JP4675698B2

JP4675698B2 - 画像読み取り装置

Info

Publication number: JP4675698B2
Application number: JP2005198107A
Authority: JP
Inventors: 貴久吉ケ江
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-07-06
Filing date: 2005-07-06
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2025-07-06
Also published as: JP2007019764A

Description

この発明は、画像信号のオフセットを低減する画像読み取り装置に関する。

縮小光学系における画像の読み取り処理は、走査体が副走査方向に移動しながら、原稿情報として原稿からの反射光を読み取り、この反射光をレンズを介してＣＣＤラインセンサ上において光電気変換によりアナログ電気信号に変換する。得られたアナログ電気信号に対して、アナログ処理およびデジタル処理を施し画像情報をデジタルデータとして読み取る。つぎに、画像データの流れを説明する。

図５は、画像読み取り装置の機能的構成の一例を示す説明図である。ＣＣＤラインセンサにおいて、得られたアナログ電気信号をＡＣ結合部５０２を介してアナログ処理するアナログ処理ＡＳＩＣ５０３に入力する。入力された電気信号は、アナログ処理ＡＳＩＣ５０３において、ＣＣＤ５０１から出力された電気信号の１ライン中の光シールド領域６０１または出力レベルに対してラインクランプ動作をする。このラインクランプされたクランプレベルを画像データの黒レベルとする。ここで、ＣＣＤ５０１から入力された電気信号について説明する。

図６−１は、入力された電気信号とクランプ信号の関係を示す説明図である。図６−１において、入力された電気信号は、光シールド領域６０１、有効画素領域６０２、空転送領域６０３の周期的な３つの領域からなっている。これらの光シールド領域６０１、有効画素領域６０２、空転送領域６０３の３つの領域からなる一つの領域を１ライン周期という。図５の説明に戻り、ラインクランプを施した画像信号は、可変ゲインアンプ５０４により増幅される。可変ゲインアンプ５０４のゲイン（入力レベルと出力レベルの比）は予め設定されており、基準とする白原稿を読み取った際に読み取りレベルが目標値となるように設定されている。

増幅された画像信号は、Ａ／ＤＣ５０５により基準電圧から生成されるリファレンスレベル（基準レベル）に基づいてデジタル信号に変換し原稿情報のデジタルデータを得る。この構成においては、ＣＣＤラインセンサ、アナログ処理ＡＳＩＣ５０３、Ａ／ＤＣ５０５を駆動するための駆動信号は、駆動信号生成部により基準クロックに基づいて生成される。

つぎに、図６−２を用いて、ラインクランプ動作について説明する。ラインクランプ動作は、ＣＣＤ５０１から出力された１ライン周期中の空転送領域６０３の電位をクランプレベルに達するように充電する。

図６−２は、コンデンサを充電する際の回路の接続関係を示す説明図である。図６−２において、アナログスイッチＳＷ１は、通常はＯＦＦとなっており、図６−１に示す空転送領域６０３に対応するゲート信号をスイッチ信号とし、スイッチ信号を検知した場合にスイッチをＯＮにする。そして、スイッチがＯＮされたら外部から供給されるクランプレベルに達するように空転送領域６０３の電位を充電する。空転送領域６０３以外では、アナログスイッチＳＷ１をＯＦＦとし、ＡＣ結合コンデンサ６２１に蓄積された電荷による電位を保持する。このときに漏れ電流等により電荷が漏れ出していくため、クランプレベルが変化してしまうため、つぎのラインの空転送領域６０３のスイッチ信号を検知した時に再度スイッチをＯＮにして充電する技術が知られている（たとえば、下記特許文献１、２参照。）。

