JP5298968B2 - Ｌｅｄアレイの配置決定方法及びｌｅｄアレイ - Google Patents

Description

本発明は、画像読取装置の光源として光を原稿に照射するＬＥＤアレイに関し、特に、ＬＥＤアレイのＬＥＤの配置間隔を決定する配置決定方法に関する。

複写機能、ファクシミリ機能、プリント機能、スキャナ機能等を有する最近のデジタル複合機またはファクシミリ装置、コピー機等の画像読取装置は、原稿用紙の画像を読み取るＣＣＤイメージセンサまたは密着型センサ（ＣＩＳ）を備えている。このようなセンサでは、照明ムラ及び各受光素子間の感度バラツキあるいはレンズ特性により、均一な輝度及び濃度の原稿画像を読み取ったにも拘わらず、読み取られた画像データの輝度及び濃度が不均一となることがある。この現象はシェーディングと呼ばれ、複写紙上に形成される再現画像の忠実度を損なう原因となる。

このため、デジタル複合機等の画像読取装置の読取部に白基準板を取り付け、この白基準板を読み取ったデータをシェーディングデータとして保存し、実際のコピーあるいはスキャン時に得られたデータを上記のシェーディングデータで補正している。

一方、原稿を読み取る際に原稿に対して光を照射する光源としては、一般に、蛍光ランプや冷陰極管等の管状ランプが使用されていたが、近年発光ダイオード（ＬＥＤ）を線上に配置した光源であるＬＥＤアレイが用いられている。特に、白色ＬＥＤが開発され、カラー原稿の読み取りにもＬＥＤアレイが用いられるようになっている。

上記のようなＬＥＤアレイ光源において、ＬＥＤを配置するピッチ幅を均等にすれば、レンズの特性上、両端部の照度が中心部と比較して低くなる。したがって、原稿面を一定の照度で照明するためには必要とする照度範囲よりも広い照度範囲を持つ長さのＬＥＤアレイ光源が必要となり画像読取装置が大きくなってしまう。

また、光源の両端部の照度が中心部と比較して極端に違ってしまうと、上記のように、シェーディング補正回路で電気的に修正を行っても、修正不能になったり、修正できてもノイズが増えるなどの問題が生じる。すなわち、原稿読取範囲における端部側での光量を増幅させるとノイズも同時に増幅させてしまい、端部のＳ／Ｎ比が落ちるため、中央部に比べて端部の画質が悪くなる。

上記の問題を解消するため、ＬＥＤアレイ光源の中央部と両端部において、隣接するＬＥＤの間隔が異なるように配置することが提案されている。これにより、ＬＥＤアレイ光源の両端部における照度低下をなくし、ＬＥＤアレイ光源の中心部と両端部の照度の差を小さくすることによって均一な照度分布の範囲を広くできる（例えば、特許文献１参照）。

特開平１−２９６７６４号公報

上記のように、ＬＥＤアレイ光源の中央部と両端部において、隣接するＬＥＤの間隔が異なるように配置することが提案されているが、上記の特許文献には照度を均一にするために、ＬＥＤの配置間隔をどのように定めるかは記載されていない。したがって、どの程度の配置間隔にするかは試行錯誤あるいは経験的に定めるしかなく、最適なＬＥＤの配置間隔を備えたＬＥＤアレイを得るのに時間と手間がかかるという問題が生じる。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、ＬＥＤアレイを用いた光源の中心部と両端部の照度の差を小さくし、均一な照度分布を得ることができるＬＥＤの配置間隔を正確かつ容易に決定できる方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明のＬＥＤアレイの配置決定方法は、Ｎ個のＬＥＤを所定の間隔で配置したときのシェーディングデータをラインセンサで実測し、取得したシェーディングデータの近似曲線ｙ（ｘ）を作成した後、有効画素数をＡ、両端のＬＥＤの間隔をＬとしたとき、有効画素をＡ／（Ｎ−２）の画素数毎に区切り、区切った画素位置を上記近似曲線ｙ（ｘ）に代入して、ｙ１、ｙ２、・・・、ｙ（Ｎ−１）を求め、ｉ番目とｉ＋１番目のＬＥＤの間隔Ｌ（ｉ）をＬ（ｉ）＝Ｌ×ｙｉ／｛ｙ１＋ｙ２＋・・・＋ｙ（Ｎ−１）｝により求めることを特徴とする。

