JP6089716B2 - 光電変換装置と画像読取装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、入射する光の強度を電気信号に変換して出力する光電変換装置（光電変換デバイス）と、その光電変換装置を備えた画像読取装置及びその画像読取装置を備えた画像形成装置に関する。

複数の光電変換素子（受光素子）を配列した光電変換装置を備えた画像読取装置において、各画素における光電変換素子ごとの信号読出回路（画素信号生成回路）の個体差によって、画像読取時に画素毎に固定パターンノイズが発生する。それによって、均一な濃度の画像を読み取っても縦スジが発生するなどの画質劣化を引き起こすことがある。

そのため、読取画素値から暗状態での読取値である黒レベルを差し引く黒シェーディング補正を行い、主走査方向における画素単位での濃度変動の発生を抑制するようにしている。その黒シェーディング補正に用いる黒レベルを取得する際には、光電変換素子に光が入射しないように遮光する必要がある。そのため、複数枚の原稿を連続して読み取るときに、１枚読み取るごとに黒レベルを取得しようとすると生産性が低下する。また、完全に遮光できないために、正確な黒レベル取得ができない恐れがあるという問題もあった。

この問題を解決するため、光源の点灯状態においても読取毎に黒レベルの更新を行えるように、受光素子が蓄積した電荷を電圧に変換して検出する電荷検出部を、リセット状態にした電圧（信号）を擬似的な黒レベルとして取得する方法が既に知られている。例えば、特許文献１には、黒レベル発生回路用画素の受光素子に接続された電位検出部がリセットされた状態の信号を読み出して、黒レベルを生成することが開示されている。

しかしながら、従来の光電変換装置において、上述したように電荷検出部をリセット状態にした信号を擬似的な黒レベルとして取得した場合、次のような問題があった。
光電変換装置が画像を読み取る際には、各画素の受光素子が入射光の強度に応じて蓄積した電荷を電荷検出部へ転送するために、電荷転送ゲートを開閉する。そのため、各画素の読取信号（電圧レベル）には、ゲート開閉によるスイッチングノイズ成分が含まれる。
暗状態において、光電変換装置が通常の画像読取時と同様に動作して黒レベルを生成する場合には、電荷転送ゲートを開閉するため、生成した黒レベルの信号にもゲート開閉によるスイッチングノイズ成分が含まれている。
したがって、黒シェーディング補正によって、各画素の読取レベルから黒レベルを減じることによって、そのスイッチングノイズ成分も殆ど除去することができる。

ところが、上述したように電荷検出部をリセット状態にした電圧を擬似的な黒レベルとして取得する場合には、電荷転送ゲートを開いたままにするため、生成した黒レベルの信号にはスイッチングノイズ成分が含まれない。
そのため、黒シェーディング補正によって、各画素の読取レベルから黒レベルを減じても、各画素の読取レベルにおけるスイッチングノイズ成分を除去することができない。それによって、主走査方向における画素単位での濃度のばらつきを精度よく抑制することができないという問題があった。

この発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、光源を点灯したままの状態で、受光素子への入射光を遮光することなく、各画素単位で適切な黒レベルを生成できるようにし、高精度の黒シェーディング補正を実現することを目的とする。

上記目的を達成するため、入射する光の強度に応じた電荷を発生して蓄積する受光素子と、その受光素子で蓄積した電荷を電圧に変換する電荷検出部とを有する光電変換装置において、
入射する光の強度に応じた信号を画素毎に出力する通常出力モードと、入射する光とは無関係な黒レベルの信号を画素毎に出力するダミー黒レベル出力モードとを有し、
上記通常出力モードでは、上記電荷検出部をリセットし、上記受光素子に蓄積された電荷をリセットされた電荷検出部に転送して電圧に変換した信号を出力し、
上記ダミー黒レベル出力モードでは、上記電荷検出部をリセットし、上記通常出力モードにおける電荷転送期間に相当する期間に、上記受光素子に蓄積された電荷をリセットされた上記電荷検出部に転送せずに、その電荷検出部を再度リセットした信号を黒レベルの信号として画素毎に出力することを特徴とする。

この発明の光電変換装置によれば、ダミー黒レベル出力モードでは、入射する光とは無関係な黒レベルの信号を生成でき、その黒レベルの信号には再度リセットしたことによるスイッチングノイズ成分が含まれる。
したがって、連続読取時に、光源を点灯したままの状態でも、各画素単位でスイッチングノイズ成分を含んだ黒レベルを生成でき、それによって、各読取ごとにノイズの影響をキャンセルした高精度の黒シェーディング補正を実現させることができる。

この発明による光電変換装置を備えた画像読取装置の一実施形態の信号系の概略を示すブロック図である。 図１に示した画像読取装置における光電変換装置３の構成例を示すブロック図である。 図２に示した画素信号生成回路の構成例を示す回路図である。 図３に示した画素信号生成回路における出力モード切り替えを説明するための図である。 画素信号生成回路の通常出力モード動作時における各ゲート信号と出力波形を示すタイミングチャートである。

従来のダミー黒レベル出力モードで擬似的な黒レベルを出力する場合の各ゲート信号と出力波形を示すタイミングチャートである。 通常出力モード動作時における各ゲート信号とノイズ成分を含む出力波形を示すタイミングチャートである。 通常出力モードの暗状態で取得した黒レベルによって黒シェーディング補正を行う場合の説明図である。 従来のダミー黒レベル出力モードで取得した擬似的な黒レベルによって黒シェーディング補正を行う場合の説明図である。 この発明による光電変換装置においてダミー黒レベル出力モードで擬似的な黒レベルを出力する場合の各ゲート信号と出力波形を示すタイミングチャートである。