特開２０００−１０６６２９号公報特開平１１−９８３５４号公報

しかしながら、上述したように、スイッチがＯＮされた時に、『漏れ電流×スイッチの抵抗』分の電圧降下が生じるため、スイッチの抵抗値が大きいと実際のクランプされる電位と外部から供給されるクランプレベルとの差が発生してしまい、画像信号にオフセットが発生してしまうという問題点があった。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、画像信号のオフセットを低減することができる画像読み取り装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１にかかる画像読み取り装置は、原稿画像を読み取り、アナログ電気信号を出力する撮像手段と、前記アナログ電気信号を処理するアナログ処理手段と、前記撮像手段と前記アナログ処理手段との間に設けられたＡＣ結合コンデンサと、前記アナログ処理手段に設けられ、前記アナログ電気信号を所定のクランプレベルに固定するために、前記アナログ電気信号の空転送領域に対応してアナログスイッチをＯＮして固定電位供給手段から供給される固定電位により前記ＡＣ結合コンデンサを充電し、その後アナログスイッチをＯＦＦして前記ＡＣ結合コンデンサに電荷を保持させるクランプ手段と、前記ＡＣ結合コンデンサからの漏れ電流と前記アナログスイッチのＯＮ抵抗とにより生ずる電圧降下に起因するクランプレベルのオフセットを低減する可変電位を前記アナログ処理手段の基準電位として供給する可変電位供給手段と、
装置の電源が投入された場合に、前記電源が投入されてからの時間を計時する計時手段
と、前記計時手段が所定の時間を計時するまでは前記アナログスイッチをＯＮしつづける手段と、を備えることを特徴とする。

この請求項１の発明によれば、クランプ手段に電位を供給することができる。そのため、アナログ電気信号に生じるオフセットを低減することができる。

本発明にかかる画像読み取り装置によれば、画像読み取り装置のクランプ回路において、アナログスイッチのＯＮ抵抗と漏れ電流から生じる画像信号のオフセットを低減することができる。そのため、オフセットによるアナログ信号処理の影響を低減することができる。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる画像読み取り装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態）
まず、この発明の実施の形態にかかる画像読み取り装置の機能的構成について説明する。図１は、この発明の実施の形態にかかる画像読み取り装置の機能的構成の一例を示す説明図である。図１において、画像読み取り装置１００は、原稿からの反射光を読み取り、反射光を光電気変換によりアナログ電気信号に変換するＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）１０１と、ＣＣＤ１０１により変換されたアナログ電気信号を増幅するエミッタフォロア１０２と、ＡＣ結合部１０３と、アナログ処理ＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）１０４と、タイミング制御をする画像処理ＡＳＩＣ１０５と、抵抗分圧部１０６，１０７と、パワーオンリセットＩＣ１０８と、ＳＷ（ｓｗｉｔｃｈ）２と、を含み構成されている。

ＣＣＤ１０１は、原稿からの反射光をレンズを介してＣＣＤラインセンサ上に結像させ、反射光を光電気変換によりアナログ電気信号に変換する。エミッタフォロア１０２は、ＣＣＤ１０１により変換されたアナログ電気信号を増幅し、ＡＣ結合部１０３を介してアナログ処理ＡＳＩＣ１０４に入力する。

アナログ処理ＡＳＩＣ１０４は、ラインクランプ部１４１と、Ｓ＆Ｈ（ＳａｍｐｌｅａｎｄＨｏｌｄ）部１４２と、可変ゲインアンプ１４３と、Ａ／ＤＣ（ＡｎａｌｏｇＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）１４４と、ＳＷ１と、を含み構成されている。ラインクランプ部１４１は、入力された電気信号の１ライン中の光シールド領域または空転送領域の出力レベルに対してラインクランプ動作をする。ここで、ラインクランプ動作とは、信号の特定部分を必要な電圧のレベルに固定することをいう。このラインクランプ動作により固定されたクランプレベルを画像データの黒レベルとする。

Ｓ＆Ｈ部１４２は、電気信号の複数の所定の時刻における値をサンプリング（標本化）し、この値を一時的に保持する。可変ゲインアンプ１４３は、ラインクランプ処理した画像信号を予め定めたゲイン（入力レベルと出力レベルの比）により増幅する。ゲインは、基準となる白原稿を読み取った際の読み取りレベルが目標値となるように設定する。Ａ／ＤＣ１４４は、増幅した画像信号を基準電圧から生成されるリファレンスレベルに基づいて、デジタル信号に変換する。この変換により、原稿のデジタルデータを得る。ＳＷ１については後述する。ＤＡＣ１５１は、ラインクランプ部１４１に可変電位を供給する。

