(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原稿面を走査することにより反射又は透過した光を結像することにより集光して光電変換素子に入射させ、原稿の反射率または透過率に応じた電気信号を画像信号として検出することにより画像情報を得る画像読取装置において、
走査時間と独立して蓄積時間を制御できる光電変換素子、
該光電変換素子の画素の信号レベルを検出する信号レベル検出手段、
該光電変換素子の蓄積時間を制御する蓄積時間制御手段、
該蓄積時間制御手段に蓄積時間を指示する蓄積時間指示手段、
前記光電変換素子の画素位置を検出する画素位置検出手段、
前記光電変換素子の画素信号レベルが予め設定された値以上である飽和画素数を計数する飽和画素数計数手段、
蓄積時間を最短とした時の前記飽和画素の各画素レベル差を求める演算手段、及び、
該演算手段の演算結果を判定値と比較して露光量の程度を判定する判定手段
とを有し、
前記光電変換素子の画素信号レベルが予め設定された値以上のとき、前記蓄積時間指示手段は蓄積時間を最短にするように指示し、最短時の飽和画素での各画素レベル差が判定値よりも大きい場合は蓄積時間を短い方から長い方へ順に切り替え、判定値よりも小さい場合は積蓄時間を長い方から短い方に切り替えるように制御し、前記光電変換素子の画素信号レベルが予め設定された値以下となった蓄積時間で画素の読み取りを行うことを特徴とする画像読取装置。
【請求項２】
上記予め設定された値を光電変換素子の飽和出力にほぼ等しい値に設定し、白基準板を読んだ時の光電変換素子の画素レベルが前記予め設定された値より小さくなるよう、前記光源の光量もしくは光電変換素子の画素信号の増幅度を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像読取装置、より詳細には、誤情報の無い画像読み取りが可能な画像読取装置に関し、例えば、デジタル複写機、電子ファイル等の画像入力装置に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
画像読取装置は、その画像入力部である光電変換素子（ＣＣＤ）に飽和露光量以上の多大な光量が入射すると受光部１画素に蓄積できる電荷の容量を超え、隣接画素へ順次オーバーフローして読み取り原稿の誤情報を発生する。そこで、従来は、上述のような誤情報の発生を防ぐために、通常原稿での最大反射時においても飽和出力の１／３〜１／４になるよう入射光量を落として用いている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のように光量を落とすことでは、ＣＣＤのダイナミックレンジを有効に使用することができず、階調性が多く取れなくなっている。そして、高速化した時にはＳ／Ｎが維持できない。また、通常、ＤＣＣ（デジタルカラーコピア）ではＣＣＤを駆動速度限界で使用する場合が多く、走査時間自体を短くしてオーバーフローを防ぐことは、ＣＣＤをより高速駆動することになり困難である。
【０００４】
本発明は、上述のごとき不具合を取り除くためになされたもので、光蓄積時間を制御できる（電子シャッタ機能を有する）光電変換素子を用いて、読み取り画像信号の大きさを予め設定された（リファレンス）値と比較して、読み取り画像信号がリファレンスより大きい場合は、光源の光量および走査時間は変えずに、電子シャッタにより蓄積時間を短くすることで、読み取り画像信号をリファレンスより小さくするもので、このように、光蓄積時間を制御することで、ＣＣＤのダイナミックレンジを最大限有効に使用しながらオーバーフローを防ぎ、誤情報の発生の無い画像読取装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、原稿面を走査することにより反射又は透過した光を結像することにより集光して光電変換素子に入射させ、原稿の反射率または透過率に応じた電気信号を画像信号として検出することにより画像情報を得る画像読取装置において、走査時間と独立して蓄積時間を制