図１に示した画像読取装置による圧板読取時における動作の流れを示すフローチャートである。 同じくそのＤＦ読取時における動作の流れを示すフローチャートである。 図１に示した画像読取装置の一部変更例の変更部分のみを示すブロック図である。 図１３に示した画像読取装置による原稿読取時の動作の流れを示すフローチャートである。 この発明による画像形成装置の一実施形態の機構部の概略構成を示す模式的な断面図である。 図１５における画像読取装置の機構部の概略構成を示す模式的な拡大断面図である。

以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
まず、この発明による光電変換装置を備えた画像読取装置の一実施形態の概要を図１によって説明する。図１は、その画像読取装置の信号系の概略を示すブロック図である。
この画像読取装置２００は、光源１と、その光源１の点灯と消灯を制御する光源制御部２と、光電変換装置３と、図示していない圧板の開閉を検知する圧板開閉検知部５と、黒シェーディング補正部７とを備えている。

この光電変換装置３は、光源１によって照明される読取対象（原稿）からの反射光を入射して、その強度に応じた電気信号に変換し、Ａ／Ｄ変換を行ってデジタル値として出力する。光源１としては、キセノンランプや蛍光灯又はＬＥＤアレイなどを使用する。
その光電変換装置３内に、タイミング信号を生成するタイミング信号生成部４を備えている。

この画像読取装置２００は、読取対象を覆って抑える圧板を開閉可能に備えており、圧板開閉検知部５は、その圧板の開閉状態を検知するもので、例えばマイクロスイッチや反射型フォトセンサ等である。
黒シェーディング補正部７は、光電変換装置３から出力されるデジタル信号である読取画素値から、暗時の画素値（黒レベルデータ）を減算してオフセットレベル補正を行う。

次に、この画像読取装置２００における光電変換装置３の構成例を図２によって説明する。図２は、その光電変換装置３の構成例を示すブロック図である。
光電変換装置３内には、受光素子８が所定画素数分である主走査画素数分だけ直線状に配列されている。その各画素に相当する受光素子８が、光源１に照明された読取対象（原稿）からの反射光を入射（受光）して、その強度に応じた電荷を発生して蓄積する。

その各受光素子８に対してそれぞれ画素信号生成回路９が設けられている。そして、各受光素子８に蓄積された電荷が各画素信号生成回路９に転送されて、内部の電荷検出部で電圧に変換され、ゲイン調整及びＡ／Ｄ変換等の処理を経て、デジタル信号として各画素の画素値が出力される。その各画素信号生成回路９は、タイミング信号生成部４からの信号によってその動作タイミングが制御される。

すなわち、画素信号生成回路９は受光素子８と同数だけ設けられており、各画素信号生成回路９ごとに、対応する受光素子８による画素の画素値が出力される。
光電変換装置３がこのようにして、主走査方向に１ライン分の画素が並ぶ画素値を、副走査方向に順次出力することによって、１次元のラインセンサである光電変換装置３によって２次元の読取データを取得することができる。

図３は、図２に示した画素信号生成回路９の構成例を示す回路図である。
この画素信号生成回路９は、電荷検出部１０と増幅器１１及びＡ／Ｄ変換器１２を有している。その電荷検出部１０は、電圧ＶＤＤの直流電源とアース間に直列に接続したＲＳ（リセット）ゲート１３とコンデンサ１４、およびその接続点ａと受光素子８であるフォトダイオードＰＤのカソードとの間に接続したＰＴ（電荷転送）ゲート１５とを有する。フォトダイオードＰＤのアノードはアースに接続されている。
ＲＳゲート１３とＰＴゲート１５には、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチングトランジスタが使用される。

電荷検出部１０は、ＰＴゲート１５がオフでＲＳゲート１３がオンの期間にコンデンサ１４を電圧ＶＤＤに充電してリセットし、ＲＳゲート１３がオフでＰＴゲート１５がオンの期間に、受光素子８に蓄積された電荷をコンデンサ１４に転送する。それによって、コンデンサ１４を受光素子８の蓄積電荷量に応じて放電させ、ａ点の電圧を低下させる。したがって、受光素子８で蓄積した電荷がａ点の電圧に変換される。

そのＲＳゲート１３とＰＴゲート１５のオン・オフ期間は、図２に示したタイミング信号生成部４からのＲＳゲート信号とＰＴゲート信号によって制御される。
その電荷検出部１０のａ点の電圧を増幅器１１によって増幅してゲイン調整を行い、Ａ／Ｄ変換器１２によってデジタル値に変換して、画素値を出力する。
なお、受光素子８としてフォトダイオードを使用した例を示したが、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの光電変換素子を使用してもよい。

図４は、図３に示した画素信号生成回路９における出力モード切り替えを説明するための図である。
この発明による光電変換装置３は、各画素信号生成回路９における出力モードとして、「通常出力モード」と「ダミー黒レベル出力モード」とを有している。
「通常出力モード」は、図３に示した受光素子８であるフォトダイオードに入射する光の強度に応じた信号を画素毎に出力するモードである。「ダミー黒レベル出力モード」は、受光素子８に入射する光とは無関係な暗状態での黒レベル相当の信号を画素毎に出力するモードである。

これらの２つのモードの動作は、タイミング信号生成部４によるＲＳゲート信号とＰＴゲート信号を変更することによって切り替える。それを、図４においては一種の切り替えスイッチのようなモード切替手段１６として示している。

図５は、この画素信号生成回路９の通常出力モード動作時における理想的な出力波形を示すタイミングチャートである。このタイミングチャートに示す動作について、図２及び図３も参照して説明する。
タイミング信号生成部４が出力するＲＳゲート信号は、所定の周期でリセット期間Ｔｒの間だけハイレベルＨになり、そのリセット期間Ｔｒだけ図３に示したＲＳゲート１３がオンになり、コンデンサ１４が電圧ＶＤＤに充電される。

