(57)【要約】【課題】光量が短期的ピーク特性を有する光源を備えた画像読取装置において、その光源の光量の短期的ピーク特性を抑えることにより、露光飽和が無く、リニアリティ特性に優れ、濃度ムラの無い画像を得る。【解決手段】光源３と、光源３により照明された原稿９からの光を所定の周期毎に蓄積し、電気信号に変換して読み取るリニアイメージセンサ４と、前記周期毎に光源３の点灯及び消灯を行う光源駆動回路２とを備えている。光源駆動回路２は、電流検知回路２１により検知された光源３の電流値に基づいて光源３の光量の短期的ピーク特性を抑えるように各周期毎の消灯期間の長さを制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源により照明された原稿からの光を所定の周期毎に蓄積し、電気信号に変換して読み取るイメージセンサと、前記周期毎に前記光源の点灯及び消灯を行う光源駆動回路とを備え、前記光源駆動回路は前記光源の光量の短期的ピーク特性を抑えるように前記各周期毎の消灯期間の長さを制御することを特徴とする画像読取装置。
【請求項２】
前記光源駆動回路は、前記光源の点灯開始後、前記消灯期間を徐々に短縮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】
前記光源駆動回路は、前記各周期毎に点灯期間と消灯期間とが複数回ずつ交互に現れるように制御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４】
前記光源駆動回路は光源電流検知回路を有し、その検知信号に基づいて前記各周期毎の消灯期間の長さを制御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５】
基準白色部材を備え、前記光源駆動回路は、前記イメージセンサによる前記基準白色部材の読み取りレベルに応じて前記各周期毎の消灯期間の長さを制御することを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファクシミリ装置、イメージスキャナ装置、デジタル複写機など、原稿を光源により露光し、その反射光又は透過光をイメージセンサで読み取る画像読取装置に関し、特に光源の点灯直後或いは冷寒時の発光量のピーク特性を抑えた画像読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像読取装置に使用される光源（ランプ）においては、点灯開始の初期の光量（照度）と、点灯開始から短時間（１時間程度以内）経過後の光量との間には差異があるものが一般的である。このように光量が短期的に変動する要因としてはランプ及び点灯回路の温度特性が挙げられる。例えば、点灯直後はランプ及び点灯回路は冷寒であるためランプから照射される照度は高く、時間経過と共にランプ及び点灯回路の温度が上昇し、結果的に急激に照度は下がり、ある一定の値に収束するものがある。なお、１時間以上１００時間程度以内の長期的な時間では、照度は緩やかに低下していく。この長期的な変動では、単位時間当たりの照度減少率は飽和していく方向となる。
【０００３】
光電変換にＣＣＤ等のイメージセンサ用いた画像読取装置にもこのような特性を持つ光源の採用は近年盛んに行なわれており、例えばＸｅランプの照度特性においてはこのような特性が顕著である。図９の照度特性Ｉはその一例である。照度特性Ｉにおいては、点灯後照度は上昇し、ある時点（Ｔb:例えば２０〜９０msec程度）でピーク値（Ｌp）となり、その後緩やかに低下してある時点Ｔdでほぼ一定となる。このように変化する要因としては、冷寒時のランプインピーダンス低下によるランプ電流増によるものが大きい（定電圧制御の場合）。
【０００４】
