(57)【要約】【課題】読取センサを用いて、ライン間メモリを増加することなく、出力画像の高画質化を実現できる画像読取装置を提供すること。【解決手段】２ラインの受光素子列にそれぞれアナログシフトレジスタを２列備える４つの出力バッファからデータが出力される。１つの読取受光素子列から出力された２つのデータは、画像を形成するときなど必要に応じてデータを合成することにより、連続した読取データに変換することができる。１つの読取受光素子列のシフトレジスタから出力する際に、交互にデータを出力することにより、連続した出力データを供給することもできる。１つの読取素子列から出力されたデータの主走査方向の画像解像度は、その読取素子列の受光素子のピッチと、素子列と被読取画像間の倍率とにより決定される。一方、副走査方向の画像解像度は、受光素子の光入射期間と被読取画像が走査する速度とから決定される。【選択図】　図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
読取光学系に、１次元に配列された１次元受光センサ素子を用いて２次元に配列された２次元受光センサ素子列を複数備えた画像読取装置において、
前記１次元受光センサ素子列は、下記の条件式１を満たす１次元方向の間隔ｘに位置し、
条件式１　ｘ＝ｐ×ｈ÷ｉ（ただし、ｐ：所定の画像解像度に基づく画素間隔、ｈ：受光センサ上の倍率、ｉ：整数とする）
前記２次元受光センサ素子は、下記の条件式２を満たす２次元方向の間隔ｙの整数倍上に位置し、
条件式２　ｙ＝ｑ×ｈ÷ｊ（ただし、ｑ：所定の画像解像度に基づく画素間隔、ｈ：受光センサ上の倍率、ｊ：整数とする）
前記２次元受光センサ素子列の少なくとも１つが、それと異なる２次元受光センサ素子列における１次元方向の列び位置と異なることを特徴とする画像読取装置。
【請求項２】
前記２次元受光センサ素子列の素子、または、前記２次元受光センサ素子列のフィルタは、異なる光の波長に対応することを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
【請求項３】
前記２次元受光センサ素子列は、前記１次元方向の間隔ｘを素子列数ｎ等分した間隔で１次元方向に配置されていることを特徴とする請求項１、または、請求項２記載の画像読取装置。
【請求項４】
前記２次元受光センサ素子列は、赤、緑、青のうちのいずれか２色、または、全ての色に対応していることを特徴とする請求項１、請求項２、または、請求項３記載の画像読取装置。
【請求項５】
原稿を照明するための光源と、
前記光源により照射された前記原稿の像の被読取領域を前記２次元受光センサ素子列に導く光学素子と、
前記２次元受光センサ素子列の出力信号を符号化する信号処理手段と、を備え、
前記光学素子は、前記被読取領域の像を前記２次元受光センサ素子列を用いて走査し、
前記信号処理手段は、前記２次元受光センサ素子列と、それと異なる２次元受光センサ素子列からの出力信号とを合成することを特徴とする請求項１、請求項２、または、請求項３記載の画像読取装置。
【請求項６】
前記２次元受光センサ素子列の出力情報を必要としない場合、前記２次元受光センサ素子列のうち少なくとも１つを停止状態、待機状態、または、低速状態とする状態調整手段を備えたことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、または、請求項５記載の画像読取装置。
【請求項７】
前記状態調整手段は、画像の読取処理の際に使用される基準動作クロックを停止、または、前記基準動作クロックの周波数を低下させることにより状態を調整することを特徴とする請求項６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、画像読取用の受光素子をライン状に配置したラインセンサを備えたスキャナ装置、デジタル複写装置、デジタルカラー複写装置、ファクシミリ装置、カラーファクシミリ装置などの画像読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、絵や写真などの画像を密着ラインイメージセンサやＣＣＤ（電荷結合素子）イメージセンサなどで光学的に読み取り、読み取った電気信号をデジタル情報に変換する技術が発達し、このような高性能センサを搭載したスキャナ装置を用いたファクシミリ装置、電子複写装置、複合装置などが広く普及してきている。
これに伴い、画像読取装置における読取光学系の技術開発も行われている。そして、下記の特許文献をはじめとする読取光学系の技術が種々開示されている。
【特許文献１】
特許第２９８５９５９号公報
【０００３】
特許文献１には、複数の撮像素子を直線状に配列した撮像素子列を複数列互いに平行に配置してなる撮像素子群を設け、各撮像素子列を撮像素子群内の他の撮像素子列に対して撮像素子の配列方向に、個々の撮像素子の幅より小さくずらして配置し、さらに、前記複数の撮像素子列を互いに前記撮像素子の配列方向に対して垂直方向に、個々の撮像素子の高さの２倍以上の整数倍のピッチで配列することにより、読取処理の高速化を図ったカラー撮像装置について開示されている。
