JP3572064B2 - 画像読み取り装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イメージスキャナ、ファクシミリ装置などにおいて原稿画像を読み取る画像読み取り装置及びその制御方法に関し、特に、ＬＥＤ（発光ダイオード）アレイからなる線状光源で原稿を照射し、その線状イメージをＣＣＤ（電荷結合素子）１次元イメージセンサーで撮像する構成の原稿読み取り装置に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スキャナ、ファクシミリなどに使われている一般的な画像読み取り装置として、図１４に示すような縮小光学系を用いる装置が知られている。
この装置は、原稿５６を照射する長手方向に伸びた光源５５、装置全体を小型化するために光路を折り曲げるミラー５４、原稿情報光を結像させるレンズ５２、白出力波形のレンズｃｏｓ４乗則を補正する白基準補正板（シェーディング板）５３、光情報を電気信号に変換するラインＣＣＤ撮像素子（以下ＣＣＤ）５１から構成されている。さらにＣＣＤ１から出力される電圧波形を画像処理系に受け渡す前にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ等のＩＣ（図示せず）が設けられている。この後に続くシェーディンク補正回路では、ライン方向に光源が均一に照射されないためと、ラインＣＣＤの各々の画素感度が異なるため、予め白基準と称する各画素間の白でのバラツキを参照して、原稿読みとり時のラインＣＣＤ出力の画素間のバラツキを補正する。
このような画像読み取り装置においては、装置を低コストにするために、光源についても、安価なＸｅランプやＬＥＤなどが使用されることが多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、光源としてのＸｅランプやＬＥＤ等は絶対的な光量が少ないため、安定した画像情報を得るためにはＣＣＤ１による読み取りの蓄積時間を長くしたり、受光系の感度を上げることが必要になるという問題があった。現状ではＣＣＤデバイスの高速駆動化の開発が進められてはいるものの、原稿の光情報を光電変換するためのＣＣＤの受光部の感度特性には限界があり、安定したＳ／Ｎ比を得るためには充分な光量で原稿を照射する必要があった。このためＬＥＤ等の駆動電流を上げて光量を増やそうとすると、ＬＥＤ自体の発熱により、光の波長の変化や順方向電圧の変化により電流の変化が生じ、安定した光量を得ることができないという欠点があった。
【０００４】
また、このとき蓄積時間によってＬＥＤ等の駆動電流を可変にすると、蓄積時間によってＬＥＤ等の自己発熱による蓄熱特性が異なるため、ＣＣＤセンサーの出力が変化してしまうという欠点があった。
【０００５】
また、ノート・パソコンに入っているプリンタに印字ヘッドやインクタンク・ユニットを着脱可能に装着することが可能な形態を取る必要があり、外形の小型化という制約からスキャナ回路も簡素化しなければならないという問題点もあった。
さらに、２次電池による駆動が可能なノート・パソコンなどでは、消費電力についても可能な限り減らしたいという問題があった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、読取動作時の光源への供給電流の制御により、原稿読み取りに充分な光量を得つつ、安定した画像情報を得ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像読み取り装置は、光源を搭載するとともに往復移動可能とされたキャリッジと、上記キャリッジの往路方向への移動の際に上記光源に電流を流し復路方向への移動の際に上記光源に電流を流さない第１のモードと、上記キャリッジの往路方向への移動及び復路方向への移動いずれの際にも上記光源に電流を流す第２のモードとを選択して、上記キャリッジの往復移動における上記光源に流す平均電流が一定となるように制御する制御手段とを備えた点に特徴を有する。
