JPH03177156A - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、原稿等の被写体を光学的に読み取り電気信号
に変換する団体撮像素子を有する画像読取装置に関する
。

［従来の技術］ 一般に、画像読取装置は、原稿等の被写体を蛍光灯やハ
ロゲンランプ等の光源で照射し、その反射光（または透
過光）を光学レンズを通してＣＣＤ（電荷結合素子）な
どの光電変換部に結像させ、充電変換部からアナログ電
気信号として取り出し、この電気信号を＾／Ｄ（アナロ
グ／デジタル）コンバータを用いて＾／Ｄ変換を行い、
デジタル画像を得る様に構成されている。この時、イメ
ージセンサとして、固体撮像素子、例えば上記のＣＣＤ
を用いる場合が多い。

ＣＣＤを用いて画像を読取る場合、ＣＣＯの蓄積時間を
決定することにより、入力光量９画素読出し速度、Ｂａ
時出力などのＣＣＤの主要動作点が決定する。第４図に
このＣＣＤ駆動クロックと出力信号のタイミングを示す
が、このＣＣＤの蓄積時間ｔｌＮＴにい読取り副走査ラ
イン数を掛けた値がこの画像読取装置のＮｌＩ４の読取
り時間となる。

原稿読取り速度をより速くしたい場合は原理的にはＣＣ
Ｄの蓄積時間を小さくして行けばよいが、ＣＣＤの出力
レベルはＣＣＤの蓄積時間に比例しているため、蓄積時
間を小さくすると同じ光量ではＣＣＤの出力レベルも低
くなる。また、この蓄積時間は光学系を移動するモータ
（光学系モータと称する）などの応答特性などからも制
限を受け、これらの制限条件に基づいて実際のＣＣＤの
蓄積時間が決定される。

しかし、入力光量が充分で応答も早い等の上記の条件に
余裕がある場合は、今度はＣＣＤの画素読出し速度によ
って蓄積時間は制限を受ける。このＣＣＤの画素読出し
速度は、一般にＣＣＯの出力を増幅するための増幅器の
特性、および画像処理するための全体のスルーブツトと
で決定される。

一方、第４図のタイよング図において、ｌライン出力画
素の２６８４画素の内で実際に使用する画素（有効画素
と称する）が仮に１０００画素であったとしても、従来
装置では１ライン出力の２６８４画素を全て同じ画素読
出し速度で読み出しを行なっていた。ここで、一画素の
送り時間を仮に１μｓとすると、ＣＣＤの蓄積時間の２
．６８４ｍ５の内で実際の使用する画素（有効画素）の
送り時間は１ｍｓとなり、１．６８４ｍ５は無効画素の
送り時間となっている。

また、第７図に示すように、ＣＣＤの暗時出力電圧は蓄
積時間と、周囲温度とに比例する。この暗時出力電圧は
、雑音の一種で、ＣＣＤに入射する光に関係なく発生す
る出力電圧である。従来の画像読取装置は階調数が１６
階調から６４階調くらいであったので、この暗時出力電
圧は無視していた。

また、ＣＲＴ（陰極線管）デイスプレィ等の表示画面上
に読取り画像を表示する場合は、その表示画面の画素サ
イズの制限から全主査走画素は表示できず、ウィンド等
を用いて一部の画素を表示するということが行なわれて
いた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来装置では、原稿読取りをより速くし
たい場合で、ＣＣＤの読出し速度で１ライン中の一部の
画素のみを使用するにもかかわらず、１ライン出力の全
ての画素を同じ画素読出し速度で読み出しているので、
ＣＣＤの蓄積時間がその画素読出し速度で制限されてし
まい、原稿読取り速度を実際には速くできないという解
決すべき課題があった。

また、画像読取装置の階調性が向上するに従い、暗時出
力電圧を無視できなくなり、暗時出力電圧と蓄積時間が
比例しているので、蓄積時間をできるだけ短くしなけれ
ばならないという解決すべき課題があった。

