JPH10107976A - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ピエゾ素子を介してリニアイメージセンサを主
走査方向に変位させて画素ずらしを行い解像度を上げる
画像読取装置において、ピエゾ駆動信号である階段波の
波形歪みを小さくする。 【解決手段】リニアイメージセンサ２８を主走査方向Ｙ
に所定量往復変位させるピエゾ素子３２を駆動する階段
波Ｓ１を発生する階段波電圧発生部１０２とピエゾ素子
３２との間にローパスフィルタ１０４を配する。ローパ
スフィルタ１０４により階段波Ｓ１の立ち上がり部およ
び立ち下がり部をなまらせた階段波Ｓ２を得る。この階
段波Ｓ２によりピエゾ素子３２に係る変位振動を電気的
にも制御することができる。電気的な振動制御は、ばね
等の振動抑制部材を使用する機械的な振動制御に比較し
て構成が簡単であり、結局、簡易な構成で変位および振
動の制御が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、リニアイメージ
センサにより原稿画像を主走査方向に読み取るととも
に、前記原稿を前記リニアイメージセンサに対して相対
的に副走査させることで、２次元的な画像の読み取りを
行う画像読取装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光電変換画素が主走査方向に連結された
ＣＣＤリニアイメージセンサ等のリニアイメージセンサ
により画像を読み取る場合に、そのリニアイメージセン
サによる読取解像度は、基本的には、光電変換画素１画
素の大きさに依存する。この光電変換画素の大きさは、
実際上は、隣り合う光電変換画素の、例えば、中心間の
距離（画素ピッチともいう。）で定義される。

【０００３】このリニアイメージセンサの読取解像度を
上げるため、主走査方向読取の際に、リニアイメージセ
ンサを圧電素子により主走査方向に微小に往復変位させ
る技術、すなわち画素ずらし法を利用した技術が知られ
ている。リニアイメージセンサに対して画素ずらし法を
利用した技術として、この出願人による特開平７−２８
３９１５号公報に公表された技術を挙げることができ
る。

【０００４】この技術は、原稿を主走査方向に１ライン
毎に読み取る場合、ｐを隣接する画素の中心間の距離
（画素ピッチ）、ｍを１以上の整数としたとき、リニア
イメージセンサを主走査方向に変位量Ｍ＝ｐ・ｑ・２／
（２・ｍ＋１）を満足するように整数ｑを０〜２ｍまで
各ライン毎に順次変えることで変位させて読み取り、解
像度を（２・ｍ＋１）倍に上げた後、解像度向上後の画
素信号に対して連続する（２・ｍ＋１）個の画素信号の
移動平均を取り、解像度向上後の画素信号を得る技術で
ある。

【０００５】例えば、ｍ＝１とした場合には、変位量Ｍ
は、整数ｑがｑ＝０のときにＭ＝０、整数ｑがｑ＝１の
ときにＭ＝ｐ・２／３、すなわち、２／３画素、整数ｑ
がｑ＝２のときにＭ＝ｐ・４／３、すなわち、４／３画
素になることから、（２／３）画素ずらしが行われて、
解像度が３倍に向上する。この技術において、３個の画
素信号の移動平均を取るのは、リニアイメージセンサが
奇数画素転送部と偶数画素転送部とを有する構成である
場合に、奇数番目と偶数番目の光電変換画素信号のレベ
ル差を平滑化するためである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、圧電素子を
用いた画素ずらしを行う際には、圧電素子に供給される
駆動電圧をスイッチング等の方法により切り換えてリニ
アイメージセンサの微小変位駆動を行っている。高画質
の画素信号とするためには、この微小変位駆動の際に発
生する圧電素子の変位振動、したがってリニアイメージ
センサの変位振動がある程度収まってから画像の読み取
りを行う必要がある。

【０００７】従来、この変位振動は、ばね等による機械
的な方法により抑えていた。しかしながら、それでもあ
る程度の振動が残ってしまうので、リニアイメージセン
サの駆動後の変位振動が収まってから、光電変換画素へ
の電荷の蓄積を有効とするように制御している。

