JPH0879454A - カラー原稿読み取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】カラー原稿読み取り装置において、赤・緑・青
の三色発光する蛍光表示管を光源とする。該蛍光表示管
は、複数のフィラメント（カソード電極）２３とアノー
ド電極２２からなる二極管構造をとり、その点灯制御は
アノード電極２２で行い、複数のフィラメント電極２３
を通電状態として放出される熱電子を十分供給する。各
フィラメントから最も効率よく熱電子の供給をうけられ
る中央のアノード電極２２Ｂには発光効率の低い色
（青）の蛍光体を配置する。 【効果】二極管構造とすることにより電極間の距離が三
極管よりも離れ、機械的振動によりフィラメントが振動
しても輝度変化が小さいため、信頼性が高く、高画質読
取りが可能。複数のフィラメントを通電状態とし発光色
の切り換えをアノード電極で行うことにより、高輝度化
・高速点灯切り換えが可能。小型・軽量・高性能な原稿
読み取り装置としてカラースキャナ・カラーコピア等に
応用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラー原稿読み取り装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、カラーコピア、カラースキャナ、
あるいはカラーファクシミリ等のカラー画像入力機器が
多く紹介されているが、これらのカラー画像入力機器は
高価なものであり一般にはまだ普及していない。

【０００３】従来のカラー原稿読み取り装置として一般
に紹介されているものは、（１）光電変換素子上にカラ
ーフィルターを形成したカラー光電変換素子を用いたも
の、（２）カラーフィルタを機械的に切り換える方式の
もの、（３）３色の光源を用いるものがある。

【０００４】（１）カラー光電変換素子を用いた方式
は、読み取り装置を小型・軽量化できるが、光電変換素
子上に３色分離したフィルターを設けるため固体撮像素
子の画素数が３倍必要になる。たとえば、３００ＤＰＩ
でＡ４読み取りの固体撮像素子では２５５０画素必要で
あるが、カラー化する場合はその３倍の７６５０画素が
必要である。そのため、素子自体の大きさが大きくな
り、カラーフィルターを形成する工程が加わるため生産
性・再現性が悪い。

【０００５】また、カラーフィルタを画素上に配置する
ため固体撮像素子が受光する光は、カラーフィルターに
て約４０〜５０％減衰するため、通常よりも明るい光学
系・光源を用いなければ出力の低下・階調の低下とな
る。しかし、光学系を明るくすると光学系部品の大型と
なり、光源を明るくすると光源の大型化・発熱の問題が
ある。

【０００６】すなわち、カラーフィルタを形成したカラ
ー光電変換素子を用いたカラー原稿読み取り装置はこれ
らの理由により生産性に優れず高価なものとなってい
る。

【０００７】（２）カラーフィルターを切り換える方式
の読み取り装置は、白黒の固体撮像素子を使用し、原稿
面の１走査線に対して、固体撮像素子は３回の走査をす
る。そのとき、固体撮像素子の走査と同期してカラーフ
ィルターを３色機械的に切り換える。すなわち、３回の
走査により赤、緑、青の三色の信号を得る。

【０００８】この方式は、カラー光電変換素子を用いた
場合と同様にカラーフィルターにより受光する光が減衰
し、出力・階調が低下するため光学系・光源を明るくし
なければならない。光源を明るくすると大型・発熱の問
題がある。また、カラーフィルターを機械的に切り換え
るため機構が複雑化し、装置が大きくなる。

【０００９】（３）３色の光源を用いる方式の読み取り
装置を図６に示す。６１は原稿、６２ａ，６２ｂ，６２
ｃは光源、６３はレンズ、６４は固体撮像素子。光源６
２ａ，６２ｂ，６２ｃは赤，緑，青の三色の光源であ
り、一般的には冷陰極管や蛍光管が使用される。原稿面
の１走査線に対して、固体撮像素子は３回の走査をす
る。そのとき、固体撮像素子の走査に同期して光源６２
ａ，６２ｂ，６２ｃの点灯を対応させることにより、
赤、緑、青の信号を得る。

【００１０】この方式は前述の二方式と異なりカラーフ
ィルターを用いないため、受光する光の減衰はなく、色
の切り換えも光源にて切り換えられるため機構も簡単な
構成でできるが、図６に示すように光源を３個使用する
ため、装置が大きくなり、発熱量も多く、高価になる。

