JP2014135676A - 撮像装置、画像読取装置、および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】入射光の受光領域の各画素ごとに受光量に応じた電気信号に光電変換する光電変換部12aと、その各画素ごとの電気信号をデジタルの受光データに変換するAD変換部12bと、その受光データの最大値の情報を用いて受光データを増幅するゲイン値を調整するゲイン調整部13bとを備え、タイミング発生手段11と読出制御部12cとにより、光電変換部12aに、受光領域中の指定領域の画素のみの光電変換による電気信号を、その指定領域の画素数相当の光蓄積時間で出力させ、そのときゲイン調整部13bによって調整されるゲイン値から、ゲイン演算部15が、上記光蓄積時間と、光電変換部12aが受光領域全域の画素で光電変換する場合の光蓄積時間との比により、設定すべきゲイン値を算出する。
【選択図】 図1
Description
このゲイン調整には、平均化等のために数百ライン分の読み取りデータが必要なため、処理に時間がかかってしまう。そのため、通常は、電源投入(ON)時やシステムの省エネルギー状態からの復帰時にのみ、ゲイン調整が行われている。
したがって、従来はこの電源投入時等に調整したゲイン値を、それ以降の原稿読取時に使用することが多い。
特許文献1に記載の画像読取装置では、電源ON時には、光電変換素子が白基準板を読み取った信号に基づいて、その読み取り信号を増幅するアンプの増幅率(ゲイン)を設定する。その後は、原稿のスキャンごとに、白基準板を読み取ったデータからシェーディング補正用データを生成してシェーディング補正を行う。
その際、常に最新のシェーディング補正用データのピーク値を保存し、省エネモードからの復帰時に、保存してあるピーク値が白レベルの目標値と一致するように、アンプのゲインを補正する。それにより、機械的動作を行うことなく適切なゲインを再設定でき、省エネモードからの復帰時の待ち時間を短縮できる。
そして、上記光電変換手段に、上記受光領域中の指定領域の画素のみの光電変換による上記電気信号を、その指定領域の画素数相当の光蓄積時間で出力させる領域指定手段と、その領域指定手段によって上記光電変換手段に上記電気信号を出力させたときに上記ゲイン調整手段によって調整されるゲイン値から、上記光蓄積時間と、上記光電変換手段が上記受光領域全域の画素で光電変換して上記電気信号を出力する場合の光蓄積時間との比によって、上記ゲイン調整手段に設定すべきゲイン値を算出するゲイン演算手段とを設けたことを特徴とする。
したがって、従来のゲイン調整精度を維持しながら、ゲイン調整の処理時間を短縮することができる。
〔撮像装置の実施形態〕
まず、この発明による撮像装置(撮像デバイス)の実施の形態を説明する。
この撮像装置は、光源によって照明される原稿又は基準部材等の撮像対象物からの反射光を受光して光電変換し、その電気信号をデジタルの受光データに変換して出力する撮像装置において、以下の特徴を有する。
この撮像装置10の内部には、タイミング発生手段11、光電変換部12aとAD変換部12bと読出制御部12cからなる撮像処理部12、およびピーク検出部13aとゲイン調整部13bと信号処理部13cからなる調整処理部13を備えている。さらにこの撮像装置10は、インタフェース部14と、ゲイン演算部15、記憶手段16及びレジスタ17も備えている。
読出制御部12cは、読出範囲指定信号psgateとライン同期信号lsyncに基づいて、光電変換部12aとAD変換部12bの動作を制御する。それによって、光電変換部12aの指定された領域の画素における光電変換による電気信号だけを取り出し、AD変換部12bによってデジタル信号に変換させて、その受光データを調整処理部13へ出力する。
ゲイン調整部13bは、PGA(プログラマブル・ゲイン・アンプ)等の可変ゲインアンプを有しており、ピーク検出部13aによって検出されたピーク値Dpkが予め設定された目標値になるように、可変ゲインアンプのゲイン値Gを調整する。このゲイン調整部13bがゲイン調整手段に相当する。
信号処理部13cは、画像パスの切り替えなどの種々の信号処理を行う。画像パスの切り替えとは、通常出力とテストパターン出力の切り替えや、RGB出力の順番の切り替えなどである。種々の信号処理としては、上記の処理やオフセット加算、インタフェース部の伝送用にデジタルデータのマッピングなどを行う。
