まず、本発明をするに至った背景について説明する。図1は、撮像装置1が有する複数の画素(画素部)10の配列及び構成を例示する上面図(入射光の方向に見た図)である。図2は、図1に示した画素10の構成を示すA−A’線概略断面図及び電位分布図(ポテンシャル)である。
図1に示すように、撮像装置1は、R,G,Bの色毎に、それぞれ複数の画素10が一方向に配列されている。また、撮像装置1は、R,G,Bの色に対応する3つの画素10を単位(カラム)として、入射光に対応する電気信号(PIXOUT)を色毎に出力する。撮像装置1は、CMOSプロセスによって形成されている。
各画素10は、それぞれ遮光されていないフォトダイオード(PD)11、FD(フローティングディフュージョン)部12、Tr部13、防止部14、カラーフィルタ15及び遮光膜16を有する。なお、各画素10は、R,G,Bいずれかのカラーフィルタ15が設けられていることを除いて、同様に構成されている。また、図中に示した*又は_*は、R,G,Bいずれかの色に対応することを示す。
PD11は、P−wellに形成されたN+などにより構成される例えば埋め込みフォトダイオードであり、電荷を蓄積する蓄積部となっている。FD部12は、電荷検出用浮遊拡散層(フローティングディフュージョン)であり、電荷を蓄積して電圧に変換することによって検出する電荷検出部となっている。
Tr部13は、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ及び選択トランジスタなどを有し、電荷を転送する転送部となっている。転送トランジスタは、Tx_*信号によってPD11が蓄積した電荷をFD部12へ転送する。リセットトランジスタは、RT_*信号によってFD部12の電荷蓄積をリセットする。増幅トランジスタは、FD部12が検出した電圧(蓄積した電荷)を増幅させる。選択トランジスタは、増幅トランジスタが増幅させた電圧をSW_*信号によって所定のタイミングで選択して出力させるために切替えられる。
防止部14は、PD11、FD部12及びTr部13がレイアウトされていない領域であり、例えばGNDとされ、画素10間での光学的クロストーク及び電気的クロストークを防止する機能を有する。カラーフィルタ15は、R,G,Bいずれかの光電変換を可能にするために設けられるフィルタである。遮光膜16は、例えばアルミなどの金属によって構成され、PD11以外の構成を遮光する機能を有する。なお、画素10は、図示しないシリコン酸化膜及び保護膜等も備えている。
また、図2の電位分布図に示したように、FD部12のリセット時には、PD11に電荷が蓄積される。そして、リセットトランジスタによるリセットが解除され、転送トランジスタがオンにされると、PD11に蓄積された電荷はFD部12へ転送される。なお、電位分布図においては、電源電圧Vddの変動(オン・オフ等)による変動分も電荷と共に示されている。
図3は、撮像装置1の構成を模式的に示したブロック図である。図4は、撮像装置1の動作を示すタイミングチャートである。各画素(画素部)10は、カラム毎に出力(PIXOUT)が処理回路17に入力されている。処理回路17は、図示しないAD変換回路及びラッチ回路などを含み、カラム毎にR,G,Bの色に対応する電気信号をそれぞれ出力する。
次に、図1〜4を参照して、撮像装置1の動作について説明する。まず、撮像装置1は、FD部12の電荷をリセットするために、リセットトランジスタのRT_*がオンにされる(t41)。ここで、PD11は、その前の状態から電荷蓄積状態となっている。PD11には、入射光量と蓄積時間に応じた光電荷と、暗電流による電荷とを合わせた電荷(以降、信号電荷:VS(*)と称する)が発生する。
FD部12の電荷のリセットが完了(以降、このときの電荷をリセット電荷:VR(*)と称する)すると、リセットトランジスタのRT_*がオフにされ、選択トランジスタのSW_*がオンにされることにより、FD部12のリセット電荷が読み出される(t42)。
リセット電荷が読み出されると、選択トランジスタのSW_*がオフにされ、転送トランジスタのTX_*がオンにされる(t43)。すると、PD11で発生した信号電荷がFD部12に転送されて保持される。
その後、再び選択トランジスタのSW_*がオンにされると、FD部12の信号電荷が読み出される(t44)。
上記の動作がR,G,Bの順に行われる(t45、t46)。
nカラムにおいて、t41〜t46に示した動作は同時に行われる。1カラムの出力PIXOUT_nは、1ライン中にVR(R)n→VS(R)n→VR(G)n→VS(G)n→VR(B)n→VS(B)nの順で出力される。処理回路17は、図示しないAD変換回路及びラッチ回路によってR,G,Bのデジタルデータを並列に並べ替えてカラム順に出力する。
(第1実施形態)
