対して集光可能にされ、且つイメージセンサ１９に対して集光しないように光の方向を変更可能にされていればよく、光が入射される面の向きを変更する液体レンズを備えることに限定されない。例えば、集光部材４０は、電圧が印加されることによって屈折率が変化するように構成されたものであってもよい。

図４に戻り、画像読取装置３０における集光部材４０の動作をさらに説明する。図４に示した集光部材４０を通る実線は、画像読取装置３０が遮光黒画像を取得するときに、ＤＦ読取用ガラス２２から外乱光が第１キャリッジ１６に対して鉛直方向から入射された場合の光路を示している。画像読取装置３０は、集光部材４０に電圧が印加されることにより、外乱光の進行方向が変更され、イメージセンサ１９に外乱光は入射されない。

また、集光部材４０を通る破線は、イメージセンサ１９が受光する光路を示している。イメージセンサ１９が受光する光路は、集光部材４０により、破線で示したように画像読取時の光路からずれることになる。部材２６は、イメージセンサ１９が読取る位置（破線矢印の示す位置）に設けられている。

したがって、画像読取装置３０は、遮光黒画像を取得する場合、集光部材４０を介してイメージセンサ１９が部材２６を読取ることとなり、コンタクトガラス１１を透過する外乱光のイメージセンサ１９への入射を抑制し、より遮光率の高い画像を取得可能となっている。コンタクトガラス１１を透過する外乱光には、例えばコンタクトガラス１１よりも小さい原稿を読取るときに、コンタクトガラス１１の原稿に覆われていない部分から入り込む光や、トレーシングペーパーなどの薄い原稿を読取るときに原稿そのものを透過して入り込む光などがある。

次に、画像読取装置３０の変形例について説明する。図７は、画像読取装置３０の変形例（画像読取装置３０ａ）の構成例を示す図である。画像読取装置３０ａには、部材２６が設けられていない。また、画像読取装置３０ａでは、集光部材４０が図７に示したように光を通すように設けられている。

具体的には、集光部材４０を通る実線は、ＤＦ読取用ガラス２２からの外乱光が第１キャリッジ１６に対して鉛直方向から入射された場合の光路を示している。画像読取装置３０ａは、画像読取装置３０と同様に、集光部材４０に電圧が印加されることにより、光の進行方向が変更され、外乱光がイメージセンサ１９には入射されない。

また、集光部材４０を通る破線は、集光部材４０の端部を通ってイメージセンサ１９が受光する光路を示している。画像読取装置３０ａは、遮光黒画像を取得する場合、破線で示したように、イメージセンサ１９が基準白板２３の下面を読取る。ＬＥＤ１２が消灯している間は、外光が遮光されている状態であり、イメージセンサ１９は、基準白板２３の下面を読取ることによって遮光黒画像を取得することができる。

このように、画像読取装置３０ａは、イメージセンサ１９が画像読取装置３０ａ内の遮光されている領域を読取るように、集光部材４０が光の進行方向を変更すると、遮光黒画像を取得することができる。

次に、画像読取装置３０（又は画像読取装置３０ａ）を有する画像形成装置について説明する。図８は、画像読取装置３０を有する画像形成装置５００の構成例を示す図である。画像形成装置５００は、給紙部５０３及び画像形成装置本体５０４を有し、上部に画像読取装置３０及び自動原稿給送装置（ＡＤＦ）６００が搭載されたデジタル複写機である。

画像形成装置本体５０４内には、タンデム方式の作像部（画像形成部）５０５と、給紙部５０３から搬送路５０７を介して供給される記録紙を作像部５０５に搬送するレジストローラ５０８と、光書き込み装置５０９と、定着搬送部５１０と、両面トレイ５１１とが設けられている。

作像部５０５には、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの４色のトナーに対応して４本の感光体ドラム５１２が並設されている。各感光体ドラム５１２の回りには、帯電器、現像器５０６、転写器、クリーナ、及び除電器を含む作像要素が配置されている。

また、転写器と感光体ドラム５１２との間には両者のニップに挟持された状態で駆動ローラと従動ローラとの間に張架された中間転写ベルト５１３が配置されている。

このように構成されたタンデム方式の画像形成装置５００は、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの色毎に各色に対応する感光体ドラム５１２に光書き込みを行い、現像器５０６で各色のトナー毎に現像し、中間転写ベルト５１３上に例えばＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの順に１次転写を行う。

そして、画像形成装置５００は、１次転写により４色重畳されたフルカラーの画像を記録紙に２次転写した後、定着して排紙することによりフルカラーの画像を記録紙上に形成する。また、画像形成装置５００は、画像読取装置３０が読取った画像を記録紙上に形成する。

１０、３０、３０ａ 画像読取装置
１１ コンタクトガラス
１２ ＬＥＤ
１６ 第１キャリッジ
１７ 第２キャリッジ
１８ レンズユニット
１９ イメージセンサ
２０ センサーボード
２２ ＤＦ読取用ガラス
２３ 基準白板
２５ ノイズ除去部
２６ 部材
４０ 集光部材
２５０ メモリ
２５２ 減算部
４００ 液体収容器
４０２ 第１電極
４０４ａ〜４０４ｄ 第２電極
４０６ 絶縁膜
４０８ 親水膜
４１０ 疎水膜
４１２ 導電性液体
４１４ 絶縁性液体
５００ 画像形成装置
５０５ 作像部（画像形成部）
６００ 自動原稿給送装置（ＡＤＦ）

特開２００４−２０７８９５号公報

Claims (7)

1. イメージセンサと、
   撮像対象からの光を前記イメージセンサに対して集光可能にされ、且つ前記イメージセンサに対して集光しないように光の方向を変更可能にされた集光部材と、
   前記イメージセンサに対して前記集光部材が集光した場合に前記イメージセンサが撮像した結果から、前記イメージセンサに対して前記集光部材が集光しないように光の方向を変更した場合に前記イメージセンサが撮像した結果を減算する減算部と
   を有することを特徴とする画像読取装置。
2. 前記集光部材は、
   電気信号に応じて光の方向を変更すること
   を特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。
3. 前記イメージセンサに対して光をほぼ拡散させない第１部材をさらに有し、
   前記集光部材は、
   前記イメージセンサに対して集光しないように光の方向を変更する場合、前記第１部材からの光を前記イメージセンサに対して集光可能な状態であること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の画像読取装置。
4. 前記集光部材は、
   前記イメージセンサに対して集光しないように光の方向を変更する場合、当該画像読取装置内で外光が照射されない領域からの光を前記イメージセンサに対して集光可能な状態であること
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像読取装置。
5. 前記イメージセンサは、
   ＣＭＯＳイメージセンサであること
   を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像読取装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像読取装置と、
   前記画像読取装置が読取った画像データに基づく画像を形成する画像形成部と
   を有することを特徴とする画像形成装置。
7. 撮像対象からの光をイメージセンサに対して集光可能にされ、且つ前記イメージセンサに対して集光しないように光の方向を変更可能にされた集光部材が、前記イメージセンサに対して集光しないように光の方向を変更して、前記イメージセンサにより撮像する第１撮像工程と、
   撮像対象からの光を前記集光部材が前記イメージセンサに対して集光して、前記イメージセンサにより撮像する第２撮像工程と、
   前記第２撮像工程で前記イメージセンサが撮像した結果から、前記第１撮像工程で前記イメージセンサが撮像した結果を減算する工程と、
   を含む画像読取方法。

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