DE69634924T2

DE69634924T2 - Bilderzeugungsvorrichtung und Lichtquellengruppe

Info

Publication number: DE69634924T2
Application number: DE69634924T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Kaihotsu; Akihiko Yushiya
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-02-24
Filing date: 1996-02-23
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2016-02-24
Also published as: EP0729267A2; EP0729267A3; EP0729267B1; KR960032114A; DE69634924D1; CN1096790C; EP1551168A3; KR100187400B1; EP1551168A2; US5898510A; TW456713U; CN1165318A

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bilderzeugungsvorrichtung, die ein Bild erzeugt und ein Bildsignal abgibt, sowie auf eine Lichtquelleneinheit, die mit der Bilderzeugungsvorrichtung verwendet wird.
Zum Stand der Technik
Als eine der herkömmlichen Bilderzeugungsvorrichtungen ist ein lichtquellenumschaltender Farbbildsensor, der durch Beaufschlagen von Lichtstrahlen mit drei unterschiedlichen Spektraleigenschaften ein Farbbild liest und dann Bildsignale abgibt. 1 bis 4 zeigen ein Beispiel einer derartigen Bilderzeugungsvorrichtung. Diese Bilderzeugungsvorrichtung ist aufgebaut aus LED für die Farben Rot, Grün und Blau (werden nachstehend kurz als R, G und B bezeichnet) aus einer kurzen Brennpunktfokussierelementanordnung und aus einer Sensoranordnung mit einer Vielzahl von in einer Zeile angeordneten Zeilensensoren.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die die Bilderzeugungsvorrichtung zeigt, und 2 ist eine Querschnittsansicht der Bilderzeugungsvorrichtung. Unter Bezug auf die 1 und 2 trifft in der grundlegenden Struktur der Bilderzeugungsvorrichtung ein Lichtstrahl 212, den eine LED-Anordnung 211 auf einem LED-Substrat 210 abgibt, das auf einem Rahmen 200 montiert ist, auf ein Original, das mit einer transparenten Glasplatte 201 in Kontakt steht, die auf die obere Fläche des Rahmens 200 montiert ist, und ein Lichtstrahl 213, der von einem Original reflektiert wird, beaufschlagt über ein optisches System 209 eine Sensoranordnung 1 auf einem Sensorsubstrat 19.
Wie in 3 gezeigt, hat die LED-Anordnung 211 mehrere Sätze an LED-Chips 211R, 211G und 211B, die abwechselnd in einer Reihe auf dem LED-Substrat 210 angeordnet sind. Die LED-Chips 211R, 211G und 211B emittieren RGB-Lichtstrahlen, und Licht einer jeden Farbe von RGB kann unabhängig an- und ausgeschaltet werden. Das optische System verwendet eine kurze Brennpunktfokussierelementanordnung, beispielsweise eine mit dem Produktnamen "Selfoc Lens Array", die von Nippon Sheet Glass Co., Ltd., hergestellt wird.
Wie in 4 gezeigt, hat die Sensoranordnung 1 mehrere Zeilensensoren 2-1, 2-2, ..., 2-15, die in einer Reihe auf dem Sensorsubstrat 19 angeordnet sind, wobei die Zeilensensoren mit einem Schutzfilm 206 bedeckt sind. Ein dichter Mehrfachchipbildsensor vom Kontakttyp liest grundsätzlich ein Bild durch Anlegen eines Lichtstrahls, den ein Original auf die Sensoranordnung reflektiert, und fokussiert ein Bild derselben Größe wie ein Original. Die Länge der Sensoranordnung 1 muß folglich gleich oder länger sein als die Breite vom Original.
Die Länge der Sensoranordnung 1 ändert sich mit der Größe des zu lesenden Originals, und die Anzahl von Zeilensensoren der Sensoranordnung 1 ändert sich. Beispielsweise zum Lesen eines Originals der Größe A3 hat die Sensoranordnung fünfzehn Zeilensensoren, wobei angenommen wird, dass die Länge eines jeden Zeilensensors 20 mm beträgt.
Das Sensorsubstrat 19 ist über ein flexibles Substrat 208 mit einem anderen Substrat 203 gekoppelt, auf dem ein Stecker 202 zur Ein-/Ausgabe einer Stromversorgungsquelle und Steuersignalen montiert ist. Das Substrat 203 ist auf dem Rahmen 200 mit Schrauben 207 befestigt.
Als nächstes beschrieben ist die Leseoperation der Bilderzeugungsvorrichtung. Zunächst werden Daten zur Korrektur von Schattierungsfehlern gelesen, wobei der Schattierungsfehler erzeugt wird durch Variation von Zeilensensorempfindlichkeiten und durch Variation der Emission einer Lichtquelle. Beim Lesen der Schattierungskorrekturdaten werden die LED-Chips 211R, 211G und 211B nacheinander eingeschaltet, um eine Weißbezugsplatte zu lesen, die in die Bilderzeugungsvorrichtung eingebaut ist, und die Ausgangssignale vom Bildsensor werden zeitweilig in Speichern abgelegt, die für die jeweiligen Farben vorgesehen sind.
