JP5112994B2 - 画像読取装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像読取装置及びそれを備えた画像形成装置に関し、さらに詳しくは、アナログ画像信号に所定の処理を施すアナログ信号処理回路に対する電源オフ時の過大な電圧入力を防止した画像読取装置及びそれを備えた画像形成装置に関する。

原稿画像を読み取るスキャナでは、まず走査光学系により露光走査を行い、得られた反射光をＣＣＤなどの光電変換素子によってアナログ電気信号に変換し、種々のアナログ処理を行い、デジタルデータへと変換（Ａ／Ｄ変換）した後、画像データを生成する。近年、このアナログ処理からＡ／Ｄ変換までは、通常、アナログ・フロント・エンド（Analogue Front-End：以下、「ＡＦＥ」と言う）と呼ばれる一デバイス化された回路により一連的に実行される。

ＡＦＥとしては、例えば特許文献１、２に開示された発明が公知である。特許文献１には、直線状に配列したイメージセンサチップ毎にクランプレベルが変動することによって発生する画像上の濃淡を低減することを目的として、光電変換手段からの信号を増幅する増幅器の出力をクランプするクランプ回路に、容量とスイッチに加え、スイッチに直列に接続される抵抗を備えたイメージセンサチップが開示されている。

また、特許文献２には、ＣＣＤラインセンサを用いて原稿画像を読み取る手段を有する信号処理装置に関し、ＣＣＤラインセンサの出力信号の前処理を高速に、正確に自動化できるＬＳＩを提供し、装置間の調整ばらつきを最小限に抑えて、機器の製造面、設計面におけるコスト高を招かない信号処理装置を提供することを目的として、ＣＣＤラインセンサの有効画像部からの出力信号をクランプするクランプ手段、前記クランプ手段の出力信号をサンプルホールドする手段、前記サンプルホールド手段の出力信号の利得を制御する可変ゲインアンプ手段、前記可変ゲインアンプ手段の出力信号を暗補正する手段、前記暗補正手段の出力信号をデジタル変換する手段、前記デジタル変換手段の出力信号を歪補正する手段、前記デジタル変換手段の出力信号をピーク値検出する手段、及び前記ピーク値に基づいて前記可変ゲインアンプのゲイン調整制御を行う手段を１チップに集積した集積回路素子が開示されている。
特開２００２−１０１２６４号公報 特開平７−２０３１５４号公報

一般に、ＣＣＤ出力とＡＦＥ入力はコンデンサによりＡＣ結合されているため、ＡＦＥにはＣＣＤ出力の変化分（ＡＣ分）しか伝わらない。逆に言えば、ＣＣＤ出力の変化分即ち出力変動は、ＡＦＥに必ず伝わってしまう。例えば、ＣＣＤが一時的にＡＦＥの定格を超える過大電圧を発生した場合には、それがそのままＡＦＥに伝わり、デバイスの特性劣化や破壊を引き起こす可能性がある。

ＣＣＤの過大電圧は、主にシステム電源（装置の電源）のオン／オフ時に発生する。その対策としては、（１）過大電圧の発生自体を抑える、（２）過大電圧をＡＦＥに伝えないようにする、（３）ＡＦＥ入力部で過大電圧を吸収する、といった観点からの対策が考えられる。

システム電源のオン／オフ時にＣＣＤから発生する過大電圧は、ＡＣ結合を介してＡＦＥに伝わる。ＡＦＥでは通常、入力された画像信号のオフセットレベルを任意の電位に固定するクランプ回路部を備えており、これは過大電圧が入力されても入力電位を任意値に固定する効果があるため、上記（３）の過大電圧対策として有効な手段になり得る。

しかし一般に、ＡＣ結合コンデンサの容量がμＦオーダーと大きく、クランプ動作の時定数がｍｓオーダーと大きくなるため、過大電圧が急峻な場合はその変化に追従できない可能性がある。これに対してＡＣ結合コンデンサの容量を小さくすると、デバイスのリーク電流の影響で画像品質を低下させてしまうため、クランプ回路部を変更せずにいかにして入力過大電圧そのものを抑制できるかが重要となる。

特に、電源オフ時の不安定な領域で、ＣＣＤの電源がまだ立ち下がりきっていない（立ち下がりが完了していない）状態で、ＣＣＤ駆動信号に、動作している信号と、動作していない信号がある場合に、ＣＣＤに過大電圧が生じてＡＦＥに伝わり、デバイスの特性劣化や、最悪、デバイス破壊を引き起こす可能性がある。

