JP4101192B2 - 画像読取装置及び画像処理装置 - Google Patents

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本発明は、CCD等のリニアイメージセンサにより光電変換した画像信号をリニアイメージセンサの画素配列の中央部左側及び右側画素配列毎に出力し、出力した画像信号をマルチプレクスする画像読取装置及びこの画像読取装置を有するスキャナ装置、電子写真複写機、ファクシミリ装置等の画像処理装置に関する。
デジタル複写機等で使用されるスキャナ装置は、CCD等のリニアイメージセンサにより原稿画像を光電変換し画像読取りを行っている。CCDは高解像度及び高速読取りが可能なため広く使用されているが、デジタル複写機の普及につれて更なる高速化が求められている。この高速化に対処するために、CCDの画像電荷をCCD画素配列の中央部左側の偶数画素及び奇数画素毎、及び右側の偶数画素及び奇数画素毎の4チャンネルで処理するシステムが開発されている。
図15は、従来の4チャンネル出力CCDにおける画像データの処理システムの構成を示す図である。図15において、120は4チャンネル出力CCDシステム、130は前処理システム、140はスキャナ制御システムである。
4チャンネル出力CCDシステム120は、図示を省略しているが順番に配列された複数の受光素子(フォトダイオード)からなるCCD、シフトレジスタ、出力バッファで構成される。4チャンネル出力CCDの場合は、信号出力が偶数成分と奇数成分を更に受光素子の配列の中央部で左右に分割し、4系統の出力とするために、シフトレジスタは4つ存在する。従って、第1のシフトレジスタにより奇数成分の左端の受光素子による信号より順番に転送出力され、第2のシフトレジスタによって偶数成分の左端の受光素子による信号より順番に転送出力され、第3のシフトレジスタによって奇数成分の右端の受光素子による信号より順番に転送出力され、第4のシフトレジスタによって偶数成分の右端の受光素子による信号より順番に転送出力されることになる。
4チャンネル出力CCDシステム120から出力されたアナログ信号は、前処理システム130のアンプ131,132において画素信号毎にサンプリングされ信号増幅される。アンプ131,132は、1チップで2チャンネル分の処理がパラレルに可能なアンプである。アンプ131には、4チャンネル出力CCDシステム120の画素信号の奇数成分の左右2チャンネル(出力端子0S1、OS3)を入力し、アンプ132には、4チャンネル出力CCDシステム120の画素信号の偶数成分の左右2チャンネル(出力端子OS2、OS4)を入力する。
それぞれのアンプ131,132内部においては、4チャンネル出力CCDシステム120の左右からの2チャンネルの画素信号が並列で処理(サンプリング及び信号増幅)され、その後1チャンネルに合成(マルチプレクス)される。即ち、アンプ131においては奇数成分の左右の信号を合成して1チャンネルに、アンプ132においては偶数成分の左右の信号を合成して1チャンネルにし、それぞれアンプ131,132より出力するようになっている。
これらのアンプ131,132により、信号処理上適当なレベルに増幅された画素毎のアナログ信号は、ADコンバータ133,134によりAD変換されデジタル信号になる。ここで使用するADコンバータ133,134の分解能は、8ビット(256ステップ)なので、画素データとしては1画素あたり8ビットデータとなる。
なお、4チャンネル出力CCDシステムのレジスタ、出力バッファ、及びアンプ131,132を駆動するために必要な制御信号(サンプルホールドパルス、合成信号、クランプ信号)、並びにADコンバータ133,134においてAD変換処理に必要なAD変換用クロックは、後段のスキャナ制御システム140から供給される。
