JP2018042285A - 撮像素子、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】略同一の画素位置に対する色間の補正差を発生させることなく、黒レベルの補正を行うことを可能にする。【解決手段】受光する色毎に一方向に配列されることにより、読取対象における略同一位置からの反射光を前記色毎に画素単位で順次に光電変換可能にされた複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子の中で、前記略同一位置からの反射光を前記色毎に光電変換する複数の前記光電変換素子を備えた画素群に対し、前記光電変換素子が反射光を光電変換した出力結果から、前記反射光を光電変換した出力結果と同一の画素からの出力結果であって、前記反射光に依存しない出力結果を差し引くことにより、読取対象の黒レベルを補正する黒補正部と、を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、撮像素子、画像読取装置、画像形成装置及び画像読取方法に関する。

ＬＥＤなどの光源によって原稿を照射し、原稿からの反射光をイメージセンサによって画像信号に変換して原稿画像を読取る画像読取装置では、例えばＣＭＯＳイメージセンサが用いられている。ここで、ＣＭＯＳイメージセンサで読取った画像を劣化させる要因として、画素毎のばらつきによって発生する固定パターンノイズが知られている。固定パターンノイズがある場合、読取った画像には縦スジが発生してしまう。

ＣＭＯＳイメージセンサにおける画素毎のばらつきとして、例えば電荷検出部であるフローティングディフュージョン（ＦＤ）の暗電流のばらつき、画素トランジスタのオフセット電圧のばらつき、及びフォトダイオードの暗電流（光を露光しない場合にも発生する電流）のばらつきなどがある。また、固定パターンノイズを補正する方法として、光信号レベルと、暗電流などによる基準レベルとの差分をとることによって黒レベルの補正を行う相関二重サンプリング（ＣＤＳ）の技術が知られている。

また、特許文献１には、画素信号を読み出す直前にタイミングジェネレータから基板パルスを出力することによって画素トランジスタをリセットし、しかる後光入射による信号が無い状態で直ぐに動作パルスを立てることによって画素トランジスタから動作スイッチを介して画素信号を読み出してキャパシタに保持し、その後水平映像期間において水平シフトレジスタから水平走査パルスを出力して水平スイッチを順次導通させ、キャパシタの信号を順次出力することで、縦筋状の固定パターンノイズを補正するための基準信号を得る固体撮像素子が開示されている。

しかしながら、従来のエリアセンサは、各フォトダイオードに対するＲ，Ｇ，Ｂの分光フィルタがベイヤー配列の方式などで取付けられている。従って、従来のエリアセンサでは、同一の画素位置で複数色のデータを読取ることができないため、異なる位置で読取った複数色のデータを画像処理によって１つの画素のデータとして合成している。そして、従来のエリアセンサは、同一の画素位置に対して合成される複数色のデータを同一の黒補正回路によって処理することができないため、黒補正回路それぞれのばらつきに起因して、色間の補正差が発生するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、略同一の画素位置に対する色間の補正差を発生させることなく、黒レベルの補正を行うことを可能にする撮像素子、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、受光する色毎に一方向に配列され、読取対象からの反射光を前記色毎に光電変換する複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子において前記読取対象における略同一位置からの反射光に対応する前記各色の前記光電変換素子を各色１画素以上ずつ有する画素群と、前記画素群ごとに備え、前記画素群ごとに、前記複数の光電変換素子が反射光を光電変換した出力結果から、前記反射光を光電変換した出力結果と同一の画素からの出力結果である、点灯期間における光に依存しない出力結果と消灯期間における暗電流を示す出力結果とを差し引くことにより、前記読取対象の光信号レベルに含まれる黒レベルを補正する黒補正部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、略同一の画素位置に対する色間の補正差を発生させることなく、黒レベルの補正を行うことを可能にすることができるという効果を奏する。

図１は、実施形態にかかる画像形成装置の構成例を示す構成図である。 図２は、画像読取装置及びＡＤＦの構成例を示す構成図である。 図３は、ＣＭＯＳイメージセンサ及びその周辺の構成を例示するブロック図である。 図４は、変換処理部の概要を示すブロック図である。 図５は、転送部の詳細及びＰＤを示す図である。 図６は、黒補正部の構成例を示す図である。 図７は、ＣＭＯＳイメージセンサが黒レベルの補正を行う場合の動作を示すタイミングチャートである。 図８は、ＣＭＯＳイメージセンサが行う黒レベルの補正を模式的に示す図である。 図９は、変換処理部の第１変形例の概要を示すブロック図である。 図１０は、変換処理部の第２変形例の概要を示すブロック図である。 図１１は、変換処理部の第３変形例の概要を示すブロック図である。 図１２は、黒補正部の構成例を示す図である。 図１３は、画像読取装置が黒レベルの補正を行う場合の動作を示すタイミングチャートである。 図１４は、変換処理部の第４変形例の概要を示すブロック図である。 図１５は、変換処理部を備えたＣＭＯＳイメージセンサを有する画像読取装置が行う黒レベルの補正を模式的に示す図である。 図１６は、ＣＭＯＳイメージセンサの変形例の概要を示すブロック図である。 図１７は、画像読取装置がゲインの調整を行う動作を示すフローチャートである。 図１８は、第２黒補正部の変形例の概要を示すブロック図である。

