JP5153513B2 - 画像読取装置、及び、画像読取方法 - Google Patents

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Description

本発明は、画素の読取り位置の補正を行う画像読取装置に関する。
従来、スキャン中に通信しなければならないデータ量が通信可能なデータ量を上回る場合やスキャン中に処理すべきデータをパソコン側で処理できない場合にスキャンを一旦停止して所定のバッファ容量までデータの処理が行われるまで停止する事がある。以下このモードをスタートストップと呼ぶ。
スタートストップが発生時、スキャン方向とは逆方向(以下バックワードと呼ぶ)に所定量戻してから停止する。スキャンは一定速度で行われる必要がありこの速度に達する為の助走距離が必要であるためバックワードを行う事が多い。また、スキャンモードによってはバックワードを行わない場合もある。停止後、画像データ通信およびデータ処理が進み、所定の画像データバッファが空になった時点で光学キャリッジをスキャン方向(以下フォワード方向)に動作させスタートストップ発生前に読み取った画像と繋がるように画像読み取りを開始する。すなわち、スタートストップ発生時に読み取った画像の次の画像から読み取りを開始する。
スタートストップが発生して光学キャリッジが停止した場合にモータのバックラッシュにより本来の停止位置に対して多少オーバーランしてしまうことがある。
このような場合、バックワード量と読み取り開始位置までのフォワード量を等しくしてしまうとバックラッシュ分進んだ位置からを読み取ってしまい画像がバックラッシュ分縮小してしまい画像段差が発生してしまう。
この為、バックラッシュ分を見込んでバックワード量に対して読み取り開始位置までのフォワード量を補正することを行うことがある。
従来、そのようなモータ駆動系のバックラッシュの補正としてスタートストップ解除後の画像読み取り開始位置を補正することは行っていた。
特許文献1には、画像読み取りを中断する前と画像読み取りを再開する時とで、画像読み取り開始のタイミングと、読み取り位置を移動させるステッピングモータの励磁のタイミングとの時間差を同じくする手段を設けることが記載されている。その手段によって、スタートストップ時の画像のずれをなくすことが記載されている。
特開2001−127965号公報
しかしながら、スタートストップが発生して光学キャリッジが停止した時点とスタートストップが解除されて光学キャリッジが動作開始する時点とで、レンズやミラーなどを含む光学系パーツが光学キャリッジ周辺からの熱源の影響により変化することがある。更には、その変化によって、画像読み取り位置が変化し画像が縮小したり拡大したりしてしまうことが考えられる。
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、光学系パーツが光学キャリッジ周辺からの熱源の影響により変化して画像読み取り位置が変化し画像段差が発生することを低減する画像読み取り装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明に係る画像読取装置は、光学系部品を含むキャリッジの待機位置に設けられ前記キャリッジのスキャン動作によって読み取った画像データを処理する処理部の処理負荷と、前記処理部の通信インタフェースの負荷応じて、前記キャリッジのスキャンのスタート又はストップを行うスタートストップ動作が可能な画像読取装置であって、前記待機位置から画像読取動作を開始して、前記キャリッジのスタートストップの発生回数を測定する第1の測定手段と、前記第1の測定手段によって測定された発生回数が多くなるほど、前記キャリッジのスキャンのスタートストップ解除後の画素の読取りの位置の補正量を小さくする補正量変更手段と、前記補正量変更手段により変更された前記補正量により、スタートストップ解除後の前記画素の読取りの位置を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、1スキャン中に発生するスタートストップ時に、熱源に起因する画素読み取り位置の変化を補正することにより、画像段差のない高画質のスキャンを実現することができる。
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