また、本発明のＬＥＤアレイは、上記のＬＥＤアレイの配置決定方法により算出された配置間隔で、ＬＥＤが基板上に配置されていることを特徴とする。

本発明のＬＥＤアレイの配置決定方法によれば、実測したデータに基づいてＬＥＤの配置間隔を決定するので、ＬＥＤアレイの端部の光量を適切に持ち上げ、ラインセンサの出力を走査方向で均一とすることができる。これにより、画像処理回路のシェーディング補正回路では、ＣＣＤ素子の各セルの感度バラツキ、ＬＥＤ自体の光量のバラツキ程度を適正に補正できる。

本発明のＬＥＤアレイを使用するデジタル複合機のハードウェア構成を示すブロック図である。 読取画像信号処理回路の概要を示すブロック図である。 シェーディング補正回路の詳細な機能ブロック図である。 ＬＥＤ基板の上に複数個のＬＥＤを均等の間隔で配置したＬＥＤアレイを示す図である。 等間隔ＬＥＤの白基準のシェーディングデータの近似曲線を示す図である。 画素数ａ毎に有効画素を区切った状態を示す図である。 算出した間隔データに基づいてＬＥＤ基板にＬＥＤを配置したＬＥＤアレイを示す図である。 等間隔ＬＥＤと本発明のＬＥＤにより得られる白基準のシェーディングデータを示す図である。

まず、本発明のＬＥＤアレイを使用するデジタル複合機のハードウェア構成について図１のブロック図により説明する。
ＭＰＵ１はバス２１を介してデジタル複合機のハードウェア各部を制御するとともに、フラッシュメモリ２に記憶されたプログラムに基づいて各種のプログラムを実行する。フラッシュメモリ２は、デジタル複合機の動作に必要な種々のプログラムあるいは操作メッセージを記憶し、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）３はプログラムの実行時に発生する一時的なデータを記憶する。

メモリコントローラ４は画像メモリ５への画像信号の書込み、読出しを制御し、画像メモリ５はＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）等を用いて構成され、送信すべき画像データまたは受信した画像データあるいは読み取った画像データを記憶する。また、コーデック６は所定の符号化方式により画像データを符号化及び復号し、読み取った原稿の画像データを送信するためにＭＨ、ＭＲまたはＭＭＲ方式により符号化し、外部から受信した画像データを復号する。このコーデック６は、電子メールに添付可能なファイルとして一般的に利用される画像フォーマットであるＴＩＦＦ方式等にも対応して符号化、復号する。

また、モデム７はバス２１に接続されており、ファクシミリ通信が可能なファクスモデムとしての機能を有し、このモデム７は同様にバス２１に接続されたネットワーク制御ユニット（ＮＣＵ）８と接続されている。ＮＣＵ８はアナログ回線の閉結及び開放の動作を行うハードウェアであり、必要に応じてモデム７を公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）９に接続する。
操作パネル１０は、デジタル複合機の動作状態の表示、あるいは、種々の機能の操作画面の表示を行う表示部と、デジタル複合機を操作するための複数のキーよりなる。

また、読取機構制御回路１１は、原稿読取時にオートドキュメントフィーダー（ＡＤＦ）あるいはフラットベッドスキャナ（ＦＢＳ）等の原稿読取装置（図示せず）を制御するとともに、ＬＥＤアレイよりなる光源１２を点灯する。ＣＣＤイメージセンサ（以下、ＣＣＤという）１３は原稿の画像を読み取ってアナログフロントエンド（ＡＦＥ）１５に入力する。なお、白基準データの取得時には、シェーディングプレート１４が光源１２により照射され、ＣＣＤ１３によりシェーディングプレートからの光が受光される。

一方、アナログフロントエンド１５はＣＣＤ１３からの信号をサンプル／ホールド及び増幅して読取画像信号処理回路１６に入力する。この読取画像信号処理回路１６はデジタル画像データを生成するとともに、シェーディング補正を実行し、補正された画像データはメモリコントローラ４を介して画像メモリ５に記憶される。

