JP6477283B2 - 光電変換素子、画像読取装置、画像形成装置及び光電変換素子の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、光電変換素子、画像読取装置、画像形成装置及び光電変換素子の制御方法に関する。

従来、画像読取装置は、リニアイメージセンサの固定パターンノイズによって縦スジなどの画質劣化を引き起こすことがあった。また、画質劣化を防止するため、読取画素値から暗時読取値である黒レベルを差し引く黒シェーディング補正を行い、主走査方向の画素単位での濃度変動の発生を抑制する方法が知られている。

黒シェーディング補正に用いる黒レベルは、一般にはリニアイメージセンサへの光を遮光して取得する必要がある。しかし、原稿を連続読取する場合、１回の原稿読取毎に光源を消灯させて黒レベルの取得を行うため、次に光源を点灯させる場合に光量が安定するまで待ち時間が必要であった。この待ち時間による生産性の低下を解決するため、光が入射したままリセットされた状態の信号を擬似的な黒レベルとする技術が知られている。

例えば、特許文献１には、通常出力モードでは、電荷検出部をリセットし、受光素子に蓄積された電荷を該リセットされた電荷検出部に転送して電圧に変換した信号を出力し、ダミー黒レベル出力モードでは、電荷検出部をリセットし、受光素子に蓄積された電荷を該リセットされた電荷検出部に転送せずに、該電荷検出部を再度リセットした信号を黒レベルの信号として出力する光電変換装置が開示されている。

しかしながら、従来は、光がリニアイメージセンサに入射したままで黒レベルの信号として出力を行った後に、受光素子に蓄積された電荷を放電させるための待ち時間が必要である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、黒レベルを補正して効率的に画像を読取ることを可能にすることができる光電変換素子、画像読取装置、画像形成装置及び光電変換素子の制御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、入射光に応じて電荷を発生させて蓄積する受光素子と、前記受光素子が蓄積した電荷を転送する転送部と、前記転送部が転送した電荷を電圧に変換して蓄積する電荷電圧変換部と、前記電荷電圧変換部の電圧レベルを基準電圧にリセットするリセット部と、前記電荷電圧変換部が蓄積した電圧を後段に対して出力させるか否かを選択する選択部と、前記電荷電圧変換部の電圧レベルを前記リセット部が基準電圧にリセットした後に、前記受光素子が蓄積した電荷を前記転送部が転送することなく、前記電荷電圧変換部が蓄積した電圧を後段に対して出力させることを前記選択部が選択し、電圧を後段に対して出力させないことを前記選択部が改めて選択して、予め定められたタイミングで所定期間内に、前記受光素子が蓄積した電荷を前記電荷電圧変換部が電圧に変換して蓄積し、前記電荷電圧変換部の電圧レベルを前記リセット部が基準電圧にリセットするように制御する制御部と、を有する。

本発明によれば、黒レベルを補正して効率的に画像を読取ることを可能にすることができるという効果を奏する。

図１は、実施形態にかかる画像形成装置の構成例を示す構成図である。 図２は、画像読取装置及びＡＤＦの構成例を示す構成図である。 図３は、画像読取装置のコンタクトガラス、圧板及びその周辺の構成例を示す図である。 図４は、画像形成装置が黒シェーディング補正を行う場合に用いる機能の概要を示すブロック図である。 図５は、光電変換素子の構成の概要及びその周辺を示す図である。 図６は、画素信号生成回路の構成例を示す図である。 図７は、光電変換素子が原稿を読取る場合の動作を示すタイミングチャートである。 図８は、黒シェーディング補正を行った場合の読取レベルを示すグラフである。 図９は、比較例の画像読取装置における連続読取動作を示す図である。 図１０は、従来の擬似ダーク生成モードの動作タイミングを示すタイミングチャートである。 図１１は、従来の擬似ダーク生成モードから、通常読取モードへ切り替わるときの電荷量推移を示した図である。 図１２は、実施形態にかかる画像読取装置における擬似ダーク生成モードの第１動作例を示すタイミングチャートである。 図１３は、実施形態にかかる画像読取装置における擬似ダーク生成モードの効果を示す図である。 図１４は、擬似ダーク生成モード時に入力されるＴＸの第１タイミングを示すタイミングチャートである。 図１５は、擬似ダーク生成モード時に入力されるＴＸの第２タイミングを示すタイミングチャートである。 図１６−１は、擬似ダーク生成モードでの予備リセットの第１動作例を示すタイミングチャートである。 図１６−２は、擬似ダーク生成モードでの予備リセットの第２動作例を示すタイミングチャートである。 図１６−３は、擬似ダーク生成モードでの予備リセットの第３動作例を示すタイミングチャートである。 図１６−４は、擬似ダーク生成モードでの予備リセットの第４動作例を示すタイミングチャートである。 図１７は、光電変換素子の擬似ダーク生成モードでのリセット及び電荷転送の動作例を示すタイミングチャートである。 図１８は、画像読取装置が原稿サイズを検知する場合の動作を示すフローチャートである。