レジスタ17は、記憶手段16に格納された最大値が検出された画素位置Apkを中心とする指定領域の範囲を示す情報が設定され、それを保持(設定保持)する手段である。。このレジスタ17あるいは別のレジスタに、最大値が検出された画素位置Apkに関係なく、指定領域を任意に設定して保持(設定保持)させてもよい。
この撮像装置10にはまた、動作の基準クロックやレジスタ17の設定に用いる通信信号等のセンサ制御信号が、外部から入力される。
それによって、読出制御部12cが光電変換部12aを制御して、そのライン同期信号lsyncの周期間に、光電変換部12aの受光領域に入ってきた入射光を、光電変換部12aによって各画素ごとに受光量に応じたアナログ電気信号に変換させる。そして、それをAD変換部12bがデジタル信号に変換して、各画素への入射光量に応じた1ライン分の画像データを得る。
基準部材を読み取って平均化した図2に示す指定領域の画像データでは、その中央あたりに画素レベルの最大値であるピーク値がある。そのピーク値Dpkをピーク検出部13aが検出して、そのピーク値Dpkを有する画素(ピーク画素)位置Apkが受光領域の一端から何画素目かの情報(Apk=N)を記憶手段16に格納する。
また、撮像装置の使用用途によっては、検出したピーク位置によらず、はじめから固定の範囲を任意にユーザがレジスタ17又は他のレジスタに設定できるようにしてもよい。
これらの領域指定情報は、記憶手段16とレジスタ17からタイミング発生手段11に入力され、読出範囲指定信号psgateとして撮像処理部12へ出力される。
ただし、撮像処理部12における光電変換部12aの光蓄積時間も同様に短くなる。そのため、指定する領域が狭すぎると光蓄積時間も短くなり過ぎて、光電変換部12aによって光が十分に受光されなくなり、光電変換部12aの暗電流等のノイズが影響して、ゲイン調整時のピーク検出の精度が悪くなる。
なお、撮像装置に搭載している光源の光量や、撮像処理部12の動作速度(ライン周期と等価)に応じて、ライン周期の下限値Llimitをユーザが任意にレジスタ17等に設定することができる。
この例では、ゲイン調整時の調整モードとして、通常の受光領域全域の画像データを読み出して、ピーク検出及びゲイン調整をする全領域モードと、指定領域の画像データだけを読み出して、ピーク検出及びゲイン調整をする指定領域モードとを有している。
その全領域モードを使用するか指定領域モードを使用するかは、用途やシステムの仕様に応じて、ゲイン調整開始直前にユーザが選択して、レジスタ17等で任意に指定することができる。
そして、ステップS3で、撮像処理部12の光電変換部12aが、レベル調整に用いる基準部材からの反射光である入射光に対して、受光領域の全領域の各画素によって光電変換されたアナログの電気信号を読み出す。その電気信号を、AD変換部12bで各画素ごとにデジタルデータに変換して、全領域の画像データを取得する。
このように、全領域モードで基準部材を読み取ったときに検出した、ピーク位置Apkの情報を記憶手段16に格納しておくことにより、指定領域でゲイン調整を行うときに、そのピーク位置Apkを中心とする所望の指定領域を適切に設定することができる。
その後、ステップS6でゲイン調整部13bが、ピーク検出部13aで検出したピーク値Dpkを内部の可変ゲインアンプで増幅した値を、予め設定された目標値に合わせるように可変ゲインアンプのゲインを調整して、そのゲイン値を設定する。例えば、検出したピーク値と目標値との比に応じてゲイン値を増加させる。そして、このゲイン調整の処理を終了する。
そして、ステップS8で読出制御部12cが、その時にライン周期Lsetが予め設定された下限値Llimitよりも短い(Lset<Llimit)か否かを判断し、短かった場合は、ステップS9でライン周期Lsetをその下限値Llimitに再設定する。
そして、ステップS11で、その画像データを受け取った調整処理部13のピーク検出部13aが、指定領域の画像データを移動平均処理し、ピーク値Dpkとそのピーク位置Apkを取得する。このときも、画像データのピーク値Dpkは移動平均処理したピーク位置Apkでのピーク値とするが、その実際の値としては移動平均前のピーク値を取得する。