【０００９】
【作用】
本発明によれば、蓄積時間を変えて解像度を変える場合に光源の蓄熱変化による光量、波長の不安定領域と光電変換出力レンジを一定に保ち、光源の蓄熱の安定化をはかることができる。
【００１０】
また、他の発明によれば、制御手段は、設定手段により高い解像度が設定されると、蓄積時間を短くなるように制御し、低い解像度が設定されれば蓄積時間が長くなるように制御する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による画像読み取り装置をノートパソコンで用いる場合のシステムの実施の形態を示す。
図１において、１００はノートパソコン、２００はノートパソコン１００に内蔵されたプリンタユニット、１０は画像読み取り装置としてのスキャナユニット、３０は印字ヘッド（ＢＪヘッド）である。スキャナユニット１０と印字ヘッド３０とは選択的にプリンタユニット２００に接続される。
【００１２】
スキャナユニット１０には、ＣＣＤ１３、その出力を増幅するアンプ１４、原稿を照明する光源を含む光学系１５、クロック発生回路１６、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、光源１７の制御等を含む処理を行う制御処理部１７等が設けられている。
【００１３】
スキャナユニット１０内では上述のＣＣＤ出力がアンプ１４を経てＡ／Ｄとシェーディング補正回路・エッジ強調・２値化等を含む画像処理系からなる制御処理部１７に入力され、制御処理部１７からは画像処理後の画像データをクロック同期式のシリアル転送でヘッドフレキを経てプリンタユニット２００に接続される。また同時にプリンタユニット２００からは後述する図９に示すＳ１及びＳ２の切り替えによる光源電流変更及び制御処理部１７での画像処理設定・出力タイミング等を同様にコントロール可能となっている。
【００１４】
図２はスキャナユニット１０の外観図である。同図において、キャリッジに設置されたときの位置決めを行う位置決め穴１Ｂと位置決め溝１Ｃとが設けられている。読み取り方向の姿勢を決めるのが基準壁１であり、キャリッジ側の基準壁（不図示）に片寄せされることによりその搭載位置を決定する。２０Ａは、プリンタユニットに装着時に電気的接触をはかるための内部Ｉ／Ｆであるところのコネクタ部である。
【００１５】
図３は光学系１５の構成を示す。
同図において、光源であるところの複数個のＬＥＤ（λ＝５７０ｎｍ）３が読み取り幅方向よりも長く配列されている。このＬＥＤ３に近傍して集光手段である円筒形状のロッド・レンズ６がＬＥＤ３の並び方向と平行に設置されている。ＬＥＤ３の照射中心はロッド・レンズ６のレンズ作用面の中心を通過し、原稿面を斜めに照射する構成となっている。
【００１６】
原稿からの反射光は、光源中心が原稿と略直角方向に設けられた第１の結像系レンズであるフィールド・レンズ７を通過した後、読み取り幅方向と平行に設けられたミラー５により光軸の進行方向が９０゜折り曲げられて原稿と略平行な光線とされる。１１はアパーチャであり、フィールド・レンズ７の結像面はこの位置とされる。アパーチャ１１の後方には第２の結像系レンズであるところの結像レンズ（不図示）が設けられている。
結像レンズの結像位置は光電変換素子１３（ＣＣＤ）の位置である。なお、結像系レンズの配置は、縮小比０．４５１５８に設置されている。
【００１７】
