JP4032527B2 - 画像読取装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は画像読取装置に関し、特に主走査方向にＣＣＤ等の固体撮像素子を用いて画像を読取る画像読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、撮像素子としてＣＣＤリニアセンサを用いた画像読取装置が知られている。図１３は、従来の画像読取装置の構成を示す断面図である。図を参照して、従来の画像読取装置は、セットされた複数の原稿を１枚ずつ原稿台３上に供給する自動原稿送り装置１（以下「ＡＤＦ１」という）と、原稿台３上に置かれた原稿に光を照射するランプ５と、原稿からの反射光をレンズ９に導くためのミラー７ａ〜７ｃと、反射光をＣＣＤリニアセンサ１１上に結合させるためのレンズ９と、反射光を受光し電気信号に変換するためのＣＣＤリニアセンサ１１とを含む。ＣＣＤリニアセンサ１１は、主走査方向（図面に対して垂直な方向）に光電変換素子が配列されており、原稿の１ライン分の情報を画像信号として制御部８０に送信するようになっている。ランプ５とミラー７ａとは、移動部６に支持されており、ミラー７ｂ，７ｃは移動部８に支持されており、レンズ９は固定部１０に支持されている。移動部６は駆動モータ１７により副走査方向（図面横方向）に移動される。移動部６が副走査方向に移動するに伴い、ランプ５が照射する原稿の位置が異なってくる。これにより、ＣＣＤリニアセンサ１１上に結像する画像は、副走査方向に順次移動することとなる。また、移動部６と移動部８は、ランプ５が照射した光が原稿で反射してからＣＣＤリニアセンサ１１に到達するまでの距離が等しくなるように駆動モータ１７により副走査方向と平行に移動される。
【０００３】
このように、従来の画像読取装置では、駆動モータ１７で移動部６を副走査方向に移動させることにより、ＣＣＤリニアセンサ１１で順次ラインごとに画像を読込むようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の画像読取装置では、ＣＣＤリニアセンサ１１は、主走査方向に配列する光電変換素子（画素）の数が固定されているため、読込まれた画像データの主走査方向の解像度はＣＣＤリニアセンサ１１の画素数によって定まる固定されたものであった。したがって、従来の画像読取装置においては、主走査方向の解像度はＣＣＤリニアセンサ１１の性能によって定まるもので、これを向上させることはできなかった。
【０００５】
この発明は上述の問題点を解決するためになされたもので、画素数の少ない光電変換部を用いて、簡単な構成で画像を高解像度で読取ることができる画像読取装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明のある局面による画像読取装置は、原稿から反射した光を受光するための光電変換素子を主走査方向に配列した光電変換部と、光電変換部の受光面と受光面に結像する被写体像とを主走査方向に相対的に変位させるための変位部と、光電変換部の電荷蓄積のタイミングを制御する制御部とを備え、変位部は所定の振動関数に従って変位させ、制御部は、所定の振動関数に従う変位の一周期の間に複数回の光電変換部による電荷蓄積を実行する。制御部は、Ａ｜ｆ（（ｔ（ｎ）＋ｔ（ｎ）’）／２）−ｆ（（ｔ（ｎ＋１）＋ｔ（ｎ＋１）’）／２）｜＝Ｄ／Ｎかつ｜ｆ（（ｔ（ｎ））−ｆ（ｔ（ｎ）’）｜＝｜ｆ（ｔ（ｎ＋１））−ｆ（ｔ（ｎ＋１）’）｜（ｎ：ｎ回目の電荷蓄積、Ａ：振幅、ｆ（ｔ）：正規化された振動関数、ｔ（ｎ）：ｎ回目の電荷蓄積の開始時刻、ｔ（ｎ）’：ｎ回目の電荷蓄積の終了時刻、Ｄ：光電変換素子の主走査方向の幅、Ｎ：所定の振動関数に従う変位の一周期の間に電荷蓄積する回数）の式を満たすように光電変換部の振幅中心からの距離と電荷蓄積時間とから電荷蓄積の開始時刻を決定することを特徴とする。
【０００７】
好ましくは画像読取装置は、ｎ回目の電荷蓄積と（ｎ＋１）回目の電荷蓄積とは、光電変換部が電荷蓄積時間に主走査方向に移動する距離が常に同じとなり、前記光電変換素子の移動した投影部分の中心間距離が相互にＤ／Ｎになることを特徴とする。
【０００８】
さらに好ましくは、光電変換部が出力する画像信号を合成処理する合成回路をさらに備え、光電変換部は電荷蓄積が終了するごとに画像信号を出力し、合成回路は振動関数の１周期の間に出力される画像信号を１ラインの画像信号に再構成することを特徴とする。
【０００９】
さらに好ましくは、画像読取装置の変位部は、正弦関数に従って変位させることを特徴とする。
【００１０】
これらの発明に従うと、画素数の少ない光電変換部を用いて、簡単な構成で画像を高解像度で読取ることができる画像読取装置を提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態の撮像装置の概略構成を説明するための断面図である。図１において、従来の技術で示した図１３と同一の構成要素については同一の番号を付してその説明を省略する。ＣＣＤリニアセンサ１１は、圧電素子１３に支持されている。圧電素子１３は、制御部１５からの信号に応じて主走査方向に振動する。圧電素子１３の振動に応じてＣＣＤリニアセンサ１１は主走査方向に振動する。制御部１５は、圧電素子１３の振動を制御するとともに、ＣＣＤリニアセンサ１１に転送パルスおよび駆動パルスを送信し、ＣＣＤリニアセンサ１１を制御する。制御部１５は、さらにＣＣＤリニアセンサ１１が出力する画像信号を受信し、受信した画像信号を合成処理する。さらに、駆動モータ１７を制御することにより、副走査方向の走査速度の制御を行なう。
【００１２】
図２は本実施の形態における画像読取装置の制御系の構成を示すブロック図である。図を参照して、ＣＣＤリニアセンサ１１と圧電素子１３とは、制御部１５により制御される。制御部１５は、ＣＣＤリニアセンサ１１が出力する画像信号を受信し、信号処理を行なう信号処理回路１９と、信号処理回路１９で処理された画像信号を記憶するメモリ２１と、メモリ２１に記憶された画像信号を合成処理し、出力する合成回路２３と、ＣＣＤリニアセンサ１１を制御するセンサ駆動回路２５と、圧電素子１３を制御する加振回路２７と、駆動モータ１７を制御する副走査制御回路２９とを含む。
【００１３】
加振回路２７は、ＣＣＤリニアセンサ１１を主走査方向（図中の矢印方向）に所定の振動関数に従って振動するように圧電素子１３に所定の振動関数に従った電圧を印加する。加振回路２７は、圧電素子１３に印加する電圧からＣＣＤリニアセンサ１１の位置がわかるので、センサ位置信号をセンサ駆動回路２５と副走査制御回路２９とに送信する。本実施の形態における加振回路２７では、ＣＣＤリニアセンサ１１を正弦波で振動させるようにしたが、三角波や矩形波で振動するようにしてもよい。
【００１４】
副走査制御回路２９は、加振回路２７より送られるセンサ位置信号に基づいて、ＣＣＤリニアセンサ１１が所定の周期関数に従って振動する場合の１周期において１ラインの主走査が行なわれるように、駆動モータ１７の制御を行なう。すなわち、駆動モータ１７を制御することにより移動部６、移動部８を各々一定の速度で副走査する。
【００１５】
センサ駆動回路２５は、加振回路２７より送られるセンサ位置信号に基づいて、ＣＣＤリニアセンサ１１が所定の振動関数に従って振動する場合の１周期内で複数回の画像信号をＣＣＤリニアセンサ１１が出力するように制御を行なう。
【００１６】
ここで、ＣＣＤリニアセンサ１１の駆動制御について説明する。図３は、ＣＣＤリニアセンサ１１の駆動制御について説明するための図である。図を参照して、ＣＣＤリニアセンサ１１は、フォトダイオード３１と、転送ゲート３３と、シフトレジスタ３５とを含む。フォトダイオード３１は、１列に配列されている。センサ駆動回路２５から転送パルスΦ1 が転送ゲート３３に送信されると、フォトダイオード３１に蓄積された電荷信号がシフトレジスタ３５に転送される。センサ駆動回路２５より駆動パルスΦ2 がシフトレジスタ３５に送られると、電荷信号が画像信号として順次出力される。したがって、転送パルスΦ1 は、フォトダイオード３１に電荷を蓄積する時間と電荷の蓄積を開始する時刻とを制御することができ、駆動パルスΦ2 は、信号電荷を出力する速度を決定する。