（実施形態）
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる画像形成装置を説明する。図１は、実施形態にかかる画像形成装置３００の構成例を示す構成図である。画像形成装置３００は、給紙部３０３及び画像形成装置本体３０４を有し、上部に画像読取装置１００及び自動原稿給送装置（ＡＤＦ）２００が搭載されたデジタル複写機である。

画像形成装置本体３０４内には、タンデム方式の作像部３０５と、給紙部３０３から搬送路３０７を介して供給される記録紙を作像部３０５に搬送するレジストローラ３０８と、光書き込み装置３０９と、定着搬送部３１０と、両面トレイ３１１とが設けられている。

作像部３０５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３１２が並設されている。各感光体ドラム３１２の回りには、帯電器、現像器３０６、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３１２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３１３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３００は、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの色毎に各色に対応する感光体ドラム３１２に光書き込みを行い、現像器３０６で各色のトナー毎に現像し、中間転写ベルト３１３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３００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３００は、画像読取装置１００が読取った画像を記録紙上に形成する。

図２は、画像読取装置１００及びＡＤＦ２００の構成例を示す構成図である。画像読取装置１００は、デジタル複写機、デジタル複合機、ファクシミリ装置等の画像形成装置に搭載されるスキャナ装置である。また、画像読取装置１００は、単体のスキャナ装置であってもよい。そして、画像読取装置１００は、光源からの照射光によって被写体（読取対象）である原稿を照明し、その原稿からの反射光をＣＭＯＳイメージセンサで受光した信号に処理を行い、原稿の画像データを読み取る。

具体的には、画像読取装置１００は、図２に示すように、原稿を載置するコンタクトガラス１０１と、原稿露光用の光源１０２及び第１反射ミラー１０３を具備する第１キャリッジ１０６と、第２反射ミラー１０４及び第３反射ミラー１０５を具備する第２キャリッジ１０７とを有する。また、画像読取装置１００は、ＣＭＯＳイメージセンサ（撮像素子）１０９と、ＣＭＯＳイメージセンサ１０９に結像するためのレンズユニット１０８と、読取り光学系等による各種の歪みを補正するためなどに用いる基準白板（白基準板）１１０と、シートスルー読取り用スリット１１１も備えている。

画像読取装置１００は、上部にＡＤＦ２００が搭載されており、このＡＤＦ２００をコンタクトガラス１０１に対して開閉できるように、図示しないヒンジ等を介した連結がなされている。

ＡＤＦ２００は、複数枚の原稿からなる原稿束を載置可能な原稿載置台としての原稿トレイ２０１を備えている。また、ＡＤＦ２００は、原稿トレイ２０１に載置された原稿束から原稿を１枚ずつ分離してシートスルー読取り用スリット１１１へ向けて自動給送する給送ローラ２０２を含む分離・給送手段も備えている。

そして、画像読取装置１００は、原稿の画像面をスキャン（走査）して原稿の画像を読み取るスキャンモード時には、第１キャリッジ１０６及び第２キャリッジ１０７により、図示しないステッピングモータによって矢示Ａ方向（副走査方向）に原稿を走査する。このとき、コンタクトガラス１０１からＣＭＯＳイメージセンサ１０９までの光路長を一定に維持するために、第２キャリッジ１０７は第１キャリッジ１０６の１／２の速度で移動する。

同時に、コンタクトガラス１０１上にセットされた原稿の下面である画像面が第１キャリッジ１０６の光源１０２によって照明（露光）される。すると、その画像面からの反射光像が第１キャリッジ１０６の第１反射ミラー１０３、第２キャリッジ１０７の第２反射ミラー１０４及び第３反射ミラー１０５、並びにレンズユニット１０８経由でＣＭＯＳイメージセンサ１０９へ順次送られて結像される。

そして、ＣＭＯＳイメージセンサ１０９の光電変換により信号が出力され、出力された信号はデジタル信号に変換される。このように、原稿の画像が読み取られ、デジタルの画像データが得られる。

一方、原稿を自動給送して原稿の画像を読み取るシートスルーモード時には、第１キャリッジ１０６及び第２キャリッジ１０７が、シートスルー読取り用スリット１１１の下側へ移動する。その後、原稿トレイ２０１に載置された原稿が給送ローラ２０２によって矢示Ｂ方向（副走査方向）へ自動給送され、シートスルー読取り用スリット１１１の位置において原稿が走査される。

このとき、自動給送される原稿の下面（画像面）が第１キャリッジ１０６の光源１０２によって照明される。そのため、その画像面からの反射光像が第１キャリッジ１０６の第１反射ミラー１０３、第２キャリッジ１０７の第２反射ミラー１０４及び第３反射ミラー１０５、並びにレンズユニット１０８経由でＣＭＯＳイメージセンサ１０９へ順次送られて結像される。そして、ＣＭＯＳイメージセンサ１０９の光電変換により信号が出力され、出力された信号はデジタル信号に変換される。このように、原稿の画像が読み取られ、デジタルの画像データが得られる。画像の読み取りが完了した原稿は、図示しない排出口に排出される。

