JP6311235B2 - 画像読取装置、画像形成装置及び画像読取り方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像読取装置、画像形成装置及び画像読取り方法に関する。

従来、密着型イメージセンサ（CIS：Contact Image Sensor）を用いた画像読取装置では、主走査方向に延びる導光体の両端にＬＥＤを配置し、導光体を介して一様な光を原稿に照射する構成が知られている。また、等倍結像レンズ（ロッドレンズアレイ）を用いて原稿からの反射光を光電変換素子に結像させる場合、熱の影響によってレンズピッチが変化することに起因して、読取画像に縦スジが発生してしまうという問題があった。

そこで、シェーディングデータを補正することが必要となっている。例えば、特許文献１及び特許文献２には、シェーディングデータを補正する技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載された技術では、温度変化に伴って発生する読取画像の縦スジ又はムラを低減することはできないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、温度変化が生じても読取画像の劣化を低減することができる画像読取装置、画像形成装置及び画像読取り方法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に、本発明は、光を照射する照射部と、前記照射部が照射する光の反射光又は透過光を画素ごとに光電変換し、配列された複数の画素を示す複数の画素データに変換する光電変換素子と、前記照射部が照射する光の反射光又は透過光を前記光電変換素子に結像する、前記光電変換素子の前記複数の画素と同じ方向に配列された複数のレンズと、前記照射部が白色基準部材に照射する光の反射光を前記レンズそれぞれが前記光電変換素子に結像した場合に、前記光電変換素子が光電変換した複数の画素データに基づいて、画素ごとの基準読取レベルを示す基準シェーディングデータを生成する第１生成部と、注目画素及び前記注目画素の周辺画素の基準読取レベルに基づいて、前記基準シェーディングデータの注目画素ごとの基準読取レベルを、前記複数のレンズを通過した光の光量分布の前記画素の配列方向のシフト量に合わせて、前記画素の配列方向にシフトした位置の基準読取レベルにそれぞれ補正することにより、補正シェーディングデータを生成する第２生成部と、前記照射部が読取対象に照射する光の反射光又は透過光を前記複数のレンズそれぞれが前記光電変換素子に結像した場合に、前記光電変換素子が光電変換した複数の画素データを、前記補正シェーディングデータに基づいて補正する演算を行う演算部とを有し、前記第２生成部は、前記複数の画素データが示す画素の列を、画素の配列方向に並ぶ複数のエリアに分割し、前記エリアごとに各エリアにおける前記シフト量に応じた、予め定められた演算パラメーターに基づいて、前記シフトした位置の値を前記基準シェーディングデータの注目画素ごとに算出することを特徴とする。

本発明によれば、温度変化が生じても読取画像の劣化を低減することができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態にかかる画像読取装置の構成を示す図である。 図２は、画像読取装置の読取部周辺の構成を示す拡大図である。 図３は、ＣＩＳモジュール及びその周辺の概要を示す図である。 図４は、ロッドレンズアレイ及び光電変換素子の一部を拡大して示す拡大図である。 図５は、ＣＩＳモジュールが基準白板を読取った場合の読取レベルを示す図である。 図６は、画像読取装置における光電変換素子及びその周辺の構成を例示するブロック図である。 図７は、補正部が行うシェーディング補正を示す図である。 図８は、読取レベルの分布が主走査方向にシフトした状態を示す図である。 図９は、補正部の詳細な構成を示すブロック図である。 図１０は、第２生成部が行う３次関数コンボリューション法における注目画素及びその周辺画素の関係を示す図である。 図１１は、演算パラメーターを例示する図表である。 図１２は、第２生成部が画素の列を複数のエリアに分割した状態を示す図である。 図１３は、第２生成部が切替える補正量を例示する図表である。 図１４は、画像読取装置を備えた画像形成装置の概要を示す図である。

以下に添付図面を参照して、画像読取装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は、実施の形態にかかる画像読取装置１の構成を示す図である。図１に示すように、画像読取装置１は、読取部本体（フラットベットスキャナ）１０及び自動原稿搬送機（ＡＤＦ：Auto Document Feeder）１２を有する。画像読取装置１は、フラットベットスキャナ１０及びＡＤＦ１２それぞれに等倍光学系の読取部を備えており、省スペースで原稿の両面を一回の原稿搬送により読み取ることが可能となっている。図２は、画像読取装置１の読取部周辺の構成を示す拡大図である。