ラインＣＣＤセンサ１３は、１２８画素で構成され、キャリア駆動方向（主走査方向）と垂直方向に光学的に並んでいる構造となっている。従って、光学的にキャリアと垂直方向に並んだ画素群は垂直方向（副走査方向）に光学的に３６０ｄｐｉの画素解像度を得るように配置されている。キャリアの移動速度とキャリア移動方向解像度との関係により蓄積時間が可変となるが、キャリアの移動速度と蓄積時間とを独立してコントロール可能となっている。すなわち、キャリア・モータ駆動速度が６５１ｐｐｓの場合には、蓄積時間を２５６μｓｅｃの設定でキャリア移動方向解像度３６０ｄｐｉとなり、同じキャリア速度で、蓄積時間を５１２μｓｅｃと設定するとキャリア移動方向解像度は１８０ｄｐｉとなる。
【００１８】
図１のプリンタユニット２００において、プリンタ用ＣＰＵとコントローラにより、３つのモータ（キャリッジ用、ラインフィード用、オートシートフィード用）制御、４つのセンサ（ホーム・ポジション検出、ＡＳＦポジション検出、給紙検出、排紙検出）、スキャナユニット、印字ヘッドの駆動制御を行っている。スキャナユニット１０及び印字ヘッド３０は、いずれか一方のユニットがプリンタユニット２００に着脱可能な構成となっている。またコントロールＧＡにより各種信号が切り替え可能となっている。プリンタ用ＣＰＵはプリンタ及びスキャナ制御を接続ユニットにより切り替えて制御している。具体的には１ライン分のスキャン情報を各種モーターを駆動させスキャンしつつＲＡＭ内に格納し、スキャン後に展開処理を行いつつ接続されるインターフェースを介してノートＰＣ１００本体へ転送する。ＰＣ本体においてはこれらの１ラインデータをさらに全領域分つなぎ合わせて所望の画像処理をさらに実施したのち、ファイル化される。スキャナユニット又は印字ヘッドとその接合部は、プリンタユニットのキャリッジ部分にコンタクト電極が設けられ、各ユニットを装着時に圧力により接続している。その際、搭載ユニットの判別方法としては、キャリッジ・コンタクト部に２ビットのヘッドＩＤを持っていて、装着後ヘッドＩＤを読み込み、スキャナユニット１０と印字ヘッド３０との判別を行い、制御ビンの内容を対応させる。
【００１９】
次に図４を用いてプリンタユニットへの取り付け状態について説明する。
スキャナユニット１０は、プリンタに用いられる印字ヘッド３０と同形状であり、図示のようにカートリッジ化されている。４０はキャリッジであり、スキャナユニット１０のコネクタ部を介して本体より読み取り信号送受信する接点部が有る。ＣＣＤ１３からの読み取り信号は、接点部及びフレキシブル・ケーブル４４を介してプリンタ・ユニット２００のＣＰＵで処理される。
キャリッジ４０は、フレームの側板部４５Ａ、４５Ｂの間にスライド軸とスライド板４７に沿って往復運動をすることで読み取りが行われる。４８は駆動モータで、ベルトを介してキャリッジ４０を移動させる。
【００２０】
図５はノート・パソコン１００の外観図である。液晶表示装置１０１は、ＴＦＴで１１．８インチカラー表示であり、開閉が可能になっている。キーボード１０２は、液晶表示装置１０１が開かれたときに操作可能となる。尚、図示されていないが、プリンタユニットは本体の後方部に収納されている。
【００２１】
図６はノート・パソコン１００のブロック図である。駆動源として、ＡＣアダプタ（定格電圧２０［Ｖ］、５４［Ｗ］）とニッケル水素２次電池（定格電圧１２［Ｖ］、２７００［ｍＡ／ｈ］）とが設けられている。内蔵している機能としては、フレキシブル・ディスク・コントローラ（ＦＤＣ）、ハード・ディスク・コントローラ（ＨＤＣ）、キーボード・コントローラ（ＫＢＣ）、ＶＧＡコントローラ（ＶＧＡＣ）などの周辺器機用コントローラが有る。更に、内蔵のプリンタユニットが内部バスにより接続されている。
【００２２】