本発明の目的は、上述のような解決すべき課題に鑑み、
ＣＣＯ等の固体撮像素子の実際の蓄積時間を短縮して画
像読取り速度の向上が得られる画像読取装置を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明は、光源により照明さ
れた原稿からの光を結像する光学系と、該結像された光
像を電気信号に変換する固体撮像素子とを有する画像読
取装置において、画像読出し速度が異なる２　１ｆｉ類
以上の画像読出し用のクロックを発生するクロック発生
手段と、前記固体撮像素子の電荷蓄積時間内に、使用対
象の有効画像および不使用対象の無効画素を示す切換信
号に応じて前記２種類以上のクロックのいずれか１つを
択一的に選択して該固体撮像素子に供給する選択手段と
を具備したことを特徴とする。

また、本発明の一形態としては、前記固体撮像素子の蓄
積時間内に、画素読出し速度の切換の時間幅を設定する
設定手段と、該設定手段の該設定に基づいて前記切換信
号を発生する切換信号発生手段と、前記設定手段で設定
された前記画素読出し速度の切換の時間幅に基づいて増
幅率を可変設定する増幅率可変手段と、該増幅率可変手
段で設定された増幅率により、前記固体撮像素子の出力
信号を増幅する増幅器とを具備したことを特徴とする。

［作　用］ （Ｉ）本発明では、２種類以上の画素読出し速度を用意
して、固体撮像素子の１ラインの蓄積時間内に固体撮像
素子の画素読出し速度を切換えることにより、１ライン
中の無効な画素をできるだけ高速な画素読出し速度で送
れる様にしたので、その固体撮像素子の蓄積時間を短縮
することができる。

（ＩＩ）また、本発明では、１ラインの蓄積時間内に切
換える有効画素読出し速度での時間幅を任意に設定する
手段を設けることにより、有効画素以外の画素を高速で
送り出し、画像読取装置全体のスルーブツトを向上する
ことができる。

（ＩＩ＋）また、本発明では、有効画素の幅と連動して
増幅度の可変できる増幅器を設けることにより、蓄積時
間の変化によって固体撮像素子の出力信号が変化するの
を補正することができる。

（ＩＶ）また、本発明では、上述のように固体撮像素子
の蓄積時間を短くできるので、画像読取装置の階調性を
上げた場合に、暗時出力電圧の影響を少なくすることが
できる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

■基本構成 第１図は本発明実施例の基本構成を示す、同図において
、Ｃは光源ａにより照明された原稿すからの光を結像す
る光学系である。

Ａは光学系Ｃで結像された光像を電気信号に変換する固
体撮像素子である。

Ｂは画素読出し速度が異なる２種類以上の画素読出し用
のクロックを発生するクロック発生手段である。

Ｃは固体撮像素子Ａの電荷蓄積時間内に、使用対象の有
効画素および不使用対象の無効画素を示す切換信号に応
じて上記２ｆ！類以上のクロックのいずれか１つを択一
的に選択して固体撮像素子Ａに供給する選択手段である
。このクロックの周波数が切換わることにより、固体撮
像素子Ａの画像読出し速度が切換わることとなる。

さらに本発明の一形態として、次のものがある。

Ｄは固体撮像素子Ａの蓄積時間内に、画素読出し速度の
切換の時間幅を設定する設定手段である。Ｅはこの設定
手段りの設定に基づいて上記切換信号を発生する切換信
号発生手段である。Ｆはその設定手段りで設定された上
記画素読出し速度の切換の時間幅に基づいて増幅率を可
変設定する増幅率可変手段である。Ｇはこの増幅率可変
手段Ｆで設定された増幅率により、固体撮像素子Ａの出
力信号を増幅する増幅器である。

