JP5849041B2 - 画像形成装置及び画像読取装置 - Google Patents

Description

この発明は、画像形成装置及び画像読取装置に関する。

画像形成装置には、撮像素子である、例えば、ＣＣＤセンサを用いて原稿画像を読み取る画像読取装置が備えられている。この画像読取装置は、画像信号における高周波歪み、低周波歪み、発光特性の歪みを補正する。高周波歪みは、ＣＣＤセンサを構成する各画素に対応する光電変換センサの感度のばらつきによって生じる歪みである。低周波歪みは、原稿からの光をＣＣＤセンサに導くまでの光学系によって生じる歪みである。発光特性の歪みは、光源から原稿に照射される光の歪み（発光むら）である。これらの歪みやむらを補正するため、画像読取装置では、ＣＣＤセンサの出力信号に対してシェーディング補正を施すことが一般的である。

一方、原稿を照明する手段として赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤの三色のＬＥＤを光源に用いた画像読取装置が知られている。ＬＥＤはキセノンランプ等の他の光源に比べ、光量のばらつきが大きい。そこで、光源からの照明光のばらつきを原因とする不具合の発生を防止することのできる技術が提案されている。

特開平９−２９４２０７号公報

特許文献１に記載の技術を用いることで、光源からの照明光のばらつきを原因とする不具合の発生を防止することができる。ところで、読取画像の高品質化のニーズは常に解決すべき課題であり、更なる品質向上が求められる。従って、上述の光源、及び光学系において生ずる歪みやむらの対応に留まらず、更にＣＣＤセンサの特性に起因する歪みやむらの対応が求められる。

本願発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、撮像素子の特性に起因する歪み、ムラに対応することのできる画像形成装置及び画像読取装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための実施形態によれば、読取対象である原稿面を照射する複数の光源と、前記複数の光源から照射されて前記原稿面にて反射される光を撮像する撮像部と、前記撮像部に光が照射されない状態での前記撮像部の出力である黒基準値を格納する第１のメモリと、前記撮像部で前記原稿面を撮影した撮像信号から前記黒基準値を減ずる第１の減算器と、前記複数の光源のうち、いずれか１つを基準光源として、前記基準光源のみによって所定の基準面を照射した際の前記第１の減算器の出力の最大値が所定の値となるように前記基準光源の光量を調整する制御部とを備えた画像読取装置が提供される。

本実施の形態の画像形成装置の構成を示す図である。 本実施の形態の画像形成装置におけるＣＩＳの構成を示す図である。 本実施の形態の画像形成装置の画像読取に関連する制御系の構成を示す図である。 従来の画像形成装置におけるシェーディング補正と光量調整制御とを説明するための図である。 従来の画像形成装置における光量調整制御の処理手続きを示すフローチャートである。 従来の画像形成装置における光量調整制御における問題点を説明するための図である。 本実施の形態の画像形成装置における光量調整に関する回路の構成を示す図である。 本実施の形態の画像形成装置における光量調整制御を説明するための図である。 本実施の形態のバリエーションの形態の画像形成装置における光量調整に関する回路の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態の画像形成装置として、電子写真方式の画像形成装置であるＭＦＰ（Multi Function Peripheral)を例として説明する。

ＭＦＰは、指定された解像度・用紙サイズで画像をスキャンして読み取りコピーするだけでなく、ＦＡＸによる画像受信機能、Ｅメールによる画像受信機能、ネットワークによる印刷画像受信機能など、様々なオフィス機器の機能を総合的に活用するためのデジタル複合機のことである。

図１は、本実施の形態の画像形成装置１００の構成を示す図である。画像形成装置１００は、画像読取装置１および画像形成部２を備えている。

画像読取装置１は、解像度に応じた画素単位でライン毎に、原稿の画像情報を読み取って、画像データを生成する。原稿の読取には、ＣＩＳ（Contact Image Sensor）１２０が用いられる。ＣＩＳ１２０は、原稿を照明する光源、当該光源により照明された原稿面からの反射光を撮像するための光学系、および撮像部を備えている。