スキャナ制御システム140は、詳細図を省略しているがバス幅変換回路、シェーディング補正回路、バスセレクト回路、左右補正回路、ビット反転回路及びラスタ変換回路を有する。即ち、バス幅変換回路により奇数成分、偶数成分それぞれにおいて左のデータと右のデータに分けられる。従って、例えば前処理システム130から画像データのデータレートが2チャンネル(奇数チャンネル及び偶数チャンネル)で1チャンネル当り40MHzとして入力された場合、バス幅変換処理後の出力として画像データは4チャンネルで1チャンネル20MHzとして4チャンネルに変換された状態で次段のシェーディング補正回路に入力されることになる。
シェーディング補正回路ではシェーディング補正が行われる。シェーディング補正が行われた画像データは、左右補正回路に入力される。
光画像信号として4チャンネル出力CCDシステムに入力される画像情報は、複数の受光素子毎に光電変換されるが、このとき原稿の反射率が同一濃度の光画像信号を各受光素子が受光し光電変換し、同一レベルの電荷信号を出力したとしても信号の処理系統が4つに分かれ異なってしまうために回路特性的な偏差、より具体的には信号伝達経路間に生じるリニアリティ偏差が生じ、画素信号間(画像データ)に歪みが生じることになる。この歪みを補正するために左右補正回路を設け、メモリを使用したデータ変換テーブルを用いて左右補正を行っている。
前記リニアリティ偏差の他に、画像濃度に対する画像データの各画素毎に生じる照度むら、感度のばらつき受光素子及びシフトレジスタで発生する暗電流等による濃度勾配偏差(濃度偏差)がある。この濃度偏差は、前記シェーディング補正回路で補正可能であるが、中間階調領域では補正困難であり、従来提案されている解決手法では、グレースケールチャートを主走査又は副走査方向の読取位置に設け、その各ステップの読取データを基にガンマ補正テーブルを参照し補正する手法が用いられている。
このような補正が行われた画像データは、そのあとビット反転回路によってビット反転され、ラスタ変換回路によって画像データの並び順の整列化処理が行われる。
そして次段の画像処理システム(不図示)により、フィルタリング処理、レンジ補正、倍率変換、ガンマ補正、階調処理等が行われることになる(特許文献1参照)。
特開2000−188686号公報
上述のように従来の4チャンネル出力CCDの画像データ処理システムにおいては、チャンネルのリニアリティ偏差の補正である左右補正を、CCD出力(画像データ)をアンプ131,132で増幅し、ADコンバータ133,134でAD変換した後の画像データに対して行っている。つまり、前記画像データをメモリのアドレスに入力し、補正後の画像データはメモリのデータ出力より、予めメモリのそれぞれのアドレスに対してセットされたデータが代わりに出力されることで左右補正を行っている。従って、専用メモリの搭載やその処理のための周辺回路が必要になるなど、画像データ処理が複雑になっている。濃度偏差の補正も、AD変換した後の画像データに対して行われことになるが、回路構成の複雑化は避けられない。
そこで本発明は、このような状況に鑑みなされたものであり、その目的は、4チャンネル出力CCDシステムにおいて、CCDからの光電変換信号の出力時点で複数チャンネルによるリニアリティ偏差を補正しかつ濃度偏差を補正することである。
請求項1の発明は、中央部で区切って分割した直線状に配列された複数の光電変換素子と、前記分割した光電変換素子で光電変換された光電出力信号をタイミング信号の立ち下がりで取り出す手段と、取り出した光電出力信号をサンプリング信号でサンプリングする手段と、前記タイミング信号の立ち下がり傾斜を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段の前記立ち下がり傾斜の制御により前記光電出力信号の取り出しタイミングを制御し、前記光電出力信号に対する前記サンプリング信号のサンプリング位置及びサンプリングされた前記光電出力信号の電圧値を制御することにより、前記分割された光電変換素子の信号伝達経路間に生じるリニアリティ偏差を補正することを特徴とする画像読取装置である。