なお、スキャンモード時又はシートスルーモード時の画像読み取り前に開始された光源１０２による照明により、基準白板１１０からの反射光がＣＭＯＳイメージセンサ１０９でアナログ信号に変換され、その後デジタル信号に変換される。このように、基準白板１１０が読み取られ、その読み取り結果（デジタル信号）に基づいて原稿の画像読み取り時のシェーディング補正が行われる。

また、ＡＤＦ２００が搬送ベルトを備えている場合には、スキャンモードであっても、ＡＤＦ２００によって原稿をコンタクトガラス１０１上の読取り位置に自動給送して、その原稿の画像を読み取ることができる。

次に、ＣＭＯＳイメージセンサ１０９及びその周辺について詳述する。図３は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０９及びその周辺の構成を例示するブロック図である。図３に示すように、ＣＭＯＳイメージセンサ１０９の周辺には、点灯回路４０及び制御部４２が設けられている。

点灯回路４０は、ＬＥＤなどの光源１０２を含み、制御部４２の制御に応じて、図２に示した光源１０２を点灯させる。制御部４２は、画像読取装置１００を構成する各部を制御するものであり、図示しないＣＰＵ（中央処理装置）、ＣＰＵが実行するプログラムを格納しているＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭを備えている。

ＣＭＯＳイメージセンサ１０９は、タイミング発生器（TG:Timing Generator）５０、変換処理部５２ａ及びインターフェース（Ｉ／Ｆ）部５４を有する。タイミング発生器５０は、点灯回路４０、変換処理部５２ａ及びＩ／Ｆ部５４の動作タイミングを設定するタイミング信号を生成する。各種タイミングは、制御部４２からの制御信号によって設定される。

点灯回路４０は、制御部４２からの点灯ＯＮ信号がアサートされた場合、タイミング発生器５０からの点灯タイミング信号に応じて、光源１０２を点灯させる。点灯回路４０が原稿読取時に光源１０２を点灯させることにより、原稿からの反射光がＣＭＯＳイメージセンサ１０９に入射される。

変換処理部５２ａは、後述するフォトダイオード（ＰＤ）などの光電変換素子を備えており、原稿からの反射光に応じた電荷を蓄積し、電荷に応じた信号をＩ／Ｆ部５４に対して出力する。

Ｉ／Ｆ部５４は、各画素（図４を用いて後述）の画像信号を図示しない後段の画像処理部へ伝送する。画像処理部は、基準白板から読み取った画像データに基づいて、原稿の画像データを正規化するシェーディング補正を行い、ＣＭＯＳイメージセンサ１０９の感度ばらつきや光学系の配光むらなどの、主走査方向のばらつきを補正する。

図４は、変換処理部５２ａの概要を示すブロック図である。図４に示すように、変換処理部５２ａは、Ｒの光を受光するフィルタが設けられたフォトダイオードＰＤ１（Ｒ）〜ＰＤｎ（Ｒ）、Ｇの光を受光するフィルタが設けられたフォトダイオードＰＤ１（Ｇ）〜ＰＤｎ（Ｇ）、及びＢの光を受光するフィルタが設けられたフォトダイオードＰＤ１（Ｂ）〜ＰＤｎ（Ｂ）がそれぞれ色毎に一方向に配列されている。具体的には、ＲＧＢの色毎にｎ画素のＰＤが主走査方向に配列されている。また、各画素には、フォトダイオード（ＰＤ）が光電変換により蓄積した電荷を電流として転送する転送部５２０がそれぞれ設けられている。

また、主走査方向の位置が同一である各色の画素は、１つの画素群（カラム）としてまとめられ、共通の黒補正部５２２によって黒補正（黒レベルの補正：図８参照）の処理をされるように構成されている。例えば、ＰＤ１（Ｒ）、ＰＤ１（Ｇ）及びＰＤ１（Ｂ）は、１つのカラムにまとめられる。ＰＤ１（Ｒ）、ＰＤ１（Ｇ）及びＰＤ１（Ｂ）がそれぞれ光電変換した信号は、黒補正部５２２−１が順次に黒補正を行う。つまり、変換処理部５２ａは、各色それぞれｎ個の画素が一方向に配列されており、ｎ個の黒補正部５２２が黒補正を行うように構成されている。なお、ＰＤ１（Ｒ）〜ＰＤｎ（Ｒ）、及び黒補正部５２２−１〜５２２−ｎなどのように複数ある実質的に同一な機能の構成は、いずれかを特定しない場合には、単にＰＤ及び黒補正部５２２などと記している。

このように、変換処理部５２ａは、主走査方向の位置が同一（実質的に同一であればよい）である各色の画素からなるカラム毎に共通の黒補正部５２２が黒補正を行う。よって、変換処理部５２ａは、読取対象における同一の画素位置に対し、黒補正部５２２それぞれのばらつきなどに起因する色間の補正差を発生させることなく、黒レベルの補正を行うことを可能にしている。なお、主走査方向の位置が同一である各色の画素は、読取対象における共通の（同一の）画素位置の色を示すために合成される信号をそれぞれ出力する。