図９はＡＦＥに過大電圧が入力されてしまう場合のタイミング図である。この図において、期間Ｔは、ドライバ電源が立ち下がりを開始してから、ＣＣＤ電源が立ち下がりきっていない状態に対応する。また、駆動信号２は、ドライバ電源の立ち下がり始めで出力されなくなり（動作していない信号）、駆動信号１は、ドライバ電源の立ち下がり後半まで出力される（動作している信号）。駆動信号１は、ＣＣＤに対しては仕様外の駆動状態となる。

この図に示すように、ＣＣＤ電源の立ち下がり開始時刻ｔ１に対して、ＣＣＤドライバ電源の立ち下がり開始時刻ｔ２を早くしても、その立ち下がり時間が長い（立ち下がり速度が遅い）場合には、ＣＣＤ電源が立ち下がりきっていないときにＣＣＤドライバからＣＣＤ駆動信号がＣＣＤに対して供給されるため、電源オフの過程で、低電圧側への過大なレベルのＣＣＤ出力がＡＦＥに入力され、ＡＦＥの定格電圧を超えてしまうことがある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、その目的は、光電変換素子と、その光電変換素子に駆動信号を供給する駆動回路と、前記光電変換素子に電力を供給する光電変換素子用電源と、前記駆動回路に電力を供給する駆動回路用電源とを有する画像読取装置又は画像形成装置において、装置の電源のオフ時に、光電変換素子から過大な電圧が出力されるのを抑制することである。

本発明の画像読取装置は、光電変換素子と、その光電変換素子に駆動信号を供給する駆動回路と、前記光電変換素子に電力を供給する光電変換素子用電源と、前記駆動回路に電力を供給する駆動回路用電源と、装置の電源のオフ時、前記駆動回路用電源の出力電圧の立ち下がり速度を速める手段を有することを特徴とする画像読取装置である。
また、本発明の画像形成装置は、本発明の画像読取装置と、その画像読取装置からの画像データに基づいて画像を形成する手段とを有することを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、光電変換素子と、その光電変換素子に駆動信号を供給する駆動回路と、前記光電変換素子に電力を供給する光電変換素子用電源と、前記駆動回路に電力を供給する駆動回路用電源とを有する画像読取装置又は画像形成装置において、装置の電源オフ時に、光電変換素子から過大な電圧が出力されるのを抑制することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施形態の画像読取装置の概略構成を示す図である。この画像読取装置は、デジタル複写機のスキャナ装置のような、原稿画像をＣＣＤで読み取ってアナログ画像信号を生成し、それをデジタル信号に変換して処理する画像読取装置である。

この画像読取装置は、スキャナ本体１２の上部に設けられ、原稿１３を載置するコンタクトガラス１、原稿露光用のハロゲンランプ２及び第１反射ミラー３を搭載した第１キャリッジ６、第２反射ミラー４及び第３反射ミラー５を搭載した第２キャリッジ７、入射した光を光電変換するＣＣＤリニアイメージセンサ９（以下、ＣＣＤと略称する）、このＣＣＤ９に第３ミラー５から入射した読取光を結像するためのレンズユニット８、並びにスキャナ本体１２の上部に設けられ、読取光学系等による各種の歪みを補正するための白基準板１１から構成される。

ＣＣＤ９はセンサボードユニット１０に搭載され、センサボードユニット１０上でＣＣＤ９の出力信号に対して所定の処理が施される。第１キャリッジ６、第２キャリッジ７、レンズユニット８、及びＣＣＤ９を搭載したセンサボードユニット１０はスキャナ本体１２内に設置される。原稿走査時は第１キャリッジ３及び第２キャリッジ７はステッピングモータ（不図示）によって図示しないレールに沿って２対１の速度比で副走査方向Ａに移動する。

図２はセンサボードユニット１０の構成を示すブロック図である。センサボードユニット１０は、ＣＣＤ９と、ＡＦＥ２２と、ＣＣＤ９の出力とＡＦＥ２２の入力とをＡＣ結合するＡＣ結合コンデンサ２１（以下、コンデンサ２１と略称する）と、ＣＣＤ９を駆動するＣＣＤドライバ２９と、ＡＦＥ２２及びＣＣＤドライバ２９にタイミング信号を供給するタイミング制御ＩＣ２８と、ＣＣＤ９に電力を供給するＣＣＤ電源２０と、ＡＦＥ２２に電力を供給するＡＦＥ電源２７と、ＣＣＤドライバ２９に電力を供給するドライバ電源３０と、タイミング制御ＩＣに電力を供給するＩＣ電源３１を備えている。