同じＣＣＤを使用し、その他の光学系によりＣＣＤに入射される光束密度が一定ならば、その入射光量はライン周期（ＣＣＤ蓄積時間）によることになる。各ＣＣＤの入射光量には適正量が有る為、ライン周期に対し、露光量が多い場合には露光飽和、少ない場合には露光不足となる傾向に有り、良質な読取画像を得られない。上記のような照度ピークは点灯直後に多く発生し、画像読取のシェ−ディングにかかる事がある。このピークがシェ−ディング補正期間にかかった場合のシェ−ディング補正はその後の照度低下した状態での画像取得時と大きく変わるため、画像が暗くなる方向になり、トナー画像出力を持つシステムでは、地汚れなどを起こしやすい。また、１フレーム画像の中でも大きな照度の変化により濃度ムラが発生する事が有る。従って、時間の経過に対する照度特性としては、照度特性Ｉのようなピークを持つ特性よりも、照度特性II、II'のようなフラットな特性が望ましい。
【０００５】
従来、光源の温度変化に起因する光量の時間的な変化を補正することにより、読取画像の濃度ムラの発生を防止したものとして、特許文献１に記載された画像読取装置がある。この画像読取装置は、各ラインの読取開始タイミングを規定するタイミング信号を所定時間毎に発生して読取周期を管理するタイミング制御手段（タイミング信号発生部１５）と、露光ランプ（蛍光灯４）の光量に対応する検出信号を発生する光量センサ（光量センサ１２）と、各読取周期に於ける前記光量センサの検出信号に基づいて各読取周期の各々の光量を測定する光量測定手段（サンプルホールド回路１６）と、読取周期の整数分の１を光量制御周期として前記露光ランプを点消灯制御するとともに、新たな点灯／消灯比が指示された場合は、該指示された点灯／消灯比での点消灯制御を、次回のタイミングに同期して開始される光量制御周期から開始する点消灯制御手段（点灯制御部１４）と、前記光量測定手段による測定結果に基づき、前記露光ランプの光量を目標値に近づけるように該露光ランプの点灯／消灯比を決定して、前記点消灯制御手段に指示する光量制御手段（主制御部１９）を有する。
【０００６】
この画像読取装置によれば、各読取周期の光量が各々フィードバックされて、露光ランプの光量（点灯／消灯比）が制御されるため、ライン毎に光量が変動するという不具合は防止され、画像の濃度ムラもなくなるとされる。また、露光ランプの点灯／消灯比が変更される場合には、次ラインの読取周期から変更されるため、その時のラインの濃度も不安定にならないとされる。
【特許文献１】特開平７−７４８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記従来の画像読取装置では、発光光量が管面の温度に対応して緩やかに変化する蛍光灯を対象としたものであり、例えばＸｅランプのような点灯後に光量が短期的なピーク特性を有する光源を対象としたものではない。
【０００８】
そこで、本発明は、光量が短期的ピーク特性を有する光源を備えた画像読取装置において、その光源の光量の短期的ピーク特性を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、光源と、前記光源により照明された原稿からの光を所定の周期毎に蓄積し、電気信号に変換して読み取るイメージセンサと、前記周期毎に前記光源の点灯及び消灯を行う光源駆動回路とを備え、前記光源駆動回路は前記光源の光量の短期的ピーク特性を抑えるように前記各周期毎の消灯期間の長さを制御することを特徴とする画像読取装置である。
請求項２に係る発明は、請求項１記載の画像読取装置において、前記光源の点灯開始後、前記消灯期間を徐々に短縮することを特徴とする画像読取装置である。
請求項３に係る発明は、請求項１記載の画像読取装置において、前記光源駆動回路は、前記各周期毎に点灯期間と消灯期間とが複数回ずつ交互に現れるように制御することを特徴とする画像読取装置である。
請求項４に係る発明は、請求項１記載の画像読取装置において、前記光源駆動回路は光源電流検知回路を有し、その検知信号に基づいて前記各周期毎の消灯期間の長さを制御することを特徴とする画像読取装置である。
請求項５に係る発明は、請求項１記載の画像読取装置において、基準白色部材を備え、前記光源駆動回路は、前記イメージセンサによる前記基準白色部材の読み取りレベルに応じて前記各周期毎の消灯期間の長さを制御することを特徴とする画像読取装置である。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明によれば、画像読取装置の光源の光量の短期的なピーク特性を抑え、迅速に安定値に到達させることができるので、露光飽和が無く、リニアリティ特性に優れ、濃度ムラの無い画像を得ることが出来る。