請求項2の発明は、請求項1記載の画像読取装置において、異なる移動開始時間で標準濃度の原稿を読取り、前記分割した一方の側及び他方の側の光電変換素子の読取出力値を取得する手段と、取得した読取出力値に基いて移動開始時間を設定する手段とを備えたことを特徴とする画像読取装置である。
請求項3の発明は、請求項1又は2記載の画像読取装置において、前記制御手段はFETで構成したフィルタ回路を有し、FETのオン抵抗を変更することでフィルタ回路の時定数を変え、前記タイミング信号の立ち下がり傾斜を制御することを特徴とする画像読取装置である。
請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の画像読取装置を備えたことを特徴とする画像処理装置である。
本発明によれば、4チャンネル出力CCDシステムにおいて、CCDからの光電変換信号の出力時点で複数チャンネルによるリニアリティ偏差を補正しかつ濃度偏差を補正することができる。このため後段においてメモリを有するリニアリティ偏差や濃度偏差の補正回路を設ける必要がなくなり画像読取装置の回路構成が簡略化する。
はじめに、本発明の実施形態に係る4チャンネル出力CCDシステムを有する画像読取装置におけるリニアリティ偏差の補正について説明する。
図1は、本発明が実施される4チャンネル出力CCD装置の構成図である。この4チャンネル出力CCD装置は、図示を省略しているがデジタル複写機等のスキャナ部において原稿からの反射光を光電変換するものである。
図1において、5は直線状に順番に配列された複数の光電変換素子(フォトダイオード)、1は光電変換素子5を中央部で区切った左側の奇数番目の素子の信号出力を転送移動させるアナログシフトレジスタ、2は光電変換素子5の中央部左側の偶数番目の素子の信号出力を転送移動させるアナログシフトレジスタ、3は光電変換素子5の中央部右側の奇数番目の素子の信号出力を転送移動させるアナログシフトレジスタ、4は光電変換素子5の中央部右側の偶数番目の素子の信号出力を転送移動させるアナログシフトレジスタ、6は左側シフトレジスタ1,2のアウトプットゲート端子、7は右側シフトレジスタ3,4のアウトプットゲート端子、8はアナログシフトレジスタ1の出力バッファ、9はアナログシフトレジスタ2の出力バッファ、10はアナログシフトレジスタ3の出力バッファ、11はアナログシフトレジスタ4の出力バッファである。また出力バッファ8は光電変換素子5の左側奇数成分の出力端子OS1、出力バッファ9は光電変換素子5の左側偶数成分の出力端子OS2、出力バッファ10は光電変換素子5の右側奇数成分の出力端子OS3、出力バッファ11は光電変換素子5の右側偶数成分の出力端子OS4を有する。なお、RSはリセットパルス入力端子、CPはクランプパルスの入力端子である。これらはCCD装置として1つの基板上に形成される。
CCDの駆動は、後述する専用のタイミング発生回路により信号が生成され、その信号は2つのドライバで左右のアウトプットゲート端子6,7に供給されるようになっている。そしてこのタイミング信号によりCCDから光電出力信号が取出される。
図2は、CCDで生成される電荷信号の移動の形態を示す図である。図2を参照して
シフトの形態を説明すると、T11の状態は前の移動(シフト)動作の結果、電荷信号の移動が安定している状態であり、T12の状態はT11の状態から隣のレジスタに電荷信号を移動開始している状態であり、T13の状態は移動を終了した状態を示す。このシフトはアナログシフトレジスタのレジスタにクロックφ1、φ2が交互にハイ(H)とロー(L)を繰返すことにより順次行われるものであり、最後にアウトプットゲート6,7にアウトプットゲート信号φ2Bが供給されることにより、出力バッファを介して電荷信号を出力信号(電圧)OSに変換しCCD外部に出力している。
図3は、アウトプットゲート信号と出力信号の関係を示す図である。