【００１７】
図２に戻って、ＣＣＤリニアセンサ１１より出力される画像信号は、信号処理回路１９で受信され、サンプルホールド、増倍等のアナログ処理を行なった後、量子化してメモリ２１に画像信号を記憶する。合成回路２３では、メモリに記憶された画像信号を読出し、１ライン分の画像信号の合成を行ない、出力する。１ライン分の画像信号とは、ＣＣＤリニアセンサ１１が所定の振動関数に従って振動する場合の１周期の間にＣＣＤリニアセンサ１１が出力する画像信号が１ライン分の画像信号に該当する。ＣＣＤリニアセンサ１１が画像信号を１周期内に出力する回数は、上述したセンサ駆動回路２５により定められるものである。
【００１８】
次に具体的な制御について、説明する。図４は、ＣＣＤリニアセンサ１１を振動させて画像読取する場合の原稿上の画素の位置を模式的に示した図である。図を参照して、横軸を主走査方向に、縦軸を副走査方向にとり、原点をＣＣＤリニアセンサ１１のｍ番目の画素（以下「画素ｍ」という）の中心として表わしている。なお、副走査方向は、時間軸としても表わすことができる。
【００１９】
画素ｍの中心は、図中で点線で示す振動関数ｆ0 の軌跡を描いて原稿を走査する。画素ｍの両端は図中において実線で示す関数ｆ1 とｆ2 で表わす軌跡を描いて原稿を走査する。関数ｆ0 ，ｆ1 ，ｆ2 の１周期において１ライン分の副走査が行なわれる。図４では分割数Ｎを３として表わしている。分割数Ｎとは、ＣＣＤリニアセンサ１１が振動関数に従って振動する場合の１周期の間に電荷蓄積する回数を示す。
【００２０】
図を参照して、ＣＣＤリニアセンサ１１において第１回目の電荷蓄積はｔ（ｎ）からｔ（ｎ）′までの間に行なわれ、図中斜線で示す領域４０に該当する原稿の部分が走査される。すなわち、領域４０は、ＣＣＤリニアセンサ１１がｔ（ｎ）からｔ（ｎ）′までの間に移動したときに、ＣＣＤリニアセンサ１１に投影される原稿の１部分である。第２回目の電荷蓄積はｔ（ｎ＋１）からｔ（ｎ＋１）′までの間に行なわれ、図中領域４２に該当する原稿の部分が走査される。第３回目の電荷蓄積はｔ（ｎ＋２）からｔ（ｎ＋２）′までの間に行なわれ、図中領域４４に該当する原稿の部分が走査される。領域４０を走査することにより得られる画像信号と領域４２を走査することにより得られる画像信号と領域４４を走査することにより得られる画像信号とが、前述した合成回路２３において合成されて１ライン分の画像信号として出力される。したがって、領域４０と領域４２と領域４４とは、原稿上の副走査方向の位置としては同じ位置として処理される。この場合、領域４０と領域４２と領域４４とが主走査方向に等間隔に並ぶようにすれば、ＣＣＤリニアセンサ１１の画素数を３倍に増やしたものと同じにすることができる。したがって、領域４０の重心Ｇ1 と領域４２の重心Ｇ2 と領域４４の重心Ｇ3 との主走査方向の距離（中心間距離）が等しくなるように、換言すれば、重心Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 が主走査方向に等間隔に並ぶように、電荷蓄積する時間とその開始時刻とを決定すればよい。
【００２１】
これをＣＣＤリニアセンサの振動軌跡で見ると、画素は主走査方向に振動しており、１周期の間に複数回の電荷蓄積をするので、電荷蓄積する間の画素の軌跡（投影部分）の中心が複数求まる。求められた複数の中心の距離（中心間距離）が等しくなるように電荷蓄積する時間とその開始時刻とを決定すればよい。
【００２２】
これについて具体的に説明する。図５は、ＣＣＤリニアセンサ１１が振動する１周期の間に画素が原稿を走査する領域の重心の主走査方向の位置関係を示した図である。図を参照して、図５（Ａ）は、分割数Ｎ＝１、すなわちＣＣＤリニアセンサ１１を振動させない場合の重心の位置関係を示す。画素ｍとその両隣の画素（ｍ−１）と画素（ｍ＋１）とが配列され、それぞれ画素幅はＤである。画素ｍの重心をＧ１とし、画素（ｍ−１）の重心をＨ１とし、画素（ｍ＋１）の重心をＩ１として表わしている。重心Ｈ１と重心Ｇ１との主走査方向の距離（中心間距離）と、Ｇ１とＩ１との主走査方向の距離（中心間距離）とはそれぞれＤとなる。
【００２３】
図５（Ｂ）は、分割数Ｎ＝２としたときの、重心の位置関係を示す。画素ｍが振動して第１回目に電荷蓄積する間に原稿を走査する領域の重心をＧ１とし、第２回目に電荷蓄積する間に原稿を走査する領域の重心をＧ２として表わす。同様に画素（ｍ−１）が第１回目に電荷蓄積する間に原稿を走査する領域の重心をＨ１とし、第２回目に電荷蓄積する間に原稿を走査する領域の重心をＨ２として示す。画素（ｍ＋１）については、同様に第１回目をＨ１とし、第２回目の重心をＨ２として表わす。それぞれの重心の間隔はＤ／２となり、等間隔に配列される。
【００２４】
図５（Ｃ）は分割数Ｎ＝３のときの重心の主走査方向の位置関係を示す。分割数Ｎ＝２のときと同様に、第１回目の重心の位置をＧ１，Ｈ１，Ｉ１で表わし、第２回目をＧ２，Ｈ２，Ｉ２で表わし、第３回目をＧ３，Ｈ３，Ｉ３として表わしている。図に示したように重心の間隔はＤ／３となり、等間隔に配列される。
【００２５】
このように画素が電荷蓄積する間に原稿を走査する領域の重心が主走査方向に等間隔に並ぶようにするためには、画素が電荷蓄積する時間とその開始時刻を次式に従って定めることができる。
【００２６】
【数１】
【００２７】
ただし、
ｎ：ｎ回目の電荷蓄積
Ａ：振幅
ｆ（ｔ）：正規化された振動関数
ｔ（ｎ）：ｎ回目の電荷蓄積の開始時刻
ｔ（ｎ）′：ｎ回目の電荷蓄積の終了時刻
Ｄ：画素幅
Ｎ：分割数
次に、画素が振動することにより生ずるボケ量を電荷蓄積するタイミングによらず等しくする方法について説明する。図４を参照して、領域４０を走査する場合の画素ｍの主走査方向の移動距離はＬ1で表わされる。同様に領域４２を走査する場合の画素ｍの主走査方向の移動距離はＬ2で表わされ、領域４４を走査する場合の画素ｍの主走査方向の移動距離はＬ3で表わされる。ボケ量を等しくするとは、この移動量Ｌ1、Ｌ2およびＬ3とが等しくなるように画素が電荷蓄積する時間を決定すればよい。
【００２８】
そのためには、次式に従って電荷蓄積する時間を決定することができる。
【００２９】
【数２】
【００３０】
ただし、
ｎ：ｎ回目の電荷蓄積
ｆ（ｔ）：正規化された振動関数
ｔ（ｎ）：ｎ回目の電荷蓄積の開始時刻
ｔ（ｎ）′：ｎ回目の電荷蓄積の終了時刻
以上説明したとおり、画素が電荷蓄積する間に原稿を走査する領域の重心が等間隔となるように電荷蓄積を開始する時刻が決定され、画素が振動することにより生ずるボケ量を電荷蓄積するタイミングによらず等しくするように電荷蓄積する時間が定められる。
【００３１】
図６はセンサ駆動回路２５から出力される信号とＣＣＤリニアセンサから出力される画像信号との関係を示した図である。図を参照して、ｔ0 からｔ13までを１周期としてＣＣＤリニアセンサが振動する。ｔ2 からｔ4 までの間に第１回目の電荷蓄積が行なわれ、ｔ6 からｔ8 までの間に第２回目の電荷蓄積が行なわれ、ｔ10からｔ12までの間に第３回目の電荷蓄積が行なわれる。第１回目の電荷蓄積の前に転送パルスΦ1 が時刻ｔ1 からｔ2 の間出力される。これによりフォトダイオード３１に蓄積された電荷はシフトレジスタ３５に転送される。すなわち、フォトダイオード３１にｔ2 までの間に蓄積された電荷がシフトレジスタ３５に転送され、フォトダイオード３１がリセットされた状態となる。ｔ2 からｔ3 までの間に駆動パルスΦ2 がシフトレジスタ３５の数だけ出力され、この間にシフトレジスタ３５の画像信号が出力される。この画像信号は不要な信号であり、この信号を受信する信号処理回路１９では処理されない。次に転送パルスΦ1 がｔ3 からｔ4 の間出力され、ｔ2 からｔ4 までの間にフォトダイオード３１に蓄積された電荷がシフトレジスタ３５に転送される。ｔ4 からｔ5 までの間に駆動パルスΦ2 が出力され、シフトレジスタ３５に転送された電荷が画像信号として信号処理回路１９に出力される。このようにフォトダイオード３１で電荷蓄積を開始するときと終了するときに転送パルスΦ1 が出力され、フォトダイオード３１に蓄積された電荷がシフトレジスタ３５に転送される。電荷蓄積を開始するときに出力される転送パルスΦ1 はフォトダイオード３１にそれまでの間蓄積された電荷をクリアするためのもので、電荷蓄積を終了するときに出力される転送パルスΦ1 はそれまでに蓄積された電荷を画像信号として処理するために出力されるものである。