次に、第1実施形態にかかる撮像装置2について説明する。図5は、撮像装置2が有する複数の画素(画素部)20の配列及び構成を例示する上面図(入射光の方向に見た図)である。図6は、図5に示した画素20の構成を示すB−B’線概略断面図及び電位分布図(ポテンシャル)である。
図5に示すように、撮像装置2は、R,G,Bの色毎に、それぞれ例えば約7000個の画素20が一方向に配列されている。また、撮像装置2は、R,G,Bの色に対応する3つの画素20を単位(カラム)として、入射光に対応する電気信号(PIXOUT)を色毎に出力する。撮像装置2は、CMOSプロセスによって形成されている。
各画素20は、それぞれ遮光されていないフォトダイオード(PD)21、遮光されたフォトダイオード(PD)22、FD(フローティングディフュージョン)部23,25、Tr部24,26、カラーフィルタ27及び遮光膜28を有する。なお、各画素20は、R,G,Bいずれかのカラーフィルタ27が設けられていることを除いて、同様に構成されている。また、図中に示した*又は_*は、R,G,Bいずれかの色に対応することを示す。
PD21は、P−wellに形成されたN+などにより構成される例えば埋め込みフォトダイオードであり、入射光に応じて電荷を蓄積する第1蓄積部となっている。PD22は、P−wellに形成されたN+などにより構成される例えば埋め込みフォトダイオードであり、遮光膜28により遮光されて電荷を蓄積する第2蓄積部となっている。つまり、PD22は、入射光による光電流(光電荷)が発生せず、暗電流電荷が蓄積時間に応じて発生する。
FD部23は、電荷検出用浮遊拡散層であり、PD21から転送される電荷を蓄積し、電圧に変換することによって検出する第1電荷検出部となっている。Tr部24は、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ及び選択トランジスタなどを有し、PD21が蓄積した電荷をFD部23へ転送する第1転送部となっている。転送トランジスタは、Tx_*信号によってPD21が蓄積した電荷をFD部23へ転送する。リセットトランジスタは、RT_*信号によってFD部23の電荷蓄積をリセットする。増幅トランジスタは、FD部23が検出した電圧(蓄積した電荷)を増幅させる。選択トランジスタは、増幅トランジスタが増幅させた電圧をSW_*信号によって所定のタイミングで選択して出力させるために切替えられる。
FD部25は、電荷検出用浮遊拡散層であり、PD22から転送される電荷を蓄積し、電圧に変換することによって検出する第2電荷検出部となっている。Tr部26は、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ及び選択トランジスタなどを有し、PD22が蓄積した電荷をFD部25へ転送する第2転送部となっている。転送トランジスタは、Tx_*信号によってPD22が蓄積した電荷をFD部25へ転送する。リセットトランジスタは、RT_*信号によってFD部25の電荷蓄積をリセットする。増幅トランジスタは、FD部25が検出した電圧(蓄積した電荷)を増幅させる。選択トランジスタは、増幅トランジスタが増幅させた電圧をSW_*信号によって所定のタイミングで選択して出力させるために切替えられる。
また、第1電荷検出部及び第2電荷検出部は、PD21が蓄積した電荷、及びPD22が蓄積した電荷を検出する電荷検出部を構成している。また、第1転送部及び第2転送部は、PD21及びPD22から電荷検出部へ電荷を転送する転送部を構成している。
カラーフィルタ27は、R,G,Bいずれかの光電変換を可能にするために設けられるフィルタである。遮光膜28は、例えばアルミなどの金属によって構成され、PD21以外の構成を遮光する機能を有する。なお、画素20は、図示しないシリコン酸化膜及び保護膜等も備えている。
また、図6の電位分布図に示したように、FD部23のリセット時には、入射光量と蓄積時間に応じた信号電荷がPD21に蓄積される。そして、リセットトランジスタによるリセットが解除され、転送トランジスタがオンにされると、PD21に蓄積された信号電荷はFD部23へ転送される。また、FD部25のリセット時には、暗電流成分(この電荷を以降、暗電流電荷(VD(*))と称する)の電荷がPD22に蓄積される。そして、リセットトランジスタによるリセットが解除され、転送トランジスタがオンにされると、PD22に蓄積された暗電流電荷はFD部25へ転送される。PD21及びPD22は、同時に動作可能である。なお、電位分布図においては、電源電圧Vddの変動(オン・オフ等)による変動分も電荷と共に示されている。
図7は、撮像装置2の構成を模式的に示したブロック図である。図8は、撮像装置2の動作を示すタイミングチャートである。各画素(画素部)20は、カラム毎に出力(PIXOUT)が減算部29に入力されている。減算部29は、PD21が蓄積した信号電荷(VS(*)n)から、PD22が蓄積した暗電流電荷(VD(*)n)を差し引く減算を行い、減算結果を処理回路30に対して出力する。処理回路30は、図示しないAD変換回路及びラッチ回路などを含み、カラム毎にR,G,Bの色に対応する電気信号をそれぞれ出力する。
