JP4494232B2 - 画像読み取り装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、スキャナー、電子写真複写機等の画像読み取り装置及びその画像読み取り装置を備えた画像形成装置に関し、特にアナログ画像信号の黒オフセットレベル（暗時レベル）の補正に関する。

図１は従来から実施されている画像読み取り装置の概略構成を示す図である。このような画像形成装置は、原稿画像を光電変換素子で読み取って、画像信号をデジタル信号に変換して処理するもので、原稿１４を載置するコンタクトガラス１と原稿露光用のキセノンランプ２、第１反射ミラー３とからなる第１キャリッジ６と第２反射ミラー４及び第３反射ミラー５からなる第２キャリッジ７とＣＣＤリニアイメージセンサ９（以後ＣＣＤ）に結像するためのレンズユニット８と読み取り光学系等による各種の歪みを補正するための白基準板１５から構成される。ＣＣＤ９はセンサボード１０に搭載され、ケーブル１１によって信号処理基板１２と接続されている。これらの各部は筐体１３に収納され、白基準板１５は筐体の上面に内面から読み取り可能に設置されている。走査時は第１キャリッジ６及び第２キャリッジ７はステッピングモータによって副走査方向Ａに移動する。

図２はＣＣＤ９出力からデジタル画像信号を得るまでの信号処理構成を示すブロック図である。まず、ＣＣＤ９から駆動パルスに同期して画像信号Ｖｅ，Ｖｏが出力され、コンデンサ１６によって交流結合され、黒オフセット補正回路１７によって黒オフセットレベルが所定の電位にクランプされる。その後、サンプルホールド回路１８によって画像信号Ｖｅ，Ｖｏをそれぞれサンプルパルスによりサンプリングし、保持することによって画像信号を連続したアナログ信号にした後、増幅回路１９において各色信号の奇数、偶数画素の出力を一定レベルに合わせた後、マルチプレクス回路２０において奇数、偶数画素の出力をマルチプレクスし、画像信号Ｖとなる。

画像信号Ｖは増幅回路２１でＡ／Ｄ変換の基準電圧のレベルに増幅され、Ａ／Ｄ変換回路２２によって８ｂｉｔのデジタルデータに変換される。こうして得られたデジタル画像信号はシェーディング補正回路部２３においてキセノンランプ２で照射された白基準板１５の反射光をＣＣＤ９で読み取ることにより、所定の濃度のレベルが得られ、ＣＣＤ９の感度バラツキや照射系の配光ムラを補正され、さらにはγ補正２４などのデジタル処理がなされる。なお、黒オフセット補正回路１７、サンプルホールド回路１８、増幅回路１９、マルチプレクス回路２０、増幅回路２１、及びＡ／Ｄ変換回路２２によって画像読み取り処理回路２７が構成されている。

ＣＣＤ９およびその他の回路の駆動に必要な信号は信号処理基板１２上の発振器２５をもとにタイミング信号発生回路部２６で生成され、各回路部に入力される。

従来の画像読み取り装置では図３に示すようにＣＣＤ９のアナログ画像信号を交流結合して黒オフセット補正回路１７においてアナログ画像信号の黒レベルが所定の電位にクランプされるように制御してきた。この黒オフセット補正回路１７では、図４のタイミングチャートに示すように、ＣＣＤ９の黒基準画素領域（画素は存在するが光学的にマスクされている）でクランプパルスが入力され、基準電位Ｖｃｃ／２になるようにコンデンサに電荷がチャージされる。

なお、関連する技術としては、例えば特許文献１および２に開示された発明が公知である。特許文献１記載の発明は、省エネルギーモードからの復帰のような状況においてもクランプ電圧が安定するまでの実質的な時間を短縮させるためのもので、特許文献２記載の発明は装置の立ち上がり時間が必要なく、且つ待機状態中の電力消費を抑えるためのものである。
特開２０００−０６９２８５公報 特開２００４−０７２６０２公報