Durch Lesen der Sensorausgangssignale r1 für die LED 211R, g1 für die LED 211G und b1 für die LED 211G, gewonnen durch unabhängige Emission von RGB-Lichtquellen und gespeichert in den Speichern, wird die Verstärkung einer jeden Farbe justiert, um der Bedingung r = g = b zu genügen, wobei r, g und b Sensorausgangssignale für die RGB-Farben sind, die man erzielt, wenn die Weißbezugsplatte erneut gelesen wird.
Beim Lesen eines Originals mit einem lichtquellenumschaltenden Farbbildsensor ist es erforderlich, unabhängig RGB-Lichtstrahlen auf das Original zu strahlen, um die drei RGB-Signale zu erzielen. Bis dahin werden ein bildsequentielles Verfahren und ein zeilensequentielles Verfahren angewandt. Mit dem bildsequentiellen Verfahren werden LED einer Farbe unter den RGB-Farben eingeschaltet, um eine Unterabtastung des gesamten Bildes vom Original auszuführen, wobei diese Operation für jede der beiden anderen Farben wiederholt wird. Mit dem zeilensequentiellen Verfahren werden LED der drei Farben sequentiell für jede Zeile eines Originals zur Unterabtastung des gesamten Bildes eingeschaltet. Beide Verfahren können RGB-Signale des gesamten Bereichs eines Originals erzielen, um ein Farbbild wiederzugeben.
Die idealen Spektralkennlinien von RGB-Lichtquellen für einen lichtquellenumschaltenden Farbbildsensor sind nachstehend beschrieben. Eine G-Lichtquelle wird als Beispiel verwendet. Wie in 5 gezeigt, wird angenommen, dass ein Originalbild unter Verwendung dreier G-Lichtquellen gelesen wird, die jeweils eine andere Spektralkennlinie haben. Verglichen mit der Lichtquelle G7 enthält eine Lichtquelle G6 in den Wellenlängenbereichen nahe 480 bis nahe 500 nm und von nahe 570 bis nahe 590 nm kein Licht.
Wenn Farben a und b, die gemäß 6 unterschiedliche Spektralkennlinien nur in dem Wellenlängenbereich nahe 500 nm aufweisen, unter Verwendung der Lichtquelle G6 gelesen werden, dann kann eine Differenz der Spektralkennlinien zwischen den Farben a und b nicht unterschieden werden, und generell wird ein gleiches G-Signal für die Farben a und b erzielt.
Wenn die B-Lichtquelle mit kürzerer Wellenlänge als die G-Lichtquelle kein Licht im selben Wellenlängenbereich wie die Lichtquelle G6 enthält, dann können die Farben a und b nicht unterschieden werden. Um die Farberkennung zwischen den verschiedenen Farben zu verbessern, die in einem Farboriginal enthalten sind, sind die Spektralkennlinien der RGB-Lichtquellen gefordert, den gesamten sichtbaren Lichtbereich abzudecken.
Als nächstes beschrieben ist der Unterschied der Farbwiedergabe zwischen den Lichtquellen G7 und G8. Licht der Lichtquellen G7 und G8 decken denselben Wellenlängenbereich ab, und nur die Energieverteilung im Wellenlängenbereich ist unterschiedlich. Farbräume eines lichtquellenumschaltenden Farbbildsensors unter Verwendung der Lichtquellen G7 und G8 sind in 7 gezeigt.
Das in 7 gezeigte Diagramm wird CIE-xy-Farbart- und -Sättigungsdiagramm genannt. In 7 sind alle Farben im Bereich enthalten, der von einer durchgehenden Kurvenlinie umgeben ist, die einen Spektralort oder eine Rot-Purpur-Linie darstellt. Dreiecke in diesem Bereich stellen Farbräume des Farbbildsensors dar. Ein Ausgangssignal G_OUT eines Bildsensors, wird durch nachstehende Gleichung angegeben, wenn ein original mit Licht aus der Lichtquelle G7 oder der Lichtquelle G8 beaufschlagt wird. GOUT = ∫G7(λ) (oder G8(λ))S(λ)dλ
Wobei G7(λ) eine Spektralemissionskennlinie der LED G7 darstellt, wobei G8(λ) eine Spektralemissionskennlinie der LED G8 darstellt und wobei S(λ) eine Spektralempfindlichkeitskennlinie eines Zeilensensors darstellt.
Die Farbwiedergabe erfolgt nicht durch Messen der detaillierten Spektralreflexionslinie eines Originals, sondern unter Verwendung von RGB-Signalen. Wie aus 7 ersichtlich, hat der Farbbildsensor, der die Lichtquelle G7 verwendet, einen breiteren Farbraum als die Lichtquelle G8. Die Spektralkennlinie des Lichtsensors G7 für einen lichtquellenumschaltenden Farbbildsensor ist gegenüber der Lichtquelle G8 vorzuziehen.
Die idealen Spektralkennlinien von RGB-Lichtquellen für einen lichtquellenumschaltenden Farbbildsensor müssen folglich so breite Farbräume wie möglich haben und den gesamten Wellenlängenbereich abdecken. Eine LED-Lichtquelle hat gegenüber anderen tabellenförmigen Lichtquellen viele Vorteile, wie kompakte Bauform, hohe Ansprechgeschwindigkeit und gute Zuverlässigkeit. Folglich ist sie passend zur Verwendung eines lichtquellenumschaltenden Farbbildsensors.