御できる光電変換素子、該光電変換素子の画素の信号レベルを検出する信号レベル検出手段、該光電変換素子の蓄積時間を制御する蓄積時間制御手段、該蓄積時間制御手段に蓄積時間を指示する蓄積時間指示手段、前記光電変換素子の画素位置を検出する画素位置検出手段、前記光電変換素子の画素信号レベルが予め設定された値以上である飽和画素数を計数する飽和画素数計数手段、蓄積時間を最短とした時の前記飽和画素の各画素レベル差を求める演算手段、及び、該演算手段の演算結果を判定値と比較して露光量の程度を判定する判定手段とを有し、前記光電変換素子の画素信号レベルが予め設定された値以上のとき、前記蓄積時間指示手段は蓄積時間を最短にするように指示し、最短時の飽和画素での各画素レベル差が判定値よりも大きい場合は蓄積時間を短い方から長い方へ順に切り替え、判定値よりも小さい場合は積蓄時間を長い方から短い方に切り替えるように制御し、前記光電変換素子の画素信号レベルが予め設定された値以下となった蓄積時間で画素の読み取りを行うことを特徴とし、もって、信号レベル検出手段が予め設定されたリファレンス値より大きい信号レベルを有する光電変換素子の画素を検出した場合、蓄積時間を変化させて蓄積電荷量を制御し、オーバーフローを防ぎ、誤情報の発生の無い画像読取装置を提供するものである。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、予め設定された値を光電変換素子の飽和出力にほぼ等しい値に設定し、白基準板を読んだ時の光電変換素子の画素レベルが前記予め設定された値より小さくなるよう、前記光源の光量もしくは光電変換素子の画素信号の増幅度を制御することを特徴とし、もって、リファレンス値を光電変換素子の飽和出力にほぼ等しい値に設定し、白基準板を読んだ時の光電変換素子の画素信号レベルが前記リファレンス値より小さくなるよう、光源の光量もしくは光電変換素子の画素信号の増幅度を制御することで、光電変換素子ダイナミックレンジを最大限に活用し、多階調化が達成できる、誤情報の発生の無い画像読取装置を提供するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明が適用される画像読取装置の一例を説明するための要部構成図で、図中、１は原稿、２はコンタクトガラス、３はミラー、４は光源、５はモータ、６は結像レンズ、７は光蓄積時間を制御できる（電子シャッタ機能を有する）光電変換素子（ＣＣＤ）、８はサンプルホールド回路、９はＡ／Ｄ変換回路、１０は暗出力補正回路、１１はシェーディング補正回路、１２は線密度変換回路、１３はインターフェース、１４は光源駆動回路、１５はモータ駆動制御回路、１６はＣＣＤ駆動回路、１７は信号レベル検出手段、１８は蓄積時間制御手段である。
【００１４】
コンタクトガラス２にセットされた原稿１に光源４からの照明光をあて、その反射光をミラー３、結像レンズ６を順に介してＣＣＤセンサ７に導き、その面上に原稿像を結像させる。副走査は原稿面をモータ５によりｘ方向に移動させるこて行なう。ＣＣＤセンサ７の出力はサンプルホールド回路８でセンサ転送クロック成分が取り除かれ、増幅された後Ａ／Ｄ変換回路９でデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換出力は暗出力補正回路１０で、予め記憶されておいた補正メモリのデータを画素ごとに読み出して演算することでＣＣＤセンサ７の画素ごとの暗出力の補正が行なわれ、シェーディング補正回路１１で照明系、結像系による明るさのバラツク、ＣＣＤセンサ７の感度のバラツキ等を補正する。これも暗出力補正同様、予め記憶されているデータを補正メモリから読み出して画素毎に演算して行なう。線密度変換回路１２により主走査方向の密度変換を必要に応じて行ない、インターフェース１３を介して出力装置あるいは記憶装置へ出力信号を送る。ここで光源４およびＣＣＤセンサ７は、多値画像においても十分なセンサ出力が得られるような光蓄積時間に設定駆動させている。
【００１５】