しかしながら、前記図３に示したようなＣＣＤ９のアナログ画像信号を交流結合してクランプ動作を行う回路構成の場合、交流結合コンデンサ〜クランプ回路間でリーク電流が発生すると、クランプスイッチＳＷのＯＮ抵抗が無視できない大きさの場合には、図５のようにリークの基準となる電位ＶＬとリーク抵抗ＲＬなるものが仮想的に存在して、図６に示すようにＯＮ抵抗とリーク抵抗の分圧によって画像信号のオフセット電位がクランプ電位（Ｖｃｃ／２）とずれてしまう。

このずれは、ＣＣＤシフトパルスの１周期をＴｌｉｎｅ、クランプ期間をＴｃｌｐとすると、
（リーク電流）×Ｔｌｉｎｅ×（スイッチのオン抵抗）／Ｔｃｌｐ
だけ１．５Ｖからずれる
後段のサンプルホールド回路１８ではクランプ電位（Ｖｃｃ／２）を基準電位（黒レベル）として処理するので、リーク電流の大きさによっては黒レベルのオフセットズレが無視できなくなる。さらに、後段の増幅回路１９においてこのオフセットのズレはさらに増幅される。具体的には暗時の量子化後の画像出力が０ｄｉｇｉｔより大きくなり（もしくは小さくなり）、読み取った画像の濃度が薄く（濃く）なってしまうような異常画像になる。リーク電流の発生原因としては、回路を実装するＰＷＢ（Printed Wiring Boad）のパターン間のリーク、交流結合コンデンサのリーク、後段のアナログ処理回路部（通常はＩＣ化）から発生するリークがあげられる。

また、前記特許文献１および２には、前記リークに対応してはおらず、リーク発生時の黒オフセットレベルの補正が適正に行われてはいない。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたもので、その目的は、リーク発生時の黒オフセットレベルの補正を適正に行うことにある。

上記目的を達成するため、第１の手段の画像読み取り装置は、原稿を露光する露光手段と、露光された原稿からの反射光を電気信号に変換する光電変換手段と、前記光電変換素子によって読み取った画像信号を交流結合する結合コンデンサと、前記結合コンデンサのクランプ電位を基準として読み取った画像信号のオフセット電位をラインクランプし、所定のクランプ電位に合わせた後にアナログ的な処理を施すアナログ信号処理手段と、前記アナログ信号処理手段によって処理された画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記ラインクランプ動作におけるオン時とオフ時とで前記クランプ電位を切り替える切り替え手段と、を備え、前記アナログ信号処理手段は、前記クランプ電位を設定するクランプ回路を備え、前記切り替え手段は、前記クランプ電位について、前記クランプ回路が設定する電位と、前記結合コンデンサ及び当該クランプ回路間のリークに起因する当該クランプ電位の変動分を調整した電位と、により切り替えることを特徴とする。

第２の手段の画像読み取り装置は、第１の手段の装置において、前記切り替え手段は、前記クランプ電位の切り替えを所定タイミングで実行することを特徴とする。

第３の手段の画像読み取り装置は、原稿を露光する露光手段と、露光された原稿からの反射光を電気信号に変換する光電変換手段と、前記光電変換素子によって読み取った画像信号を交流結合する結合コンデンサと、前記結合コンデンサのクランプ電位を基準として読み取った画像信号のオフセット電位をラインクランプし、所定のクランプ電位に合わせた後にアナログ的な処理を施すアナログ信号処理手段と、前記アナログ信号処理手段によって処理された画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記ラインクランプ動作におけるオフ時の前記クランプ電位を外部から調整する調整手段と、を備え、前記アナログ信号処理手段は、前記クランプ電位を設定するクランプ回路を備え、前記調整手段は、前記クランプ電位について、前記結合コンデンサ及び前記クランプ回路間のリークに起因する当該クランプ電位の変動分を調整することを特徴とする。