次に、図5〜8を参照して、撮像装置2の動作について説明する。まず、撮像装置2は、色毎にFD部23,25の電荷をリセットするために、リセットトランジスタのRT_*がオンにされる(t81)。ここで、PD21,22は、その前の状態から電荷蓄積状態となっている。PD21には、入射光量と蓄積時間に応じた光電荷と、暗電流による電荷とを合わせた信号電荷が発生する。PD22には、暗電流による暗電流電荷が発生する。
FD部22,25の電荷のリセットが完了すると、色毎にリセットトランジスタのRT_*がオフにされ、転送トランジスタのTX_*がオンにされる。すると、PD21で発生した信号電荷がFD部23に転送されて保持され、PD22で発生した暗電流電荷がFD部25に転送されて保持される。その後、転送トランジスタのTX_*がオフにされる(t82)。
そして、まずFD部25側の選択トランジスタのSW_*がオンにされることにより、FD部25の暗電流電荷に相当する出力VD(*)nが読み出される(t83)。次に、FD部25側の選択トランジスタのSW_*がオフにされ、FD部23側の選択トランジスタのSW_*がオンにされることにより、FD部23の信号電荷に相当する出力VS(*)nが読み出される(t84)。
上記の動作がR,G,Bの順に行われる(t85、t86)。
nカラムにおいて、t81〜t86に示した動作は同時に行われる。1カラムの出力PIXOUT_nは、1ライン中にVD(R)n→VS(R)n→VD(G)n→VS(G)n→VD(B)n→VS(B)nの順で出力される。各画素(画素部)20は、カラム毎に出力(PIXOUT)が減算部29に入力されている。減算部29は、PD21が蓄積した信号電荷(VS(*))から、PD22が蓄積した暗電流電荷(VD(*))を差し引く減算を行い、減算結果を処理回路30に対して出力する。処理回路30は、図示しないAD変換回路及びラッチ回路によってR,G,Bのデジタルデータを並列に並べ替えてカラム順に出力する。
このように、撮像装置2は、同一画素20内のPD21及びPD22で発生した電荷を(電圧に変換後)出力する。よって、撮像装置2は、画像読取装置などのシステムによって遮光状態を作らなくても、遮光状態での出力を取り出すことができ、固定パターンノイズを除去することを可能にすることができる。
(変形例)
次に、第1実施形態にかかる撮像装置2の変形例について説明する。図9は、図6に示した画素20の変形例の構成を示すB−B’線概略断面図である。図9に示すように、画素20の変形例は、PD21に向けて入射光を集光する集光部31を有する。なお、図9に示した画素20の変形例において、図6に示した画素20を構成する部分と同一の部分には同一の符号が付してある。集光部31は、画素毎に設けられた例えばオンチップレンズである。
図6に示した画素20では、集光部31が設けられていないために、画素20に入射される光に対し、PD21に入射される光が少ない。また、nカラム目のPD21のチャンネル間に副走査方向(図5において縦方向)に間隔ができてしまい、同じ1画素サイズでも、画像のSN悪化やライン間隔の増大を招く。これらを防ぐためにPD21の受光面積を大きくすると、撮像装置2のチップサイズが膨大化し、システム規模の増大を招いてしまう。
よって、撮像装置2が画素毎に集光部31を有していれば、画素20全体に対する入射光を効率的にPD21へ集光することができる。また、画素20は、PD21以外の領域にPD22、FD部23,25及びTr部24,26などを設けることができ、SN悪化やチップサイズの膨大化を防ぐことができる。また、集光部31は、光学的なクロストークの低減にも寄与する。なお、集光部31は、後述する撮像装置4(図10,11)などに対しても設けられてもよい。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態にかかる撮像装置4について説明する。図10は、撮像装置4が有する複数の画素(画素部)40の配列及び構成を例示する上面図(入射光の方向に見た図)である。図11は、図10に示した画素40の構成を示すC−C’線概略断面図及び電位分布図(ポテンシャル)である。
図10に示すように、撮像装置4は、R,G,Bの色毎に、それぞれ例えば約7000個の画素40が一方向に配列されている。また、撮像装置4は、R,G,Bの色に対応する3つの画素40を単位(カラム)として、入射光に対応する電気信号(PIXOUT)を色毎に出力する。撮像装置4は、CMOSプロセスによって形成されている。