【０００８】この発明はこのような課題を考慮してなさ
れたものであり、画素ずらしのための変位駆動を原因と
するリニアイメージセンサの変位振動を簡易な構成によ
り抑制制御することを可能とするとともに、これにより
高画質の画像が得られる等、種々の付加価値を上げるこ
とを可能とする画像読取装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、複数の光電
変換画素が連結されたリニアイメージセンサにより原稿
を主走査方向に光電的に読み取るとともに、前記原稿を
前記リニアイメージセンサに対して相対的に副走査方向
に移送することで、前記原稿に担持された画像情報を２
次元的に読み取る画像読取装置において、画素ずらし法
による解像度向上のために前記リニアイメージセンサを
主走査方向に所定量往復変位させる圧電素子と、前記圧
電素子に供給する階段波を発生する階段波発生手段と、
前記階段波発生手段と前記圧電素子との間に配されるロ
ーパスフィルタとを備えることを特徴とする。

【００１０】この発明によれば、階段波発生手段と圧電
素子との間にローパスフィルタを配するようにしている
ので、このローパスフィルタにより階段波の立ち上がり
部および立ち下がり部をなまらせることが可能となり、
これにより圧電素子の変位（振動）を電気的に制御する
ことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、この一実施の形態の画像
読取装置１０の構成を示している。この画像読取装置１
０は、副走査方向Ｘに移送される原稿Ｆを主走査方向Ｙ
に照明する照明光源１２と、原稿Ｆを透過した照明光Ｌ
を集光する集光レンズ１４と、集光レンズ１４により集
光され結像された照明光Ｌを電気信号に変換する変換部
１６と、信号処理部１８とから構成される。

【００１２】図２および図３に示すように、変換部１６
は、主走査方向Ｙに長尺に構成される支持台２０と、支
持台２０に対して主走査方向Ｙに変位自在（振動自在）
に配される移動台２２と、移動台２２にブラケット２４
を介して固定されるプリズム２６ｂ、２６ｇ、２６ｒ
（誤解の生じない限り、これらのうちの１つまたは全部
を、単に、プリズム２６ともいう。）とを備える。

【００１３】支持台２０は、中央部に照明光ＬをＣＣＤ
リニアイメージセンサ等のリニアイメージセンサ２８
ｂ、２８ｇ、２８ｒ（同様に、単に、リニアイメージセ
ンサ２８ともいう。）に導くための長尺な開口部３０が
形成され、一端部に変位手段であり圧電素子であるピエ
ゾ素子３２を挿入するための穴部３４が形成され、他端
部に振動抑制部材としてのばね部材であるコイルスプリ
ング３６を挿入するための穴部３８が形成される。

【００１４】一方、移動台２２は、中央部に長尺な開口
部４０を有し、前記各穴部３４、３８の最奥部３４ａ、
３８ａを両端部として支持台２０と一体的に構成され
る。支持台２０は、両端部がプリズム２６の取り付けら
れた方向に折り曲がり、薄肉部を介して移動台２２と接
続され、支持台２０と移動台２２とがスリット４２によ
り略分離状態とされることで、移動台２２は、主走査Ｙ
方向に変位可能に構成される。

【００１５】ピエゾ素子３２は、端部が移動台２２にお
ける穴部３４の最奥部３４ａに当接した状態で、固定板
５０により支持台２０の穴部３４に装着される。

【００１６】プリズム２６ｂ、２６ｇ、２６ｒが固定さ
れたブラケット２４は、固定ねじ５４によって移動台２
２に固定される。プリズム２６ｂ、２６ｇ、２６ｒは、
図３に示すように、その接合面にダイクロイックフィル
タ５６ａ、５６ｂが設けられており、照明光ＬをＢ、
Ｇ、Ｒの各波長に分光し、リニアイメージセンサ２８ｂ
｛照明光ＬのＢ（青）信号を光電変換｝、２８ｇ｛照明
光ＬのＧ（緑）信号を光電変換｝、２８ｒ｛照明光Ｌの
Ｒ（赤）信号を光電変換｝に導く。

【００１７】信号処理部１８は、図１に示すように、リ
ニアイメージセンサ２８からのＢ、Ｇ、Ｒ各画素信号を
各々処理するＢ、Ｇ、Ｒ各信号処理部５８ｂ、５８ｇ、
５８ｒ（同様に、単に、信号処理部５８ともいう。）
と、ドライブアンプ（ドライバともいう。）６０を介し
てピエゾ素子３２に駆動信号を供給するピエゾ信号発生
部６２と、変換部１６、信号処理部５８とピエゾ信号発
生部６２にタイミング信号を含む制御信号を供給する制
御手段である制御部（ＣＰＵ）６４と、信号処理部５８
によって処理された画素信号に対する移動平均処理を行
う移動平均処理部６５と、移動平均処理後の画素信号に
対して所望の画像処理を行う画像処理部６７とを備え
る。