（実施形態）
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる画像形成装置を説明する。図１は、実施形態にかかる画像形成装置３００の構成例を示す構成図である。画像形成装置３００は、給紙部３０３及び画像形成装置本体３０４を有し、上部に画像読取装置１００及び自動原稿給送装置（ＡＤＦ）２００が搭載されたデジタル複写機である。

画像形成装置本体３０４内には、タンデム方式の作像部（画像形成部）３０５と、給紙部３０３から搬送路３０７を介して供給される記録紙を作像部３０５に搬送するレジストローラ３０８と、光書込み装置３０９と、定着搬送部３１０と、両面トレイ３１１とが設けられている。

作像部３０５には、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの４色のトナーに対応して４本の感光体ドラム３１２が並設されている。各感光体ドラム３１２の回りには、帯電器、現像器３０６、転写器、クリーナ、及び除電器を含む作像要素が配置されている。

また、転写器と感光体ドラム３１２との間には両者のニップに挟持された状態で駆動ローラと従動ローラとの間に張架された中間転写ベルト３１３が配置されている。

このように構成されたタンデム方式の画像形成装置３００は、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの色毎に各色に対応する感光体ドラム３１２に光書込みを行い、現像器３０６で各色のトナー毎に現像し、中間転写ベルト３１３上に例えばＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの順に１次転写を行う。

そして、画像形成装置３００は、１次転写により４色重畳されたフルカラーの画像を記録紙に２次転写した後、定着して排紙することによりフルカラーの画像を記録紙上に形成する。また、画像形成装置３００は、画像読取装置１００が読取った画像を記録紙上に形成する。

図２は、画像読取装置１００及びＡＤＦ２００の構成例を示す構成図である。画像読取装置１００は、デジタル複写機、デジタル複合機、ファクシミリ装置等の画像形成装置に搭載されるスキャナ装置である。また、画像読取装置１００は、単体のスキャナ装置であってもよい。そして、画像読取装置１００は、光源からの照射光によって被写体（読取対象）である原稿を照明し、その原稿からの反射光をＣＭＯＳイメージセンサで受光した信号に処理を行い、原稿の画像データを読取る。

具体的には、画像読取装置１００は、図２に示すように、原稿を載置するコンタクトガラス１０１と、原稿露光用の光源部１０２及び第１反射ミラー１０３を具備する第１キャリッジ１０６と、第２反射ミラー１０４及び第３反射ミラー１０５を具備する第２キャリッジ１０７とを有する。また、画像読取装置１００は、光電変換素子（例えばＣＭＯＳリニアイメージセンサ）５０と、光電変換素子５０に結像するためのレンズユニット１０８と、読取り光学系等による各種の歪みを補正するためなどに用いる基準白板（白基準板）１１０と、シートスルー読取り用スリット１１１も備えている。

画像読取装置１００は、上部にＡＤＦ２００が搭載されており、このＡＤＦ２００をコンタクトガラス１０１に対して開閉できるように、ヒンジ（図３参照）を介した連結がなされている。

ＡＤＦ２００は、複数枚の原稿からなる原稿束を載置可能な原稿載置台としての原稿トレイ２２１を備えている。また、ＡＤＦ２００は、原稿トレイ２２１に載置された原稿束から原稿を１枚ずつ分離してシートスルー読取り用スリット１１１へ向けて自動給送する給送ローラ２２２を含む分離・給送手段も備えている。また、ＡＤＦ２００の下部は、圧板２２３となっている。圧板２２３は、コンタクトガラス１０１を介して画像を読取る場合の背景板としての機能も有する。

そして、画像読取装置１００は、原稿の画像面をスキャン（走査）して原稿の画像を読み取るスキャンモード時には、第１キャリッジ１０６及び第２キャリッジ１０７により、ステッピングモータによって矢示Ａ方向（副走査方向）に原稿を走査する。このとき、コンタクトガラス１０１から光電変換素子５０までの光路長を一定に維持するために、第２キャリッジ１０７は第１キャリッジ１０６の１／２の速度で移動する。

同時に、コンタクトガラス１０１上にセットされた原稿の下面である画像面が第１キャリッジ１０６の光源部１０２によって照明（露光）される。すると、その画像面からの反射光像が第１キャリッジ１０６の第１反射ミラー１０３、第２キャリッジ１０７の第２反射ミラー１０４及び第３反射ミラー１０５、並びにレンズユニット１０８経由で光電変換素子５０へ順次送られて結像される。