Die Farbwiedergabe, die RGB-Signale eines LED-lichtquellenumschaltenden Farbbildsensors verwendet, ist jedoch mit einigen Problemen behaftet. 8 zeigt ein Beispiel eines Farbraums eines herkömmlichen LED-lichtquellenumschaltenden Farbbildsensors. Wie aus 8 ersichtlich, ist der Farbraum des Bildsensors ziemlich eng, wenn man ihn vergleicht mit verschiedenen Farben der natürlichen Welt. Dies resultiert daraus, dass die Spektralkennlinie einer LED der G-Farbe zu nahe an der langen Wellenlängenseite liegt und dass es dort einen Wellenlängenbereich gibt, der eine zu geringe Lichtemission aufweist. Es gibt LED für drei Farben mit den Spektralkennlinien, die die obigen Probleme lösen können und eine ideale Farbwiedergabe realisieren. Jedoch sind diese LED sehr teuer, und die Herstellkosten einer Bilderzeugungsvorrichtung werden zu hoch. Im Gegensatz dazu sind allgemeine LED, die für Anzeigeeinrichtungen oder andere Einrichtungen verwendet werden, Massenprodukte und relativ billig. Wenn derartige Anzeige-LED als Lichtquellen eines Bildsensors verwendet werden, können die Kosten beträchtlich reduziert werden.
Die Anzeige-LED hat jedoch eine scharfe Spektralkennlinie mit geringer Vollbreite beim halben Maximum. Für die Lichtquelle ist es erforderlich, einen lichtquellenumschaltenden Farbbildsensor zu haben, der den gesamten sichtbaren Lichtbereich unter Verwendung von LED der drei RGB-Farben abdeckt. Wenn Anzeige-LED als Lichtquellen für den Bildsensor verwendet werden, sind sie folglich mit den obigen Problemen behaftet, wie ein Wellenlängenbereich mit einem extrem kleinen Emissionsbetrag und schlechter Farbwiedergabe, weil die Anzeige-LED zu enge Vollbreite beim halben Maximum haben.
In einer herkömmlichen Bilderzeugungsvorrichtung sind LED-Chips der drei RGB-Farben in gleichem Abstand angeordnet. Wie in 9 gezeigt, ist der Einfallswinkel vom Licht einer LED für jede Farbe folglich bei einem beliebigen Punkt auf einem Original unterschiedlich. Im Ergebnis ist die optische Information eines Originals, das zu einem Sensorpixelzug geliefert wird, das heißt, die Intensität der Vertikalkomponenten eines reflektierten Lichtstrahls bei jedem Punkt auf dem Original unterschiedlich. Selbst wenn aus diesem Grund ein Original mit gleichförmiger Dichte gelesen wird, ist das Farbkomponentenverhältnis an jedem Punkt des Originals unterschiedlich, was in einem Farbschatten resultiert. Wie in 10 gezeigt, ändert sich die Größe des Schattens an der Ecke eines konvexen Abschnitts eines unebenen Originals, wie einem Original mit einem Pappblatt, mit der Farbkomponente, und färbt den Schatten an der Ecke.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bilderzeugungsvorrichtung zu schaffen, die ein Bild mit hoher Genauigkeit und kostengünstig erzeugt.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstige Lichtquelleneinheit zu schaffen, die mit einer Bilderzeugungsvorrichtung verwendet werden kann, und die in der Lage ist, ein Bild mit hoher Genauigkeit zu erzeugen.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist eine Lichtquelleneinheit, wie sie im Patentanspruch 1 angegeben ist.
Mit diesen Konfigurationen wird es möglich, eine Bilderzeugungsvorrichtung, die in der Lage ist, ein Bild mit hoher Genauigkeit und kostengünstig herzustellen, sowie eine Lichtquelleneinheit zu schaffen, die mit der Bilderzeugungsvorrichtung verwendet wird.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung vorgesehen ist eine Bilderzeugungsvorrichtung, die eine Lichtquelleneinheit enthält, wie sie zuvor angegeben wurde, und ein photoelektrisches Umsetzmittel, das zum Umsetzen in ein Bildsignallicht eingerichtet ist, das Lichtemissionselemente der Lichtquelleneinheit emittieren und zur Beleuchtung eines Gegenstands verwendet wird.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen deutlich, wenn diese in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung gelesen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Mehrchipfarbbildsensors;
2 ist eine Querschnittsansicht vom Mehrchipfarbbildsensor;
3 zeigt die Struktur einer herkömmlichen Lichtquelle;
4 zeigt die Struktur eines Sensorsubstrats vom Mehrchipfarbbildsensor;
5 ist ein Diagramm, das die Spektralemissionskennlinien von G-Lichtquellen zeigt;
6 ist ein Diagramm, das die Spektralreflexionskennlinien zweier Farben zeigt;
7 ist ein Diagramm, das Farbräume eines Farbbildsensors zeigt, der drei G-Lichtquellen verwendet;
8 ist ein Diagramm, das einen Farbraum eines herkömmlichen Mehrchipfarbbildsensors zeigt;
9 ist ein Diagramm, das eine Winkelverteilung reflektierter Lichtintensität zeigt, wenn ein Original unter Verwendung einer herkömmlichen Lichtquelleneinheit gelesen wird;