各画素40は、それぞれ遮光されていないフォトダイオード(PD)41、遮光されたフォトダイオード(PD)42、FD(フローティングディフュージョン)部43、Tr部44、防止部45、カラーフィルタ46及び遮光膜47を有する。なお、各画素40は、R,G,Bいずれかのカラーフィルタ46が設けられていることを除いて、同様に構成されている。また、図中に示した*又は_*は、R,G,Bいずれかの色に対応することを示す。
PD41は、P−wellに形成されたN+などにより構成される例えば埋め込みフォトダイオードであり、入射光に応じて電荷を蓄積する第1蓄積部となっている。PD42は、P−wellに形成されたN+などにより構成される例えば埋め込みフォトダイオードであり、遮光膜47により遮光されて電荷を蓄積する第2蓄積部となっている。つまり、PD42は、入射光による光電流(光電荷)が発生せず、暗電流電荷が蓄積時間に応じて発生する。
FD部43は、電荷検出用浮遊拡散層であり、PD41及びPD42から交互に転送される電荷をそれぞれ順次に蓄積し、それぞれ順次に電圧に変換することによって検出する電荷検出部となっている。
Tr部44は、複数の転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ及び選択トランジスタなどを有し、PD41及びPD42がそれぞれ蓄積した電荷を順次にFD部43へ転送する転送部となっている。
詳細には、Tr部44は、Tx1_*信号によって動作する第1転送トランジスタと、Tx2_*信号によって動作する第2転送トランジスタとを有する。第1転送トランジスタは、Tx1_*信号によってPD42が蓄積した電荷をFD部43へ転送する。第2転送トランジスタは、Tx2_*信号によってPD41が蓄積した電荷をPD42へ転送する。
リセットトランジスタは、RT_*信号によってFD部43の電荷蓄積をリセットする。増幅トランジスタは、FD部43が検出した電圧(蓄積した電荷)を増幅させる。選択トランジスタは、増幅トランジスタが増幅させた電圧をSW_*信号によって所定のタイミングで選択して出力させるために切替えられる。
防止部45は、PD41、PD42、FD部43及びTr部44がレイアウトされていない領域であり、例えばGNDとされ、画素40間での光学的クロストーク及び電気的クロストークを防止する機能を有する。カラーフィルタ46は、R,G,Bいずれかの光電変換を可能にするために設けられるフィルタである。遮光膜47は、例えばアルミなどの金属によって構成され、PD41以外の構成を遮光する機能を有する。なお、画素40は、図示しないシリコン酸化膜及び保護膜等も備えている。
また、図11の電位分布図に示したように、FD部43のリセット時には、入射光量と蓄積時間に応じた信号電荷がPD41に蓄積され、暗電流電荷がPD42に蓄積される(t1)。
そして、リセットトランジスタによるリセットが解除され、第1転送トランジスタがオンにされると、PD42に蓄積された暗電流電荷はFD部43へ転送される(t2)。FD部43へ転送された暗電流電荷は、電圧に変換されて出力される。
次に、第1転送トランジスタがオフにされ、第2転送トランジスタがオンにされると、PD41に蓄積された信号電荷は、PD42へ転送される(t3)。そして、第1転送トランジスタがオンにされると、信号電荷はFD部43へ転送される(t4)。つまり、PD42が蓄積した暗電流電荷がFD部43へ転送されて出力された後に、PD41が蓄積した信号電荷がPD42を介してFD部43へ転送されて出力される。なお、電位分布図においては、電源電圧Vddの変動(オン・オフ等)による変動分も電荷と共に示されている。
なお、各画素40からの出力(PIXOUT)は、例えば画素20と同様にそれぞれ減算部29(図7)に入力され、処理回路30を介して出力される。
図12は、撮像装置4の動作を示すタイミングチャートである。次に、図10〜12を参照して、撮像装置4の動作について説明する。
まず、撮像装置4は、色毎にFD部43の電荷をリセットするために、リセットトランジスタのRT_*がオンにされる(t121)。ここで、PD41,42は、その前の状態から電荷蓄積状態となっている。PD41には、入射光量と蓄積時間に応じた光電荷と、暗電流による電荷とを合わせた信号電荷が発生する。PD42には、暗電流による暗電流電荷が発生する。
FD部43の電荷のリセットが完了すると、色毎にリセットトランジスタのRT_*がオフにされ、第1転送トランジスタのTX1_*がオンにされる。すると、PD42で発生した暗電流電荷がFD部43に転送されて保持される。その後、第1転送トランジスタのTX1_*がオフにされる(t122)。
そして、選択トランジスタのSW_*がオンにされることにより、FD部43の暗電流電荷に相当する出力VD(*)nが読み出される。その後、選択トランジスタのSW_*はオフにされる(t123)。
次に、撮像装置4は、FD部43の電荷を再びリセットするために、リセットトランジスタのRT_*がオンにされる。同時に、第2転送トランジスタのTX2_*がオンにされ、PD41で発生した信号電荷がPD42へ転送される(t124)。