画像読取装置１は、ＡＤＦ読み取りと手置き読み取りとが共に可能に構成されている。

ＡＤＦ読み取りでは、自動原稿送り装置（ＡＤＦ：Auto Document Feeder）によってＦ方向に送り出された原稿の画像が所定位置ＰにおいてＣＩＳ１２０によって読み取られる。手置き読み取りでは、原稿台ガラス１０９上に載置された原稿の画像が所定方向Ｒに移動するＣＩＳ１２０によって読み取られる。

画像形成部２は、画像読取装置１にて原稿から読み取られた画像データ、あるいは外部機器から受信した画像データに基づいて媒体上に画像を形成する処理（プリント、コピー等）を実行する。

更に、画像形成装置１００は、画像読取装置１および画像形成部２の動作を統括して制御するＣＰＵ８０１およびメモリ８０２を備えている。これらの制御系の構成の詳細については後述する。

図２は、本実施の形態の画像形成装置におけるＣＩＳ１２０の構成を示す図である。

ＣＩＳ１２０は、第１の照明部１２１、第２の照明部１２２、光学系１２５および撮像部１２６を備えている。

第１の照明部１２１は、光源として赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの３つを備えた白色タイプの導光管から構成され、原稿面に対して所定角度だけ傾斜する方向から原稿面を照明する。第２の照明部１２２は、光源として黄緑色ＬＥＤを備えたＬＥＤアレイから構成され、第１の照明部とは異なる分光特性を有し、原稿面に対する法線に対して第１の照明部と略対称的な方向から原稿面を照明する。

このように、それぞれが互いに異なる色の照明光により、原稿面に対して線対照な二つの位置から照明することにより、原稿面上の凹凸の有無に拘らず、影の無い読み取り画像を得ることができる。本実施の形態における画像形成取装置で使用する複数の光源は、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤおよび黄緑色ＬＥＤのうち少なくともいずれかを含んでいる。

光学系１２５は、セルフォック（登録商標）レンズ等から構成され、第１の照明部１２１および第２の照明部１２２から照射され原稿面にて反射された光を、所定の結像位置へと導く。撮像部１２６は、光学系１２５により導かれ所定の位置に結像する光像を撮影する。撮像部１２６は、例えば、ＣＣＤ、フォトダイオード等の光電変換素子（撮像素子）１２７から構成される。撮像部１２６にて撮像された原稿の画像は、媒体上に画像として形成され、あるいは、通信可能な外部機器に対して送信される。

また、ＣＩＳ１２０は、駆動ベルト１０８によりＲ方向に駆動される。即ち、上述のように、ＡＤＦ読み取りでは、ＣＩＳ１２０は駆動ベルト１０８により所定の読取位置に移動して静止し、原稿台ガラス１０９上を移動する原稿９の画像を読み取る。また、手置き読み取りでは、ＣＩＳ１２０は駆動ベルト１０８によって駆動されつつ原稿台ガラス１０９上に載置された原稿９の画像を読み取る。

なお、画像読取装置１にはシェーディング補正を行うための白基準板１０７が設けられている。所定のタイミングで、ＣＩＳ１２０は白基準板１０７の位置まで駆動されて、白基準板の像を読み取る。図２の左側に記載したＣＩＳ１２０は、白基準板の像を読み取る状態を表している。

図３は、本実施の形態の画像形成装置の画像読取に関連する制御系の構成を示す図である。

画像読取装置１は、ＣＩＳモジュール１３０、及び制御基板１３１を備えている。ＣＩＳモジュール１３０には、第１、２の照明部１２１、１２２を構成する複数のＬＥＤ１２８と、撮像部１２６を構成する撮像素子１２７とが設けられている。制御基板１３１には、撮像素子１２７を制御すると共に撮像信号を処理する各種回路と、ＬＥＤ１２８の光量を制御するための回路とが設けられている。そして、ＣＩＳモジュール１３０と制御基板１３１との間の信号線は、ハーネス１３２を介して接続されている。

