JP4378706B2 - 画像読取装置 - Google Patents

Description

本発明は画像読取装置に関する。

従来、ファクシミリやコピー機等に搭載される読取装置として、スタート信号及びクロックパルス信号に従い画像読取動作を行う密着型イメージセンサ（ＣＩＳ：Contact Image Sensor）を用いたものが知られている。

特開昭５４−８００２４号公報 特開昭５８−６６７０号公報 特開昭６０−１２４１７６号公報

密着型イメージセンサでは、図１０（Ａ）の概略図に示すように、端部にＬＥＤ等の光源が設けられたライトガイドが光を主走査方向に拡散させつつ原稿等の照射対象に照射し、主走査方向に沿って配置されたイメージセンサがその反射光を受光する。

しかしながら、ライトガイドにおいて、端部に設けられたＬＥＤ等の光源からの光を側面から均一に放出させることは困難であり、例えば図１０（Ｂ）に示すように、白色の照射対象に光を照射した際の出力信号（以下、白信号という）には、位置によっては最大２０〜３０％程度の差が生じてしまう場合がある。この場合、白信号の低い領域では、白信号の高い領域と比べて、光を照射しない場合の出力信号（以下、黒信号という）との差（白-黒レベル差）が小さくなって階調性が低下してしまうという問題がある。

本発明は、上記問題を鑑みて為されたものであり、白-黒レベルの階調性を損ねることなく画像の読み取りが可能な画像読取装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を解決するため、本発明の画像読取装置は、
被読取物からの光を受光するライン状に配列した受光素子と、
受光素子の任意の数を１組として複数の領域に分け、領域毎に信号を出力する出力手段と、
出力手段が出力した信号を増幅する増幅手段と、
出力手段が出力した白信号の最高レベルを基準として他の領域の増幅手段に対して利得の調整を行う利得調整手段と、
を備えることを特徴とする。

これによると、白信号の最高レベルを基準として他の領域の増幅手段に対して利得の調整を行うことで、白信号の低い領域があったとしても、その領域について白信号の最高レベルを含む領域と同等の階調性を得ることができる。

また、本発明の画像読取装置において、
上記利得は、複数の領域のうち、白信号の最高レベルを含む領域での白信号の最高レベルと黒信号の最低レベルの差と、複数の領域のうち、増幅させる領域での白信号の最高レベルと黒信号の最低レベルの差との比によって決定される。

これによると、利得をこのように決定することで、増幅手段の性能を有効に利用することができる。

ここで、“白信号の最高レベル”とは、黒信号から白信号へ向かう方向の最も先にある値を意味する。また、“黒信号の最低レベル”とは、白信号から黒信号へ向かう方向の最も先にある値を意味する。従って、白信号が黒信号よりも電圧のプラス側に表れる受光素子（例えば、ＭＯＳ型のイメージセンサ）であれば、“白信号の最大電圧値”が“白信号の最高レベル”となり、“黒信号の最小電圧値”が“黒信号の最低レベル”となる。他方、白信号が黒信号よりも電圧のマイナス側に表れる受光素子（例えば、ＣＣＤ型のイメージセンサ）であれば、“白信号の最小電圧値”が“白信号の最高レベル”となり、“黒信号の最大電圧値”が“黒信号の最低レベル”となる。

また、本発明の画像読取装置において、
ライン状に配列した受光素子のうち被読取物のサイズに対応した受光素子の受光範囲を特定する特定手段を備え、
利得調整手段は、出力手段が出力した白信号のうち受光範囲に含まれる領域での最高レベルを基準として、該受光範囲に含まれる他の領域の増幅手段に対して利得の調整を行う。

これによると、受光素子のうち被読取物から受光する受光範囲に関してのみ上述の利得調整を行うことで、例えば、白信号の最高レベル付近が受光範囲に該当しない場合等であっても、受光範囲における最高レベルを基準に利得調整を行うことから、受光範囲についての階調性を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