本実施形態における画像読取装置は、スキャン動作によって読み取った画像データを処理する処理部の処理負荷と、処理部との通信インタフェースの負荷に従って、画像読取動作をスタート又はストップさせるスタートストップ動作が可能である。更には、スタートストップ解除後の画像読み取り開始位置を補正することにより画像ずれのない読み取りを可能としている。特に、レンズやミラーなどを含む光学系パーツが光学キャリッジ周辺からの熱源の影響により変化して画像読み取り位置が変化した場合に、その変化量をキャンセルするようにスタートストップ解除後の画像読み取り開始位置を補正する。
しかしながら、その補正を1スキャン内に発生するスタートストップすべてに同じ補正値を適用してしまうと画像全体の倍率が悪化してしまう。これは、光学キャリッジ周辺からの熱源の影響が1スキャン内において熱源から離れていくに従って小さくなっていくからである。従って、本実施形態においては、更に、1スキャン内における熱源の影響度に応じて、スタートストップ解除後の画像読取り開始位置の補正量を変更する。
図1に本実施例の構成図を示す。101はCPUを内蔵し、スキャナの制御回路を具備したASICである。102はCPU、103は制御プログラムが内蔵されているROM、104は、読み取りデータやモータ駆動テーブルや読み取りセンサのキャリブレーションデータを格納するRAM、105はCCDセンサの制御および画像処理を行うCCDセンサ制御部である。
106は、画像読取り動作中のキャリッジのスタートストップ回数をカウントする第1の測定部である。107は、光学キャリッジが所定の位置を通過してからスタートストップが発生するまでの時間を測定する第2の測定部である。108は、スタートストップ時の読み取り停止時間を測定する第3の測定部である。109は、スタートストップ時のモータ送り量を設定する第1の設定部である。110は、モータの位相又はステップ数に対応する画素読み取り位置を設定する第2の設定部である。以上のように、ASIC101は、スタートストップの回数に関する情報を取得する取得手段、スタートストップ処理の時間に関する情報を取得する取得手段を備えている。また、ASIC101は、更に、スタートストップ時のモータの駆動情報を設定する設定手段、画素読み取り位置(読取範囲)を設定する設定手段を備えている。
111は、光学キャリッジ駆動用のモータ113を制御するモータ制御部である。112は、光学キャリッジ駆動用のモータ113を駆動するモータドライバである。114は、CCDセンサを駆動するタイミングジェネレータやセンサ出力をデジタル値に変換するアナログフロントエンドであるCCD制御部である。この制御部は、光学キャリッジに具備される基板に実装されていても良い。120は光学キャリッジである。光学キャリッジ120には、少なくともCCDセンサ115および少なくとも1つ以上のミラー116、レンズ117、光源118を含む光学系部品を具備している。
図2を参照して光学キャリッジおよび光路の説明を行う。光学キャリッジは、CCDセンサ209が実装された基板210、原稿台ガラス201面上におかれた原稿202に照射する光源203、第1のミラー204、第2のミラー205、第3のミラー206、第4のミラー207、レンズ208で構成される。
例えば、レンズ208の角度が熱源の影響により傾いた場合、光路が点線の状態に変化する。そして原稿面上での読み取り位置がずれてしまう事がわかる。熱源の影響でミラーの角度が変化した場合も同様に原稿面上での読み取り位置がずれてしまう。更には、1スキャン内において熱源から離れていくに従って、光学キャリッジ周辺からの熱源の影響は小さくなるので、原稿面上での読み取り位置のずれも小さくなる。
以下、図2に示したCCDセンサを用いたCCD方式を一例として説明するが、CIS(Contact Image Sensor)センサを用いたCIS方式として構成された光学系に対して、本発明を適用しても良い。
図3を参照して、光学キャリッジが受ける熱源からの影響について述べる。301は光学キャリッジである。原稿は光学キャリッジの上方向(コントロール基板302と反対方向)に置かれる。本発案における構成では、光学キャリッジ301の下にコントロール基板302および電源303が配置されている。コントロール基板302は、ASIC101やRAM104やモータドライバ112、DCDCコンバータ等を具備しており、スキャナのコントロールを行う基板である。電源303とは、スキャナの中に内蔵されたパック電源である。コントロール基板302および電源303が配置されている場所は、光学キャリッジ301の待機位置である。ここで、待機位置とは、スキャン後に戻ってきて停止する場所である。