10 ist ein Diagramm, das veranschaulicht, wie ein unebenes Original unter Verwendung einer herkömmlichen Lichtquelleneinheit gelesen wird;
11 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur einer Bilderzeugungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
12 ist eine Querschnittsansicht eines Mehrchipfarbbildsensors nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
13 zeigt die Struktur eines LED-Substrats von einem ersten Ausführungsbeispiel;
14 ist ein Diagramm, das die Spektralemissionskennlinie von LED des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
15 ist ein Diagramm, das Beziehung zwischen einer Emissionswellenlänge und einer Energielücke vom Halbleiterkristall zeigt, das als Emissionsschichtmaterial einer LED verwendet wird;
16 ist ein Diagramm, das die Spektralempfindlichkeitskennlinie eines Zeilensensors zeigt;
17 ist ein Diagramm, das einen Farbraum des Mehrchipfarbbildsensors vom ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
18 ist ein Diagramm, das die Spektralemissionskennlinien von RGB-Lichtquellen vom ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
19 zeigt die Struktur eines LED-Substrats eines zweiten Ausführungsbeispiels;
20 ist ein Diagramm, das die Spektralemissionskennlinie von LED des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt;
21 ist ein Diagramm, das die Spektralemissionskennlinien von RGB-Lichtquellen des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt;
22 ist ein Diagramm, das einen Farbraum des Mehrchipfarbbildsensors des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt;
23 ist eine Querschnittsansicht eines Mehrchipfarbbildsensors nach einem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
24 zeigt die Struktur der Lichtquelleneinheit eines dritten Ausführungsbeispiels;
25 zeigt die LED-Chipanordnung auf dem LED-Substrat des dritten Ausführungsbeispiels;
26 zeigt die LED-Chipinnenanordnung in einer Lichtquelleneinheit vom dritten Ausführungsbeispiel;
27 ist ein Diagramm, das die Spektralreflexionskennlinien von RGB-Lichtquellen des dritten Ausführungsbeispiels zeigt; und
28 ist ein Diagramm, das einen Farbraum des Mehrchipfarbbildsensors vom dritten Ausführungsbeispiel zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben sind Ausführungsbeispiele der Erfindung.
11 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur einer Bilderzeugungsvorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Unter Bezug auf 11 liest eine Bildleseeinheit 31 ein Originalbild, und das gelesene Bildsignal wird von einer Signalverarbeitungseinheit 32 verarbeitet. Eine Steuereinheit 33 steuert als Steuermittel den gesamten Betrieb der Bilderzeugungsvorrichtung. 12 ist eine Querschnittsansicht eines lichtquellenumschaltenden Mehrchipfarbbildsensors dieses Ausführungsbeispiels. Unter Bezug auf 12 ist die fundamentale Struktur dieselbe wie einer herkömmlichen Bilderzeugungsvorrichtung, die in 2 gezeigt ist. In 12 sind gleiche Elemente wie jene in 2 dargestellte mit den identischen Bezugszeichen versehen, und eine Beschreibung dieser ist fortgelassen. In 12 bedeutet Bezugszeichen 1 eine Sensoranordnung als photoelektrisches Umsetzmittel, und Bezugszeichen 220 bedeutet ein LED-Substrat, das später zu beschreiben ist.
13 zeigt die Struktur vom LED-Substrat 220 als Lichtquelleneinheit, die mit dem lichtquellenumschaltenden Mehrchipfarbbildsensor nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird. Ein Satz von LED-Chips 221R, 221G1, 221G2 und 221B mit vier unterschiedlichen Spektralkennlinien R, G1, G2 und B bilden ein Emissionsmittel. Ein Mehrfachsatz von LED-Chips befindet sich in einer Zeile auf dem LED-Substrat 220, um dadurch eine LED-Anordnung 221 zu bilden. Die Grundlagen dieser Bilderzeugungsvorrichtung sind dieselben wie bei der herkömmlichen Bilderzeugungsvorrichtung, mit der Ausnahme, dass zwei Arten von LED-Chips G1 und G2 zur Lichtemission der G-Farbe verwendet werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist anstelle des LED-Substrats 210 das LED-Substrat 220 auf einem Bildsensor zusammengebaut, wie in 2 gezeigt.
Die Spektralkennlinien der LED-Chips 221R, 221G1, 221G2 und 221B, die die LED-Anordnung 221 bilden, sind in 14 gezeigt. Die Spektralkennlinie vom LED-Chip 221G2 ist dieselbe wie diejenige eines herkömmlichen LED-Chips 211G, und die Spektralkennlinien der LED-Chips 221R und 221B sind dieselben wie jene der herkömmlichen LED-Chips 211R und 211B. Das neue LED-Chip 221G1, das in diesem Ausführungsbeispiel hinzugekommen ist, hat die Spektralkennlinie des LED-Chip 221G2, die um 30 nm oder weniger hin zur Seite kurzer Wellenlänge verschoben ist.
