JP2004172806A - 画像読取り装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】カラー画像読み取り装置において、白色LEDを複数個並べて構成した照明系に生じる色にじみを軽減する。
【解決手段】照明系に用いるLEDのキャップ内に屈折率の異なるレンズ体を複数個構成することにより色にじみのない照明系を構成する。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像読取装置、特に発光ダイオード(以下LED)を1次元方向に複数個配した照明系を有する画像読み取り装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のアナログ複写機においては、読み取り部において原稿を照明したイメージを現像器の感光ドラムまで導く必要があり、それゆえ消費電力が大きい高光量のハロゲンランプを用いることが必須であった。
【0003】
しかし、近年デジタル複写機の普及に伴い、原稿のラインイメージを読み取る1次元ラインイメージセンサの感度が向上し、少ない光量で画像信号が取り出せるようになってきた。この状況に対応して照明系として管状の蛍光管や冷陰極管が多く用いられるようになってきている。
【0004】
しかしながら、このような蛍光管や冷陰極管はAC電圧で駆動するものが一般的でありDC低電圧をAC高電圧に変換するインバータを併用しなければならなかった。このインバータは蛍光管や冷陰極管とほぼ同じくらいのコストがかかっているのが現状である。
【0005】
一方、ラインイメージセンサはミラーやレンズを組み合わせた縮小光学系を必要とするので、メカ構成や駆動系が複雑であり、光源以外にもコスト高の構成を余儀なくされていた。
【0006】
このような状況の中、CCDに代表されるラインイメージセンサにかわり光源を含む等倍光学系を1パッケージにしたCIS(Contact Image Sensor)を読み取り部とする画像読み取り装置の開発も進められている。
CISの構造断面図を図2に示す。
【0007】
CIS20は、光源21で照明された原稿22のラインイメージをセルフォックレンズアレイ23を介して、イメージセンサ24上に結像する。イメージセンサ24で読み取られたアナログ画像信号は、従来の縮小光学系を具備した画像読み取り装置と同様に画像処理され、プリンタやホストコンピュータ等で画像再生される。CIS20を用いた画像読み取り装置は、ミラーや複雑な駆動系を必要とせず、CIS20そのものを読み取り方向にスキャンさせる駆動系だけ構成すればよく、縮小光学系の画像読み取り装置よりも簡単な工程で読み取り装置の構成が可能となった。
【0008】
CIS20内のイメージセンサ24の各画素の開口部サイズは、縮小光学系CCDのそれが4.7um〜7um四方であるのに対して、等倍光学系であるため600dpiの読み取り装置の場合であっても、42um四方の開口部を有している。
【0009】
このため、CCDよりも光感度が高く設計できるので、縮小光学系で用いられる照明系ほどの光量を必要とせず、光源としてLEDを用いる提案が数多くなされている。LEDを光源とすることにより、蛍光管や冷陰極管に必要だったインバータが不要となり、DC電源のみで効率のよい光源を実現できる。
【0010】
しかも、印加するDC電源電圧を調整することにより、ある程度の調光も可能になるというメリットもある。
【0011】
このなかで、特にカラー画像読み取り装置においては、白色光源を必要とするため、図3に示すような構造の白色LEDを用いる必要がある。
【0012】
図3中、30は白色LEDであり、アノード電極31、カソード電極32、ワイヤボンディング33及び34、LEDペレット35、蛍光体36、キャップ37より構成されている。
【0013】
白色LED30の発光原理について説明する。アノード電極31とカソード電極32間に所定の電圧を印加すると、ワイヤボンディング33、34を介してLEDペレット35が発光する。LEDペレット35はGaN(窒化ガリウム)系のペレットであり、青色LEDに一般的に用いられている化学物質で構成されている。LEDペレット35から発光する青色光は、蛍光体36を介してキャップ37外に光放出すると同時に、蛍光体36に混入しているYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光剤を照射し、YAG系蛍光剤は、黄色の蛍光を発し、青色光と同時にキャップ37外に光放出される。従って、YAG系蛍光剤の濃度を調整することにより、青色と黄色の混色光がバランスよくキャップ37外に光放出されて、白色LEDが実現される。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような白色LEDを用いたCISを搭載したカラー読み取り装置においても、高速読み取りの要求はあり、そのためには高輝度のLEDの開発要求が叫ばれている。
【0015】
この要求に対し、例えば特開昭60−7425号公報ではLEDキャップの形状をシリンドリカルレンズの特性を持つように成形し、これを主走査方向に複数個並べて照明系を構成する提案がなされている。
【0016】
しかしながら、このような構造のLEDではLEDから光放出する光束が形成するイメージサークルのエッジ部に色にじみが発生するという問題があった。
【0017】
この色にじみは、光の波長によってキャップ内における屈折率が異なるために発生する。モノクロの画像読み取り装置の場合は、色にじみはあまり問題にならず、LEDのイメージサークルのエッジ部を隣のLEDが補うように配列すればよいが、カラーの画像読み取り装置の場合は、イメージサークルの外側が分光特性により赤系統の色になるため、隣り合った2個のLEDが照明する白色原稿をカラーCISで読み取った様子は図4のようになる。
【0018】
図4は、カラーCISのR、G、B各画素の出力波形である。
【0019】