さらに、プリント画像信号処理回路１７は、プリント画像信号を処理してプリンタ１８に入力し、プリンタ１８は、電子写真方式等のプリンタ装置であり、受信した画像データ、コピー原稿データあるいは外部からのプリントデータを印刷する。
また、ＬＡＮインターフェース１９はＬＡＮ２０に接続され、ＬＡＮ２０に対して信号及びデータを送信するものであり、信号変換やプロトコル変換などのインターフェース処理を実行する。

図２は上記の読取画像信号処理回路１６の概要を示すブロック図であり、以下、この読取画像信号処理回路１６の詳細について説明する。
Ａ／Ｄ変換器３１はアナログデータを例えば８ビットのデジタルデータ（２５６階調）に変換してシェーディング補正回路３２に入力する。シェーディング補正回路３２はこのデジタルの画像データに対して、光源の照度ムラ、ＣＣＤイメージセンサの各素子間の感度バラツキあるいはレンズ特性等を補正するシェーディング補正を行う。

また、シェーディング補正回路３２からの画像データが入力される変倍回路３３は、画像を拡大または縮小する場合に、その拡大または縮小処理及びそれに伴う画像の歪みの補正処理を行う。エッジ強調回路３４は変倍回路３３からの画像データからエッジ量を検出し、原画像データと合成する強調量を検出したエッジ量に基づいて決定し、決定した強調量を原画像データに合成することによりエッジ強調された画像データを生成する。

さらに、ガンマ補正回路３５はエッジ強調回路３４からの画像データに対してＣＣＤ１３の光電変換特性における非直線性を補正するためのガンマ補正処理を行う。二値化回路３６はガンマ補正回路３５からの画像データを二値化してシリアル／パラレル変換回路（Ｓ／Ｐ）３７に入力し、Ｓ／Ｐ３７は二値化されたデジタルデータをパラレルデータに変換してメモリコントローラ４に出力する。

次に、シェーディング補正回路３２の詳細について図３の機能ブロック図により説明する。
シェーディングデータ記憶部４１は光源点灯状態及び光源消灯状態でシェーディングプレート１４を読み取った白基準、黒基準のデジタルデータを順次記憶する。補正データ演算部４２は、すべての画像データがシェーディングデータ記憶部４１に記憶された後、黒基準、白基準の１ライン分のシェーディングデータと本来得られるべき濃度データとの誤差を演算し、補正データとして補正データ記憶部４３に記憶する。そして、シェーディング補正部４４は、補正データ記憶部４３に記憶されている補正データに基づいて入力される画像データを補正する。

デジタル複合機は上記のように構成されているが、以下、本発明のＬＥＤアレイの配置間隔の決定方法について具体的に説明する。
まず、図４に示すように、ＬＥＤ基板５１の上にＮ個のＬＥＤ５２を均等の間隔Ｌｏで配置したＬＥＤアレイをデジタル複合機の光源１２としてセットする。なお。ここでは均等な間隔でＬＥＤをＬＥＤ基板に配置しているが、均等な間隔には限定されない。例えば、ＬＥＤ基板の端部では間隔を小さくし、ＬＥＤ基板の中心部では間隔を大きくしてもよい。

そして、デジタル複合機にシェーディングデータの取得を指示することにより、ＭＰＵ１が読取機構制御回路１１により光源１２を点灯させ、ＣＣＤ１３によってシェーディングプレート１４を読み取らせる。そして、取得した画像データはＡＦＥ１５を介して読取画像信号処理回路１６に入力される。次に、ＭＰＵ１は読取機構制御回路１１により光源１２を消灯させ、同様に、ＣＣＤ１３によってシェーディングプレート１４を読み取らせ、取得した画像データはＡＦＥ１５を介して読取画像信号処理回路１６に入力される。

読取画像信号処理回路１６に入力された画像データはＡ／Ｄ変換器３１によりデジタルデータに変換された後、シェーディング補正回路３２に入力される。これにより、取り込み画素数Ｂの白基準、黒基準のシェーディングデータがシェーディングデータ記憶部４１に記憶され、補正データが演算される。