【００３２】
駆動パルスΦ2 はシフトレジスタ３５に転送された電荷を画像信号として出力するためのもので、不要なデータが転送された場合であってもそのデータをシフトレジスタから出力する必要があるので、たとえばｔ2 からｔ3 までの間でも出力される。
【００３３】
ｔ6 からｔ8 までの２回目の電荷蓄積の間に蓄積された電荷はｔ7 からｔ8 の間に出力される転送パルスΦ1 によりフォトダイオード３１からシフトレジスタ３５に転送され、ｔ8 からｔ9 までの間に出力される駆動パルスΦ2 によりシフトレジスタ３５から画像信号として出力される。同様にｔ10からｔ12までの第３回目の電荷蓄積の間に蓄積された電荷はｔ11からｔ12の間に出力される転送パルスΦ1 によりシフトレジスタ３５に転送され、ｔ12からｔ14までの間にシフトレジスタ３５から画像信号として順次出力される。
【００３４】
図７は、図２に示した合成回路２３で行なわれる合成処理について説明するための図である。図７（Ａ）は、ＣＣＤラインセンサが振動する１周期の間に画素が原稿を走査する軌跡を模式的に示した図である。画素Ｌ、画素Ｍおよび画素Ｎは、振動する１周期の間に３回の電荷蓄積をそれぞれ行なう。画素Ｌ、画素Ｍおよび画素Ｎが１回目に電荷蓄積する間に原稿を走査する領域をそれぞれＬ１、Ｍ１およびＮ１で示し、２回目に電荷蓄積する間に原稿を走査する領域をＬ２、Ｍ２およびＮ２で示し、３回目に電荷蓄積する間に原稿を走査する領域をＬ３、Ｍ３およびＮ３で示す。Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３の順番で、それぞれの領域の重心が主走査方向（図面横方向）に等間隔となるように電荷蓄積のタイミングが制御される。
【００３５】
画素ＬでＬ１〜Ｌ３を、画素ＭでＭ１〜Ｍ３を画素ＮでＮ１〜Ｎ３を走査することにより、それぞれの領域に対応する画像信号がＣＣＤラインセンサから信号処理回路１９を経てメモリ２１に記憶される。合成回路２３では、得られた画像信号を走査した領域の重心の位置が順に並ぶように１ライン分の画像信号に合成する。この合成処理は、メモリ２１のアドレスカウンタを分割数（Ｎ＝３）に応じて動作させることにより行なわれる。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）で示した領域を走査した場合に得られる画像信号を合成処理した結果を示す。ＣＣＤラインセンサ１１を振動させずに停止させたままで画像読取した場合には、画素数は「３」となるのに対し、ＣＣＤラインセンサ１１を振動させてその振動の１周期の間に３回の画像信号を得ることにより、９画素の解像度を得ることができる。
【００３６】
なお、図７（Ａ）において、画素が１回目と２回目と３回目に電荷蓄積する時間は異なる。これは、ＣＣＤリニアセンサ１１が正弦関数に従って振動しているので、電荷蓄積する１回目と２回目と３回目のそれぞれにおいてＣＣＤリニアセンサ１１の主走査方向の速度が異なることによるものである。すなわち、ＣＣＤリニアセンサ１１の電荷蓄積する１回目と２回目と３回目において振動に伴うボケ量を等しくするため、ＣＣＤリニアセンサの主走査方向の移動距離を１回目と２回目と３回目で等しくしたことによるものである。１回目と２回目と３回目に電荷蓄積する時間の違いは、上述した信号処理回路１９において、アナログ処理されることにより調整される。
【００３７】
次に振動関数の振幅をＡとし、正規化された振動関数をｆ（ｔ）＝ｓｉｎ（ｔ）とした場合の１周期（０≦ｔ＜２π）における電荷蓄積の時間の具体例を図８に示す。重心の位置は図５に示す位置となる。上述した式（１）と式（２）とに基づいて図８に示す振幅Ａと開始時刻ｔｓと終了時刻ｔｅとが求められる。
【００３８】
図を参照して、分割数がＮ＝２の場合には、振幅をＡ＝Ｄ／４とすれば、第１回目の電荷蓄積の開始時刻はｔｓ＝０、終了時刻はｔｅ＝πとなり、第２回目の開始時刻はｔｓ＝π、終了時刻はｔｅ＝２πとなる。このとき第１回目の電荷蓄積する間に画素が原稿を走査する領域の重心は図５（Ｂ）に示すＧ１となる。同様に、第２回目の電荷蓄積する間に画素が原稿を走査する領域の重心は図５（Ｂ）に示すＧ２となる。
【００３９】
分割数がＮ＝３の場合には、振幅をＡ＝２Ｄ／３とすれば、ＣＣＤリニアセンサが電荷蓄積を開始する時刻はｔｓ＝１／６π、終了時刻はｔｅ＝１／２πとなり、第２回目の電荷蓄積する開始時刻はｔｓ＝０．９７５π、終了時刻はｔｅ＝１．０２５πとなり、第３回目の電荷蓄積する開始時刻はｔｓ＝３／２π、終了時刻はｔｅ＝５／３πとなる。このとき第１回目の電荷蓄積するときの画素が原稿を走査する領域の重心は図５（Ｃ）のＧ１に示す位置となり、第２回目の領域の重心は図５（Ｃ）のＧ２に示す位置となり、第３回目の領域の重心は図５（Ｃ）のＧ３に示す位置となる。このとき、重心の時刻ｔｇと開始時刻ｔｓと終了時刻ｔｅとの間には、ｔｇ＝（ｔｓ＋ｔｅ）／２の関係が成立する。
【００４０】
以上説明したように、本実施の形態における画像読取装置は、ＣＣＤリニアセンサ１１を主走査方向に所定の振動関数に従って振動させ、振動関数の１周期の間に複数回の電荷蓄積を行ない画像情報を出力するようにし、１周期の間に出力された画像情報を１ラインの画像情報として合成するようにしたので、画素数の少ないＣＣＤリニアセンサを用いた場合においても、原稿画像を高解像度で読取ることができる。また、１周期の間で、画素が主走査方向に移動する距離をすべて同じにしたので、ＣＣＤリニアセンサが画像情報を出力するために電荷蓄積するすべての時間でＣＣＤリニアセンサの移動により生じるボケ量を同じにすることができ、原稿を主走査方向に均一に読取ることができる。さらに、ＣＣＤリニアセンサが電荷蓄積している間に原稿を走査する領域の重心が主走査方向に等しい距離となるようにＣＣＤリニアセンサが電荷蓄積する開始時刻を決定するので、ＣＣＤリニアセンサが原稿を走査する領域を主走査方向に均等に配列することができる。
【００４１】
さらに、ＣＣＤリニアセンサが電荷蓄積する時間を（１）式に従って決定し、電荷蓄積を開始する時刻を（２）式に従って決定するので、電荷蓄積する時間とその開始時刻を容易に決定することができる。
【００４２】
また、副走査制御回路２９により、副走査速度をＣＣＤリニアセンサの振動関数に同期して副走査するようにすれば、ＣＣＤリニアセンサが原稿を走査する領域を副走査方向に均等に配列することができる。
【００４３】
なお、本実施の形態においては、副走査制御回路２９により、駆動モータ１７を駆動して移動部６を一定の速度で副走査させるようにしたが、ＣＣＤリニアセンサ１１が振動する振動関数と同期をとって移動部６を副走査方向に移動させることにより、ＣＣＤリニアセンサが原稿を走査する領域を副走査方向に均等に並ぶようにすることができる。
【００４４】
本実施の形態における画像読取装置は、ＣＣＤリニアセンサの受光面とその受光面に結像する被写体像とを主走査方向に相対的に変位させるために、圧電素子１３を用いてＣＣＤリニアセンサ１１を主走査方向に振動させるように構成したが、以下にこの変形例を説明する。
【００４５】
［第１の変形例］