ＣＩＳモジュール１３０の撮像素子１２７では、センサチップが３個接続されて１つのチャンネルを構成している。従って、１８個のセンサチップが６チャンネルの出力として構成されている。解像度が６００ｄｐｉである場合、撮像素子１２７は、７３００〜７６００個の素子で構成されることが一般的である。本実施の形態では、１個のセンサチップが約４００個の素子であり、１チャンネルが約１２００個の素子で構成される。なお、撮像素子１２７の構成は、画像読取装置１に要求される解像度と読取速度とから定められるため、図３に示す形態に限られない。

また、説明を簡略化するために、図３に示すＬＥＤ１２８は、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤを備えた光源として記載している。しかし、上述のように本実施の形態では、光源は、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤおよび黄緑色ＬＥＤのうち少なくともいずれかを含んでいれば良いことに留意されたい。

制御基板１３１には、アナログフロントエンド部１４１、ＬＥＤドライバ１４２、バッファ１４３、及び制御回路ＡＳＩＣが設けられている。そして、制御回路ＡＳＩＣには、ＣＰＵ８０１、メモリ８０２、Ｉ／Ｏ部８０３、プリンタ部８０４、画像入力Ｉ／Ｏ部８１０、ピーク検出部８１１、シェーディング補正部８１２、画像処理部８１３、ＬＥＤ制御部８１４、及びクロックジェネレータ８１５が備えられている。

アナログフロントエンド部１４１は、撮像素子１２７から出力されるアナログ信号に対してゲイン調整とオフセット調整とを実行して信号レベルを整えた後にデジタル信号に変換して画像入力Ｉ／Ｏ部８１０に出力する。画像入力Ｉ／Ｏ部８１０は、デジタル信号をピーク検出部８１１とシェーディング補正部８１２とに振り分けて出力する。

ピーク検出部８１１は、アナログフロントエンド部１４１がゲイン調整とオフセット調整を実行するためのパラメータを算出して、アナログフロントエンド部１４１に出力する。オフセット調整は、アナログフロントエンド部１４１に入力される撮像素子１２７からの出力信号に含まれる有効画素でない部分の電位を所望の電圧になるように調整する。ゲイン調整は、オフセット後の信号の振幅をアナログ−デジタル変換の入力レンジに合うように調整する。

更に、ピーク検出部８１１は、ＬＥＤ１２８を個々に発光させたときの撮像素子１２７の出力からピーク検出値を取得する。ＬＥＤ制御部８１４は、そのピーク検出値に基づいてＬＥＤ１２８の光量調整量をＬＥＤドライバ１４２に出力してＬＥＤの光量を制御する。この光量調整動作については後述する。

シェーディング補正部８１２は、メモリ８０２に記憶されている白レベル基準値、黒レベル基準値を使用して、画像入力Ｉ／Ｏ部８１０から出力される画素毎の信号に対してシェーディング補正計算を行なう。シェーディング補正処理の詳細については後述する。画像処理部８１３は、画像濃度のキャリブレーション、所望の階調特性を得るためのγ変換などの処理を実行する。

クロックジェネレータ８１５は、撮像素子１２７の撮像動作、アナログフロントエンド部１４１のＡ／Ｄ変換動作を駆動するための基準クロック信号を生成する。メモリ８０２は、画像読取装置１の動作に必要なデータを記憶する。Ｉ／Ｏ部８０３は、外部の装置との間で情報の授受を行うためのインターフェースである。プリンタ部８０４は、画像処理された画像データをプリンタに出力するためのインターフェースである。ＣＰＵ８０１は、画像読取装置１の動作を統括して制御する。