次に光源であるＬＥＤ３の電気的特性について図７と図８を用いて説明する。図７は周囲温度（Ｔａ）と相対発光強度（Ｉｖ）の関係図である。周囲温度が上がるとＬＥＤの発光強度が下がっていることがわかる。
図８は周囲温度（Ｔａ）と順方向電圧の関係図である。周囲温度が上がるとＬＥＤの順方向電圧が低下していることがわかる。
【００２３】
ＬＥＤ駆動回路を図９に示す。小形形状に収めるために回路は簡素化が必要であり、定電圧駆動方式を採用している。光源のＬＥＤとしてＬＥＤ１〜ＬＥＤ７の７個を直列に配置し、各ＬＥＤ電流切り換えが２段階可能となっている。これはトランジスタ０２、０３を信号Ｓ１、Ｓ２により切り換え制御することで行われる。Ｓ１が”Ｈｉｇｈ”、Ｓ２が”Ｌｏｗ”で強電流（約２０［ｍＡ］）、Ｓ１が”Ｌｏｗ”、Ｓ２が”Ｈｉｇｈ”で弱電流（約１０［ｍＡ］）が流れる。
【００２４】
ここで一般に行われる制御について説明すると、本実施の形態によるスキャナユニット１０を用いてキャリア速度６５１ｐｐでプリンタユニット２００から給紙した白基準シートを蓄積時間２５６［μｓｅｃ］にて、ＬＥＤの強電流状態（Ｓ１”Ｈｉｇｈ”、Ｓ２”Ｌｏｗ”２０［ｍＡ］として読み続けたＣＣＤの出力データを図１０のＢに示す。また、蓄積時間を５１２［μｓｅｃ］にてＬＥＤの強電流状態（Ｓ１”Ｈｉｇｈ”、Ｓ２”Ｌｏｗ”２０［ｍＡ］として読み続けたＣＣＤの出力データを図１０のＡに示す。横軸は時間（単位：秒）で光源のＬＥＤが点灯してからの時間を示す。縦軸はスキャナからのＣＣＤ出力を２５６段階で表現したときのＡ／Ｄコンバータに取り込んだ数値と同条件でＬＥＤ非点灯にて取り込んだ数値との差分であり、実際入力に対して線形な出力を表している。本実施の形態のスキャナユニットは、読み取り幅１２８画素構成になっているが、データに載せているのは、代表値として、６３〜６６番目の中心部画素のものである。
【００２５】
次に、本発明による制御を図１１及び図１２を用いて説明する。
まず、ノートパソコン１００（以下、ＰＣ）より読み取り開始のコマンドを受け付けると、ＬＥＤに読み取りにおける平均電流（ここではＳ１”Ｌｏｗ”、Ｓ２”Ｈｉｇｈ”の１０ｍＡと同一のため弱電流状態）を流して事前にＬＥＤが安定するように点灯させる保熱モードとして、これが一定時間経た後、読み取りモードのキャリア移動方向解像度が１８０ｄｐｉか３６０ｄｐｉかによって処理を分岐する。
【００２６】
３６０ｄｐｉが選択されると、読み取り領域終了かどうかの判別後、読み取り領域終了でなければ、スキャナユニットのレジスタへ蓄積時間２５６［μｓｅｃ］・強電流状態（Ｓ１”Ｈｉｇｈ”、Ｓ２”Ｌｏｗ”２０［ｍＡ］）を設定し、キャリアを右方向に移動しつつＣＣＤの構成で１２８ｄｏｔ×１ライン分（３６０ｄｐｉ）のデータを読み取りバッファに格納する。片方向スキャンのため戻り時にスキャナユニットのレジスタへ蓄積時間２５６［μｓｅｃ］・電流オフ状態（Ｓ１”Ｌｏｗ”、Ｓ２”Ｌｏｗ”０［ｍＡ］）を設定した後、上記一時格納された読み取りバッファから読み出しながら、上記１ライン分のデータをＰＣに転送する。最後に１ライン分のラインフィードを実施して、上記読み取り領域終了かどうか判別に戻り、終了していなければ上記動作を読み取り領域終了まで繰り返す。読み取り領域終了ならば上記保熱モードに移行し、解像度３６０ｄｐｉの場合の読み取り範囲における読み取り動作を終了する。
【００２７】