第４の手段の画像読み取り装置は、第３の手段の装置において、前記調整手段は、前記ラインクランプ動作におけるオフのタイミングで前記クランプ電位として、外部から任意の電圧を印加するドライブ回路を備えていることを特徴とする。

第５の手段の画像読み取り装置は、原稿を露光する露光手段と、露光された原稿からの反射光を電気信号に変換する光電変換手段と、前記光電変換素子によって読み取った画像信号を交流結合する結合コンデンサと、前記結合コンデンサのクランプ電位を基準として読み取った画像信号のオフセット電位をラインクランプし、所定のクランプ電位に合わせた後にアナログ的な処理を施すアナログ信号処理手段と、前記アナログ信号処理手段によって処理された画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記ラインクランプ動作におけるオン時の前記クランプ電位を外部から調整する調整手段と、を備え、前記調整手段は、前記クランプ電位について、前記結合コンデンサ及び前記クランプ回路間のリークに起因する当該クランプ電位の変動分を調整することを特徴とする。

第６の手段の画像読み取り装置は、第５の手段の装置において、前記調整手段は、前記ラインクランプ動作におけるオンのタイミングで前記クランプ電位として、外部から任意の電圧を印加するドライブ回路を備えていることを特徴とする。

第７の手段の画像読み取り装置は、第３の手段または第５の手段の装置において、前記調整手段は、前記クランプ電位の調整を所定のタイミング毎に行うことを特徴とする。

第８の手段は、第１ないし第７のいずれかの手段に係る画像読み取り装置を画像形成装置が備えていることを特徴とする。

本発明によれば、ラインクランプ動作におけるオン時とオフ時とでクランプ電位を切り替えるので、リーク発生時の黒オフセットレベルの補正を適正に行うことができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

＜第１の実施形態＞
本発明の実施形態に係る画像読み取り装置自体は図１に示したものと同一なので、説明は省略する。

図７は第１の実施形態におけるＣＣＤ出力からデジタル画像信号を得るまでの信号処理の構成を示すブロック図である。なお、従来例との差を示す意味で本実施形態ではＣＣＤを符号３６で、センサボードを符号３７で示す。図７に示した構成では、まず、ＣＣＤ３６から駆動パルスに同期して画像信号Ｖｅ，Ｖｏが出力され、コンデンサ４３によって交流結合される。交流結合後のオフセット電位は、黒オフセット補正回路４４によって黒オフセットレベルとして所定の電位にクランプされる。その後、サンプルホールド回路４５によって画像信号Ｖｅ，Ｖｏをそれぞれサンプルパルスによりサンプリングし保持することによって画像信号を連続したアナログ信号にした後、増幅回路４６において各色信号の奇数、偶数画素の出力を一定レベルに合わせ、マルチプレクス回路４７において奇数、偶数画素の出力をマルチプレクスし、画像信号Ｖが生成される。なお、黒オフセット補正回路４４には図８に示すようなクランプ電位ドライブ回路５５が接続され、クランプ電位ドライブ回路５５には図示しなしＣＰＵから制御されるＤＡＣ５６が接続されている。

画像信号Ｖは増幅回路４８でＡ／Ｄ変換の基準電圧のレベルに増幅され、Ａ／Ｄ変換回路４９によって８ｂｉｔのデジタルデータに変換される。こうして得られたデジタル画像信号はシェーディング補正回路５０においてキセノンランプ２９で照射された白基準板１５の反射光をＣＣＤ３６で読み取ることにより、所定の濃度のレベルが得られ、ＣＣＤ３６の感度バラツキや照射系の配光ムラを補正され、さらにはγ補正回路５１でガンマ補正などのデジタル処理がなされる。なお、黒オフセット補正回路４４、サンプルホールド回路４５、増幅回路４６、マルチプレクス回路４７、増幅回路４８、Ａ／Ｄ変換回路４９、クランプ電位ドライブ回路５５及びＤＡＣ５６によって画像読み取り処理回路５４が構成されている。