そして、光電変換素子５０の光電変換により信号が出力され、出力された信号はデジタル信号に変換される。このように、原稿の画像が読取られ、デジタルの画像データが得られる。

一方、原稿を自動給送して原稿の画像を読取るシートスルーモード時には、第１キャリッジ１０６及び第２キャリッジ１０７が、シートスルー読取り用スリット１１１の下側へ移動する。その後、原稿トレイ２２１に載置された原稿が給送ローラ２２２によって矢示Ｂ方向（副走査方向）へ自動給送され、シートスルー読取り用スリット１１１の位置において原稿が走査される。

このとき、自動給送される原稿の下面（画像面）が第１キャリッジ１０６の光源部１０２によって照明される。そのため、その画像面からの反射光像が第１キャリッジ１０６の第１反射ミラー１０３、第２キャリッジ１０７の第２反射ミラー１０４及び第３反射ミラー１０５、並びにレンズユニット１０８経由で光電変換素子５０へ順次送られて結像される。そして、光電変換素子５０の光電変換により信号が出力され、出力された信号はデジタル信号に変換される。このように、原稿の画像が読取られ、デジタルの画像データが得られる。画像の読取りが完了した原稿は、排出口に排出される。

なお、スキャンモード時又はシートスルーモード時の画像読取り前に開始された光源部１０２による照明により、基準白板１１０からの反射光が光電変換素子５０でアナログ信号に変換され、その後デジタル信号に変換される。このように、基準白板１１０が読取られ、その読取り結果（デジタル信号）に基づいて原稿の画像読取り時のシェーディング補正が行われる。

また、ＡＤＦ２００が搬送ベルトを備えている場合には、スキャンモードであっても、ＡＤＦ２００によって原稿をコンタクトガラス１０１上の読取り位置に自動給送して、その原稿の画像を読取ることができる。

図３は、画像読取装置１００のコンタクトガラス（原稿台）１０１、圧板２２３（ＡＤＦ２００の下部に相当）及びその周辺の構成例を示す図である。圧板２２３（ＡＤＦ２００）は、ヒンジ１１５を支点として開閉する。圧板２２３には、フィラー１１３が設けられている。圧板開閉検知センサ（センサ）１１４は、フィラー１１３が圧板開閉検知センサ１１４を遮断しているか否かにより、圧板２２３（ＡＤＦ２００）の開閉状態を検知する。

具体的には、圧板開閉検知センサ１１４は、フィラー１１３が圧板開閉検知センサ１１４の中央の赤外線を遮断することでデジタル信号Ｈｉｇｈを出力する。このように、圧板開閉検知センサ１１４は、ＡＤＦ２００が開いた状態ではＯＦＦとなり、ＡＤＦ２００が閉じた状態ではＯＮとなる。

また、圧板２２３が開状態となったと圧板開閉検知センサ１１４が検知すると、画像読取装置１００は、後述するように黒レベルを取得して黒シェーディング補正を行い、光電変換素子５０等を用いて原稿サイズを検知する。なお、圧板開閉検知センサ１１４は、例えばＡＤＦ２００の開閉角度が３０度以下になったときに、圧板２２３が閉状態となったとみなすようにされている。

図４は、画像形成装置３００が黒シェーディング補正を行う場合に用いる機能の概要を示すブロック図である。画像読取装置１００は、光源１０２が照射した光の反射光が光電変換素子５０に対して入射された状態で、タイミング信号生成部（制御部）１２０が生成するタイミング信号に応じて、画像信号（画素出力値）を黒シェーディング補正部３０に対して出力する。タイミング信号生成部１２０は、光源１０２及び光電変換素子５０などの動作を制御している。黒シェーディング補正部３０は、光電変換素子５０が出力した読取画素値と暗時の画素値（後述する擬似の黒レベル）との差を算出し、黒側のオフセットレベル補正となる黒シェーディング補正を行う。

後段処理部は、例えば原稿サイズを検知する原稿サイズ検知部や、読取画素値に応じて画像を形成する画像形成部などであり、ＣＰＵが実行するソフトウェア、又はハードウェアによって構成される。なお、タイミング信号生成部（制御部）１２０及び黒シェーディング補正部３０は、光電変換素子５０内に集積されていてもよい。また、画像読取装置１００は、ＡＤＦ２００と一体にされた画像読取装置であってもよい。