１８０ｄｐｉの場合には、読み取り終了かどうかの判別の後、読み取り領域終了でなければ、スキャナユニットのレジスタへ蓄積時間５１２［μｓｅｃ］・弱電流状態（Ｓ１”Ｌｏｗ”、Ｓ２”Ｈｉｇｈ”１０［ｍＡ］）を設定し、キャリアを右方向に移動しつつＣＣＤの構成で１２８ｄｏｔ×１ライン分（１８０ｄｐｉ）のデータを読み取りバッファに格納する。片方向スキャンのため戻り時にスキャナユニットのレジスタへ弱電流状態（Ｓ１”Ｌｏｗ”、Ｓ２”Ｈｉｇｈ”１０［ｍＡ］）を再設定した後、上記一時格納された読み取りバッファから取り出して縦方向（ラインＣＣＤのならび方向）の解像度を３６０ｄｐｉから１８０ｄｐｉへ変換しながら、上記１ライン分のデータをＰＣに転送する。最後に１ライン分のラインフィードを実施して上記読み取り領域終了かどうかの判別に戻り、終了していなければ上記動作を読み取り領域終了まで繰り返す。読み取り領域終了ならば上記保熱モードに移行し、解像度１８０ｄｐｉの場合の読み取り範囲における読み取り動作を終了する。
【００２８】
次に上記制御について説明する。
（１）光源発熱安定化について
３６０ｄｐｉ（蓄積時間２５６［μｓｅｃ］の場合には、ＬＥＤ電流はキャリア移動においてスキャン時には２０［ｍＡ］、戻りは０［ｍＡ］となり、ここではキャリア速度が一定なので、キャリアの往復での一周期における平均電流は１０［ｍＡ］となる。また、キャリアの戻り方向で読みとった１ライン分のバッファのデータをＰＣに転送するので、転送のオーバーヘッドが無く待ち時間無しに引き続いて次のスキャンが可能である。このため結果的に読み取り範囲における読み取り動作中の平均電流も１０［ｍＡ］となる。次に、１８０ｄｐｉ（蓄積時間５１２［μｓｅｃ］）の場合には、キャリアの移動方向に関係無くＬＥＤ電流は常に１０［ｍＡ］で、結果的に読み取り範囲における読み取り動作中の平均電流も１０［ｍＡ］となる。さらに、待機中も双方の平均電流に等しい電流をＬＥＤに流すことで、蓄積時間に関係無くＬＥＤへの平均電流を一定とし、読み取り動作時のＬＥＤの蓄積による変化を最小限に押さえることができる。
【００２９】
（２）ＣＣＤの出力について
３６０ｄｐｉは蓄積時間２５６［μｓｅｃ］・スキャン時のＬＥＤ電流２０［ｍＡ］で、このとき図１３におけるＡＡで示すように出力されるとすると、１８０ｄｐｉでは蓄積時間５１２［μｓｅｃ］・スキャン時のＬＥＤ電流１０［ｍＡ］であるため、蓄積時間によりＣＣＤ出力は線形なため３６０ｄｐｉに比べて１８０ｄｐｉでは倍の出力となるが、ＬＥＤ電流と明るさ及びＣＣＤ出力も線形なため、３６０ｄｐｉに比べて１８０ｄｐｉでは１／２出力となる。このため結果的にＣＣＤ出力としては相殺されて図１３におけるＢＢとなる。すなわち、ＡＡとＢＢとは基本的に同じレベルで、蓄積時間によらずＣＣＤ出力が一定となり、さらに解像度によらず後段のＡ／Ｄ変換器及びシェーディング補正回路に安定した出力を供給可能となる。
【００３０】
本実施の形態では分かりやすくするために、ＬＥＤ電流を２段階切り替えとしたが、多段階でのＬＥＤ電流を選択可能としても当然差し支えない。さらに、キャリアのスキャン時の駆動速度と戻り時の駆動速度とを同一としたが、前述の多段階でのＬＥＤ電流の選択があれば実現可能であることは自明である。また、本実施の形態では保持における電流制御は一定電流としたが、相当するデューティ間欠制御であっても差し支えないことも自明である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、読取動作時の光源の蓄熱による変化を最小限に抑えることができる。したがって、光源の蓄熱の安定化をはかり、原稿読み取りに充分な光量を得つつ、安定した画像情報を得ることができる。特に、例えばノート・パソコンの内部に装着する場合などのように、寸法的制約による簡素化された回路条件及び消費電力を抑えるという条件のなかで効果がある。
【００３２】
また、電荷の蓄積時間と光源に流す電流との積が所定値となるように制御することにより、蓄積時間によらず光電変換手段の出力が一定となり、さらに解像度によらず後段に設けた回路に安定した出力を供給可能となり、安定した画像を読み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したシステムの実施の形態を示すブロック図である。
