CN1160961A

CN1160961A - 彩色阅读器

Info

Publication number: CN1160961A
Application number: CN97101810.3A
Authority: CN
Inventors: 长野文一
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-01-18
Filing date: 1997-01-05
Publication date: 1997-10-01
Anticipated expiration: 2017-01-05
Also published as: CN1123199C; JP3406140B2; DE69705131T2; DE69705131D1; EP0785670A2; EP0785670B1; US5920408A; JPH09200435A; EP0785670A3

Abstract

公开了一种由于在短时间中扫描图象的结构紧凑的彩色图象阅读器。该彩色图象阅读器包括用于红、绿和蓝的三个荧光灯17；分别的波长；用于点亮荧光灯的一个发光电路15；用于读取由荧光灯所照亮的图象的一个CCD183；以及用于控制荧光灯17的每一个的点亮的周期和该CCD的读取的一个控制电路。为了在短时间内执行一个彩色图象的扫描发光电路15以高于一个额定值的灯电流点亮三个荧光灯的每一个，且在对应于该点亮周期的一个周期中，CCD执行快速的阅读。

Description

彩色阅读器

本发明涉及彩色图象阅读器，尤其是彩色扫描器或彩色传真机。

传统的用于扫描器的光源包括在两端具有灯丝部分的热阴极荧光灯。这种热荧光灯的优点是它们的大的照明能力，但其缺点是有100mmf的灯直径和大约5000H的短的寿命。待批的日本专利申请2-57392公开了一种用于热阴极荧光灯的点亮电路。

待批的日本专利申请3-34712公开了一种彩色图象阅读器，它使得三个光源以高速顺序地闪烁并采用了一个CCD。

通过利用待批的日本专利2-57392中所示的三个电路，三个热阴极荧光灯能被使得很容易地发光。

最近实现的小的冷阴极荧光灯的直径是4或3mmf，在任何一端都没有灯丝。CCD的敏感性也在最近被改进，以便更快地读取。

虽然冷阴极荧光灯比热阴极荧光灯的体积小而且有更长的寿命(大约是10000H)，但其缺点是光能量小且要求有1200VAC的高压，比热阴极荧光灯的300VAC高许多。

所以使用冷阴极荧光灯能实现小的扫描器但导致低的读取速度。

本发明的目的是提供一种彩色阅读器，即使是采用冷阴极荧光灯也能提供快速的扫描且具有小的体积。

根据本发明上述的目的是通过一个彩色图象阅读器实现的，该彩色图象阅读器包括三个荧光灯，每一个用于读取具有红、绿和兰的分别的波长；以分别的灯电流点亮荧光灯的一个发光电路，每一个灯电流都具有高于荧光灯的每一个的额定电流的值；一个CCD，用于读取由荧光灯所照亮的图象；以及一个控制电路，用于控制荧光灯的每一个的点亮的周期和该CCD的读取周期。

该彩色图象阅读器增加了每一个荧光灯的光照能量以便实现快速的读取操作。

在一个点亮周期中，控制电路可以将荧光灯的每一个关断一个预定的周期，以便当三个荧光灯顺序地接通时，使得平均的灯电流等于或低于额定的荧光灯电流值。

当单一的荧光灯被用于读取图象时，该彩色图象阅读器实现快速的操作而不增加电极的温度。

当三个荧光灯被同时地接通时，控制电路可以将三个荧光灯同时地断开一个预定的时间周期，以便使得平均灯电流的值等于或低于分别的额定值。

当三个荧光灯被同时地被允许点亮而执行读取操作是时，该彩色图象阅读器能够快速地进行读操作而不增加电极的温度。

最好是，预定的时间周期被确定为比时间周期T_OFF长，以便满足下面的表达式：

I_R＝(I_ON×T_ON)/(T_ON+T_OFF)其中的T_ON是用于接通的周期，I_R是额定电流，I_ON是来自发光电路的电流。

该彩色图象阅读器实现了荧光灯的通/短时间的方便的设置，它将电极的温度保持在适当的值或更低的值。

最好是，彩色图象阅读器还包括用于将三个荧光灯和发光电路相连接的一套电缆，包括其每一个都与分别的荧光灯相对应的三条高压照明线以及放置在两条高压照明线之间的两条GND线。