請求項２に係る発明によれば、請求項１に係る発明の効果に加えて、光源の光量を徐々に増加させながらピーク特性を抑え、かつ前記所定周期毎の露光量のピークを抑えることができる。
請求項３に係る発明によれば、請求項１に係る発明の効果に加えて、よりきめ細かな光量制御が可能になる。
請求項４、５に係る発明によれば、請求項１に係る発明の効果に加えて、前記所定周期毎の露光量の制御精度を高めることができ、かつ光量センサが不要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の実施形態に係る画像読取装置のブロック図である。この画像読取装置は、後述する各種タイミング信号を発生するタイミング発生手段１と、タイミング発生手段１から出力されるタイミング信号に従って光源駆動信号を発生する光源駆動回路２と、光源駆動回路２により駆動される光源３と、光源３から照射され、原稿及び白基準板９で反射される反射光を受光し、電気信号に変換して原稿９の画像を読み取るＣＣＤを有するリニアイメージセンサ４と、リニアイメージセンサ４の出力信号を増幅する画像信号増幅回路５と、画像信号増幅回路５の出力信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換回路６と、Ａ／Ｄ変換回路６から出力される画像データにシェーディング補正を施すシェーディング補正回路７と、シェーディング補正回路７から出力される画像データを処理する画像処理ユニット８とを備えている。光源駆動回路２は光源に流れる電流を検知する電流検知回路２１を備えている。光源駆動回路２、リニアイメージセンサ４には、それぞれ光源電源、ＣＣＤ電源が供給される。
【００１２】
タイミング発生手段１は、光源駆動回路２に対して光源制御信号ＴＲＧ及び同期信号ＴＧを供給する。また、リニアイメージセンサ４に対してＣＣＤ転送ゲート信号（以下、転送ゲート信号という）ＳＨを供給する。光源駆動回路２に内蔵されたランプ電流検知回路２１からタイミング発生手段１に対して、光源３に流れている電流を検知した値がフィードバックされる。シェーディング回路７のシェーディング値がタイミング発生手段１にフィードバックされる。
【００１３】
図２はタイミング発生手段１が発生する各種タイミング信号等を示している。リニアイメージセンサ４の内部の受光部からＣＣＤシフトレジスタに電荷を移送するための転送ゲート信号ＳＨはタイミング発生手段１からリニアイメージセンサ４に供給される。リニアイメージセンサ４の内部では、転送ゲート信号ＳＨに基づいて、ＣＣＤシフトレジスタ内を電荷転送するための転送クロックΦ１、Φ２と、出力バッファをリセットするためのパルスΦRSと、リセット直後の電気的な黒レベルをクランプするためのクランプパルスΦCLPは一般的に構成される。リニアイメージセンサ４の受光部は転送ゲート信号ＳＨから次の転送ゲート信号ＳＨまでの期間、受光し続ける。この時間を蓄積時間という。転送クロックΦ１、Φ２は、この蓄積時間内にＣＣＤの全画素を転送できる周波数で、転送ゲート信号ＳＨがアクティブ（図２でハイレベル）期間中に転送クロックが動かないことが条件となる。
【００１４】
光源制御信号ＴＲＧは光源３の点灯／消灯を制御するための信号であり、光源制御信号ＴＲＧがオンで光源駆動回路２は始動する。実際には光源制御信号ＴＲＧは画像１フレームの読み取り期間中はオン状態で、ライン単位では転送ゲート信号ＳＨに同期した同期信号ＴＧで消灯及び点灯制御を行っている。この同期信号ＴＧに同期させて光源駆動回路２内部の発振回路（図示せず）を発振させ、同内部回路のスイッチング素子及び昇圧トランスを駆動し、光源３が点灯可能な高圧出力を光源３に印加する。図３は光源をフル点灯させた状態のタイミングチャートである。この図において、Ｖｏはリニアイメージセンサ４から出力される画像信号である。この図に示すように、同期信号ＴＧの立ち下がりのタイミングで光源３を点灯し、次の同期信号ＴＧの立ち上がりのタイミングで消灯するまで、光源３を点灯している。以下、この点灯形態をフル点灯という。光源３は、この点灯期間内で所定の点灯周波数（２０ｋ〜１００ｋＨｚ程度）で発光を繰り返す。