次に、リセットトランジスタのRT_*がオフにされた後、第2転送トランジスタのTX2_*はそのままで、再び第1転送トランジスタのTX1_*がオンにされると、信号電荷がFD部43へ転送されて保持される。その後、第2転送トランジスタのTX2_*がオフにされる(t125)。
そして、再び選択トランジスタのSW_*がオンにされることにより、FD部43の信号電荷に相当する出力VS(*)nが読み出される。その後、選択トランジスタのSW_*はオフにされる(t126)。
上記の動作がR,G,Bの順に行われる(t127、t128)。
nカラムにおいて、t121〜t128に示した動作は同時に行われる。1カラムの出力PIXOUT_nは、1ライン中にVD(R)n→VS(R)n→VD(G)n→VS(G)n→VD(B)n→VS(B)nの順で出力される。各画素(画素部)40は、カラム毎に出力(PIXOUT)が減算部29に入力される。減算部29は、PD41が蓄積した信号電荷(VS(*))から、PD42が蓄積した暗電流電荷(VD(*))を差し引く減算を行い、減算結果を処理回路30に対して出力する。処理回路30は、図示しないAD変換回路及びラッチ回路によってR,G,Bのデジタルデータを並列に並べ替えてカラム順に出力する。
このように、撮像装置4は、画素40内にPD41、PD42、FD部43及びTr部44を有するので、配置による特性差の影響が小さく、固定パターンノイズの除去に対して、条件のそろった暗電流電荷と信号電荷の検出が可能となる。
なお、撮像装置2及び撮像装置4は、各図においてR,G,B間で露光タイミングが違うローリングシャッター方式での動作を例に説明しているが、R,G,B一括でメモリ等に書き込みを行い、順番に読み出すグローバルシャッター(一括)方式での出力回路を有するように構成されてもよい。
次に、PD41及びPD42の面積について詳述する。PD42は、図12に示したように、Tdk1の期間で蓄積された暗電流電荷を読み出している。一方、PD41は、Tdk1+Tdk2の期間で電荷が蓄積される。さらに、PD41は、Tdk2の期間には、PD41だけでなく、PD42において発生した暗電流電荷も蓄積している。
例えば、PD41の面積とPD42の面積が同一であった場合、1ライン期間Tint(Tdk1+Tdk2)内に発生する暗電流量が異なるので、それぞれの暗電流電荷に差が生じ、完全に暗電流起因のノイズの影響を除去できないこととなる。
そこで、撮像装置4は、PD41とPD42の電荷の蓄積時間の差を埋めるために、蓄積時間の差分に相当する面積比が設定されている。暗電流の発生量は、蓄積時間の他に面積にも比例するからである。
まず、PD41とPD42との面積比を1:k(k>1)とした場合のkの算出例を以下に説明する。PD41で発生する暗電流の電荷量をD1とし、PD42で発生する暗電流の電荷量をD2とする。また、PD41で単位時間あたりに発生する暗電流の電荷量をα、PD42で単位時間あたりに発生する暗電流の電荷量をkαとすると、下式1、2が成り立つ。
D1=α×(Tdk1+Tdk2)+kα×Tdk2 ・・・(1)
D2=kα×Tdk1 ・・・(2)
暗電流の条件が揃う面積比kを求めるために、D1=D2の場合にkについて解くと、下式3のようになる。
k=(Tdk1+Tdk2)/(Tdk1−Tdk2) ・・・(3)
また、1ライン期間Tintに対するTdk1の割合をβとすると、下式4のようになる。
k=50/(βー50) ・・・(4)
このように、1ライン期間Tintに対するTdk1の割合に応じて、PD41とPD42との面積比を設定することにより、PD41の面積よりもPD42の面積が大きくなり、暗電流発生の条件を揃えることができる。
(画像読取装置)
次に、撮像装置4(又は撮像装置2)を有する画像読取装置100について説明する。図13は、撮像装置4(又は撮像装置2)を有する画像読取装置100の構成例を示す断面図である。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、又は単体のスキャナ装置であり、例えば上述した撮像装置4を備えている。
画像読取装置100は、光源102からの照射光によって撮像対象物である原稿を照明し、その原稿からの反射光を撮像装置4が電気信号に変換して、原稿の画像データを読み取る。この画像読取装置100は、図13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。
また、この画像読取装置100は、第3反射ミラー105で反射された光を撮像装置4に結像させるためのレンズユニット108を備えている。さらに、この画像読取装置100は、読み取り光学系等による各種の歪みを補正するためなどに用いる基準白板等の基準濃度を有する基準部材110と、シートスルー読取用スリット111も備えている。基準部材110は、光源102によって照明可能であり、原稿照明位置となるコンタクトガラス101及びシートスルー読取用スリット111とは、異なる位置に設けられている。