図５は、転送部５２０の詳細及びＰＤを示す図である。転送部５２０は、転送トランジスタ及び増幅トランジスタなどを含み、<ｔｘ>信号がアサートされると、ＰＤによって光電変換された信号を黒補正部５２２に対して出力する。また、転送部５２０は、<ｒｘ>信号がアサートされると、基準信号レベルを黒補正部５２２に対して出力する。また、転送部５２０は、ｔｘ信号とｒｘ信号とが同時にアサートされると、ＰＤが蓄積した信号をリセットする。

転送部５２０は、カラム毎に同一のタイミングで信号転送を行う。また、Ｒの画素のタイミング信号をｒｘ＿ｒ，ｔｘ＿ｒ、Ｇの画素のタイミング信号をｒｘ＿g，ｔｘ＿g、Ｂの画素のタイミング信号をｒｘ＿ｂ，ｔｘ＿ｂとする。

図６は、黒補正部５２２の構成例を示す図である。黒補正部５２２は、光信号レベル保持部５３０、黒レベル保持部５３２及び減算部５３４を有する。光信号レベル保持部５３０は、ＰＤによって光電変換された光信号レベルを保持する。黒レベル保持部５３２は、基準レベルである黒レベルを保持する。減算部５３４は、光信号レベルと黒レベルの差分を算出し、算出した差分を補正後の黒レベルとしてＩ／Ｆ部５４へ出力する。

図７は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０９が黒レベルの補正を行う場合の動作を示すタイミングチャートである。なお、ＣＭＯＳイメージセンサ１０９は、上述したようにタイミング発生器５０が出力する各タイミング信号に応じて動作する。

ＣＭＯＳイメージセンサ１０９は、画像の主走査方向の１ラインに対し、画素の基準レベルと光信号レベルをＲＧＢの色毎に順次に転送・処理する。黒レベル保持部５３２は、基準信号レベルが転送されるタイミングで信号を取り込み、色毎に順次に更新していく。光信号レベル保持部５３０は、ＰＤが光電変換した光信号レベルが転送されるタイミングで信号を取り込み、色毎に順次に更新していく。減算部５３４は、黒レベル保持部５３２及び光信号レベル保持部５３０が更新した信号の差分（光信号レベルと黒レベルの差分）を算出する。そして、ＣＭＯＳイメージセンサ１０９は、各色の補正後の信号レベルを順次に出力する。

図８は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０９が行う黒レベルの補正を模式的に示す図である。光信号レベル保持部５３０が保持するレベルには、原稿からの反射光に応じた読取レベルと、固定パターンノイズとが含まれている。黒レベル保持部５３２は、固定パターンノイズのレベルを保持する。ここで、固定パターンノイズとは、ＣＭＯＳイメージセンサ１０９の図示しない電荷検出部であるフローティングディフュージョン（ＦＤ）の暗電流のばらつきや、画素トランジスタのオフセット電圧のばらつきや、フォトダイオードの暗電流のばらつきなどを含む。

ＣＭＯＳイメージセンサ１０９は、固定パターンノイズを含む読取レベルから固定パターンレベルを差し引くことにより、補正した原稿読取レベルを得る。また、ＣＭＯＳイメージセンサ１０９は、主走査方向の位置が同一である各色の画素の出力に対し、共通の黒補正部５２２によって黒補正の処理を行うので、読取対象における同一の画素位置に対し、黒補正部５２２それぞれのばらつきなどに起因する色間の補正差を発生させない。つまり、同じ位置の合成される画素が、共通の黒補正部５２２によって処理されるので、色間で誤差がでない。また、ＣＭＯＳイメージセンサ１０９は、異なる色が同一のタイミングで処理されることがないため、色間クロストークによる色つきや色むらを抑制することを可能にする。また、ＣＭＯＳイメージセンサ１０９は、例えば画像を１ライン分読取る毎に、少なくとも１回黒補正を行うように制御されることにより、時間の経過とともに温度変化が生じても、読取画像の画質低下を防止可能にする。

これに対し、比較例となる従来のエリアセンサ（ベイヤー配列の２次元ＣＭＯＳイメージセンサなど）では、画素の行毎又は列毎に黒補正を行う回路（黒補正回路）が設けられるため、読取対象における同一の画素位置に対し、色毎に異なる黒補正回路が黒補正を行う。つまり、従来のエリアセンサは、黒補正回路それぞれのばらつきなどに起因する色間の補正差が生じた各色の画素データを合成することにより、読取対象における同一の画素位置の色が示されるので、ＣＭＯＳイメージセンサ１０９のように精度よく黒補正を行うことができない。また、従来のエリアセンサは、異なる色が同一のタイミングで処理されるので、色間クロストークによる色つきや色むらが発生する。

なお、上述したＣＭＯＳイメージセンサ１０９では、ローリングシャッタ方式によりカラム内で露光タイミングが異なる場合を説明している。ＣＭＯＳイメージセンサ１０９は、例えば黒補正部５２２の前段に各画素の信号を保持するメモリが設けられることにより、全画素に同一のタイミングで露光を行うグローバルシャッタ方式が適用されてもよい。

（変換処理部５２ａの第１変形例：変換処理部５２ｂ）
次に、変換処理部５２ａの第１変形例について説明する。図９は、変換処理部５２ａの第１変形例（変換処理部５２ｂ）の概要を示すブロック図である。以下、記述した構成部分と実質的に同一の構成部分には、同一の符号を付す。