本構成において、待機位置に戻ってきた時にコントロール基板302および電源303の熱により光学キャリッジ下面が温められる。温められた状態でスキャンが開始されると、矢印に示された移動方向(主走査方向)に向かって、光学キャリッジが下の熱源から離れた方向に動いていく。即ち、熱源からの影響がなくなる方向に動いていくのでキャリッジの底面の温められた温度が冷めていく方向に向かうことになる。
次に、スタートストップが発生した場合、光学系が熱源から受ける影響に関して図4を参照して述べる。図4は、キャリッジが待機状態からスキャンを開始し、複数のスタートストップが発生する経過においての、コントロール基板302及び電源303の昇温の程度と、その昇温が光学キャリッジ301の光学系に与える影響度との比較を示す図である。昇温の程度は点線で示され、影響度は実線で示されている。図4において、横軸は時間を示し、縦軸は昇温の程度又は影響度を示す。図4における影響度とは、例えば、図2において説明した光路の変化により生じた原稿面上での読み取り位置のずれ量を示す。

光学キャリッジ301が待機位置にある間は、読み取り動作を行っていないのでコントロールボードや電源が発熱する温度は比較的小さい。しかしながらスキャナ本体の厚みを出来るだけ薄くしたい為にコントロール基板や電源と光学キャリッジのクリアランスは必然的に小さくなっているので、コントロール基板302や電源303の熱の影響を受けやすくなってしまう。従って、図4の待機中の期間に示すように、待機中の光学キャリッジ301の光学系への影響は大きくなる。
一方、所定の解像度モードでスキャンが開始された場合、光学キャリッジ301を主走査方向に移動して読み取りを行っていく。図3の説明で述べたように読み取りを開始すると光学キャリッジがコントロール基板302および電源303から離れていくので、キャリッジの底面の温められた温度は冷めていく。この時にスタートストップが発生すると、キャリッジが停止する。スキャン中において、コントロール基板302と電源303は、スキャン動作を行っているために温度は上昇するが、光学キャリッジ301は熱源から離れていくので、光学キャリッジ301の光学系への影響は小さくなる。
ここで、光学キャリッジの底面の温められた温度が冷めるということは、温められた時に生じた光学系のずれが元に戻ることを意味する。即ち、スキャン動作で光学キャリッジ301が熱源から離れるにつれ、ずれが元の方向に戻っていき、スタートストップ発生時にキャリッジが停止すると、熱源からの影響でずれが再び発生する。光学キャリッジ301は、1ラインにおいて、そのような動作を繰り返す。
図4に示すように、スキャンを開始してから熱による光学系のずれは、スキャンが進んでいくに従って(即ち、熱源から主走査方向に離れるに従って)、小さくなる。
また、図4に示すように、1回目のスタートストップ発生前後の光学系変化量1に対して、2回目のスタートストップ発生前後の光学系変化量2の値が小さくなっていることがわかる。このように3回目、4回目とスタートストップの回数が増えていくに従って光学系の変化量(ずれ)は小さくなっていく。即ち、1ラインのスキャン動作における各スタートストップにおいて、ずれ量が異なっている。
次に、図5を参照しながら、図4における光学系変化量の変化を更に説明する。
図5は、1ラインにおけるスタートストップの発生回数とキャリッジの光学系の変化量(ずれ量)との関係を示すグラフである。図5において、横軸は、第1回目のスタートストップ発生から第8回目のスタートストップ発生ということを示している。図4で説明したように、1ラインにおけるスタートストップの発生回数が多くなる方向で、光学キャリッジ301の光学系の変化量(ずれ)は小さくなっている。スタートストップの発生回数は、例えば、スキャンする解像度に依存している。解像度が高くなる程、単位時間当たりに処理するデータ量が多くなるので、スタートストップが発生しやすくなる。
また、スタートストップの発生回数は、PCとのインタフェースの通信速度にも依存している。例えばUSBでPCと接続する場合、USB2.0よりもUSB1.1で通信をする方が単位時間当たりに通信できる量が少なくなるので、スタートストップが発生しやすくなる。
また、スタートストップの発生回数は、パソコンの処理能力にも依存している。処理能力の低いパソコンでは、スキャンデータの処理バッファが限界に達しやすいので、スタートストップの発生回数が多くなる。
