JP2012138879A - 画像読取装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】光源の温度上昇を防ぎ、読み取った画像の劣化を軽減する。
【解決手段】温度検出部はサーミスタの検出信号を取り込んで光源の温度を算出する。算出された光源の温度が設定温度以上である場合、温度検出部が光源駆動回路に指示信号を出力し、この指示信号を受けて光源駆動回路は光源に印加する駆動電圧のパルス幅をPWM制御によって短く調整する。光源の点灯時間が短いときに読み取られた画像については、フィルタ部が通常積分フィルタ処理を行うときより大きい係数を用いてフィルタ処理を行う。
【選択図】図5

Description

本発明は、画像読み取り時に使用する光源の発熱を抑える画像読取装置及び画像形成装置に関するものである。
近年、原稿に光を照射し、その反射光をCCD(Charge Coupled Device)等のイメージセンサが受光して画像データに変換することにより、原稿に描かれている画像をデータ化して取得する画像読取装置が実用化されている。そして、原稿に光を照射する光源としてLED(Light Emitting Diode)光源が多く用いられるようになってきた。
光源としてLEDを用いたとき、十分な光量を得るために多数のLEDを用いたり、高輝度のLEDを使用したりするため、LEDが発熱して使用上限温度を超えてしまう場合があった。更に、大量枚数の連続読み取り等によってLEDの連続照射時間が長時間に及んだ場合もLEDの温度が上昇してしまう。このようにLEDの温度が使用上限温度を超えると、光量や色度等の特性が変化し、高画質の画像データを得ることができないという問題があった。
そこで、特許文献1には、冷却ファンにより光源の温度を調節する画像読取装置について記載されている。
特開2002−237927号公報
しかし、冷却ファンによって光源を冷却すると、装置内の光学系に埃やゴミ等が付着する可能性があった。光学系に埃やゴミが付着していると、この埃やゴミが読み取られた画像にスジ画像として出てしまう問題がある。
また、光源が所定温度を超えるとクールダウンの為に原稿の読み取りを停止すると、装置としての生産性が悪くなり、ユーザに不便を強いることになる。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、光源の温度上昇を防ぎ、読み取った画像の劣化を軽減する画像読取装置及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。
請求項1に記載の発明は、搬送された原稿に光を照射する光源と、前記原稿に照射された光の反射光を受光して電気信号に変換し、画像データを出力する画像データ生成手段と、前記光源の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段が検出した温度が予め定められた温度以上のとき、前記光源の点灯時間をPWM制御によって短く調整する調整手段と、前記画像データ生成手段が出力した画像データを構成する各画素データと当該画素データの周囲の画素データに対して重み付け加算による積分フィルタ処理を行う処理手段と、を備え、前記処理手段は、前記調整手段が前記光源の点灯時間を短く調整したときに前記画像データ生成手段が出力した画像データに対して積分フィルタ処理を行うものである。
この発明では、光源の発熱を抑えることができるため、光源の温度上昇による色度等の特性変化を防ぐと共に、消費電力を抑えることができる。また、光源の温度が低下するまで消灯すると原稿の読み取りも中断するため、ユーザに不便を強いることになっていたが、この発明においては長時間の連続読み取りが可能となり、ユーザを待たせることがない。更に、読み取った画像データに対して積分フィルタ処理を施すことによって発光素子の点灯時間を短く調整したことによる光量低下によって生じる画像のノイズを軽減することができ、画質劣化を最小限に抑えることができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の画像読取装置であって、前記調整手段が前記光源の点灯時間の調整を行っていない通常時においても前記処理手段が前記画像データ生成手段の出力した画像データに対して積分フィルタ処理を行う場合、前記調整手段が前記光源の点灯時間を短く調整したときは前記処理手段は前記通常時に積分フィルタ処理を行うときよりも大きい係数を用いて重み付け加算を行うことによって前記画像データ生成手段が出力した画像データに対して積分フィルタ処理を実行するものである。