図２は、ＣＣＤセンサ７の１ライン出力の一例を示す図で、図中、ＤＳ（Ｅ）は感光部が無く転送部のみの画素の出力、ＤＳ（Ｓ）は感光部が光シールドされた画素の出力、これに続き原稿読み取りの出力がある。このセンサ出力（図２の信号Ａ）をサンプルホールド回路８により転送クロック成分を取り除いたアナログ信号が図２の信号Ｂである。
このサンプルホールド回路８の出力を図示しない別のサンプホールド回路によりＤＳ（Ｅ）の値をサンプルホールドしてＡ／Ｄ変換回路９の上限のリファレンス電圧ＶｒｅｆＴとし、白色基準板を読み込んだ時の出力のピーク値を必要に応じて増幅し、図示しないピークホールド回路で検出保持したものを、Ａ／Ｄ変換回路９の下限のリファレンス電圧ＶｒｅｆＢとすることで、Ａ／Ｄ変換回路９のダイナミックレンジが決定される。
【００１６】
基本的な原稿読み取りの動作は以上のように行なわれるが、以下に本発明に関する部分の動作について説明する。出力信号レベル検出手段１７はサンプルホールド回路８の出力（ＣＣＤ出力信号）を、予め設定された（リファレンス）値とその大小を比較する。リファレンス値はＣＣＤ飽和出力レベルとする。但し、リファレンス値は、これに限定されるものではない。蓄積時間制御手段１８はシャッタ信号を出力信号レベル検出手段１７の結果に応じてＣＣＤに出力する。
【００１７】
図３に示す様に、電子シャッタ機能を有するＣＣＤはシャッタ信号により、蓄積時間を制御できる。信号ａは電荷移送信号（走査時間）、信号ｂはシャッタ信号、信号ｃはＣＣＤ出力である。シャッタ信号ｂを用いていない区間Ｐ１ではセンサ部蓄積可能量以上の電荷（ｔ１期間）は隣接画素にあふれてしまうが、区間Ｐ２，Ｐ３ではシャッタｂ信号を用いて蓄積時間を制御し、それまでに蓄積された電荷（ｔ２，ｔ４期間）を捨てることで、飽和のない信号（ｔ３，ｔ５期間）を取り出すことができる。
【００１８】
ここで、金属等の光沢性の高い原稿を読み取ったとすると、入射光量が増大し蓄積電荷量がリファレンス値を超える。すると、出力信号レベル検出手段１７がリファレンス値以上の信号レベルの画素を検出し、蓄積時間制御手段１８がシャッタ信号を生成するか、もしくは蓄積時間が短くなるようシャッタ信号の発生タイミングを変化させる。出力信号レベル検出手段１７はライン毎に検出結果がリセットされ、次走査ラインで再びリファレンス値以上の信号レベルの画素が検出されると蓄積時間制御手段１８は更に蓄積時間が短くなるようにシャッタ信号の発生タイミングを変化させる。この一連の動作をリファレンス値以上の信号レベルの画素が検出されなくなるまで繰り返し行う。そして、リファレンス値以上の信号レベルの画素が検出されなくなった蓄積時間で、一連の読み取り動作を再び行う。
【００１９】
図４は、本発明の画像読取装置の一実施例を説明するための図で、全図を通して同様の作用をする部分には同一の番号が付してある。図１に示した例との違いは、蓄積時間指示手段１９、光電変換素子の画素位置検出手段２０、画素信号レベルがリファレンス値以上である（飽和）画素数を計数する画素数計数手段２１、蓄積時間を最短としたときの前記飽和画素での各画素レベル差を求める演算手段２２、前記演算結果を判定値と比較して露光量の程度を判定する判定手段２３を設けた点である。
【００２０】
出力信号レベル検出手段１７がリファレンス値より大きいＣＣＤ画素を検出すると、画素位置検出手段２０が画素位置を検出記憶し、画素数計数手段２１が連続する飽和画素数を計数するとともに、蓄積時間指示手段１９が最短の蓄積時間で制御するように指示する。一般に、金属等の光沢性の高い原稿を読み取ってオーバーフローを生じた場合、オーバーフロー画素は連続する。蓄積時間を最短とした時、画素位置検出手段２０、画素数計数手段２１の情報を基に演算手段２２は前記飽和画素での各画素レベル差を求める。
【００２１】