図９はＣＣＤリニアセンサ１１の受光面に結像する像を主走査方向に変位させるための変形例を示す図である。図９（Ａ）を参照して、レンズ９の光軸５１がＣＣＤリニアセンサ１１の中心となるようにレンズ９とＣＣＤリニアセンサ１１とが配置されている。この変形例においては、レンズ９を主走査方向に所定の振動関数に従って振動させるものである。図９（Ｂ）を参照して、レンズ９を主走査方向にｘだけ移動させれば、レンズ９の光軸５１はｘだけ主走査方向に移動する。これにより、ＣＣＤリニアセンサ１１上に結像する像もｘだけ主走査方向に移動する。このように、レンズ９を主走査方向に振動させることによってＣＣＤリニアセンサ上に結像する像を主走査方向に振動させることができる。
【００４６】
図９（Ｃ）は、レンズ９を主走査方向に振動させるための具体的な構成を示す図である。レンズ９はレンズ９を主走査方向に振動させるために圧電素子５２とばね５０とにより支持される。圧電素子５２に一定の周期を有する電圧を印加すれば圧電素子５２が主走査方向に振動し、これに伴ってレンズ９が主走査方向に振動を行なう。ばね５０は圧電素子５２がレンズ９を振動させるための力を補うために設けられている。
【００４７】
図９（Ｄ）は、レンズ９を回転させることにより、ＣＣＤリニアセンサ１１上に結像する像を振動させる構成を示した図である。レンズ９が回転中心を中心にして回転すればＣＣＤリニアセンサ上に結像する像に変化が生まれる。たとえば、レンズ９がθだけ回転する場合に、光軸５１は５１′に移動する。このとき被写体５０上にある光軸５１と５１′との距離はｘであり、このｘの変位はＣＣＤリニアセンサ上でｙの変位として現われる。したがって、レンズ９を回転することによってＣＣＤリニアセンサ上に結像する像を振動させることができる。
【００４８】
図９（Ｅ）は、レンズ９を回転させるための構成を具体的に示す図である。図を参照して、レンズ９は回転中心を固定部材５６で支持されており、回転中心から光軸方向に距離をおいたところで圧電素子５８に支持されている。また、圧電素子５８がレンズ９に作用させる力が加わる方向で圧電素子５８とは反対側をばね５４で支持されている。圧電素子５８に所定の周期を有する電圧を印加すればレンズ９は回転中心を中心として往復回転する。これにより、ＣＣＤリニアセンサ上に結像する像を振動させることができる。
【００４９】
［第２の変形例］
図１０（Ａ）は、レンズ９と被写体との間に平板ガラス６０を設け、この平板ガラス６０を図中矢印方向に回転させるものである。
【００５０】
図１０（Ｂ）を参照して、平板ガラス６０をθだけ回転させると光軸５１は５１′となる。これにより、ＣＣＤリニアセンサ１１上で被写体像が距離ｘだけ移動することになる。このように、平板ガラス６０を回転させることにより、ＣＣＤリニアセンサ上に結像する像を振動させることができる。
【００５１】
図１０（Ｃ）は、平板ガラス６０を振動させるための具体的な構成を示す図である。図を参照して、平板ガラス６０は回転中心を固定部材６６で支持されている。平板ガラス６０は延長材６２と接続されており、延長材６２の他端は圧電素子６４と接続されている。圧電素子６４に所定の周期をもった電圧を印加することにより、平板ガラス６０を回転中心を中心として所定の周期で往復回転させることができる。
【００５２】
［第３の変形例］
図１１（Ａ）は、レンズ９と被写体との間にあるミラー７を回転させることにより、ＣＣＤリニアセンサ上に結像する像を振動させるものである。
【００５３】
図１１（Ｂ）を参照して、ミラー７と被写体５０との距離をＬとし、ミラー７をθだけ回転すると、光軸５１は５１′となる。光軸５１と光軸５１′とのなす角は２θとなる。この光軸の移動により、被写体５０上でｘだけ光軸が移動することになる。ミラー７をθだけ回転させることによって、ＣＣＤリニアセンサ１１上に結像する像の変位をｙとすると、ｙ＝２θ・Ｌ・βとして表わされる（ただし、βはレンズ９の倍率）。このように、ミラー７を微小往復回転させることで、ＣＣＤリニアセンサ１１上に結像する像を振動させることができる。
【００５４】
図１１（Ｃ）は、ミラー７を微小往復回転させるための具体的な構成を示す図である。この構成は図１０（Ｃ）で説明した平板ガラスを回転させる構成と同じなので、ここでの説明は繰返さない。
【００５５】
［第４の変形例］
図１２（Ａ）は、レンズ９と被写体との間に頂角可変プリズム７４を配置した構成を示す。第４の変形例は、この頂角可変プリズムの頂角を変化させることでＣＣＤリニアセンサ１１上に結像する像を振動させるものである。
【００５６】
図１２（Ｂ）を参照して、頂角可変プリズム７４は後面部７４ａと前面部７４ｂとを有し、前面部７４ｂが回転中心を中心として回転できるようになっている。この頂角可変プリズム７４の前面部７４ｂを回転させることにより光軸５１を５１′に移動させることができる。これにより、ＣＣＤラインセンサ１１上で光軸はｘだけ移動することになる。したがって、頂角可変プリズム７４の頂角を可変させることにより、ＣＣＤリニアセンサ１１上に結像する像を振動させることができる。
【００５７】
図１２（Ｃ）は、頂角可変プリズム７４の頂角を可変させる具体的な構成を示す図である。図を参照して、頂角可変プリズム７４の後面部７４ａは回転移動しないように固定されている。前面部７４ｂは回転中心を固定部材７６により支持されている。そして延長材７８を介して圧電素子８０と接続されている。圧電素子８０に所定の周波数を有する電圧を印加することにより、前面部７４ｂを微小往復回転させることができる。
【００５８】
なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１つにおける画像読取装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】画像読取装置の制御部の概略構成を示すブロック図である。
【図３】ＣＣＤリニアセンサの信号の入出力を示す図である。
【図４】ＣＣＤリニアセンサが振動して原稿を走査する場合の電荷蓄積時間とその開始時刻を示した図である。
【図５】ＣＣＤリニアセンサが振動関数に従って振動する１周期の間に画素が原稿を走査する領域の重心の配置を示す図である。
【図６】ＣＣＤリニアセンサが振動関数に従って振動する１周期の間にセンサ駆動回路から出力される信号とＣＣＤリニアセンサから出力される画像信号との関係を示す図である。
【図７】ＣＣＤリニアセンサが振動関数に従って振動して１周期の間に出力される画像信号を合成する処理を説明するための図である。
【図８】ＣＣＤリニアセンサが振動関数に従って振動する１周期の間に電荷蓄積するタイミングの具体例を示した図である。
【図９】変位手段の第１の変形例を示す図である。
【図１０】変位手段の第２の変形例を示す図である。
【図１１】変位手段の第３の変形例を示す図である。
【図１２】変位手段の第４の変形例を示す図である。
【図１３】従来の画像読取装置の断面図である。
【符号の説明】
５ ランプ
７ ミラー
９ レンズ
１１ ＣＣＤリニアセンサ
１３ 圧電素子
１５ 制御部
１９ 信号処理回路
２１ メモリ
２３ 合成回路
２５ センサ駆動回路
２７ 加振回路
２９ 副走査制御回路
【発明の属する技術分野】
この発明は画像読取装置に関し、特に主走査方向にＣＣＤ等の固体撮像素子を用いて画像を読取る画像読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、撮像素子としてＣＣＤリニアセンサを用いた画像読取装置が知られている。図１３は、従来の画像読取装置の構成を示す断面図である。図を参照して、従来の画像読取装置は、セットされた複数の原稿を１枚ずつ原稿台３上に供給する自動原稿送り装置１（以下「ＡＤＦ１」という）と、原稿台３上に置かれた原稿に光を照射するランプ５と、原稿からの反射光をレンズ９に導くためのミラー７ａ〜７ｃと、反射光をＣＣＤリニアセンサ１１上に結合させるためのレンズ９と、反射光を受光し電気信号に変換するためのＣＣＤリニアセンサ１１とを含む。ＣＣＤリニアセンサ１１は、主走査方向（図面に対して垂直な方向）に光電変換素子が配列されており、原稿の１ライン分の情報を画像信号として制御部８０に送信するようになっている。ランプ５とミラー７ａとは、移動部６に支持されており、ミラー７ｂ，７ｃは移動部８に支持されており、レンズ９は固定部１０に支持されている。移動部６は駆動モータ１７により副走査方向（図面横方向）に移動される。移動部６が副走査方向に移動するに伴い、ランプ５が照射する原稿の位置が異なってくる。これにより、ＣＣＤリニアセンサ１１上に結像する画像は、副走査方向に順次移動することとなる。また、移動部６と移動部８は、ランプ５が照射した光が原稿で反射してからＣＣＤリニアセンサ１１に到達するまでの距離が等しくなるように駆動モータ１７により副走査方向と平行に移動される。