Die Beziehung zwischen der Spektralkennlinie und dem Material einer Emissionsschicht einer LED ist nachstehend beschrieben. Forschung und Entwicklung von helleuchtenden LED der Farben B und G sind kürzlich schnell fortgeschritten. Zehn- bis hundertmal hellere LED als herkömmliche LED sind nun verfügbar. Um LED hoher Helligkeit herzustellen, hat die Verwendung eines Halbleiterkristalls als Lichtemissionsmaterial mit einer Energielückenstruktur direkten Übergangs und hat Vorteile gegenüber anderen Materialien vom Gesichtspunkt der Energiesetzeffizienz. Die Beziehung zwischen Bandabstand Eg eines derartigen Materials mit direktem Übergang und einer Emissionswellenlänge wird durch folgende Gleichung angegeben. λ [nm] = 1,24·10/Eg [eV]
Diese Beziehung zwischen dem Bandabstand Eg und der Emissionswellenlänge λ ist im Graphen von 15 gezeigt. Die Bandabstände Eg, die zur Lichtemission von vier Farben mit Blau (B), Blaugrün (BG), Grün (G) und Gelbgrün (YG) erforderlich sind, zeigt der Graph von 15. Materialien mit derartigen Bandabständen sind GaN (3,4 eV), ZnSe (2,6 eV), GaP (2,26 eV) und andere Materialien. Es ist berichtet worden, daß ein Mischkristall aus GaN mit InV (2,0 eV) oder AlN (6,3 eV) einen Bandabstand im Bereich von 2,0 bis 6,3 eV hat und Licht verschiedener Wellenlängen emittieren kann. Die Vollbreite beim Halbmaximum der Spektralverteilung einer LED hängt ab von der Reinheit des Materials einer Lichtemissionsschicht.
Wie zuvor beschrieben, sind die Spektralkennlinien von Anzeige-LED der RGB-Farben im allgemeinen scharf mit einer kleinen Vollbreite beim Halbmaximum, weil es wichtig für die Spektralkennlinien ist, einen breiten Farbraum bereitzustellen. Zusätzlich zu einem breiten Farbraum sind RGB-Lichtquellen eines lichtquellenumschaltenden Farbbildsensors in Verwendung zur Beleuchtung eines Originals, und es wird gefordert, den gesamten sichtbaren Lichtbereich abzudecken.
In diesem Ausführungsbeispiel werden kostengünstige Anzeige-LED mit scharfen Spektralkennlinien in Kombination verwendet, so daß RGB-Lichtquellen den gesamten sichtbaren Lichtbereich abdecken können. Ein herkömmlicher lichtquellenumschaltender Farbbildsensor hat eine ungenügende Lichtmenge im G-Farbbereich. In dieser Hinsicht wird die LED 221G1 mit der Spektralkennlinie mit generell derselben Vollbreite beim Halbmaximum wie die LED 221G2 und mit dem Emissionswellenlängenbereich, der hin zur Seite kurzer Wellenlängen um 30 nm verschoben ist, auf das LED-Substrat 220 montiert. LED 221G1 und 221G2 werden zur selben Zeit eingeschaltet, um ein G-Signal aus dem Bildsensor zu gewinnen.
Der Farbraum eines derartigen Farbbildsensors läßt sich mit folgender Prozedur berechnen. Die xy-Koordinaten der drei RGB-Farben, die den Farbraum bestimmen, werden berechnet zunächst durch die Farbmeßwerte, beispielsweise der G-Farbe, das heißt, Xg, Yg, Zg gemäß folgenden Gleichungen. Xg = K∫(G1(λ) + G2(λ))S(λ)x(λ)dλ Yg = K∫(G1(λ) + G2(λ))S(λ)y(λ)dλ Zg = K∫(G1(λ) + G2(λ))S(λ)z(λ)dλ K = 100/∫D65(λ)y(λ)dλwobei G1(λ) eine Spezialemissionskennlinie vom LED-Chip G1 ist,
G2(λ) eine Spezialemissionskennlinie vom LED-Chip G2 ist,
S(λ) eine Spektralempfindlichkeit des Zeilensensors ist,
D65(λ) eine Spektralemissionskennlinie einer Standard-D65-Lichtquelle ist, und
x, y, z (λ) eine Farbanpaßfunktion von CIE 1931 ist.
Kolorimetrisches Standardsystem
Die Spektralkennlinien S(λ) sind in 16 gezeigt. Die R-Farbmeßwerte Xr, Yr und Zr und die B-Farbmeßwerte Xb, Yb und Zb lassen sich errechnen durch Ersetzen der Ausdrücke der Spektralemissionskennlinien obiger Gleichungen mit jenen von R- und B-LED.
Aus den Farbmeßwerten Xg, Yg und Zg können die CIE-xy-Koordinaten der R-Farbe angegeben werden mit xg = Xg/(Xg + Yg + Zg) yg = Yg/(Xg + Yg + Zg)
Gleichermaßen können die xy-Koordinaten (xr, yr) der R-Farbe und die xy-Koordinaten (xb, yb) der B-Farbe in obiger Weise berechnet werden.
In Übereinstimmung mit den berechneten RGB-Farbartkoordinaten ist der Farbraum vom Bildsensor dieses Ausführungsbeispiels, das heißt, der Farbraum, bei dem die Farben in der Lage sind, vom Bildsensor wiedergegeben zu werden, enthalten, wie in 17 gezeigt. Ein Dreieck, das durch eine Ein-Punktlinie aufgezeigt ist, entspricht dem in 8 gezeigten herkömmlichen Farbraum. Der Farbwiedergabebereich des Bildsensors ist breiter als der der herkömmlichen Bilderzeugungsvorrichtung, und der Bereich hat eine abgeglichene Gestalt.
