JP3944200B2 - リニアイメージセンサ及び画像読取装置 - Google Patents

Description

本発明はイメージセンサ、並びにイメージスキャナやファクシミリ、電子複写機等の画像読取装置等に用いられるイメージセンサに関するものである。

従来の画像読取装置において、解像度制御用のコントロール端子を設け、ユーザーが利用条件にあわせて解像度を切り替えることが可能な密着型イメージセンサが提案されている。（例えば、特許文献１参照）
図８は、特許文献１において提案されている密着型イメージセンサ用集積回路である。この従来技術においては、イメージセンサチップにコントロール端子を設け、その端子にユーザーがハイレベルまたはローレベルの信号を入力することにより高解像度モードと低解像度モードの解像度切り替えを実現している。
特開平５−２２７３６２号

しかしながら、上記従来の密着型イメージセンサの解像度切り替え方式においては、画素を読み飛ばすことにより解像度を切り替えているため、例えば転送クロックレートが同一の場合は、解像度を半分にしても読み出し時間は変わらない。従って、同一のクロックレートの転送クロックを用いて、解像度が１２００ｄｐｉ時は１０［ｍｓｅｃ／ｌｉｎｅ］の読取速度、解像度が６００ｄｐｉ時は５［ｍｓｅｃ／ｌｉｎｅ］の読取速度というように、解像度に応じた適切な読取速度での読み取りを実現することができないという問題がある。

上記の問題を解決するために、本発明のリニアイメージセンサは、入射光を電荷に光電変換する複数の受光素子が配置された受光素子アレイと、前記受光素子アレイにおいて光電変換された電荷信号を第１の解像度で外部に転送する第１の転送レジスタと、前記受光素子アレイにおいて光電変換された電荷信号を前記第１の解像度の１／Ｎ（Ｎは自然数）である第２の解像度で外部に転送する第２の転送レジスタと、前記第１の転送レジスタ又は前記第２の転送レジスタのどちらを用いて前記電荷信号を外部に転送するのかを選択する選択手段とを有し、前記選択手段は、選択する転送レジスタに第１の周波数の転送クロックを供給し、選択しない転送レジスタに前記第１の周波数よりも低い第２の周波数のクロックを供給することを特徴とする。

本発明によれば、異なる読み取り解像度で画像を読み取る場合に、画質を劣化させることなく、読み取り解像度に応じた読取速度での画像読み取りを実現するとともに、無駄な電荷を外部に排出することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る画像読取装置全体の構成概略図、図２は、本実施形態に係る画像読取装置におけるキャリッジの構成概略図、図３は、本実施形態に係る画像読取装置のブロック図である。以下にその構成について説明する。

図１は、本実施形態に係る画像読取装置全体の構成概略図であり、（ａ）は一部切断平面図、（ｂ）は一部切断正面図、（ｃ）は側面説明図である。図１において、画像読取装置１の上面に取り付けられた原稿台ガラス２上に原稿をセットし、キャリッジ３内のイメージセンサにより短手方向の１次元の画像を読み取り、キャリッジ３をガイドシャフト４に沿って長手方向に解像度に応じた速度でモータ回路６によって移動させることにより、原稿に記載された２次元の画像を読み取る。

図２は、本実施形態に係る画像読取装置におけるキャリッジ構成の概略図であり、（ａ）に示すような等倍光学系イメージセンサのキャリッジ、又は（ｂ）に示すような縮小光学系イメージセンサのキャリッジが用いられる。

図２において、（ａ）に示す等倍光学系のキャリッジでは、光源８の照射光を原稿７が反射し、レンズ９を介してイメージセンサ１０が受光することで、原稿７に記載された画像を読み取る。同様に、（ｂ）に示す縮小光学系のキャリッジでは、光源８の照射光を原稿７が反射し、ミラー１１＿１〜１１＿３で屈折した光がレンズ９を介してイメージセンサ１０に受光されることで、原稿７に記載された画像を読み取る。なお、反射原稿の読取について記載しているが、キャリッジの上部に別の光源を備えることで、透過原稿の読取も行うことができる。