【００１１】また、光源として冷陰極管や蛍光管を使用
するとその点灯電圧は数百〜１ｋボルトといった高電圧
が必要なため、点灯装置が大型化し高電圧に対する制御
が複雑化する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上述べてきたように
従来のカラー原稿読み取り装置では、その生産性・装置
の大型化・光源の問題などがあり高価なものとなってい
る。

【００１３】そこで、本発明は従来技術の欠点を解決す
るものであり、その目的とするところは、光源の高輝度
化・高速点灯をはかった小型のカラー原稿読み取り装置
を少ない部品点数で構成し、供給することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は原稿面を撮像す
る光学系と、この光学系の結像面に配置された固体撮像
素子と、複数の異なった波長域の光を原稿面に照射する
光源と、その光源を点灯させる点灯装置からなるカラー
原稿読み取り装置において、前記光源は、主走査方向に
設けられた複数の異なった波長域の光を発光する蛍光体
（アノード電極）とフィラメント（カソード電極）から
なる二極管構造の蛍光表示管であることを特徴とする。
また、前記点灯装置は、前記蛍光表示管の発光させる蛍
光体（アノード電極）の近傍で対向する複数のフィラメ
ント（カソード電極）を通電状態とし、蛍光体（アノー
ド電極）への通電を制御することにより光源を制御する
点灯装置であることを特徴とする。

【００１５】

【実施例】図１に本発明のカラー原稿読み取り装置の断
面図を示す。

【００１６】１１は原稿、１２は光源、１３はレンズ、
１４は固体撮像素子。本発明の実施例では、装置を小型
・軽量化するために密着型イメージセンサの構成をとる
が、本発明は縮小光学系を用いたカラー原稿読み取り装
置にも応用できる。

【００１７】等倍正立結像レンズ（ロッドレンズアレ
イ）１３は光源１２によって照射された原稿１１の面を
固体撮像素子１４に結像させる。固体撮像素子は白黒用
の固体撮像素子と同一のものでよい。原稿面の１走査線
に対して固体撮像素子１４は３回走査する。３回の走査
時にはそれぞれ赤、緑、青の各色の波長の光が光源１２
より原稿１１に照射れる。走査の方法は走査方向の１ラ
インずつ線順次に光源の色を切り換えて走査する方法
と、光源の各色で１面ずつ面走査する方法といずれの方
法でも可能である。

【００１８】光源１２は、蛍光表示管を用いる。蛍光表
示管は、赤・緑・青の三色発光が可能・小型化が可能・
低電圧発光・高輝度発光・高信頼性等の特長を有してい
る。

【００１９】図２に本発明のカラー原稿読み取り装置に
光源として使用する蛍光表示管をしめす。２１はベース
基板、２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは赤・緑・青各色の蛍光
体を塗布したアノード電極、２３はフィラメント（カソ
ード電極）、２４はカバーガラスである。

【００２０】赤の蛍光体２２Ｒは６６０ｎｍの波長域、
緑の蛍光体２２Ｇは５３０ｎｍの波長域、青の蛍光体２
２Ｂは４５０ｎｍの波長域の蛍光体を使用する。

【００２１】１個の管の中に赤、緑、青の蛍光体を主走
査方向に平行に配置し、個別に発光させる構造をとるた
め小型・軽量となる。たとえば、蛍光体の幅を１．５ｍ
ｍ、蛍光体間のギャップを０．２５ｍｍとすれば蛍光体
が配置される領域は５ｍｍとなり、蛍光表示管の幅は１
０ｍｍ程度にすることが可能である。蛍光表示管の端子
２５は図２に示すように、該蛍光表示管の幅を狭くする
ために長手方向に出す。

【００２２】約１０ｍｍの蛍光表示管を原稿に対して４
５°の角度で配置すれば、原稿にたいして約５ｍｍの位
置に光源を配置できるため、蛍光表示管より発光された
光は効率的に照射される。

【００２３】蛍光表示管の蛍光体は固体撮像素子の有効
読取り幅に対して１ｍｍ以上長く配置し、照度が落ちる
端部の影響を固体撮像素子がうけないようにする。ま
た、赤、青、緑の配置は発光効率の最も低い青色を中央
に配置する。これは、端の２色のフィラメントから発生
する熱電子が中央の色の発光に寄与するためである。こ
のような配置にすることにより赤、緑、青の各色はほぼ
同一の位置から原稿を効率的に照射に、かつ有効読み取
り範囲を均一に照射し、その光量の不均一性は１０％以
下に抑えられる。