この発明では、読み取った画像データに対して発光素子の点灯時間を短く調整したことによる光量低下によって生じる画像のノイズを軽減することができ、画質劣化を最小限に抑えることができる。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の画像読取装置と前記画像読取装置が取得した画像データに基づいて用紙に画像を形成する画像形成手段と、を備えた画像形成装置である。
この発明では、請求項1又は2と同様の効果を奏する。
この発明では、光源の発熱を抑えることができるため、光源の温度上昇による色度等の特性変化を防ぐと共に、消費電力を抑えることができる。また、光源の温度が低下するまで消灯すると原稿の読み取りも中断するため、ユーザに不便を強いることになっていたが、この発明においては長時間の連続読み取りが可能となり、ユーザを待たせることがない。更に、読み取った画像データに対して積分フィルタ処理を施すことによって発光素子の点灯時間を短く調整したことによる光量低下によって生じる画像のノイズを軽減することができ、画質劣化を最小限に抑えることができる。
画像形成装置の内部構成を概略的に示す側面図。 原稿読取部を上方から見たときの概略図。 画像形成装置の電気的構成を示すブロック図。 光源の点灯処理を説明するためのフローチャート。 光源の点灯タイミングを示すタイミング図。 原稿読み取りについて説明するための図。 積分フィルタ処理の一例を説明するための図。
以下、本発明に係る画像形成装置1の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置1の内部構成を概略的に示す側面図である。画像形成装置1は、コピー機能、プリンタ機能、スキャナ機能及びファクシミリ機能等の機能を兼ね備えたものであり、本体部2と、本体部2の左方に配設されたスタックトレイ3と、本体部2の上部に配設された原稿読取部4と、原稿読取部4の上方に配設された原稿搬送部5とを有している。尚、本実施の形態では本発明を画像形成装置1を用いて説明するが、原稿読取部4のみを備えた画像読取装置に適用してもよい。つまり、画像形成装置1は、少なくともスキャナ機能等を用いて画像データを取得する機能を備えたものであればよく、例えばファクシミリ機能のみを備えたものであってもよい。
原稿搬送部5は、ADF(Automatic Document Feeder)を備え、原稿トレイ51、ピックアップローラ52及び排紙トレイ59を有する。原稿トレイ51には、読取対象とされる原稿が載置される。原稿トレイ51に載置された原稿は、1枚ずつピックアップローラ52によって取り込まれ、間隙を介して順次搬送路へ搬送される。搬送路を経由した原稿は、排紙トレイ59へ順次排出される。
原稿読取部4は、原稿の画像を光学的に読み取って画像データを生成するものである。原稿読取部4は、コンタクトガラス41、光源42、第1ミラー43、第2ミラー44、第3ミラー45、第1キャリッジ46、第2キャリッジ47、及びレンズユニット400を備える。コンタクトガラス41は、原稿搬送部5によらない原稿読取時に、ユーザの手によって原稿が載置される場所である。光源42は、主走査方向に並ぶ複数のLEDによって構成され、後述する光源駆動回路から印加される駆動電圧によって点灯する。また、光源42の近傍にはサーミスタ421が配設されている。このサーミスタ421は光源42の温度を測定するためのものであり、検知結果を後述する制御部へ出力する。
レンズユニット400は、レンズ48及びCCD49等によって構成される。図2は原稿読取部4を上方から見たときの概略図である。光源42が発した光はコンタクトガラス41に載置された原稿画像によって反射され、その反射光を第1ミラー43、第2ミラー44、第3ミラー45及びレンズ48がCCD49に導く。そしてCCD49は受光した光を光電変換して画像データを出力する。
