JP2010118721A - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像読取装置におけるライン光源を点滅制御しながら原稿画像の読み取りを、原稿の読取データの色合いに変化を生じさせずに行うことが可能な画像読取装置を提供する。
【解決手段】原稿に光を照射しその反射光を読み取ることによって当該原稿の画像データを取得する画像読取装置であって、原稿に光を照射するライン光源と、前記原稿又は前記ライン光源を搭載するキャリッジを移動させる駆動手段と、前記キャリッジに対して副走査方向に相対移動する前記原稿の反射光を受光して画像データに変換するラインセンサと、前記ライン光源の点滅制御、前記駆動手段の駆動制御及び前記ラインセンサからの画像データの取り込み制御を行う制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記ライン光源の光量調整を、所定の点灯時間幅を有する点灯信号の回数制御により行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機やファクシミリ装置に搭載され、原稿に光を照射しその反射光を受光して原稿の画像データを得る画像読取装置に関し、特に、原稿に光を照射するライン光源の光量調整に関する。

原稿画像を読み取る一般的な方式としては、原稿を一定速度で読取搬送させながら固定位置で読取搬送される原稿に光を照射しその反射光を得るようにした自動原稿搬送装置（ＡＤＦ：Auto Document Feeder）を備えた画像読取方式と、透明ガラスの原稿載置台（プラテン）上に載置された原稿に光を照射してその反射光を読み取るようにしたキャリッジ走行方式の画像読取方式がある。

何れの画像読取方式による画像読取装置においても、その読取解像度に対応して、原稿の副走査方向における所定ピッチ毎の光学画像をＣＣＤ等の光電変換装置（本願では、「ラインセンサ」という）によって電気信号に変換することにより画像データを取得する。

従来から、ラインセンサにより原稿画像を高Ｓ／Ｎ比で読み取ると共にラインセンサの輝度のバラツキ（初期及び経年変化によるバラツキ）を調整したり、更には、ラインセンサの光電変換レンジをなるべく広く確保するために、光源へ印加する電圧を可変するインバータ調光や、光源への電圧印加時間を調整するためのＰＷＭ調光が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。

また、原稿に光を照射する光源として、従来は冷陰極管が広く使用されてきたが、近年、発光効率が高く光の三原色領域においてバランスよく発光するＬＥＤが開発されてきたことから、ＬＥＤを組み合わせたライン光源が利用されるに至っている（例えば、特許文献３、特許文献４を参照）。

さらに、原稿はキャリッジ等の読取手段と相対的に移動することから、各読取ライン時における光源の点灯時間を短くすることによって読取解像度を改善させることも知られている（例えば、特許文献３、特許文献５を参照）。
特開２００７−３６７７０号公報 特開２００３−２４４３９５号公報 特開平６−１９８９５８号公報 特開２００８−１６０５８２号公報 特開２００６−２０１７６６号公報

しかし、冷陰極管はもとよりＬＥＤによるライン光源であっても、図１２に示すように、その点灯時（立上り Ａ）及び消灯時（立下り Ｃ）における照射光の色合いは、安定点灯時（定常状態 Ｂ）の色合いとは異なる。従って、原稿に光を照射するライン光源を、点滅調光又はＰＷＭ調光すると、その点灯時間の長短によって、照射光における波長領域の分布が変動してしまうので原稿の読取データの色合いに変化を生じさせてしまうことになる。特に、青色光を蛍光体に照射しそれによって赤色光と緑色光を蛍光発光させるようにした青色励起方式の白色ＬＥＤ光源の場合は、立上り時（Ａ）は安定点灯時（Ｂ）に比較して青色が強く、また立下り時（Ｃ）は赤色と緑色が強いというように、点灯時間に基づく色合いの変化が顕著である。

図１３（ａ）は光源が暗くてよい場合のＬＥＤの点灯駆動、図１３（ｂ）は明るい光源が必要な場合のＬＥＤの従来の点灯駆動について説明するための模式図である。この図１３（ｂ）から分かるように、従来は、明るい光源が必要な場合、ＬＥＤの点灯回数は図１３（ａ）の暗い光源の場合と同じままで、ＬＥＤの１回の点灯時間を長くしていた。しかし、この場合、定常状態Ｂに対する立上り／立下り（Ａ及びＣ）の比が、図１３（ａ）の場合と異なってしまう。このため、上記のような色合いの変化が生じることとなる。