型箋上失適１ 第２図は本発明の一実施例の画像読取装置の回路構成を
示す。同図において、１０１は照明光源により照明され
た原稿からの反射光（原稿が紙ではなく、マイクロフィ
ルムのような場合は透過光）を結像光学系を介して受光
し、電気信号に変換する固体撮像素子としてのＣＣＤ　
　（電荷結合素子）である。このＣＣＤｌ０ＩはＣＣＤ
ラインセンサあるいはＣＣＤアレイまたはＣＣＤイメー
ジセンサ等とも称する。１０２はこのＣＣＤｌ０Ｉから
得られるアナログ出力信号を場幅する可変増幅器、１０
３は可変増幅器１０２から出力するアナログ信号をデジ
タル信号に変換する＾／Ｄ　　（アナログ／デジタル）
変換器である。

１０４は、ＣＣＤｌ０Ｉに供給されるクロックとして有
効画素クロック１と無効画素クロック２とを後述の切換
信号に応じて択一的に選択するＣＣＤ　ドライバ兼用の
セレクタ、１０５は有効画素クロック１と無効画素クロ
ック２を発生するクロック発生回路である。

１０６は上記の＾／Ｄ変換器１０３から得られるデジタ
ル信号に対して所定の画像処理、例えばシェーディング
補正やγ補正、あるいは濃度調整等を施す画像処理回路
である。１０７は装置全体の制御を司るｃｐｕ　（中央
演算処理装置）であり、第８図示す様な制御手順のプロ
グラムをあらかじめ格納したＲＯＭ　（ランダムアクセ
スメモリ）等を内蔵するマイクロプロセッサである。

１０８はセレクタ１０４に供給される切換信号を発生す
る切換信号発生器であり、ＣＰｕ１０７の指令信号によ
り切換信号の時間幅（パルス幅）を任意に設定できる。

１０９はインタフェース（１／Ｆ）回路であり、外部装
置と画像処理回路１０６およびＣＰｕ１０７との間のイ
＝号の伝送を行う。

第３図は第２図のセレクタ１０４の出力クロックのタイ
ミングを示す。

同図に示すように、セレクタ１０４は、切換信号発生器
１０８から供給される切換信号が無効画素区間を示すし
くローレベル）の期間において、パルス幅が比較的短い
無効画素クロック２を出力クロックΦＩＡ、ＩＳ＋Φ２
Ａ　１１およびＲ５に選択して出力し、また、切換信号
が有効画素区間を示すＨ（ハイレベル）の期間において
、パルス幅が比較的長い有効画素クロック１を出力クロ
ックΦｌＡ、Ｂ＋Φ２Ａ１．およびＲ５に選択して出力
する。このように、無効画素に対しても全て有効画素ク
ロックのパルス幅でＣＣＤを読み出し制御していた従来
技術と比べて、本実施例では１ライン中の無効な画素を
有効な画素よりもできるだけ高速な読み出し速度で送れ
るので、固体撮像素子の蓄積時間を大幅に短縮でき、画
像読取装置全体のスルーブツトを向上できるということ
がわかる。

第４図は、第２図のＣＣＤ　１の出力信号００５．Ｏ５
と、上記のＣＣＤクロックΦ１Ａ４．Φ２Ａ、１１．Ｒ
５と、５１−１４Ｍ号と、切換信号との出力タイよング
の関係を示す。

第５図は第２図に示した本発明の実施例の画像読取装置
（以下、スキャナと称する）と外部装置（例えば、レー
ザービームプリンタ、パーソナルコンピュータ）との接
続の状態を示す、ここで、３０１はスキャナ、３０２は
キーボード等の入力操作手段を具えたパーソナルコンピ
ュータ、３０３はレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）　
　　および３０４はＣＲＴデイスプレィ装置である。同
図に示す様に、スキャナ３０１から外部装置３０２，３
０３，３０４への画像信号の出力は第２図のインタフェ
ース回路１０９を介して行なわれる。