撮像装置4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。
画像読取装置100の上部には、自動原稿給送手段である自動原稿給送装置(以下「ADF」と略称する)200が搭載されており、このADF200をコンタクトガラス101に対して開閉できるように、図示しないヒンジ等が設けられている。
ADF200は、複数枚の原稿からなる原稿束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。
次に、画像読取装置100において、コンタクトガラス101上に載置された原稿の画像面をスキャン(走査)して、原稿の画像を読み取るスキャンモードの動作について説明する。スキャンモードの時には、第1キャリッジ106及び第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から撮像装置4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。
同時に、コンタクトガラス101上にセットされた原稿の下面である画像面が、第1キャリッジ106の光源102によって照明(露光)される。すると、その画像面からの反射光は、第1キャリッジ106の第1反射ミラー103、第2キャリッジ107の第2反射ミラー104及び第3反射ミラー105によって順次反射される。そして、第3反射ミラー105による反射光束が、レンズユニット108によって集束され、撮像装置4に結像される。
撮像装置4は、各画素40が光電変換したアナログの電気信号をデジタル信号に変換し、減算部29が暗電流電荷を差し引くことによって固定パターンノイズを除去して、原稿の画像を読み取った画像データを出力する。
次に、ADF200によって原稿を自動給送して、その移動する原稿の画像を読み取るシートスルーモードの動作について説明する。シートスルーモードの時には、第1キャリッジ106及び第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の位置を通過するときに、その原稿が走査される。
このとき、自動給送される原稿の下面(画像面)が第1キャリッジ106の光源102によって照明される。すると、その画像面からの反射光が、第1キャリッジ106の第1反射ミラー103、第2キャリッジ107の第2反射ミラー104及び第3反射ミラー105によって順次反射される。そして、第3反射ミラー105による反射光束が、レンズユニット108よって集束され、撮像装置4に結像される。撮像装置4は、各画素40が光電変換したアナログの電気信号をデジタル信号に変換し、減算部29が暗電流電荷を差し引くことによって固定パターンノイズを除去して、原稿の画像を読み取った画像データを出力する。このようにして画像の読み取りが完了した原稿は、図示しない排出口に排出される。
なお、スキャンモード時又はシートスルーモード時の画像読み取り前に、点灯された光源102によって照明される基準部材110からの反射光による画像を撮像装置10によって読み取る。そして、その1ライン分の画像データの各画素のレベルが均一な所定のレベルになるように、例えば撮像装置4内でシェーディング補正用データを生成して記憶してもよい。その後、原稿の画像を読み取る際には、撮像装置4が読み取った画像データに対して、先に記憶したシェーディング補正用データに基づいて、シェーディング補正を行なう。
また、ADF200に搬送ベルトを備えている場合には、スキャンモードであっても、ADF200によって原稿をコンタクトガラス101上の読み取り位置に自動給送して、その原稿の画像を読み取ってもよい。
このように、撮像装置4は、PD41の暗電流も含めた固定パターンノイズの除去を行うことができ、スキャン動作前に撮像装置4に光が入らないようにして、遮光した状態の画像を取得する必要がない。そのため、スキャンの生産性を犠牲にすることなく、固定パターンノイズの影響を除去した画像を常時取得することが可能である。なお、ADF200での連続読み取り時も同様に、連続スキャンの合間に撮像装置4に光が入らないようにして、遮光した状態の画像を取得する必要がない。そのため、スキャンの生産性を犠牲にすることなく、固定パターンノイズの影響を除去した画像を常時取得することが可能である。
(画像読取装置の変形例)
次に、画像読取装置100の変形例について説明する。図14は、画像読取装置の変形例(画像読取装置100a)の概要を模式的に例示するブロック図である。画像読取装置100aは、撮像装置5、CPU50、切替部51、暗時データ記憶部52及び減算部53を有する。