【０００３】
このように、従来の画像読取装置では、駆動モータ１７で移動部６を副走査方向に移動させることにより、ＣＣＤリニアセンサ１１で順次ラインごとに画像を読込むようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の画像読取装置では、ＣＣＤリニアセンサ１１は、主走査方向に配列する光電変換素子（画素）の数が固定されているため、読込まれた画像データの主走査方向の解像度はＣＣＤリニアセンサ１１の画素数によって定まる固定されたものであった。したがって、従来の画像読取装置においては、主走査方向の解像度はＣＣＤリニアセンサ１１の性能によって定まるもので、これを向上させることはできなかった。
【０００５】
この発明は上述の問題点を解決するためになされたもので、画素数の少ない光電変換部を用いて、簡単な構成で画像を高解像度で読取ることができる画像読取装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明のある局面による画像読取装置は、原稿から反射した光を受光するための光電変換素子を主走査方向に配列した光電変換部と、光電変換部の受光面と受光面に結像する被写体像とを主走査方向に相対的に変位させるための変位部と、光電変換部の電荷蓄積のタイミングを制御する制御部とを備え、変位部は所定の振動関数に従って変位させ、制御部は、所定の振動関数に従う変位の一周期の間に複数回の光電変換部による電荷蓄積を実行する。制御部は、Ａ｜ｆ（（ｔ（ｎ）＋ｔ（ｎ）’）／２）−ｆ（（ｔ（ｎ＋１）＋ｔ（ｎ＋１）’）／２）｜＝Ｄ／Ｎかつ｜ｆ（（ｔ（ｎ））−ｆ（ｔ（ｎ）’）｜＝｜ｆ（ｔ（ｎ＋１））−ｆ（ｔ（ｎ＋１）’）｜（ｎ：ｎ回目の電荷蓄積、Ａ：振幅、ｆ（ｔ）：正規化された振動関数、ｔ（ｎ）：ｎ回目の電荷蓄積の開始時刻、ｔ（ｎ）’：ｎ回目の電荷蓄積の終了時刻、Ｄ：光電変換素子の主走査方向の幅、Ｎ：所定の振動関数に従う変位の一周期の間に電荷蓄積する回数）の式を満たすように光電変換部の振幅中心からの距離と電荷蓄積時間とから電荷蓄積の開始時刻を決定することを特徴とする。
【０００７】
好ましくは画像読取装置は、ｎ回目の電荷蓄積と（ｎ＋１）回目の電荷蓄積とは、光電変換部が電荷蓄積時間に主走査方向に移動する距離が常に同じとなり、前記光電変換素子の移動した投影部分の中心間距離が相互にＤ／Ｎになることを特徴とする。
【０００８】
さらに好ましくは、光電変換部が出力する画像信号を合成処理する合成回路をさらに備え、光電変換部は電荷蓄積が終了するごとに画像信号を出力し、合成回路は振動関数の１周期の間に出力される画像信号を１ラインの画像信号に再構成することを特徴とする。
【０００９】
さらに好ましくは、画像読取装置の変位部は、正弦関数に従って変位させることを特徴とする。
【００１０】
これらの発明に従うと、画素数の少ない光電変換部を用いて、簡単な構成で画像を高解像度で読取ることができる画像読取装置を提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態の撮像装置の概略構成を説明するための断面図である。図１において、従来の技術で示した図１３と同一の構成要素については同一の番号を付してその説明を省略する。ＣＣＤリニアセンサ１１は、圧電素子１３に支持されている。圧電素子１３は、制御部１５からの信号に応じて主走査方向に振動する。圧電素子１３の振動に応じてＣＣＤリニアセンサ１１は主走査方向に振動する。制御部１５は、圧電素子１３の振動を制御するとともに、ＣＣＤリニアセンサ１１に転送パルスおよび駆動パルスを送信し、ＣＣＤリニアセンサ１１を制御する。制御部１５は、さらにＣＣＤリニアセンサ１１が出力する画像信号を受信し、受信した画像信号を合成処理する。さらに、駆動モータ１７を制御することにより、副走査方向の走査速度の制御を行なう。
【００１２】
図２は本実施の形態における画像読取装置の制御系の構成を示すブロック図である。図を参照して、ＣＣＤリニアセンサ１１と圧電素子１３とは、制御部１５により制御される。制御部１５は、ＣＣＤリニアセンサ１１が出力する画像信号を受信し、信号処理を行なう信号処理回路１９と、信号処理回路１９で処理された画像信号を記憶するメモリ２１と、メモリ２１に記憶された画像信号を合成処理し、出力する合成回路２３と、ＣＣＤリニアセンサ１１を制御するセンサ駆動回路２５と、圧電素子１３を制御する加振回路２７と、駆動モータ１７を制御する副走査制御回路２９とを含む。
【００１３】
加振回路２７は、ＣＣＤリニアセンサ１１を主走査方向（図中の矢印方向）に所定の振動関数に従って振動するように圧電素子１３に所定の振動関数に従った電圧を印加する。加振回路２７は、圧電素子１３に印加する電圧からＣＣＤリニアセンサ１１の位置がわかるので、センサ位置信号をセンサ駆動回路２５と副走査制御回路２９とに送信する。本実施の形態における加振回路２７では、ＣＣＤリニアセンサ１１を正弦波で振動させるようにしたが、三角波や矩形波で振動するようにしてもよい。
【００１４】
副走査制御回路２９は、加振回路２７より送られるセンサ位置信号に基づいて、ＣＣＤリニアセンサ１１が所定の周期関数に従って振動する場合の１周期において１ラインの主走査が行なわれるように、駆動モータ１７の制御を行なう。すなわち、駆動モータ１７を制御することにより移動部６、移動部８を各々一定の速度で副走査する。
【００１５】
センサ駆動回路２５は、加振回路２７より送られるセンサ位置信号に基づいて、ＣＣＤリニアセンサ１１が所定の振動関数に従って振動する場合の１周期内で複数回の画像信号をＣＣＤリニアセンサ１１が出力するように制御を行なう。
【００１６】
ここで、ＣＣＤリニアセンサ１１の駆動制御について説明する。図３は、ＣＣＤリニアセンサ１１の駆動制御について説明するための図である。図を参照して、ＣＣＤリニアセンサ１１は、フォトダイオード３１と、転送ゲート３３と、シフトレジスタ３５とを含む。フォトダイオード３１は、１列に配列されている。センサ駆動回路２５から転送パルスΦ1 が転送ゲート３３に送信されると、フォトダイオード３１に蓄積された電荷信号がシフトレジスタ３５に転送される。センサ駆動回路２５より駆動パルスΦ2 がシフトレジスタ３５に送られると、電荷信号が画像信号として順次出力される。したがって、転送パルスΦ1 は、フォトダイオード３１に電荷を蓄積する時間と電荷の蓄積を開始する時刻とを制御することができ、駆動パルスΦ2 は、信号電荷を出力する速度を決定する。
【００１７】
図２に戻って、ＣＣＤリニアセンサ１１より出力される画像信号は、信号処理回路１９で受信され、サンプルホールド、増倍等のアナログ処理を行なった後、量子化してメモリ２１に画像信号を記憶する。合成回路２３では、メモリに記憶された画像信号を読出し、１ライン分の画像信号の合成を行ない、出力する。１ライン分の画像信号とは、ＣＣＤリニアセンサ１１が所定の振動関数に従って振動する場合の１周期の間にＣＣＤリニアセンサ１１が出力する画像信号が１ライン分の画像信号に該当する。ＣＣＤリニアセンサ１１が画像信号を１周期内に出力する回数は、上述したセンサ駆動回路２５により定められるものである。
【００１８】
