JP3840946B2 - 画像読取装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イメージスキャナ装置、ファクシミリ装置、デジタル複写機等の画像処理装置に用いられる画像読取装置に関し、特にＥＭＩ(electromagnetic interference；電磁妨害）の対策としてスペクトラム拡散クロックを使用する画像読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
クロック信号を周波数変調するスペクトラム拡散器を用い、高調波のピークの周波数分布を広げてピークを下げることにより、クロック信号による高調波成分を下げて、ＥＭＩ規格に適合させるための技術が知られている。そして、この技術は、原稿画像を読み取る読取センサとして、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）型固体撮像素子（以下、ＣＣＤセンサと称す）を用い、その駆動や信号処理に各種のクロック信号を必要とする画像読取装置にも用いられている（例えば、特開２００１−９４７３４号公報参照）。
【０００３】
この従来例に係る画像読取装置においては、スペクトラム拡散器を用いた場合に、ＣＣＤセンサの駆動クロックやアナログ信号処理系の処理クロックに、スペクトラム拡散器で周波数変調されて得られるスペクトラム拡散クロックによって変調をかけると、サンプリングする信号の波形形状により、読み取った画像に周期的なノイズが発生することがあることから、タイミング回路をアナログ系とデジタル系とに分け、アナログ系のタイミング回路については基準クロックを使用し、デジタル系のタイミング回路にのみスペクトラム拡散クロックを使用するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、読取センサとして例えばＣＣＤセンサを用いた画像読取装置では、実際は、ＣＣＤセンサの駆動クロックやアナログ信号処理系の処理クロックもＥＭＩのノイズ源となっていることから、ＥＭＩをより確実に低減するには、デジタル系のタイミング回路だけでなく、ＣＣＤセンサの駆動クロックやアナログ信号処理系の処理クロックにもスペクトラム拡散クロックを使用する必要性が生じてきているのが現状である。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＣＣＤセンサの駆動クロックやアナログ信号処理系の処理クロックにスペクトラム拡散クロックを使用しても、スペクトラム拡散クロックの変調周波数に依存する周期的なノイズを発生することなく、ＥＭＩの低減が可能な画像読取装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による画像読取装置は、原稿画像を読み取る光電変換手段と、この光電変換手段から出力されるアナログ画像信号のフィードスルーレベルをライン周期でクランプした上で当該アナログ画像信号の信号出力期間の信号をサンプルホールドすることによってノイズ除去処理を行うノイズ除去手段と、このノイズ除去手段を経たアナログ画像信号を処理するアナログ信号処理手段と、基準クロックを周波数変調するスペクトラム拡散手段と、このスペクトラム拡散手段から出力されるスペクトラム拡散クロックに基づいて光電変換手段の駆動クロック、ノイズ除去手段のクランプパルスおよびアナログ信号処理手段の処理クロックを発生するタイミング発生手段とを備える構成となっている。
【０００７】
上記構成の画像読取装置において、ノイズ除去手段がアナログ画像信号に対してライン周期でのノイズ除去処理であるラインクランプを行う方式を採っていることで、当該ノイズ除去手段には１ラインに１回だけクランプパルスが与えられる。これにより、１ビット（１画素）に１回クランプパルスが与えられるビットクランプの場合に比べて、ビット毎にクランプパルスのパルス幅に相当する期間を確保する必要が無い分だけ、アナログ画像信号波形におけるビット毎の信号出力期間を長く設定できるため、アナログ画像信号の信号レベル部分の平坦性を確保できる。その結果、光電変換手段の駆動クロックやアナログ信号処理系の処理クロックにスペクトラム拡散クロックを使用しても、後段のサンプルホールド処理において、スペクトラム拡散の影響でサンプル位置が微妙に変化したとしても、サンプリングの出力レベルが変化することはないので、スペクトラム拡散クロックの変調周波数に依存する周期的なノイズは発生しない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、例えばデジタル複写機に用いられた本発明に係る画像読取装置の機構部の構成を示す側面図である。なお、本発明に係る画像読取装置は、デジタル複写機への適用に限られるものではなく、イメージスキャナ装置、ファクシミリ装置等の画像処理装置全般に対して適用可能である。
【０００９】