撮像装置5は、図10等に示した撮像装置4と同様に複数の画素40と、処理回路48とを有する。処理回路48は、R,G,Bの各色に対応する複数の画素40それぞれが出力する暗電流電荷による電圧に相当するデジタルデータ(暗時の画像データ)と、信号電荷による電圧に相当するデジタルデータ(画像データ:信号)とを交互に切替部51に対して出力する。また、処理回路48は、R,G,Bの各色の暗電流電荷による電圧に相当するデジタルデータを並列に出力し、R,G,Bの各色の信号電荷による電圧に相当するデジタルデータを並列に出力してもよい。
CPU50は、画像読取装置100aを構成する各部を制御する。切替部51は、R,G,Bが並列に出力される暗電流電荷による電圧に相当するデジタルデータを暗時データ記憶部52(L側)に対して出力し、R,G,Bが並列に出力される信号電荷による電圧に相当するデジタルデータを減算部53(H側)に対して出力する切替えを行う。
暗時データ記憶部52は、切替部51から受入れた暗時の画像データを記憶する。減算部53は、暗時データ記憶部52から暗時の画像データを読み出し、切替部51から画像を示す信号の画像データを受入れる。そして、減算部53は、画素毎に信号の画像データから暗時の画像データを差し引く減算を行い、減算後の画像データを出力する。なお、切替部51が出力の切替えを行うタイミングは、図12に示した出力(PINOUT_n)と同様であってもよい。
このように、画像読取装置100aは、撮像装置5が信号の画像データから暗時の画像データを差し引く減算部を有していなくても、減算部43が減算を行なうので、常に、暗電流起因のノイズを含む画素毎の固定パターンノイズの除去の精度を上げることができる。また、画像読取装置100aは、スキャン動作前に撮像装置5に光が入らないようにして、遮光した状態の画像を取得する必要がない。そのため、画像読取装置100aは、スキャンの生産性を犠牲にすることなく、固定パターンノイズの影響を除去した画像を常時取得することができる。
(画像形成装置)
次に、撮像装置4(又は撮像装置2)を有する画像形成装置について説明する。図15は、撮像装置4(又は撮像装置2)を有する画像形成装置300の構成例を示す断面図である。画像形成装置300は、上述した画像読取装置100が搭載されており、図13に示した部分には同一符号が付してある。ただし、その画像読取装置100の上に搭載したADF400は、図13に示したADF200とは異なっている。
画像形成装置300は、例えばデジタル複写機である。そして、画像読取装置100の原稿を載置するコンタクトガラス101の上部に自動原稿給送装置(ADF)400が設けられている。ADF400は、画像読取装置100のコンタクトガラス101に対して開閉できるように、図示しないヒンジ等によって連結されている。
ADF400は、複数の原稿からなる原稿束を載置可能な原稿載置台としての原稿トレイ401を備えている。このADF400は、図示しない操作部上のプリントキーの押下により、原稿トレイ401に画像面を上にして載置された原稿束から原稿を1枚ずつ分離して自動給送する。そして、その原稿を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へ向けて搬送するために、このADF400は給送ローラ402及び搬送ベルト403を含む分離・給送手段も備えている。
給送ローラ402又は搬送ベルト403によって給送された原稿は、その画像読み取りが行われた後、搬送ベルト403及び排送ローラ404によってADF400の上面に排出される。
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及びADF400の動作について説明する。ADF400の給送モータは、コントローラからの出力信号によって駆動されるようになっている。コントローラは、操作部上のプリントキーの押下によって発生した給送スタート信号が入力されると、給送モータを正・逆転駆動するようになっている。
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。
コントローラはまた、原稿セット検知センサ405が原稿の後端を検知したとき、この検知時点からの図示しない搬送ベルトモータの回転パルスを計数し、回転パルスが所定値に達したときに、搬送ベルト403の駆動を停止する。ADF400は、搬送ベルト403を停止することにより、原稿をコンタクトガラス101上の読み取り位置に停止させる。
また、ADF400は、原稿セット検知センサ405によって原稿の後端が検知された時点で、給送モータを再び正転駆動して、後続する原稿を上述したように分離して自動給送させる。そして、ADF400は、コンタクトガラス101に向けて原稿を搬送し、この原稿が原稿セット検知センサ405によって検知された時点からの給送モータのパルスが所定パルスに到達したときに、給送モータを停止させて次の原稿を先出し待機させる。