次に、図6を参照しながら、スタートストップ発生時の光学キャリッジの停止時間と光学系変化量(ずれ量)との関係を説明する。図6は、図5に基づいて、スタートストップ発生時における光学キャリッジ301の停止時間を変化させた場合の光学系変化量を示す図である。基準となる太線の実線に対して、点線のグラフは、スタートストップ発生時における停止時間を長くした場合の変化を示す。即ち、光学キャリッジ301の停止時間が長くなるので、停止中に変化する光学系のずれが大きくなる。逆に、細線の実線に示すように、光学キャリッジ301の停止時間を短くした場合の変化は、太線の実線に対して光学系の変化量は小さくなる。スタートストップ発生時における停止時間も先述のスタートストップの発生回数と同様に、スキャンする解像度やPCとのインタフェースの通信速度、パソコンの処理能力に依存して変化する。
次に、図7を参照しながら、スキャン開始からスタートストップ発生までの時間と光学系変化量(ずれ量)との関係を説明する。図7は、図5に基づいて、スキャン開始から最初のスタートストップ発生までの時間を変化させた場合の光学キャリッジ301の光学系変化量を示す図である。基準となる太線の実線に対して、点線のグラフは、スキャン開始時からスタートストップが発生するまでの時間を短くした場合の変化を示す。図7に示すように、太線の実線に対して光学系の変化量は大きくなる。逆に、細線の実線に示すように、スキャン開始時からスタートストップが発生するまでの時間を長くした場合の変化は、太線の実線に対して、光学系の変化量は小さくなる。即ち、スキャン開始からスタートストップ発生までの時間が短い程、第1回目のスタートストップ発生の箇所が熱源よりも近くなるので、光学系変化量は大きくなる。スキャン開始からスタートストップが発生するまでの時間は特に解像度による依存が大きいが、PCとのインタフェースの通信速度、パソコンの処理能力にも依存している。
図5〜図7で説明したように、光学キャリッジ301の光学系変化量は、スタートストップの発生位置、スタートストップ発生時における停止時間、スキャン開始からスタートストップ発生までの時間に応じて変化する。
再び、図2を参照する。図2でスタートストップ発生前の光路が実線であり、スタートストップが発生すると、光路が破線に示す光路に変化する。図2に示すように、光軸中心がレンズ角度が熱影響によりずれる事により、例えば1/2画素(pixel:ピクセル)画像が縮小する方向にずれているのがわかる。
従って、そのずれ量を補正する為には、スタートストップが解除されてから次の画素を読み取る位置を図8に示すように、1/2画素戻せば良い。その結果、スタートストップ発生の前後で連続した画像として読み取ることが可能となる。
図4において既に説明したように、1ラインのスキャンにおいて熱源から離れていくに従って、光学キャリッジ周辺からの熱源の影響は小さくなるので、原稿面上での読み取り位置のずれも小さくなっていく。従って、本実施形態においては、1ラインのスキャンにおける各スタートストップ解除時の補正量をダイナミックに変更している。
図9は、本実施形態における各スタートストップにおいての補正量の一例を示す図である。図9に示すように、スタートストップ1回目における補正量は0.5pixelであり、2回目における補正量は0.3pixelであり、3回目における補正量は0.2pixelである。このように、光学系変化量に応じた補正量によって、光軸のずれを補正している。また、図9においては、スタートストップ5回目から補正をなくしている。このように、本実施形態において、画像読取り装置は、スタートストップの発生回数に従って、画素読取り位置を補正する補正量を変更することができる(補正量変更)。
図5〜図7に示したように、光学系変化量はスタートストップの発生位置、スタートストップ発生時における停止時間、スキャン開始からスタートストップ発生までの時間に依存するので、それらを考慮して補正量を決定する。つまり、スタートストップの発生について情報を取得し、この情報に基づいて、読み取り位置の補正を行う。
図10は、スキャン開始からスタートストップが発生するまでの時間を短くした場合の補正量の変化の一例を示す図である。図7において説明したように、スキャン開始からスタートストップが発生するまでの時間を短くすると、光学系の変化量は大きくなるので、図10に示すように、補正量も大きくする必要がある。
また、スタートストップ発生時の停止時間を長くすると、光学系の変化量は大きくなるので、同様に、補正量も大きくする必要がある。従って、本実施形態においては、スタートストップ発生時の停止時間に対応した補正量の変化を補正値として予め格納しても良い。また、スキャン開始からスタートストップが発生するまでの時間と、スタートストップ発生時の停止時間とを考慮した補正量の変化を補正値として予め格納するようにしても良い。