本発明は、上記した従来技術の課題に鑑みてなされたものであって、画像読取装置におけるライン光源を点滅制御しながら原稿画像の読み取りを行う場合に、原稿の読取データの色合いに変化を生じさせずに読み取ることが可能な画像読取装置を提供することを目的とする。

このため、本発明は、原稿に光を照射しその反射光を読み取ることによって当該原稿の画像データを取得する画像読取装置であって、原稿に光を照射するライン光源と、前記原稿又は前記ライン光源を搭載するキャリッジを移動させる駆動手段と、前記キャリッジに対して副走査方向に相対移動する前記原稿の反射光を受光して画像データに変換するラインセンサと、前記ライン光源の点滅制御、前記駆動手段の駆動制御及び前記ラインセンサからの画像データの取り込み制御を行う制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記ライン光源の光量調整を、所定の点灯時間幅を有する点灯信号の回数制御により行うことを特徴とする画像読取装置を提供するものである。

ここで、本画像読取装置によりその基本分解能の１／Ｎ倍の分解能による画像読み取りを行う場合には、前記ライン光源の点灯信号の回数をＮ回以上とすることを特徴とする。また、前記基本分解能の１／Ｎ倍の分解能による画像読み取り時における点灯信号の回数が２回以上になるように、前記基本分解能による画像読み取り時の点灯信号の回数を設定する。

そして、本画像読取装置の制御手段は、前記ラインセンサから画像データの取り込むライン同期信号間における前記ライン光源の最初の点灯と最後の点灯のタイミングを読み取り分解能に関わらず一定となるようにしている。これにより、ＬＥＤ光源の経時変化を補正するための点灯回数増加による、出荷後や使用時間増加による読み取り分解能の劣化を防止している。

本画像読取装置のライン光源は、１又は複数のＬＥＤにより構成され、当該ライン光源の点灯信号は、前記駆動手段を構成するステッピングモータへのモータクロック信号もしくは１ラインの蓄積時間を決める信号に同期して出力することを特徴とする。

本発明の画像読取装置によれば、画像読取装置におけるライン光源を点滅制御しながら原稿画像の読み取りを行う場合に、原稿の読取データの色合いに変化を生じさせずに読み取ることが可能となる。

以下、本発明に係る画像読取装置の具体例について、図面に基づいて説明する。

上述したように、原稿の画像読み取りの方式として、ＡＤＦにより原稿を搬送しながら読み取るＡＤＦ搬送読取方式と、プラテン上に載置された静止原稿に対してキャリッジを走行させながら原稿を読み取るキャリッジ走行読取方式があるが、以下、キャリッジ走行読取方式の例を挙げて説明する。

図８は、このようなキャリッジ走行方式の画像読取装置１００の動作を説明するための模式図である。図８に示すように、シャーシ１上に取り付けられたプラテン２に原稿（図示せず）を載置して第１キャリッジ３と第２キャリッジ７で協働して原稿上のイメージをＣＣＤ等の光電変換素子（ラインセンサ）１２上に投影させるようにしている。ラインセンサ１２は、直線状に並べられた複数の光電変換素子を備え、この素子の並べられた方向を主走査方向、この主走査方向に直行したキャリッジの移動方向（図８矢印Ａ方向）を副走査方向という。

載置された原稿は、第１キャリッジ３に配置された光源（例えば、一または複数のＬＥＤから構成されるＬＥＤライン光源、以下「ＬＥＤ」という）４によって照射され、照射された光の拡散光は、第１キャリッジ３の開口部５を経て第１ミラー６によって副走査方向に光路変更される。光路変更された原稿上のイメージは、第２キャリッジ７の第２ミラー８で下方へ、次いで第３ミラー９によってレンズ１１の方へ導かれる。そして、レンズ１１で集光された画像データはアングル１４でシャーシ１に止められたＣＣＤ基板１３のラインセンサ１２に照射される。なお、本実施例では、ＬＥＤ４は青色ＬＥＤ発光部とその青色ＬＥＤ発光部を覆う黄色系の蛍光物質含有のコーティング部材から構成され、青色ＬＥＤ発光部から発光した光で黄色系の蛍光物質を励起し、その黄色系のスペクトルを青色ＬＥＤのスペクトルと合わせることにより白色光を発光するＬＥＤチップを複数主走査方向に並べた白色のＬＥＤライン光源を使用している。