Wenn die Spektralkennlinie der G1- und G2-LED zur selben Zeit eingeschaltet werden, sind in 18 dargestellt. Da in diesem Falle der sichtbare Lichtbereich keinen Bereich mit exzessiv geringem Lichtbetrag enthält, kann ein Bildsensor mit einer Farbunterscheidung besser als ein herkömmlicher Bildsensor erzielt werden.
Durch Einschalten einer Vielzahl von LED mit den Spektralkennlinien mit kleiner Vollbreite beim halben Maximum kann wie oben ein lichtquellenumschaltender Bildsensor realisiert werden, der eine hervorragende Farbkennlinie hat, ohne einen Wellenlängenbereich mit zu geringer Lichtemissionsmenge. Wenn LED, die die Spektralkennlinien mit einer kleinen Vollbreite beim halben Maximum haben, verwendet werden, trägt nur ein kleiner Bereich des Flächensensors zur Spektralempfindlichkeit bei, und ein geringes Sensorausgangssignal wird erzielt. Da jedoch in diesem Ausführungsbeispiel der Bereich, der zur Spektralempfindlichkeit des Zeilensensors beiträgt, breit wird, kann hier leicht ein starkes Ausgangssignal gewonnen werden.
Obwohl in diesem Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von G-Lichtquellen verwendet werden, ist es offensichtlich, daß eine vielfältige Art von R oder B-Lichtquellen ebenfalls verwendet werden können. Der Bildsensor ist nicht nur auf einen Mehrfachchip, einen Bildsensor mit engem Kontakt beschränkt, der in diesen oder anderen folgenden Ausführungsbeispielen verwendet wird.
19 zeigt ein LED-Substrat 230 für eine Lichtquelleneinheit, die von einem lichtquellenumschaltenden Mehrfachchipfarbbildsensor vom Typ mit engem Kontakt verwendet wird, nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Struktur der Bilderzeugungsvorrichtung ist dieselbe wie die in 11 gezeigte und ist von daher nicht dargestellt. Unter Bezug auf 19 bildet ein Satz von LED-Chips 231R, 231G3, 231G4, 231G5 und 231B mit fünf unterschiedlichen Spektralkennlinien ein Emissionsmittel. Ein Vielfachsatz von LED-Chips ist in einer Reihe auf dem LED-Substrat 220 angeordnet, um dort eine LED-Anordnung 231 aufzubauen.
In 19 sind drei Arten von LED-Chips G3, G4 und G5 vorbereitet worden, um G-Farblicht zu emittieren. Das Grundsätzliche dieser Bilderzeugungsvorrichtung ist dasselbe wie bei der herkömmlichen Bilderzeugungsvorrichtung, mit der Ausnahme, daß die Anzahl von LED-Chips G3 doppelt so groß ist wie diejenige von G4 und G5. Die Spektralkennlinien von LED-Chips 231 und 231B sind dieselbe wie jene der herkömmlichen LED-Chips 211 und 211B.
Die Spektralkennlinien der LED-Chips 231G3, 231G4 und 231G5 sind in 20 gezeigt. Die Spitzenpegel von G3 und G4 oder von G4 und G8 sind leicht verschoben, und der Unterschied zwischen den Spitzen beträgt 30 oder weniger. In diesem Ausführungsbeispiel ist das LED-Substrat 230 auf dem Bildsensor aufgebaut, der in 12 gezeigt ist, anstelle des LED-Substrats 220.
Eine Leseoperation eines Originals mit dem lichtquellenumschaltenden Farbbildsensor gleicht der des ersten Ausführungsbeispiels. Lichtstrahlen aus den RGB-Lichtquellen beaufschlagen sequentiell denselben Punkt auf einem Original, um AGB-Signale aus dem Bildsensor zu gewinnen. Hinsichtlich R- oder B-Licht wird das LED-Chip 231 oder 231B eingeschaltet, wie beim ersten Ausführungsbeispiel.
Für G-Licht werden zur selben Zeit die LED-Chips 231G3, 231G4 und 231G5 eingeschaltet. Zum Abgleich und für ideale Spektralkennlinien gemischter Lichtstrahlen wird die Anzahl von LED-Chips 231G3 verdoppelt gegenüber den anderen LED-Chips. Die Gesamtspektralkennlinien gemischter G-Lichtstrahlen aus den LED-Chips 231G4 und 231G5 und der beiden LED-Chips 231G3 sind in 21 dargestellt.
Der Farbraum dieses Farbbildsensors wird in einer Prozedur berechnet, die der des ersten Ausführungsbeispiels gleicht. Zuerst werden die G-Farbmeßwerte Xg, Yg und Zg berechnet: Xg = K∫(G3(λ)·2 + G4(λ) + G5(λ))S(λ)x(λ)dλ Yg = K∫(G3(λ)·2 + G4(λ) + G5(λ))S(λ)y(λ)dλ Zg = K∫(G3(λ)·2 + G4(λ) + G5(λ))S(λ)z(λ)dλ K = 100/∫D65(λ)y(λ)dλ wobei G3(λ) eine Spektralemissionskennlinie vom LED-Chip G3 ist,
G4(λ) eine Spektralemissionskennlinie des LED-Chips G4 ist,
und
G5(λ) eine Spektralemissionskennlinie vom LED-Chip G5 ist.