図１から明らかなように、本適用例に係るデジタル複写機は、原稿画像を読み取る画像読取装置１と、この画像読取装置１上に開閉可能に配設され、その読取位置に対して原稿を自動的に供給する自動原稿送り装置２とを備えている。画像読取装置１は、原稿を固定する一方、読取光学系を移動させながらその原稿画像を読み取るプラテン方式と、読取光学系を固定する一方、原稿を移動させながらその原稿画像を読み取るＣＶＴ(Constant Velocity Transport)方式とで原稿画像を読み取ることが可能な構成となっている。
【００１０】
ここで、画像読取装置１の機構部の具体的な構成について説明する。画像読取装置１は、複写機本体の上面に配設されたプラテンガラス１１と、このプラテンガラス１１の一端側に設けられた読取ガラス１２と、照明ランプ１３および第一ミラー１４を搭載し、読取ガラス１２の下からプラテンガラス１１の他端まで副走査方向において移動可能に設けられた第一キャリッジ１５と、第二、第三ミラー１６，１７を搭載し、第一キャリッジ１５と連動して副走査方向において移動可能な第二キャリッジ１８と、光電変換素子である例えばＣＣＤセンサ１９と、第二キャリッジ１８からの入射光をＣＣＤセンサ１９の受光面に集光させるレンズ２０とを有する構成となっている。
【００１１】
上記構成の画像読取装置１０の読取光学系において、照明ランプ１３によって原稿面が照明されると、その照明光に基づく原稿面からの反射光は、第一ミラー１４によってプラテンガラス１１に対して平行な方向に反射され、さらに第二、第三ミラー１６，１７によってＣＣＤセンサ１９の方向に光路変更されて、レンズ２０を通過することによってＣＣＤセンサ１９の受光面に集光される。なお、プラテンガラス１１上には、その読取ガラス１２側に白色基準板２１が設けられている。また、ＣＣＤセンサ１９は、画像処理基板２２に接続されている。
【００１２】
次に、ＣＣＤセンサ１９およびその信号処理系の構成について、図２のブロック図を用いて説明する。ＣＣＤセンサ１９の信号処理系は、画像処理基板２２上に搭載されている。
【００１３】
図２において、ＣＣＤセンサ１９は、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の３本のリニアセンサ（ラインセンサ）からなる３ラインのセンサ構成となっており、各リニアセンサから出力されるアナログ画像信号に含まれるノイズ、特に各リニアセンサのフローティングディフュージョンのリセット時に生じるリセットノイズを軽減するために、ノイズ除去回路、例えばＣＤＳ(correlated double sampling;相関二重サンプリング)回路３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂを内蔵している。
【００１４】
このＣＣＤセンサ１９において、各リニアセンサは、画素からの信号電荷を奇数画素と偶数画素とに分けて２系統で読み出す構成となっている。ＲＧＢの各リニアセンサから読み出されるＯＤＤ／ＥＶＥＮの２系統のアナログ画像信号は、ＣＤＳ回路３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂでノイズ除去処理されて出力され、アナログ処理回路３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂに供給される。
【００１５】
アナログ処理回路３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂでは、アナログ画像信号の直流成分の再生を行い、低周波ノイズを除去するクランプ処理、アナログ画像信号の信号レベルをサンプルホールドするサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）処理、ＯＤＤ／ＥＶＥＮの２系統のアナログ画像信号をリニアセンサの画素配列に対応した１系統のアナログ画像信号に戻すマルチプレクス（ＭＰＸ）処理などの各種のアナログ信号処理が行われる。
【００１６】
アナログ処理回路３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂから出力されるＲＧＢのアナログ画像信号は、Ａ／Ｄコンバータ３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂでデジタル画像信号に変換されてシェーディング補正回路３４に供給される。シェーディング補正回路３４では、予め取得した白基準データに基づいてシェーディング補正が行われる。ここで、白基準データとは、反射率が主走査方向に一様な白色基準板２１（図１を参照）を実際にＣＣＤセンサ１９で読み取った結果のデータである。この白基準データを基に、原稿の読み取り結果であるデジタル画像データを各画素毎に補正することにより、ＣＣＤセンサ１９における光学的分布のばらつきを取り除くことができる。このシェーディング補正後のデジタル画像信号は、画像処理部３５に供給されて所定の画像処理が行われる。
【００１７】