【０００４】
ところで、スキャナや複写機の読取装置において、図面や地図などのモノクロのペーパー情報内の指示情報に対して、赤色等の強調色を用いて配布することは、円滑な業務指示の伝達手段として一般的に行われている。
このような作業を容易に実行させるために、カラー読取センサやモノクロ読取センサを用いて画像情報を取り込む以外に、色情報を取り込む装置が開発されている。
【０００５】
具体的には、カラー読取センサにおいて、３ラインのＣＣＤ（電荷結合素子）にフィルタの色特性を用いることにより、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のビデオ信号として出力させ処理を行っている。また、１ラインのＣＣＤを用いて３回スキャンを行い、スキャンごとにフィルタを交換することにより、Ｒ、Ｇ、Ｂを順にビデオ信号として出力するようにもできる。
そして、Ｒ、Ｇ、Ｂのビデオ信号からモノクロ画像情報と色情報を取り出し、モノクロ読取センサにおいて複数回スキャンを実施し、スキャンごとに光源の波長を変更することにより、色感度の違いからモノクロ画像情報以外に色情報を取り込むことができる。
【０００６】
生産性の向上と出力画像の高画質化を実現させるためには、読取センサの性能の向上を図る必要がある。
具体的には、生産性の向上を実現するためには、データの転送速度アップが求められ、また、出力画像の高画質化を実現するためには、センサの感度を向上させること、および、画素数を増加させることが求められる。
ここで、読取センサとして使用されるＣＣＤについて説明する。ＣＣＤの転送速度を上げるためには、画素サイズの小サイズ化（ダウンサイジング）により実現することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、、画素サイズの小サイズ化と同時に、受光素子の入射光量を低下させて感度を上げるか、また、入射光量を上げるか、いずれかの処理を行わなければ、Ｓ／Ｎ（信号対雑音）比が下がり、結果として画像品質が低下してしまう。
また、ＣＣＤのライン数を増加することによりライン間の読取距離（ライン間の物理的距離）が発生し、先行の読取ラインの画像と後行の読取ラインの画像にはライン間にズレが発生する。このズレを補正するために記憶装置が必要になる。
さらに、読取センサの画素数を上げることにより高画質化を実現できるが、画素数を増加させると、半導体のダイサイズの大型化になりシリコンウエハーからの取り数減少や歩留まり増加によるコストアップを避けることができない。
そこで、本発明の目的は、読取センサのライン間メモリ、および、画素数を増加することなく、高画質化を実現できる画像読取装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、読取光学系に、１次元に配列された１次元受光センサ素子を用いて２次元に配列された２次元受光センサ素子列を複数備えた画像読取装置において、前記１次元受光センサ素子列は、下記の条件式１を満たす１次元方向の間隔ｘに位置し、条件式１　ｘ＝ｐ×ｈ÷ｉ（ただし、ｐ：所定の画像解像度に基づく画素間隔、ｈ：受光センサ上の倍率、ｉ：整数とする）前記２次元受光センサ素子は、下記の条件式２を満たす２次元方向の間隔ｙの整数倍上に位置し、条件式２　ｙ＝ｑ×ｈ÷ｊ（ただし、ｑ：所定の画像解像度に基づく画素間隔、ｈ：受光センサ上の倍率、ｊ：整数とする）前記２次元受光センサ素子列の少なくとも１つが、それと異なる２次元受光センサ素子列における１次元方向の列び位置と異なることにより前記目的を達成する。
【０００９】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記２次元受光センサ素子列の素子、または、前記２次元受光センサ素子列のフィルタは、異なる光の波長に対応することにより前記目的を達成する。
請求項３記載の発明では、請求項１、または、請求項２記載の発明において、前記２次元受光センサ素子列は、前記１次元方向の間隔ｘを素子列数ｎ等分した間隔で１次元方向に配置されていることにより前記目的を達成する。
請求項４記載の発明では、請求項１、請求項２、または、請求項３記載の発明において、前記２次元受光センサ素子列は、赤、緑、青のうちのいずれか２色、または、全ての色に対応していることにより前記目的を達成する。
【００１０】
請求項５記載の発明では、請求項１、請求項２、または、請求項３記載の発明において、原稿を照明するための光源と、前記光源により照射された前記原稿の像の被読取領域を前記２次元受光センサ素子列に導く光学素子と、前記２次元受光センサ素子列の出力信号を符号化する信号処理手段と、を備え、前記光学素子は、前記被読取領域の像を前記２次元受光センサ素子列を用いて走査し、前記信号処理手段は、前記２次元受光センサ素子列と、それと異なる２次元受光センサ素子列からの出力信号とを合成することにより前記目的を達成する。