ＣＣＤ３６およびその他の回路の駆動に必要な信号は信号処理基板３９上の発振器５２からの出力に基づいてタイミング信号発生回路部５３で生成され、各回路部に入力される。

図８は黒オフセット補正回路４４の詳細を示すブロック図である。ＣＣＤ３６の黒基準画素領域のタイミングでクランプパルスが入力され、そのＨ期間にクランプスイッチＳＷ１がＯＮして結合コンデンサ４３に電荷がチャージされ、ＣＣＤ３６のアナログ画像信号のオフセット電圧レベルは正常時はＶｃｃ／２に合わせられる（図９）。しかしながら、交流結合コンデンサ４３〜クランプ回路５４間でリーク電流が発生すると、クランプスイッチＳＷ１のＯＮ抵抗が無視できないので、リークの基準となる電位ＶＬとリーク抵抗ＲＬなるものが仮想的に存在して、ＯＮ抵抗とリーク抵抗の分圧によって画像信号のオフセット電位がクランプ電位（Ｖｃｃ／２）とずれてしまう。

そこで、いまオフセット電位がクランプ電位（Ｖｃｃ／２）に対してＸ［Ｖ］ずれていた時、図８のようにクランプパルスのＬ期間にＳＷ２をＯＮさせて、ＤＡＣ５６から適当な電圧を出力させてクランプドライブ回路５５のエミッタフォロワ回路で従来のクランプ電位に印加することによってクランプパルスＬ期間のクランプ電位をＶｃｃ／２＋Ｘ［Ｖ］にする（図１０）。

これによって、
有効画素期間の画像信号のオフセットレベル＝クランプ電位
となるので、適正なサンプルホールド出力が得られる。

このオフセットのずれを生むリーク電流は、ＰＷＢ表面の汚れや、ほこり等の影響で、経時で変化する可能性があるので、電源投入毎に外部のＣＰＵ制御によって、「有効画素期間の画像信号のオフセットレベル＝クランプ電位」となるようにＤＡＣ５６への設定値を調整するようにする。調整は黒基準画素領域のＡ／Ｄ変換回路の画像データ出力をモニタして、所望の画像データ出力が得られるようにＤＡＣ設定値を設定することにより行われる。

なお、図１にも示した本実施形態における画像読み取り装置は、電子写真方式やインクジェット方式などの公知の画像形成手段を備えた装置に対して一体あるいは別体に備えられ、画像形成装置を構成することができる。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態と同様な図１、図７及び図８のような構成の画像読み取り装置において、黒オフセット補正回路４４の構成を図１１のような構成とする。この黒オフセット補正回路４４では、ＣＣＤ３６の黒基準画素領域のタイミングでクランプパルスが入力され、そのＨ期間にＳＷ１がＯＮして結合コンデンサ４３に電荷がチャージされ、ＣＣＤ３６のアナログ画像信号のオフセット電圧レベルは正常時はＶｃｃ／２に合わせられる（図１０）。しかしながら、交流結合コンデンサ〜クランプ回路間５５でリーク電流が発生すると、ＳＷ１のＯＮ抵抗が無視できないので、リークの基準となる電位ＶＬとリーク抵抗ＲＬなるものが仮想的に存在して、ＯＮ抵抗とリーク抵抗の分圧によって画像信号のオフセット電位がクランプ電位（Ｖｃｃ／２）とずれてしまう。そこで、いまオフセット電位がクランプ電位（Ｖｃｃ／２）に対してＸ［Ｖ］ずれてしまう時、図８のようにクランプパルスのＨ期間にＳＷ２もＯＮさせて、ＤＡＣ５６から適当な電圧を出力させ、クランプ電位ドライブ回路５５のエミッタフォロワ回路で従来のクランプ電位に印加することによってクランプパルスＨ期間のクランプ電位を
Ｖｃｃ／２−Ｘ［Ｖ］
とする（図１１）。これによって、
有効画素期間の画像信号のオフセットレベル＝クランプ電位
となるので、適正なサンプルホールド出力が得られる。