一方、ＰＴゲート信号もＲＳゲート信号と同じ周期で、ＲＳゲート信号がローレべルＬの期間中の電荷転送期間Ｔｔの間だけ、ハイレベルＨになる。それによって、その間だけ図３に示したＰＴゲート１５がオンになり、受光素子８に蓄積された電荷が電荷検出部１０のコンデンサ１４に転送される。

コンデンサ１４に充電されている電荷と受光素子８から転送される電荷の極性が反対であるため、転送された受光素子８の蓄積電荷量に応じてコンデンサ１４が逆極性に充電されて、ａ点の電圧が図５に示すように低下する。
したがって、リセット時の電荷検出部１０の出力（ａ点の電圧）であるＲＳ出力のレベルはＶＤＤであり、電荷転送後の出力（ＰＴ出力とする）のレベルは、転送された電荷による低下電圧をＶＳとするとＶＤＤ−ＶＳになる。

受光素子８に蓄積された電荷量が多いほどこの低下電圧ＶＳが大きく、白レベルに近くなり、受光素子８に蓄積された電荷量が少ないほどこの低下電圧ＶＳが小さく、黒レベルに近くなる。この図５の上側に示す出力波形の信号を図３に示した増幅器１１で反転増幅してレベル調整し、Ａ／Ｄ変換器１２でデジタル値に変換して、ＰＴ出力レベルすなわち低下電圧ＶＳに応じた画素値を順次出力する。

増幅器１１で反転増幅後の出力レベルは、電圧ＶＤＤが０レベルになり、ＰＴ出力レベルは低下電圧ＶＳに応じた大きさのレベルになる。
このように、ＲＳゲート信号とＰＴゲート信号を交互に所定期間だけハイレベルＨにすることを繰り返すことによって、受光素子の配列方向（主走査方向）に直交する副走査方向の読取画素値が次々に出力されることになる。

また、図３に示した受光素子８に光が全く入射しない暗状態の場合には、受光素子８に電荷が蓄積されないため、理想的には電荷転送後もコンデンサ１４の電荷は変化せず、低下電圧ＶＳ＝０で、ＰＴ出力のレベルはＶＤＤのままの筈である。したがって、電荷検出部１０の出力波形は、図５の下側に示すようになる筈である。

そこで、この暗状態における出力レベル（反転増幅後の出力レベルは略０レベル）を黒レベルの画素値として出力する。これは原稿読取前に取得し、複数ラインで平均化した黒レベルの画素値データを用いることによって、ランダムノイズを平滑化する。
そして、図１に示した黒シェーディング補正部７において、原稿読取時における読取画素値からこの黒レベルの画素値を差し引く黒シェーディング補正を行うことによって、主走査方向の画素単位での濃度変動の発生を抑制することができる。

図５によって上述したように、暗状態における出力レベルによって黒レベルの画素値を得るのは、受光素子８であるフォトダイオードに光が全く入射せず、電荷が全く蓄積されないのが前提条件となる。
そのため、例えば原稿読取時において光源が点灯している時や、外部からの光が少しでも受光素子８の受光部に入っている時は暗状態を確保できず、上述のようにして黒レベルを生成できないという問題がある。

そこで、ダミー黒レベル出力モードで、電荷転送を行うＰＴゲート信号を電荷転送期間にも立ち上げないように強制的に制御することによって、ＰＴ出力レベルもＲＳ出力レベルと同じ電圧ＶＤＤとなり、擬似的な黒レベルを出力することができる。ただし、ゲインのばらつき等に起因して発生する固定パターンノイズ（ＦＰＮ）の影響により、出力波形は図５の下側に示したような理想的な出力波形にはならず、図６に示すように、黒レベル（ＶＤＤ）に±ΔＦＰＮの誤差が生じる。
しかし、この固定パターンノイズによる±ΔＦＰＮの誤差は、原稿読取時にも発生するので、読取画素値からこの黒レベルの画素値を差し引く黒シェーディング補正を行うことによって相殺される。

次に、スイッチングノイズについて図７によって説明する。
上述したダミー黒レベル出力モードによって、擬似的な黒レベルの出力が可能である。しかし、その場合の問題として、スイッチングノイズ（ＳＮ）による影響がある。スイッチングノイズとは、信号の立ち上がり及び立ち下がり時に発生するノイズであり、ここではＰＴゲート信号に起因するものに着目する。

図５の下側に示した暗状態における黒レベルの出力波形は、実際は図７に示すように、画素信号生成回路９ごとに固定パターンノイズ（ＦＰＮ）及びスイッチングノイズ（ＳＮ）が発生している。そのため、黒レベルの出力値は理想的にはＶＤＤ（反転増幅後は０）であるが、固定パターンノイズによる誤差±ΔＦＰＮとスイッチングノイズによる誤差±ΔＳＮを含んだ出力レベルとなる。

このノイズ成分のうち、スイッチングノイズによる誤差±ΔＳＮは、図６によって説明したように、ＰＴゲート信号を電荷転送期間にも立ち上げないように強制的に制御することによって、擬似的な黒レベルを出力させる場合には含まれない。しかし、通常出力モードによる原稿読取時には、ＰＴゲート１５のオン・オフによるスイッチングノイズが発生し、ＰＴ出力レベルにはそのノイズによる誤差±ΔＳＮが含まれる。

そのため、読取画素値からこの黒レベルの画素値を差し引く黒シェーディング補正を行っても、スイッチングノイズによる誤差成分は相殺されない。
したがって、主走査方向の画素ごとに個々の画素信号生成回路を持つ光電変換装置においては、均一な濃度の原稿を読み取った場合でも、主走査方向の画素による読取レベルのばらつきが生じてしまう。