该彩色图象阅读器能够减少在每一个荧光灯上的高压电缆之间的浮动电容的效应。

最好是，放置在三条高压照明线中间的那条照明线被接到这三个荧光灯之中具有最高的发光效率的一个荧光灯。

当高压照明电缆之间的浮动容量影响每一个荧光灯时，该彩色图象阅读器能减少布三个荧光灯的电极之间的温度差。

更好是，在对应每一个荧光灯的发光电路中的高压电容的容量是在与之相接的高压线中的浮动电容的两倍或更大。

当在高压照明线之间的浮动电容作用每一个荧光灯时，该彩色图象阅读器能减少在变压器中产生的电压，并实现使用小的和便宜的变压器。

从下面结合附图对本发明的最佳实施例的描述，本发明的目的和优点将变得显见。

图1示出根据本发明的彩色图象阅读器的第一实施例的结构；

图2示出根据本发明的彩色图象阅读器的第二实施例的结构；

图3示出用于图1和图2的实施例的电路的框图；

图4是表示来自控制电路的时钟信号和来自CCD的输信号的关系的定时图；

图5是表示照明电路的第一实例的电路图；

图6是表示照明电路的第二实例的电路图；

图7a-7c表示相对于冷阴极荧光灯的灯电流在10个mA时额定值的变化引起的相关的参数的变化的曲线；

图8是表示当三个光源被顺序地实现发光时在一个发光周期和在传统的CCD的输出之间的关系的定时图；

图9a-9c的每一个是当使用高敏感的CCD和当灯电流被设置在20mA时，表示发光周期和CCD输出之间的关系的定时图；

图10表示灯电流和电极温度之间的关系的一个曲线；

图11表示用于图2的读出器的照明电缆；

图12表示用于图1的读出器的照明电缆；

图13表示其中的照明电缆的浮动电容引起问题的情况；

图14是表示在照明电路中的变压器的输出部分的示意图；以及

图15是表示照明周期和电极温度的关系的一个曲线。

下面将参考附图描述本发明的实施例。

图1示出根据本发明的彩色图象阅读器的第一个实施例的结构。

该阅读器包括一个透镜12，放置在仓13的上表面且其上放置有一个书写器11。在该阅读器中，书写器11反射来自一个光源17的光，该光源17包括分别辐射红、绿、兰的对应于光的基色的三个光源171、172和173，并利用光学单元18将该光线转换成电信号，单元18包括一个反射镜181、一个透镜182和一个CCD183。光源17的发光受控于发光电路15，光源17和光学单元18由一个马达移动，以便扫描文稿，发光电路15和CCD183分别经过CCD信号电缆19和发光电缆20接到控制电路15。

图2示出了根据本发明的彩色图象阅读器的第二实例的结构。

图2示出的结构几乎与图1示出的装置是相同的，但发光电路可与光学单元28一起移动。这种构形通常是要大于图1的构形。

图3是采用在图1和图2的阅读器中的电路的框图。

控制电路31发送下列的发光信号，当具有″0″值时是有效的(operative)以便使得构成一个冷阴极荧光灯的一个红光源361一个绿光源362和一个兰光源363发出光线。

FLR， FLR， FLB

控制电路发送时钟信号ФTФ1Ф2和ФR到一个CCD图象传感器33，用于扫描文稿，并且，CCD的输出的0V被送到一个取样和保持电路34，由一个取样和保持信号SH所取样和所保持，并且随后发送到该控制电路作为输出信号V0。

而且，控制电路将下列信号发送到一个马达驱动电路35，用于表示由下式指示的方向，

F/ B和一个脉冲信号TST。当信号具有″1″值时，马达驱动电路35按照接收信号脉冲TST的步骤推进光学单元35，而当信号具有″0″值时，使得光学单元按照接收的信号脉冲TST的步骤后退光学单元。

图4是表示从控制电路31发送到CCD35的四个时钟ФTФ1Ф2和ФR与CCD V0和在取样和保持操作之后获得的取样和保持信号SH的输出以及信号V0之间的关系的曲线。

图5和图6是表示具体的发光电路的实例。在每一个图中，高压变压器T₅₁、T₅₂、T₅₃、T₆₁和T₆₂在大约40KHZ振荡。在图5的发光电路中的输出连接器+C₅₁被接到图12中的一个连接器-C₅₁，而图6中的一个输出连接器+C₆₂被连接到图11中的一个连接器-C₆₁。在图12中的C₁₂₁-C₁₂₄的每一个表示在线间的浮动电容。图13是表示其中的在图11中的光缆的延伸增加了在线间的浮动电容C₁₃₁-C₁₃₃的情况。这将引起问题。

由于光缆和浮动电容之间的关系，图5中的发光电路和在图12中的连接器最好是被使用在图1所示的实施例中，而图6中的发光电路和图11中的连接器最好是使用在图2中的实施例中。