以上のように、スタートストップ発生回数、スキャン開始からスタートストップが発生するまでの時間、スタートストップ発生時の停止時間といった測定値に応じて、スタートストップ解除後の読み取りピクセル位置を補正する。その結果、連続した画像を得ることができる。
また、1ラインのスキャン中にダイナミックに補正量を可変することにより読み取り画像の倍率に影響を与えることなく、スタートストップ発生前後において連続した画像を読み取ることが可能である。
特に高解像度のスキャンの場合、スタートストップが100回以上発生する場合もある。そのような場合には、補正量をスキャン中に一定にしてしまうと補正がかかりすぎてしまうので、1スキャンで読み取った画像の倍率が悪化してしまう。そのような場合に、本実施形態のようなダイナミックに補正量を可変することは極めて有効となる。
次に、図11、図12を参照してスタートストップ解除後の画像読み取り位置のずれを補正する方法について説明する。
まず、図11について説明する。まず、ステッピングモータであるモータ113は、スタートストップが発生してから、モータ113の4周期分(ステップ換算で16ステップ)の位置で停止する。続いて、バックワード方向に、32ステップ分戻し、スタートストップが解除されるまで停止する。バッファに空きが出来て、スタートストップが解除されると、再びフォワード方向に動作を開始する。図11のケースでは、モータ113の位相と画素読み取り位置が関連付けられている。スタートストップ発生前の画素読み取り位置に関連付けられたモータ位相(回転位相)に対して、スタートストップ解除後に画像読み取り位置をどの程度補正するかを所定のモータ位相を基準として設定する。図11では、スタートストップ解除後に1/2画素分、画像読み取り位置を補正している。
また、スタートストップ発生前の画像読み取り位置に関連付けられたステップ数に対して、スタートストップ解除後に画像読み取り位置をどの程度補正するかを設定できるようにしても良い。
図12は、モータのステップ数に同期して画素読み取り位置を設定できる場合の画像読み取り位置の補正の方法を説明する図である。まず、モータは113は、スタートストップが発生してからモータの4周期分(ステップ換算で16ステップ)の位置で停止する。続いて、バックワード方向に、32ステップ分戻し、スタートストップが解除されるまで停止する。バッファに空きが出来て、スタートストップが解除されたらフォワード方向に再び動作を開始する。ここで、本来なら、図12に示すように、20STEP目から画素読み取りを開始するのであるが、光学系のずれ量を補正するので、18STEP目(即ち、1/2画素分補正される)から画素読み取りを開始する。また、ステップ単位ではなくより細かいモータ位相単位で制御するようにして、より細かい画素読み取り位置の補正を実行しても良い。
以上のように、光学キャリッジの周辺にある電源等の熱源により光学キャリッジ内の光学系に関わる部品の位置や角度が変化すると、原稿上の画像読み取り位置が変化してしまう。光学キャリッジは、待機中において、熱源の熱の影響で温められる。また、スキャン動作で熱源から遠ざかると、温められた状態から冷めていく。
スタートストップが発生して光学キャリッジが停止すると、再び熱源からの影響により光学系のずれが生じてしまう。本実施形態においては、スタートストップ解除時に、画素読み取り位置を補正することにより画像段差のない高画質のスキャンを実現することが可能である。
また、1ラインのスキャン中に、補正量が一定であるとスタートストップが頻発した場合に画像の倍率に影響を与えてしまう。しかしながら、本実施形態においては、補正量を各スタートストップ解除時で変更しているので倍率に影響を与えずに補正を行うことが可能である。
(その他の実施形態)
なお、上述した実施形態で説明した内容を補足する。コントロールボードや電源の発熱の影響は、画像読み取り装置の起動時には小さい場合もある。また、画像読取装置のおかれている環境温度が低い場合もある。そこで、画像読取装置の起動後の経過時間に基づいて、光学系変化量の補正値を変更する制御を行う。また、環境温度に基づいて光学系変化量の補正値を変更する制御を行う。あるいは、画像読取装置の起動後の経過時間と環境温度とに基づいて光学系変化量の補正値を変更しても構わない。
