JP4511634B1 - 画像読取装置における白色発光装置およびそれを用いたライン状照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の白色度から外れて発光する白色ＬＥＤを組合せて構成し、その発光色を混色して所望色度を発光させるようにした白色発光装置およびライン状照明装置を提供する。
【解決手段】白色発光装置（２０）は、ＣＩＥ色度図の所定白色域から青色側にずれた色度を白色発光する第一の白色ＬＥＤ（１１）および前記所定白色域から黄色側にずれた色度を白色発光する第二の白色ＬＥＤ（１２）が光軸を略同一方向に隣接配置された光源部と、前記第一および第二の白色ＬＥＤにおける前記青色ＬＥＤチップを各々独立して駆動する電流制御手段とを含み、前記第一および第二の白色ＬＥＤ（１１、１２）からの発光の混色が前記電流制御手段を用いて前記所定白色域の色度に調整される。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像読取装置における白色発光装置およびそれを用いたライン状照明装置に関する。特には、画像読取装置に用いられる、白色ＬＥＤを搭載した白色発光装置およびそれを用いたライン状照明装置に関する。

ファクシミリ、コピー機、ハンドスキャナ等の機器には、原稿を読み取るための装置として、イメージセンサ等の画像読取装置が用いられている。通常、このような画像読取装置としては光路長が短く、機器への組み込みが容易な密着型イメージセンサが用いられている。

密着型イメージセンサは、原稿面を主走査範囲に亘って線状に照射するライン照明装置を備えている。ライン照明装置としては、長尺の導光体を用い、その導光体の端面に配置された光源から入射した光を、内面で反射させながら伝搬させて長手方向のライン状出射面から出射させる間接照射型のものが知られている。

このようなライン照明装置における光源は、青色ＬＥＤチップとＹＡＧ系蛍光体とから構成された白色ＬＥＤが用いられることが知られている。白色ＬＥＤ光源は、カラー画像の読み取りに対応しており、ＲＧＢ３色の発光するマルチチップＬＥＤと対比して点灯制御が簡単であり、輝度特性の点や小型化および軽量化の点で優れていると言われ、発光効率の向上とともに密着型イメージセンサの光源として採用されている。

また、複数の発光素子からなるＬＥＤを導光体の端面に光源として配置したライン状照明装置は、この複数チップによる発光色が導光体の中で充分に混色し色バランスをくずすことなく放出し、ライン状で均質な色調の照明としてカラー原稿を照射することが要求される。これらの課題解決のためまたは導光体の形状に特徴がある発明として特許文献１等が開示されている。

また、特許文献２では、白色ＬＥＤを量産した場合に青色ＬＥＤチップの発光波長と発光輝度とにかなりのバラツキが発生することが開示されている。また、被覆部材に混入するＹＡＧ系蛍光体の蛍光粒子の量や分散のバラツキ等によっても混合される白色光に影響を及ぼし、この結果、完成した白色ＬＥＤは色調と輝度とに大きなバラツキが生じるとされている。

ここで、図１６を参照して、ある白色ＬＥＤをロット量産したとき、その発光色調のバラツキの分布を色度座標の一部を用いて説明する。なお、図１６に示す分布図は、特許文献２に開示されている。図１６に示すそれぞれの黒点は白色ＬＥＤの個々の色調データを示しており、その色調は図示のように右上がりの帯状に分散している。より詳しくは、ＪＩＳ Ｚ ８１１０の色度区分による青色から白色点を通って黄色を通るほぼ線上の白色領域に帯状に分散している。ここで、幅方向の分散（矢印線Ａ）は主に青色発光素子の発光波長のバラツキによって生じる色調のバラツキであり、長手方向の分散（矢印線Ｂ）は主に被覆部材に混入する蛍光粒子の量や分散のバラツキによって生じる色調のバラツキである。なお、青色発光素子の発光波長はロット間のバラツキが大きいので、実際の量産では幅方向の分散（矢印線Ａ）はさらに広がっている（特許文献２参照）。