変換処理部５２ｂは、色毎に２個ずつのＰＤ（計６画素分）の出力が黒補正部５２３によって黒補正されるように構成されている。黒補正部５２３は、黒補正部５２２と同様に、入力される信号を用いて黒補正を行う。つまり、色毎にｎ画素（ｎは偶数）のフォトダイオードを有するＣＭＯＳイメージセンサ（撮像素子）では、ＲＧＢの偶数番目の画素と奇数番目の画素とを含めた６画素が１つのカラムとして構成され、ｎ／２（個）の黒補正部５２３がカラム毎に黒補正を行う。これにより、黒補正部などの回路面積を削減することが可能となる。

なお、主走査方向の位置が同一である各色の画素を１つのカラムとして、カラム毎に黒補正部５２２（又は黒補正部５２３）が黒補正を行う場合、カラムに含まれる画素数は、３画素又は６画素に限られない。

（変換処理部５２ａの第２変形例：変換処理部５２ｃ）
次に、変換処理部５２ａの第２変形例について説明する。図１０は、変換処理部５２ａの第２変形例（変換処理部５２ｃ）の概要を示すブロック図である。変換処理部５２ｃは、主走査方向の位置が同一である各色の画素が１つのカラムとしてまとめられている。変換処理部５２ｃは、各ＰＤが光電変換して転送部５２０が転送する信号を、カラム毎に共通のアナログプログラマブルゲインアンプ（ＡＰＧＡ）５２４により増幅し、ＡＤ変換部（ＡＤＣ）５２５によりデジタル信号に変換して、黒補正部５２６が黒補正を行うように構成されている。黒補正部５２６は、ｎ個がカラム毎に設けられ、デジタル信号に対して黒補正部５２２と同様に黒補正を行う。

つまり、変換処理部５２ｃは、ＦＤや画素トランジスタやＡＤＣ５２５のばらつきが原因である固定パターンノイズを差し引くことにより、補正した原稿読取レベルを得ることができる。また、変換処理部５２ｃは、ＡＰＧＡ５２４が各転送部５２０から順次に転送される信号を任意に増幅し、ＡＤＣ５２５のダイナミックレンジを有効に利用することができるので、画像の階調性や補正の精度を高めることを可能にする。

次に、フォトダイオードの暗電流（光を露光しない場合にも発生する電流）のばらつきが原因で発生する固定パターンノイズの補正について説明する。フォトダイオードの暗電流ばらつきによる固定パターンノイズを補正する手法として、黒シェーディング補正がある。具体的には、光源を消灯させた状態で画像を読み取り、画素毎に基準黒レベルとして保持しておき、原稿を読み取った画像レベルから基準黒レベルを減算することにより補正を行う。

しかし、黒シェーディング補正は、画像読取（スキャン）前に光源を消灯させて画像を読取る必要があるため、連続スキャンを行う場合には生産性が落ちてしまう。黒シェーディング補正を行うための基準黒レベルの生成を最初の一度のみとすると、連続スキャンの生産性を向上させることができるが、時間の経過後の温度変化などによって固定パターンノイズが変化した場合に、正常に補正が行えない。

生産性を確保しつつ、時間の経過後の温度変化などによる固定パターンノイズの変動を含めて補正する方法として、イメージセンサの遮光画素（ＯＰＢ）の読取レベルの変動を検出して基準黒レベルの値を補正する技術が既に知られている。しかし、ＯＰＢの読取レベルの変動を検出して基準黒レベルの値を補正する方法では、時間の経過にともなう温度変化が画素毎に一律でない場合、画素毎に固定パターンノイズの変化が異なるため、補正できずに画像に縦スジが発生することがある。

（変換処理部５２ａの第３変形例：変換処理部５２ｄ）
次に、フォトダイオードの暗電流のばらつきに起因する固定パターンノイズを補正可能にする変換処理部５２ａの第３変形例について説明する。図１１は、変換処理部５２ａの第３変形例（変換処理部５２ｄ）の概要を示すブロック図である。図１１に示すように、変換処理部５２ｄは、３つの画素を含むｎ個のカラム毎にＡＰＧＡ５２４、ＡＤＣ５２５及び黒補正部５２７が設けられている。また、変換処理部５２ｄは、黒補正の基準信号レベルとして、主走査方向の画像の１ラインを読取る期間中の消灯期間の信号レベルを用いるように構成されている。

図１２は、黒補正部５２７の構成例を示す図である。図１２に示すように、黒補正部５２７は、ＲＧＢそれぞれの信号に対し、光信号レベル保持部５３０、黒レベル保持部５３２及び減算部５３４を有する。つまり、黒補正部５２７は、光信号レベルと黒レベルとの差分を色毎にとることにより、黒レベル補正後の信号を色毎に出力する。

図１３は、図１１に示した変換処理部５２ｄを備えたＣＭＯＳイメージセンサ１０９を有する画像読取装置１００が黒レベルの補正を行う場合の動作を示すタイミングチャートである。この場合にも、ＣＭＯＳイメージセンサ１０９は、上述したようにタイミング発生器５０が出力する各タイミング信号に応じて動作する。