Die Farbmeßwerte Xr, Yr, Zr und B-Farbmeßwerte Xb, Yb und Zb und auch die CIE-xy-Koordinaten lassen sich in derselben Weise berechnen.
Gemäß den berechneten RGB-Farbartkoordinaten wird ein Farbraum vom Bildsensor dieses Ausführungsbeispiels gewonnen, der durch eine durchgehende Linie des Dreiecks in 22 aufgezeigt ist. Ein Dreieck, das aus einer Ein-Punkt-Linie gebildet ist, entspricht dem herkömmlichen Farbraum gemäß 8.
Wie aus 22 ersichtlich, hat der Farbraum des Bildsensors vom Ausführungsbeispiel eine abgeglichenere und breitere Gestalt als der herkömmliche Bildsensor. Ein Bildsensor mit hervorragender Farbkennlinie kann solchermaßen gewonnen werden.
In einer praktischen Farbbilderzeugungsvorrichtung ist es wünschenswert, daß die gewonnenen Bildsensorausgangssignale gleiche Pegel von RGB haben, wenn Lichtstrahlen aus den RGB-Lichtquellen sequentiell die Weißbezugsplatte beaufschlagen, und zwar wegen der Vorteile einer Signalverarbeitungseinheit. Die Anzahl von LED mit relativ geringem Emissionsbetrag muß folglich erhöht werden. Wenn mit diesem Ausführungsbeispiel die Arten und Anzahlen der LED-Chips bestimmt werden, während man die Gesamtspektralkennlinien berücksichtigt, kann jedoch der Ausgangspegel justiert werden, wenn eine Vielzahl von LED-Chips zur selben Zeit eingeschaltet werden, während die Farbwiedergabe des Farbbildsensors verbessert wird.
23 ist ein Querschnittsdiagramm, das die Struktur eines lichtquellenumschaltenden Farbbildsensors vom Typ engen Kontakts nach dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. In
23 bedeutet Bezugszeichen 250 einen Rahmen, Bezugszeichen 260 bedeutet eine Lichtquelle, die Licht von der Seitenwand eines transparenten Gliedes emittiert, Bezugszeichen 262 bedeutet Licht, das die Lichtquelle 260 emittiert, und Bezugszeichen 263 bedeutet Licht, das ein Original von seiner Oberfläche reflektiert. Die Struktur der Bilderzeugungsvorrichtung von diesem Ausführungsbeispiel ist dieselbe wie diejenige in 11, und eine erneute Beschreibung dieser ist fortgelassen.
Die Querschnittsansicht und die Seitenansicht der Lichtquelle 260 sind in Einzelheiten in 24 dargestellt. In 24 bedeutet Bezugszeichen 3 ein transparentes Glied, Bezugszeichen 4 bedeutet eine Ebene, durch die Licht auf das transparente Glied auftritt, Bezugszeichen 5 bedeutet einen Teilbereich des transparenten Gliedes, worauf eine Lichtdiffusion und Reflektionsfarbe geschichtet ist, und von diesem Teilbereich reflektiertes Licht beaufschlagt ein Original, und Bezugszeichen 10 bedeutet ein LED-Substrat 10 oder eine Lichtquelleneinheit, von der Licht auf die Einfallsebene 4 auftrifft.
Wie in 25 gezeigt, ist ein Lichtemissionsmittel mit einem Satz von LED-Chips als Lichtemissionselemente 9R, 9G3, 9G4, 9G5 und 9B auf das LED-Substrat 10 montiert. Die Lagebeziehung zwischen dem transparenten Glied 3 und den LED-Chips 9R, 9G3, 9G4, 9G5 und 9B ist in 26 dargestellt, die LED-Substrate 10 sind auf den Einfallsebenen 4 des transparenten Gliedes 3 montiert. Die Spektralkennlinien der LED 9G3, 9G4 und 9G5 sind dieselben wie jene in 20 des zweiten Ausführungsbeispiels gezeigten, und diese werden nicht noch mal aufgeführt.
Lichtflüsse, die die LED 9R, 9G3, 9G4 und 9G5 und 9B emittieren, breiten sich aus, während sie wiederholt im transparenten Glied 3 reflektiert werden. Die Lichtflüsse, die den Bereich 5 während der Ausbreitung beaufschlagen, werden gestreut und im Bereich 5 reflektiert und beaufschlagen über eine Lichtemissionsebene zur Oberfläche ein Original. von den aus den LED 9R, 9G3, 9G4 und 9G5 und 9B emittierten Lichtflüssen ist die Lichtmenge, die direkt auf den Bereich 5 auftrifft, hinreichend gering, und die Lichtflüsse, die den Bereich 5 beaufschlagen, sind indirekt reflektiertes Licht zur Innenseite des transparenten Gliedes. Eine gleichförmige Leuchtdichte wird folglich auf dem Original in Längsrichtung des transparenten Gliedes 3 erzielt.
In diesem Ausführungsbeispiel trifft Licht aus den gegenüberliegenden Enden des transparenten Gliedes auf und wird nach außen der Seitenebene abgegeben. In diesem Falle ändert sich Originalbeleuchtungslicht mit der Lage einer jeden Lichtquelle. wie im zweiten Ausführungsbeispiel werden die LED 9G3, 9G4 und 9G5 zur selben Zeit eingeschaltet wie die R-Lichtquelle in diesem Ausführungsbeispiel. Die Spektralkennlinien der LED 9G3, 9G4 und 9G5 sind jeweils gewichtet, und die Gesamtspektralkennlinie der G-Lichtquelle wird die in 27 gezeigte. Verglichen mit 21 vom zweiten Ausführungsbeispiel ist die Gesamtverteilung zur Seite kurzer Wellenlängen verschoben.