読取部本体１０は、コンタクトガラス１００、基準白板（白色基準部材）１０２、読取窓１０４及びＣＩＳモジュール２ａを有する。読取部本体１０は、読取窓１０４を介し、ＡＤＦ１２が搬送する原稿の表面（おもて）をＣＩＳモジュール２ａによって読取る。基準白板１０２は、画素ごとの基準読取レベルを示す基準シェーディングデータを生成するために用いられる。

ＡＤＦ１２は、読取部本体１０の上部に配置され、原稿を自動給紙搬送する。読取対象となる原稿束は、ＡＤＦ１２の上部に表面（おもて）を上向きの状態でセットされる。リバースローラー１２０は、給紙モータの正転により給紙と逆方向に回転駆動され、最上位の原稿とその下の原稿を分離して、最上位の原稿のみを給紙する。

給紙ベルトとリバースローラー１２０との作用により１枚に分離された原稿は給紙ベルトによって更に送られ、停止しているプルアウトローラー１２２に突き当たる。プルアウトローラー１２２は、スキュー補正機能を有すると共に、分離後にスキュー補正された原稿を中間ローラー１２４まで搬送する。

原稿先端が図示しない読取入口センサにより検出されると、読取入口ローラー１２６の上下ローラー対のニップに原稿先端が進入する前に、原稿搬送速度と読取搬送速度が同速にされて、読取入口ローラー１２６、読取出口ローラー１２８、ＣＩＳ出口ローラー１３２が駆動される。

画像読取装置１は、読取り開始信号により、レジスト停止していた原稿を読取位置へ搬送する。片面原稿読取りの場合には、原稿は排紙トレイ１４５上に排出される。両面原稿読取りの場合、原稿の裏面をＣＩＳモジュール２ｂによって読取る。ここで、読取ローラー１３０は、裏面の読取部における原稿の浮きを抑えると同時に、シェーディングデータを取得する為の基準白部（白色基準部材）を兼ねる。ＡＤＦ１２は、読取ローラー１３０に代えて、固定された板状の白色基準部材が設けられてもよい。

次に、ＣＩＳモジュール２ａについて詳述する。なお、ＣＩＳモジュール２ｂもＣＩＳモジュール２ａと同様に構成されている。図３は、ＣＩＳモジュール２ａ及びその周辺の概要を示す図である。ＣＩＳモジュール２ａは、例えば一方向に延びて光を照射する照射部２０、ロッドレンズアレイ２２、光電変換素子２４及びセンサ基板２６を有する。

照射部２０は、例えばＬＥＤなどの光源部２００が主走査方向に延びる導光体２０２の両端にそれぞれ設けられている。導光体２０２、ロッドレンズアレイ２２、光電変換素子２４及びセンサ基板２６は、それぞれ略平行に配置されている。

ロッドレンズアレイ２２は、図４にも示すように、主走査方向に配列された略同じ直径の複数のロッドレンズ（等倍結像レンズ）２２０を有する。なお、略同じとは、差分が所定の閾値以下であることをいう。センサ基板２６には、例えば約７２００画素分の光電変換素子２４が主走査方向に配列されている。ロッドレンズアレイ２２は、照射部２０が照射した光の原稿や白色基準部材による反射光（又は透過光）を光電変換素子２４へ結像する。光電変換素子２４は、ロッドレンズアレイ２２により結像された光の光量を、主走査方向に配列された複数の画素２４０の値を示す複数の画素データ（電気信号）に変換する。

ロッドレンズ２２０は、中心付近では光を集光し易く出力が高いが、端部においては出力が低下する。そのため、ロッドレンズアレイ２２は、ロッドレンズ２２０が配列された周期で出力の高い位置と低い位置が周期的に発生する。