次に具体的な制御について、説明する。図４は、ＣＣＤリニアセンサ１１を振動させて画像読取する場合の原稿上の画素の位置を模式的に示した図である。図を参照して、横軸を主走査方向に、縦軸を副走査方向にとり、原点をＣＣＤリニアセンサ１１のｍ番目の画素（以下「画素ｍ」という）の中心として表わしている。なお、副走査方向は、時間軸としても表わすことができる。
【００１９】
画素ｍの中心は、図中で点線で示す振動関数ｆ0 の軌跡を描いて原稿を走査する。画素ｍの両端は図中において実線で示す関数ｆ1 とｆ2 で表わす軌跡を描いて原稿を走査する。関数ｆ0 ，ｆ1 ，ｆ2 の１周期において１ライン分の副走査が行なわれる。図４では分割数Ｎを３として表わしている。分割数Ｎとは、ＣＣＤリニアセンサ１１が振動関数に従って振動する場合の１周期の間に電荷蓄積する回数を示す。
【００２０】
図を参照して、ＣＣＤリニアセンサ１１において第１回目の電荷蓄積はｔ（ｎ）からｔ（ｎ）′までの間に行なわれ、図中斜線で示す領域４０に該当する原稿の部分が走査される。すなわち、領域４０は、ＣＣＤリニアセンサ１１がｔ（ｎ）からｔ（ｎ）′までの間に移動したときに、ＣＣＤリニアセンサ１１に投影される原稿の１部分である。第２回目の電荷蓄積はｔ（ｎ＋１）からｔ（ｎ＋１）′までの間に行なわれ、図中領域４２に該当する原稿の部分が走査される。第３回目の電荷蓄積はｔ（ｎ＋２）からｔ（ｎ＋２）′までの間に行なわれ、図中領域４４に該当する原稿の部分が走査される。領域４０を走査することにより得られる画像信号と領域４２を走査することにより得られる画像信号と領域４４を走査することにより得られる画像信号とが、前述した合成回路２３において合成されて１ライン分の画像信号として出力される。したがって、領域４０と領域４２と領域４４とは、原稿上の副走査方向の位置としては同じ位置として処理される。この場合、領域４０と領域４２と領域４４とが主走査方向に等間隔に並ぶようにすれば、ＣＣＤリニアセンサ１１の画素数を３倍に増やしたものと同じにすることができる。したがって、領域４０の重心Ｇ1 と領域４２の重心Ｇ2 と領域４４の重心Ｇ3 との主走査方向の距離（中心間距離）が等しくなるように、換言すれば、重心Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 が主走査方向に等間隔に並ぶように、電荷蓄積する時間とその開始時刻とを決定すればよい。
【００２１】
これをＣＣＤリニアセンサの振動軌跡で見ると、画素は主走査方向に振動しており、１周期の間に複数回の電荷蓄積をするので、電荷蓄積する間の画素の軌跡（投影部分）の中心が複数求まる。求められた複数の中心の距離（中心間距離）が等しくなるように電荷蓄積する時間とその開始時刻とを決定すればよい。
【００２２】
これについて具体的に説明する。図５は、ＣＣＤリニアセンサ１１が振動する１周期の間に画素が原稿を走査する領域の重心の主走査方向の位置関係を示した図である。図を参照して、図５（Ａ）は、分割数Ｎ＝１、すなわちＣＣＤリニアセンサ１１を振動させない場合の重心の位置関係を示す。画素ｍとその両隣の画素（ｍ−１）と画素（ｍ＋１）とが配列され、それぞれ画素幅はＤである。画素ｍの重心をＧ１とし、画素（ｍ−１）の重心をＨ１とし、画素（ｍ＋１）の重心をＩ１として表わしている。重心Ｈ１と重心Ｇ１との主走査方向の距離（中心間距離）と、Ｇ１とＩ１との主走査方向の距離（中心間距離）とはそれぞれＤとなる。
【００２３】
図５（Ｂ）は、分割数Ｎ＝２としたときの、重心の位置関係を示す。画素ｍが振動して第１回目に電荷蓄積する間に原稿を走査する領域の重心をＧ１とし、第２回目に電荷蓄積する間に原稿を走査する領域の重心をＧ２として表わす。同様に画素（ｍ−１）が第１回目に電荷蓄積する間に原稿を走査する領域の重心をＨ１とし、第２回目に電荷蓄積する間に原稿を走査する領域の重心をＨ２として示す。画素（ｍ＋１）については、同様に第１回目をＨ１とし、第２回目の重心をＨ２として表わす。それぞれの重心の間隔はＤ／２となり、等間隔に配列される。
【００２４】
図５（Ｃ）は分割数Ｎ＝３のときの重心の主走査方向の位置関係を示す。分割数Ｎ＝２のときと同様に、第１回目の重心の位置をＧ１，Ｈ１，Ｉ１で表わし、第２回目をＧ２，Ｈ２，Ｉ２で表わし、第３回目をＧ３，Ｈ３，Ｉ３として表わしている。図に示したように重心の間隔はＤ／３となり、等間隔に配列される。
【００２５】
このように画素が電荷蓄積する間に原稿を走査する領域の重心が主走査方向に等間隔に並ぶようにするためには、画素が電荷蓄積する時間とその開始時刻を次式に従って定めることができる。
【００２６】
【数１】
ただし、
ｎ：ｎ回目の電荷蓄積
Ａ：振幅
ｆ（ｔ）：正規化された振動関数
ｔ（ｎ）：ｎ回目の電荷蓄積の開始時刻
ｔ（ｎ）′：ｎ回目の電荷蓄積の終了時刻
Ｄ：画素幅
Ｎ：分割数
次に、画素が振動することにより生ずるボケ量を電荷蓄積するタイミングによらず等しくする方法について説明する。図４を参照して、領域４０を走査する場合の画素ｍの主走査方向の移動距離はＬ1で表わされる。同様に領域４２を走査する場合の画素ｍの主走査方向の移動距離はＬ2で表わされ、領域４４を走査する場合の画素ｍの主走査方向の移動距離はＬ3で表わされる。ボケ量を等しくするとは、この移動量Ｌ1、Ｌ2およびＬ3とが等しくなるように画素が電荷蓄積する時間を決定すればよい。
【００２８】
そのためには、次式に従って電荷蓄積する時間を決定することができる。
【００２９】
【数２】
ただし、
ｎ：ｎ回目の電荷蓄積
ｆ（ｔ）：正規化された振動関数
ｔ（ｎ）：ｎ回目の電荷蓄積の開始時刻
ｔ（ｎ）′：ｎ回目の電荷蓄積の終了時刻
以上説明したとおり、画素が電荷蓄積する間に原稿を走査する領域の重心が等間隔となるように電荷蓄積を開始する時刻が決定され、画素が振動することにより生ずるボケ量を電荷蓄積するタイミングによらず等しくするように電荷蓄積する時間が定められる。
【００３１】
図６はセンサ駆動回路２５から出力される信号とＣＣＤリニアセンサから出力される画像信号との関係を示した図である。図を参照して、ｔ0 からｔ13までを１周期としてＣＣＤリニアセンサが振動する。ｔ2 からｔ4 までの間に第１回目の電荷蓄積が行なわれ、ｔ6 からｔ8 までの間に第２回目の電荷蓄積が行なわれ、ｔ10からｔ12までの間に第３回目の電荷蓄積が行なわれる。第１回目の電荷蓄積の前に転送パルスΦ1 が時刻ｔ1 からｔ2 の間出力される。これによりフォトダイオード３１に蓄積された電荷はシフトレジスタ３５に転送される。すなわち、フォトダイオード３１にｔ2 までの間に蓄積された電荷がシフトレジスタ３５に転送され、フォトダイオード３１がリセットされた状態となる。ｔ2 からｔ3 までの間に駆動パルスΦ2 がシフトレジスタ３５の数だけ出力され、この間にシフトレジスタ３５の画像信号が出力される。この画像信号は不要な信号であり、この信号を受信する信号処理回路１９では処理されない。次に転送パルスΦ1 がｔ3 からｔ4 の間出力され、ｔ2 からｔ4 までの間にフォトダイオード３１に蓄積された電荷がシフトレジスタ３５に転送される。ｔ4 からｔ5 までの間に駆動パルスΦ2 が出力され、シフトレジスタ３５に転送された電荷が画像信号として信号処理回路１９に出力される。このようにフォトダイオード３１で電荷蓄積を開始するときと終了するときに転送パルスΦ1 が出力され、フォトダイオード３１に蓄積された電荷がシフトレジスタ３５に転送される。電荷蓄積を開始するときに出力される転送パルスΦ1 はフォトダイオード３１にそれまでの間蓄積された電荷をクリアするためのもので、電荷蓄積を終了するときに出力される転送パルスΦ1 はそれまでに蓄積された電荷を画像信号として処理するために出力されるものである。
【００３２】
駆動パルスΦ2 はシフトレジスタ３５に転送された電荷を画像信号として出力するためのもので、不要なデータが転送された場合であってもそのデータをシフトレジスタから出力する必要があるので、たとえばｔ2 からｔ3 までの間でも出力される。
【００３３】