原稿読取方式としては、コンタクトガラス41上に載置された原稿をCCD49が読み取るフラットベッド読取モードと、原稿を原稿搬送部5(ADF)によって取り込み、その搬送途中で原稿を読み取るADF読取モードがある。フラットベッド読取モードでは、光源42がコンタクトガラス41上に載置された原稿を照射し、主走査方向1ライン分の反射光が第1ミラー43、第2ミラー44、第3ミラー45の順に反射して、レンズ48を透過し、CCD49に入射する。CCD49は一次元のイメージセンサであり、主走査方向に延びる1ライン分の原稿の画像データを同時に処理する。第1キャリッジ46及び第2キャリッジ47は、主走査方向と直交する方向(副走査方向、矢印Y方向)に移動可能に構成されており、1ライン分の読み取りが終了すると、副走査方向に第1キャリッジ46及び第2キャリッジ47が移動し、次のラインの読み取りが行われる。
ADF読取モードでは、原稿搬送部5が原稿トレイ51に載置された原稿をピックアップローラ52によって1枚ずつ取り込む。このとき、第1キャリッジ46及び第2キャリッジ47は、ガラス部材等の透明な材質でなる原稿読取窓53の下方に配置される。原稿搬送部5による原稿搬送で、原稿が原稿読取窓53上を通過するとき、光源42が原稿を照射し、主走査1ライン分の反射光が第1ミラー43、第2ミラー44、第3ミラー45の順に反射して、レンズ48を透過し、CCD49に入射する。続いて原稿は原稿搬送部5によって搬送され、次のラインが読み取られる。
原稿読取部4の前面には、入力操作部6が設けられている。この入力操作部6には、ユーザが実行指示を入力するためのスタートキー61、印刷部数等を入力するためのテンキー62、各種動作の操作ガイド情報等を表示し、これら各種設定入力用にタッチパネル機能を有する液晶ディスプレイ等からなる表示部63、表示部63で設定された設定内容等をリセットするリセットキー64、実行中の動作を停止させるためのストップキー65、コピー機能、プリンタ機能、スキャナ機能及びファクシミリ機能を切り換えるための機能切換キー66等が備えられている。
本体部2は、複数の給紙カセット19と、給紙カセット19から用紙を1枚ずつ繰り出して画像形成部21へ搬送する給紙ローラ20と、給紙カセット19から搬送されてきた用紙に画像を形成する画像形成部21と、排出される用紙を積載するスタックトレイ3や排出トレイ29を備える。
画像形成部21は、原稿読取部4で取得された画像データに基づきレーザ光等を出力して感光体ドラム22を露光して感光体ドラム22の表面に静電潜像を形成する光学ユニット23と、静電潜像が形成された感光体ドラム22の表面にトナーを付着することによりトナー像を形成する現像部24と、感光体ドラム22上のトナー像を用紙に転写する転写部25と、トナー像が転写された用紙を加熱してトナー像を用紙に定着させる定着ローラ26及び加圧ローラ27を備えた定着装置28と、画像形成部21内の用紙搬送路中に設けられ、用紙をスタックトレイ3又は排出トレイ29まで搬送する搬送ローラ対30及び31等を備える。
また、用紙の両面に画像を形成する場合は、画像形成部21で用紙の一方の面に画像を形成した後、この用紙を排出トレイ29側の搬送ローラ対30にニップされた状態とする。この状態で搬送ローラ対30を反転させて用紙をスイッチバックさせ、用紙を用紙搬送路32に送って画像形成部21の上流域に再度搬送し、画像形成部21により他方の面に画像を形成した後、用紙をスタックトレイ3又は排出トレイ29に排出する。
図3は、画像形成装置1の電気的構成を示すブロック図である。画像形成装置1は、制御部71、記憶部72、原稿搬送部5、原稿読取部4、画像メモリ73、画像処理部74、画像形成部21、入力操作部6及びネットワークI/F部75を備えて構成されている。尚、図1を用いて説明した構成要素と同じものには同符号を付して、説明を省略する。
記憶部72は、画像形成装置1の備える種々の機能を実現するためのプログラムやデータ等を記憶する。画像メモリ73は、原稿読取部4が読み取った画像やネットワークI/F部75を介して外部装置から送信された画像を一時的に記憶する。画像処理部74は、原稿読取部4を読み取った画像に対して補正や拡大・縮小等の画像処理を施すものであり、フィルタ部741を有する。フィルタ部741は、画像に対して積分フィルタ処理を実行するものであり、詳細は後ほど説明する。ネットワークI/F部75は、LAN(Local Area Network)やWAN(Wide Area Network)等のネットワークを介して外部装置と通信を行う通信インターフェイス回路である。