现参考附图描述彩色图象阅读器的操作。

图7a-7c的每一个表示相对于冷阴极荧光灯的灯电流在10个mA时额定值的变化引起的相关的参数的变化的曲线。图7a表示灯电流和光源的亮度之间的关系，图7b表示灯电流和灯的寿命之间的关系，图7c表示灯电流和电极部分的温度之间的关系。

图7c所示的冷阴极荧光灯具有10mA的额定电流，并允许在10mA的电流发光且具有100％的满额(DUTY)。700℃的电极温度是一个稳定的工作条件，并且随着灯电流的增加而显著地增加，从而迅速地降低灯的寿命。

可是，冷阴极荧光灯是用在额定电流，所获得的照明能量是小的，且色彩的阅读速度是低的。为了消除这一不足，根据本发明的彩色图象阅读器使得三个光源顺序地发光并在额定值或更高的值的灯电流使用每一个光源。

图8是一个表示当使用传统的低敏感度的CCD且当使得三个光源被顺序地发光时在光信号和CCD输出之间的关系的曲线。在此情况中，冷阴极的光电流的额定电流是10mA，但灯电流被设置在13mA。如果使得三个光源是顺序地发光且象上述的那样使用CCD进行彩色的读取，则就能实现DUTY发光以便通过额定值或更高值的电流。

图9a-9c的每一个是当使用高敏感的CCD和当灯电流被设置在20mA时，表示发光周期和CCD输出之间的关系的定时图。图9a示出了用于三个光源的发光信号和V0之间的关系，而图9b示出了当只有R光源被允许发光时发光信号和V0之间的关系。后一种情况中的周期是T_OFF，在该时间周期中，发光被关闭，以便保持电极处于一个合适的或更低的温度从而保证荧光灯有一个较长的使用寿命。

图9c示出了当灯电流是20mA时且三个光源(R、G、B)被允许同时发光时的发光信号和V0之间的关系。在此情况中，提供用于关断的发光周期是T_OFF。

图10表示灯电流和电极温度之间的关系的一个曲线。图中的三条线表示灯电流IL被保持在10mA且荧光灯恒定接通发光(100％DUTY)的情况、其中的灯电流IL被保持在13mA且接通(ON)周期TR1被保持在15ms同时关断(OFF)周期TG1+TB1是持续大约40ms以便使得该光源是以27％的DUTY接通和关断的情况和其中的灯电流IL是20mA且其中的光源是以27％的DUTY接通和关断的情况。

从该图中明显地看到，当IL＝10mA且使得荧光灯恒定地发光时，电极的温度是700℃，而当IL＝13mA且光源被调节到以27％的DUTY接通和关断时，电极温度的峰值是大约650℃，该值是低于该适当的温度700℃的。

应该明白，当执行DUTY发光时，即使是被加入电流而同时将荧光灯调节至低于额定值的接通时，也不会引起问题。就是说，在IL＝13mA的闪烁与在I_TL＝10mA时的闪烁相比，改善了阅读速度。由于10/13大约是0。77，所以，可将阅读时间减少到77％。

这一关系可以通过下面的公式来描述。

在图8和图10中，如果IL＝13mA并假设

T_R1＝15ms

T_G1＝18.75ms，和

T_B1＝13.75ms，则

T_R1+T_G1+T_B1＝47.5ms

如果I_L＝10mA并假设

T_R1＝19.5ms

T_G1＝24.38ms，和

T_B1＝17.88ms，则

T_R1+T_G1+T_B1＝61.76ms

该读取时间的比例是47.5/61.76＝大约0.77。

上述的关系也很容易从下面的事实作估计，即，由于示于图7a中的荧光灯的亮度和灯电流之间的关系是线性的，所以，图象传感器的积分的时间(T_R1、T_G1、T_B1)是反比于灯电流。

此外，新产的CCD是十分敏感的，值得讨论在这样的高敏感的CCD被使用的情况中，且在荧光灯的电流是20mA的条件下，将会加倍其额定值，并且在27％的DUTY。

在此情况下，示于图10的T_R2大约是当使用低敏感的CCD且当允许的灯电流是I_L＝13mA时的七分之一。天为新产的CCD的灵敏度是低灵敏度的CCD的七倍。灯电流从13mA曾加到20mA。所以，与在旧式的CCD中的15mA相比，读取时间减少为

15ms×(1/7)×(13/20)＝大约1.4ms

已经公知，CCD的输出正比于CCD所接收的光线的亮度和积分的时间(在ФT和ФT之间)。所以，如果希望有CCD输出的具体值，则积分时间反比于CCD的灵敏度和CCD所接收的光强度。