ｔ6 からｔ8 までの２回目の電荷蓄積の間に蓄積された電荷はｔ7 からｔ8 の間に出力される転送パルスΦ1 によりフォトダイオード３１からシフトレジスタ３５に転送され、ｔ8 からｔ9 までの間に出力される駆動パルスΦ2 によりシフトレジスタ３５から画像信号として出力される。同様にｔ10からｔ12までの第３回目の電荷蓄積の間に蓄積された電荷はｔ11からｔ12の間に出力される転送パルスΦ1 によりシフトレジスタ３５に転送され、ｔ12からｔ14までの間にシフトレジスタ３５から画像信号として順次出力される。
【００３４】
図７は、図２に示した合成回路２３で行なわれる合成処理について説明するための図である。図７（Ａ）は、ＣＣＤラインセンサが振動する１周期の間に画素が原稿を走査する軌跡を模式的に示した図である。画素Ｌ、画素Ｍおよび画素Ｎは、振動する１周期の間に３回の電荷蓄積をそれぞれ行なう。画素Ｌ、画素Ｍおよび画素Ｎが１回目に電荷蓄積する間に原稿を走査する領域をそれぞれＬ１、Ｍ１およびＮ１で示し、２回目に電荷蓄積する間に原稿を走査する領域をＬ２、Ｍ２およびＮ２で示し、３回目に電荷蓄積する間に原稿を走査する領域をＬ３、Ｍ３およびＮ３で示す。Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３の順番で、それぞれの領域の重心が主走査方向（図面横方向）に等間隔となるように電荷蓄積のタイミングが制御される。
【００３５】
画素ＬでＬ１〜Ｌ３を、画素ＭでＭ１〜Ｍ３を画素ＮでＮ１〜Ｎ３を走査することにより、それぞれの領域に対応する画像信号がＣＣＤラインセンサから信号処理回路１９を経てメモリ２１に記憶される。合成回路２３では、得られた画像信号を走査した領域の重心の位置が順に並ぶように１ライン分の画像信号に合成する。この合成処理は、メモリ２１のアドレスカウンタを分割数（Ｎ＝３）に応じて動作させることにより行なわれる。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）で示した領域を走査した場合に得られる画像信号を合成処理した結果を示す。ＣＣＤラインセンサ１１を振動させずに停止させたままで画像読取した場合には、画素数は「３」となるのに対し、ＣＣＤラインセンサ１１を振動させてその振動の１周期の間に３回の画像信号を得ることにより、９画素の解像度を得ることができる。
【００３６】
なお、図７（Ａ）において、画素が１回目と２回目と３回目に電荷蓄積する時間は異なる。これは、ＣＣＤリニアセンサ１１が正弦関数に従って振動しているので、電荷蓄積する１回目と２回目と３回目のそれぞれにおいてＣＣＤリニアセンサ１１の主走査方向の速度が異なることによるものである。すなわち、ＣＣＤリニアセンサ１１の電荷蓄積する１回目と２回目と３回目において振動に伴うボケ量を等しくするため、ＣＣＤリニアセンサの主走査方向の移動距離を１回目と２回目と３回目で等しくしたことによるものである。１回目と２回目と３回目に電荷蓄積する時間の違いは、上述した信号処理回路１９において、アナログ処理されることにより調整される。
【００３７】
次に振動関数の振幅をＡとし、正規化された振動関数をｆ（ｔ）＝ｓｉｎ（ｔ）とした場合の１周期（０≦ｔ＜２π）における電荷蓄積の時間の具体例を図８に示す。重心の位置は図５に示す位置となる。上述した式（１）と式（２）とに基づいて図８に示す振幅Ａと開始時刻ｔｓと終了時刻ｔｅとが求められる。
【００３８】
図を参照して、分割数がＮ＝２の場合には、振幅をＡ＝Ｄ／４とすれば、第１回目の電荷蓄積の開始時刻はｔｓ＝０、終了時刻はｔｅ＝πとなり、第２回目の開始時刻はｔｓ＝π、終了時刻はｔｅ＝２πとなる。このとき第１回目の電荷蓄積する間に画素が原稿を走査する領域の重心は図５（Ｂ）に示すＧ１となる。同様に、第２回目の電荷蓄積する間に画素が原稿を走査する領域の重心は図５（Ｂ）に示すＧ２となる。
【００３９】
分割数がＮ＝３の場合には、振幅をＡ＝２Ｄ／３とすれば、ＣＣＤリニアセンサが電荷蓄積を開始する時刻はｔｓ＝１／６π、終了時刻はｔｅ＝１／２πとなり、第２回目の電荷蓄積する開始時刻はｔｓ＝０．９７５π、終了時刻はｔｅ＝１．０２５πとなり、第３回目の電荷蓄積する開始時刻はｔｓ＝３／２π、終了時刻はｔｅ＝５／３πとなる。このとき第１回目の電荷蓄積するときの画素が原稿を走査する領域の重心は図５（Ｃ）のＧ１に示す位置となり、第２回目の領域の重心は図５（Ｃ）のＧ２に示す位置となり、第３回目の領域の重心は図５（Ｃ）のＧ３に示す位置となる。このとき、重心の時刻ｔｇと開始時刻ｔｓと終了時刻ｔｅとの間には、ｔｇ＝（ｔｓ＋ｔｅ）／２の関係が成立する。
【００４０】
以上説明したように、本実施の形態における画像読取装置は、ＣＣＤリニアセンサ１１を主走査方向に所定の振動関数に従って振動させ、振動関数の１周期の間に複数回の電荷蓄積を行ない画像情報を出力するようにし、１周期の間に出力された画像情報を１ラインの画像情報として合成するようにしたので、画素数の少ないＣＣＤリニアセンサを用いた場合においても、原稿画像を高解像度で読取ることができる。また、１周期の間で、画素が主走査方向に移動する距離をすべて同じにしたので、ＣＣＤリニアセンサが画像情報を出力するために電荷蓄積するすべての時間でＣＣＤリニアセンサの移動により生じるボケ量を同じにすることができ、原稿を主走査方向に均一に読取ることができる。さらに、ＣＣＤリニアセンサが電荷蓄積している間に原稿を走査する領域の重心が主走査方向に等しい距離となるようにＣＣＤリニアセンサが電荷蓄積する開始時刻を決定するので、ＣＣＤリニアセンサが原稿を走査する領域を主走査方向に均等に配列することができる。
【００４１】
さらに、ＣＣＤリニアセンサが電荷蓄積する時間を（１）式に従って決定し、電荷蓄積を開始する時刻を（２）式に従って決定するので、電荷蓄積する時間とその開始時刻を容易に決定することができる。
【００４２】
また、副走査制御回路２９により、副走査速度をＣＣＤリニアセンサの振動関数に同期して副走査するようにすれば、ＣＣＤリニアセンサが原稿を走査する領域を副走査方向に均等に配列することができる。
【００４３】
なお、本実施の形態においては、副走査制御回路２９により、駆動モータ１７を駆動して移動部６を一定の速度で副走査させるようにしたが、ＣＣＤリニアセンサ１１が振動する振動関数と同期をとって移動部６を副走査方向に移動させることにより、ＣＣＤリニアセンサが原稿を走査する領域を副走査方向に均等に並ぶようにすることができる。
【００４４】
本実施の形態における画像読取装置は、ＣＣＤリニアセンサの受光面とその受光面に結像する被写体像とを主走査方向に相対的に変位させるために、圧電素子１３を用いてＣＣＤリニアセンサ１１を主走査方向に振動させるように構成したが、以下にこの変形例を説明する。
【００４５】
［第１の変形例］
図９はＣＣＤリニアセンサ１１の受光面に結像する像を主走査方向に変位させるための変形例を示す図である。図９（Ａ）を参照して、レンズ９の光軸５１がＣＣＤリニアセンサ１１の中心となるようにレンズ９とＣＣＤリニアセンサ１１とが配置されている。この変形例においては、レンズ９を主走査方向に所定の振動関数に従って振動させるものである。図９（Ｂ）を参照して、レンズ９を主走査方向にｘだけ移動させれば、レンズ９の光軸５１はｘだけ主走査方向に移動する。これにより、ＣＣＤリニアセンサ１１上に結像する像もｘだけ主走査方向に移動する。このように、レンズ９を主走査方向に振動させることによってＣＣＤリニアセンサ上に結像する像を主走査方向に振動させることができる。
【００４６】
図９（Ｃ）は、レンズ９を主走査方向に振動させるための具体的な構成を示す図である。レンズ９はレンズ９を主走査方向に振動させるために圧電素子５２とばね５０とにより支持される。圧電素子５２に一定の周期を有する電圧を印加すれば圧電素子５２が主走査方向に振動し、これに伴ってレンズ９が主走査方向に振動を行なう。ばね５０は圧電素子５２がレンズ９を振動させるための力を補うために設けられている。
【００４７】