特開２００６−２８７９２３号公報 特開２００４−１１９７４３号公報 特許第３９９０４３７号公報

ここで、このような白色ＬＥＤを用いて画像読取装置用のライン状照明装置の光源を構成しようとする場合、その発光色を所望の色度範囲にランク付けし選別された白色ＬＥＤのみを用いて構成することが、中心色調、色調ムラ等の点で好ましい。しかしながら、特定のランク付け品の白色ＬＥＤのみを用いた構成の場合、他のランク品が不用となり、白色ＬＥＤを入手するためのトータルコストとして割高となるという問題がある。

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みなされたものであり、所望の白色度から外れて広範な白色度で発光する白色ＬＥＤを組合せて構成し、その発光色を混色して所望色度を発光させるようにした白色発光装置およびそれを用いたライン状照明装置を提供する。さらに広範な色度の白色ＬＥＤの利用性を増やすことにより、白色ＬＥＤの歩留りを向上させて、白色発光装置の製造コストを下げることを目的とする。

第１の発明に係る画像読取装置における白色発光装置では、青色ＬＥＤチップと蛍光体とを有する白色ＬＥＤを用いた、画像読取装置における白色発光装置において、ＣＩＥ色度図の所定白色域から青色側にずれた色度を白色発光する第一の白色ＬＥＤおよび前記所定白色域から黄色側にずれた色度を白色発光する第二の白色ＬＥＤが光軸を略同一方向に隣接配置された光源部と、前記第一および第二の白色ＬＥＤにおける前記青色ＬＥＤチップを各々独立して駆動する電流制御手段とを備え、前記電流制御手段は、前記第一および第二の白色ＬＥＤのうち少なくとも一方の駆動電流をＰＷＭ制御するものであり、ＣＩＥ色度図における目標色度点から前記第一の白色ＬＥＤの発光する色度点までの距離と前記目標色度点から前記第二の白色ＬＥＤの発光する色度点までの距離とに反比例して前記第一および第二の白色ＬＥＤを駆動するためのそれぞれのパルス幅を設定することにより、前記第一および第二の白色ＬＥＤからの発光の混色を前記所定白色域の色度に調整することを特徴とする。

第２の発明に係るライン状照明装置は、透明部材からなる棒状導光体の長さ方向の端面に設けた入射面に向けて配置した光源から入射した光を棒状導光体の内面で反射させながら長さ方向に沿って設けた出光面から出光せしめるようにし、前記光源は第１の発明の白色発光装置であることを特徴とする。

第３の発明に係るライン状照明装置では、前記白色発光装置の光を放射する放射面の外形が、導光体の入射面の外形に収まる寸法であることを特徴とする。

本発明に係る白色発光装置によれば、製品として提供されているランク付白色域のなかで所定白色域から外れた色度の発光色の白色ＬＥＤを組合せて使用することにより、広範な色度の白色ＬＥＤを利用することができる。すなわち、従来、青色ＬＥＤチップとＹＡＧ系蛍光体とからなる白色ＬＥＤが固有する色調の偏りのため不用としていた製品の数を削減させることによって、白色ＬＥＤの製品コストを低下させるものである。

また、本発明に係る白色発光装置によれば、白色ＬＥＤの欠点である色度バラツキを補償するために、新たに異波長を発光するＬＥＤチップや異種の蛍光物質の追加や蛍光体組成を変更する等の従来技術で行なっていた煩雑な構成にすることなく、目標とする所定白色域の発光を行うことを可能とするものである。
また、例えば本発明に係る白色発光装置をライン状照明装置の光源として用いることによって、経済的で所定の白色の色度で照明する明るいライン状照明装置を製造できる。