【００１８】ピエゾ信号発生部６２は、階段波電圧発生
部１０２とローパスフィルタ１０４とアンプ１０６とを
備える。

【００１９】図４は、ピエゾ信号発生部６２を構成する
階段波電圧発生部１０２とローパスフィルタ１０４の詳
細な構成例を示している。階段波電圧発生部１０２は、
制御部６４から供給されるタイミング信号である２相ク
ロックＣＬＫ１、ＣＬＫ２のレベルによってスイッチ１
０７が切換制御されるアナログスイッチであるマルチプ
レクサ１０８を有する。１回路４接点のスイッチ１０７
が切換制御されることにより、出力端子には、直流電圧
＋１２Ｖが分圧された電圧Ｖ０＝０Ｖ、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ
３が順次供給され、階段波電圧（単に階段波、階段波信
号、階段波電圧信号または変位信号ともいう。）Ｓ１が
発生する。この階段波電圧Ｓ１はローパスフィルタ１０
４に供給される。

【００２０】ローパスフィルタ１０４は、抵抗とコンデ
ンサとオペアンプのフィードバック回路からなる２段の
縦続接続のアクティブフィルタにより構成され、遮断周
波数が合わされた２次のローパスフィルタの構成にして
いる。この場合、例えば、コンデンサを並列接続にして
アナログスイッチにより切り換えるようにすることで、
その周波数特性を制御部６４からの制御電圧により変化
させることも可能である。なお、図４に示すローパスフ
ィルタ１０４の構成は、単に、概念を例示しており、周
知のように、実際上は、オペアンプ１個と複数の抵抗と
コンデンサからなる１つの回路で２次のローパスフィル
タを構成することが可能である。この実施の形態におい
て、ローパスフィルタ１０４の出力信号である階段波Ｓ
２の最大振幅は約１０Ｖ程度であり、アンプ１０６およ
びドライバ６０は、この１０Ｖ程度の電圧振幅を１５０
Ｖ程度の電圧振幅に増幅する。これにより、ピエゾ素子
３２は、副走査方向Ｘに約１０数μｍ伸縮する。

【００２１】この実施の形態に係る画像読取装置１０
は、基本的には以上のように構成されるものであり、次
に、その動作について図５に示すタイミングチャートに
基づき説明する。なお、この発明の理解のためには、煩
雑となるので、リニアイメージセンサ２８の出力信号で
ある光電変換信号の信号処理動作については省略する。
この光電変換信号の信号処理動作は、上述した特開平７
−２８３９１５号公報に詳細に開示されている。また、
この実施の形態において画素ずらし量である変位量Ｍ
は、従来の技術の項で説明した変位量Ｍと同一のものと
する。すなわち、リニアイメージセンサ２８を構成する
隣り合う光電変換画素の中心間のピッチをｐとしたと
き、変位量Ｍの値が、Ｍ＝０、Ｍ＝ｐ・２／３、Ｍ＝ｐ
・４／３の値を取る（２／３）画素ずらし量とする。

【００２２】図１において、画像の記録された原稿Ｆ
は、図示しないステッピングモータ等により副走査方向
Ｘに移送されるとともに、照明光源１２によって主走査
方向Ｙに照明されることにより、２次元的な走査が行わ
れる。この場合、原稿Ｆを透過した照明光Ｌは、集光レ
ンズ１４によって集光された後、変換部１６を構成する
プリズム２６ｂ、２６ｇ、２６ｒおよびダイクロイック
フィルタ５６ａ、５６ｂによりＢ、Ｇ、Ｒの各照明光に
分光され、各々リニアイメージセンサ２８ｂ、２８ｇ、
２８ｒに導かれる。

【００２３】画像の読み取りの際に制御部６４は、ピエ
ゾ信号発生部６２に対して、図５に示す２相クロックＣ
ＬＫ１、ＣＬＫ２を供給する。

【００２４】階段波電圧発生部１０２は、この２相クロ
ックＣＬＫ１、ＣＬＫ２の２値レベルの予め決められた
組合せに応じて、マルチプレクサ１０８のスイッチ１０
７を所定の順序に切り換えて、図５に示す４レベルの階
段波Ｓ１を発生させる。