その後、ステップS14でゲイン調整部13bが、ピーク値Dpkを可変ゲインアンプで増幅した値を目標値に合わせるように、そのゲイン値を調整する。例えば、検出したピーク値と目標値との比に応じてゲイン値を増加させる。
ただし、この時点では指定領域でのゲイン調整なので、ライン周期(光蓄積時間)が全領域読出時と比較して短くなっている。そのため、前述したように光電変換部に入射する光が少ない状態でのゲイン調整になる。
Gall=Gset×Lset/Lall ……(1)
Gset:指定領域モードでの初めの調整ゲイン
Lall:全領域モードでのライン周期(ただし、Lall>Lset)
Lset:指定領域モードでのライン周期
(ただし、Lset>Llimitの場合、Lset=Llimit)
Llimit:ライン周期の下限値
その結果、この発明による撮像装置10でのゲイン調整は、従来のライン周期一定での全領域読み出しによるゲイン調整と比較して、同等の調整精度を保ったまま、短時間でのゲイン調整が可能になる。
しかし、これに限らず、撮像処理部12の光電変換部12aとAD変換部12bとの間に、電圧制御増幅器(VCA)等のアナログの可変ゲインアンプを設けてもよい。その場合、調整処理部13のゲイン調整部13bは、例えばピーク検出部13aが検出したピーク値Dpkと目標値との比に応じて両値を一致させるように、アナログの可変ゲインアンプに対するゲイン値を算出するだけになる。そのゲイン値、あるいはそのゲイン値に基づいてゲイン演算部15が算出したゲイン値を、アナログのゲイン制御信号にDA変換して、上記アナログの可変ゲインアンプのゲイン値を設定するようにしてもよい。
このようにしても、上述した実施形態と同様な効果が得られる。
次に、上述した撮像装置10を使用した、この発明による画像読取装置の一実施形態について説明する。
図5は、その画像読取装置の機構部の構成例を示す模式的な断面図である。
この画像読取装置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あるいは単体のスキャナ装置であり、前述した撮像装置10を備えている。
この画像読取装置100は、図5に示すように、上面に原稿を載置するコンタクトガラス101を備えている。さらに、この画像読取装置100は、原稿露光用の光源102及び第1反射ミラー103からなる第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からなる第2キャリッジ107とを備えている。
撮像装置10は、コンタクトガラス101上に載置された原稿又はシートスルー読取用スリット111を通過する原稿と、基準部材110のいずれからの反射光も入射光とすることができる。
ADF200は、複数枚の原稿からなる原稿束210を載置可能な原稿載置台としての原稿トレイ201を備えている。また、このADF200は、原稿トレイ201に載置された原稿束210から原稿を1枚ずつ分離して、シートスルー読取用スリット111へ向けて自動給送する、給送ローラ202を含む分離・給送手段も備えている。
スキャンモードの時には、第1キャリッジ106および第2キャリッジ107が、図示しないステッピングモータによって、矢示A方向(副走査方向)に移動して原稿を走査する。このとき、コンタクトガラス101から光電変換部12aの受光領域(撮像素子)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。
このシートスルーモードの時には、第1キャリッジ106および第2キャリッジ107が、シートスルー読取用スリット111の下側へ移動して停止する。その後、原稿トレイ201上に載置された原稿束210の最下位の原稿から順次、給送ローラ202によって矢示B方向(副走査方向)へ自動給送され、シートスルー読取用スリット111の位置を通過する際に、その原稿が走査される。
撮像装置10については図1等によって既に説明したので、その説明を省略する。
この画像読取装置100内には、撮像装置10の他に、制御部121、光源点灯回路122、不揮発性メモリ123、モータ124、並びに圧版開閉検知センサ125及び原稿サイズ検知センサ126等の各種センサが配置されている。