この主走査方向の画素による読取ばらつきについて、図８及び図９によって説明する。 図８は、通常出力モードの暗状態で取得した黒レベルによって黒シェーディング補正を行う場合の説明図である。
この場合は、通常出力モードで取得した原稿読取値にも黒レベル読取値にも同様に、固定パターンノイズによる誤差ΔＦＰＮとスイッチングノイズによる誤差ΔＳＮの成分が含まれている。そのため、均一な濃度の原稿を読み取った場合の黒シェーディング補正後の原稿読取レベル、すなわち原稿読取値から黒レベル読取値を減算したレベルは、図８に実線ａで示すように主走査方向の各画素で均一になる。

しかしながら、図６で説明したように、ダミー黒レベル出力モードで、ＰＴゲート信号を電荷転送期間にも立ち上げないように強制的に制御して得る擬似的な黒レベル生成方法においては、ＲＳゲートのスイッチング動作を行わずに黒レベルを生成している。そのためスイッチングノイズは発生せず、図９に示すように、黒レベル読取値にはスイッチングノイズによる誤差ΔＳＮの成分が含まれない（誤差ΔＦＰＮのみ含まれる）。したがって、原稿読取値から黒レベル読取値を減算する黒シェーディング補正を行っても、同図に実線ｂで示すように、誤差ΔＳＮの成分に関しては相殺できず、主走査方向の読取レベルを均一化できない。

そのため、この発明による光電変換装置３におけるダミー黒レベル出力モードでは、この問題を解決するために次のようにしている。
図１０は、この発明による光電変換装置３におけるダミー黒レベル出力モードでの各ゲート信号と出力波形を示すタイミングチャートである。

この例では、ダミー黒レベル出力モードにおいて、通常出力モードにおける電荷転送期間Ｔｔに相当する期間もリセット期間Ｔｒとして、この期間にＰＴゲート信号に代えてＲＳゲート信号を立ち上げ、図３に示したＲＳゲート１３をオンにした後オフにする。ＲＳゲート１３とＰＴゲート１５はコンデンサ１４による電荷検出点であるａ点から見ると等価に位置し、そのスイッチングノイズによる影響は、ＲＳゲート１３とＰＴゲート１５で同程度に発生する。

そのため、図１０に示すように、通常出力モードにおける電荷転送期間に相当する期間にＲＳゲート１３をオンにして、電荷検出部１０のコンデンサ１４を再度リセットする。このように、スイッチング動作を擬似的に行うことによって、画素毎にスイッチングノイズΔＳＮを含んだ黒レベルの出力を得ることができる。
これにより、完全な暗状態が確保できない状況下においても、通常出力モードにおける暗状態で取得する黒レベルの画素値と等価なスイッチングノイズ成分を含んだダミーの黒レベルデータを画素毎に取得することができる。

したがって、原稿の連続読取時において光源が常時点灯状態のときでも、上記ダミー黒レベル出力モードの動作を行うことによって、経時的な光量変化等に対して通常出力モードにおける暗状態と同様な黒レベルの更新が可能である。
それによって、スイッチングノイズの影響をなくした高精度な黒シェーディング補正を行うことができる。

上記をまとめると、この発明による光電変換装置３は、次の（１）及び（２）を選択して黒シェーディング補正用の黒レベルデータを生成することができる。
（１）通常出力モード：受光素子８に全く光が入射していない時に、通常の読取動作で読み取った読取値を黒レベルデータとして生成する。
（２）ダミー黒レベル出力モード：受光素子８に光が入射している時、電荷転送期間に相当する期間に、ＰＴゲート信号に代えてＲＳゲート信号を立ち上げる動作を行い、電荷検出部１０のコンデンサ１４を再度リセットする。それによって、擬似的に暗状態と等価になるダミーの黒レベルデータを生成する。

このように、この発明による光電変換装置３は、受光素子８に光が入射しているか否かによって、入射していない場合は通常出力モードに、入射している場合は前記ダミー黒レベル出力モードに、出力モードを切り替える出力モード切替手段を有する。
そのため、図１に示した画像読取装置２００は、読取対象である原稿を覆って押さえる圧板を開閉可能に備え、その圧板の開閉状態を検知する圧板開閉検知部５の検知信号を、光電変換装置３のタイミング信号生成部４に入力させている。
また、光源１の点灯及び消灯を制御する光源制御部２を備えており、その光源制御部２からの光源１の点灯及び消灯を制御する信号を、光電変換装置３のタイミング信号生成部４にも入力させている。

タイミング信号生成部４は、受光素子８に光が入射しているか否かによって出力モードを切り替える出力モード切替手段の機能も有している。
そのため、タイミング信号生成部４は、圧板開閉検知部５からの検知信号による圧板の開閉状態によって、受光素子８に光が入射しているか否かを判断することができる。その場合、タイミング信号生成部４は、圧板が開いていれば受光素子８に光が入射していると判断し、閉じていれば受光素子８に光が入射していないと判断する。

あるいは、タイミング信号生成部４は、光源制御部２からの光源１の点灯及び消灯を制御する信号によっても、受光素子８に光が入射しているか否かを判断することができる。その場合、タイミング信号生成部４は、光源１を点灯していれば受光素子８に光が入射していると判断し、消灯していれば受光素子８に光が入射していないと判断する。

さらに、タイミング信号生成部４がこれらを組み合わせて、圧板の開閉状態と光源１の点灯及び消灯を制御する信号とによって、受光素子８に光が入射しているか否かを判断するようにすれば、より確実な判断ができる。
その場合、タイミング信号生成部４は、圧板が閉じていて且つ光源１が消灯していれば、光電変換装置３の受光素子８に光が入射していないと判断し、それ以外のときには受光素子８に光が入射していると判断する。

ここで、図１に示した画像読取装置２００による圧板読取時とＤＦ読取時における動作の流れを、図１１及び図１２によって説明する。
「圧板読取」とは、後述するコンタクトガラス上の所定位置に利用者が手で原稿をセットして圧板で押さえた状態で読み取る読取方式である。
「ＤＦ読取」とは、画像読取装置上に搭載した自動原稿給送装置（ＡＤＦ）によって、コンタクトガラス上へ原稿を一枚ずつ順次給送して読み取るか、自動給送される原稿がシートスルー読取位置を通過するときに読み取る読取方式である。