図５は、光電変換素子５０の構成の概要及びその周辺を示す図である。光電変換素子５０は、例えばそれぞれ主走査方向の画素数分の画素信号生成回路（ＰｉｘＢｌｏｃｋ）５００、増幅器（ＰＧＡ）５０２、及びＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ：Ａ／Ｄ変換部）５０４を有する。画素信号生成回路５００は、図６を用いて後述するように、受光素子であるフォトダイオード（ＰＤ）と、周辺回路を有する。以下、画素信号生成回路５００を画素と記すことがある。

増幅器５０２は、画素信号生成回路５００が出力したアナログ信号をＡ／Ｄ変換器５０４のダイナミックレンジに合わせるように増幅させる。Ａ／Ｄ変換器５０４は、増幅器５０２が増幅させたアナログ信号をデジタル信号に変換し、パラレル−シリアル変換部（パラ−シリ変換部）５０６に対して出力する。

つまり、各画素信号生成回路５００が出力するアナログ信号は、並列にデジタル信号に変換されて、パラ−シリ変換部５０６に入力される。パラ−シリ変換部５０６は、入力された各デジタル信号をパラレル／シリアル変換し、後段の黒シェーディング補正部３０に対して出力する。なお、画素信号生成回路５００やパラ−シリ変換部５０６などの出力タイミングは、タイミング信号生成部１２０からのクロック信号等によって制御されている。

図６は、画素信号生成回路５００の構成例を示す図である。図６（ａ）は、画素信号生成回路５００の第１構成例を示している。画素信号生成回路５００は、例えば受光素子であるフォトダイオード（ＰＤ）、フローティングディフュージョン（ＦＤ：電荷電圧変換部）、電荷転送スイッチ（ＴＸ：転送部）、リセットスイッチ（ＲＴ：リセット部）、ソースフォロア（ＳＦ）、及び書込スイッチ（ＳＬ）を有する。ＴＸ、ＲＴ、ＳＬは、それぞれトランジスタによって構成され、タイミング信号生成部１２０の制御に応じて動作するスイッチである。

フォトダイオード（ＰＤ）は、入射光に応じて電荷を発生させて蓄積する。フローティングディフュージョン（ＦＤ）は、電荷を蓄積させて電圧に変換する。電荷転送スイッチ（ＴＸ）は、ＰＤに蓄積された電荷をＦＤに転送する。リセットスイッチ（ＲＴ）は、ＦＤをリセット電位（基準電圧）ＡＶＤＤ＿ＲＴにリセットする。ソースフォロア（ＳＦ）は、電源電圧ＡＶＤＤ＿ＰＩＸを用いて信号の電流増幅を行う。書込スイッチ（ＳＬ）は、電圧変換された信号を後段へ転送する。また、書込スイッチ（ＳＬ）は、ＦＤが蓄積した電圧を後段に対して出力させるか否かを選択する選択部としての機能も有する。

また、画素信号生成回路５００は、受光するＲ／Ｇ／Ｂの色毎に一方向に配列され、複数個が並列接続されて、後段の増幅器５０２及びＡ／Ｄ変換器５０４を共使用するカラム構成にされてもよい。画素信号生成回路５００がカラム構成にされる場合、図６（ｂ）に示した画素信号生成回路５００の第２構成例のように、ＳＬの後段にアナログメモリ（ＶＭ）と、アナログメモリスイッチ（ＲＤ＿Ｓ）をさらに備えて、同時に電荷蓄積を行えるようにされてもよい。なお、以下の実施形態においては、図６（ａ）に示した画素信号生成回路５００の第１構成例を有する光電変換素子５０について説明する。

次に、光電変換素子５０の動作例について説明する。図７は、光電変換素子５０が原稿を読取る場合の動作を示すタイミングチャートである。以下、原稿を読取るときの動作を通常読取モードと記載する。通常読取モードでは、タイミング信号生成部１２０は、１ラインの同期信号ｌｓｙｎｃを基準にして他の制御信号を生成する。

光電変換素子５０は、ラインの先頭でまずＳＬがアサートされる。そして、ＲＴがアサートされると、ＦＤとＳＦを経て、リセット電位ＡＶＤＤ＿ＲＴがアナログ出力Ｐｉｘ＿ｏｕｔ＝ＡＶＤＤ＿ＲＴとして転送される。ここまでをリセット期間と表す。

次に、光電変換素子５０は、ＲＴがネゲートされた後、ＴＸがアサートされると、今度はＦＤに蓄積された電荷が同様に、アナログ出力Ｐｉｘ＿ｏｕｔ＝ＶＳとして転送される。これが電荷転送期間となる。ＶＳは、負極性で表され、１ラインでＰＤに蓄積された電荷に相当する出力、つまり読取レベルである。

その後、ＳＬがネゲートされると、増幅器５０２、Ａ／Ｄ変換器５０４及びパラ−シリ変換部５０６が処理を行い、デジタル出力として、後段の黒シェーディング補正部３０に信号が転送される。