図５は、ＣＩＳモジュール２ａが基準白板１０２を読取った場合の読取レベルを示す図である。ロッドレンズアレイ２２は、図４にも示したように、一つのロッドレンズ２２０によって光電変換素子２４の複数の画素２４０に等倍に結像させる。よって、図５に示すように、ＣＩＳモジュール２ａは、主走査方向に一様な濃度の読取対象（基準白板１０２又は原稿）に対して、一様な分布の光を照射して読み取る場合、ロッドレンズ２２０の中央付近に位置する画素２４０への光の透過量は多く、ロッドレンズ２２０の端部付近に位置する画素２４０への光の透過量は少なくなる。つまり、光電変換素子２４に照射される光による画素値の主走査方向の分布は、ロッドレンズ２２０の配置間隔に一致した分布となる。

図６は、画像読取装置１における光電変換素子２４及びその周辺の構成を例示するブロック図である。画像読取装置１では、照射部２０から原稿に対して光を照射し、原稿からの反射光をロッドレンズアレイ２２を介して光電変換素子２４上に結像させ、光電変換素子２４において光電変換によりアナログ電気信号（画像データ）に変換する。

光電変換素子２４は、光電変換した画像データをＡＦＥ（AFE：Analog Front End）３３に対して出力する。ＡＦＥ３３は、増幅部３３０及びＡ／Ｄ変換部３３２を有する。増幅部３３０は、光電変換素子２４の感度ばらつきなどを吸収するためにゲインがプログラマブルに設定可能にされている。増幅部３３０は、例えば基準白板１０２が読取られた場合に一定のデジタル出力となるように電源ＯＮ時、又は画像データの読取ごとにゲインの調整が行われて設定値が決定される。そして、ＡＦＥ３３は、入力されたアナログ電気信号を所定のゲインで増幅した後に、デジタルデータに変換する。

なお、光電変換素子２４及びＡＦＥ３３は、タイミング制御部３２の制御によって動作する。タイミング制御部３２は、ＣＰＵ３１の制御により、発振器３０が出力する基準クロックに同期して動作する。また、光電変換素子２４、ＡＦＥ３３及びタイミング制御部３２などは、同一チップ上に構成されてもよいし、個別に構成されてもよい。

ＡＦＥ３３がデジタルデータに変換した画像データは、後段の処理部４に入力される。処理部４は、補正部４０及び画像処理部４２を有する。補正部４０は、シェーディングデータを用いてシェーディング補正を行う（図７、図９等を用いて詳述）。画像処理部４２は、予め定められた画像処理を行う。

図７は、補正部４０が行うシェーディング補正を示す図である。図７に示すように、シェーディング補正前には、図５を用いて説明した読取レベルの分布がある。補正部４０は、基準白板１０２を読取って生成したシェーディングデータを用いてシェーディング補正を行うことにより、一様な反射光に対して一様な読取レベルの画像データを生成する。

ただし、基準白板１０２を読取って生成した基準シェーディングデータは、ＣＩＳモジュール２ａに温度変化が生じると、図８に示すように読取レベルの分布が主走査方向にシフトしてしまう。

温度変化による読取レベルの分布の変動量はわずかであり、原稿１枚を読取るごとにシェーディングデータが生成されれば、シェーディング補正により主走査方向の分布は補正される。画像読取装置１は、読取りの生産性を上げるために、原稿複数枚を読取るごとにシェーディングデータを生成し直す間欠シェーディング動作を行う。

図９は、補正部４０の詳細な構成を示すブロック図である。補正部４０は、第１生成部４００、第１記憶部４０２、第２生成部４０４、第２記憶部４０６及び演算部４０８を有する。

第１生成部４００は、照射部２０が基準白板１０２に照射する光の反射光をロッドレンズアレイ２２が光電変換素子２４に結像した場合に、光電変換素子２４が光電変換した複数の画素データの平均値を算出することにより、画素ごとの基準読取レベルを示す基準シェーディングデータを生成し、第１記憶部４０２に記憶させる。

第２生成部４０４は、第１記憶部４０２が記憶している基準シェーディングデータを読出し、例えば３次関数コンボリューション法を用いて後述する補正シェーディングデータを生成し、第２記憶部４０６に記憶させる。ここで、第２生成部４０４は、ＣＩＳモジュール２ａの温度変化に応じて基準シェーディングデータを補正することにより、補正シェーディングデータを生成する。