図１１は、画像読取装置２００による圧板読取時における動作の流れを示すフローチャートである。
図１には図示していない読取開始ボタンが押されると、画像読取装置２００がこの処理を開始する。そして、まずステップＳ１で、タイミング信号生成部４が圧板開閉検知部５からの検知信号によって、圧板が閉じているか否かを判断する。圧板読取時には通常は圧板が閉じているが、ブック原稿のような厚い原稿がセットされた場合のように、圧板が完全に閉じていないこともあるためこの判断をする。

ステップＳ１で圧板が閉じていると判断すれば、ステップＳ２で光電変換装置３を前述した通常出力モードにし（初期状態ではこのモードになっている）、ステップＳ３で原稿読取前に暗状態で読取動作を行って、黒レベルを取得する。その後ステップＳ７へ進んで原稿読取を開始する。
ステップＳ１で圧板が閉じていないと判断した場合は、ステップＳ４で光電変換装置３を前述したダミー黒レベル出力モードに切り替え、ステップＳ５で擬似黒レベル生成処理を行って黒レベルを取得する。その後ステップＳ６で光電変換装置３を通常出力モードに切り替えた後、ステップＳ７へ進んで原稿読取を開始する。

ステップＳ７で原稿読取を開始すると、ステップＳ８で光源を点灯して原稿を読み取り、ステップＳ９で原稿読取が終了した後、ステップＳ１０で光源を消灯して処理を終了する。
このようにして、原稿を読み取った画素出力値に対して、ステップＳ３又はＳ５で取得した黒レベルのデータを用いて黒シェーディング補正を行う。
この実施形態によれば、ブック原稿などをコンタクトガラス上にセットして読み取る場合のように、圧板が完全には閉じられない状態で圧板読取を行う場合でも、外光の入射に係わらず、精度の高い黒シェーディング補正を維持することができる。

図１２は、画像読取装置２００によるＤＦ読取時における動作の流れを示すフローチャートである。
図１には図示していない自動原稿給送装置に原稿がセットされ、読取開始ボタンが押されると、画像読取装置２００がこの処理を開始する。
そして、まずステップＳ１１で、タイミング信号生成部４が光源制御部２からの光源１の点灯及び消灯を制御する信号によって、光源が消灯しているか否かを判断する。原稿読取を開始する前であるから、通常は光源は消灯しているはずであるが、何らかの原因で点灯している可能性もあるためこの判断をする。

ステップＳ１１で光源が消灯していると判断すれば、ステップＳ１２で光電変換装置３を前述した通常出力モードにし（初期状態ではこのモードになっている）、ステップＳ１３で原稿読取前に暗状態で読取動作を行って、黒レベルを取得する。その後ステップＳ１７へ進んで原稿読取を開始する。
ステップＳ１１で光源が消灯していない（点灯している）と判断した場合は、ステップＳ１４で光電変換装置３を前述したダミー黒レベル出力モードに切り替え、ステップＳ１５で擬似黒レベル生成処理を行って黒レベルを取得する。その後、ステップＳ１６で光電変換装置３を通常出力モードに切り替え、ステップＳ１７へ進んで原稿読取を開始する。

ステップＳ１７で原稿読取を開始すると、ステップＳ１８で光源を点灯して１枚目の原稿を自動給送して読み取る。ステップＳ１９でその原稿読取が終了したら、ステップＳ２０で自動原稿給送装置に次の原稿がないかどうかを判断する。この判断は、自動原稿給送装置に設けられた原稿セット検知センサからの検知信号の有無によって判断する。

次の原稿が有ると判断した場合はステップＳ１１へ戻って、光源が消灯しているか否かを判断するが、その場合は光源を消灯していないので、ステップＳ１４へ進む。そして、光電変換装置３をダミー黒レベル出力モードに切り替え、ステップＳ１５で擬似黒レベル生成処理を行って黒レベルを取得する。その後、ステップＳ１６で光電変換装置３を通常出力モードに切り替え、ステップＳ１７へ進んで原稿読取を開始する。そして、２枚目の原稿を自動給送して読み取る。

こうして、ステップＳ２０で次原稿はないと判断するまで、光源を点灯したまま、ダミー黒レベル出力モードで黒レベルを取得した後、順次原稿を自動給送して読み取る。
ステップＳ２０で次原稿はないと判断すると、ステップＳ２１で光源を消灯して処理を終了する。
このようにして、各原稿を読み取った画素出力値に対して、１枚ごとにステップＳ１３又はＳ１５で取得した黒レベルのデータを用いて黒シェーディング補正を行う。

以上により、光電変換装置の受光素子に外部からの光の入射がある場合や、連続読取時に光源が常時点灯している場合などでも、正確な黒レベル値の生成を行うことができ、生産性を落とさずに、精度の高い黒シェーディング補正を行うことができる。
この図１１及び図１２によって説明した処理は、画像読取装置２００の各部を制御するマイクロコンピュータによって、統括制御して実行するようにしてもよい。

次に、図１に示した画像読取装置の一部変更例を図１３及び図１４によって説明する。
図１３はその画像読取装置の変更部分のみを示すブロック図であり、図１と対応する部部には同一符号を付している。この画像読取装置は、図１における圧板開閉検知部５に代えて、入光検知手段１７を設けている。

その入光検知手段１７は、黒レベル上限の予め設定した閾値のデータを格納したメモリ１８を有している。そして、入光検知手段１７は、光電変換装置３が通常出力モードで黒レベル生成時に出力する画素出力値（読取値）が、メモリ１８に格納された閾値の範囲内か否かの検知信号を、タイミング信号生成部４へ入力する。
タイミング信号生成部４はその検知信号によって、読取値が閾値の範囲内であれば受光素子に光が入射していないと判断し、読取値が閾値の範囲を超えていれば受光素子に光が入射していると判断する。