ＡＦＥ２２はアナログ信号処理回路部２３とＡ／Ｄ変換部２４とからなり、アナログ信号回路部２３はサンプルホールド部（ＳＨ）２５及びクランプ回路部２６を備えている。

ＣＣＤ９は容量性負荷が大きいため、発熱等の問題から、通常はタイミングＩＣ２８で直接ＣＣＤ９を駆動することは無く、ＣＣＤドライバ２９を介してＣＣＤ９を駆動する。

ＣＣＤ９の光電変換出力であるアナログ画像信号はＡＦＥ２２に入力される。ＡＦＥ２２内部では、アナログ画像信号に対してサンプルホールド（ＳＨ）処理、黒レベル補正などの各種画像処理が施された後、Ａ／Ｄ変換部２４へ出力され、Ａ／Ｄ変換部２４でアナログ画像信号を１０ビットのデジタル画像データに変換し、変換されたデジタル画像データは次段のデジタル処理部又はデータ転送部へ出力される。

図３はコンデンサ２１とクランプ回路部２０の詳細を示す回路図である。本実施形態では、前述のようにＣＣＤ９とＡＦＥ２２の間にコンデンサ２１を直列に接続（ＡＣ結合）し、このコンデンサ２１の充放電を利用することによってＡＦＥ２２への入力の過大電圧の影響を低減する構成としている。

このように構成すると、ＣＣＤ９の出力信号のＡＣ分（変化分）によってずれたＤＣレベル（ＣＣＤ入力オフセット）を補うように充放電が行われ、ある時間経過後には任意の電位に追従するいわゆるクランプ動作が行われる。即ち、ＡＦＥ２２に過大電圧（ＡＣ成分）が入力した場合、コンデンサ２１の充放電によって任意電位へ追従する（電圧過大の状態からクランプ基準電位に引き戻される）効果により、その影響を低減することができる。

このとき、通常のクランプ動作は、図４のクランプ状態の説明図に示すように、クランプ制御信号によりスイッチＳＷをオン／オフ制御して、ＣＣＤ９の有効画素領域ではなく、暗時出力部（ＯＰＢ：Optical Black）や空転送部などに対して行う。つまり主走査１ライン中の任意の期間だけ行われる。これを一般にラインクランプと言う。

一方、本実施形態では、有効画素領域を含めた１ライン全域においてクランプを実施する。これをここではベタクランプと言う。これにより、クランプ動作時間を実効的に大きくすることができ、過大電圧の影響をさらに低減することができる。なお、クランプを１ライン全域で実施すると述べたが、厳密にはライン同期信号（タイミング制御ＩＣ２８の基準信号）が出力されている期間はクランプ動作ができないため１ライン全域とはならない。

しかしながら、コンデンサ２１の制約などから、上記クランプ動作のみでは過大電圧に対して十分なマージンを確保できない可能性がある。これは一般にクランプ回路部２６の時定数がｍｓ程度と大きく（コンデンサ２１の容量が大きい）、速い電圧変化に追従しきれないことによる。ここで、コンデンサ２１の容量を小さくすると、ＡＦＥ２２の入力リーク電流による影響が増大し画像品質の低下を招くため、クランプ回路部２６の変更では実現性に乏しい。これに対しては過大電圧そのものを抑えることがまず必要である。

そこで、本実施形態では、図５及び図６に示す回路構成により過大電圧そのものを抑える。
図５に示す回路では、ドライバ電源３０とＣＣＤドライバ２９との間に電源ラインにノイズを除去し安定化するためのフィルタ４０を挿入し、その両側において電源ラインとグランドとの間にコンデンサを接続し、さらに電源電圧の立ち下がり時間を短縮するためのブリーダ抵抗４１をグランドと電源ライン間に接続した。電源オフ時にコンデンサに蓄積された電荷は、ブリーダ抵抗４１を通してグランドに流れることにより、電源電圧の立ち下がり時間を短くすることが出来る。

図５に示した回路では、電源オン時に常時ブリーダ抵抗４１に電流が流れ、無駄な電力が消費されてしまう。そこで、図６に示す回路では、ブリーダ抵抗４１と直列にトランジスタ４２を接続し、制御信号によりブリーダ抵抗４１に流れる電流をスイッチングできるようにした。