ここまでが通常の読取動作１ライン分の制御タイミングであり、光電変換素子５０は、２ライン目以降も同様に、リセット、ＰＤの電荷転送を順番で行い、画像出力する。また、ＰＤの電荷量の推移も図７に示されている。光電変換素子５０は、ＴＸがアサートされるまでの間にはＰＤに１ライン分の電荷が蓄積され、ＴＸがアサートされると、それまで蓄積した電荷が転送される為、ＰＤの電荷量が０になり、ＴＸがネゲートされた後、次ラインで転送する電荷を蓄積する。

以上説明した光電変換素子５０を有する画像読取装置１００は、黒シェーディング補正を行った後に、原稿サイズの検出、及び画像の読取りを行うように構成されている。

図８は、黒シェーディング補正を行った場合の読取レベルを示すグラフである。上述したように、光電変換素子５０は、主走査方向の画素分だけ画素信号生成回路５００が並んでいる。画素の出力ばらつきは、回路毎に生じるので１画素毎に異なる。例えば、画像読取装置１００が一様な濃度レベルの原稿を読取った場合、理想的には主走査方向の全画素で一定レベルの読取レベルが出力される。実際には、画素毎に出力のばらつきが生じ、図８の原稿読取値に示すように、読取レベルに変動が生じてしまう。

このばらつきによる読取レベルの変動を補正するため、画像読取装置１００は、光電変換素子５０に光が当たっていない時の読取レベルに相当する擬似的な黒レベルを取得し、画素毎に原稿読取値と黒レベルの差をとって、ばらつきを除去した理想的な読取レベル（黒シェーディング後の原稿読取レベル）に補正を行う。

ここで、比較例の画像読取装置における連続読取時の黒レベルの取得について説明する。図９は、比較例の画像読取装置における連続読取動作を示す図である。従来は、例えば光源が点灯している状態では黒レベルのデータが取得出来ない為、画像読取り毎に１度光源を消灯させ、黒レベルを取得した後、再び光源を点灯させ、原稿読取りを再開する。画像読取り毎に黒レベルを生成し、データを更新するのは、画像読取装置の回路の熱影響によって画素値に経時ばらつきが生じるためである。

この時、一度消灯させた光源を再び点灯させた場合、光源の光量が一定になるまでの時間である、光量安定待ち時間が必要となる。よって、画像の読取り生産性が大幅に低下することになる。この課題を解決するために、光電変換素子に光が入射されている状態でも、黒レベルを取得する技術（擬似ダーク生成モード）が知られている。

図１０は、従来の擬似ダーク生成モードの動作タイミングを示すタイミングチャートである。なお、光が光電変換素子に入射されている状態で黒レベルを取得する方法を擬似ダーク生成モードと記載する。擬似ダーク生成モードでは、ＲＴがネゲートにされた後に、ＴＸがアサートされず、電荷転送期間でも、そのままリセット電位を出力する。

通常読取モードでは、光電変換素子は、ＴＸがアサートされることにより、ＰＤに蓄積された電荷を転送し、出力レベルがＶＳとなる。ＴＸがアサートされなければ、ＰＤの電荷は転送されない。よって、Ｐｉｘ＿ｏｕｔは常に出力ＶＳ＝０となり、ＰＤに光があたっている時でも擬似的に黒レベルが生成出来る。

ただし、ここで問題となるのが、ＰＤの電荷量である。通常読取モードでは、電荷は１ライン毎に転送されていた。よって、ＰＤの電荷量は、ライン毎に蓄積、放出を繰り返すように推移していたが、ここでは電荷の転送が行われない。つまり、ＰＤの蓄積電荷は放出されず、照射される光により、ＰＤには電荷が蓄積されつづける。また、ＰＤは、遮光状態にあっても、暗電流により、電荷を蓄積する。

次に、従来の擬似ダーク生成モードのようにＰＤに電荷が蓄積され続けた場合の問題（従来の擬似的な黒レベルの取得の欠点）について説明する。図１１は、従来の擬似ダーク生成モードから、通常読取モードへ切り替わるときの電荷量推移を示した図である。

理想的には、擬似ダーク生成モードから通常読取モードへの移行を瞬時に行うことができれば、生産効率を下げずに連続読取が可能である。しかし、従来の擬似ダーク生成モードでは、ＰＤに電荷が蓄積され続け、ＰＤの電荷量が十分に多くなる。この後、即座に通常読取モードへ移行し、原稿の読取りを開始すると、本来の出力が１ラインでＰＤに蓄積された電荷＝画素出力ＶＳであるのに対し、元々蓄積されていた電荷（擬似ダーク生成モードで蓄積された電荷）を含んだ出力（飽和出力）となってしまう。飽和出力となってしまうと、出力電圧が大きくなり、後段の回路が破壊されたり、大幅な復帰時間待ちが必要になる。