演算部４０８は、照射部２０が読取対象に照射する光の反射光又は透過光をロッドレンズアレイ２２が光電変換素子２４に結像した場合に、光電変換素子２４が光電変換した複数の画素データを、補正シェーディングデータを用いて補正する演算を行う。

次に、第２生成部４０４の動作について詳述する。読取画像におけるスジは、ロッドレンズアレイ２２の温度特性（温度上昇による膨張など）により、主走査方向の光量分布がわずかに変化することによって発生する。この光量分布の変化は、図８に示すように分布が主走査方向にシフトするものである。

第２生成部４０４は、第１記憶部４０２が記憶している基準シェーディングデータを、図８に示したシフト量に合わせて補正する処理を行う。ここで、第２生成部４０４は、３次関数コンボリューション法を用いて補間演算を行う。

図１０は、第２生成部４０４が行う３次関数コンボリューション法における注目画素（着目画素）及びその周辺画素の関係を示す図である。第２生成部４０４が行う３次関数コンボリューション法は、主走査方向のｎ画素目を着目画素とし、その前後の４画素のデータを用いて着目画素がシフト量ｄだけシフトした位置の値（画素データ）を算出するものである。

第２生成部４０４は、着目画素を主走査方向に遅らせる演算と、進ませる演算の２種類の演算のいずれかを選択して演算を行う。また、本実施形態においては、シフト量ｄは、１画素間隔を３２分割した値とする。

図１０（ａ）に示すように、着目画素を主走査方向に遅らせる場合、ｎ画素目の値をシフト量ｄとして遅らせた位置の値は、下式１によって算出される。

Ｘ’（ｎ）＝ Ｗ１×Ｘ（ｎ−１）＋Ｗ２×Ｘ（ｎ）
＋Ｗ３×Ｘ（ｎ＋１）＋Ｗ４×Ｘ（ｎ＋２） ・・・（１）

ここで、Ｘ'（ｎ）は、ｎ番目の着目画素をシフト量ｄだけ移動させた位置での値である。Ｘ（ｎ）は、ｎ番目の着目画素の値である。Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４は、それぞれシフト量ｄに応じて予め定めた演算パラメーターである。図１１は、演算パラメーター（補正パラメーター）を例示する図表である。なお、図１１に示した演算パラメーターは、進ませる場合も遅らせる場合も同じ値が用いられる。

図１０（ｂ）に示すように、着目画素を主走査方向に進ませる場合、ｎ画素目の値をシフト量（１−ｄ）として進ませた位置の値は、下式２によって算出される。

Ｘ’（ｎ）＝ Ｗ１×Ｘ（ｎ−２）＋Ｗ２×Ｘ（ｎ−１）
＋Ｗ３×Ｘ（ｎ）＋Ｗ４×Ｘ（ｎ＋１） ・・・（２）

ここで、Ｘ'（ｎ）は、ｎ番目の着目画素をシフト量（１−ｄ）だけ移動させた位置での値である。Ｘ（ｎ）は、ｎ番目の着目画素の値である。Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４は、それぞれシフト量ｄに応じて予め定めた演算パラメーターである。上述したように、図１１に示した演算パラメーターは、進ませる場合も遅らせる場合も同じ値が用いられる。

また、ＣＩＳモジュール２ａは、ＬＥＤなどの光源部２００が配置されている部分に近い領域での温度変化が大きいため、ロッドレンズアレイ２２の温度変化による画素データのシフト量が主走査方向の画素の位置に応じて変わる。

そこで、第２生成部４０４は、複数の画素データが示す画素２４０の列を、画素２４０の配列方向に並ぶ複数のエリアに分割し、分割したエリアごとに予め定められた演算パラメーターを用いて補正シェーディングデータを生成する。具体的には、第２生成部４０４は、補正するシフト量ｄをロッドレンズアレイ２２の温度変化に依る画素データのシフト量に合わせて設定する。