ここで、金属等の光沢性のある原稿に対し、露光量の程度の影響を考えてみる。例えば、金属板を読み取った画素では蓄積される電荷がその容量を越え、順次隣接画素へ流出して行く。露光量が大きい場合、流出する電荷量は増え、その結果、影響を受ける画素も多くなる。図５のａに示すように、信号レベル検出手段１７がリファレンス値以上の信号レベルの画素（ｎ画素）を検出したとする。ここで、蓄積時間指示手段１９により蓄積時間を最短として読み取りを行い、前記ｎ画素の信号レベル差を演算手段２２により求める。実際の金属板の読み取り画素数（幅）がｍ（＜ｎ）であると、図５のｂのように演算結果△ｖが判定値より大きい画素（ｄ１，ｄｎ）が生じる。ここでは、流出電荷が隣接のｄ１，ｄｎを超えて、更に隣の画素ｄ０，ｄｎ＋１にまで及んでいる。この時、判定手段２３は過剰露光の程度が大きいと判定し、蓄積時間指示手段１９が蓄積時間の短い方から順に設定するよう蓄積時間制御手段１８に指示する。信号レベル１７がリファレンス値以上の画素を検出しなくなるまで蓄積時間を変更し続ける。
【００２２】
また、露光量の程度が小さい場合、演算結果が判定値より大きい画素は生じず、蓄積時間指示手段１９は蓄積時間の長い方から順に設定するよう蓄積時間制御手段１８に指示する。図５のｃがその時の最短蓄積時間での読み取り信号出力を示す。この時は金属板の幅はｎであり、ｎ画素の信号レベル差が判定値より大きい画素は生じない。電荷は隣接画素ｄ０，ｄｎ＋１に僅かに流出しただけである。上述した判定値は、信号のバラツキやノイズの影響を受けない値に設定する。オーバーフローした場合でも、このようにすることでその程度を知ることができ、最短の時間で、可能な範囲のダイナミックレンジを活用し得る適切な蓄積時間に設定することができる。
【００２３】
図６は、画像読取装置の他の実施例を説明するための図で、図１の例との違いは、走査位置記憶手段２４、フレームバッファメモリ装置２５、第一の演算処理手段２６を設けた点である。走査位置記憶手段２４は、信号レベル検出手段１７がリファレンス値以上の画素を検出した走査位置（ライン）を記憶し、フレームバッファメモリ装置２５はＡ／Ｄ変換された１ページの読み取り画素データを一時的に格納する。
【００２４】
いま、ｋライン目の画素信号レベルがリファレンス値以上で信号レベル検出手段１７に検出されたとすると、走査位置記憶手段２４がｋラインを記憶する。蓄積時間制御手段１８により蓄積時間を制御し、次のライン（（ｋ＋１）ライン）でリファレンス値以上の画素が検出されなければ、その時の蓄積時間でページ終了まで読み取りを行う。第一の演算処理手段２６は、走査位置記憶手段２４の指示によりフレームバッファメモリ装置２５に格納されたｋライン目までの画素データを演算処理して次段に出力する。ｋライン以降のデータは演算処理を施さずダイレクトに出力する。仮に蓄積時間が１／２になったのであれば、ｋライン目までの画素データを１／２に演算処理する。この時、読取り開始時に作成した図示しない暗出力補正データおよびシェーディングデータも同様に演算処理して行う。ここでは、リファレンス値以上の画素を検出した走査ラインのデータを演算処理して出力するようにしているが、読み取り密度が４００ｄｐｉの場合、１ライン幅は６４ｕｍであり、削除しても構わない。
【００２５】
図７は、画像読取装置の他の実施例を説明するための図で、図６の実施例との違いは、換算白レベル判定手段２７を設け、走査位置記憶手段２４を演算期間指示手段２８、フレームバッファメモリ装置２５をラインバッファメモリ装置２９、第一の演算処理手段２６を第二の演算処理３０とした点である。換算白レベル判定手段２７は、読取り開始時に読み取った白基準レベルを蓄積時間変更時のレベルに換算して、読取り画素信号レベルが白レベルより大きいかを判定し、ラインバッファメモリ装置２９はＡ／Ｄ変換された数ライン分の読み取り画素データを一時的に格納する。
【００２６】