【００１５】
図４は本実施形態の光量制御原理を示すタイミングチャートである。同期信号ＴＧがオン（図４でハイレベル）のときには光源３は消灯状態を維持し、オン期間が終了してオフになると、光源３は点灯状態になる。この同期信号ＴＧがオンの期間を点線及び矢印のように変化させることで、蓄積時間（１ライン）当たりの露光量を変化させることができる。図５に示されているように、１ライン当たりの消灯期間（点灯期間）の割合の調整により、照度をほぼリニアに変化させることができる。同期点灯させるために本実施形態では３μsec 程度の消灯期間が設けられている。そのため、消灯期間の割合が１００％でなくても照度は０になる。
【００１６】
図６に消灯／点灯期間を徐々に変化させた例を示す。
転送ゲート信号ＳＨに示されるようなライン周期の間隔に対して、消灯期間をＴ-off1〜Ｔ-off5と徐々に短縮する（逆に点灯期間は、Ｔ-on1〜Ｔ-on5のように徐々に延長している）ことで、光源３への投入エネルギ−を徐々に上げていき、ピークの無い照度特性（図９の照度特性II）が得られる。一例として、Ｔ-off1：８０％、Ｔ-off2：６０％、Ｔ-off3：５０％、Ｔ-off4：２５％、Ｔ-off5：１０％としており、同期のフル点灯としてＴ-off6：３％（図３のＴＧがハイレベルの期間）を用意している。なお、図６では１ライン当たりの消灯期間の割合を６段階に変化させているが、これに限定されるものではなく、照度をリニアに変化する特性を持たせるものであればよく、連続的に変化させる事も可能である。このような点灯パターンを組合せる事で照度特性IIが実現でき、時刻Ｔc（例：１００〜２００msec程度）には安定状態（安定値Ｌc ）に至る。Ｔ-offの選択は図１のタイミング発生手段１で行い、光源駆動回路２へ出力する。
【００１７】
なお、各点灯期間は必ずしも１回ずつとは限らず、Ｔ-off1×３、Ｔ-off2×２、Ｔ-off3×３・・・と各実施回数を変化させる事で、よりきめ細かな制御が可能となる。また、点灯初期の照度の立上げを通常通り行い、急激に鈍らせることで照度特性II'を実現することもできる。この特性は例えば点灯開始からＴ-off6で駆動し、時刻Ｔa （例：１０msec程度）後にＴ-off1→Ｔ-off1→Ｔ-off→Ｔ-off3→Ｔ-off5→Ｔ-off6とすることで可能となる。
【００１８】
図７は同期信号ＴＧと光源駆動回路２内のインバータ出力（光波形）のタイミングを示したもので、同期信号ＴＧがハイレベルの期間（３．０μsec）は光波形として出力されない。光源点灯周期は１４．９μsec であり、オン・デューティーは２０．１％（３．０μsec／１４．９μsec）固定としている（ｔ＝０とする）。同期信号ＴＧのレベルがローになってからスイッチング素子であるＦＥＴがオンするまでの遅延時間は２３．５μsecとし、１５回発光する場合を示したものである。
【００１９】
前述した図４及び図６では同期信号ＴＧがローレベルの期間を短くする事でこれらの発光数を減らし、減光していることになる。この１発光あたりのランプ電流値ＩL （ピーク）を検知し、１ラインあたりのサンプル数をある値（本発明ではサンプル＝ｎ）とする。そして、ｎ回の平均値を演算し、その結果の電流値Ｉaveから前述のＴ-offを選択する。ランプ電流はそのまま蛍光体のエネルギーとなる為、１発光あたりの電流値の増減により、照度を変化させることができる。
【００２０】
本実施形態では、例えば、Ｉaveの値に応じてＴ-offを以下のように選択する。ここで、電流の大小関係は、Ｉ1＞Ｉ2＞Ｉ3＞Ｉ4＞Ｉ5である。
Ｉave＝Ｉ1：Ｔ-off1
Ｉave＝Ｉ2：Ｔ-off2
Ｉave＝Ｉ3：Ｔ-off3
Ｉave＝Ｉ4：Ｔ-off4
Ｉave＝Ｉ5：Ｔ-off5
【００２１】
このように電流値を検出する事で、照度変化を検知する事が可能となり、その値をタイミング発生手段１に供給し、その値によって光源３の消灯期間（Ｔ-off）を設定することにより照度ピークの無い読取光学系が得られる。従って、露光飽和がなく、リニアリティ特性に優れ、濃度ムラの無い画像を得る事が出来る。