画像読取装置は、飽和出力を回避する必要があるため、ＰＤの電荷を放電させてから、通常読取モードへ移行し、通常読取モードを開始させる必要がある。従来の疑似ダーク生成モードでは、このＰＤの電荷を放電するための電荷放出待ちのウェイトが必要となる。

次に、実施形態にかかる画像読取装置１００における擬似ダーク生成モードについて説明する。図１２は、実施形態にかかる画像読取装置１００における擬似ダーク生成モードの第１動作例を示すタイミングチャートである。画像読取装置１００において、光電変換素子５０は、擬似黒レベルを生成するときに、黒レベルの電荷転送後にＴＸをアサートされる。このとき、ＳＬはネゲートされているため、後段に電荷は転送されていないが、ＰＤに蓄積された電荷はＦＤに転送され、ＦＤに蓄積されることになる。この期間をＰＤ電荷放出期間と記載する。そして、次ラインの先頭でＲＴがアサートされ、ＦＤ内はリセット電位になるため、擬似ダーク生成モード時は、ＰＤ内の電荷を転送することなく、１ラインの読取に１回、電荷を空にすることができる。

つまり、タイミング信号生成部１２０は、ＦＤの電圧レベルをＲＴが基準電圧にリセットした後に、ＰＤが蓄積した電荷をＴＸが転送することなく、ＦＤが蓄積した電圧を後段に対して出力させることをＳＬが選択し、電圧を後段に対して出力させないことをＳＬが改めて選択して、予め定められたタイミングで所定期間内に、ＰＤが蓄積した電荷をＦＤが電圧に変換して蓄積し、ＦＤの電圧レベルをＲＴが基準電圧にリセットするように制御している。

図１３は、実施形態にかかる画像読取装置１００における擬似ダーク生成モードの効果を示す図である。画像読取装置１００における擬似ダーク生成モードでは、ＰＤの電荷は毎ライン放出されて空となっている。その効果によって、飽和出力が回避出来るため、光電変換素子５０の回路の破壊が起こることはない。また、大幅な復帰時間待ちも必要としない。

よって、画像読取装置１００は、擬似ダーク生成モードから通常読取モードへの移行のときに、ＰＤの蓄積電荷を放出する待ち時間が不要であり、即座に通常読取モードへ移行できる。つまり、画像読取装置１００は、従来に比べて、画像読取の生産性を向上させ、黒レベルの取得が可能である。

次に、擬似ダーク生成モード時に入力されるＴＸのタイミングについて説明する。図１４は、擬似ダーク生成モード時に入力されるＴＸの第１タイミング（ＰＤ電荷の放出の第１タイミング）を示すタイミングチャートである。図１５は、擬似ダーク生成モード時に入力されるＴＸの第２タイミング（ＰＤ電荷の放出の第２タイミング）を示すタイミングチャートである。

光電変換素子５０は、増幅器５０２による電位の増幅や、Ａ／Ｄ変換器５０４によるデジタル信号への変換の処理（ＡＤＣフェーズ）も１ライン内で実施している。つまり、疑似ダーク生成モード時は、ＶＳ＝０の疑似黒レベルが出力され、ＡＤＣフェーズでアナログ信号をデジタル信号へ変換している。

ＰＤ電荷の放出を行うためのＴＸが各画素信号生成回路５００に一斉に動作すると、負荷変動が電源やＧＮＤに伝わってしまう。図１４に示すように、ＡＤＣフェーズ期間で、この負荷変動が発生すると、Ａ／Ｄ変換器５０４でのデジタル変換時、出力（ＡＤＣ後）で示すように、出力にノイズ成分が乗ってしまい、画素出力値が変動して、狙いの黒レベルが出力されないことがある。よって、画素信号生成回路５００は、擬似ダークモード時におけるＰＤ電荷放出期間である、ＴＸのアサートタイミングは、図１５に示したように、ＡＤＣフェーズの後でＡ／Ｄ変換器５０４の処理に影響しない、つまり出力に変動を及ぼさない期間が望ましい。