Ein Farbraum des Farbbildsensors von diesem Ausführungsbeispiel wird in derselben Prozedur wie beim zweiten Ausführungsbeispiel berechnet. Zuerst werden die Farbmeßwerte Xg, Yg und Zg der G-Farbe durch folgende Gleichungen berechnet, während die Gewichtung der LED 9G3, 9G4 und 9G5 berücksichtigt wird. Xg = K∫(G3(λ)·2 + G4(λ)·0,7 + G5(λ)·0,25)S(λ)x(λ)dλ Yg = K∫(G3(λ)·2 + G4(λ)·0,7 + G5(λ)·0,25)S(λ)y(λ)dλ Zg = K∫(G3(λ)·2 + G4(λ)·0,7 + G5(λ)·0,25)S(λ)z(λ)dλ K = 100/∫D65(λ)y(λ)dλwobei G3(λ) eine Spektralemissionskennlinie vom LED-Chip G3 ist,
G4(λ) eine Spektralemissionskennlinie des LED-Chips G4 ist,
und wobei
G5(λ) eine Spektralemissionskennlinie vom LED-Chip G5 ist.
Die R-Farbmeßwerte Xr, Yr, Zr und die B-Farbmeßwerte Xb, Yb und Zb und auch deren CIE-Xy-Koordinaten lassen sich in derselben Weise berechnen. Der Farbraum vom Bildsensor des Ausführungsbeispiels, gewonnen aus der Berechnung der RGB-Farbkoordinaten, ist in 28 gezeigt und durch ein Dreieck mit durchgezogener Linie aufgezeigt.
In 28 zeigt ein Dreieck mit Ein-Punkt-Linie den Farbraum des in 8 gezeigten herkömmlichen Bildsensors auf, und ein Dreieck mit gebrochener Linie zeigt den Farbraum des Bildsensors vom zweiten Ausführungsbeispiel auf, das in 22 dargestellt ist. Wie aus 28 ersichtlich, hat der Farbraum des Bildsensors vom Ausführungsbeispiel eine ausgeglichene Gestalt und stellt den Bildsensor mit einer hervorragenden Farbkennlinie bereit, verglichen mit den herkömmlichen Bildsensoren und denen des zweiten Ausführungsbeispiels.
Durch Ändern der Arten, Zahlen und Lageausrichtungen einer Vielzahl von LED, die gleichzeitig für G-Signale eingeschaltet werden, kann das Mischverhältnis der Emissionslichtstrahlen der Vielzahl an LED mit unterschiedlichen Spektralkennlinien geändert werden, um eine G-Lichtquelle zu bekommen, die die gewünschte Spektralkennlinie aufweist. Die Lichtquelle von diesem Ausführungsbeispiel kann gleichförmiges Licht emittieren, wie zuvor beschrieben, und die Farbbilderzeugungsvorrichtung kann Bildsignale leicht verarbeiten. Dieses Ausführungsbeispiel ist folglich am besten für kostengünstig herzustellende Farbbildsensoren geeignet.

Claims

Lichtquellengruppe zur Verwendung in einer Bilderzeugungsvorrichtung mit einem photoelektrischen Umsetzmittel zum Umsetzen von Licht in ein Bildsignal, wobei die Lichtquellengruppe über eine Vielzahl von Lichtemissionsmitteln (211) verfügt, die sich auf einem Substrat (220; 230) befinden, wobei jedes Lichtemissionsmittel über einen Satz von vier oder mehr Lichtemissionselementen (221R, 221B, 221G1, 221G2; 231R, 231B, 231G3, 231G4, 231G5) verfügt, wobei zwei der Elemente (221R, 221B; 231B) des Satzes signifikant unterschiedliche Spektraleigenschaften haben, sowohl untereinander als auch gegenüber wenigstens zwei anderen Elementen (221G1, 221G2; 231G3, 231G4, 231G5) des Satzes, wobei die wenigstens zwei anderen Elemente dieselbe Grundfarbe und im wesentlichen verschiedene Spektraleigenschaften untereinander haben, so daß deren Wellenlängenspitzendifferenz weniger als 30 nm beträgt.
Lichtquellengruppe nach Anspruch 1, bei der jedes Lichtemissionsmittel einen Satz von Lichtemissionselementen der Farbe Rot (R), Grün (G) und Blau (B) hat.
Lichtquellengruppe nach Anspruch 2, bei der die Lichtemissionselemente mit derselben Grundfarbe grün sind.
Lichtquellengruppe nach einem der Ansprüche 2 oder 3, deren Lichtemissionselemente eines Satzes in Zeilen angeordnet sind.
Lichtquellengruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, deren Lichtemissionselemente eine Linearanordnung haben.
Bilderzeugungsvorrichtung mit einer Lichtquellengruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche und mit einem photoelektrischen Umsetzmittel, das eingerichtet ist zum Umsetzen in ein von den Lichtemissionselementen emittiertes Bildsignallicht und zum Beleuchten eines Gegenstands dient.