点灯回路４０（図３）は、光源１０２に対し、原稿の読取時に点灯と消灯とを順次に切り替えさせる。例えば、点灯回路４０は、主走査方向１ラインの読取り期間において、点灯時間Ｔｏｎと消灯時間Ｔｏｆｆとを同一の時間にする。

消灯期間には、制御部４２は、まず色毎に順番に変換処理部５２ｄのＰＤの光信号レベルをリセットする。そして、一定時間経過後、変換処理部５２ｄは、消灯期間に蓄積した光信号レベルを黒レベル保持部５３２（図１２）へ転送する。

点灯期間には、制御部４２は、まず色毎に順番に変換処理部５２ｄのＰＤの光信号レベルをリセットする。そして、一定時間経過後、変換処理部５２ｄは、点灯期間に蓄積した光信号レベルを光信号レベル保持部５３０へ転送する。

そして、変換処理部５２ｄは、色毎に減算部５３４による演算によって黒補正を行い、補正後の信号を順次に出力する。各色の信号は、Ｉ／Ｆ部５４によって画像信号として後段の画像処理部へ転送される。

このように、変換処理部５２ｄを備えたＣＭＯＳイメージセンサ１０９を有する画像読取装置１００は、ＦＤ、画素トランジスタ、ＡＰＧＡ５２４、ＡＤＣ５２５及びＰＤの暗電流のばらつきが原因である固定パターンノイズを差し引くことにより、補正した原稿読取レベルを得ることができる。また、画像読取装置１００は、画像を１ライン分読取る毎に、黒補正を行うので、時間の経過とともに温度変化が生じても、読取画像の画質低下を防止することができる。また、画像読取装置１００は、信号の転送を色毎に同一のタイミングで実施するため、電源やＧＮＤを介して他の色に影響を与えるクロストークによる色付き（偽色）や色むらの発生を防止することができる。

（変換処理部５２ａの第４変形例：変換処理部５２ｅ）
次に、変換処理部５２ａの第４変形例について説明する。図１４は、変換処理部５２ａの第４変形例（変換処理部５２ｅ）の概要を示すブロック図である。図１４に示すように、変換処理部５２ｅは、図１１に示した変換処理部５２ｄに対して、デジタルプログラマブルゲインアンプ（ＤＰＧＡ）５２８と、２個の黒補正を行う第１黒補正部５２９ａ及び第２黒補正部５２９ｂが各色の画素数と同数のカラム毎に設けられている点が異なる。

ＤＰＧＡ５２８は、ＡＤＣ５２５がＡ／Ｄ変換したデジタル信号を任意のゲインでデジタル増幅する。第１黒補正部５２９ａは、図６に示した黒補正部５２２と同一の構成である。第１黒補正部５２９ａは、ＦＤ、画素トランジスタ及びＡＤＣ５２５のばらつきが原因である固定パターンノイズを補正するために用いられる。第２黒補正部５２９ｂは、図１２に示した黒補正部５２７と同一の構成である。第２黒補正部５２９ｂは、ＰＤの暗電流ばらつきが原因である固定パターンノイズを補正するために用いられる。

図１５は、変換処理部５２ｅを備えたＣＭＯＳイメージセンサ１０９を有する画像読取装置１００が行う黒レベルの補正を模式的に示す図である。変換処理部５２ｅは、点灯期間及び消灯期間においてそれぞれ光信号レベルと黒レベルを取得する。

変換処理部５２ｅが点灯期間に取得する光信号レベルには、原稿からの反射光に応じた読取レベルと、ＦＤ、画素トランジスタ、ＡＰＧＡ５２４及びＰＤによる固定パターンノイズを含んでいる。また、変換処理部５２ｅが点灯期間で取得する黒レベルは、ＦＤ、画素トランジスタ及びＡＰＧＡ５２４による固定パターンノイズである。

また、変換処理部５２ｅが消灯期間に取得する光信号レベルには、ＦＤ、画素トランジスタ、ＡＰＧＡ５２４及びＰＤによる固定パターンノイズを含んでいる。ここで、ＰＤの暗電流による固定パターンノイズは、消灯期間が短いため、点灯期間よりも小さいレベルとなっている。変換処理部５２ｅが消灯期間に取得する黒レベルは、ＦＤ、画素トランジスタ、ＡＰＧＡ５２４による固定パターンノイズである。

ここで、ＤＰＧＡ５２８は、点灯期間と消灯期間のＰＤの暗電流による固定パターンノイズを同一にするために、点灯期間と消灯期間でゲインを変更する。例えば、ＤＰＧＡ５２８は、点灯期間のゲインを１倍としておき、消灯期間のゲインを点灯時間Ｔｏｎと消灯時間Ｔｏｆｆの比率に応じたゲインとすることにより、ＰＤの暗電流による固定パターンノイズを一致させる。