いま、ｋライン目の画素信号レベルがリファレンス値以上で信号レベル検出手段１７に検出され、蓄積時間制御手段１８により蓄積時間を制御し、（ｋ＋１）ライン目でリファインス値以上の画素が検出されなければ、その時の蓄積時間で読み取りを続ける。この時、演算期間指示手段２８はラインバッファメモリ装置２９に格納された（ｋ＋１）ライン目からの画素データに演算を施すよう第二の演算処理手段３０に指示を出す。画素信号レベルがリファレンス値以下となった蓄積時間においても該当箇所、つまり、初期蓄積時間にリファレンス値以上の信号レベルを有した画素（オーバーフロー画素）は換算白レベルよりは大きく、換算白レベル判定手段２７は白レベルより大きいと判定し続ける。オーバーフロー画素がなくなると換算白レベル判定結果が変化する。（ｋ＋ｘ）ライン目に換算白レベル判定手段によりオーバーフロー画素の終了が検知されると、蓄積時間制御手段１８が蓄積時間を初期設定値に戻して読み取りを続行すると同時に、演算期間指示手段２８が演算期間の終了を指示する。
【００２７】
第二の演算処理手段３０はラインバッファメモリ装置２９に格納された画素データを演算期間（ｘライン分）のみ演算処理して次段に出力する。仮に蓄積時間が１／２になったのであれば、格納画素データを２倍に演算処理する。この時、オーバーフロー原稿に対応する画素は白レベルにクランプする。ここでは、蓄積時間変更時の画素データのみを演算処理するので、暗出力補正データおよびシェーディングデータはそのまま使用することができる。
上述のように、蓄積時間変更前、または変更後の画素データを演算処理することにより、プレスキャンを要しなくても、オーバーフローによる誤情報の発生を防ぐことができる。
【００２８】
図８は、図６または図７の画像読取装置に図４に示す蓄積時間指示手段１９、画素位置検出手段２０、飽和画素数手段２１、飽和画素の各画素レベル差を求める演算手段２２、前記演算結果を判定値と比較して露光量の程度を判定する判定手段２３を付加したものであり、適切な蓄積時間の設定が最短時間で行えるようにしたものである。
【００２９】
図９は、画像読取装置の他の実施例を説明するための図で、本実施例は図６の実施例に適用した場合のものであり、図６の例との違いは、適切な蓄積時間設定までに要した読み取りライン数を計数するライン計数手段３１を設けたことである。ライン計数手段３１は信号レベル検出手段１７がリファレンス値以上の画素を検出したラインから、蓄積時間制御手段１８により蓄積時間が変更されてリファレンス値以上の画素がなくなるまでに要したライン数を計数し、計数値が限界値に至る場合、前記変更した蓄積時間で再度読み取りを行うようにする。
【００３０】
いま、ｋライン目の画素信号レベルがリファレンス値以上で信号レベル検出手段１７に検出され、蓄積時間制御手段１８により蓄積時間を制御し、（ｋ＋ｙ）ライン目でリファレンス値以上の画素が検出されなくなったとする。ｙが限界値Ｌよりも小さい場合は、そのまま読み取りを続行する。ｙが限界値Ｌよりも大きい場合は、読み取り画像品質の劣化が激しくなるので、変更後の蓄積時間での一連の読み取り動作を再度行う。
ここで、所要ライン数の限界値Ｌは読み取り密度や原稿によって変わるものであるが、実験によって求めることができる。前記の実施例は、ｙ＝１（＜Ｌ）の場合で、読み取りを続行したものである。
【００３１】
また、前記ライン計数手段３１がバッファメモリ装置に同一ラインデータを繰り返し出力するよう指示する機能を有するもので、ライン計数値が１の場合、リファレンス値以上の画素を含むラインデータを次のラインデータで補填するようにした。ｋライン目でリファレンス値以上の画素を検出し、（ｋ＋１）ライン目でリファレンス値以上の画素が検出されなくなった場合、ライン計数手段３２はｋライン目のデータを削除し、（Ｋ＋１）ライン目データを繰り返し読み出すようにバッファメモリ装置を制御する。前述の実施例では、リファレンス値以上の画素を含むラインデータを演算処理して出力もしくは削除としたが、ここではオーバーフローの無い次ラインのデータを用いることで画像品位の劣化を最小限に抑えることができる。
【００３２】