発振器３６は、上述したＣＣＤセンサ１９の信号処理系で用いられる各種のクロック信号の基となる基準クロックを発生する。この基準クロックの周波数（動作周波数）は、システムの仕様によって決まる。基準クロックは、スペクトラム拡散器３７に供給される。スペクトラム拡散器３７は、システム全体の制御を司るＣＰＵ（制御手段）３８によってＯＮ／ＯＦＦ制御が行われ、ＯＮ状態では基準クロックを周波数変調し、スペクトラム拡散クロックとしてタイミング発生器３９に供給し、ＯＦＦ状態では周波数変調処理は行わず、基準クロックをそのまま通過させてタイミング発生器３９に供給する構成となっている。
【００１８】
ＣＰＵ３８によるスペクトラム拡散器３７のＯＮ／ＯＦＦ制御は、システムの仕様によって決まる基準クロックの周波数、即ち動作周波数に基づいて決定されることになる。換言すれば、システムの仕様によってスペクトラム拡散器３７がＯＮ状態に設定されたり、ＯＦＦ状態に設定されたりすることになる。一般的な例として、動作周波数が比較的高いシステム仕様の場合には、ＥＭＩノイズが特に問題となることから、スペクトラム拡散器３７をＯＮ状態に設定し、動作周波数が比較的低いシステム仕様の場合には、スペクトラム拡散器３７をＯＦＦ状態に設定する。
【００１９】
ここで、スペクトラム拡散クロックは、周波数のスペクトラムを拡散させるもので、もともとある周波数に対して上限、下限の２つの周波数間をゆっくり往復させることによってエネルギーを広い帯域に分布させてＥＭＩノイズを減少させる作用をなす。
【００２０】
ＣＰＵ３８と、アナログ処理回路３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂ、シェーディング補正回路３４およびタイミング発生器３９とは、アドレスデータバス４０を介して相互に接続されている。タイミング発生器３９は、ＣＰＵ３８によるＯＮ／ＯＦＦ制御によってスペクトラム拡散器３７から択一的に供給されるスペクトラム拡散クロックあるいは基準クロックに基づいて、ＣＣＤセンサ１９の駆動クロックや信号処理系の処理クロックを生成する。
【００２１】
ＣＣＤセンサ１９の駆動クロックとしては、ＣＣＤ転送部を駆動する２相の転送クロックφ１，φ２と、画素列からＣＣＤ転送部に信号電荷をシフトするシフトパルスφＳＨと、信号電荷を電気信号に変換する電荷検出部、例えばフローティングディフュージョンをリセットするリセットパルスφＲＳと、ＣＤＳ回路３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂで用いるクランプパルスφＣＰとが挙げられる。これら駆動クロック（φ１，φ２，φＳＨ，φＲＳ，φＣＰ）は、バッファ４１を通してＣＣＤセンサ１９の各部に供給される。
【００２２】
信号処理系の処理クロックとしては、アナログ処理回路３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂで用いるクランプパルスＣＬＰ、サンプルホールドクロックＳ／ＨおよびマルチプレクスクロックＭＰＸと、Ａ／Ｄコンバータ３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂで用いるサンプリングクロックＡＤＣＬＫと、シェーディング補正回路３４で用いるクロックＶＣＬＫとが挙げられる。
【００２３】
ＣＰＵ３８は、スペクトラム拡散器３７のＯＮ／ＯＦＦ制御に加えて、このＯＮ／ＯＦＦ制御に対応してタイミング発生器３９のタイミング制御を行う。具体的には、スペクトラム拡散器３７がＯＮ状態、即ちタイミング発生器３９にスペクトラム拡散クロックが供給される状態では、ＣＤＳ回路３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂでのクランプ方式をラインクランプ対応に設定するタイミングとし、スペクトラム拡散器３７がＯＦＦ状態、即ちタイミング発生器３９に基準クロックが供給される状態では、ＣＤＳ回路３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂでのクランプ方式をビットクランプ対応に設定するタイミングとする。
【００２４】
ここで、ＣＤＳ回路３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂにおいて、ラインクランプとは、ＣＣＤセンサ１９の各リニアセンサから出力されるアナログ画像信号をライン周期でクランプする方式であり、ビットクランプとは、当該アナログ画像信号をビット（画素）周期でクランプする方式である。当然のことながら、ビットクランプの方が、ラインクランプよりもきめ細かいクランプ処理に基づくノイズ除去処理が行われることから、ノイズ除去効果が大である。
【００２５】
図３に、ＣＣＤセンサ１９の駆動クロック、即ちシフトパルスφＳＨ、転送クロックφ１，φ２、リセットパルスφＲＳ、クランプパルスφＣＰおよびＣＣＤ出力信号のタイミング関係を示す。同図において、（Ａ）はビットクランプでのタイミング関係を、（Ｂ）はラインクランプでのタイミング関係をそれぞれ示している。
【００２６】