制御部71は、CPU(Central Processing Unit:中央処理装置)等によって構成され、記憶部72に記憶されたプログラムを読み出して処理を実行し、各機能部への指示信号の出力、データ転送等を行って画像形成装置1を統括的に制御するものであり、温度検出部711を有する。
温度検出部711は、サーミスタ421の検出信号を取り込んで、光源42の温度を算出する。そして、算出した温度が予め定められた設定温度以上である場合、光源駆動回路422に対して光源42の点灯時間を短くするための指示信号を出力する。設定温度は光源42に用いるLEDの特性に応じて任意に設定可能であり、装置の設計段階において設計者が予め設定し、制御部71内の記憶部等に予め記憶させておく。
光源駆動回路422は、温度検出部711から点灯時間を短くする旨の指示信号を受け取ると、光源42へ印加する駆動電圧のパルス幅をPWM(Pulse Width Modulation)制御よって調整する。調整方法としては、例えば、通常時(光源42の温度が設定温度より低い)はデューティ比100%で光源42に駆動電圧を印加する場合、温度検出部711から指示信号を受けると光源駆動回路422は駆動電圧のパルス幅のデューティ比を通常時より小さい予め定められた割合(例えば70%)にして光源42の点灯時間を短くする。
光源42として用いているLEDは、高効率の光源であるため強制冷却の必要性は低いが、十分な光量を得るために多数のLEDを用いたり、高輝度なLEDを用いたりすると、LEDの使用上限温度を超えることがある。この他、複数枚の原稿を連続して読み取る等、光源42の点灯時間が長時間に及ぶと使用上限温度を超えることがある。一般的に、LEDの使用上限温度は70℃〜100℃程度であり、この温度を超えると色度等の特性が変化し、更にパッケージや蛍光剤等の劣化等の問題が生じる。
そこで、光源42の温度が設定温度以上になると、温度検出部711の指示を受けて光源駆動回路422が光源42に印加する駆動電圧のパルス幅を短く調整する。これにより、光源42の点灯時間が短くなり、温度上昇を防ぐことができる。
以下、具体的に説明する。図4は、光源42の点灯処理を説明するためのフローチャートである。ユーザによってスタートキー61が押下されて、原稿の読み取り開始が指示されると(ステップS11)、温度検出部711はサーミスタ421の検出信号を取り込んで光源42の温度を算出する(ステップS12)。算出された光源42の温度が設定温度以上である場合(ステップS13;YES)、温度検出部711は光源駆動回路422に光源42の点灯時間を短くするための指示信号を出力する。光源駆動回路422はこの指示信号を受けて、光源42に印加する駆動電圧のパルス幅をPWM制御にて短く調整する(ステップS14)。
光源42の温度が設定温度より低い場合(ステップS13;NO)、制御部71は光源駆動回路422に光源42を通常点灯させる(ステップS15)。1枚分の原稿の読み取りが終了し(ステップS16;YES)、その後次の原稿の読み取りを行う場合(ステップS17;NO)、制御部71はステップS12へ処理を移行する。全ての原稿の読み取りが終了した場合(ステップS17;YES)、制御部71は光源駆動回路422に光源42を消灯させる。
尚、上記の処理は、原稿1枚数毎(または1枚以上の所定枚数毎)に行われてもよいし、原稿の読み取り中に所定時間間隔で光源42の温度を検出し、光源42の温度が設定温度以上になると読み取り途中であっても光源42の点灯時間を短く調整するようにしてもよい。しかし、原稿の読み取り中に光源42の点灯時間が変化すると、CCD49が取得する原稿1枚分の画像の中で画質が変わってしまう。従って、複数の原稿を読み取る際は、所定枚数毎に光源42の温度検出をして点灯時間を調整する方が望ましい。或いは、原稿の枚数が所定枚数以上(例えば100枚以上)の場合にのみ、光源42の温度検出を行って光源42の点灯時間を調整するようにしてもよい。