（１）画像読取装置の構成
図１は、画像読取装置１０の断面図である。画像読取装置１０は、フラットベッド機構（ＦＢ：Flat Bed）及び自動給紙機構（ＡＤＦ：Automatic Document Feeder）の双方を備えたタイプのものであり、この画像読取装置１０自体も、フラットベッド部１０ａに対してカバー部１０ｂを開閉可能に取り付けてなるクラムシェル構造となっている。

そして、この画像読取装置１０において、フラットベッド部１０ａには、密着型イメージセンサ（ＣＩＳ：Contact Image Sensor；本発明の出力手段）１２やプラテンガラス１４等が設けられており、カバー部１０ｂには、原稿供給トレイ１６，原稿搬送装置１８，原稿搬出トレイ２０等が設けられている。本実施形態において、イメージセンサ１２は、ＭＯＳ型のイメージセンサで構成されているが、これに限らず、ＣＣＤ型のイメージセンサであってもよい。

イメージセンサ１２は、ライトガイド２６から読取対象位置に存在する原稿（被読取物）に対して光を照射し、原稿からの反射光をセルフォックレンズ２４によってライン状に配列した受光素子を有する受光部２２に結像することで画像を読み取るように構成されている。

また、イメージセンサ１２は、図示しない駆動機構により図１における左右方向に駆動されるようになっており、実際に原稿を読み取る際には、受光部２２が読取位置の真下となる位置へ移動する。

図２（Ａ）は、ライトガイド２６の概略図である。ライトガイド２６は、主走査方向に延びた柱形状を為しており、その片方の端部にはＬＥＤからなる光源２８が設けられている。ライトガイド２６は、光源２８からの光ＬＴを主走査方向に拡散させつつ、図１に示すように照射対象である原稿に照射する。

光源２８は、光の三原色である赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の３色のＬＥＤ２８R,G,Bを組み合わせたものとして構成されている。図２（Ｂ）に示すように、これらのＬＥＤ２８R,G,Bは、それぞれＦＥＴ等のスイッチング素子SW_R,G,Bに接続されており、後述するＡＳＩＣ１０５から受ける制御信号PWM_R,G,Bによって各々独立に点灯させることが可能である。また、ＬＥＤ２８R,G,Bが発する光の光量は、制御信号PWM_R,G,Bのパルス幅を変化させることにより、それぞれ調整することができる。

次に、画像読取装置１０の電気的構成について説明する。図３は、画像読取装置１０の電気的構成の概略を表すブロック図である。画像読取装置１０は、原稿の画像を読み取るイメージセンサ１２と、イメージセンサ１２から得られる画素毎の出力信号をデジタルデータとしての画素データに変換するアナログフロントエンド（ＡＦＥ）９と、ＡＦＥ９からの画素データに対して各種処理を行うとともにイメージセンサ１２及びＡＦＥ９の制御を行うＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）１０５と、を備えている。

また、ＡＳＩＣ１０５には、画像読取装置１０を統括制御するＣＰＵ１０１と、ＣＰＵ１０１が実行するプログラム及びそれに必要なデータを記憶しているＲＯＭ１０２と、ＣＰＵ１０１がプログラムを実行する際に作業領域として利用され、ＡＳＩＣ１０５において各種処理された画素データを一旦記憶するＲＡＭ１０３と、がバス１０４を介して接続されている。

画像読取装置１０は、イメージセンサ１２を用いて原稿から画像を読み取り、各チャンネル（本実施形態ではch１，ch２，ch３）から出力される出力信号、即ちイメージセンサ１２を構成する各chの読取デバイス６，７，８からの出力信号をＡＦＥ９に入力する。このように、イメージセンサ（出力手段）１２は、受光素子の任意の数を１組とする複数のチャンネルｃｈ（領域）に分けられており、領域毎に信号を出力する。

イメージセンサ１２は、ch１読取デバイス６と、ch２読取デバイス７と、ch３読取デバイス８と、を備え、各読取デバイス６，７，８はいずれも複数の受光素子を備えている。各読取デバイス６，７，８が備える複数の受光素子は、主走査方向に一次元配列したラインセンサ６ａ，７ａ，８ａとしてそれぞれ構成されている。このように配列したラインセンサ６ａ，７ａ，８ａが、上述の受光部２２に相当する。