原稿面から複数のミラー６、８、９を辿ってレンズ１１に至るまでの光路長さが常に一定となるよう、第１キャリッジ３は第２キャリッジ７の倍のスピードで副走査する（図中矢印Ａ方向に移動する）ように駆動系が構成されている。

また、図８に示す２キャリッジ走行方式の画像読取装置１００の他に、第１キャリッジ３、第２キャリッジ７及びＣＣＤ基板１３が一体的に形成された１キャリッジ走行方式の画像読取装置であっても構わない。

図１１は画像読取装置１００の電気的ハード構成を示すブロック図である。制御手段を構成するＣＰＵ２００に、システムバス２０１を介してＲＯＭ２０２，ＲＡＭ２０３，画像処理回路２０４、外部インタフェース２０５、Ｉ／Ｏポート２０６が接続されている。そして、第１、第２キャリッジ３，７を副走査方向に移動させるためのモータ２０８（ステッピングモータで構成）を駆動制御するモータ駆動回路２０７、ラインセンサ１２の読取動作を制御するラインセンサ駆動回路２０９、ＬＥＤ４の点灯制御を行うＬＥＤ駆動回路２１０がＩ／Ｏポート２０６を介してＣＰＵ２００に接続されている。

モータ２０８は、ＣＰＵ２００から出力される所定周期の駆動クロックＣＫＬに応じて駆動され、ラインセンサ１２は、ラインセンサ１２の電荷転送タイミング及び蓄積時間を定めるライン信号ＳＨに基づいて原稿の読取を行い、ＬＥＤ４は、ＬＥＤ駆動回路２１０から出力されるＬＥＤ点灯信号ＯＮ／ＯＦＦに基づいて点灯制御される。

ラインセンサ１２から出力されたアナログの画像信号は、ラインセンサ駆動回路２０９内のＡ／Ｄコンバータでデジタル信号へ変換された後、Ｉ／Ｏポート２０６、システムバス２０１を介して画像処理回路２０４に入力され、そこで種々の画像処理が施された後、外部インタフェースＩＦ２０５を介して装置外部へ転送される。

本発明の画像読み取りの特徴は、ＬＥＤ４の点灯時間の長短によって生じる色合いの変化を防ぐため、ＬＥＤ４の点灯時間を一定にするところにある。

図１に本発明におけるライン光源の点灯制御の原理を示す。この図に示すように、明るい光源が必要な場合でも、定常状態Ｂを一定にして複数回ＬＥＤを点灯する（即ち、ＬＥＤ点灯信号のＯＮの出力時間は常に一定にして、そのＯＮ回数の増減で調光する）ようにすれば、定常状態Ｂに対するＬＥＤの立上り時、立下り時（Ａ、Ｃ）の比が一定になる。これにより、図１３（ｂ）のような光量調整による色合いの変化は発生せず、光量を増加させても図１３（ａ）と同じ色合いの画像を得ることができる。

このように、本発明では、ＬＥＤの点灯時間を一定にし、光量の調節が必要な場合は点灯回数を増減させることによって行うこととする。

次に、一般に、蓄積時間中に光源を点滅させる画像読取装置における副走査方向のＭＴＦ（Modulation Transfer Function）を向上する手段として、蓄積時間中の光源の点灯回数を減らす手法がある。しかし、単純に点灯回数を減らすと読取が行われない領域が出てきてしまうため、適切な点灯回数を設定する必要がある。