次に、図4のステップS14にて行われる光源42の点灯時間の調整方法について詳しく説明する。図5は、光源42の点灯タイミングを示すタイミング図であり、図5(a)は通常点灯時、図5(b)は光源42の点灯時間が短く調整されたときのタイミング図を示している。信号S1は、主走査方向1ライン分の読み取りを開始することを示す信号であり、1ライン目の読み取り時はこの信号S1に同期して光源駆動回路422が光源42に駆動電圧を印加し、この信号の立ち上がりで光源42が点灯する(図中のON=点灯、OFF=消灯を示す)。また、CCD電荷蓄積時間がHレベルのときはCCD49が電荷を蓄積している時間であることを示している。
この間、フラットベッド読取モードの場合は光源42が副走査方向(図1の矢印Y方向)に一定速度で移動し、ADF読取モードの場合は光源42の位置は固定され、原稿が副走査方向に搬送されるため、原稿と光源42の相対的な位置関係が副走査方向に一定速度で移動している。通常、光源42は原稿の読み取りが終了するまで連続点灯する。
しかし光源42の温度が設定温度以上になると、温度検出部711が指示信号を出力し、この信号を受けて光源駆動回路422が信号S1の立ち下がりタイミングを基準にPWM制御で駆動電圧のパルス幅を短く調整する。駆動電圧のデューティ比(時間TaとTbの比)は、予め設定されていてもよいし、設定温度と検出温度の差に比例してデューティ比を調整(温度差が大きいほど、点灯時間Taを短くする)してもよい。
このように、1ライン分の読み取り中に光源42が消灯すると、1ライン内の副走査方向下流側の画素において光量が低下し、十分な読み取りができない画素が発生する。この点について図5(b)及び図6を用いて説明する。例えば1ラインの走査時に読み取られる副走査方向の1画素を4分割とする。図5(b)中に示す4分割された1/4画素A、B、C及びDは副走査方向に並ぶ画素を示している。そして、図5(b)のように光源42に対して例えばデューティ比50%にて駆動電圧が印加される場合、A及びBを読み取るときは光源42が点灯しているが、C及びDを読み取るときは光源42が消灯していることになる。実際には、消灯後の残光や光源42以外の周囲の光等があるためC及びDを読み取るときには若干の光量があるものの、A及びBを読み取るときに比べると光量は低下してしまう。
つまり、図6に示すように、A及びBのラインについては十分な光量で読み取りができるが、C及びDのラインについては光量が不足した状態で読み取りが行われることになる。従って、光源42を連続点灯させて読み取った画像(通常時)と比較すると、読み取った画像中のノイズが増加する(S/Nが悪くなる)。
そこで、光源42の点灯時間を短くしたときに読み取った画像に対してフィルタ部741が積分フィルタ処理を行うとき、通常時に比べて大きい係数を用いてフィルタ処理を行う。こうすることによって、ノイズを減らすことができる。しかし、積分フィルタはエッジをなくす方向に働くフィルタであるため、通常時に比べて大きい係数を用いてフィルタ処理を行うと、フィルタ処理後の画像は濃淡が平滑化された画像となってしまう。
ところが、光源42の点灯時間を短くすると、相対的に解像度が上がる効果を得られるため、上記した大きい係数を用いてのフィルタ処理によるデメリットを相殺することができる。この点について図6を用いて詳しく説明する。上記したとおり、光源42に供給する駆動電圧をディーティ比100%(通常点灯)とすると、A、B、C及びDの4ライン全てが照射されて正常に読み取ることができ、デューティ比50%にして点灯時間を短くすると、A及びBのラインのみ照射されることになる。
ここで、CCD449の受光部は副走査方向に所定の受光幅を持っているため、例えばA、B及びCのラインを同時に読み取ることになる。従って、この受光幅で副走査方向に走査しながらデューティ比100%で読み取ると、Nライン目のAのラインを起点にしたとき、A〜Gまでを読み取ることになる。そして、N+1ライン目に走査が移ると、E〜Kまでを読み取ることになる。