図３は、本実施形態に係る画像読取装置の内部構成ブロック図である。外部装置１８はホストコンピュータ等であり、画像読取装置１を制御するためのドライバを有しており、画像読取装置１と外部装置１８は信号ケーブル等で接続されている。ドライバは、ユーザーによる解像度指定、読取範囲の指定、画像処理の指定等の画像読取モードを指定し、ユーザー指令に基づく外部装置１８からの制御信号がインターフェイス１５を介して、システムコントローラ１７に入力される。システムコントローラ１７は、外部装置１８からの信号に基づいてモータ回路６、イメージセンサ１０、点灯回路１６等を作動させる。モータ回路６は、解像度に応じた速度でキャリッジ３をガイドシャフト４に沿って長手方向に移動させる回路であり、点灯回路１６は、イメージセンサ１０と同期して、原稿を照射する光源８を点灯させるための回路である。光源８から照射された光は原稿に反射され、レンズによってイメージセンサ１０上に結像される。イメージセンサ１０は結像された光を光電変換し、読取画像に応じたアナログ電気信号を出力する。ＡＦＥ１２は、イメージセンサ１０から出力されたアナログ画像信号にアンプ増幅、Ａ／Ｄ変換等の処理を行ない、デジタル画像信号を出力する。シェーディング補正回路１３は、システムコントローラ１７に記憶されている基準レベルの補正データに基づいて、ＡＦＥ１２から出力されたデジタル画像信号にシェーディング補正を行う。画像処理回路１４は、シェーディング補正されたデジタル画像信号に対して、カラーバランス調整、ガンマ補正等と、外部装置１８のドライバが指定した画像処理を行う。各種画像処理を施された画像データはインターフェイスを介して、外部装置１８に出力され、外部装置１８に接続してあるモニタやプリンタ等を介して画像を確認することができる。

図４は、本実施形態の画像読取装置におけるイメージセンサ１０の構成概略図である。

本実施形態のイメージセンサは、第１の解像度で読み取りを行うための第１の転送レジスタ２６と、第１の解像度よりも低解像度である第２の解像度で読み取りを行うための第２の転送レジスタ２８を備え、指定された解像度に応じて２つの転送レジスタを使い分けるように構成されている。例えば、第１の解像度を１２００ｄｐｉとした場合、第２の解像度としては第１の解像度の１／２の解像度である６００ｄｐｉを設定可能である。

なお、第２の解像度は、第１の解像度の１／Ｎ（Ｎは自然数）の解像度を設定すればよく、例えば、第１の解像度が４８００ｄｐｉ、第２の解像度が１２００ｄｐｉであるようなＮ＝４の解像度も設定することができる。この場合、第２の解像度では、第１の解像度のＮ画素を加算した画像信号を出力するため、間引き等による画像の不連続性を防止することができる。

また、解像度は２種類に限らず３種類以上を設定することもできる。例えば、第１の解像度が４８００ｄｐｉ、第２の解像度が１２００ｄｐｉ、第３の解像度が３００ｄｐｉであるような構成にすることもできる。この場合、第２の解像度では４画素分を加算して１画素として出力し、第３の解像度では１６画素分を加算して１画素として出力する。

転送クロックパルス生成部２１は、受光素子アレイ２４において光電変換された電荷を転送レジスタ２６及び２８のそれぞれに転送して外部に画像信号として出力するためのクロックパルスＣＬＫ１及びＣＬＫ２を生成する。そして、転送クロックパルス生成部２１は、ドライバにより指定された解像度を示す解像度信号１９に応じて、クロックパルスＣＬＫ１又はＣＬＫ２のいずれかを生成し、第１の転送レジスタ２６、第２の転送レジスタ２８のどちらを使用して電荷信号を外部に出力するのかを選択する。

図５は、本実施形態のクロックパルスＣＬＫ１及びＣＬＫ２の波形図である。図５の（ａ）は第１の解像度で画像を読み取る場合のクロックパルスＣＬＫ１、（ｂ）は第２の解像度で画像を読み取る場合のクロックパルスＣＬＫ２であり、解像度に応じてクロック生成部により異なるクロックパルスを生成して供給することで、解像度に応じた読取速度での画像読取を実現することができる。

クロックパルスＣＬＫ１及びＣＬＫ２は、それぞれ転送ゲートにより電荷を次段に移動させるためのシフトパルスＳＨ及び転送レジスタによりイメージセンサ外部に電荷を出力するための転送パルスΦ１，Φ２からなる。