図１４はその画像読取装置による原稿読取時の動作の流れを示すフローチャートである。この処理は、前述した圧板読取時とＤＦ読取時のいずれにも適用できる。
図１４におけるステップＳ１２〜Ｓ２１の処理は図１２の対応する各ステップの処理と同じであるから、同じステップ番号を付してある。

この図１４の処理において図１２の処理と異なるのは、ステップＳ１１′だけである。このステップＳ１１′では、図１３に示したタイミング信号生成部４が、入光検知手段１７からの検知信号によって、光電変換装置３による読取値が閾値の範囲内か否かを判断する。その結果、読取値が閾値の範囲内であれば、受光素子に光が入射していないと判断して、ステップＳ１２で光電変換装置３を通常出力モードのままにして、ステップＳ１３で暗状態での黒レベルを取得する。その後、ステップＳ１７で原稿読取を開始する。

読取値が閾値の範囲を超えていれば、受光素子８に光が入射していると判断して、ステップＳ１４で光電変換装置３をダミー黒レベル出力モードに切り替えて、ステップＳ１５で擬似的な黒レベルを取得する。その後、ステップＳ１６で通常出力モードに戻し、ステップＳ１７で原稿読取を開始する。
ＤＦ読取の場合は、ステップＳ２０の判断で次原稿はないと判断するまで、光源を点灯したままステップＳ１１′〜Ｓ２０の処理を繰り返して、複数枚の原稿を順次読み取る。 圧板読取の場合は、ステップＳ２０の判断で次原稿はないと判断するので、ステップＳ２１で光源を消灯して処理を終了する。

このようにすれば、圧板読取時とＤＦ読取時のいずれも同じ処理で、回路規模を増やすことなく、黒レベル生成モードの選択を行うことができる。また、受光素子に光が入射していないか否かを確実に判断することができる。
この図１４によって説明した処理も、画像読取装置の各部を制御するマイクロコンピュータによって、統括制御して実行するようにしてもよい。

〔画像形成装置の実施形態〕
次に、この発明による画像形成装置の一実施形態について、図１５及び図１６によって説明する。図１５は、その画像形成装置の機構部の概略構成を示す模式的な断面図であり、図１６は、その画像形成装置が備えた画像読取装置の機構部の概略構成を示す模式的な拡大断面図である。

図１５に示す画像形成装置は、画像形成装置本体１００の上部に、この発明による画像読取装置２００を搭載し、さらにその上に自動原稿給送装置（以下「ＡＤＦ」と称す）３００を装着している。
画像形成装置本体１００の図１５において右側に大容量給紙装置４００を、左側に用紙後処理装置５００を装備している。この大容量給紙装置４００と用紙後処理装置５００はオプションであり、その一方又は両方を装備しなくてもよい。
画像形成装置本体１００内には、画像書き込み部１１０、作像部１２０、定着部１３０、両面搬送部１４０、給紙部１５０、垂直搬送部１６０、及び手差し部１７０等を備えている。

画像書き込み部１１０は、画像読取装置２００で読み取った原稿の画像データに基づいて、発光源であるレーザダイオード（ＬＤ）の発光を変調し、図示していないポリゴンミラー、ｆθレンズなどの走査光学系により感光体ドラム１２１にレーザ書き込みを行う。
作像部１２０は、感光体ドラム１２１と、その外周に沿って配置された帯電ローラ１２２、現像ユニット１２３、転写ユニット１２４、図示を省略したクリーニングユニット及び除電ユニットなど、公知の電子写真方式の作像要素からなる。

感光体ドラム１２１が図１５で右回転しながら、その表面が帯電ローラ１２２によって一様に帯電された後、画像書き込み部１１０によるレーザ光で走査されて、静電潜像が形成される。その感光体ドラム１２１の表面の静電潜像が、現像ユニット１２３を通過する際にトナーによって現像され、トナー像が形成される。
その感光体ドラム１２１の表面のトナー像が、転写ユニット１２４との間に送り込まれる転写紙である用紙に転写される。
定着部１３０は、転写ユニット１２４によって用紙に転写されたトナー像を、定着ローラと加圧ローラによって熱と圧力を加えて、用紙に定着する。

両面搬送部１４０は、定着部１３０の用紙搬送方向下流側に設けられ、用紙の搬送方向を用紙後処理装置５００側、あるいは両面搬送部１４０側に切り換える第１の切換爪１４１を備えている。また、その両面搬送部１４０は、第１の切換爪１４１によって導かれる反転搬送路１４２と、その反転搬送路１４２で反転した用紙を再度転写ユニット１２４側に搬送する画像形成側搬送路１４３とを有する。さらに、その両面搬送部１４０は、反転した用紙を用紙後処理装置５００側に搬送する後処理側搬送路１４４を含み、画像形成側搬送路１４３と後処理側搬送路１４４との分岐部には、第２の切換爪１４５が配されている。

給紙部１５０は、それぞれサイズが異なる用紙を収納できる４段の給紙段１５１〜１５４からなり、それぞれピックアップローラ１５５と給紙ローラ１５６によって、選択された給紙段に収納された用紙を引き出して、垂直搬送部１６０へ送り込む。
垂直搬送部１６０では、各給紙段から送り込まれた用紙を、転写ユニット１２４の用紙搬送方向上流側の直前に位置する位置決めローラ（レジストローラ）１６１まで搬送する。位置決めローラ１６１は、感光体ドラム１２１上に形成されるトナー像の先端とタイミングを取って、用紙を転写ユニット１２４に送り込む。それによって、感光体ドラム１２１上のトナー像が用紙上の所定位置に転写される。