イメージセンサ１２は、ＡＳＩＣ１０５から出力されるスタート信号ＳＩによってその動作を開始し、同じくＡＳＩＣ１０５から出力される読取基準クロックＣＬＫに基づいて、各chの読取デバイス６，７，８がそれぞれ主走査方向配列順に出力信号を出力する。以下、読取デバイス６，７，８の具体的な動作について説明する。

ch１読取デバイス６は、Ａ４幅で１２００ｄｐｉを読み取るため、０〜３３７３までの３３７４個の受光素子が主走査方向に一次元配列したラインセンサ６ａと、各受光素子とバッファアンプ６ｄとの間に各々設けられたスイッチ６ｂと、これら各スイッチ６ｂを主走査方向配列順に順次オンするためのシフトレジスタ６ｃと、を備える。各スイッチ６ｂは、具体的にはＭＯＳトランジスタ等の半導体スイッチング素子にて構成されたものである。

シフトレジスタ６ｃには、スタート信号ＳＩ及び読取基準クロックＣＬＫが入力され、読取基準クロックＣＬＫに基づいて、各スイッチ６ｂを主走査方向配列順に順次オンするための信号を出力する。つまり、まず最初の受光素子（０）に対応したスイッチ６ｂがオンされることによってその出力信号がバッファアンプ６ｄを介してＡＦＥ９へ入力され、続いて次の受光素子（１）に対応したスイッチ６ｂがオンされることによってその出力信号がバッファアンプ６ｄを介してＡＦＥ９へ入力される。これが、最後の受光素子（３３７３）に対応したスイッチ６ｂがオンされるまで順次繰り返される。

また、ch２読取デバイス７もch１読取デバイス６と同様に、３３７４〜６７４７までの３３７４個の受光素子が主走査方向に一次元配列したラインセンサ７ａと、各受光素子とパッファアンプ７ｄとの間に各々設けられたスイッチ７ｂと、これら各スイッチ７ｂを、主走査方向配列順に順次オンするためのシフトレジスタ７ｃと、を備える。また、ch３読取デバイス８もch１読取デバイス６と同様に、６７４８〜１０１２１までの３３７４個の受光素子が主走査方向に一次元配列したラインセンサ８ａと、各受光素子とバッファアンプ８ｄとの間に各々設けられたスイッチ８ｂと、これら各スイッチ８ｂを、主走査方向配列順に順次オンするためのシフトレジスタ８ｃと、を備える。

ch２読取デバイス７の各スイッチ７ｂもch３読取デバイス８の各スイッチ８ｂもch１読取デバイス６の各スイッチ６ｂと同様にＭＯＳトランジスタ等の半導体スイッチング素子にて構成されたものである。これらのch２読取デバイス７及びch３読取デバイス８についても、ch１読取デバイス６と同様に動作するため、ここではその説明を省略する。

ＡＦＥ９は、オフセット調整回路（ＯＦＳ）４１〜４３と、アナログアンプ（本発明の増幅手段）５１〜５３と、マルチプレクサ（ＭＵＸ）９２と、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）９１と、を備えている。このＡＦＥ９は、３つのチャンネルch１〜３に対応した構成となっており、上記のオフセット調整回路４１〜４３、アナログアンプ５１〜５３をチャンネル毎に備えている。

即ち、イメージセンサ１２を構成するch１読取デバイス６からの出力信号は、ch１に対応したオフセット調整回路４１、アナログアンプ５１を介してマルチプレクサ５０に入力される。また、ch２読取デバイス７からの出力信号は、ch２に対応したオフセット調整回路４２、アナログアンプ５２を介してマルチプレクサ５０に入力される。また、ch３読取デバイス８からの出力信号は、ch３に対応したオフセット調整回路４３、アナログアンプ５３を介してマルチプレクサ５０に入力される。