本発明に係る実施形態における画像読み取り装置の構成を示すブロック図である。 光学系の構成を示す図である。 熱源からの影響を説明する図である。 熱源からの影響を説明する他の図である。 1ラインにおけるスタートストップの発生回数とキャリッジの光学系の変化量(ずれ量)との関係を示すグラフである。 スタートストップ発生時における光学キャリッジ301の停止時間を変化させた場合の光学系変化量を示すグラフである。 スキャン開始からスタートストップ発生までの時間を変化させた場合の光学キャリッジ301の光学系変化量を示すグラフである。 画素の読み取り位置の補正を説明する図である。 本実施形態における各スタートストップにおいての補正量の一例を示す図である スキャン開始からスタートストップが発生するまでの時間を短くした場合の補正量の変化の一例を示す図である。 画像読み取り位置の補正方法を説明する図である。 画像読み取り位置の補正方法を説明する他の図である。
符号の説明
201 原稿台ガラス
202 原稿
203 光源
204、205、206、207 ミラー
208 レンズ
209 CCDセンサ
210 基板

Claims (6)

  1. 光学系部品を含むキャリッジの待機位置に設けられ前記キャリッジのスキャン動作によって読み取った画像データを処理する処理部の処理負荷と、前記処理部の通信インタフェースの負荷応じて、前記キャリッジのスキャンのスタート又はストップを行うスタートストップ動作が可能な画像読取装置であって、
    前記待機位置から画像読取動作を開始して、前記キャリッジのスタートストップの発生回数を測定する第1の測定手段と、
    前記第1の測定手段によって測定された発生回数が多くなるほど、前記キャリッジのスキャンのスタートストップ解除後の画素の読取りの位置の補正量を小さくする補正量変更手段と
    前記補正量変更手段により変更された前記補正量により、スタートストップ解除後の前記画素の読取りの位置を補正する補正手段と、
    を備えることを特徴とする画像読取装置。
  2. 前記画像読取装置は、
    スキャン開始から最初のスタートストップの発生までの経過時間を測定する第2の測定手段と、
    スタートストップの発生ごとに停止時間を測定する第3の測定手段とのうち少なくとも1つを更に備え、
    前記補正量変更手段は、前記第1の測定手段によって測定された発生回数と、前記第2の測定手段と前記第3の測定手段とのうち少なくとも1つによって測定された測定値とに従って、前記キャリッジによる画素の読み取りの位置の補正量を変更し、
    前記補正量変更手段は、前記経過時間が長くなるほど前記補正量を小さくし、前記停止時間が長くなるほど前記補正量を大きくすることを特徴とする請求項1に記載の画像読取装置。
  3. 前記画像読取装置は、
    前記キャリッジを駆動するステッピングモータを更に備え、
    前記補正量は、前記ステッピングモータの回転位相、又は、ステップ数を制御することによって、変更されることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像読取装置。
  4. CCD方式によって画素を読み取ることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像読取装置。
  5. CIS方式によって画素を読み取ることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像読取装置。
  6. 光学系部品を含むキャリッジの待機位置に設けられ前記キャリッジのスキャン動作によって読み取った画像データを処理する処理部の処理負荷と、前記処理部の通信インタフェースの負荷応じて、前記キャリッジのスキャンのスタート又はストップを行うスタートストップ動作が可能な画像読取装置において実行される画像読取方法であって、
    前記画像読取装置の第1の測定手段が、前記待機位置から画像読取動作して、前記キャリッジのスタートストップの発生回数を測定する第1の測定工程と、
    前記画像読取装置の補正量変更手段が、前記第1の測定工程において測定された発生回数が多くなるほど、前記キャリッジのスキャンのスタートストップ解除後の画素の読取りの位置の補正量を小さくする補正量変更工程と
    前記画像読取装置の補正手段が、前記補正量変更工程において変更された前記補正量により、スタートストップ解除後の前記画素の読取りの位置を補正する補正工程と、
    を備えることを特徴とする画像読取方法。
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