このオフセットのずれを生むリーク電流は、第１の実施形態と同様にＰＷＢ表面の汚れや、ほこり等の影響で、経時で変化する可能性があるので、電源投入毎に外部のＣＰＵ制御によって、「有効画素期間の画像信号のオフセットレベル＝クランプ電位」となるようにＤＡＣへの設定値を調整するようにする。

調整は黒基準画素領域のＡ／Ｄ変換回路の画像データ出力をモニタして、所望の画像データ出力が得られるようにＤＡＣ設定値を調整すればよい。

その他、特に説明しない各部は前述の第１の実施形態と同等に構成され、同等に機能する。

以上のように前記第１または第２の実施形態によれば、
１）交流結合後の信号ラインのリーク電流による黒オフセットレベルのクランプ電位とのズレ量を補うように外部からクランプ電位を制御することによって、リーク発生時の黒オフセットレベルの補正を適正に行うことができる。
２）交流結合後の信号ラインのリーク電流による黒オフセットレベルのクランプ電位とのズレ量をラインクランプオフの期間のクランプ電位をラインクランプオン時と変えることによって、リーク発生時の黒オフセットレベルの補正を適正に行うことができる。
３）交流結合後の信号ラインのリーク電流による黒オフセットレベルのクランプ電位とのズレ量をラインクランプオンの期間のクランプ電位をラインクランプオフ時と変えることによって、リーク発生時の黒オフセットレベルの補正を適正に行うことができる。
４）交流結合後の信号ラインのリーク電流による、黒オフセットレベルのクランプ電位とのズレに対して、外部に電圧を任意に変えることができるドライブ回路を有して、ラインクランプオフの期間のクランプ電位を画像信号のオフセット電位と等しくなるように調整可能とすることによって、リーク発生時の黒オフセットレベルの補正を適正に行うことができる。
５）交流結合後の信号ラインのリーク電流による、黒オフセットレベルのクランプ電位とのズレに対して、外部に電圧を任意に変えることができるドライブ回路を有して、ラインクランプオンの期間のクランプ電位を調整可能とすることによって、画像信号のオフセット電位とラインクランプオフ時のクランプ電位を等しくでき、リーク発生時の黒オフセットレベルの補正を適正に行うことができる。
６）電源投入毎等の、適当なタイミング毎に「ラインクランプオフ期間のクランプ電位＝アナログ画像信号のオフセット電位」となるような調整を行うことによって、常に適正な黒オフセットレベル補正を行うことができる。
という効果を奏する。

従来から実施されている画像読み取り装置の概略構成を示す図である。 図１におけるＣＣＤ出力からデジタル画像信号を得るまでの信号処理構成を示すブロック図である。 従来から実施されているＣＣＤのアナログ画像信号を交流結合する黒オフセット補正回路の構成を示す図である。 図３の黒オフセット補正回路におけるタイミングチャートである。 従来から実施されているＣＣＤのアナログ画像信号を交流結合する黒オフセット補正回路の問題点を説明するための図である。 図５における画像信号のオフセット電位がクランプ電位（Ｖｃｃ／２）との関係を示すタイミングチャートである。 図１におけるＣＣＤ出力からデジタル画像信号を得るまでの第１の実施形態における信号処理構成を示すブロック図である。 図７における黒オフセット補正回路の詳細を示すブロック図である。 図８の黒オフセット補正回路の正常時の状態を示すタイミングチャートである。 オフセット電位がクランプ電位に対してずれた場合に補正したときの状態を示すタイミングチャートである。 第２の実施形態においてオフセット電位がクランプ電位に対してずれた場合に補正したときの状態を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１５ 白基準板
３６ ＣＣＤ
４３ コンデンサ
４４ 黒オフセット回路
４５ サンプルホールド回路
４６，４８ 増幅回路
４７ マルチプレクス回路
４９ Ａ／Ｄ変換回路
５０ シェーディング補正回路
５１ ガンマ補正回路
５２ 発信器
５３ タイミング信号発生回路
５５ クランプ電位ドライブ回路
５６ ＤＡＣ
ＳＷ１，ＳＷ２ クランプスイッチ