次に、光電変換素子５０における擬似ダーク生成モードでの予備リセット動作について説明する。図１６−１〜１６−４は、光電変換素子５０における擬似ダーク生成モードでの予備リセット動作例（第１動作例〜第４動作例）を示すタイミングチャートである。図１６−１に示した予備リセットの第１動作例では、例えば、光電変換素子５０に外光が入って、１ラインに蓄積された電荷が多くなっていた場合、ＰＤ電荷放出期間での出力ＶＳが高くなり、次ラインの先頭のリセット期間で、電荷を放出しきれず、リセット電位に追従しきれない。そうすると、次ラインの基準の電位がずれ、疑似黒レベルの出力ＶＳが変動してしまうため、出力画像に横スジとして表れてしまう。よって、光電変換素子５０は、図１６−１に示した動作は行わない。

図１６−２に示した予備リセットの第２動作例では、光電変換素子５０は、ＰＤ電荷放出後、ライン後端で１度予備リセットとして、ＲＴをアサートされる。そして、次ラインのリセット期間で確実にＡＶＤＤ＿ＲＴ基準レベルに追従するようにしている。なお、光電変換素子５０は、確実に基準レベルを追従させるため、例えば、図１６−３に示した予備リセットの第３動作例のように、ＲＴがネゲートされず、次のリセット期間まで、そのままアサートされてもよい。また、光電変換素子５０は、図１６−４に示した予備リセットの第４動作例のように、ＲＴが駆動クロック毎にＨ，Ｌを繰り返すようにされてもよい。なお、これらの方法は、擬似ダーク生成モードだけでなく、通常読取モード時にも併用されてもよい。

図１７は、光電変換素子５０の擬似ダーク生成モードでのリセット及び電荷転送の動作例を示すタイミングチャートである。図１７に示した動作例では、光電変換素子５０は、ＴＸがアサートされる前に、ＲＴがアサートされている。つまり、通常読取モード時のＲＴとＴＸの制御動作と、擬似ダーク生成モード時のＲＴとＴＸの制御動作とが同じにされている。よって、光電変換素子５０は、通常読取モードと擬似ダーク生成モードのＲＴ、ＴＸ動作が共通化され、同じパターンで出力することになる。つまり、光電変換素子５０に対する制御を行うためのソフトウェアコードを短縮でき、制御処理を簡略化できる。

次に、画像読取装置１００が原稿サイズを検知する場合の動作について詳述する。画像読取装置１００は、ＡＤＦ２００が閉じられるタイミングで光源１０２を点灯させ、コンタクトガラス１０１に置かれた原稿の主走査幅を読取って、原稿サイズ検知部が原稿サイズを検知する。ここで、画像読取装置１００は、通常の原稿読取時と同様に、黒シェーディング補正を行い、固定パターンノイズを除去して、原稿サイズ検知する。

図１８は、画像読取装置１００が原稿サイズを検知する場合の動作を示すフローチャートである。ＡＤＦ２００が開かれて、原稿がセットされると、ＡＤＦ２００の圧板開閉検知センサ（ＡＤＦ開閉センサ）１１４は、ＯＦＦとなり、圧板２２３が開状態となったことを検知し（Ｓ１００）、画像読取装置１００は擬似黒レベルを取得する（Ｓ１０２）。つまり、画像読取装置１００は、外光が光電変換素子５０に入射している状態で黒レベルを取得する。

その後、画像読取装置１００は、光源１０２を点灯させ、原稿サイズ検知を行うが、ここでも圧板開閉検知センサ１１４のＯＮ信号をトリガとして用いる。ＡＤＦ２００が閉じる直前（例えば開閉角度が３０度以下）である半開きの状態にされて圧板開閉検知センサ１１４がＯＮになると（Ｓ１０４）、光源１０２が点灯し（Ｓ１０６）、原稿サイズ検知部が原稿サイズを検知し（Ｓ１０８）、その後光源１０２が消灯する（Ｓ１１０）。

画像読取装置１００は、原稿背景（圧板２２３の裏面）と原稿の濃度差を用いて原稿サイズを検知する。画像読取装置１００は、この原稿サイズ検知時に、原稿データと、取得した擬似黒データを用い、黒シェーディング補正を行う。

そして、タイミング信号生成部１２０は、画像読取装置１００が原稿を連続して読取る場合に、原稿が画像読取位置を通過して次の原稿が画像読取位置に搬送されるまでに、ＰＤが蓄積した電荷をＴＸが転送することなく、ＦＤが蓄積した電圧を後段に対して出力させることをＳＬが選択するように制御する。

３０ 黒シェーディング補正部
５０ 光電変換素子
１００ 画像読取装置
１０１ コンタクトガラス
１０２ 光源部
１１３ フィラー
１１４ 圧板開閉検知センサ
１１５ ヒンジ
１２０ タイミング信号生成部（制御部）
２００ 自動原稿給送装置（ＡＤＦ）
２２３ 圧板
３００ 画像形成装置
５００ 画素信号生成回路
５０２ 増幅器
５０４ Ａ／Ｄ変換器
ＰＤ 受光素子
ＦＤ フローティングディフュージョン（電荷電圧変換部）
ＴＸ 電荷転送スイッチ（転送部）
ＲＴ リセットスイッチ（リセット部）
ＳＦ ソースフォロア
ＳＬ 書込スイッチ（選択部）