続いて、本実施の形態の画像形成装置における光量調整動作について説明する前に、従来の画像形成装置における光量調整動作について説明する。

図４は、従来の画像形成装置におけるシェーディング補正と光量調整制御とを説明するための図である。

アナログフロントエンド部（ＡＦＥ）１４１から出力される原稿画像のデジタル信号はシェーディング補正部８１２に入力され、メモリ８０２に記憶されている白レベル基準値、黒レベル基準値を用いたシェーディング補正が実行される。また、光量調整制御においては、アナログフロントエンド部（ＡＦＥ）１４１から出力される基準画像のデジタル信号はピーク検出部８１１に入力されてピーク検出部Ａ、ボトム検出部Ａが動作してアナログフロントエンド部（ＡＦＥ）１４１のゲイン調整、オフセット調整のパラメータを算出する。そしてさらに、ピーク検出部Ａ、ボトム検出部Ａの動作に基づいてＬＥＤ制御部８１４がＬＥＤ１２８の光量を制御する。

[シェーディング補正]
シェーディング補正処理の動作について説明する。シェーディング補正処理では、黒基準読取処理により得られる黒レベル基準値、及び、白基準読取処理により得られる白レベル基準値を用いて、原稿読取処理により読み取った画像信号である撮像素子１２７の出力信号を補正する
まず、黒基準読取処理では、光源を消灯した状態、つまり、撮像素子１２７に光が照射されない状態で、複数ライン分の黒基準画像の読取を行う。アナログフロントエンド部（ＡＦＥ）１４１が処理した信号を黒レベル基準値Ｄｂｋとしてメモリ８０２に格納する。この黒レベル基準値Ｄｂｋは、各画素ごとに算出された値である。

次に、白基準読取処理では、光源を点灯した状態で白基準板１０７の画像（白基準画像）の読取を行う。アナログフロントエンド部（ＡＦＥ）１４１が処理した信号を白レベル基準値Ｄｗｔとしてメモリ８０２に格納する。この白レベル基準値Ｄｗｔは、各画素ごとに算出された値である。

原稿画像読取処理では、上述のようにＣＩＳ１２０が原稿画像の読取処理を行う。ＣＩＳ１２０の撮像素子１２７は、原稿を主走査方向の１ラインごとに順次読み取る。即ち、撮像素子１２７は、主走査方向の１ラインごとの画像信号Ｄｉｍを順次、アナログフロントエンド部（ＡＦＥ）１４１へ出力する。

シェーディング補正部８１２では、撮像素子１２７から順次供給される画像信号Ｄｉｍに対してシェーディング補正を施す。このシェーディング補正は、メモリ８０２に格納されている黒レベル基準値Ｄｂｋ及び白レベル基準値Ｄｗｔを用いて実行される。

例えば、画像信号の有効ビット数が８ビットである場合、シェーディング補正部８１２は、シェーディング補正後の画像信号Ｄｏｕｔを以下の計算式にて算出する。
Ｄｏｕｔ＝（Ｄｉｍ−Ｄｂｋ）／（Ｄｗｔ−Ｄｂｋ）×２５５
[ピーク検出動作]
ＬＥＤを照明手段として用いる場合、ＬＥＤの製品毎の特性のバラツキ、経年変化による劣化などによって、ＬＥＤの光量が変化することがある。このようなＬＥＤの光量の変化は、各々の画像読取装置における、画像読み取り濃度の差の原因となる。そこで、画像読取装置１の起動時、画像調整時に、各ＬＥＤの光量の最適化を行なうことにより、画像読み取りの濃度差の発生を防止する。

図５は、従来の画像形成装置における光量調整制御の処理手続きを示すフローチャートである。

アクト０１において、画像形成装置１００の起動時に、ＣＩＳ１２０を白基準検出位置に移動する。ここで、まずアナログフロントエンド部１４１のゲイン調整及びオフセット調整の動作が行われる。続いて光量調整制御が行われる。アクト０２において、まず、基準光源（例えば、緑色ＬＥＤ）のみを点灯し、緑色ＬＥＤ以外のＬＥＤを消灯する。アクト０３において、ピーク検出を実行する。ピーク検出とは、白基準検出位置において、撮像素子１２７の出力を最適化する動作である。ピーク検出動作では、ピーク検出部Ａが、チャネルごと（１〜６チャネル）に撮像素子１２７の出力最大値を抽出する。