【００２４】蛍光表示管は、フィラメント（カソード電
極）に電流を流することにより熱電子が発生し、蛍光体
（アノード電極）に１０〜６０ボルトの直流電圧を印加
することにより熱電子が蛍光体に射突し点灯する。点灯
電圧は前述のとおり数十ボルト程度であるため、図３
（ａ）に示すようなステップアップ電源を用いた回路構
成で点灯できるので点灯装置の小型化が可能である。ト
ランジスタＴｒ１をＯＮ／ＯＦＦすることによりエネル
ギーをコイルＬに蓄え昇圧する昇圧回路と出力電圧を検
知しトランジスタＴｒ１のスイッチングのコントロール
をするレギュレータと蛍光表示管の点灯を制御するスイ
チング回路から構成する。点灯を制御するアノード電極
に接続されたスイッチ回路は数十ボルト・数十〜百ミリ
アンペアのスイッチングをするものであるから汎用のト
ランジスタで構成できる。

【００２５】図３（ｂ）は、プッシュプル回路により構
成したカソード電圧供給源である。レベルシフタにより
蛍光表示管に適したフィラメント電圧（一般的には１．
５Ｖ〜１０Ｖの交流電圧）をつくり、逆位相の信号をそ
れぞれプッシュプル回路を介してフィラメントに供給す
る。それによりフィラメントに電流が流れ、フィラメン
トに熱電子が発生する。フィラメントに供給する交流電
源の周波数は、固体撮像素子の走査速度と同期させる
か、十分早い周波数に設定する。

【００２６】蛍光表示管は、カソード電極とアノード電
極からなる二極管構造をとる。蛍光表示管の発光する輝
度は、カソード電極とアノード電極間の距離に対してそ
の２乗に反比例する。蛍光表示管を原稿読み取り装置の
光源として使用する場合は、その輝度が一定でなければ
ならない。輝度をあげるためにグリッドをカソード電極
とアノード電極のあいだに設けた三極管構造では、原稿
よみとり時のモーターやローラーの振動によってグリッ
ドとアノード電極の距離が変化して輝度が変化する。そ
の変化が固体撮像素子の出力にあらわれ画像上のノイズ
としてあらわれてしまう。例えば、二極管構造の場合の
アノード電極とカソード電極の距離を１．５ｍｍとした
とき、グリッドを用いるとアノードとの距離は０．５ｍ
ｍ程度となるのでその距離は３倍となる。例えば振幅２
０μｍの振動が１．５ｍｍの位置と０．５ｍｍの位置で
発生した場合の輝度の変化は、 １．５ｍｍの場合は（１．５±０．０２）²／１．５²＝
０．９７３〜１．０２７となり約２．７％ ０．５ｍｍの場合は（０．５±０．０２）²／０．５²＝
０．９２〜１．０８となり約８％ の輝度変化となる。グリッドを用いたときには約３倍の
輝度変化が発生することとなり、モーターの振動等の機
械的変化に対して二極管構造の蛍光表示管のほうが安定
している。また、二極管構造で予想される輝度変化のレ
ベルは画像上のノイズとしてはとらえられない。

【００２７】本発明は、３色光源を用いた読み取り装置
であるため、固体撮像素子の走査に同期して光源をきり
かえる。すなわち、図４に示すようなタイミングによっ
て切り換えを行う。この切り換えは、アノード電極の印
加電圧の切り換えによってきりかえる。すなわち、フィ
ラメント（カソード電極）には電圧を印加しつづけアノ
ード電極の印加電圧によって切り換える。

【００２８】蛍光表示管は、前述のごとくフィラメント
に発生した熱電子がアノード電極上の蛍光体にぶつかり
発光するため、熱電子をより多く発生させ電圧を印加す
ればその輝度はあがる。

【００２９】フィラメントを赤・緑・青の各色に対応さ
せて１本ずつ計３本を配した蛍光表示管において、フィ
ラメント１本のみの通電の場合と３本の場合の輝度を図
５にしめす。蛍光表示管の輝度が飽和する印加電圧は、
１本の場合の約１．５倍は確保できる。このようにフィ
ラメントから放出される熱電子を十分確保し、印加電圧
を適切に設定することによりグリッド電極を用いずとも
高輝度化がはかれる。