手差し部１７０は開閉自在な手差しトレイ１７１を備え、必要に応じて手差しトレイ１７１を開いて用紙を手差しにより供給する。この場合も、位置決めローラ１６１で用紙の搬送タイミングが取られて、転写ユニット１２４へ搬送される。
大容量給紙装置４００は、同一サイズの用紙を大量にスタックして供給するもので、用紙が消費されるにしたがって底板４０２が上昇し、常にピックアップローラ４０１から用紙のピックアップが可能に構成されている。ピックアップローラ４０１によって給紙される用紙は、垂直搬送部１６０によって位置決めローラ１６１のニップまで搬送される。

用紙後処理装置５００は、パンチ、整合、ステイプル、仕分けなどの所定の処理を行うもので、この実施形態ではそれらの機能のために、パンチ５０１、ステイプルトレイ（整合トレイ）５０２、ステイプラ５０３、およびシフトトレイ５０４を備えている。
そして、画像形成装置本体１００から用紙後処理装置５００に搬入された用紙は、孔明けを行う場合にはパンチ５０１で１枚ずつ孔明けが行われ、その後、特に処理する必要がなければ、プルーフトレイ５０５へ送出される。ソート、スタック、および仕分けを行う場合には、それぞれシフトトレイ５０４に排紙される。

仕分けは、この実施形態は、シフトトレイ５０４が用紙搬送方向に直交する方向に所定量往復動することにより行われる。このほかに、用紙搬送路で用紙を用紙搬送方向と直交する方向に移動させて仕分けを行うこともできる。
整合する場合には、必要に応じて孔明けが行われた用紙が下搬送路５０６に導かれ、ステイプルトレイ５０２において、後端フェンスで用紙搬送方向と直交する方向が整合され、ジョガーフェンスで用紙搬送方向と平行な方向の整合が行われる。綴じが行われる場合には、整合された用紙束の所定位置、例えば角部、中央２個所など所定の位置がステイプラ５０３によって綴じられ、放出ベルトによってシフトトレイ５０４に排紙される。

画像読取装置２００は、ＡＤＦ３００によってコンタクトガラス２０１上に搬送されて停止した原稿の下面の画像を読み取り、その読み取った画像データを記憶装置に一旦記憶する。そして、画像形成装置本体１００による画像形成時に、画像書き込み部１１０によって記憶装置からその画像データが読み出され、その画像データに応じてレーザダイオードの発光を変調し、帯電された感光体ドラム１２１の表面に光書き込みが行われる。

ＡＤＦ３００は、画像読取装置２００の後述するコンタクトガラスの設置面に開閉可能に取り付けられており、読取対象である原稿を覆って押さえる圧板の役目も兼ねている。ＡＤＦを装着しない場合は、コンタクトガラスの設置面に圧板を開閉可能に取り付ける。
このＡＤＦ３００は、原稿台３０１上にセットされた原稿束２０Ｓの最上位の原稿から１枚ずつ、給紙ローラ３０２によって順次給送し、それを搬送ローラ３０３及び搬送ベルト３０４によってコンタクトガラス上の読取位置へ搬送する。読み取り後の原稿は、搬送ベルト３０４及び排出ローラ対３０５によって、上部排紙トレイ又は側部排紙トレイ３０７に排出される。

画像読取装置２００内には、図１６に示すように、上面に原稿２０を載置するコンタクトガラス２０１を備えている。その下側に、原稿露光用の光源１及び第１反射ミラー２０２を搭載した第１キャリッジ２０５と、第２反射ミラー２０３及び第３反射ミラー２０４を搭載した第２キャリッジ２０６とを備えている。この実施形態では、光源１としてキセノンランプ又は蛍光灯を使用している。

この画像読取装置２００はさらに、第３反射ミラー２０４で反射された光を、前述した光電変換装置３の受光素子８上に結像させるためのレンズユニット２０７を備えている。
光電変換装置３で読み取った１ラインごとの各画素出力値からなる画像データは、信号線２０９を通して処理記憶部２１０へ送られ、黒シェーディング補正及びシェーディング補正等が行われた後、記憶装置（画像メモリ）に記憶される。

この画像読取装置２００は、シェーディング補正用データを生成するために用いる基準白板等の基準濃度を有する基準部材２０８を、コンタクトガラス２０１の端部に隣接して設けている。この基準部材２０８を読み取ったときのデータに基づいて、原稿読取時の１ラインごとの各画素の白レベルが均一になるように、各画素データのゲインを調整するのがシェーディング補正である。これは公知技術であり、この発明には直接関係しないので、詳細な説明は省略する。
なお、図示はしていないが、コンタクトガラス２０１の端部に隣接してシートスルー読取用スリットも備えることができる。

このように構成された画像読取装置２００において、コンタクトガラス２０１上に手操作により、あるいはＡＤＦ３００によって原稿２０がセットされ、図示していない読取開始ボタンが押されると、前述したように黒レベルを取得した後、原稿読取を開始する。
そのとき、第１キャリッジ２０５および第２キャリッジ２０６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２０を走査する。その際、コンタクトガラス２０１から受光素子８の受光面までの光路長を一定に維持するために、第２キャリッジ２０６は第１キャリッジ２０５の１／２の速度で移動する。

同時に、コンタクトガラス２０１上にセットされた原稿２０の下面である画像面が、第１キャリッジ２０５の光源１によって照明（露光）される。その画像面からの反射光が、第１キャリッジ２０５の第１反射ミラー２０２、第２キャリッジ２０６の第２反射ミラー２０３及び第３反射ミラー２０４によって順次反射される。そして、第３反射ミラー２０４による反射光束が、レンズユニット２０７によって集束され、光電変換装置３の１ライン分の各受光素子８上に結像される。

それによって、前述したように、各受光素子８は入射する光の強度に応じた電荷を発生して蓄積し、その蓄積した電荷を光電変換装置３内で電圧に変換し、さらにデジタル値に変換して、１ライン分ずつの画像データとして処理記憶部２１０へ送る。