オフセット調整回路４１〜４３は、各ch１〜３の出力信号に対してオフセット電圧を加える構成にされている。アナログアンプ５１〜５３は、出力信号に対しての利得を調整可能な周知のアナログアンプである。各アンプの利得はそれぞれ図示しないゲインレジスタにより設定されており、この設定値を変更することで利得をそれぞれ任意に設定することができる。

マルチプレクサ９２は、３つの入力チャンネルと１つの出力チャンネルを備えており、各入力チャンネルは対応するアンプ５１〜５３の出力端に接続され、出力チャンネルはアナログデジタル変換器９１に接続されている。このマルチプレクサ９２は、３つのアンプ５１〜５３からの出力信号のいずれかを選択してアナログデジタル変換器９１へ順次入力するよう構成されている。そして、アナログデジタル変換器９１は、アナログ信号として入力された出力信号を、デジタルデータとしての画素データに変換してＡＳＩＣ１０５に入力する。

ＡＳＩＣ１０５は、所定のタイミングに基づいてイメージセンサ１２やＡＦＥ９を制御する機能、読み取った画素データをＲＡＭ１０３に読み書きする機能、読み取った画素データに対して各種画像処理を行う機能などを有する。これにより、ＡＳＩＣ１０５は、本発明の利得調整手段として機能する。

他にも、ＡＳＩＣ１０５には、画像読取装置１０の外面の操作パネルに設けられた図示しない操作キーやＬＣＤ（Liquid Crystal Display）が接続されており、ユーザは、操作キーの操作によって画像読取装置１０を動作させることができる。ここで、画像の読み取りを行う際において、ＬＣＤには、読み取る原稿のサイズ（特には、主走査方向のサイズ）の入力を促すメッセージが表示され、これに応じて、ユーザが操作キーを操作することで、ＡＳＩＣ１０５は読み取る原稿のサイズ、すなわちイメージセンサ１２の中で原稿からの光を受ける受光範囲を特定することができる。すなわち、ＡＳＩＣ１０５は、本発明の特定手段としても機能する。

（２）画像読取装置の作動
画像読取装置１０の作動について説明する。図４は、画像読取装置１０が原稿から画像を読み取る際に行う処理（読取処理）の流れを表すフローチャートである。

画像読取装置１０は、読取処理を開始すると、まず、フラットベッド部１０ａの上面裏側に設けられた白色の部材（白部材）の直下位置に、イメージセンサ１２を図示しない駆動機構によって移動させる（Ｓ１）。これは、後述する白レベル補正を行うためである。白部材は、読み取り位置の近辺にイメージセンサ１２の主走査方向に沿うように設けられている。

次に、画像読取装置１０は、ＡＦＥ９の仮調整を行う（Ｓ２）。これは、ch１，ch２，ch３の全てのチャンネルに共通するオフセット値やゲイン値（利得値）を仮に設定する。これは、従来のＡＦＥの調整と同様である。

次に、画像読取装置１０は、光源２８のＲＧＢの各色（２８R,G,B）について光量の調整を行う（Ｓ３）。これは、図７に示すように、光源２８を為す各ＬＥＤ２８R,G,Bについて、ライトガイド２６が白部材に対して光を照射した際にそれぞれのイメージセンサ１２から出力された出力信号（白信号）の電圧レベル（いわゆる白レベル）の最大値（白MAX：ch３）が、アナログデジタル変換器９１が変換可能な電圧レベルの上限Ref
Ｈと合うように、制御信号PWM_R,G,Bのパルス幅を定める。

具体的には、各ＬＥＤ２８R,G,Bについて、最大パルス幅の制御信号PWM_R,G,Bを与え、アナログデジタル変換器９１に入力される白信号にRef
Ｈを超える画素（オーバーフロー画素）が存在する場合に、パルス幅を徐々に減らしていき、オーバーフロー画素がなくなったときのパルス幅を設定値とする。