図１２は、第２生成部４０４が画素２４０の列を複数のエリア（エリア＿１〜エリア＿Ｌ）に分割した状態を示す図である。

また、第２生成部４０４は、分割したエリアごとに設定した各補正量ｄを、予め定められた時間ごとに、温度変化に合わせて切替える。図１３は、第２生成部４０４が切替える補正量ｄを例示する図表である。

エリアごとのシフト量ｄ及び経時による変化は、ＣＩＳモジュール２ａの構成及び使用するロッドレンズアレイ２２の特性によって定まるものである。よって、図１３に示された各補正量ｄ（ｄ１＿ｔ１〜ｄＬ＿ｔＫ）は、予め測定によって定められる。

例えば、導光体２０２の両端にＬＥＤなどの光源部２００が配置されているＣＩＳモジュール２ａでは、両側の温度変化が大きく、中央部分の温度変化が小さい。

また、例えば温度変化が導光体２０２の中央を挟んで両側で対象となり、主走査方向の先頭側のシフト量がより先頭側にシフトし、後端側のシフト量がより後端側にシフトするＣＩＳモジュールの特性の場合、先頭側に対して進ませる演算によりシェーディングデータを補正し、後端側は遅らせる演算によりシェーディングデータを補正するものとなる。この特性に対し、導光体２０２の特性が逆の特性の場合は、先頭側に対して遅らせる演算によりシェーディングデータを補正し、後端側は進ませる演算によりシェーディングデータを補正するものとなる。

また、片側に光源部２００が配置されているＣＩＳモジュールでは、光源部２００が配置されている側の温度変化が大きいため、ロッドレンズアレイ２２の特性に応じて、進ませる演算によりシェーディングデータを補正するもの、又は遅らせる演算によりシェーディングデータを補正するもののいずれかの演算を用いてシェーディングデータを補正することとなる。

次に、画像読取装置１を備えた画像形成装置５について説明する。図１４は、画像読取装置１を備えた画像形成装置５の概要を示す図である。画像形成装置５は、画像読取装置１と画像形成部６とを有する例えば複写機やＭＦＰ（Multifunction Peripheral）などである。

画像読取装置１は、例えばタイミング制御部３２を備えた光電変換素子及び照射部２０などを含む。照射部２０は、原稿に対して光を照射する。そして、光電変換素子は、光電変換及びＡＤ変換などを行った後に、画像データを画像形成部６に対して出力する。

画像形成部６は、処理部６０とプリンタエンジン６２とを有し、処理部６０とプリンタエンジン６２とがインターフェイス（Ｉ／Ｆ）６４を介して接続されている。

処理部６０は、画像処理部６０２及びＣＰＵ６０４を有する。ＣＰＵ６０４は、光電変換素子などの画像形成装置５を構成する各部を制御する。

画像処理部６０２は、画像読取装置１が出力した画像データを用いて画像処理を行い、画像データなどをプリンタエンジン６２に対して出力する。プリンタエンジン６２は、受入れた画像データを用いて印刷を行う。

このように、画像読取装置１及び画像形成装置５は、基準シェーディングデータの注目画素ごとの基準読取レベルを、画素の配列方向にシフトさせた位置における基準読取レベルにそれぞれ補正することにより、補正シェーディングデータを生成するので、温度変化が生じても読取画像の劣化を低減することができる。

なお、上記実施の形態では、本発明の画像形成装置５をコピー機能、プリンタ機能、スキャナ機能及びファクシミリ機能のうち少なくとも２つの機能を有する複合機に適用した例を挙げて説明したが、複写機、スキャナ装置、ファクシミリ装置等の画像読取装置を備える画像形成装置であれば、いずれにも適用することができる。

１ 画像読取装置
２ａ，２ｂ ＣＩＳモジュール
５ 画像形成装置
６ 画像形成部
１０ 読取部本体
１２ ＡＤＦ
２０ 照射部
２２ ロッドレンズアレイ
２４ 光電変換素子
２６ センサ基板
３２ タイミング制御部
３３ ＡＦＥ
４０ 補正部
２００ 光源部
２０２ 導光体
２２０ ロッドレンズ
２４０ 画素
４００ 第１生成部
４０２ 第１記憶部
４０４ 第２生成部
４０６ 第２記憶部
４０８ 演算部