そして、第１黒補正部５２９ａは、点灯期間と消灯期間のそれぞれで光信号レベルと黒レベルの差分をとることにより、ＦＤ、画素トランジスタ及びＡＰＧＡ５２４による固定パターンノイズを補正する。また、第２黒補正部５２９ｂは、点灯期間と消灯期間の信号の差分をとることにより、ＰＤの暗電流による固定パターンノイズを補正する。このように、変換処理部５２ｅを備えたＣＭＯＳイメージセンサ１０９を有する画像読取装置１００は、変換処理部５２ｄを備えたＣＭＯＳイメージセンサ１０９に比べて、消灯時間Ｔｏｆｆの比率を減少させることを可能にする。

なお、第２黒補正部５２９ｂにおいては、暗電流ノイズが一致するようにＤＰＧＡ５２８のゲインを設定する必要がある。ＤＰＧＡ５２８のゲインに対しては、駆動条件により設定を算出する方法と、調整によって設定を算出する方法がある。駆動条件によってＤＰＧＡ５２８のゲインの設定を算出する場合、例えば光源１０２の点灯時間と消灯時間の比に基づいて設定を算出する。暗電流ノイズは蓄積時間に比例するため、ＤＰＧＡ５２８のゲインを消灯期間に対する点灯時間の比とすることにより、補正後レベルａと補正後レベルｂの暗電流ノイズを一致させることができ、補正後レベルｃが算出可能となる。ここで、ＤＰＧＡ５２８のゲインは、下式１によって算出される。

ＤＰＧＡ５２８のゲイン＝点灯期間／消灯期間 ・・・（１）

（ＣＭＯＳイメージセンサ１０９の変形例）
次に、ＣＭＯＳイメージセンサ１０９の変形例について説明する。図１６は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０９の変形例（ＣＭＯＳイメージセンサ１０９ａ）の概要を示すブロック図である。ＣＭＯＳイメージセンサ１０９ａは、図３に示したＣＭＯＳイメージセンサ１０９が有する機能に加えて、変換処理部５２ｅにおけるゲインを調整する調整部５６を有する。また、Ｉ／Ｆ部５５は、Ｉ／Ｆ部５４が有する機能に加えて、変換処理部５２ｅから受入れた信号を調整部５６に対して出力する。

調整部５６は、Ｉ／Ｆ部５５を介して受入れた信号に応じて、各ＡＰＧＡ５２４及び各ＤＰＧＡ５２８に対するゲインの設定を調整する。

図１７は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０９ａを有する画像読取装置１００がゲインの調整を行う動作を示すフローチャートである。ＣＭＯＳイメージセンサ１０９ａを有する画像読取装置１００は、点灯期間のＤＰＧＡ５２８のゲインを固定とし、消灯期間のＤＰＧＡ５２８のゲインを調整する。

ステップ１００（Ｓ１００）において、制御部４２は、点灯ＯＮ信号をネゲートすることにより、光源１０２を消灯させる。

ステップ１０２（Ｓ１０２）において、調整部５６は、消灯期間のＤＰＧＡ５２８のゲインを設定（変更）する。なお、ＤＰＧＡ５２８のゲインの設定値の１回目は、初期値とする。

ステップ１０４（Ｓ１０４）において、調整部５６は、ＤＰＧＡ５２８のゲインの設定値と、ゲインの設定値に対応する補正後レベルを取得し保持する。ここでは、光源１０２が消灯しているため、第２黒補正部５２９ｂに入力される光信号レベルと黒レベルはどちらも暗電流ノイズとなっている。よって、正しくゲインが設定されている場合、補正後レベルは０に近い値となる。

ステップ１０６（Ｓ１０６）において、調整部５６は、補正後レベルの絶対値が所定の閾値以下であるか否かを判定する。調整部５６は、補正後レベルの絶対値が所定の閾値以下であると判定した場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）には、処理を終了する。また、調整部５６は、補正後レベルの絶対値が所定の閾値以下でないと判定した場合（Ｓ１０６：Ｎｏ）には、Ｓ１０８の処理に進む。

ステップ１０８（Ｓ１０８）において、調整部５６は、すべての設定可能なゲインを試行したか否かを判定する。調整部５６は、すべての設定可能なゲインを試行していないと判定した場合（Ｓ１０８：Ｎｏ）には、Ｓ１０２の処理に進む。また、調整部５６は、すべての設定可能なゲインを試行したと判定した場合（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）には、Ｓ１１０の処理に進む。

ステップ１１０（Ｓ１１０）において、調整部５６は、補正後レベルの絶対値が最小となるゲインに設定し、調整を終了する。

なお、ＣＭＯＳイメージセンサ１０９ａを有する画像読取装置１００は、図１７に示した動作を電源ＯＮ時に行うことにより、ＣＭＯＳイメージセンサ１０９ａなどの状態に応じたゲインを設定することができる。

（第２黒補正部５２９ｂの変形例）
次に、第２黒補正部５２９ｂの変形例について説明する。図１８は、第２黒補正部５２９ｂの変形例（第２黒補正部５２９ｃ）の概要を示すブロック図である。図１８に示すように、第２黒補正部５２９ｃは、図１２に示した黒補正部５２７（第２黒補正部５２９ｂ）に対して、色毎に減算部５３５、減衰器５３６及び加算部５３７がさらに設けられている点が異なる。