図２は、点灯回数の制御について説明するための模式図である。例として、基本解像度が６００ｄｐｉの装置について以下に説明する。なお、基本解像度とは、ラインセンサのメカ的解像度であり、光学系との組み合わせによって決まる。ここでは基本解像度が６００ｄｐｉなので、ラインセンサ１２の読取エリアが約４２μｍとなっている。また、モータ駆動信号ＣＬＫ１個につき原稿面上で第１キャリッジ３が約４２μｍ副走査方向に移動するよう駆動系を構成してある。またラインセンサ１２はＬＥＤが点灯しているときのみ読み取りを行う。

図２（ａ）に示すように、読取解像度が基本解像度６００ｄｐｉの場合は、モータ駆動信号ＣＬＫに同期してＬＥＤ信号も同期させてＬＥＤを点灯させ、さらにモータ駆動信号ＣＬＫ１個で第１キャリッジ３が移動する距離（４２μｍ）とラインセンサ１２の読取エリア（４２μｍ）が等しいので、矢印Ａで示す副走査方向においてラインセンサ１２が読み取りを行う各読取エリア〔読取エリア（１）〜読取エリア（４）〕は隙間なく隣接し、正常に読み取りが行われる。

しかし図２（ｂ）に示すように、基本解像度が６００ｄｐｉで、読取解像度２００ｄｐｉのスキャンを行う場合、１蓄積時間Ｔ中にラインセンサ１２が読み取るべき領域（１２６μｍ）がラインセンサ１２の読取領域（４２μｍ）よりも大きく、ＬＥＤの点灯回数が少ないと（つまり２回以下では）、読み込みができないエリアができてしまう。そのため、図２（ｃ）に示すように、最低でも３回以上の点灯が必要になる。これがその解像度における必要点灯回数である。ＬＥＤを１蓄積時間Ｔで点灯する回数（必要点灯回数）は、基本分解能÷読取分解能で求める。読取解像度がいくつかある場合は、最低解像度での必要点灯回数を求め、その回数以上を点灯回数として用いればよい。画像読取装置の基本解像度が６００ｄｐｉ、読取解像度が２００ｄｐｉ、３００ｄｐｉ、６００ｄｐｉの場合を例にとって説明すると、６００ｄｐｉ（基本解像度）÷２００ｄｐｉ（最低読取解像度）が３となることから、点灯回数は３回以上とすればよい。そして、その点灯のタイミングは、図２（ｃ）のように、各読取エリアが隙間なく隣接するようなタイミングを各解像度毎に定めればいい。なお、各解像度における点灯回数及び点灯タイミングは制御手段のＣＰＵ２００が求める。

さらに、解像度に係らず点灯回数を同じにすることで解像度毎に明るさが変わるという不具合は生じない。そこで、このとき、ＣＣＤの出力電荷量は、光源の光量とＣＣＤの感度にて決定し、一般には、図３に示すように、読み取り解像度が異なっていても、ＣＣＤの蓄積時間は同じでＬＥＤの必要光量は変化しないため、各解像度でのスキャンにおいて１ライン中の点灯回数は同じにする必要がある。

イメージセンサは常に移動しているため、図４に示すように、１蓄積時間Ｔ中に２回ＬＥＤを点灯させると、イメージセンサ１１が読み取る副走査方向の読取エリアは、１回目の点灯時に読み取る読取エリアａｒｅａ１と２回目の点灯時に読み取る読取エリアａｒｅａ２を足し合わせたｔｏｔａｌ ａｒｅａとなる。よって、１蓄積時間中の点灯回数が増えるほどイメージセンサが読み取る領域が長くなり、結果として副走査方向のＭＴＦが低下してしまう。

ここで、光源はその使用年数に従って光量が低下してしまうが、イメージセンサの各画素がランプの光量低下にかかわらず常に一定電荷を出力することで良好な画質を維持することができる。従って、ランプの使用年数等でランプ光量が低下した場合、１蓄積時間中の点灯回数を増やす必要がある。しかし、単純に点灯回数を増やしてしまうと、図４と図５を比較すれば分かる通り、１ライン（１蓄積時間中）で読み取るエリア（ｔｏｔａｌ ａｒｅａ）が広くなってしまうので、ＭＴＦが低下してしまう。