また、読み取った画像データの流れについては、図５の内容と重複するため省略する。この発明の画像読み取り装置１００は、アナログ処理ＡＳＩＣ１０４のラインクランプ部１４１にＤＡＣ（ＤｉｇｉｔａｌＡｎａｌｏｇＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）１５１により生成された出力を供給する構成となっている。また、ＤＡＣ１５１とは別に抵抗分圧部１０６，１０７を用いて固定電位を生成する。そして、制御信号によりＳＷ１，ＳＷ２の接続切り換えを制御する構成となっている。以上の様な構成により、アナログ処理ＡＳＩＣ１０４は、外部から供給される電位を基準として動作する。

つぎに、アナログスイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２）の抵抗により発生する画像信号のオフセットを低減する方法について説明する。図２は、入力された電気信号とラインクランプ信号の関係を示す説明図である。入力された電気信号は、光シールド領域２０１、有効画素領域２０２、空転送領域２０３の周期的な３つの領域からなっている。これらの光シールド領域２０１、有効画素領域２０２、空転送領域２０３を１ライン周期という。また、符号２０４に示す空転送領域に対応するラインクランプ信号がＯＮとなっている信号をクランプゲート信号といい、ラインクランプ信号がＯＮになっている期間２０５をＡ期間、ラインクランプ信号がＯＦＦになっている期間２０６をＢ期間という。

図３は、ＳＷ１、ＳＷ２の接続関係を示す説明図である。図３において、符号３１１は、ＡＣ結合コンデンサであり、図１におけるＡＣ結合部１０３に相当する。また、符号３１２，３１３は、抵抗分圧回路であり、図１における抵抗分圧部１０６，１０７に相当する。

図２および図３において、Ａ期間２０５の時にＳＷ２は、接触部３１４側に接続される。この時、ＳＷ１はＯＮとなり、固定電位１によりＡＣ結合コンデンサ３１１を充電し、電圧降下によるクランプレベルの差（オフセット）を低減する。Ｂ期間２０６では、ＳＷ２は接触部３１５側に接続される。このとき、ＳＷ１はＯＦＦとなり、ＡＣ結合コンデンサ３１１の充電はされない。そして、ＤＡＣ１５１により、アナログスイッチにより発生するオフセットを低減するように設定された電位を供給する。そして、アナログ処理ＡＳＩＣ１０４の動作は、ＤＡＣ１５１からの出力電位を基準に動作する。

また、上述したような、オフセットを低減する方法とは逆に、ＤＡＣ１５１による電位をクランプ信号ＯＮ時に供給し、クランプ信号ＯＦＦ時に固定電位１をアナログ処理ＡＳＩＣ１０４に供給することもできる。しかし、この場合は、ラインクランプ部１４１におけるＡＣ結合コンデンサ３１１を充電させるためのクランプ信号ＯＮとなる期間が１ライン中の短い期間となる。また、ＡＣ結合コンデンサ３１１は電荷を保持するためにある程度の容量を持っている。そのため、充放電に時間がかかってしまう。

上述したようなアナログ処理ＡＳＩＣ１０４の基準電位をＤＡＣ１５１により調整する構成とすることにより、ラインクランプ部１４１におけるＡＣ結合部１０３への充放電時間の待ち時間が必要なくなり調整時間が短縮できる。

また、ＤＡＣ１５１による出力の出力先をＳＷ２によりアナログ処理ＡＳＩＣ１０４側と抵抗分圧回路３１２側とに切り換える構成としている。これは、ＤＡＣ１５１による出力をアナログ処理ＡＳＩＣ１０４にアサートしない期間にＤＡＣ１５１出力部分をオープンとしてしまうと、アナログ処理ＡＳＩＣ１０４とＤＡＣ１５１が接続されている場合と、オープン時との接続による負荷の状態が変わってしまう。このため、ＤＡＣ１５１回路において、リンギング（画像データの文字がにじんだりすること）が発生したり、発信が生じてしまう可能性がある。これらを防ぎ、接続による負荷状態の変化が少なくなるようにするため、ＳＷ２によりアナログ処理ＡＳＩＣ１０４と抵抗分圧回路との接続を切り換える構成としている。

つぎに、制御タイミングについて説明する。通常の制御時には、上述したようにクランプゲート信号によりスイッチ（ＳＷ１，ＳＷ２）を切り換えて制御する。この方法では、電源の立ち上げ時にＡＣ結合コンデンサを充電するには、上述したクランプ信号のＯＮ期間のみの充電だけでは、充電が十分なレベルに達するまでにかなりのライン数が必要となる。また、電源の立ち上げ時であるためにソフト的な制御をすることもできない。これらを回避するために、上述したクランプ調整と併せて電源の制御信号を常にＯＮ状態とする回路を構成する。