減算部５３５は、黒レベル保持部５３２が現在保持している値と、入力される新たな値との差分をとり、減衰器５３６に対して出力する。減衰器５３６は、減算部５３５から入力された値を減衰させ、加算部５３７に対して出力する。なお、減衰器５３６の減衰率は、温度変化による暗電流ノイズの変動に追従できるような値とする。加算部５３７は、黒レベル保持部５３２が現在保持している値と、減衰器５３６が減衰させた値とを加算し、黒レベル保持部５３２に対して出力する。このように、第２黒補正部５２９ｃは、黒レベル保持部５３２が保持する値を更新することにより、図１５に示した補正後レベルｂの更新値を平滑化する。

つまり、第２黒補正部５２９ｃは、黒レベルを取得するための光源１０２の消灯時間が短いことによって暗電流ノイズが小さい場合にも、ランダムノイズや突発的なノイズの影響を受けにくくすることを可能にする。

４０ 点灯回路
４２ 制御部
５０ タイミング発生器
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅ 変換処理部
５４、５５ Ｉ／Ｆ部
５６ 調整部
１００ 画像読取装置
１０２ 光源
１０９、１０９ａ ＣＭＯＳイメージセンサ
２００ 自動原稿給送装置（ＡＤＦ）
３００ 画像形成装置
５２０ 転送部
５２２、５２３、５２６、５２７ 黒補正部
５２４ ＡＰＧＡ
５２５ ＡＤＣ
５２８ ＤＰＧＡ
５２９ａ 第１黒補正部
５２９ｂ、５２９ｃ 第２黒補正部
５３０ 光信号レベル保持部
５３２ 黒レベル保持部
５３４、５３５ 減算部
５３６ 減衰器
５３７ 加算部

特開平１０−１２６６９７号公報

Claims (10)

1. 受光する色毎に一方向に配列され、読取対象からの反射光を前記色毎に光電変換する複数の光電変換素子と、
   前記複数の光電変換素子において前記読取対象における略同一位置からの反射光に対応する前記各色の前記光電変換素子を各色１画素以上ずつ有する画素群と、
   前記画素群ごとに備え、前記画素群ごとに、前記複数の光電変換素子が反射光を光電変換した出力結果から、前記反射光を光電変換した出力結果と同一の画素からの出力結果である、点灯期間における光に依存しない出力結果と消灯期間における暗電流を示す出力結果とを差し引くことにより、前記読取対象の光信号レベルに含まれる黒レベルを補正する黒補正部と、
   を有することを特徴とする撮像素子。
2. 前記画素群毎に複数の前記光電変換素子が光電変換した出力結果、前記点灯期間における光に依存しない出力結果、及び前記消灯期間における暗電流を示す出力結果をデジタル化するＡＤ変換部をさらに有し、
   前記黒補正部は、
   前記ＡＤ変換部がデジタル化した出力結果を用いて前記黒レベルを補正すること
   を特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
3. 前記画素群毎に複数の前記光電変換素子が光電変換した出力結果、前記点灯期間における光に依存しない出力結果、及び前記消灯期間における暗電流を示す出力結果を設定に応じて増幅し、増幅した出力結果を前記ＡＤ変換部に対して出力する増幅部をさらに有すること
   を特徴とする請求項２に記載の撮像素子。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像素子と、
   読取対象となる原稿に対して光を照射する光源と、
   前記撮像素子が原稿の主走査方向の１ラインから反射光を受光する毎に、前記黒補正部が前記原稿の前記１ラインについての黒レベルを補正するよう制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、
   前記撮像素子が原稿の主走査方向の１ラインから反射光を受光する周期内に、前記光源に点灯と消灯とを順次に行わせる
   ことを特徴とする画像読取装置。
5. 前記撮像素子は、ＣＭＯＳセンサであること
   を特徴とする請求項４に記載の画像読取装置。
6. 前記光源の点灯時間と消灯時間の比に応じて、前記光源が消灯している時間における前記光電変換素子の黒レベルを調整する調整部をさらに有し、
   前記黒補正部は、
   前記画素群ごとに、前記消灯時間における前記暗電流を示す出力結果として前記調整部が調整した出力結果を差し引くことにより、前記読取対象の光信号レベルに含まれる黒レベルを補正すること
   を特徴とする請求項４又は５に記載の画像読取装置。
7. 前記調整部は、電源投入時に調整を行うこと
   を特徴とする請求項６に記載の画像読取装置。
8. 前記黒補正部は、
   前記光電変換素子の黒レベルを平滑化させて、前記光電変換素子が反射光を光電変換した出力結果から差し引くこと
   を特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の画像読取装置。
9. 請求項４乃至８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。
10. 受光する色毎に一方向に配列された複数の光電変換素子により、読取対象からの反射光を順次に光電変換する工程と、
    前記複数の光電変換素子において前記読取対象における略同一位置からの反射光に対応する前記各色の前記光電変換素子を各色１画素以上ずつ有する画素群毎に、前記複数の光電変換素子が反射光を光電変換した出力結果から、前記反射光を光電変換した出力結果と同一の画素からの出力結果である、点灯期間における光に依存しない出力結果と消灯期間における暗電流を示す出力結果とを差し引くことにより、前記読取対象の光信号レベルに含まれる黒レベルを補正する工程と、
    を含む画像読取方法。

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