【００１１】
請求項６記載の発明では、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、または、請求項５記載の発明において、前記２次元受光センサ素子列の出力情報を必要としない場合、前記２次元受光センサ素子列のうち少なくとも１つを停止状態、待機状態、または、低速状態とする状態調整手段を備えたことにより前記目的を達成する。
請求項７記載の発明では、請求項６記載の発明において、前記状態調整手段は、画像の読取処理の際に使用される基準動作クロックを停止、または、前記基準動作クロックの周波数を低下させることにより状態を調整することにより前記目的を達成する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の画像読取装置における好適な実施の形態について、図１から図１０を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る、受光素子をライン状に配置したラインセンサの構成を示した図である。光の３原色であるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のフィルタを備えた受光素子が直線状に３列、主走査方向に平行に列んでおり、それぞれのラインの受光素子列は、画素サイズによって等間隔になるように規定されている。
画像が、この列に対して垂直方向（以下、副走査方向とする）に一定の速度で移動することにより、平面画像を均等な解像度で読み取ることができる。
通常画像の移動には、被読取画像が移動するものや、受光素子が移動するものがある。また、受光素子の画素サイズおよび列間隔は、縮小光学系と等倍光学系に対応したものが一般的に使用されている。
ＲＧＢのフィルタ、または、ＲＧＢに対応した受光素子列の１ラインは、他の２ラインの受光素子列の素子間に受光素子が配列されるようになっている。
【００１３】
図２は、本実施の形態に係る、受光素子の列が異なるように配置されたラインセンサの構成を示した図である。
図２に示す受光素子は、各受光素子間が等間隔になるように配列されている。このように配列することにより、受光素子の配列の誤差のために、読取データの副走査方向にスジ状の画像ムラが発生することを抑制することができる。
【００１４】
次に、本実施の形態に係る画像読取装置における、受光素子が信号を受光してからデータを出力するまでの画像読取処理について説明する。。
画像読取装置で使用される縮小タイプのイメージセンサ（読取素子）は、ＣＣＤタイプ、ＭＯＳ（金属酸化膜半導体）タイプ、バイポーラタイプに分類できるが、ここでは、一般的に使用されているＣＣＤタイプを用いて説明する。
図３は、ＣＣＤの受光素子の配列を示した図である。
本実施の形態に係る画像形成装置では、図３に示すようにＲとＧの受光素子の窓を配列したセンサを用いる。
【００１５】
次に、読取光学系の実施例について説明する。
図４は、縮小読取光学系の概略構成を示した図である。
この縮小読取光学系では、レンズ４３を通してコンタクト４１上の原稿４２をセンサ４４上へ結像させている。ここでは、レンズ４３を移動させることによりセンサ４４上の結像を拡大または縮小できるようになっている。
なお、光源４５は、原稿を照明するものであり、蛍光灯、キセノンランプ、ハロゲンランプなどを使用する。
【００１６】
図５は、原稿移動読取光学系の概略構成を示した図である。
この原稿移動読取光学系では、白色ローラ５１とコンタクト５２の間に原稿５３を搬送させ、光源５４によって照明された像を等倍レンズ５５により等倍センサ５６上へ結像させている。
図６は、センサ移動読取光学系の概略構成を示した図である。
このセンサ移動読取光学系では、等倍センサ６１および光源６２を搭載した移動体６３を移動させ、光源６２によって照明されたコンタクト６４上の原稿６５の像を等倍センサ６１上へ結像させている。
【００１７】
図７は、原稿台移動読取光学系の概略構成を示した図である。
原稿７１が搭載されているコンタクト７２を移動させ、光源７３によって照明された像を等倍レンズ７４によりセンサ７５上へ結像させている。
図８は、ミラー移動読取光学系の概略構成を示した図である。
このミラー移動読取光学系では、レンズ８１とセンサ８２とを装置本体に固定させた状態で、第１走行体８３および第２走行体８４を移動させて走査を行っている。
【００１８】
上述したような読取光学系において、受光素子は受けた光量に応じて電荷を蓄積する。蓄積した電荷はシフトゲートを介してアナログシフトレジスタに一度に移される。アナログシフトレジスタからはクロックに同期して電荷をシフトして出力バッファを介してデータが出力される。
図９は、データが出力される出力バッファの例を示した図である。
図９に示すように、２ラインの受光素子列にそれぞれアナログシフトレジスタを２列備える４つの出力バッファがあり、そこからデータが出力される。