【００２５】この階段波Ｓ１がローパスフィルタ１０４
を通過することで、ローパスフィルタ１０４の周波数特
性に応じて高周波成分が除去され、図５に示すように、
立ち上がり立ち下がり近傍がなまった階段波Ｓ２に波形
整形される。この階段波Ｓ２がアンプ１０６とドライバ
６０を介して増幅されピエゾ素子３２に供給される。

【００２６】ピエゾ素子３２は、階段波Ｓ２の電圧Ｖ０
から電圧Ｖ２へのレベル変位により膨張し、移動台２２
が主走査方向Ｙ（図２参照）に一定量変位することで、
リニアイメージセンサ２８も同時に一定量（Ｍ＝ｐ・２
／３）変位する。さらに、電圧Ｖ２が電圧Ｖ３と大きく
なることで、リニアイメージセンサ２８がさらに主走査
方向Ｙに一定量（Ｍ＝ｐ・２／３）変位する。この時点
での合計変位量Ｍは、Ｍ＝Ｐ・４／３になる。続いて、
電圧Ｖ３が電圧Ｖ１に、また該電圧Ｖ１が電圧Ｖ０と小
さくなることで、ピエゾ素子３２が各々Ｍ＝ｐ・２／３
分縮小しリニアイメージセンサ２８は主走査方向Ｙの矢
印の反対方向に戻る。

【００２７】なお、電圧Ｖ０の位置（原位置という。）
から電圧Ｖ２および電圧Ｖ１がかけられた場合の変位量
Ｍは、同一の変位量Ｍ＝ｐ・２／３画素分となるような
電圧に設定されている。このように同一変位量Ｍで電圧
Ｖが、電圧Ｖ２、電圧Ｖ１と異なるのは、ピエゾ素子３
２の電圧印加に対する変位量がヒステリシス特性を有す
ることによる。

【００２８】図５において、符号ＳＰは、制御部６４か
ら変換部１６を構成するリニアイメージセンサ２８に供
給されるシフトパルスを示している。シフトパルスＳＰ
の立ち上がりエッジにより、リニアイメージセンサ２８
を構成する各光電変換画素（電荷蓄積部）から奇数の各
電荷転送部に蓄積電荷が一時にシフトされる。シフトパ
ルスＳＰの立ち下がりエッジから次の立ち上がりエッジ
までの期間が電荷蓄積時間Ｔｓとされ、その電荷蓄積時
間Ｔｓにおいて、転送クロックにより各リニアイメージ
センサ２８の画素信号がＢ、Ｇ、Ｒ各信号処理部５８
ｂ、５８ｇ、５８ｒに供給される。

【００２９】図５に示すローパスフィルタ１０４通過後
の階段波Ｓ２の波形とシフトパルスＳＰの波形を比較す
れば分かるように、この電荷蓄積時間Ｔｓにおいて、ピ
エゾ素子３２に供給される階段波Ｓ２の波形は、一定の
直流レベルになっており、したがって、リニアイメージ
センサ２８の振動はなく、画像読取中、すなわち、電荷
蓄積時間Ｔｓ中にリニアイメージセンサ２８が微小振動
することによって発生する空間周波数の変動がなくな
る。この結果、高品位（高画質）の画像信号を得ること
ができる。

【００３０】図５において、符号Ｓ２′は、比較のため
に、ローパスフィルタ１０４を挿入しない場合のピエゾ
素子３２に印加される電圧波形である階段波を示してい
る。階段波Ｓ２′の電圧レベルは、階段波Ｓ１と同一の
電圧Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３である。この階段波Ｓ２′
には、その立ち上がり部において、オーバーシュート、
リンギング等の波形のあばれ・歪み（ａｂｅｒｒａｔｉ
ｏｎ）成分Ｎが存在し、もし、シフトパルスＳＰの波形
が図５に示した波形である場合には、十分に減衰しきれ
ない蓄積時間Ｔｓ内の波形のあばれ（歪み）成分ｎによ
り、ピエゾ素子３２が微小変動することを原因としてリ
ニアイメージセンサ２８が微小振動し、この微小振動に
より、結果として得られる画像信号の空間周波数が劣化
することになる。

【００３１】なお、シフトパルスＳＰの立ち下がりエッ
ジのみを、図５中さらに右側にずらして波形のあばれ成
分ｎの影響を受けないようにした場合、蓄積時間Ｔｓが
短くなるので、リニアイメージセンサ２８の光電変換感
度が低下してしまうという新たな問題が発生する。それ
を回避するために蓄積時間Ｔｓをのばした場合には、全
体としての信号処理時間が長くなり、原稿Ｆの高速読取
性が阻害される。