そして、画像読取装置１０は、チャンネル毎の調整を行う（Ｓ４：各チャンネル調整処理）。図５に、各チャンネル調整処理のフローチャートを示す。まず、画像読取装置１０は、オフセット値やゲイン値などの各種設定値の初期値を入力して（Ｓ４１）、ＡＦＥ９の仮設定を行った上で（Ｓ４２）、以降のチャンネル毎の調整を行う。

次に、画像読取装置１０は、光源２８を消灯して（Ｓ４３）、オフセット調整回路（ＯＦＳ）４１〜４３のオフセット電圧値をチャンネル毎に調整する（Ｓ４４）。すなわち、光源２８を消灯した際にそれぞれのシフトレジスタ６ｃ，７ｃ，８ｃから出力される出力信号（黒信号）の電圧レベル（いわゆる黒レベル）について、チャンネル毎に各最小値をオフセット電圧値（Ref Ｌ）として定める（図６参照）。

次に、画像読取装置１０は、Ｓ３で定めた光源２８（２８R,G,B）の制御信号PWM_R,G,Bのパルス幅をセットし（Ｓ４５）、各色（R,G,B）について、アナログアンプ５１〜５３のゲイン値（利得値）をチャンネル毎に調整する（Ｓ４６）。

すなわち、図６に示すように、白部材に対して光を照射した際にそれぞれのシフトレジスタ６ｃ，７ｃ，８ｃから出力された出力信号（白信号）の電圧レベル（いわゆる白レベル）の各最大値（ch１MAX，ch２MAX，ch３MAX）の差が縮小するように、それぞれのアナログアンプ５１〜５３に対してゲイン値の調整を行う（本発明の利得調整手段としての機能）。当該調整は、各色（R,G,B）について行う。

具体的には、図６に示すように、全体（ch１〜３）の中での白レベルの最大値（ch３MAX）がch３の位置にある場合、ch３MAXを目標値としてゲイン値を定める、すなわち、ch１であればゲイン値を（ch３MAX−ch３MIN）／（ch１MAX−ch１MIN）となるように定め、ch２であればゲイン値を（ch３MAX−ch３MIN）／（ch２MAX−ch２MIN）となるように定める。このようにしてゲイン調整を行った場合、アナログデジタル変換器９１に入力されるアナログ信号は、どのchの領域においても最大値がRef
Ｈとなっているため、全ての領域にわたって良好な階調性が得られることになる。

その後、画像読取装置１０は、読み取りの開始に必要となるＳ４４およびＳ４６で調整したチャンネル毎のオフセット値およびゲイン値を設定し（Ｓ４７）、リターンする。

図４のフローチャートに戻り、画像読取装置１０は、各色の白レベルおよび黒レベルのデータを読み込み（Ｓ５）、各色のシェーディングデータを算出する（Ｓ６）。そして、イメージセンサ１２を図示しない駆動機構により搬送し（Ｓ７）、読取開始位置に位置させた上で（Ｓ８）、原稿から画像の読み取りを行う（Ｓ９）。その後、イメージセンサ１２が読み取り終了位置まで達して読み取りが終わると（Ｓ１０）、イメージセンサ１２を図示しない駆動機構により元の位置へ戻す（Ｓ１１）。以上により読取処理が終了する。

（３）変形例
上記実施形態の変形例について説明する。画像読取装置１０は、まず、例えば図４のフローチャートのステップＳ１の以前に、ＬＣＤに読み取る原稿のサイズ（特には、主走査方向のサイズ）の入力を促すメッセージを表示し、これに応じてユーザが操作キーを操作することで、読み取る原稿のサイズ、すなわちイメージセンサ１２の中で原稿からの光を受ける原稿範囲（受光範囲）を特定する処理を行う。

そして、画像読取装置１０は、図５のフローチャートのステップＳ３で各色の光量調整を行う際に、図９に示すように、白レベルのうち原稿範囲に該当する部分のみに対して、上記の如き光量調整を行う（これをステップＳ３Ａとする）。