第６図（Ａ）は第５図のスキャナ３０１の内部構造の一
例を示し、第６図（Ｂ）はスキャナ３０１の原稿載置位
置を示す、ここで、ｌＯは基準濃度被写体（例えば、白
色基準板）である。１１は第２図のＣＰｕ１０７を含む
制御ユニット、１３は第２図のセレクタ１０４を含むＣ
ＣＤ　ドライバ（駆動回路）、１４は結像レンズ、１５
は原稿照明用蛍光灯ユニット、１６は原稿反射光の光路
を偏向してＣＧＤＩＯＩに導く反射ミラー、１７はプラ
テンガラス、１８はプラテンガラス１７上の原稿、１８
Ａはプラテンガラス１７上の原稿載置部、１９はプラテ
ンカバーである。

第７図は第２図のＣＣＤｌ０Ｉの暗時出力電圧温度特性
を示す、すなわち、同図のグラフは、暗時出力電圧と周
囲温度とＣＣＯ蓄積時間の関係を示している。同図から
れかるように、同一の周囲温度では暗時出力電圧が高い
はどＣＣＯの蓄積時間は長くなる。

第８図のフローチャートは第２図ＣＰＩ１１０７の木発
明に関する制御手順を示す。次に、第２図から第８図ま
でを参照して、本発明の一実施例の全体的な画像読取り
動作の説明を行う。

まず、第２図および第６図（Ａ）に示す様に、プラテン
ガラス（原稿台ガラス）１７上の原稿１８を原稿照明用
蛍光灯ユニット１５内の蛍光灯で照明し、原稿１８の反
射光を結像レンズ１４によりＣＣＤｌ０Ｉ上に導き、原
稿像をＣＣＤｌ０Ｉ上に結像させる。その際、原稿１８
はプラテンガラス１７上に第６図（Ｂ）　に示す様に同
図の右端が原稿の先端となる様に載置される。また、走
査光学系である原稿照明用蛍光灯ユニット１５は第６図
（＾）において上記の右端が初期位置となり、図示しな
い光学位置センサによりその初期位置が確認される。

また、プラテンガラス１７上に原）４１８が置かれた状
態で外部装置のパーソナルコンピュータ３０２から各種
の処理モードの指示がインタフェース１０９を通してス
キャナ３０１のＣＰＵ１１０７に人力される。この処理
モードの指示は、例えば画素密度を３００ｄｐｉ（ドツ
ト／インチ）　、　２００ｄｐｉ、１５０ｄｐｉ、７５
ｄｐｉのいずれにするか、あるいは出力画像信号を２値
にするか、多値にするか等の内容の指示である。これら
の指示はインタフェース回路１０９を通じてＣＰＵ１０
７で解読され、ＣＰＵ１０７はこの解読に基づいて画像
処理回路１０６にその指示に従ったモード切換用の制御
信号をあらかじめ出力して、画素密度や画像信号の処理
内容を設定しておく。

また、同様にパーソナルコンピュータ３０２から与えら
れる有効読取幅（例えば、原稿サイズデータ）の指示を
ＣＰＵ１０７で受信し、ＣＰＵ１０７はこの指示に基づ
いて有効画素幅を切換信号発生器１０８に設定しておく
（第８図のステップＳｌ参照）。

次に、外部装置のパーソナルコンピュータ３０２から原
稿読取り開始指令がインタフェース１０９を通じて人力
されると、ＣＰＵ１０７は蛍光灯ユニット１５を原稿の
長平方向に移動する図示しない光学系駆動用モータを起
動し、蛍光灯ユニット１５が上記の原稿先端位置まで到
達したとき、図示しない光学位置センサの検出信号に応
してＣＰＵ１１０７は、インタフェース回路１０９を通
じてパーソナルコンピュータ３０２に画像信号出力許可
の制御信号を出して、原稿走査によりＣＣＤｌ０Ｉで読
取られた画像信号を外部装置であるパーソナルコンピュ
ータ３０２に送る。

蛍光灯ユニット１５を含む光学系の走査長はＣＰＵ１１
０７が光学系駆動用モータ（図示せず）を駆動する駆動
信号のパルス数により一義的に決定されるので、ＣＰＵ
１０７は原稿サイズに応じた必要なパルス数を上記のモ
ータに出力した時点で、原ＩＲ読取り終了と判断して蛍
光灯を消灯し、画像信号出力不可の制御信号をインタフ
ェース回路１０９を通じてパーソナルコンピュータ３０
２へ出力して、かつ上記のモータの反転制御を行う。