図４−１は、電源の立ち上げ時のクランプ制御信号を常にＯＮにするための回路構成を示す説明図である。図４−１に示す回路は、パワーオンリセットＩＣ１０８と、ＴｒＳＷ１とＴｒＳＷ２と複数の抵抗によって構成されている。パワーオンリセットＩＣ１０８は、電源ラインのレベルをモニタし、電源が立ち上がってから一定時間経過した後にリセット解除信号を出力する。パワーオンリセットＩＣ１０８により出力されたリセット解除信号は、ＴｒＳＷ１、ＴｒＳＷ２を介してアナログ処理ＡＳＩＣ１０４に入力される。つぎに、立ち上がり時の電圧の変化とリセット解除信号について説明する。

図４−２は、立ち上がり時の電圧の変化とリセット解除信号について示す説明図である。図４−２において、縦軸が電圧、横軸が時間を示している。また、符号４２１に示す時間の領域は、電源ＯＮされてから立ち上がるまでの電圧の時間変化を示している。時間ｔ１は、電源ＯＮしてから立ち上がりが完了した時間である。時間ｔ１以降は電圧は一定となっている。そして、符号４２２に示される信号は、電源ＯＮから一定時間経過した時間ｔ２に、パワーオンリセットＩＣ１０８よりリセット解除信号が出力される。

図４−３は、電源の立ち上げ時の各信号を示す説明図である。図４−３において、符号４３１は、パワーオンリセットＩＣ１０８による出力（リセット解除信号）である。また、符号４３２は、ラインクランプ信号を示し、符号４３３は、クランプ制御信号を示す。また、期間ｔ２は、図４−２に示した時間ｔ２と同様の時間を示している。この時間ｔ２までは、リセット解除信号は出力されていないため、ＴｒＳＷ１、ＴｒＳＷ２は共にＯＮの状態となる。時間ｔ２までは、クランプ制御信号４３３が常にＬｏｗであり、ＳＷ１は常にＯＮ状態となるため、クランプ回路は、抵抗分圧器１の固定電圧１により充電状態となっている。

そして、一定時間が経過して、クランプ回路が十分に充電された後に、時間ｔ２において、リセット解除信号が出力されると、ＴｒＳＷ１、ＴｒＳＷ２は共にＯＦＦ状態となる。また、ＳＷ１、ＳＷ２には、タイミング生成から出力されるクランプゲート信号４３３が入力されて、以降は通常のクランプ動作状態となる。上述したような回路構成および制御信号により、電源ＯＮ時のクランプ回路の充電時間を短縮することが可能となる。

また、クランプ回路により発生するオフセットが定常的であり、予めそのオフセットが分かる場合には、ＤＡＣ１５１への設定値をオフセットに対応する値にしておくことにより、アナログスイッチのＯＮ抵抗によるオフセットを低減することが可能となる。しかし、一般的には、アナログスイッチによるＯＮ抵抗はチップ内部の構成によるものであるため、予測することはできない。また、リーク電流も各部品によってばらついて発生するため、予測することが困難である。

この発明の実施の形態にかかる画像読み取り装置１００によれば、Ａ／ＤＣ１４４により読み取ったデータからＤＡＣ１５１によって供給する電位の設定値を算出する。具体的には、Ａ／ＤＣ１４４によって読み取った光シールド領域２０１の読み取りレベルに基づいて算出する。算出された設定値は、再びＤＡＣ１５１に出力される。このように、クランプレベルを調整するための設定値を算出するためのフィードバックループを構成することにより、部品のばらつきによるオフセットのばらつきを精密に低減することが可能となる。

つぎに、設定値の算出について説明する。まず、基準レベルの目標値（ＢｌａｃｋＴａｒｇｅｔ）を設定する。そして、あるＤＡＣ設定値（Ｓｅｔ＿Ｄａｃ＿Ｄａｔａ）にて読み取った光シールド領域の読み取りレベル（Ｂｌａｃｋ＿Ｄａｔａ）と、基準レベルの目標値からＤＡＣ設定値の更新量（ΔＳｅｔ＿Ｄａｃ＿Ｄａｔａ）を求める。