特開２００８−１２５００６号公報 特開２００６−１３８５２号公報

Claims (6)

1. 光を照射する照射部と、
   前記照射部が照射する光の反射光又は透過光を画素ごとに光電変換し、配列された複数の画素を示す複数の画素データに変換する光電変換素子と、
   前記照射部が照射する光の反射光又は透過光を前記光電変換素子に結像する、前記光電変換素子の前記複数の画素と同じ方向に配列された複数のレンズと、
   前記照射部が白色基準部材に照射する光の反射光を前記レンズそれぞれが前記光電変換素子に結像した場合に、前記光電変換素子が光電変換した複数の画素データに基づいて、画素ごとの基準読取レベルを示す基準シェーディングデータを生成する第１生成部と、
   注目画素及び前記注目画素の周辺画素の基準読取レベルに基づいて、前記基準シェーディングデータの注目画素ごとの基準読取レベルを、前記複数のレンズを通過した光の光量分布の前記画素の配列方向のシフト量に合わせて、前記画素の配列方向にシフトした位置の基準読取レベルにそれぞれ補正することにより、補正シェーディングデータを生成する第２生成部と、
   前記照射部が読取対象に照射する光の反射光又は透過光を前記複数のレンズそれぞれが前記光電変換素子に結像した場合に、前記光電変換素子が光電変換した複数の画素データを、前記補正シェーディングデータに基づいて補正する演算を行う演算部と
   を有し、
   前記第２生成部は、
   前記複数の画素データが示す画素の列を、画素の配列方向に並ぶ複数のエリアに分割し、前記エリアごとに各エリアにおける前記シフト量に応じた、予め定められた演算パラメーターに基づいて、前記シフトした位置の値を前記基準シェーディングデータの注目画素ごとに算出する
   ことを特徴とする画像読取装置。
2. 前記演算パラメーターは、予め定められた時間ごとに設定されたものであり、
   前記第２生成部は、
   前記予め定められた時間ごとに設定された演算パラメーターに基づいて、前記シフトした位置の値を前記基準シェーディングデータの注目画素ごとに算出すること
   を特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。
3. 前記第２生成部は、
   ３次関数コンボリューション法を用いて、前記補正シェーディングデータを生成すること
   を特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の画像読取装置。
4. 前記第２生成部は、前記複数のレンズの各位置の温度変化による特性に応じ、前記シフトを画素の配列方向に遅らせる演算と画素の配列方向に進ませる演算とを前記注目画素毎に選択的に行うこと
   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. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像読取装置と、
   前記画像読取装置が読取った画像を形成する画像形成部と
   を有することを特徴とする画像形成装置。
6. 照射部が照射する光の反射光又は透過光を光電変換素子で画素ごとに光電変換し、配列された複数の画素を示す複数の画素データに変換する工程と、
   前記照射部が白色基準部材に照射する光の反射光を前記複数の画素と同じ方向に配列された複数のレンズが前記光電変換素子に結像した場合に、前記光電変換素子が光電変換した複数の画素データに基づいて、画素ごとの基準読取レベルを示す基準シェーディングデータを生成する工程と、
   注目画素及び前記注目画素の周辺画素の基準読取レベルに基づいて、前記基準シェーディングデータの注目画素ごとの基準読取レベルを、前記複数のレンズを通過した光の光量分布の前記画素の配列方向のシフト量に合わせて、前記画素の配列方向にシフトした位置の基準読取レベルにそれぞれ補正することにより、補正シェーディングデータを生成する処理において、前記複数の画素データが示す画素の列を、画素の配列方向に並ぶ複数のエリアに分割し、前記エリアごとに各エリアにおける前記シフト量に応じた、予め定められた演算パラメーターに基づいて、前記シフトした位置の値を前記基準シェーディングデータの注目画素ごとに算出する工程と、
   前記照射部が読取対象に照射する光の反射光又は透過光を前記複数のレンズそれぞれが前記光電変換素子に結像した場合に、前記光電変換素子が光電変換した複数の画素データを、前記補正シェーディングデータに基づいて補正する演算を行う工程と、
   を含むことを特徴とする画像読取り方法。

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