シェーディングデータを取得した後、パソコン（図示せず）等からＬＡＮ Ｉ／Ｆ１９を介してＭＰＵ１にシェーディングデータ記憶部４１に記憶されている白基準のシェーディングデータの転送を要求する。そして、転送された白基準のシェーディングデータに基づいて、図５に示すように、等間隔ＬＥＤの白基準のシェーディングデータの近似曲線ｙ＝ｆ（ｘ）を作成する。これは、生の白基準のシェーディングデータにはゆれがあるので、このゆれを除去するためにスムージングしている。

次に、ＣＣＤ１３の有効画素数Ａを、使用するＬＥＤの間隔の数（ＬＥＤ数Ｎから１引いた数）から１引いた数で割ることにより、分割画素数ａ＝Ａ÷（Ｎ−１−１）を演算し、図６に示すように、画素数ａ毎に有効画素を区切る。なお、ｂは有効画素の先端の画素位置である。そして、この区切った画素位置ｂ、ｂ＋ａ、・・・、ｂ＋ａ（Ｎ−２）を上記の近似曲線ｙ＝ｆ（ｘ）に代入し、ｙ１、ｙ２、・・・、ｙ（Ｎ−１）を求める。これにより、ＬＥＤのＮ−１個のピッチ幅を演算するためのＮ−１個のデータを得ることができる。

次に、上記で求めたｙ１、ｙ２、・・・、ｙ（Ｎ−１）の値を下記の式に代入することにより、ＬＥＤのピッチ幅Ｌ１、Ｌ２、・・・、Ｌ（Ｎ−１）を求める。なお、Ｌは図４のＬＥＤ配置の両端のＬＥＤの中心間の距離である。
L1=L×y1÷{y1＋y2＋・・・＋y(N-1)}
L2=L×y2÷{y1＋y2＋・・・＋y(N-1)}
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L(N-1)=L×y(N-1)÷{y1＋y2＋・・・＋y(N-1)}

そして、上記のようにして算出した間隔データに基づいて、図７に示すように、ＬＥＤ基板５１にＬＥＤ５２を配置する。このようにして作成したＬＥＤアレイをデジタル複合機の光源１２としてセットした後、シェーディングデータを取得すれば、図８に示すようにＣＣＤの有効画素全体で均一な白基準のシェーディングデータを得ることができる。

以上のように、実測したデータに基づいてＬＥＤの配置間隔を決定することにより、ＬＥＤアレイの端部の光量を適切に持ち上げ、ラインセンサの出力を走査方向で均一とすることができる。したがって、シェーディング補正回路では、ＣＣＤ素子の各セルの感度バラツキ、ＬＥＤ自体の光量のバラツキ程度を適正に補正できる。

なお、上記の実施例では、ＬＥＤを均等に配置したＬＥＤアレイをデジタル複合機の光源としてセットして白基準の画像データを得たが、実験装置によりＬＥＤの配置間隔を決定することも可能である。すなわち、ＣＣＤイメージセンサ、シェーディングプレートを備えた実験装置を作成し、これにＬＥＤアレイを取り付けることによりシェーディングデータを得、ＬＥＤの配置間隔を決定してもよい。

１２ 光源
１３ ＣＣＤ
１４ シェーディングプレート
５１ ＬＥＤ基板
５２ ＬＥＤ

Claims (2)

1. Ｎ個のＬＥＤを所定の間隔で配置したときのシェーディングデータをラインセンサで実測し、取得したシェーディングデータの近似曲線ｙ（ｘ）を作成した後、有効画素数をＡ、両端のＬＥＤの間隔をＬとしたとき、有効画素をＡ／（Ｎ−２）の画素数毎に区切り、区切った画素位置を上記近似曲線ｙ（ｘ）に代入して、ｙ１、ｙ２、・・・、ｙ（Ｎ−１）を求め、ｉ番目とｉ＋１番目のＬＥＤの間隔Ｌ（ｉ）をＬ（ｉ）＝Ｌ×ｙｉ／｛ｙ１＋ｙ２＋・・・＋ｙ（Ｎ−１）｝により求めることを特徴とするＬＥＤアレイの配置決定方法。
2. 請求項１に記載されたＬＥＤアレイの配置決定方法により算出された配置間隔で、ＬＥＤが基板上に配置されていることを特徴とするＬＥＤアレイ。

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