即ち電源オン時は、制御信号によりトランジスタ４２をオフして、ブリーダ抵抗４１に電流が流れないようにし、電源オフ時には制御信号によりトランジスタ４２をオンにして、ブリーダ抵抗４１に電流を流し、立ち下がり時間を短縮する。これにより、電源オン時に無駄な電力を消費せずにすむ。制御信号は具体的に図示していないが、ドライバ電源３０をハード的にモニタして生成することも可能であり、またソフトが電源を落とすような制御の時は、タイミング制御ＩＣ２８を介して、ソフト的に生成することも可能である。

図７は図５、図６の回路によりドライバ電源３０の出力電圧の立ち下がり時間が短縮されることを示すタイミングチャートである。ドライバ電源３０の立ち下がり時間を短くすることにより、ＣＣＤ電源の立ち下がり開始時刻ｔ１になる前にＣＣＤ駆動信号１がＣＣＤドライバからＣＣＤ９に供給されなくなる。つまり、電源オフの過程でＣＣＤドライバ２９からＣＣＤ９を駆動する時間を図９の場合より短くすることができるので、ＣＣＤ９から過大な出力が発生することを抑制でき、結果的にＡＦＥ２２の定格電圧内で使用することができる。

図８は本発明が適用される画像形成装置の一例を示すシステム全体の概略構成図である。同図において、画像形成装置は本体１００と、画像形成装置本体１００の上部の設置された画像読取装置２００と、さらにその上に装着された自動原稿給送装置（以下、「ＡＤＦ」と言う）３００と、画像形成装置本体１００の右側に配置された大容量給紙装置４００と、画像形成装置本体１００の左側に配置された用紙後処理装置５００とから基本的に構成されている。ここで、画像読取装置２００は、図１の画像読取装置と同様な構成を有する。

画像形成装置本体１００は画像書き込み部１１０と、作像部１２０と、定着部１３０と、両面搬送部１４０と、給紙部１５０と、垂直搬送部１６０と、手差し部１７０とからなる。

画像書き込み部１１０は画像読取装置２００で読み取った原稿の画像情報に基づいて発光源であるＬＤを変調し、ポリゴンミラー、ｆθレンズなどの走査光学系により感光体ドラム１２１にレーザ書き込みを行う。

作像部１２０は感光体ドラム１２１と、この感光体ドラム１２１の外周に沿って設けられた現像ユニット１２２、転写ユニット１２３、クリーニングユニット１２４及び除電ユニットなどの公知の電子写真方式の作像要素とからなる。

定着部１２０は転写ユニット１２３で転写された画像を転写紙に定着する。
両面搬送部１４０は定着部１２０の転写紙搬送方向下流側に設けられ、転写紙の搬送方向を用紙後処理装置５００側、或いは両面搬送部１４０側に切り換える第１の切換爪１４１と、第１の切換爪１４１によって導かれた反転搬送路１４２と、反転搬送路１４２で反転した転写紙を再度転写ユニット１２３側に搬送する画像形成側搬送路１４３と、反転した転写紙を用紙後処理装置５００側に搬送する後処理側搬送路１４４とを含み、画像形成側搬送路１４３と後処理側搬送路１４４との分岐部には第２の切換爪１４５が配されている。

給紙部１５０は４段の給紙段からなり、それぞれピックアップローラ、給紙ローラによって選択された給紙段に収納された転写紙が引き出され、垂直搬送部１６０に導かれる。

垂直搬送部１６０では、各給紙段から送り込まれた転写紙を転写ユニット１２３の用紙搬送方向上流側直前のレジストローラ１６１まで搬送し、レジストローラ１６１では、感光体ドラム１２１上の顕像の画像先端とタイミングを取って転写紙を転写ユニット１２３に送り込む。手差し部１７０は開閉自在な手差しトレイ１７１を備え、必要に応じて手差しトレイ１７１を開いて転写紙を手差しにより供給する。この場合もレジストローラ１６１で転写紙の搬送タイミングが取られ、搬送される。

大容量給紙装置４００は同一サイズの転写紙を大量にスタックして供給するもので、転写紙が消費されるにしたがって底板４０２が上昇し、常にピックアップローラ４０１から用紙のピックアップが可能に構成されている。ピックアップローラ４０１から給紙される転写紙は、垂直搬送部１６０からレジストローラ１６１のニップまで搬送される。