図3において、アウトプットゲート6,7にアウトプット信号φ2Bが供給されると、該信号φ2Bの立下りによりシフトレジスタの電荷信号は出力バッファから電圧信号として現れてくる。ここで、アウトプットゲート信号φ2Bの立下りまでの10%のタイミングからCCD出力電圧信号OSが安定する手前10%のタイミングまでの時間を出力遅延時間という。このようにアウトプットゲート信号と出力電圧信号が出力遅延時間を有しているとき、図4の出力電圧信号と出力タイミングの関係図に示すように、一般的には、電圧信号Dが安定する時間帯(領域)d1でサンプリング信号SHDによりサンプリングし電圧信号として出力している(図4(A))。高速読取りを行うためにサンプリング信号SHDを早くすると安定領域d1で出力することができなくなる(図4(B))。この関係を更に図5により説明する。
図5は、アウトプットゲート信号と出力電圧信号の出力タイミングの関係を示す図である。図5において、アウトプットゲート信号φ2Bの立下り傾斜をa,b,cのように変化させると、電荷の移動し始めるタイミングが変化する。この結果、出力バッファから出力される電圧信号はOSa,OSb,OScのように変化する。このとき出力遅延時間は、傾斜aのアウトプットゲート信号に対してはT21、傾斜bのアウトプットゲート信号に対してはT22、傾斜cのアウトプットゲート信号に対してはT23のようになり、出力バッファの特性によりT21<T22<T23となる。いま所定のサンプリング信号SHDの立下り点をサンプリングポイントとして電圧信号OSa,OSb,OScをサンプリングすると、電圧信号OSaでは安定領域で出力が可能になり、電圧信号OSbでは安定領域から少しはずれ、電圧信号OScでは完全に安定領域からはずれたポイントで出力されることになる。つまり、このはずれにより出力される電圧信号は減少する。
本実施形態では、この出力遅延時間による出力電圧信号の減少をリニアリティ偏差の補正に使用する。
図6は、本発明の実施形態に係る4チャンネル出力CCDシステムの全体ブロック構成図であり、図中、20は図1で説明した4チャンネル出力CCD装置、21は4チャンネル出力CCD装置20に供給するアウトプットゲート信号φ2Bを発生するためのタイミング発生回路、22,23はアウトプットゲート信号φ2Bを0乃至5Vの振幅で駆動するドライバ回路、24,25はアウトプットゲート信号φ2Bの立下り傾斜を制御するフィルタ回路である。フィルタ回路24,25の詳細回路を更に図7、図8を参照して説明する。
図7は、アウトプットゲート信号の立下り傾斜を制御するフィルタ回路の構成図、図8は、フィルタ回路に使用されるエンハンスメント型FET、及びバリキャップダイオードの特性図である。
図7において、フィルタ回路24はエンハンスメント型FET24aで構成し、ソースSにはドライバ22の出力(アウトプットゲート信号φ2B)を供給し、ゲートGにはDAコンバータでアナログ変換したコントロール信号を印加する。エンハンスメント型FET24aは、図8(A)に示すような、ゲートG及びソースS間電圧が大きくなるとドレイン電流が流れ易くなる、つまりオン抵抗が小さくなる特性を利用し可変抵抗器として使用する。
DAコンバータ27の出力を0Vに設定すると、ソースSにはドライバ22の信号がかかるため、ゲートG−ソースS間の電圧は0V又は負となり、FET24aはオフ状態になる。このためFET24aの合成抵抗値は抵抗R11の抵抗値となり、キャパシタC11と共にフィルタを構成する。このとき時定数は最大となり波形の立下りは鈍った状態になる。
逆にDAコンバータ27の出力電圧を5V付近に設定すると、ソースSにはドライバ22の信号がかかるため、ゲートG−ソースS間電圧はドライバ信号によって決まり、信号レベルが高い場合は、FET24aのオン抵抗は大きく、逆に信号レベルが低い場合は、ゲートG−ソースS間電圧は大きくなりFET24aのオン抵抗は小さくなる。オン抵抗が小さくなると、オン抵抗、抵抗R11,R12の合成抵抗値は小さくなり、この合成抵抗値とキャパシタC11でフィルタを構成する。このとき時定数は最小となり、波形の立下りは急峻な形となる。なお、抵抗R12は最小抵抗値の制限用として取付け、抵抗R11>抵抗R12である。従って、DAコンバータ27の出力を変化させることにより、フィルタ回路の時定数を可変にすることができるので、アウトプットゲート信号φ2Bの立下り傾斜を制御することができる。