上述のＣＰＬＩＬＯ７のモータ反転制御により、原稿照
明用蛍光灯ユニット１５は第６図（Ａ）の矢印ＩＡの方
向に進み、図示しない光学位置センサにより蛍光灯ユニ
ット１５が初期位置（ホームポジション）に到達したこ
とを検出された時に、ＣＰＵ１０７により停止させられ
る。

この光学系の戻り区間に外部装置のパーソナルコンピュ
ータ３０２から次の原稿読取り開始指令が来ない場合に
は、蛍光灯ユニット１５は初期位置に停止し、原稿読取
り動作は終了する。

次に、第２図、第３図、および第４図を参照してＣＧＤ
ＩＯＩの蓄積時間の制御の詳細について説明する。

第４図に示す様に、本実施例で使用したＣＧＤＩＯＩの
１ライン出力画素は２６８４画素とし、実際に使用する
画素（有効画素と称する）を１０００画素とする。また
、ＣＧＤＩＯＩは第２図の可変増幅器１０２の周波数特
性、および画像処理回路１０６のスルーブツトにより１
画素当り１μｓの画像読取り速度の制限を受けているも
のとする。

そこで、クロック発生器１０５の有効画素クロックｌは
１画像当り１μＳ　（ＩＭ）Ｉｚ）　とし、無効画素ク
ロック２をその半分の１画素当り０．５μＳ’　（２Ｍ
Ｈｚ）で送るものとする。このとき、切換信号発生器１
０８には上述のようにしてＣＰＵ１０７により有効画素
として１０００画素分の切換信号のパルス幅が設定され
ている（ステップ５１）。

以上の切換信号の設定を行うことにより、セレクタ１０
４の出力クロックは第３図に示す様なタイミングとなり
、従って、ＣＣＤｌ０Ｉの全体の蓄積時間は従来装置の
ように画像読取り速度の切換を行なわない場合の２．６
８４ｍ５から、１．ｏｍｓ　＋　０．８４２ｍ５　＝１
．８４２ａＳへと略７／ｌＯに短縮させることが可能と
なる。無効画素クロック２の周波数をさらに高くすれば
、さらに蓄積時間を短くすることができる。

このように、蓄積時間が短くなれば、ＣＣＤｌ０Ｉの出
力レベルは蓄積時間の短縮に比例して減少するので、Ｃ
ＰＵ１０７はＣＣＤの蓄積時間、すなわち、有効画素読
取幅の値に基づいて可変増幅器１０２の増幅度（増幅率
）を画像読取り前に計算しくステップＳ２）、あらかじ
め可変増幅器１０２にその増幅度を設定する（ステップ
Ｓ３）。

ここで、ＣＧＤＩＯＩの蓄積時間と可変増幅器の増幅度
は逆比例で１対１に対応するので、上記計算の代りにＣ
ＰＵ１０７内のＲＯＭ上にＣＣＤの蓄積時間を読出しア
ドレスとして増幅度が読み出せるテーブルを具備するよ
うに構成してもよい。この様に構成すれば、インタフェ
ース１０９を通して外部装置から有効画素の幅を任意に
設定し、蓄積時間がそれにより変化しても一定のＣＣＤ
出力レベルを得ることができる。

次いで、ＣＰｔ１１０７はクロック発生器１０５にＣＣ
Ｄ蓄積時間（信号ＳＨに対応）を設定しくステップＳ４
）、前述したように原稿の画像読取処理を実行する（ス
テップＳ５）。

■他の実施例 上述した本発明実施例ではＣＣＤｌ０Ｉの素子の外部に
画素読出し速度を切換える回路を配設した例を示したが
、この回路は集積回路技術によりＣＣＤ内に内蔵させる
ことも可能であることは勿論である。