１つの読取受光素子列から出力された２つのデータは、画像を形成するときなど必要に応じてデータを合成することにより、連続した読取データに変換することができる。また、１つの読取受光素子列のシフトレジスタから出力する際に、交互にデータを出力することにより、連続した出力データを供給することもできる。通常は、伝送回路の動作周波数を低くするために、必要な部分のみで合成する場合が多い。なお、１つのラインから３つ以上に分離する場合も同様である。
【００１９】
１つの読取受光素子列から出力されたデータの主走査方向の画像解像度は、その読取受光素子列の受光素子のピッチと、素子列と被読取画像間の倍率とにより決定される。
一方、副走査方向の画像解像度は、受光素子の光入射期間（受光部で電荷に変換され蓄積した期間、蓄積開始からアナログシフトレジスタに転送されるまでの期間）と、被読取画像が走査する速度とから決定される。
従って、主走査方向の画素ピッチは、センサの素子ピッチで規定されるが、副走査方向の画素ピッチは光入射期間と走査速度から規定されるため、光入射期間を最小にするか、素子の副走査方向の長さを最小にするかのいずれかの処理行うことにより所望の画像解像度を達成することができる。
【００２０】
被読取画像上の解像度は、通常ｄｐｉ（ドットパーインチ）で表現され１インチ内の画素数で規定されている。また、画像処理で見かけ上の解像度と区別することから、リアルを接頭に用いてリアル１２００ｄｐｉなどと記載されることがある。また、ファクシミリなどには、本数／ｍｍのように１ｍｍ内の線数で規定されているものもある。
図９に示すようなラインセンサの画像を取り扱う場合、２つのラインセンサの画像は、主走査方向の画素列のズレと、副走査方向のライン列分のズレとを含んでいる。
主走査方向のズレは、２つのラインセンサの画素列のズレであるため、センサ上のズレは、被読取画像空間での画素列で規定される。従って、主走査方向のズレは、被読取画像空間での画素間隔から受光センサ素子の間隔を求める場合と同様にして求めることができる。
【００２１】
例えば、要求される解像度をリアル６００ｄｐｉ、センサと被読取画像間の倍率を０．１２５とすると主走査方向の素子間隔は、
（１インチ÷６００ｄｐｉ×２５．４ｍｍ）×０．１２５
により、約５．２９μｍと求めることができる。
従って、主走査方向のズレは、センサ上で約２．６４５となる。
また、副走査方向のズレも同様にして求めることができる。
さらに、副走査方向のズレに対しては被読取画像空間での画素間隔を整数倍にすることにより、２つのラインセンサの画像が被読取画像空間で合成する時に画像をライン数の単位でずらすことができ、そのため、メモリ空間を小さくすることができるというメリットがある。
例えば、画素間隔が４２．３μｍのとき、ライン間が２１．１５μｍである場合、読み取った画像を副走査方向に２倍に拡張し、ライン間の距離を見かけ上１ラインとして扱って１ライン分ずらしてから合成するので、副走査方向を２倍に拡張するためのメモリが必要である。しかし、ライン間が４２．３μｍである場合には、１ライン分ずらして合成するのみでよいため、１ライン分余分にメモリを増やすだけでよい。
【００２２】
それぞれの画像を各々別に出力する場合は、その出力に応じてズレに対応することになる。例えば、先行のラインセンサで読み取った画像と、後行のラインセンサで読み取った画像とでは、ライン間隔がラインセンサ間の被読取画像空間のライン間隔分異なるので、副走査の画像先端レジストにおいて、先行ラインセンサを基準とすると、後行ラインセンサの画像先端レジストを前記ライン間隔分短くする必要がある。
また、主走査の画像先端レジストについても、先行ラインセンサで読み取った画像と、後行ラインセンサで読み取った画像に対して、被読取画像空間の画素列のズレ分補正する必要がある。
さらに、それぞれの出力画像を合成する場合は、各画素列のズレに対応するように合成処理を行う必要がある。
【００２３】
主走査方向の対応方法としては、被読取画像空間の主走査方向画素ピッチの半分をズレとした場合、主走査方向のメモリ空間を倍にして、２つの画像を主走査方向にそれぞれ拡張する。このとき、単純増加や単純減少、隣接画素平均法などを用いて拡張されたデータの補間を行う。
また、主走査方向を２倍に拡張するため、画素ピッチの半分単位のズレも１画素分単位に拡張する。ここで、ラインセンサのズレ分画像を１画素ずらして合成することにより、主走査方向について物理的な画像解像度をほぼ倍にすることができる。具体的な合成方法としては、ａｎｄ合成、ｏｒ合成、条件付きｏｒ合成などがあげられる。
なお、Ｒ、Ｇ、Ｂの光の３原色からＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンダ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の色の３原色への変換等においても同様にして実施できる。
【００２４】