第１の解像度が指定されている場合、クロックパルスＣＬＫ１のシフトパルスＳＨがハイになったタイミングで第１の転送ゲート２５が駆動され、受光素子アレイ２４において光電変換された電荷が転送レジスタ２６に移動する。そして、転送レジスタ２６にクロックパルスＣＬＫ１の転送パルスΦ１とΦ２を同期させながら交互に供給することで、転送レジスタ２６に移動した電荷を画素毎の電気信号として外部に出力する。

なお、この場合には、クロックパルスＣＬＫ２のシフトパルスＳＨ及び転送パルスΦ１及びΦ２はローであるため、第２の転送ゲート２７は駆動されず、転送レジスタ２８には電荷が転送されず、外部に電気信号も出力されないようになっている。

また、第２の解像度が指定されている場合、クロックパルスＣＬＫ１のシフトパルスＳＨがハイになったタイミングで第１の転送ゲート２５が駆動され、受光素子アレイ２４において光電変換された電荷が第１の転送レジスタ２５に移動する。続いて、クロックパルスＣＬＫ２のシフトパルスＳＨがハイになったタイミングで第２の転送ゲート２７が駆動され、第１の転送レジスタ２６に移動した電荷がさらに第２の転送レジスタ２８に移動する。そして、第２の転送レジスタ２８にクロックパルスＣＬＫ２の転送パルスΦ１とΦ２を同期させながら交互に供給することで、第２の転送レジスタ２８に移動した第１の転送レジスタ２６のＮ画素分の電荷を加算して１画素の電気信号として外部に出力する。

なお、この場合には、クロックパルスＣＬＫ１の転送パルスΦ１及びΦ２はローであるため、転送レジスタ２６からイメージセンサの外部に電気信号が出力されることはない。

図６は、本実施形態の画像読取装置におけるイメージセンサのフローチャートである。

ユーザーは、外部装置１８のドライバのユーザインタフェース上で、読取範囲、読取解像度、画像処理等の読取条件の設定を行う（ステップＳ１）。

ユーザーによりスキャンボタンが押下されると（ステップＳ２）、画像読取装置１のシステムコントローラ１７は外部装置１８から受信した読取条件の情報を受け取り、指定されている読取解像度に応じて第１又は第２の転送レジスタのどちらを使用するかを選択する（ステップＳ３）。

第１の解像度が指定されている場合、第１の解像度に応じたクロックパルスがクロックパルス生成部２１により生成され（ステップＳ４）、生成されたクロックパルスが第１の転送ゲート２５及び第１の転送レジスタ２６に供給され（ステップＳ５）、第１の解像度で画像の読取を行う（ステップＳ６）。

また、第２の解像度が指定されている場合、第２の解像度に応じたクロックパルスがクロックパルス生成部２１により生成され（ステップＳ７）、生成されたクロックパルスが第１の転送ゲート２５、第２の転送ゲート２７及び第１の転送レジスタ２６、第２の転送レジスタ２８に供給され（ステップＳ８）、第２の解像度で画像の読取を行う（ステップＳ９）。

イメージセンサから出力された読取画像信号にＡＦＥや画像処理等を施して画像データを生成する（ステップＳ１０，Ｓ１１）。

（第２の実施形態）
図７は、本実施形態のクロックパルスＣＬＫ１及びＣＬＫ２の波形図である。第１の実施形態に対して、選択されなかった転送レジスタに不要な電荷が何らかの要因で貯まってしまった場合、転送用のクロックパルスの１／Ｎの低い周波数のクロックパルスを供給することで、不要な電荷を排除することができる。

第１の解像度が指定されている場合、クロックパルスＣＬＫ１のシフトパルスＳＨがハイになったタイミングで第１の転送ゲート２５が駆動され、受光素子アレイ２４において光電変換された電荷が転送レジスタ２６に移動する。そして、転送レジスタ２６にクロックパルスＣＬＫ１の転送パルスΦ１とΦ２を同期させながら交互に供給することで、転送レジスタ２６に移動した電荷を画素毎の電気信号として外部に出力する。

このとき、クロックパルスＣＬＫ２のシフトパルスＳＨがローであるため、第２の転送ゲート２７は駆動されず、転送レジスタ２８には受光素子２４からの電荷は転送されない。また、クロックパルスＣＬＫ２の転送パルスΦ１及びΦ２が、クロックパルスＣＬＫ１の転送パルスΦ１及びΦ２よりも低い周波数で供給されており、第２の転送レジスタ２８にある無駄な電荷を外部に排出することができる。