図９（Ｄ）は、レンズ９を回転させることにより、ＣＣＤリニアセンサ１１上に結像する像を振動させる構成を示した図である。レンズ９が回転中心を中心にして回転すればＣＣＤリニアセンサ上に結像する像に変化が生まれる。たとえば、レンズ９がθだけ回転する場合に、光軸５１は５１′に移動する。このとき被写体５０上にある光軸５１と５１′との距離はｘであり、このｘの変位はＣＣＤリニアセンサ上でｙの変位として現われる。したがって、レンズ９を回転することによってＣＣＤリニアセンサ上に結像する像を振動させることができる。
【００４８】
図９（Ｅ）は、レンズ９を回転させるための構成を具体的に示す図である。図を参照して、レンズ９は回転中心を固定部材５６で支持されており、回転中心から光軸方向に距離をおいたところで圧電素子５８に支持されている。また、圧電素子５８がレンズ９に作用させる力が加わる方向で圧電素子５８とは反対側をばね５４で支持されている。圧電素子５８に所定の周期を有する電圧を印加すればレンズ９は回転中心を中心として往復回転する。これにより、ＣＣＤリニアセンサ上に結像する像を振動させることができる。
【００４９】
［第２の変形例］
図１０（Ａ）は、レンズ９と被写体との間に平板ガラス６０を設け、この平板ガラス６０を図中矢印方向に回転させるものである。
【００５０】
図１０（Ｂ）を参照して、平板ガラス６０をθだけ回転させると光軸５１は５１′となる。これにより、ＣＣＤリニアセンサ１１上で被写体像が距離ｘだけ移動することになる。このように、平板ガラス６０を回転させることにより、ＣＣＤリニアセンサ上に結像する像を振動させることができる。
【００５１】
図１０（Ｃ）は、平板ガラス６０を振動させるための具体的な構成を示す図である。図を参照して、平板ガラス６０は回転中心を固定部材６６で支持されている。平板ガラス６０は延長材６２と接続されており、延長材６２の他端は圧電素子６４と接続されている。圧電素子６４に所定の周期をもった電圧を印加することにより、平板ガラス６０を回転中心を中心として所定の周期で往復回転させることができる。
【００５２】
［第３の変形例］
図１１（Ａ）は、レンズ９と被写体との間にあるミラー７を回転させることにより、ＣＣＤリニアセンサ上に結像する像を振動させるものである。
【００５３】
図１１（Ｂ）を参照して、ミラー７と被写体５０との距離をＬとし、ミラー７をθだけ回転すると、光軸５１は５１′となる。光軸５１と光軸５１′とのなす角は２θとなる。この光軸の移動により、被写体５０上でｘだけ光軸が移動することになる。ミラー７をθだけ回転させることによって、ＣＣＤリニアセンサ１１上に結像する像の変位をｙとすると、ｙ＝２θ・Ｌ・βとして表わされる（ただし、βはレンズ９の倍率）。このように、ミラー７を微小往復回転させることで、ＣＣＤリニアセンサ１１上に結像する像を振動させることができる。
【００５４】
図１１（Ｃ）は、ミラー７を微小往復回転させるための具体的な構成を示す図である。この構成は図１０（Ｃ）で説明した平板ガラスを回転させる構成と同じなので、ここでの説明は繰返さない。
【００５５】
［第４の変形例］
図１２（Ａ）は、レンズ９と被写体との間に頂角可変プリズム７４を配置した構成を示す。第４の変形例は、この頂角可変プリズムの頂角を変化させることでＣＣＤリニアセンサ１１上に結像する像を振動させるものである。
【００５６】
図１２（Ｂ）を参照して、頂角可変プリズム７４は後面部７４ａと前面部７４ｂとを有し、前面部７４ｂが回転中心を中心として回転できるようになっている。この頂角可変プリズム７４の前面部７４ｂを回転させることにより光軸５１を５１′に移動させることができる。これにより、ＣＣＤラインセンサ１１上で光軸はｘだけ移動することになる。したがって、頂角可変プリズム７４の頂角を可変させることにより、ＣＣＤリニアセンサ１１上に結像する像を振動させることができる。
【００５７】
図１２（Ｃ）は、頂角可変プリズム７４の頂角を可変させる具体的な構成を示す図である。図を参照して、頂角可変プリズム７４の後面部７４ａは回転移動しないように固定されている。前面部７４ｂは回転中心を固定部材７６により支持されている。そして延長材７８を介して圧電素子８０と接続されている。圧電素子８０に所定の周波数を有する電圧を印加することにより、前面部７４ｂを微小往復回転させることができる。
【００５８】
なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１つにおける画像読取装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】画像読取装置の制御部の概略構成を示すブロック図である。
【図３】ＣＣＤリニアセンサの信号の入出力を示す図である。
【図４】ＣＣＤリニアセンサが振動して原稿を走査する場合の電荷蓄積時間とその開始時刻を示した図である。
【図５】ＣＣＤリニアセンサが振動関数に従って振動する１周期の間に画素が原稿を走査する領域の重心の配置を示す図である。
【図６】ＣＣＤリニアセンサが振動関数に従って振動する１周期の間にセンサ駆動回路から出力される信号とＣＣＤリニアセンサから出力される画像信号との関係を示す図である。
【図７】ＣＣＤリニアセンサが振動関数に従って振動して１周期の間に出力される画像信号を合成する処理を説明するための図である。
【図８】ＣＣＤリニアセンサが振動関数に従って振動する１周期の間に電荷蓄積するタイミングの具体例を示した図である。
【図９】変位手段の第１の変形例を示す図である。
【図１０】変位手段の第２の変形例を示す図である。
【図１１】変位手段の第３の変形例を示す図である。
【図１２】変位手段の第４の変形例を示す図である。
【図１３】従来の画像読取装置の断面図である。
【符号の説明】
５ ランプ
７ ミラー
９ レンズ
１１ ＣＣＤリニアセンサ
１３ 圧電素子
１５ 制御部
１９ 信号処理回路
２１ メモリ
２３ 合成回路
２５ センサ駆動回路
２７ 加振回路
２９ 副走査制御回路
Claims (4)
- 原稿から反射した光を受光するための光電変換素子を主走査方向に配列した光電変換部と、
前記光電変換部の受光面と前記受光面に結像する被写体像とを前記主走査方向に相対的に変位させるための変位手段と、
前記光電変換部の電荷蓄積のタイミングを制御する制御手段とを備え、
前記変位手段は所定の振動関数に従って変位させ、
前記制御手段は、前記所定の振動関数に従う変位の一周期の間に複数回の前記光電変換部による電荷蓄積を実行し、
前記制御手段は、
Ａ｜ｆ（（ｔ（ｎ）＋ｔ（ｎ）’）／２）−ｆ（（ｔ（ｎ＋１）＋ｔ（ｎ＋１）’）／２）｜＝Ｄ／Ｎ
かつ
｜ｆ（（ｔ（ｎ））−ｆ（ｔ（ｎ）’）｜＝｜ｆ（ｔ（ｎ＋１））−ｆ（ｔ（ｎ＋１）’）｜
（ｎ：ｎ回目の電荷蓄積、Ａ：振幅、ｆ（ｔ）：正規化された振動関数、ｔ（ｎ）：ｎ回目の電荷蓄積の開始時刻、ｔ（ｎ）’：ｎ回目の電荷蓄積の終了時刻、Ｄ：光電変換素子の主走査方向の幅、Ｎ：所定の振動関数に従う変位の一周期の間に電荷蓄積する回数）
の式を満たすように前記光電変換部の振幅中心からの距離と電荷蓄積時間とから電荷蓄積の開始時刻を決定する、画像読取装置。 - ｎ回目の電荷蓄積と（ｎ＋１）回目の電荷蓄積とは、
前記光電変換部が前記電荷蓄積時間に主走査方向に移動する距離が常に同じとなり、前記光電変換素子の移動した投影部分の中心間距離が相互にＤ／Ｎになることを特徴とする、請求項１に記載の画像読取装置。 - 前記光電変換部が出力する画像信号を合成処理する合成回路をさらに備え、
前記光電変換部は電荷蓄積が終了するごとに画像信号を出力し、
前記合成回路は前記振動関数の１周期の間に出力される前記画像信号を１ラインの画像信号に再構成することを特徴とする、請求項１または２に記載の画像読取装置。 - 前記所定の振動関数は正弦関数であることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の画像読取装置。
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