そこで、上記のような、ＭＴＦが点灯回数で変化してしまうのを防ぐためには、１ラインの点灯回数を２回以上にして、点灯のタイミングをＬＥＤの点灯調整範囲の最初と最後を必ず点灯させるようにし、その最初と最後の間で点灯回数をコントロールする。つまり、明るい光源で１蓄積時間内に２回点灯させればよい場合は、図６に示すように点灯調整範囲の最初（１）と最後（２）を点灯させ、暗い光源で１蓄積時間内に４回点灯させる必要がある場合は図７に示すように、図６と同様点灯調整範囲の最初（１）と最後（４）、さらに両者の間の（２）、（３）を点灯させる。これにより、点灯回数を増加（変化）させても１蓄積時間内でラインセンサが読み取るエリア（ｔｏｔａｌ ａｒｅａ）は変化しないので、ＭＴＦの低下を低く抑えることができる。

なお、上記のライン光源の点灯信号は、キャリッジを駆動するステッピングモータへのモータクロック信号もしくは１ラインの蓄積時間を決める信号に同期して出力する。

ＬＥＤの調整範囲を決める方法として、例えば下記のような方法が考えられる。まず、基本解像度以上でスキャンする場合を考える。ＬＥＤの１回の点灯時間ｔについては、蓄積時間や調光の細かさなどから、装置に必要な１回の点灯時間ｔを予め設定する。次に、使用する機種で最も暗い光源で光量が径時変化したもの（すなわち最低光量のＬＥＤ）と最も感度の低いラインセンサの組み合わせ（ワースト条件）で、読み取りに必要となる一定レベルのイメージセンサ出力を得るために必要な１ライン内（１蓄積時間内）での点灯回数（最大点灯回数）を試験等で求める。すなわち、上記のワースト条件で基準白板の読み取りを行い、その時のイメージセンサ出力がある目標レベルとなるＬＥＤの点灯回数を求め、この点灯回数を最大点灯回数としている。

図９の（ａ）は最大点灯回数が１０回であった場合の例であり、１回の点灯時間ｔと最大点灯回数が決まれば、点灯調整範囲の最初と最後の点灯タイミング〔ここでは（１）と（１０）〕が求まる。以上が製品出荷前に行う点灯調整範囲の求め方であり、上述の最初と最後の点灯タイミングはＲＯＭ２０２などの所定の記憶領域に記憶させておく。

次に、具体的な点灯回数の調整方法について説明する。

まず、ユーザーが装置の電源を投入した直後、ＬＥＤを点灯させて基準白板の読み取りを行う。その時のイメージセンサ出力がある目標レベルとなるＬＥＤの点灯回数を求める。そして図９（ｂ）に示すように、ＬＥＤの光量が高くイメージセンサの出力が目標レベルとなるＬＥＤの点灯回数が２回の場合は、ＣＰＵ２００は、点灯調整範囲の最初（１）と最後（１０）の２回のタイミングでＬＥＤ４を点灯させる。また、図９の（ｃ）に示すように、点灯回数が２回以上（ここでは５回）の場合は、ＣＰＵ２００は、最初（１）と最後（１０）の点灯に加え、最初の点灯（１）と最後の点灯（１０）の間の点灯回数を増減させることで、調光する。

なお、基本解像度より低い解像度でスキャンする場合は、上述の通り最大点灯回数を求めるが、図１０に示すように、最大点灯回数もしくは、画像読み取り抜けが出ない最低必要点灯エリアのどちらかを点灯の最後とする。例えば、図１０の（ａ）、（ｂ）に示すように、最大点灯回数が１０回の場合、読み取り画像抜けが発生しないようにするための点灯タイミングｘの方が最大点灯回数の最後の点灯（１０）よりも後ろにある。よって、読み取り画像抜けが発生しないようにするための点灯タイミング（ｘ）を、点灯調整範囲の最後とする。従って、図１０（ｃ）に示すように、ＬＥＤの光量が高くイメージセンサの出力が目標レベルとなるＬＥＤの点灯回数が２回の場合は、点灯調整範囲の最初（１）と点灯タイミング（ｘ）２回のタイミングで点灯させる。また、図９の（ｃ）に示すように、点灯回数が２回以上（ここでは５回）の場合は、最初（１）と最後（ｘ）の間の点灯回数を増減させることで、調光するようにすればよい。