アクト０４〜アクト０５において、ＬＥＤ制御部８１４は、ピーク検出データＭａｘ１〜Ｍａｘ６の内の最大値が所定の値となるまで、緑色ＬＥＤのゲインを調整する。Ｍａｘ１〜Ｍａｘ６の内の最大値が所定の値にならなければ（アクト０６でＮＯ）、この動作を繰り返し、Ｍａｘ１〜Ｍａｘ６の内の最大値が所定の値となれば（アクト０６でＹｅｓ）緑色ＬＥＤでの光量調整制御を終了する。

この光量調整制御を、それぞれのＬＥＤについて実行する。なお、上述の光量調整制御における所定の値は各色のＬＥＤごとに定められた値である。

ここで、Ｍａｘ１〜Ｍａｘ６の内の最大値を所定の値とするのは、ＬＥＤの光量が経年劣化などによって変化した場合に光量を適切な値に調整するためであるが、上述の調整方法によって、撮像素子１２７の出力をできるだけ大きくし、かつ飽和状態にならないようにすることができる。

図６は、従来の画像形成装置における光量調整制御における問題点を説明するための図である。

図６は、従来の光量調整制御によってピーク検出制御を行った後、白基準板を読み取ったときの出力を示している。横軸は主走査画素数を表し、縦軸は撮像素子１２７の出力を表している。この図６によると、チャンネル６の最終画素が最大の出力を示していることがわかる。

しかしながら、撮像素子１２７には素子ごとに黒レベルが異なる。そのため、アナログフロントエンド部１４１において、オフセット補正を行った場合であっても、黒レベルの影響は除去されていない。即ち、従来のピーク検出処理において求めた最大値は、黒レベルを補正しない状態で求めた値であり、画像処理で使用される黒レベルを補正した値とは異なる値である。従って、画像処理で使用される値と同じ値を最大化するように光量調整制御を行うことが望ましい。

図７は、本実施の形態の画像形成装置における光量調整に関する回路の構成を示す図である。

図７では、従来の回路構成と異なり、減算回路８２０とピーク検出部Ｂ及びボトム検出部Ｂとが新たに設けられている。減算回路８２０は、アナログフロントエンド部１４１から画像入力Ｉ／Ｏ部８１０を介して出力される撮像素子１２７の出力から、素子毎に黒レベル基準値を減算する。この結果、ピーク検出部Ｂに入力される信号は、黒レベルの影響を除去した信号となっている。

図８は、本実施の形態の画像形成装置における光量調整制御を説明するための図である。図８は、撮像素子１２７の出力を、素子ごとの黒レベルで補正した結果を示す図である。図８を図６と比較すると、チャンネル５の先頭画素が実際の最大出力を示している。減算回路８２０の出力信号に基づいてピーク検出部Ｂが最大値を抽出し、その最大値に基づいてＬＥＤ制御部８１４がＬＥＤの光量調整を行う。この結果、正確な光量調整を行うことができる。

[本実施の形態のバリエーション]
図９は、本実施の形態のバリエーションの形態の画像形成装置における光量調整に関する回路の構成を示す図である。

バリエーションの形態では、シェーディング補正部８１２の構成が上述の構成と異なっている。即ち、シェーディング補正部８１２は、減算回路８２０、減算回路８２２、及び補正部８２３で構成されている。

減算回路８２０は、画像信号Ｄｉｍ−黒レベル基準値Ｄｂｋを演算する。減算回路８２２は、白レベル基準値Ｄｗｔ−黒レベル基準値Ｄｂｋを演算する。例えば、画像信号Ｄｉｍの有効ビット数が８ビットである場合、補正部８２３は、シェーディング補正後の画像信号Ｄｏｕｔを以下の計算式にて算出する。

Ｄｏｕｔ＝（Ｄｉｍ−Ｄｂｋ）／（Ｄｗｔ−Ｄｂｋ）×２５５
＝（減算回路８２０の出力値／減算回路８２２の出力値）×２５５
本実施の形態で用いた減算回路８２０を活用することで、シェーディング補正の演算が乗除算のみで構成できるため、シェーディング補正について回路の簡素化と処理時間の短縮とを図ることができる。