次に、デューティ比50%の場合を考えると、A〜Eを読み取ることになる。そしてN+1ライン目に走査が移ると、E〜Iを読み取ることになる。デューティ比100%時と比較すると、デューティ比50%時はF及びGのラインを読み取る時には光源42が点灯していないためこのラインを読み取らない。言い換えると、デューティ比100%時は常に複数ラインにまたがって読み取りを行っているため、CCD449が取得する画像は副走査方向にぼけた状態となる。それをデューティ比50%にすると、隣のラインの重複読み取り量(比率)が下がるため、このぼけた状態が軽減される。よって、光源42の点灯時間を短くすると、相対的に解像度が上がる効果を得られる。
図7は、積分フィルタ処理の一例を説明するための図である。積分フィルタ処理では、フィルタ部741は原稿読取部4から送られてくる画像データを3×3画素のマトリクスに展開する。ここで、画素G3を注目画素とすると、フィルタ部741は画素G3に接する画素G1、G2、G4及びG5の各画素データに対して係数91にて示す重み付けを与えて加算平均を計算し、注目画素G3の積分フィルタ処理後のデータを求める。注目画素G3の積分フィルタ処理後のデータP3は、下記の式(1)に従って算出される。
P3=(a×G1+b×G2+c×G3+b×G4+a×G5)/256 ・・・(1)
ここで、光源42が通常の点灯時間のときに読み取られた画像に対して積分フィルタ処理を行うときは、通常の係数を用い、光源42が短い点灯時間のときに読み取られた画像に対して積分フィルタ処理を行うときは、通常の係数より大きい係数を用いる。こうすることにより、光源42の光量不足によって発生するノイズを少なくすることができる。
以上、説明したように、光源42の温度が設定温度以上になると、温度検出部711が光源駆動回路422に対して指示信号を出力し、この信号を受けて光源駆動回路422が光源42に印加する駆動電圧のパルス幅をPWM制御によって短くする。これにより、光源42の温度上昇を防ぐことができる。そして、光源42の点灯時間を短くしたときに読み取られた画像に対してフィルタ部741が積分フィルタ処理するとき、通常の点灯時間のときに読み取られた画像を積分フィルタ処理する際に用いる係数より大きい係数を用いてフィルタ処理を実行する。こうすることにより、光量低下によって発生した画像のノイズの影響を軽減することができ、画質劣化を最小限に抑えることができる。
1 画像形成装置
2 本体部
3 スタックトレイ
4 原稿読取部(画像読取装置)
41 コンタクトガラス
42 光源
421 サーミスタ(温度検出手段)
422 光源駆動回路(調整手段)
48 レンズ
49 CCD(画像データ生成手段)
5 原稿搬送部
6 入力操作部
71 制御部
711 温度検出部(温度検出手段)
72 記憶部
73 画像メモリ
74 画像処理部
741 フィルタ部(処理手段)
75 ネットワークI/F部

Claims (3)

  1. 搬送された原稿に光を照射する光源と、
    前記原稿に照射された光の反射光を受光して電気信号に変換し、画像データを出力する画像データ生成手段と、
    前記光源の温度を検出する温度検出手段と、
    前記温度検出手段が検出した温度が予め定められた温度以上のとき、前記光源の点灯時間をPWM制御によって短く調整する調整手段と、
    前記画像データ生成手段が出力した画像データを構成する各画素データと当該画素データの周囲の画素データに対して重み付け加算による積分フィルタ処理を行う処理手段と、
    を備え、前記処理手段は、前記調整手段が前記光源の点灯時間を短く調整したときに前記画像データ生成手段が出力した画像データに対して積分フィルタ処理を行うものである画像読取装置。
  2. 前記調整手段が前記光源の点灯時間の調整を行っていない通常時においても前記処理手段が前記画像データ生成手段の出力した画像データに対して積分フィルタ処理を行う場合、前記調整手段が前記光源の点灯時間を短く調整したときは前記処理手段は前記通常時に積分フィルタ処理を行うときよりも大きい係数を用いて重み付け加算を行うことによって前記画像データ生成手段が出力した画像データに対して積分フィルタ処理を実行するものである請求項1に記載の画像読取装置。
  3. 請求項1又は2に記載の画像読取装置と
    前記画像読取装置が取得した画像データに基づいて用紙に画像を形成する画像形成手段と、
    を備えた画像形成装置。
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