【００２２】
次に、シェーディング値のフィードバックについて説明する。
シェーディング補正とはＣＣＤの感度ムラや光源の照度分布バラツキの補正のことであり、デジタル光学系に関しては必須の処理となっている。実施に際しては、まずはシェーディングデータ生成を行なう。本実施形態では、シェーディングデータは、白基準板９を読み取り、１６ラインの画像データの単純加算平均より求めている。即ち、
シェーディングデータ＝（１ライン目のデータ＋2 ライン目のデータ＋‥‥＋１６ライン目のデータ）／１６
である。
【００２３】
一般的なシェ−ディング補正は上記シェーディングデータから対応する画素に対してシェーディング補正演算を行う（最大演算量：２５５（８ビット) ）。
読み取りデータをＤ（ｎ）、シェーディングデータをＳ＿（ｎ）、シェーディング補正後のデータをＤ＿（ｎ）とすると、シェーディング補正演算式は、
Ｄ＿（ｎ）＝（Ｄ（ｎ）／Ｓ＿（ｎ））×２５５
となる。ここで、ｎは任意の有効画素番号（例、１〜７３００）である。
【００２４】
このシェ−ディングデータＳ＿（ｎ）は、白基準板９を読み取った値であり、光源３の照度変化によってその値も変わる。照度が変化によりＳ＿（ｎ）がＳ＿（ｎ）* に変化したとすると、照度が低下した場合、Ｓ＿（ｎ）＜Ｓ＿（ｎ）* であり、照度が上昇した場合、Ｓ＿（ｎ）＞Ｓ＿（ｎ）* である。
本実施形態では、このＳ＿（ｎ）* を用いてＴ-offを以下のように設定する。
Ｓ＿（ｎ）*1：Ｔ-off1
Ｓ＿（ｎ）*2：Ｔ-off2
Ｓ＿（ｎ）*3：Ｔ-off3
Ｓ＿（ｎ）*4：Ｔ-off4
Ｓ＿（ｎ）*5：Ｔ-off5
シェ−ディングデータの大小関係は、
Ｓ＿（ｎ）*1＞Ｓ＿（ｎ）*2＞Ｓ＿（ｎ）*3＞Ｓ＿（ｎ）*4＞Ｓ＿（ｎ）*5
である。
【００２５】
このように、シェーディングデータにより光源３の照度変化を検知し、その値をタイミング発生手段１に供給し、その値によって光源３の消灯期間（Ｔ-off）を設定することで照度ピークの無い読取光学系が得られる。従って、露光飽和がなく、リニアリティ特性に優れ、濃度ムラの無い画像を得る事が出来る。
【００２６】
なお、図１では、電流検知回路２１の出力及びシェーディング回路７の出力の双方をタイミング発生手段１にフィードバックするように記載されているが、何れか一方の出力をフィードバックするように構成してもよい。また、図１の画像読取装置を動作させるときに何れか一方の出力をフィードバックするように設定してもよい。さらに、以上の説明は点灯直後の光源３の光量を迅速に安定値に到達させることに関するものであるが、本発明は短期経時的な環境変化により照度が変化する場合（例、通常使用環境：１０〜３０℃よりも寒冷環境（＋１０〜−１０℃）に設置された時）などにも消灯期間を変更する事で対応可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係る画像読取装置のブロック図である。
【図２】図１のタイミング発生手段が発生する各種タイミング信号等を示す図である。
【図３】光源をフル点灯させた状態のタイミングチャートである。
【図４】本実施形態の光量制御原理を示すタイミングチャートである。
【図５】１ライン当たりの消灯期間の割合と照度との関係を示す図である。
【図６】消灯／点灯期間を徐々に変化させた例を示す図である。
【図７】同期信号ＴＧと光源駆動回路内のインバータ出力（光波形）のタイミングを示す図である。
【図８】光源の電流値を検知する方法を説明するための図である。
【図９】光源の照度特性の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
２・・・光源駆動回路、３・・・光源（ランプ）、４・・・リニアイメージセンサ、７・・・シェーディング回路、９・・・原稿及び白基準板、２１・・・電流検知回路。
【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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