用紙後処理装置５００はパンチ、整合、ステイプル、仕分けなどの所定の処理を行うもので、この実施形態では、前記機能のためにパンチ５０１、ステイプルトレイ（整合）５０２、ステイプラ５０３、シフトトレイ５０４を備えている。すなわち、画像形成装置本体１００から用紙後処理装置５００に搬入された転写紙は、孔明けを行う場合にはパンチ５０１で１枚ずつ孔明けが行われ、その後、特に処理するものがなければ、プルーフトレイ５０５へ、ソート、スタック、仕分けを行う場合にはシフトトレイ５０４にそれぞれ排紙される。仕分けは、この実施形態は、シフトトレイ５０４が用紙搬送方向に直交する方向に所定量往復することにより行われる。このほかに、用紙搬送路で用紙を用紙搬送方向と直交する方向に移動させて仕分けを行うこともできる。

整合する場合には、孔明けが行われた、或いは孔明けが行われていない転写紙が下搬送路５０６に導かれ、ステイプルトレイ５０４において後端フェンスで用紙搬送方向と直交する方向が整合され、ジョガーフェンスで用紙搬送方向と平行な方向の整合が行われる。ここで、綴じが行われる場合には、整合された用紙束の所定位置、例えば角部、中央２個所など所定の位置がステイプラ５０３によって綴じられ、放出ベルトによってシフトトレイ５０４に排紙される。また、この実施形態では、下搬送路５０６にはプレスタック搬送路５０７が設けられ、搬送時に複数枚の用紙をスタックし、後処理中の画像形成装置本体１００側の画像形成動作の中断を避けることができるようになっている。

画像読み取り装置２００は、ＡＤＦ３００によってコンタクトガラス２１０上に導かれ、停止した原稿を光学的にスキャンし、第１ないし第３のミラーを経て結像レンズで結像された読み取り画像をＣＣＤやＣＭＯＳなどの光電変換素子によって読み取る。読み取られた画像データは、図示しない画像処理回路で所定の画像処理が実行され、記憶装置に一旦記憶される。そして、画像形成時に画像書き込み部１１０によって記憶装置から読み出され、画像データに応じて変調し、光書き込みが行われる。

ＡＤＦ３００は両面読み取り機能を有するもので、画像読み取り装置２００のコンタクトガラス２１０の設置面に開閉自在に取り付けられている。

以上のように本実施形態によれば、安易な構成で、ＡＦＥへの入力過大電圧の影響を低減することにより、ＡＦＥの特性劣化又はデバイス破壊を防止することができる。

本発明の実施形態の画像読取装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態の画像読取装置におけるセンサボードユニットの構成を示すブロック図である。 図２のコンデンサとクランプ回路部の詳細を示す回路図である。 図３のクランプ回路部の動作を示すタイミング図である。 図２のＣＣＤの過大電圧そのものを抑える回路構成の一例を示す図である。 図２のＣＣＤの過大電圧そのものを抑える回路構成の別の一例を示す図である。 図５、図６の回路により図２のドライバ電源の出力電圧の立ち下がり時間が短縮されることを示すタイミング図である。 本発明が適用される画像形成装置の全体の概略構成図である。 ＡＦＥに過大電圧が入力されてしまう場合を示すタイミング図である。

符号の説明

９・・・ＣＣＤ、２０・・・ＣＣＤ電源、２１・・・ＡＣ結合コンデンサ、２２・・・ＡＦＥ、２９・・・ＣＣＤドライバ、３０・・・ドライバ電源。

Claims (5)

1. 光電変換素子と、その光電変換素子に駆動信号を供給する駆動回路と、前記光電変換素子に電力を供給する光電変換素子用電源と、前記駆動回路に電力を供給する駆動回路用電源と、装置の電源のオフ時、前記駆動回路用電源の出力電圧の立ち下がり速度を速める手段を有することを特徴とする画像読取装置。
2. 請求項１に記載された画像読取装置において、
   前記立ち下がり速度を速める手段は、ブリーダ抵抗であることを特徴とする画像読取装置。
3. 請求項２に記載された画像読取装置において、
   前記ブリーダ抵抗は、前記駆動回路用電源の出力側と前記駆動回路の入力側との間に設けられていることを特徴とする画像読取装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載された画像読取装置において、
   前記光電変換素子の出力にＡＣ結合され、その出力に所定の信号処理を施して画像データとするアナログ信号処理回路を有することを特徴とする画像読取装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載された画像読取装置と、その画像読取装置からの画像データに基づいて画像を形成する手段とを有することを特徴とする画像形成装置。

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