Claims (8)

1. 原稿を露光する露光手段と、
   露光された原稿からの反射光を電気信号に変換する光電変換手段と、
   前記光電変換素子によって読み取った画像信号を交流結合する結合コンデンサと、
   前記結合コンデンサのクランプ電位を基準として読み取った画像信号のオフセット電位をラインクランプし、所定のクランプ電位に合わせた後にアナログ的な処理を施すアナログ信号処理手段と、
   前記アナログ信号処理手段によって処理された画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
   前記ラインクランプ動作におけるオン時とオフ時とで前記クランプ電位を切り替える切り替え手段と、を備え、
   前記アナログ信号処理手段は、前記クランプ電位を設定するクランプ回路を備え、
   前記切り替え手段は、前記クランプ電位について、前記クランプ回路が設定する電位と、前記結合コンデンサ及び当該クランプ回路間のリークに起因する当該クランプ電位の変動分を調整した電位と、により切り替える
   ことを特徴とする画像読み取り装置。
2. 前記切り替え手段は、前記クランプ電位の切り替えを所定タイミングで実行することを特徴とする請求項１記載の画像読み取り装置。
3. 原稿を露光する露光手段と、
   露光された原稿からの反射光を電気信号に変換する光電変換手段と、
   前記光電変換素子によって読み取った画像信号を交流結合する結合コンデンサと、
   前記結合コンデンサのクランプ電位を基準として読み取った画像信号のオフセット電位をラインクランプし、所定のクランプ電位に合わせた後にアナログ的な処理を施すアナログ信号処理手段と、
   前記アナログ信号処理手段によって処理された画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
   前記ラインクランプ動作におけるオフ時の前記クランプ電位を外部から調整する調整手段と、を備え、
   前記アナログ信号処理手段は、前記クランプ電位を設定するクランプ回路を備え、
   前記調整手段は、前記クランプ電位について、前記結合コンデンサ及び前記クランプ回路間のリークに起因する当該クランプ電位の変動分を調整する
   ことを特徴とする画像読み取り装置。
4. 前記調整手段は、前記ラインクランプ動作におけるオフのタイミングで前記クランプ電位として、外部から任意の電圧を印加するドライブ回路を備えていることを特徴とする請求項３記載の画像読み取り装置。
5. 原稿を露光する露光手段と、
   露光された原稿からの反射光を電気信号に変換する光電変換手段と、
   前記光電変換素子によって読み取った画像信号を交流結合する結合コンデンサと、
   前記結合コンデンサのクランプ電位を基準として読み取った画像信号のオフセット電位をラインクランプし、所定のクランプ電位に合わせた後にアナログ的な処理を施すアナログ信号処理手段と、
   前記アナログ信号処理手段によって処理された画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
   前記ラインクランプ動作におけるオン時の前記クランプ電位を外部から調整する調整手段と、を備え、
   前記調整手段は、前記クランプ電位について、前記結合コンデンサ及び前記クランプ回路間のリークに起因する当該クランプ電位の変動分を調整する
   ことを特徴とする画像読み取り装置。
6. 前記調整手段は、前記ラインクランプ動作におけるオンのタイミングで前記クランプ電位として、外部から任意の電圧を印加するドライブ回路を備えていることを特徴とする請求項５記載の画像読み取り装置。
7. 前記調整手段は、前記クランプ電位の調整を所定のタイミング毎に行うことを特徴とする請求項３または５記載の画像読み取り装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の画像読み取り装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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