すなわち、図９に示すように、例えば、ch１とch２の領域が原稿範囲とされ、ch３の領域が非原稿範囲とされている場合、光源２８を為す各ＬＥＤ２８R,G,Bについて、原稿範囲における白レベルの最大値（ここではch２MAX）が、アナログデジタル変換器９１が変換可能な電圧レベルの上限Ref
Ｈと合うように、制御信号PWM_R,G,Bのパルス幅を定める。

また、画像読取装置１０は、図５のフローチャートのステップＳ４６でゲイン調整を行う際に、図８に示すように、白レベルのうち原稿範囲に該当する部分のみに対して、上記の如きチャンネル毎のゲイン調整を行う（これをステップＳ４６Ａとする）。

すなわち、図８に示すように、例えば、ch１とch２の領域が原稿範囲とされ、ch３の領域が非原稿範囲とされている場合、原稿範囲における白レベルの最大値（ここではch２MAX）を目標値としてゲイン値を定める、すなわち、ch１であればゲイン値を（ch２MAX−ch２MIN）／（ch１MAX−ch１MIN）となるように定める。

以上の変形例は、原稿範囲に該当する白レベルが非原稿範囲に該当する白レベルよりも低い場合に、原稿範囲における階調性を向上させることができる点で特に有用である。なお、上記の変形例は、ch２とch３の間が原稿範囲と非原稿範囲の境界となっている場合の例であるが、原稿範囲と非原稿範囲の境界がいずれかのchの途中に位置している場合であっても適用することができる。例えば、原稿範囲がch３の途中まで達する場合に、ch１の全体とch２の全体とch３の原稿範囲側の中での最大値に対して、上記のような光量調整や利得調整を行う。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの形式に限定されるものではなく、これらに具現された発明と同一性の範囲内において適宜変更して実施し得る。

画像読取装置の断面構造を概略的に表す図 ライトガイド及び光源（ＬＥＤ）の説明図 画像読取装置の電気的構成の概略を表すブロック図 画像読取装置が行う画像読取処理の流れを表すフローチャート 画像読取装置が行う各チャンネル調整処理の流れを表すフローチャート 白レベル調整に関する説明図 光量調整に関する説明図 白レベル調整に関する説明図（変形例） 光量調整に関する説明図（変形例） 従来の問題点についての説明図

符号の説明

６，７，８ 読取デバイス
６ａ，７ａ，８ａ ラインセンサ
６ｃ，７ｃ，８ｃ シフトレジスタ
９ アナログフロントエンド（ＡＦＥ）
１０ 画像読取装置
１２ 密着型イメージセンサ（ＣＩＳ：Contact Image Sensor）（出力手段）
２６ ライトガイド
２２ 受光部
２８（２８R,G,B） 光源（ＬＥＤ）
４１〜４３ オフセット調整回路（ＯＦＳ）
５１〜５３ アナログアンプ（増幅手段）
９１ アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）
９２ マルチプレクサ（ＭＵＸ）
１０５ ＡＳＩＣ（利得調整手段，特定手段）

Claims (1)

1. 被読取物からの光を受光するライン状に配列した受光素子と、
   前記受光素子の任意の数を１組として複数の領域に分け、領域毎に信号を出力する出力手段と、
   前記出力手段が出力した信号を増幅する増幅手段と、
   前記出力手段が出力した白信号の最高レベルを基準として他の領域の増幅手段に対して利得の調整を行う利得調整手段と、
   ライン状に配列した前記受光素子のうち被読取物のサイズに対応した受光素子の受光範囲を特定する特定手段を備え、
   前記利得は、前記複数の領域のうち、白信号の最高レベルを含む領域での白信号の最高レベルと黒信号の最低レベルの差と、前記複数の領域のうち、増幅させる領域での白信号の最高レベルと黒信号の最低レベルの差との比によって決定され、
   前記利得調整手段は、前記出力手段が出力した白信号のうち前記受光範囲に含まれる領域での最高レベルを基準として、該受光範囲に含まれる他の領域の増幅手段に対して利得の調整を行うことを特徴とする画像読取装置。

Images