一方、副走査方向の対応方法としては、被読取画像空間の副走査方向の読取画素ピッチが所望の解像度の画素ピッチの整数倍である場合、２つのラインセンサのズレ分ずらして合成するだけでよい。具体的な合成方法としては、ａｎｄ合成、ｏｒ合成、条件付きｏｒ合成などがあげられる。
なお、副走査方向の読取画素ピッチが所望の画素ピッチの半分の整数倍である場合には、主走査と同様に副走査方向のメモリ空間を倍にして、２つの画像を副走査方向にそれぞれ拡張する。このとき、単純増加や単純減少、隣接画素平均法などを用いて拡張されたデータの補間を行う。
また、副走査方向を２倍に拡張するため、画素ピッチの半分単位のズレも１画素分単位に拡張する。ここで、２つのラインセンサのズレ分画像を必要なライン分ずらして合成することにより、副走査方向について物理的な画像解像度をほぼ倍にすることができる。
さらに、このとき、光入射期間もしくは受光センサ素子の副走査方向の開口部を短くし、ラインセンサ間での重なりを小さくすることにより、物理的な画像解像度を上げることができる。
【００２５】
受光センサ素子のフィルタとしてＲ、Ｇ、Ｂを備えた読取装置の出力を合成する場合、各フィルタによって出力レベルが異なる。読取画像が白黒である場合も同様であるが、黒はＲ、Ｇ、Ｂ全てに出力されるため、黒レベルと白レベルのシェーディング補正をそれぞれに実施すれば出力レベルを均一にすることができる。そのため、シェーディング補正以降の画像を使用することにより高解像度の画像データを取り出すことができる。
例えば、読取画像データを単なる輝度データと考えられる場合、その受光センサ素子に感度がある単色については、シェーディング後の輝度データは受光センサ素子の色感度によらず一様となる。ここでは、読取画像の色と受光センサ素子の色感度によって色調が異なるため、シェーディングによる中間調の分解能も異なる。従って、中間調の合成時において、分解能を同等にするためのスムージング処理を施すようにする。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、１次元に配列した受光センサ素子を用いて２次元受光センサ素子列を構成することにより、主走査方向の読取解像度を高くすることができる。
請求項２記載の発明によれば、２次元受光センサ素子列の素子、または、２次元受光センサ素子列のフィルタを異なる光の波長に対応させることにより、主走査方向の読取解像度を高くすることができる。
請求項３記載の発明によれば、１次元方向の間隔ｘを素子列数ｎ等分した間隔で２次元受光センサ素子列を配置することにより、主走査方向にムラのない画像を出力することができる。
請求項４記載の発明によれば、２次元受光センサ素子列を光の３原色である赤、緑、青に対応させることにより、高画質のモノクロ画像を提供することができる。
【００２７】
請求項５記載の発明によれば、２次元受光センサ素子列の出力信号を合成することにより、複雑な構成を必要とせずに高画質のモノクロ画像を提供することができる。
請求項６記載の発明によれば、状態調整手段を備えることにより、２次元受光センサ素子列の出力情報を必要としない場合において消費エネルギーを低くすることができる。
請求項７記載の発明によれば、画像の読取処理の際に使用される基準動作クロックを停止、または、前記基準動作クロックの周波数を低下させることにより、電界強度ノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る、受光素子をライン状に配置したラインセンサの構成を示した図である。
【図２】本実施の形態に係る、受光素子の列が異なるように配置されたラインセンサの構成を示した図である。
【図３】ＣＣＤの受光素子の配列を示した図である。
【図４】縮小読取光学系の概略構成を示した図である。
【図５】原稿移動読取光学系の概略構成を示した図である。
【図６】センサ移動読取光学系の概略構成を示した図である。
【図７】原稿台移動読取光学系の概略構成を示した図である。
【図８】ミラー移動読取光学系の概略構成を示した図である。
【図９】データが出力される出力バッファの例を示した図である。
【符号の説明】
４１　コンタクト
４２　原稿
４３　レンズ
４４　センサ
４５　光源
５１　白色ローラ
５２　コンタクト
５３　原稿
５４　光源
５５　等倍レンズ
５６　等倍センサ
【図１】
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【図２】
2004112705.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004112705.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004112705.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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