なお、上述の実施の形態で説明した各機能は、ハードウエアを用いて構成しても良く、また、ソフトウエアを用いて各機能を記載したプログラムをコンピュータに読み込ませて実現しても良い。また、各機能は、適宜ソフトウエア、ハードウエアのいずれかを選択して構成するものであっても良い。

更に、各機能は図示しない記録媒体に格納したプログラムをコンピュータに読み込ませることで実現させることもできる。ここで本実施の形態における記録媒体は、プログラムを記録でき、かつコンピュータが読み取り可能な記録媒体であれば、その記録形式は何れの形態であってもよい。

尚、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１…画像読取装置、２…画像形成部、９…原稿、１００…画像形成装置、１０７…白基準板、１０８…駆動ベルト、１０９…原稿台ガラス、１２０…ＣＩＳ、１２１…第１の照明部、１２２…第２の照明部、１２５…光学系、１２６…撮像部、１２７…撮像素子、１２８…ＬＥＤ、１３０…ＣＩＳモジュール、１３１…制御基板、１４１…アナログフロントエンド部、１４２…ＬＥＤドライバ、８０１…ＣＰＵ、８０２…メモリ、８１１…ピーク検出部、８１２…シェーディング補正部、８１３…画像処理部、８１４…ＬＥＤ制御部、８２０…減算回路、８２２…減算回路、８２３…補正部

Claims (5)

1. 読取対象である原稿面を照射する複数の光源と、
   前記複数の光源から照射されて前記原稿面にて反射される光を撮像する撮像部と、
   前記撮像部に光が照射されない状態での前記撮像部の出力である黒基準値を格納する第１のメモリと、
   前記撮像部で前記原稿面を撮影した撮像信号から前記撮像部の素子毎に前記撮像部の素子毎の前記黒基準値を減ずる第１の減算器と、
   前記複数の光源のうち、いずれか１つを基準光源として、前記基準光源のみによって所定の基準面を照射した際の前記第１の減算器からの前記撮像信号から前記撮像部の素子毎に前記撮像部の素子毎の前記黒基準値を減じた出力信号の最大値が所定の値となるように前記基準光源の光量を調整する制御部と
   を備えた画像読取装置。
2. 前記複数の光源は、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、及び黄緑色ＬＥＤのうち少なくともいずれかを含む、請求項１記載の画像読取装置。
3. 前記複数の光源から照射されて白基準板面にて反射される光を撮像した白基準値を格納する第２のメモリと、
   前記白基準値から黒基準値を減ずる第２の減算器と、
   前記第２の減算器の出力を前記第１の減算器の出力で除算した値に基づいて前記撮像信号にシェーディング補正を実行する補正部と
   を更に有する、請求項２記載の画像読取装置。
4. 読取対象である原稿面を照射する複数の光源と、
   前記複数の光源から照射されて前記原稿面にて反射される光を撮像する撮像部と、
   前記撮像部に光が照射されない状態での前記撮像部の出力である黒基準値を格納する第１のメモリと、
   前記撮像部で前記原稿面を撮影した撮像信号から前記撮像部の素子毎に前記撮像部の素子毎の前記黒基準値を減ずる第１の減算器と、
   前記複数の光源のうち、いずれか１つを基準光源として、前記基準光源のみによって所定の基準面を照射した際の前記第１の減算器からの前記撮像信号から前記撮像部の素子毎に前記撮像部の素子毎の前記黒基準値を減じた出力信号の最大値が所定の値となるように前記基準光源の光量を調整する制御部と、
   前記撮像部で撮影した前記原稿面の画像データに基づいて媒体に画像を形成する画像形成部と
   を備えた画像形成装置。
5. 前記複数の光源は、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、及び黄緑色ＬＥＤのうち少なくともいずれかを含む、請求項４記載の画像形成装置。

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