特開２０１４−１３８３５６号公報

Claims (10)

1. 入射光に応じて電荷を発生させて蓄積する受光素子と、
   前記受光素子が蓄積した電荷を転送する転送部と、
   前記転送部が転送した電荷を電圧に変換して蓄積する電荷電圧変換部と、
   前記電荷電圧変換部の電圧レベルを基準電圧にリセットするリセット部と、
   前記電荷電圧変換部が蓄積した電圧を後段に対して出力させるか否かを選択する選択部と、
   前記電荷電圧変換部の電圧レベルを前記リセット部が基準電圧にリセットした後に、前記受光素子が蓄積した電荷を前記転送部が転送することなく、前記電荷電圧変換部が蓄積した電圧を後段に対して出力させることを前記選択部が選択し、電圧を後段に対して出力させないことを前記選択部が改めて選択して、予め定められたタイミングで所定期間内に、前記受光素子が蓄積した電荷を前記電荷電圧変換部が電圧に変換して蓄積し、前記電荷電圧変換部の電圧レベルを前記リセット部が基準電圧にリセットするように制御する制御部と、
   を有することを特徴とする光電変換素子。
2. 前記転送部、前記リセット部及び前記選択部は、
   それぞれトランジスタによって構成され、前記制御部の制御に応じて動作するスイッチであること
   を特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
3. 前記選択部が後段に対して出力させることを選択した電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部をさらに有し、
   前記タイミングは、前記Ａ／Ｄ変換部が動作していない期間内にあること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換素子。
4. 前記リセット部は、
   前記タイミングで前記受光素子が蓄積した電荷を前記電荷電圧変換部が電圧に変換して蓄積し、前記電荷電圧変換部の電圧レベルを基準電圧にリセットする場合、前記転送部が電荷を転送する時間よりも長い時間をかけて前記電荷電圧変換部の電圧レベルを基準電圧にリセットすること
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光電変換素子。
5. 前記転送部及び前記リセット部は、
   前記選択部により、前記電荷電圧変換部が蓄積した電圧を後段に対して出力させる場合と、電圧を後段に対して出力させない場合とで、同じ制御動作であること
   を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光電変換素子。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換素子を有すること
   を特徴とする画像読取装置。
7. 複数の原稿を画像読取位置へ順次に搬送する自動原稿給送装置をさらに有し、
   前記制御部は、
   原稿が画像読取位置を通過して次の原稿が画像読取位置に搬送されるまでに、前記受光素子が蓄積した電荷を前記転送部が転送することなく、前記電荷電圧変換部が蓄積した電圧を後段に対して出力させることを前記選択部が選択するように制御すること
   を特徴とする請求項６に記載の画像読取装置。
8. 前記受光素子が発生させて蓄積した電荷に基づいて、原稿サイズを検知する原稿サイズ検知部と、
   前記原稿サイズ検知部に対して原稿サイズの検知を開始させる動作を検知するセンサと、
   をさらに有し、
   前記制御部は、
   前記センサが原稿サイズの検知を開始させる動作を検知した場合、前記受光素子が蓄積した電荷を前記転送部が転送することなく、前記電荷電圧変換部が蓄積した電圧を後段に対して出力させることを前記選択部が選択するように制御し、
   前記原稿サイズ検知部は、
   前記選択部が後段に対して出力させることを選択した電圧に基づいて、前記受光素子が発生させて蓄積した電荷量を補正して、原稿サイズを検知すること
   を特徴とする請求項６又は７に記載の画像読取装置。
9. 請求項６乃至８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データに基づく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。
10. 入射光に応じて電荷を発生させて蓄積している状態の受光素子を有する光電変換素子の制御方法であって、
    前記受光素子が蓄積して転送部が転送した電荷を電圧に変換して蓄積する電荷電圧変換部の電圧レベルを基準電圧にリセットさせる工程と、
    前記受光素子が蓄積した電荷を前記転送部に転送させることなく、前記電荷電圧変換部が蓄積した電圧を後段に対して出力させる工程と、
    予め定められたタイミングで所定期間内に、前記電荷電圧変換部が蓄積した電圧を後段に対して出力させなくして、前記受光素子が蓄積した電荷を電圧に変換させて前記電荷電圧変換部に蓄積させる工程と、
    前記電荷電圧変換部の電圧レベルを基準電圧にリセットさせる工程と、
    を含む光電変換素子の制御方法。

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