また、本発明は、ＣＣＤに限らず、ＢＢＤ　（パケット
ブリッジデバイス）等の他の種類の固体撮像素子にも同
様に通用できる。

また、本発明は、書籍等の原稿に限らず、マイクロフィ
ルムのような透明な原稿の画像読取を行う装置にも適用
できる。

さらにまた、上述した本発明実施例では有効画素の読取
り幅（区間、時間幅）の指示を外部装置であるパーソナ
ルコンピュータから受けていたが、本発明はこれに限ら
ず、画像読取装置の図示しない操作パネルからのサイズ
指示、あるいは原稿サイズ検知信号等に基づいてその読
み取り幅を設定してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば以下のような効果
が得られる。

（１）固体撮像素子の画素読出し速度（駆動周波数）を
切換えて無効な画素を有効な画素よりも高速で送る様に
したので、固体撮像素子の蓄積時間を短くでき、全体の
画像読取り速度を上げることが可能となる。

（１１）固体撮像素子の有効画素読出し速度での読み取
り範囲（時間幅）のみを任意に設定可能としたので、画
像を読みたいエリアだけ正規の画素読出し速度で有効画
素を読出し、無効画素を高速で送れるので、画像読取装
置全体のスループットを向上することが可能となる。

（ＩＩＩ　）固体撮像素子の蓄積時間を短くできるので
、画像読取装置の階調性を上げた場合に、暗時出力電圧
の画像読取装置への影響を少なくすることが可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明実施例の基本構成を示すブロック図、 第２図は、本発明の一実施例の画像読取装置の回路構成
を示すブロック図、 第３図は、第２図のセレクタの出力クロックのパルス幅
と切換信号との関係を示すタイミング図、 第４図は、第２図のＣＣＯの出力信号と駆動クロックの
関係を示すタイミング図、 第５図は、第２図の実施例の画像読取装置と外部装置と
の接続状態の一例を示すブロック図、第６図（＾）は、
第５図の画像読取装置の内部構造を示す縦断面図、 第６図（Ｂ）は、第６図（Ａ）の上面の構成を示す平面
図、 第７図は、第２図のＣＣＯの暗時出力電圧と周囲温度と
ＣＣＤの蓄積時間の関係を示す特性図、第８図は第２図
のＣＰｕの制御手順を示すフローチャートである。 ・・・ＣＣＯ、 ・・・可変増幅器、 ・・・Ａ／Ｄ変換器、 ・・・セレクタ、 ・・・クロック発生器、 ・・・画像処理回路、 ・・・ｃｐｕ　。 ・・・切換信号発生器、 ・・・インタフェース回路、 ・・・スキャナ、 ・・・パーソナルコンピュータ。 尖方牡イ列のタト邦ｉ、を乙の樟胱乏足・１フ゛ロッ７
区第５図 ９を吟エカ電圧温度４斗４主 １ 饋晴問 （ｓｅｃ） 第 図 実施イ列の副４１ｐ手すｉ！ホ１フロープヤート第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）光源により照明された原稿からの光を結像する光学
   系と、該結像された光像を電気信号に変換する固体撮像
   素子とを有する画像読取装置において、 画像読出し速度が異なる２種類以上の画像読出し用のク
   ロックを発生するクロック発生手段と、前記固体撮像素
   子の電荷蓄積時間内に、使用対象の有効画像および不使
   用対象の無効画素を示す切換信号に応じて前記２種類以
   上のクロックのいずれか１つを択一的に選択して該固体
   撮像素子に供給する選択手段と を具備したことを特徴とする画像読取装置。 ２）前記固体撮像素子の蓄積時間内に、画素読出し速度
   の切換の時間幅を設定する設定手段と、該設定手段の該
   設定に基づいて前記切換信号を発生する切換信号発生手
   段と、 前記設定手段で設定された前記画素読出し速度の切換の
   時間幅に基づいて増幅率を可変設定する増幅率可変手段
   と、 該増幅率可変手段で設定された増幅率により、前記固体
   撮像素子の出力信号を増幅する増幅器とを具備したこと
   を特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。