光源点灯回路122は、制御部121からの点灯ON信号LMP_ONにより、図5に示した光源102の点灯/消灯を行う。また、PWM制御によって光量を可変する光源を使用する場合には、撮像装置10内のタイミング発生手段11から、点灯タイミング信号PWMを入力して、光源102の点灯デューティをPWM制御する。
モータ124は、図5に示した第1キャリッジ106及び第2キャリッジ107をそれぞれ矢示A方向へ移動させるための機構における駆動源である。
圧版開閉検知センサ125は、図5に示したADF200のコンタクトガラス101に対する開閉を検知するセンサである。
原稿サイズ検知センサ126は、コンタクトガラス101上に載置された原稿、およびADF200によって自動給送される原稿のサイズを検知するためのセンサである。
この実施形態に使用する光源102は、図8に示すように、それぞれ5個の発光ダイオード(以下「LED」と称す)を直列に接続したLED列102Dを7列設けて構成されている。その各LED列102Dが、それぞれ図7の下部に示す光源102における、照明領域が異なる複数の各ブロック1〜ブロック7を構成している。
各3入力のAND回路122Aには、それぞれ前述した点灯ON信号LMP_ONと、点灯タイミング信号PWMと、ドライバ122DのON信号DRV_ENn(n=1〜7)が入力されている。そして、これらの3つの信号がいずれもON(“1”)になったときに、そのAND回路122Aの出力が“1”になり、それを入力するドライバ122Dが動作して、それに接続されたLED列102Dを点灯させる。
この画像読取装置100による自動調整(ゲイン調整)は、従来と同様に電源ON時、もしくは省エネモードからの復帰時に行う。
次に、撮像装置10でのゲイン調整を行うが、その前にステップS22で、初回フラグが“0”か、あるいは全領域モードか否かを判断する。この実施形態では予め初回フラグを設けておき、その値に応じて初回動作か否かを判断している。
このときは不揮発性メモリ123にはピーク位置Apkの情報は格納されていないため、ステップS23で光源を全領域点灯にして、図7に示した光源102の全ブロックのLED列を点灯する。そして、ステップS24で、撮像装置10によって、前述したように全領域の画像を読み出してゲイン調整を実施する。
その後、ステップS30でその他調整、例えば黒レベル調整等を行い、ステップS31でキャリッジをホームポジションへ移動して、自動調整を終了する。そして、読取命令の待機状態に入る。
そのため、ステップS32では、図6に示した不揮発性メモリ123から前回に格納したピーク位置Apkの情報を読み出し、記憶手段16及びタイミング発生手段11に設定する。それによって、前回取得したピーク位置を中心とした指定領域でゲイン調整を実施することができる。
その後は、ステップS25へ進んで、以後の処理は前述した全領域モードでのゲイン調整時と同じである。
また、検出したピーク位置Apkの情報によらず、固定の領域を指定したい場合は、レジスタ17に、ピーク位置Apkを中心とする指定領域の範囲の情報ではなく、任意の指定領域の情報を設定しておく。それによって、常に固定の指定領域でゲイン調整を行うことが可能になる。
図5によって説明したとおり、基準部材110の画像データは原稿読取時のシェーディング補正用の基準データとして毎回取得される。
そのため、この画像読取装置100が原稿読み取りを開始して、図10の処理をスタートすると、まずステップS41で光源を全領域点灯をにして、図7に示した光源102のブロック1〜7のLED列を全て点灯する。そして、ステップS42でキャリッジ(図5に示した第1キャリッジ106及び第2キャリッジ107)を基準部材110の直下に移動させる。
その後、ステップS44で、キャリッジを読取原稿の直下に移動させる。圧板読み取りの場合は、図5に示したコンタクトガラス101の下側の読取開始位置にキャリッジを移動させる。シートスルー読み取りの場合は、シートスルー読取用スリット111の直下にキャリッジを移動させて固定する。
画像データの取得が終了した後、ステップS46で光源を消灯し、ステップS47で、キャリッジをホームポジションへリターンさせる。
次に、この発明による画像形成装置の実施形態について説明する。