隣り合った2個のLEDが干渉する部分は、Rのイメージサークルは大きくBのイメージサークルが小さいため、2個のLEDの照射干渉をG信号がフラットになるように合わせたとすると、Rは干渉が大きく、Bは干渉しないため図のようにR出力が大きく、B出力が小さくなる。このような照明ムラは、再生画像の色むらとなってあらわれ易い。
【0020】
【課題を解決するための手段】
上記問題点に鑑み、本発明はLEDキャップ内に少なくとも2種類の異なる特性を有するレンズ体を具備することにより、イメージサークルの色にじみを軽減させ、カラー画像読み取り装置におけるLED照明系を提供するものである。
【0021】
【発明の実施の形態】
(実施例1)
本発明の実施例を図に従って説明する。
【0022】
図1は、本発明を実施したLEDの構造を示す図である。LED10の構成部材のうち、図3と同じ構成部材については同一部番を付している。
【0023】
図3のLED30と図1のLED10との異なるポイントは、LED10のキャップ内に凸レンズ体11と凹レンズ体12が構成されている点である。このように複数のレンズを組み合わせて構成する手法は、スチルカメラやビデオカメラの撮影レンズに一般的に用いられる手法であり、レンズの光学特性である収差、例えばよく知られているザイデルの5収差や色収差等を良好に補正するものである。
【0024】
スチルカメラやビデオカメラに用いられるレンズにおいては、エリアイメージを高品位に結像する必要があるために、5〜6枚程度のレンズを組み合わせて様々な収差を補正する必要があるが、本発明を実施するLEDの目的は、ラインイメージに対する照明の色にじみをなくすためであり、様々な収差のうち、色収差のみを良好に補正すればよく、2枚程度の屈折率が異なるレンズ体で充分な効果が得られる。
【0025】
本発明の効果を図5及び図6を用いて説明する。
【0026】
図5は、通常のLEDの構成である。通常のLEDはキャップ37が凸レンズ体の形状になっているので、キャップ37を凸レンズ体に置き換えて光学特性を説明する。
【0027】
LEDペレット35と蛍光体36から発光する光束の屈折状態は、光束51に示すように、キャップ37に対して垂直に入力する光束は、1点破線で示した原稿面54に対して色ずれを発生しないが、キャップ37に対して斜めに入力する光束52、または53はRの屈折率が小さくBの屈折率が大きいため、図に示すように原稿面54上では結像点がずれてしまう。このため、図4で説明したような不具合が生じ、照明の色むらが発生する。
【0028】
これに対して、図6は本発明の実施系による光束の屈折状態を示す図であるが、凸レンズ11と凹レンズ12を組み合わせることにより、原稿面54上でRとBの光束の結像点が一致するように構成しているので、照明の色むらは最小限に補正されている。
【0029】
このときの、カラーCISのR、G、B各画素の出力波形を図7に示す。図4と比較すると明らかなように、隣り合った2個のLEDが干渉する部分は、R、G、Bのイメージサークルが同じ大きさに補正されているので、R、G、Bの色ムラは発生しない。
【0030】
なお、本実施例では凸レンズ体と凹レンズ体の組み合わせによる効果を説明したが、凸レンズ体はLEDキャップの形状を凸レンズの形状にして代替にしてもよい。
【0031】
また、本実施例では2部のレンズ体の組み合わせ構成で説明したが、3部以上のレンズ体の組み合わせでもあっても本発明の効果を得られることは言うまでもない。
【0032】
(実施例2)
先に述べた実施例1の動作説明においては、LED内部部材、特にキャップの内面処理については言及しなかったが、図8に示すようにキャップ37の頭頂部以外は反射材81でコーティングすることにより、キャップ37の側面から漏れる光を頭頂部に集光できるようになるので、本発明のさらなる効果に期待できる。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればLEDキャップ内に屈折率の異なる2組のレンズ体を構成するようにしたので、LEDが発するイメージサークルが波長によって均等な大きさになるため、隣接するLEDの光干渉部に発生する色にじみを最小限に抑えることができるので、カラー読み取り装置の照明系として最適な光源を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施した白色LEDの構成を示す図
【図2】コンタクトイメージセンサの概略構成を示す図
【図3】従来のLEDの構成を図
【図4】隣接するLEDによって発生する配光の様子を表す図
【図5】従来のLEDが発生する光束の様子を表す図
【図6】本発明のLEDが発生する光束の様子を表す図
【図7】本発明を実施した隣接するLEDによって発生する配光の様子を表す図
【図8】本発明の第2の実施例を説明する図
【符号の説明】
10 白色LED
11 凸レンズ
12 凹レンズ
20 コンタクトイメージセンサ
21 光源
22 原稿
23 セルフォックレンズアレイ
24 ラインイメージセンサ
30 従来の白色LED
31 アノード電極
32 カソード電極
33、34 ワイヤボンディング
35 LEDペレット
36 蛍光材
37 キャップ
81 反射材

Claims (3)

  1. 樹脂モールドキャップを設けた発光ダイオードを1次元方向に配列し、原稿のラインイメージを照明する照明系を有する画像読み取り装置のうち、
    前記発光ダイオードのモールドキャップ内に屈折率が異なるレンズ体を少なくとも2個構成することを特徴とする画像読み取り装置。
  2. 請求項1に記載した画像読み取り装置のうち、発光ダイオードは白色ダイオードであることを特徴とする画像読み取り装置。
  3. 請求項1に記載した画像読み取り装置のうち、発光ダイオードの光放出部以外の内面を反射処理したことを特徴とする画像読み取り装置。
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