また、第２の解像度が指定されている場合、クロックパルスＣＬＫ１のシフトパルスＳＨがハイになったタイミングで第１の転送ゲート２５が駆動され、受光素子アレイ２４において光電変換された電荷が第１の転送レジスタ２６に移動する。続いて、クロックパルスＣＬＫ２のシフトパルスＳＨがハイになったタイミングで第２の転送ゲート２７が駆動され、第１の転送レジスタ２６に移動した電荷がさらに第２の転送レジスタ２８に移動する。そして、第２の転送レジスタ２８にクロックパルスＣＬＫ２の転送パルスΦ１とΦ２を同期させながら交互に供給することで、第２の転送レジスタ２８に移動した第１の転送レジスタ２６のＮ画素分の電荷を加算して１画素の電気信号として外部に出力する。

このとき、クロックパルスＣＬＫ１の転送パルスΦ１とΦ２は、クロックパルスＣＬＫ１のシフトパルスＳＨがローであるときに、クロックパルスＣＬＫ２の転送パルスΦ１とΦ２よりも低い周波数で供給されており、第１の転送レジスタ２６にある無駄な電荷を外部に排出することができる。

本実施形態に係る画像読取装置の構成概略図であり、（ａ）は一部切断平面図、（ｂ）は一部切断正面図、（ｃ）は側面説明図である。 本実施形態に係る画像読取装置のキャリッジ構成概略図であり、（ａ）は等倍光学系キャリッジの構成概略図であり、（ｂ）は縮小光学系キャリッジの構成概略図である。 本実施形態に係る画像読取装置の内部構成ブロック図である。 本実施形態の画像読取装置におけるイメージセンサの構成概略図である。 本実施形態の画像読取装置における第１の実施形態のクロックパルス図である。 本実施形態に係る画像読取装置のフローチャートである。 本実施形態の画像読取装置における第２の実施形態のクロックパルス図である。 特許文献１において提案されている密着型イメージセンサ用集積回路を示す図である。

符号の説明

１ 画像読取装置
２ 原稿台ガラス
３ キャリッジ
４ ガイドシャフト
５ 原稿カバー
６ モータ回路
７ 原稿
８ 光源
９ レンズ
１０ イメージセンサ
１１＿１〜１１＿３ ミラー
１２ ＡＦＥ
１３ シェーディング補正回路
１４ 画像処理回路
１５ インターフェイス回路
１６ 光源用点灯回路
１７ システムコントローラ
１８ 外部装置
１９ 解像度信号
２０ イメージセンサの出力
２１ クロックパルス生成部
２２ 第１の解像度用クロックパルス（ＣＬＫ１）供給線
２３ 第２の解像度用クロックパルス（ＣＬＫ２）供給線
２４ 受光素子アレイ
２５ 第１の転送ゲート
２６ 第１の転送レジスタ
２７ 第２の転送ゲート
２８ 第２の転送レジスタ

Claims (3)

1. 入射光を電荷に光電変換する複数の受光素子が配置された受光素子アレイと、
   前記受光素子アレイにおいて光電変換された電荷信号を第１の解像度で外部に転送する第１の転送レジスタと、
   前記受光素子アレイにおいて光電変換された電荷信号を前記第１の解像度の１／Ｎ（Ｎは自然数）である第２の解像度で外部に転送する第２の転送レジスタと、
   前記第１の転送レジスタ又は前記第２の転送レジスタのどちらを用いて前記電荷信号を外部に転送するのかを選択する選択手段とを有し、
   前記選択手段は、選択する転送レジスタに第１の周波数の転送クロックを供給し、選択しない転送レジスタに前記第１の周波数よりも低い第２の周波数のクロックを供給することを特徴とするリニアイメージセンサ。
2. 前記第２の周波数は、前記第１の周波数の１／Ｍ（Ｍは整数）であることを特徴とする請求項１記載のリニアイメージセンサ。
3. 請求項１に記載のイメージセンサと、原稿台と、前記原稿台に載置された原稿の画像を前記イメージセンサに結像させるレンズと、前記イメージセンサと前記レンズとを前記原稿に対して移動させる移動ユニットとを有することを特徴とする画像読取装置。

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