图10也示出了当荧光灯以短暂的间隔通断时电极温度的峰值被保持在合适的值或更低的值，即使是ON DUTY保持相同以及即使是大量的灯电流被允许通过。

这是天为当荧光灯以短的时间间隔通断时，电极的平均温度增加且比周边的温度更高，以便提供良好的热辐射。

以这种方式，可以通过增加CCD的灵敏度来降低扫描时间，但本发明还可以通过显著地增加相对于额定值的灯电流来进一步降低用于彩色读取的扫描时间。

已经描述了对应于基色的三个荧光灯的实现其顺序闪烁的方法。然而，如果使用单色光而不提供如图9b所示的时间周期T_OFF，则荧光灯将是以20mA的灯电流按100％的DUTY发光，大大地增加了电极部分的温度，从而使得荧光灯的寿命实际地减少。结果是，时间周期T_OFF的方案是要保持平均电流在额定值或更低的值，以便保证有更长的荧光灯寿命。

如果允许三个荧光灯同时点亮来扫描，如单一原始色一样，T_OFF时间周期确保了灯的长寿命。

如果象上述的那样使用单色荧光灯或三色灯被同时使用于扫描时，如果荧光灯的接通时间周期被表示成T_ON的话，其中平均电流被保持在额定值的关断时间周期T_OFF可以由下式确定。

荧光灯的额定电流＝(接通周期中的灯电流X_TON)/(T_ON+T_OFF)

所以，T_OFF必须大于满足上述的等式的值。

如果三个荧光灯的灯电流具有相同的值且在图9a中的TR2＝1.4ms，TG2＝1.74ms和TB2＝1.27ms，则在三个荧光灯R、G、B中的G荧光灯的电极是温度最高的，因为它的接通时间＝1.74ms是最长的，而关断时间＝TR2+TB2＝2.67ms是最短的。

G灯的灯电流的上限因此而确定。

在图15中，如果象图9a-9c所示的那样，TR2＝1.4ms，TG2＝1.74ms，则最高的阴极的温度是720℃，这接近于正常的温度700℃。所以，这种构造并不影响荧光灯的寿命。

图15示出表示TR2＝1.4ms/2，TG2＝1.74ms/2和TB2＝1.27ms/2的情况。在此情况中，电极的最大和最小的温度都是700℃，所以不影响荧光灯的寿命。

而且，如果是TR2＝1.4ms/5，TG2＝1.74ms/5和TB2＝1.27ms/5的话，电极的温度被保持在大约是700℃的恒定值。

图7b和图7c指示出直到电极的温度从正常的温度700℃上升到750℃，荧光灯的寿命不受影响的情况。

结果是，当时间周期(TR2+TG2+TB2)被缩短时，荧光灯的接通和关断的电流等效于在100％的DUTY(直流)的平均电流的使用。

就是说，当时间周期(T_R2+T_G2+T_B2)被缩短时，荧光灯的额定电流≥平均电流＝荧光灯的灯电流XT_OFF)/(T_ON+T_OFF)。如果采用荧光灯的平均电流和额定电流的活，荧光灯的寿命不受影响。

虽然讨论的是本发明的实施例，但本发明并不仅限于冷阴极荧光灯而也适于热阴极荧光灯。

下面讨论用于发光电路的接线电缆。

如果是在使用冷阴极荧光灯的扫描器中，发光电路放置在图2所示的荧光灯附近，由于如图11所示的小的布线长度，如图6所示的高压的发光电缆HVR，HVG和HVB(对于其每一个都要加大约1000V的电压)将不会受到浮动电容的不利的影响。但是，如果图1所示的发光电路15从光源的附近移开到控制电路16的附近放置，而且如果图11中的引线的长度增加以便将电缆连接到图13所示的冷阴极荧光灯，则浮动电容都会对于发光电缆有不利的影响。

例如，当加有HVR的高压时，由于HVR的高频的作用(大约40khz)，浮动电容C131不仅使得R冷阴极荧光灯而且使得G冷阴极荧光灯发光变暗，导致在彩色阅读期间内的彩色混合。

所以，根据本发明的实施例，当连线的长度加长时，出现在高压发光电缆之间的干扰以及由此产生的彩色混合是通过布线的方式加以防止的，其次序是如图5中的发光电路和如图12中的电缆所示，一条高压发光电缆、一条GND电缆、一条高压发光电缆、一条GND高压发光电缆。