上記のように構成したため、本発明の画像読取装置によれば、画像読取装置におけるライン光源を点滅制御しながら原稿画像の読み取りを行う場合に、原稿の読取データの色合いに変化を生じさせずに読み取ることが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明は、複写機やファクシミリ装置に搭載され原稿に光を照射しその反射光を受光して原稿の画像データを得る画像読取装置に関し、特に、原稿に光を照射するライン光源の光量調整に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。

本発明におけるライン光源の点灯制御の原理を示す模式図である。 本発明におけるライン光源の点灯回数の制御について説明するための模式図である。 本発明におけるライン光源の点灯回数について説明するための模式図である。 本発明におけるライン光源の点灯とＭＴＦの関係について説明するための模式図（明るい光源の場合）である。 本発明におけるライン光源の点灯とＭＴＦの関係について説明するための模式図（暗い光源の場合）である。 本発明におけるライン光源の点灯のタイミングについて説明するための模式図（明るい光源の場合）である。 本発明におけるライン光源の点灯のタイミングについて説明するための模式図（暗い光源の場合）である。 キャリッジ走行方式の画像読取装置の動作を説明するための模式図である。 本発明におけるライン光源の点灯回数の調整方法について説明するための模式図（基本解像度の場合）である。 本発明におけるライン光源の点灯回数の調整方法について説明するための模式図（基本解像度以下の場合）である。 画像読取装置の電気的ハード構成を示すブロック図である。 ＬＥＤの点灯信号に対するＬＥＤの発光状態について説明する模式図である。 従来のＬＥＤの点灯駆動について説明するための模式図である。

符号の説明

１ シャーシ
２ プラテン
３ 第１キャリッジ
４ 光源
５ 開口部
６ 第１ミラー
７ 第２キャリッジ
８ 第２ミラー
９ 第３ミラー
１１ レンズ
１２ 光電変換素子（ラインセンサ）
１３ ＣＣＤ基板
１４ アングル
１００ 画像読取装置
２００ ＣＰＵ
２０１ システムバス
２０２ ＲＯＭ
２０３ ＲＡＭ
２０４ 画像処理回路
２０５ 外部インタフェース
２０６ Ｉ／Ｏポート
２０７ モータ駆動回路
２０８ モータ
２０９ ラインセンサ駆動回路
２１０ ＬＥＤ駆動回路

Claims (5)

1. 原稿に光を照射しその反射光を読み取ることによって当該原稿の画像データを取得する画像読取装置であって、
   原稿に光を照射するライン光源と、
   前記原稿又は前記ライン光源を搭載するキャリッジを移動させる駆動手段と、
   前記キャリッジに対して副走査方向に相対移動する前記原稿の反射光を受光して画像データに変換するラインセンサと、
   前記ライン光源の点滅制御、前記駆動手段の駆動制御及び前記ラインセンサからの画像データの取り込み制御を行う制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記ライン光源の光量調整を、所定の点灯時間幅を有する点灯信号の回数制御により行うことを特徴とする画像読取装置。
2. 前記画像読取装置の基本分解能の１／Ｎ倍の分解能による画像読み取りを行う場合には、前記ライン光源の点灯信号の回数をＮ回以上と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. 前記基本分解能の１／Ｎ倍の分解能による画像読み取り時における点灯信号の回数が２回以上になるように、前記基本分解能による画像読み取り時の点灯信号の回数を設定することを特徴とする請求項２に記載の画像読取装置。
4. 前記制御手段は、前記ラインセンサから画像データの取り込むライン同期信号間における前記ライン光源の最初の点灯と最後の点灯のタイミングを読み取り分解能に関わらず一定となるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の画像読取装置。
5. 前記ライン光源は、１又は複数のＬＥＤにより構成され、
   前記ライン光源の点灯信号は、前記駆動手段を構成するステッピングモータへのモータクロック信号もしくは１ラインの蓄積時間を決める信号に同期して出力することを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。

Images