図11は、この発明による画像形成装置の一実施形態の機構部の構成例を示す模式的な断面図である。この画像形成装置300には、前述した画像読取装置100を搭載しており、図5と同じ部分には同一符号を付している。但し、その画像読取装置100の上に搭載したADF400は、図5に示したADF200と幾分異なっている。
ここで、ADF400によって原稿をコンタクトガラス101の読み取り位置に搬送する場合の図示しないコントローラおよびADF400の動作について説明する。
給送モータが正転駆動されると、給送ローラ402が時計方向に回転して、原稿トレイ401上の原稿束から最上位に位置する原稿を自動給送させ、シートスルー読取用スリット111又はコンタクトガラス101へ向けて搬送する。その原稿の後端が原稿セット検知センサ405によって検知されると、コントローラは原稿セット検知センサ405からの出力信号に基づいて給送モータを逆転駆動させる。それにより、後続する原稿が進入するのを防止する。
その読み取り位置に搬送されて停止した原稿は、画像の読み取りがなされた後、搬送ベルト403等によって排出口から排出される。原稿トレイ401上に次の原稿が有ることが検知された場合は、前の原稿と同様に次の原稿が自動給送され、コンタクトガラス101上に搬送される。
選択された給紙トレイから給紙された記録媒体である転写紙は、感光体315の回転と等速で搬送ベルト316によって搬送されながら、感光体315上のトナー画像が転写される。その転写紙は、定着ユニット317に搬送され、そこでトナー画像を定着された後、排紙ユニット318によって機外の排紙トレイ319へ排紙される。
これらの各部によって、画像読取装置100によって読み取った原稿の画像データに基づいて記録媒体に画像を形成する画像形成部を構成している。
両面搬送ユニット323に送られた転写紙は、再び感光体315に作像されたトナー画像を転写するために、両面搬送ユニット323から再給紙され、再度、縦搬送ユニット314によって感光体315に当接する位置まで搬送される。そして、他方の面にトナー画像が転写された後、定着ユニット317によってトナー画像が定着され、排紙ユニット318によって排紙トレイ319に排出される。
また、以上説明してきた実施形態の構成は、相互に矛盾しない限り任意に組み合わせて実施可能であることは勿論である。
12a:光電変換部 12b:AD変換部 12c:読出制御部
13:調整処理部 13a:ピーク検出部 13b:ゲイン調整部
13c:信号処理部 14:インタフェース部 15:ゲイン演算部
16:記憶手段 17:レジスタ
102D:LED列 103:第1反射ミラー 104:第2反射ミラー
105:第3反射ミラー 106:第1キャリッジ 107:第2キャリッジ
108:レンズユニット 110:基準部材
111:シートスルー読取用スリット 121:制御部
122:光源点灯回路 122A:3入力のAND回路
122D:ドライバ 123:不揮発性メモリ 124:モータ
125:圧版開閉検知センサ 126:原稿サイズ検知センサ
200:自動原稿給送装置(ADF) 201:原稿トレイ 202:給送ローラ
210:原稿束
303:第3トレイ 311:第1給紙ユニット 312:第2給紙ユニット
313:第3給紙ユニット 314:縦搬送ユニット 315:感光体
316:搬送ベルト 317:定着ユニット 318:排紙ユニット
319:排紙ユニット 320:両面入紙搬送路 321:反転ユニット
322:反転排紙搬送路 323:両面搬送ユニット 350:書き込みユニット
351:レーザ出力ユニット 352:結像レンズ 353:ミラー
327:現像ユニット
400:自動原稿給送装置(ADF) 401:原稿トレイ 402:給送ローラ
403:搬送ベルト 404:排送ローラ 405:原稿セット検知センサ
Claims (10)
- 入射光の受光領域における各画素ごとに受光量に応じた電気信号に光電変換する光電変換手段と、該光電変換手段が出力する前記各画素ごとの電気信号をデジタルの受光データに変換するAD変換手段と、前記受光データにおける最大値の情報を用いて前記電気信号又は受光データを増幅するゲイン値を調整するゲイン調整手段とを備えた撮像装置において、
前記光電変換手段に、前記受光領域中の指定領域の画素のみの光電変換による前記電気信号を、該指定領域の画素数相当の光蓄積時間で出力させる領域指定手段と、