図４は、ＣＤＳ回路の基本的な回路例を示す回路図である。本例に係るＣＤＳ回路は、ＣＣＤセンサ１９から供給されるアナログ画像信号の直流成分をカットするコンデンサＣ１と、このコンデンサＣ１の出力端とクランプ電位源との間に接続されたクランプスイッチＳｃｌと、コンデンサＣ１の出力端に入力端が接続されたバッファアンプＢｕｆｆと、このバッファアンプＢｕｆｆの出力端に一端が接続されたサンプリングスイッチＳｓｈと、このサンプリングスイッチＳｓｈの他端とグランドとの間に接続されたホールドコンデンサＣ２とを有する構成となっている。
【００２７】
上記構成のＣＤＳ回路において、ＣＣＤセンサ１９からは図５に示す如き信号波形のＣＣＤ出力信号（アナログ画像信号）が入力される。このＣＣＤ出力波形は、図５から明らかなように、リセット期間Ｔｒ、フィードスルーの０レベル期間Ｔｏ、信号出力期間Ｔｓの３つの期間に分けられる。ここで、フィードスルーに含まれるノイズと信号に含まれるノイズとが同じ＋Ｎで相関を持っていることを利用してノイズを低減させるのが本ＣＤＳ回路の機能である。すなわち、期間Ｔ０のフィードスルーレベルをクランプした上で、信号出力期間Ｔｓの信号をサンプルホールドすることにより、リセットノイズ＋Ｎを除去する。
【００２８】
具体的には、期間Ｔ０においてクランプパルスφＣＰによってクランプスイッチＳｃｌをオンし、一定電位であるクランプ電位にクランプする。その後、クランプスイッチＳｃｌをオフすると、コンデンサＣ１の出力側はクランプ電位から信号電荷のレベルだけ変化する。次いで、信号出力期間ＴｓでサンプリングスイッチＳｓｈをオンにすると、このレベルがホールドコンデンサＣ２に保持され、リセットノイズ＋Ｎを除いた信号成分だけが得られることになる。
【００２９】
このＣＤＳ回路において、クランプスイッチＳｃｌに対して、図３（Ａ）に示すように、クランプパルスφＣＰをビット周期で与えるクランプ方式がビットクランプであり、図３（Ｂ）に示すように、クランプパルスφＣＰをライン周期で与えるクランプ方式がラインクランプである。図３（Ａ），（Ｂ）のタイミングチャートから明らかなように、ビットクランプの場合には、各ビット毎にクランプパルスφＣＰのパルス幅分だけ期間Ｔ０を確保する必要があるため、その分だけ信号出力期間ＴｓＡがラインクランプの場合の信号出力期間ＴｓＢよりも短くならざるを得ない。換言すれば、ラインクランプの場合には、各ビット毎にクランプパルスφＣＰのパルス幅に相当する期間を確保する必要がない分だけ、信号出力期間ＴｓＢを長く設定できる。
【００３０】
ところで、スペクトラム拡散クロックを使用した場合において、スペクトラム拡散の影響で各処理クロックに変調がかかり、ＣＣＤセンサ１９から出力されるアナログ画像信号とアナログ処理回路３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂでサンプルホールドを行うためのサンプルホールドクロックＳ／Ｈとの位相も画素毎にずれることになる。その結果、図５に示すＣＣＤ出力波形において、信号出力部分（信号出力期間Ｔｓ）の十分な平坦性を保てれば問題ないが、平坦性を保てなくなってくると問題となる。
【００３１】
この問題は、一般的に、動作周波数が高くなればなるほど顕著になってくる。すなわち、図６に示すように、ＣＣＤセンサ１９から出力されるアナログ画像信号とサンプルホールドクロックＳ／Ｈとは同期がとれているものの、信号出力部分においてサンプリングポイントに傾斜がある場合には、スペクトラム拡散の影響でサンプル位置が微妙に変化すると、サンプリングの出力レベルが変化するので、スペクトラム拡散クロックの変調周波数に依存する周期的なノイズが発生することになる。
【００３２】
この信号出力部分の平坦性については、動作周波数が高くなることに加え、ＣＤＳ回路３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂにおいて、クランプ方式としてビットクランプを用いる場合に、ＣＣＤ出力波形における信号出力期間ＴｓＡが、ラインクランプを用いる場合の信号出力期間ＴｓＢよりも短くなるために、十分な平坦性を確保できなくなる。したがって、スペクトラム拡散クロックを使用する際に、クランプ方式としてビットクランプを用いた場合に、信号出力部分における十分な平坦性を確保できなくなるために、スペクトラム拡散クロックの変調周波数に依存する周期的なノイズが発生し易くなる。
【００３３】
そこで、本実施形態に係る画像読取装置においては、ＥＭＩノイズが特に問題となる動作周波数が高いシステム仕様のときには、ＣＰＵ３８の制御の下に、スペクトラム拡散器３７をＯＮ状態とし、タイミング発生器３９に対してスペクトラム拡散クロックを供給するとともに、タイミング発生器３９からはクランプパルスφＣＰをライン周期で発生し、ＣＤＳ回路３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂに供給して、これらＣＤＳ回路３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂでのクランプ方式としてラインクランプを採用するようにする。