シートスルー読取用スリットを設けた場合には、ＡＤＦ３００によって原稿を自動給送して、その原稿がシートスルー読取用スリットを通過する際に、その画像を読み取ることができる。この読取モードをシートスルーモードという。
このシートスルーモードの時には、第１キャリッジ２０５および第２キャリッジ２０６がシートスルー読取用スリットの下側へ移動して停止する。
そして、ＡＤＦ３００によって自動給送され、シートスルー読取用スリット上を通過する原稿の画像面を、光源１によって照明する。その画像面からの反射光を、第１反射ミラー２０２、第２反射ミラー２０３及び第３反射ミラー２０４によって順次反射し、レンズユニット２０７よって受光素子８上に結像させる。

このように構成した画像形成装置は、前述したこの発明の実施形態である画像読取装置を備えているので、原稿のコピー画像を形成する際、生産性を低下させることなく、原稿読み取りごとに適切な黒レベルデータを生成することができる。そのため、ノイズの影響をキャンセルして常に高精度な黒シェーディング補正を行って、縦スジの発生を抑えた高画質な画像を形成することができる。

以上、この発明による光電変換装置、画像読取装置及び画像形成装置の各実施形態について説明したが、それらの各部の具体的な構成、処理の内容、データの形式等は、実施形態で説明したものに限るものではない。
また、以上説明してきた各実施形態の構成は、適宜追加、変更、一部の省略等を行うことができ、また、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。

１：光源 ２：光源制御部 ３：光電変換装置 ４：タイミング信号生成部
５：圧板開閉検知部 ７：黒シェーディング補正部
８：受光素子（フォトダイオード） ９：画素信号生成回路 １０：電荷検出部
１１：増幅器 １２：Ａ／Ｄ変換器 １３：ＲＳ（リセット）ゲート
１４：コンデンサ（電荷検出用） １５：ＰＴ（電荷転送）ゲート
１６：モード切替手段 １７：入光検知手段 １８：メモリ
２０：原稿 ２０Ｓ：原稿束

１００：画像形成装置本体 １１０：画像書き込み部 １２０：作像部
１２１：感光体ドラム １３０：定着部 １４０：両面搬送部
１５０：給紙部 １６０：垂直搬送部 １７０：手差し部
２００：画像読取装置 ２０１：コンタクトガラス ２０２：第１反射ミラー
２０３：第２反射ミラー ２０４：第３反射ミラー ２０５：第１キャリッジ
２０６：第２キャリッジ ２０７：レンズユニット ２０８：基準部材
２０９：信号線 ２１０：処理記憶部
３００：自動原稿給送装置（ＡＤＦ） ４００：大容量給紙装置
５００：用紙後処理装置

特開２００１−３３９６４３号公報

Claims (10)

1. 入射する光の強度に応じた電荷を発生して蓄積する受光素子と、該受光素子で蓄積した電荷を電圧に変換する電荷検出部とを有する光電変換装置において、
   入射する光の強度に応じた信号を画素毎に出力する通常出力モードと、入射する光とは無関係な黒レベルの信号を画素毎に出力するダミー黒レベル出力モードとを有し、
   前記通常出力モードでは、前記電荷検出部をリセットし、前記受光素子に蓄積された電荷を該リセットされた電荷検出部に転送して電圧に変換した信号を出力し、
   前記ダミー黒レベル出力モードでは、前記電荷検出部をリセットし、前記通常出力モードにおける電荷転送期間に相当する期間に、前記受光素子に蓄積された電荷を該リセットされた前記電荷検出部に転送せずに、該電荷検出部を再度リセットした信号を黒レベルの信号として画素毎に出力することを特徴とする光電変換装置。
2. 前記受光素子が所定画素数分だけ直線状に配列され、その各受光素子ごとに前記電荷検出部を有することを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
3. 請求項１又は２に記載の光電変換装置において、
   前記電荷検出部をリセットするタイミングと、前記受光素子に蓄積された電荷を前記電荷検出部に転送するタイミングとを、それぞれ制御する信号を生成するタイミング信号生成部を有することを特徴とする光電変換装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の光電変換装置と、読取対象を照明する光源と、該光源によって照明された前記読取対象からの反射光を前記受光素子に入射させる光学系とを備えたことを特徴とする画像読取装置。
5. 前記受光素子に光が入射しているか否かによって、入射している場合は前記通常出力モードに、入射していない場合は前記ダミー黒レベル出力モードに、前記光電変換装置の出力モードを切り替える出力モード切替手段を有することを特徴とする請求項４に記載の画像読取装置。
6. 請求項５に記載の画像読取装置において、
   読取対象を覆って押さえる圧板を開閉可能に備え、
   前記出力モード切替手段は、前記受光素子に光が入射しているか否かを、前記圧板の開閉状態によって判断することを特徴とする画像読取装置。
7. 請求項５に記載の画像読取装置において、
   前記光源の点灯及び消灯を制御する光源制御部を備え、
   前記出力モード切替手段は、前記受光素子に光が入射しているか否かを、前記光源制御部からの前記光源の点灯及び消灯を制御する信号によって判断することを特徴とする画像読取装置。
8. 請求項５に記載の画像読取装置において、
   読取対象を覆って抑える開閉可能な圧板と、前記光源の点灯及び消灯を制御する光源制御部とを備え、
   前記出力モード切替手段は、前記受光素子に光が入射しているか否かを、前記圧板の開閉状態と、前記光源制御部からの前記光源の点灯及び消灯を制御する信号とによって判断することを特徴とする画像読取装置。
9. 前記出力モード切替手段は、前記受光素子に光が入射しているか否かを、該光電変換装置から前記通常出力モードで出力される信号のレベルが、予め設定した閾値の範囲内か否かによって判断することを特徴とする請求項５に記載の画像読取装置。
10. 請求項４から９のいずれか一項に記載の画像読取装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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