在图12中，只有浮动电容C₁₂₁和C₁₂₄在两端接到高压发光电缆，而组合的电容C₁₂₂+C₁₂₃被接到中间的高压发光电缆作为浮动电容。在此情况中，到达中间的冷阴极荧光灯的有效电流小于在两端的冷阴极荧光灯的电流，同时，中间的冷阴极荧光灯比在两端的冷阴极荧光灯具有较大的对于浮动电容的反应电流。这使得在相同的条件下的中间的荧光灯比在两端的荧光灯要暗。

由此，根据本发明的实施例，从R、G、B冷阴极荧光灯中属于是最亮的一个冷阴极荧光灯的B冷阴极荧光灯引出的电缆最好是放置在中间，以便均衡R、G、B的发光的DUTY。例如，如果是图9a中，到最暗的G荧光灯的电缆是处于中间的活，则TR2＝1.5ms，TG2＝2.7ms，TB2＝1ms，而且G光源的导通的DUTY大约是52％，从而使得有害地增加了G光源的温度只是降低了G光源的寿命。

如果这些电缆按照上述的方法分布，则TR2＝1.5ms，TG2＝1.8ms，TB2＝1.5ms，以便将G光源的接通的DUTY显著地升高到38％。

在图15和图12中，用于B冷阴极荧光灯的发光电路可以由图14中的等效电路表示。使得由图14中的电阻负载R_FL表示的B冷阴极荧光灯发光，要求由下式表示的高压

HVB＝C₅₄/(C₅₄+C₁₂₂+C₁₂₃)×THV_B由于要求最小是1000V的HVB，所以，如果C_T54是33pf以及C₅₄+C₁₂₂+C₁₂₃是30pf的话，则要求是大约2000V的THV_B。变压器T52必须产生一个非常高的电压，并且提供这样的电压变压器的体积是大的且是昂贵的。结果是，根据本发明，采用C_T54＝68pf，以便将所需的THV_B降低到1500V或更低，以便使得能够使用小的和便宜的变压器。

如果采用图2的实施例、图6的电路和图11的电缆来减小引线的长度的话，下列的电容被忽略，所以如果图6中的C₆₂、C₆₄和C₆₆是20pf或更低，则不会有问题。

在不背离本发明的精神实质的条件下可以有多样的实施例。应该明白，本发明并不是局限于在此描述的实施例，而是由所附的权利要求所限定。

Claims

1，一种彩色图象阅读器，包括：

三个荧光灯，每一个用于读取具有红、绿和兰的分别的波长；

以分别的灯电流点亮所说的荧光灯的一个发光电路，每一个灯电流都具有高于所说的荧光灯的每一个的额定电流的值；

一个CCD，用于读取由所说的荧光灯所照亮的图象；以及

一个控制电路，用于控制所说的荧光灯的每一个的点亮的周期和所说的CCD的读取周期。

2，根据权利要求1的彩色图象阅读器，其中所说的控制器在一个点亮周期中可以将所说的荧光灯的每一个关断一个预定的周期，以便当所说的三个荧光灯顺序地接通时，使得平均的灯电流等于或低于额定的荧光灯电流值。

3，根据权利要求2的彩色图象阅读器，其中所说的预定的时间周期被确定为比一个时间周期T_OFF长，以便满足下面的表达式：

I_R＝(I_0N×T_ON)/(T_ON+T_OFF)其中的T_ON是用于接通的周期，I_R是额定电流，I_ON是来自所说的发光电路的电流。

4，根据权利要求1的彩色图象阅读器，其中当所说的三个荧光灯被同时地接通时，所说的控制电路可以将所说的三个荧光灯同时地断开一个预定的时间周期，以便使得平均灯电流的值等于或低于分别的额定值。

5，根据权利要求4的彩色图象阅读器，其中所说的预定的时间周期被确定为比

一个时间周期T_OFF长，以便满足下面的表达式：

I_R＝(I_ON×T_ON)/(T_ON+T_OFF)其中的T_ON是用于接通的周期，I_R是额定电流，I_ON是来自所说的发光电路的电流。

6，根据权利要求1的彩色图象阅读器，其中所说的彩色图象阅读器还包括用于将所说的三个荧光灯和所说的发光电路相连接的一套电缆，包括其每一个都与分别的荧光灯相对应的三条高压照明线以及放置在两条高压照明线之间的两条GND线。

7，根据权利要求6的彩色图象阅读器，其中所说的放置在三条高压照明线中间的那条照明线被接到这三个荧光灯之中具有最高的发光效率的一个荧光灯。

8，根据权利要求6的彩色图象阅读器，其中在对应每一个荧光灯的所说的发光电路中的高压电容的容量是在与之相接的高压线中的浮动电容的两倍或更大。