【００３０】また、フィラメント（カソード電極）の切
り換えを行うとフィラメントがあたたまり熱電子を放出
するまでの時間（数秒）を必要とするため高速化ができ
ない。アノード電極のみの切り換えをおこなった場合は
電圧の印加に対して１μｓｅｃ以下の応答をするため高
速点灯が可能である。

【００３１】また上記実施例では、３本のフィラメント
を短絡させて各々電流を流したが、消費電力を抑えるた
め、あるいは均一発光化のための輝度調整をするため
に、発光に最も寄与するフィラメントに定格電流を流
し、他のフィラメントに流す電流を抑える、あるいは２
本のみの通電としてもよい。この場合、発光色を切り替
えることに連動して、事前に対応するフィラメントを通
電しておけば点灯速度を向上させることが可能である。

【００３２】また上記実施例では、各蛍光体（アノード
電極）に１本ずつフィラメントを対向させて配置した例
を示したが、各蛍光体（アノード電極）の近傍に対向し
て複数のフィラメントを配置して場合においても本発明
を適用できる。この場合、全てのフィラメントを短絡さ
せて電流を流してもよいし、発光に寄与するフィラメン
トに定格電流を流し、他のフィラメントに流す電流を流
さないまたは抑えてもよい。いずれの場合でも蛍光表示
管の発光させる蛍光体（アノード電極）の近傍で対向す
る複数のフィラメント（カソード電極）を通電状態と
し、蛍光体（アノード電極）への通電を制御することに
より光源を制御することにより、高輝度化が可能であり
また高速点灯切り替えも可能となる。

【００３３】本発明の実施例は密着型画像入力装置で説
明してきたが、図７・図８に示すように縮小光学系画像
入力装置あるいは、球面レンズアレイを用いた結像光学
系にも適用できる。

【００３４】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、以下
の如く多大な効果をもたらす。

【００３５】１）赤・緑・青の三色を高輝度・均一発光
する蛍光表示管を光源として用いることにより小型化・
高信頼性のカラー画像入力装置を供給できる。

【００３６】２）蛍光表示管を２極管構造としたため、
振動・衝撃等の機械的ストレスがカラー原稿読取り装置
に加わっても蛍光表示管の発光輝度は安定しており、読
取り装置としての信頼性が高く、高画質読取りができ
る。

【００３７】３）複数のフィラメントを通電状態とし、
アノード電極による発光色の切り換えをすることによ
り、高輝度化・高速点灯切り換えができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のカラー原稿読み取り装置の断面図。

【図２】 本発明のカラー原稿読み取り装置に光源とし
て使用する蛍光表示管の断面図。

【図３】 本発明のカラー原稿読み取り装置に光源とし
て使用する蛍光表示管の点灯装置の回路ブロック図。

【図４】 蛍光表示管の点灯タイミング図。

【図５】 ３フィラメント通電と１フィラメント通電の
場合の蛍光表示管の輝度を示す特性図。

【図６】 従来のカラー原稿読み取り装置の断面図。

【図７】 本発明の別の実施例（縮小光学系）を示す構
成図。

【図８】 本発明の別の実施例（球面レンズアレイを用
いた結像光学系）を示す構成図。

【符号の説明】

１１．原稿 １２．光源（蛍光表示管） １３．レンズ １４．固体撮像素子 ２１．蛍光表示管のベース基板 ２２．蛍光表示管のアノード電極（蛍光体） ２３．蛍光表示管のカソード電極（フィラメント） ２５．蛍光表示管の端子 ６１．７１．８１．原稿 ６２．７２．８２．光源 ６３．７３．８３．レンズ ６４．７４．８４．固体撮像素子 ７５．８５． 反射板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原稿面を撮像する光学系と、この光学系の
   結像面に配置された固体撮像素子と、複数の異なった波
   長域の光を原稿面に照射する光源と、その光源を点灯さ
   せる点灯装置からなるカラー原稿読み取り装置におい
   て、 前記光源は、主走査方向に設けられた複数の異なった波
   長域の光を発光する蛍光体（アノード電極）とフィラメ
   ント（カソード電極）からなる二極管構造の蛍光表示管
   であり、 前記点灯装置は、前記蛍光表示管の発光させる蛍光体
   （アノード電極）の近傍で対向する複数のフィラメント
   （カソード電極）を通電状態とし、蛍光体（アノード電
   極）への通電を制御することにより光源を制御する点灯
   装置であることを特徴とするカラー原稿読み取り装置。