請求項２の画像読取装置は、予め設定された値を光電変換素子の飽和出力にほぼ等しい値に設定し、白基準板を読んだ時の光電変換素子の画素信号レベルが前記予め設定された値より小さくなるよう、光源の光量もしくは光電変換素子の画素信号の増幅度を制御するようにしたもので、以上に説明してきたリファレンス値は、光電変換素子の飽和出力近傍の値であり、白基準板を読んだ時の光電変換素子の信号レベルが前記リファレンス値より小さくなるよう光源の光量もしくは光電変換素子の画素信号の増幅度を調整するものである。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１の発明によると、原稿面を走査することにより反射又は透過した光を結像することにより集光して光電変換素子に入射させ、原稿の反射率に応じた電気信号を画像信号として検出することにより画像情報を得る画像読取装置において、走査時間と独立して蓄積時間を制御できる光電変換素子、該光電変換素子の画素の信号レベルを検出する信号レベル検出手段、該光電変換素子の蓄積時間を制御する蓄積時間制御手段、該蓄積時間制御手段に蓄積時間を指示する蓄積時間指示手段、前記光電変換素子の画素位置を検出する画素位置検出手段、前記光電変換素子の画素信号レベルが予め設定された値以上である飽和画素数を計数する飽和画素数計数手段、蓄積時間を最短とした時の前記飽和画素の各画素レベル差を求める演算手段、及び、該演算手段の演算結果を判定値と比較して露光量の程度を判定する判定手段を有し、前記光電変換素子の画素信号レベルが予め設定された値以上の時、前記蓄積時間指示手段は蓄積時間を最短にするように指示し、最短時の飽和画素での各画素レベル差が判定値よりも大きい場合は、蓄積時間を短い方から長い方へ順に切り替え、判定値よりも小さい場合は、積蓄時間を長い方から短い方へ順に切り替えるように制御し、前記光電変換素子の画素信号レベルが予め設定された値以下となった蓄積時間で画像の読み取りを行うようにし、蓄積時間を変化させ蓄積電荷量を制御しオーバーフローを防ぐことで、誤情報の発生の無い画像読取装置を提供し、更には、オーバーフローを防ぐ適正な蓄積時間に短時間で設定可能な画像読取装置を提供することができる。
【００４０】
請求項２の発明によると、リファレンス値を光電変換素子の飽和出力にほぼ等しい値に設定し、白基準板を読んだ時の光電変換素子の画素信号レベルが前記リファレンス値より小さくなるよう、光源の光量もしくは光電変換素子の画素信号の増幅度を制御することで、光電変換素子ダイナミックレンジを最大限に活用し、多階調化が達成できる誤情報の発生の無い画像読取装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  発明が適用される画像読取装置の一例を説明するための要部構成図である。
【図２】  ＣＣＤセンサの１ライン出力信号を示す波形図である。
【図３】  ＣＣＤのシャッタ動作を説明するための信号波形図である。
【図４】  本発明による画像読取装置の一例を説明するための図である。
【図５】  信号検出手段の画素検出動作を説明するための図である。
【図６】  請求項２の発明の実施例を説明するための図である。
【図７】  他の実施例を説明するための図である。
【図８】  更に他の発明の実施例を説明するための図である。
【図９】  更に他の発明の実施例を説明するための図である。
【符号の説明】
１…原稿、２…コンタクトガラス、３…ミラー、４…光源、５…モータ、６…結像レンズ、７…光電変換素子（ＣＣＤ）、８…サンプルホールド回路、９…Ａ／Ｄ変換回路、１０…暗出力補正回路、１１…シェーディング補正回路、１２…線密度変換回路、１３…インターフェース、１４…光源駆動回路、１５…モータ駆動制御回路、１６…ＣＣＤ駆動回路、１７…信号レベル検出手段、１８…蓄積時間制御手段、１９…蓄積時間指示手段、２０…画素位置検出手段、２１…画素数計数手段、２２…演算手段、２３…判定手段、２４…走査位置記憶手段、２５…フレームバッファメモリ装置、２６…第一の演算処理手段、２７…換算白レベル判定手段、２８…演算期間指示手段、２９…ラインバッファメモリ装置、３０…第二の演算処理、３１…ライン計算手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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