【００３４】
このように、スペクトラム拡散クロックを使用する際に、ＣＤＳ回路３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂにおいて、ライン周期でのノイズ除去処理であるラインクランプを行うことにより、ＣＣＤ出力波形における信号出力期間Ｔｓをビットクランプの場合よりも長く設定できることになるため、信号出力部分での平坦性を十分に確保できる。したがって、スペクトラム拡散の影響でサンプルホールドクロックＳ／Ｈによるサンプル位置が微妙に変化したとしても、信号レベルが一定であるが故に、サンプリングの出力レベルが変化することはないので、スペクトラム拡散クロックの変調周波数に依存する周期的なノイズの発生を抑制できる。
【００３５】
なお、上記実施形態では、システムの動作周波数に応じてスペクトラム拡散器３７をＯＮ状態またはＯＦＦ状態に設定し、スペクトラム拡散クロックを用いるときにはＣＤＳ回路３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂのクランプ方式としてラインクランプを採用する構成の場合を前提として説明したが、もともとスペクトラム拡散クロックを用いる仕様のシステムの場合には、スペクトラム拡散器３７をＯＮ／ＯＦＦ制御する必要はなく、またＣＤＳ回路３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂのクランプ方式についてもラインクランプ固定とすれば良い。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＣＣＤセンサの駆動クロックやアナログ信号処理系の処理クロックにスペクトラム拡散クロックを使用するとともに、アナログ画像信号のクランプ方式として、当該アナログ画像信号に対してライン周期でのノイズ除去処理であるラインクランプを用いるようにしたことにより、信号出力部分での平坦性を十分に確保できるため、スペクトラム拡散クロックの変調周波数に依存する周期的なノイズを発生することなく、ＥＭＩの低減が図れることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 デジタル複写機に用いられた本発明に係る画像読取装置の機構部の構成を示す側面図である。
【図２】 ＣＣＤセンサおよびその信号処理系の全体構成を示すブロック図である。
【図３】 ＣＣＤセンサの駆動クロックおよびＣＣＤ出力信号のタイミング関係を示すタイミングチャートである。
【図４】 ＣＤＳ回路の基本的な回路例を示す回路図である。
【図５】 ＣＣＤアナログ出力波形を示す波形図である。
【図６】 ＣＣＤアナログ出力波形とサンプルホールドクロックとの実際の関係を示す波形図である。
【符号の説明】
１…画像読取装置、２…自動原稿送り装置、１１…プラテンガラス、１２…読取ガラス、１９…ＣＣＤセンサ、２１…白色基準板、３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂ…ＣＤＳ回路、３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂ…アナログ処理回路、３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂ…Ａ／Ｄコンバータ、３４…シェーディング補正回路、３６…発振器、３７…スペクトラム拡散器、３８…ＣＰＵ、３９…タイミング発生器

Claims (2)

1. 原稿画像を読み取る光電変換手段と、
   前記光電変換手段から出力されるアナログ画像信号のフィードスルーレベルをライン周期でクランプした上で当該アナログ画像信号の信号出力期間の信号をサンプルホールドすることによってノイズ除去処理を行うノイズ除去手段と、
   前記ノイズ除去手段を経た前記アナログ画像信号を処理するアナログ信号処理手段と、
   基準クロックを周波数変調するスペクトラム拡散手段と、
   前記スペクトラム拡散手段から出力されるスペクトラム拡散クロックに基づいて前記光電変換手段の駆動クロック、前記ノイズ除去手段のクランプパルスおよび前記アナログ信号処理手段の処理クロックを発生するタイミング発生手段と
   を備えることを特徴とする画像読取装置。
2. 前記タイミング発生手段に対して前記基準クロックと前記スペクトラム拡散クロックとを択一的に与える制御手段を備え、
   前記タイミング発生手段は、前記制御手段が前記基準クロックを選択した状態では前記クランプパルスをビット周期で発生し、前記スペクトラム拡散クロックを選択した状態では前記クランプパルスをライン周期で発生する
   ことを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。

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