該領域指定手段によって前記光電変換手段に前記電気信号を出力させたときに前記ゲイン調整手段によって調整されるゲイン値から、前記光蓄積時間と、前記光電変換手段が前記受光領域全域の画素で光電変換して前記電気信号を出力する場合の光蓄積時間との比によって、前記ゲイン調整手段に設定すべきゲイン値を算出するゲイン演算手段とを設けたことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1に記載の撮像装置において、前記受光データの最大値が検出された画素位置の情報を格納する記憶手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
- 請求項2に記載の撮像装置において、前記記憶手段に格納された前記受光データの最大値が検出された画素位置を中心とする指定領域の範囲を設定保持する手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
- 請求項1に記載の撮像装置において、前記指定領域を任意に設定保持する手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
- 請求項1から3のいずれか一項に記載の撮像装置において、前記領域指定手段によって前記光電変換手段に前記電気信号を出力させたときに、前記受光データの最大値が検出された画素の位置が前記指定領域の端部にあった場合には、自動的に前記光電変換手段に、前記受光領域全域の画素で光電変換して前記電気信号を出力させて、前記ゲイン調整手段に前記ゲイン値を調整させるようにモードを切り替える手段を設けたことを特徴とする撮像装置。
- 原稿を照明する光源と、該光源による原稿照明位置とは異なる位置に設けられ、前記光源によって照明可能な基準濃度を有する基準部材と、前記原稿及び前記基準部材のいずれからの反射光も前記入射光とする請求項1から5のいずれか一項に記載の撮像装置とを備え、
原稿の画像を読み取る際には、前記光源によって原稿を照明させ、該原稿からの反射光を前記撮像装置の前記光電変換手段の受光領域に入射させ、その全域の画素で光電変換して前記電気信号を出力させ、前記受光データとして前記原稿の画像データを取得し、
前記レベル調整を行う際には、前記光源によって前記基準部材を照明させ、該基準部材からの反射光を前記撮像装置の前記光電変換手段の受光領域に入射させ、その全域または前記指定領域のいずれか選択された領域の画素で光電変換して前記電気信号を出力させるようにしたことを特徴とする画像読取装置。 - 請求項6に記載の画像読取装置において、前記基準部材からの反射光を前記撮像装置の前記光電変換手段が前記受光領域に入射して、該受光領域全域の画素で光電変換して前記電気信号を出力したときに、前記受光データにおける最大値が検出された画素位置の情報を格納する記憶手段を設けたことを特徴とする画像読取装置。
- 請求項7に記載の画像読取装置において、前記撮像装置の前記ゲイン調整によるレベル調整を初回に行なう場合には、自動的に、前記光電変換手段に前記受光領域全域の画素で光電変換して前記電気信号を出力させるモードにすることを特徴とする画像読取装置。
- 請求項6から8のいずれか一項に記載の画像読取装置において、前記光源を照明領域が異なる複数のブロックに分けて構成し、前記基準部材からの反射光を前記撮像装置の前記光電変換手段の受光領域に入射させ、前記指定領域の画素のみの光電変換によって前記電気信号を出力させる場合には、前記光源のうち、前記基準部材の前記指定領域に対応する領域を照明するブロックのみを点灯させることを特徴とする画像読取装置。
- 請求項6から9のいずれか一項に記載の画像読取装置と、該画像読取装置によって読み取った原稿の画像データに基づいて記録媒体に画像を形成する画像形成部とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
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- 2013-01-11 JP JP2013003474A patent/JP6098173B2/ja not_active Expired - Fee Related
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