ΔＳｅｔ＿Ｄａｃ＿Ｄａｔａ（ｎ＋１）＝α×（ＢｌａｃｋＴａｒｇｅｔ−Ｂｌａｃｋ＿Ｄａｔａ（ｎ）・・・（１）

式（１）の更新量からＤＡＣ１５１の設定値を更新する。

Ｓｅｔ＿Ｄａｃ＿Ｄａｔａ（ｎ＋１）＝Ｓｅｔ＿Ｄａｃ＿Ｄａｔａ（ｎ）＋ΔＳｅｔ＿Ｄａｃ＿Ｄａｔａ（ｎ＋１）・・・（２）

ここで、式（１）のαは、アナログ処理ＡＳＩＣ１０４におけるゲインから算出される補正係数である。また、式（１）、（２）に含まれる「ｎ」は、ｎ回目に読み取ったデータ、あるいはｎ回算出されたデータであることを示している。上述した更新を繰り返すことにより、オフセットレベルを目標のレベルに調整することが可能となる。

以上説明したように、この発明にかかる画像読み取り装置によれば、アナログスイッチのＯＮ抵抗やＡＣ結合コンデンサの漏れ電流等によって生じるオフセットを低減することができる。そのため、オフセットによるアナログ信号処理の影響を低減することができる。

なお、本実施の形態で説明した画像読み取り方法は、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することにより実現することができる。このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。またこのプログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することが可能な伝送媒体であってもよい。

以上のように、本発明にかかる画像読み取り装置は、読み取った画像の補正に有用であり、特に、デジタル複写機やスキャナ装置に適している。

この発明の実施の形態にかかる画像読み取り装置の機能的構成を示す説明図である。入力された電気信号とクランプ信号の関係を示す説明図である。ＳＷ１、ＳＷ２の接続関係を示す説明図である。電源の立ち上げ時の制御信号を常にＯＮにするための回路構成を示す説明図である。立ち上がり時の電圧の変化とリセット解除信号について示す説明図である。電源立ち上げ時の各信号を示す説明図である。画像読み取り装置の機能的構成の一例を示す説明図である。入力された電気信号とクランプ信号の関係を示す説明図である。コンデンサを充電する際の回路の接続関係を示す説明図である。

符号の説明

１００画像読み取り装置
１０１ＣＣＤ
１０２エミッタフォロア
１０３ＡＣ結合部
１０４アナログ処理ＡＳＩＣ
１０５画像処理ＡＳＩＣ
１０６，１０７抵抗分圧部
１０８パワーオンリセットＩＣ
１４１ラインクランプ部
１４２Ｓ＆Ｈ部
１４３可変ゲインアンプ
１４４Ａ／ＤＣ
１５１ＤＡＣ

Claims

原稿画像を読み取り、アナログ電気信号を出力する撮像手段と、
前記アナログ電気信号を処理するアナログ処理手段と、
前記撮像手段と前記アナログ処理手段との間に設けられたＡＣ結合コンデンサと、
前記アナログ処理手段に設けられ、前記アナログ電気信号を所定のクランプレベルに固
定するために、前記アナログ電気信号の空転送領域に対応してアナログスイッチをＯＮし
て固定電位供給手段から供給される固定電位により前記ＡＣ結合コンデンサを充電し、そ
の後アナログスイッチをＯＦＦして前記ＡＣ結合コンデンサに電荷を保持させるクランプ
手段と、
前記ＡＣ結合コンデンサからの漏れ電流と前記アナログスイッチのＯＮ抵抗とにより生
ずる電圧降下に起因するクランプレベルのオフセットを低減する可変電位を前記アナログ
処理手段の基準電位として供給する可変電位供給手段と、
装置の電源が投入された場合に、前記電源が投入されてからの時間を計時する計時手段
と、
前記計時手段が所定の時間を計時するまでは前記アナログスイッチをＯＮしつづける手
段と
を備えたことを特徴とする画像読み取り装置。
前記アナログスイッチは、前記空転送領域に対応してＯＮ状態になるクランプ制御信号
のＯＮ状態のときにＯＮするスイッチであり、
前記アナログスイッチをＯＮしつづける手段は、前記計時手段が前記所定の時間を計時
するまでは前記クランプ制御信号のＯＮ状態を維持しつづける手段であることを特徴とす
る請求項１記載の画像読み取り装置。