【００３２】さらにまた、実際上、ローパスフィルタ１
０４が存在しない場合には、上述したように、１０Ｖ程
度の振幅の電圧を、ピエゾ素子３２を駆動するための１
５０Ｖ程度の振幅に増幅するアンプ１０６、ドライバ６
０の周波数特性も、波形のあばれ成分Ｎを発生させる要
因となるが、ローパスフィルタ１０４を挿入することに
よりこの要因も相当に軽減される。

【００３３】なお、リニアイメージセンサ２８の振動
は、正確には、駆動階段波Ｓ２′によるものと、ピエゾ
素子３２自体、および支持台２０、移動台２２、コイル
スプリング３６を含む機械系によるものも存在するが、
ローパスフィルタ１０４を挿入することによって、これ
ら全ての要因が相当に軽減される。そのため、コイルス
プリング３６を中心とする機械系による振動抑制機構の
負担を小さくすることができる。

【００３４】換言すれば、ローパスフィルタ１０４の周
波数特性の制御は電気的な制御であり変更が容易である
ので、ピエゾ素子３２に加える階段波Ｓ２を制御するこ
とにより、振動抑制機構の構成を簡略化でき、その分、
コストを低減することができる。

【００３５】その上、ローパスフィルタ１０４を挿入し
ていない従来技術に比較して、振動抑制機構からリニア
イメージセンサ２８が受ける機械的なストレスが小さく
なり、また、振動抑制機構自体も簡単になるので、全体
として、画像読取装置１０のＭＴＢＦ（故障間平均時
間）等の信頼性をも向上させることができる。

【００３６】なお、この発明は上述の実施の形態に限ら
ず、この発明の要旨を逸脱することなく種々の構成を採
り得ることはもちろんである。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ローパスフィルタにより階段波の立ち上がり部およ
び立ち下がり部をなまらせることが可能となり、これに
より圧電素子の変位振動を電気的に制御することができ
る。電気的な振動制御は、ばね等の振動抑制部材を使用
する機械的な振動制御に比較して構成が簡単であり、結
局、簡易な構成で変位信号の制御が可能になるという効
果が達成される。

【００３８】電気的な振動制御を加えることで、機械的
な振動抑制部材によるリニアイメージセンサに対する機
械的なストレスを小さくすることができ、リニアイメー
ジセンサの保持構造に関する部分の耐久性を上げること
ができるという派生的な効果も達成される。

【００３９】この場合、特に、例えば、オペアンプを利
用したアクティブフィルタを採用したローパスフィルタ
の構成とすることにより、周波数特性の制御はきわめて
容易になるので、結果として、簡易な構成で変位移動
（変位のための振動）の制御が可能となる。

【００４０】さらにまた、圧電素子の微小変動をも抑え
ることが可能となるので、これにより画像信号に含まれ
る空間周波数成分を除去することが可能となり、したが
って、高品位の画像信号を得ることをできるという効果
も達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態の画像読取装置の概略
的構成を示す説明図である。

【図２】図１例中、変換部の構成を示す断面図である。

【図３】図１例中、変換部の構成を示す側面図である。

【図４】図１例中、階段波発生部の構成を示す電気回路
図である。

【図５】ピエゾ素子駆動の動作説明に供される波形図で
ある。

【符号の説明】

１０…画像読取装置 １６…変換部 １８…信号処理部 ２０…支持台 ２２…移動台 ２８（２８ｂ、２８ｇ、２８ｒ）…リニアイメージセン
サ ３２…ピエゾ素子 ６０、１０６…ア
ンプ ６２…ピエゾ信号発生部 ６４…制御部 １０２…階段波電圧発生部 １０４…ローパス
フィルタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の光電変換画素が連結されたリニアイ
   メージセンサにより原稿を主走査方向に光電的に読み取
   るとともに、前記原稿を前記リニアイメージセンサに対
   して相対的に副走査方向に移送することで、前記原稿に
   担持された画像情報を２次元的に読み取る画像読取装置
   において、 画素ずらし法による解像度向上のために前記リニアイメ
   ージセンサを主走査方向に所定量往復変位させる圧電素
   子と、 前記圧電素子に供給する階段波を発生する階段波発生手
   段と、 前記階段波発生手段と前記圧電素子との間に配されるロ
   ーパスフィルタとを備えることを特徴とする画像読取装
   置。