そして、原稿がコンタクトガラス101上の読み取り位置に停止したとき、原稿の画像読み取りが行なわれる。この画像読み取りが終了すると、その旨を示す信号がコントローラに入力されるため、コントローラは、その信号により、搬送ベルトモータを正転駆動して、原稿を搬送ベルト403によってコンタクトガラス101上から排送ローラ404へ向けて搬出させる。
このように、ADF400の原稿トレイ401上に画像面を上にして置かれた原稿束は、プリントキーの押下によって一番上の原稿から自動給送され、コンタクトガラス101上の読み取り位置に画像面を下にして搬送される。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。
一方、この画像形成装置300内の下部には、給紙トレイである第1トレイ301、第2トレイ302、及び第3トレイ303が設けられている。その各給紙トレイに積載された転写紙(記録媒体)は、各々第1給紙ユニット311、第2給紙ユニット312、第3給紙ユニット313によって給紙される。そして、その転写紙は、縦搬送ユニット314によって像担持体であるドラム状の感光体(感光体ドラム)315に当接する位置まで搬送される。なお、実際には各トレイ301〜303のうちのいずれか1つが選択され、そこから転写紙が給紙される。また、転写紙以外の記録媒体が使用されてもよい。
画像読取装置100によって読み取った画像データは、一旦図示しない画像メモリに記憶される。そして、画像形成装置300は、画像データによって書き込みユニット350で発生するレーザ光を変調し、そのレーザ光で図示していない帯電ユニットによって予め帯電された感光体315の表面を露光して、画像データに応じた静電潜像を形成する。
その静電潜像が形成された感光体315の表面が現像ユニット327を通過することにより、トナーによって現像されたトナー画像が形成される。感光体315、その作像を行う現像ユニット327及び図示していない帯電ユニット等が作像手段を構成する。
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が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。
ここで、排紙ユニット318の機能について説明する。例えばフェースダウン(転写紙をページ順に揃えるため画像面を下向きにする)排紙のために、一方の面にトナー画像が形成された転写紙を反転したい場合には、画像が形成された転写紙は、排紙ユニット318により両面入紙搬送路320に搬送される。そして、反転ユニット321でスイッチバック反転された後、反転排紙搬送路322を通って排紙トレイ319に排出される。
また、転写紙の両面に画像を形成する場合には、一方の面に画像が形成された転写紙は、排紙ユニット318により両面入紙搬送路320に搬送され、反転ユニット321でスイッチバック反転された後、両面搬送ユニット323に送られる。
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。
感光体315、搬送ベルト316、定着ユニット317、排紙ユニット318、現像ユニット327は、図示しないメインモータによって駆動され、各給紙ユニット311〜313はメインモータの駆動力が各々給紙クラッチによって伝達されて駆動される。縦搬送ユニット314は、そのメインモータの駆動力が中間クラッチを介して伝達されて駆動される。
書き込みユニット350は、レーザ出力ユニット351、結像レンズ352、ミラー353で構成され、レーザ出力ユニット351の内部には、レーザ光源であるレーザダイオードと、レーザ光を走査する回転多面鏡(ポリゴンミラー)又は振動ミラーを備えている。レーザ出力ユニット351より照射されるレーザ光は、ポリゴンミラー又は振動ミラーで偏向され、結像レンズ352を通り、ミラー353で折り返されて感光体315の表面上に集光結像する。
このように、実施の形態にかかる画像形成装置300は、画像読取装置100が撮像装置4を備えているので、常に、暗電流起因のノイズを含む画素毎の固定パターンノイズの除去の精度を上げることができる。また、画像読取装置100は、スキャン動作前に撮像装置4に光が入らないようにして、遮光した状態の画像を取得する必要がない。そのため、画像読取装置100は、スキャンの生産性を犠牲にすることなく、固定パターンノイズの影響を除去した画像を常時取得することができる。
以上、各実施の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、実施の形態で説明したものに限るものではない。また、以上説明してきた実施の形態の構成は、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。