アウトプットゲート信号φ2Bの立下り傾斜を制御する別の方法として、汎用の電子ボリュームとコンデンサによりRCフィルタを構成してもよく、また抵抗は固定抵抗とし、容量を変化できるバリキャップ(バリアブルキャパシタダイオード)を用いて逆電圧の設定をコントロール信号とすれば、容量が変化するため(図8(B))、時定数を変化させることができる。
以上の説明は、フィルタ回路24について述べているがフィルタ回路25についても同様に適用できる。
上述の4チャンネル出力CCDシステムの構成により、アウトプットゲート信号φ2Bの立下り傾斜を制御することができるので、4チャンネル出力CCDシステムの出力電圧OSa,OSb,OScを制御することができる。即ち、4チャンネル出力CCDシステムからの出力段階で電圧が制御可能になるので、信号伝達経路間に生じるリニアリティ偏差を予め、即ちCCD装置の出力段階で補正することができる。フィルタ回路は本実施形態では光電変換素子5の左側素子及び右側素子の両方の出力を制御するように構成しているが、前記素子のいずれか一方を基準にすれば他方の出力だけを制御するように構成してもよい。
また、カラー原稿に対応するために、図1で示した4チャンネル出力CCD装置を、RGBの各フィルタを備える4チャンネル出力CCD装置として構成し、これらにアウトプットゲート信号φ2Bの立下り傾斜制御用のフィルタ回路を付設する。アウトプットゲート信号φ2Bは、タイミング発生回路で1つの信号として生成し、6つのドライバ回路を経て6つのフィルタ回路に供給する。この場合も立下り傾斜の制御にエンハンスメント型FET24aを使用する。
図9は、カラー用4チャンネル出力CCD装置を示し、図10は、カラー用4チャンネル出力CCDシステムの構成図を示す。R,G,B用にそれぞれ3つの4チャンネル出力CCD装置及び4チャンネル出力CCDシステムが用いられる。
次に、本実施形態に係る4チャンネル出力CCDシステムにおける濃度偏差の補正について説明する。
4チャンネル出力CCDシステム(図6)に、フィルタ回路24,25のコントロール信号をある値、例えばリニアリティ偏差が補正される値に仮設定して、副走査方向に複数段濃度が異なるグレーチャートを読取らせ、読取出力値を取得する。
図11は、左右の光電変換素子による読取結果を示す図であり、横軸は4チャンネル出力CCD装置への入射光量、縦軸は読取出力値を表す。図11に示されるように、左右の光電変換素子で同じ原稿を読取った場合であっても読取出力値が異なる。そこで、グレーチャートを読取ったときのグレーチャートの各段の読取出力値、グレーチャートの各段の濃度から算出した反射率、更にグレーチャートの1段目を出力値240digitで正規化し、反射率毎の読取出力値を結んだ濃度曲線aを取得する。ここで正規化した1段目の反射率と反射率0%を結んだ直線を理想の濃度直線bとし、ある中間調例えば反射率50%のときの濃度直線bと濃度曲線aとの差を濃度差cとしてデータ化する。
図12は、この濃度差を示す図であり、横軸は反射率、縦軸は読取出力値を表し、濃度直線bと濃度曲線aとの中間調における差が濃度差cとなる。この濃度差は左右の光電変換素子において得られる。
この濃度差を求める動作を、前記コントロール信号を複数可変して行い、かつ左右の光電変換素子について行う。
図13は、コントロール信号を変化させて取得した濃度差を示す図であり、横軸は反射率、縦軸は読取出力値を表す。左側光電変換素子についてコントロール信号をS1,S2,S3のように変化させたとき、読取出力値A1,A2,A3が得られる。右側光電変換素子についても同様の動作を行う。そして、コントロール信号の各値に対する濃度差のデータから関係式を求め、不図示のスキャナ部のメモリに記憶させる。
更に左右の光電変換素子毎に、濃度差の最大値(max値)及び最小値(min値)を求め、同様にメモリに記憶させる。そしてCPUにより左右の光電変換素子のmax値及びmin値から左右の光電変換素子で共通の濃度差の領域を算出し、その中心値に対応する値をコントロール信号の設定値として決定する。