【図２】本発明によるスキャナユニットの実施の形態を示す外観図である。
【図３】スキャナユニットの光学系部品配置を示す斜視図である。
【図４】スキャナユニットと印字ヘッドのプリンタへの脱着状態を示す斜視図である。
【図５】ノートパソコンの外観図である。
【図６】ノートパソコンのブロック図である。
【図７】ＬＥＤの相対発光強度−温度特性図である。
【図８】ＬＥＤの電圧−温度特性図である。
【図９】ＬＥＤ駆動回路の回路図である。
【図１０】ＬＥＤ連続点灯時におけるＣＣＤ出力特性図である。
【図１１】制御動作を示すフローチャートである。
【図１２】制御動作を示すフローチャートである。
【図１３】本発明によるＬＥＤ制御におけるＣＣＤ出力特性図である。
【図１４】従来の画像読み取り装置の原理的な構成図である。
【符号の説明】
１０ スキャナユニット
１３ ラインＣＣＤ撮像素子
１５ 光学系
１７ 制御処理部
１ 基準壁
１Ｂ 位置決め穴
１Ｃ 位置決め溝
２０Ａ コネクタ部
３ ＬＥＤ
５ ミラー
６ ロッドレンズ
７ フィードレンズ
４０ キャリッジ
１００ ノートパソコン
２００ プリンタユニット

Claims (8)

1. 光源を搭載するとともに往復移動可能とされたキャリッジと、
   上記キャリッジの往路方向への移動の際に上記光源に電流を流し復路方向への移動の際に上記光源に電流を流さない第１のモードと、上記キャリッジの往路方向への移動及び復路方向への移動いずれの際にも上記光源に電流を流す第２のモードとを選択して、上記キャリッジの往復移動における上記光源に流す平均電流が一定となるように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする画像読み取り装置。
2. 上記制御手段は読み取り開始コマンドを受け付けると上記平均電流を上記光源に事前に流す制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像読み取り装置。
3. 上記制御手段は上記第２のモードにおける上記キャリッジの復路方向への移動の際に連続して電流を上記光源に流す制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像読み取り装置。
4. 上記光源は電流が流れることにより点灯することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の画像読み取り装置。
5. 光源を搭載するとともに往復移動可能とされたキャリッジの往路方向への移動の際に上記光源に電流を流し復路方向への移動の際に上記光源に電流を流さない第１のモードと、上記キャリッジの往路方向への移動及び復路方向への移動いずれの際にも上記光源に電流を流す第２のモードとを選択して、上記キャリッジの往復移動における上記光源に流す平均電流が一定となるように制御することを特徴とする画像読み取り装置の制御方法。
6. 読み取り開始コマンドを受け付けると上記平均電流を上記光源に事前に流す制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の画像読み取り装置の制御方法。
7. 上記第２のモードにおける上記キャリッジの復路方向への移動の際に連続して電流を上記光源に流す制御を行うことを特徴とする請求項５又は６に記載の画像読み取り装置の制御方法。
8. 上記光源は電流が流れることにより点灯することを特徴とする請求項５〜７の何れか１項に記載の画像読み取り装置の制御方法。

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