図14は、左右の光電変換素子で共通の濃度差の領域を示す図であり、図中、横軸はコントロール信号の設定値、縦軸は濃度差を表す。図14において、濃度差Y1からY2までが共通する濃度差領域であり、この領域の中(X1からX2)でコントロール信号の設定値を決める。これまで設定値は、リニアリティ偏差を補正する設定値を仮決めしていたが、前記領域内で仮決めした設定値に最も近い設定値を選択することにより、リニアリティ偏差を補正し、且つ濃度差を補正する設定値を設定することができる。
以上のように、本発明に係る画像読取装置は回路構成を簡略化する画像読取装置として有用であり、シートスルー及びフラットベットスキャナ、デジタル複写機、ファクシミリ装置などに用いるのに適している。
本発明が実施される4チャンネル出力CCD装置の構成図である。 CCDで生成される電荷信号の移動の形態を示す図である。 アウトプットゲート信号と出力信号の関係を示す図である。 出力電圧信号と出力タイミングの関係を示す図である。 アウトプットゲート信号と出力電圧信号の出力タイミングの関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る4チャンネル出力CCDシステムの全体ブロック構成図である。 アウトプットゲート信号の立下り傾斜を制御するフィルタ回路の構成図である。 フィルタ回路に使用されるエンハンスメント型FET及びバリキャップダイオードの特性図である。 カラー用4チャンネル出力CCD装置を示す図である。 カラー用4チャンネル出力CCDシステムの構成図を示す図である。 左右の光電変換素子による読取結果を示す図である。 光電変換素子による読取濃度差を示す図である。 コントロール信号を変化させて取得した濃度差を示す図である。 左右の光電変換素子で共通の濃度差の領域を示す図である。 従来の4チャンネル出力CCDシステムの構成を示す図である。
符号の説明
1・・左側奇数成分アナログシフトレジスタ、2・・左側偶数成分アナログシフトレジスタ、3・・右側奇数成分アナログシフトレジスタ、4・・右側偶数成分アナログシフトレジスタ、5・・光電変換素子、6・・左側アウトプットゲート端子、7・・右側アウトプットゲート端子、8・・左側奇数成分出力バッファ、9・・左側偶数成分出力バッファ、10・・右側奇数成分出力バッファ、11・・右側偶数成分出力バッファ。

Claims (4)

  1. 中央部で区切って分割した直線状に配列された複数の光電変換素子と、前記分割した光電変換素子で光電変換された光電出力信号をタイミング信号の立ち下がりで取り出す手段と、取り出した光電出力信号をサンプリング信号でサンプリングする手段と、前記タイミング信号の立ち下がり傾斜を制御する制御手段と、を有し、
    前記制御手段の前記立ち下がり傾斜の制御により前記光電出力信号の取り出しタイミングを制御し、前記光電出力信号に対する前記サンプリング信号のサンプリング位置及びサンプリングされた前記光電出力信号の電圧値を制御することにより、前記分割された光電変換素子の信号伝達経路間に生じるリニアリティ偏差を補正することを特徴とする画像読取装置。
  2. 請求項1記載の画像読取装置において、
    異なる移動開始時間で標準濃度の原稿を読取り、前記分割した一方の側及び他方の側の光電変換素子の読取出力値を取得する手段と、
    取得した読取出力値に基いて移動開始時間を設定する手段と、
    を備えたことを特徴とする画像読取装置。
  3. 請求項1又は2記載の画像読取装置において、
    前記制御手段はFETで構成したフィルタ回路を有し、FETのオン抵抗を変更することでフィルタ回路の時定数を変え、前記タイミング信号の立ち下がり傾斜を制御することを特徴とする画像読取装置。
  4. 請求項1乃至3のいずれかに記載の画像読取装置を備えたことを特徴とする画像処理装置。
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