本発明に係る実施例１の白色発光装置の光源部を示す斜視図である。 本発明に係る実施例１の白色発光装置を駆動する電気回路図の一例を表す図である。 本発明に係る実施例１の２つ白色ＬＥＤの点灯時間の制御を説明するための図である。 ＪＩＳ Ｚ ８１１０による色度座標を用いて典型的な白色の領域を説明するための図である。 一メーカによる白色ＬＥＤの発光領域を４ランク分けしＣＩＥ色度図上に表した例を示す図である。 図５Ａのランク分けによる各エリアの角の座標値を示す図である。 一メーカによる白色ＬＥＤの発光領域を７ランク分けしＣＩＥ色度図上に表した例を示す図である。 図６Ａのランク分けによる各エリアの角の座標値を示す図である。 白色ＬＥＤ市販製品における発光色度をＡ、Ｂ、Ｃ域に再ランク付けしＣＩＥ色度図上に表した図である。 図７Ａの再ランク付けしたＡ、Ｂ、Ｃ域の各角の座標値を示す図である。 本発明に係る実施例１の白色発光装置の２つの白色ＬＥＤからの発光を混色する制御を説明する色度図である。 ランク付白色域から外側の帯状域の色度を発光する第一または第二の白色ＬＥＤとして用いる白色発光装置を説明するための図である。 本発明に係る実施例２の白色発光装置の発光の色度を説明するための図である。 本発明に係る実施例２の２つ白色ＬＥＤの点灯時間の制御を説明するための図である。 本発明に係る実施例３のライン状照明装置の構成を示す斜視図である。 本発明に係る実施例３のライン状照明装置の光源に用いる白色発光装置の放射面を説明するための図である。 本発明に係る実施例３のライン状照明装置を組み込んだＣＩＳユニットの断面を示す図である。 本発明に係る実施例３のライン状照明装置における照明光をＲＧＢに分光した長手方向の照度分布を説明するための図である。 白色ＬＥＤの色度のバラツキを示す分布図である。

本発明は、発明者が青色ＬＥＤチップおよび蛍光物質を有する白色ＬＥＤの特性を検討し、均一な白色度で高出力の光を発する白色発光装置および白色発光の照明装置を検討し、容易な構成により完成に至ったものである。

なお、本実施例における照明光源としての白色とは、典型的には図４に示すようにＪＩＳ規格においてＪＩＳ Ｚ ８１１０の参考付図１『系統色名の一般的な色度区分』として定められており、このなかで白、（青みの）白、（紫みの）白、（黄みの）白、（緑みの）白、（うすい）ピンクに区分される色であり、本発明においては典型的な『白色』と呼ぶ。

光の混合比を調整して照明光源の色が目標の白色になるように調整することをホワイトバランスという。この調整は測定センサ冶具を用いて行なうが、本実施例では、分光光度計を用い、白色ＬＥＤの明度、輝度、色度およびＣＩＥ色度図上のｘｙ座標等を測定または算出した。ただし、分光光度計以外の測定センサ冶具を用いてホワイトバランスを調整したとしても、本発明を実施するに際し、全く問題はない。

白色ＬＥＤの製造メーカ各社は、ＣＩＥ色度図上の白色点（ｘ＝０.３３、ｙ＝０.３３）を含んで、上述の典型的な白色の領域の中である一定の幅と長さの領域を白色ＬＥＤの発光領域としてランクして提供している。例えば日亜化学工業株式会社（以下Ｎ社と略す）の製品カタログ（２００８年度版）では、図５Ａに示すようにａ０、ｂ１、ｂ２、ｃ０の４つの領域にランク分けしている。各領域の角の座標値を図５Ｂに示す。また豊田合成株式会社（以下Ｔ社と略す）の青色ＬＥＤ＋蛍光体型の白色ＬＥＤの製品カタログ（２００８年版）では、発光領域を図６Ａに示すようにＡＡ、ＡＢ、Ｂ３〜Ｂ６、Ｃ０の７つの領域にランク分けしている。各領域の角の座標値を図６Ｂに示す。両社のランク付けした総領域はＣＩＥ色度図上において、同一で重なり、細分化した領域レベルで相違するだけである。

ここでは、本実施例の説明のために、これらのランク付領域をＡ、Ｂ、Ｃ域の３つに再ランク付した。つまり、Ｎ社のａ０領域とＴ社の（ＡＡ＋ＡＢ）領域が同じ領域（以下Ａ域と呼ぶ）であり、Ｎ社のｃ０領域とＴ社のＣ０領域が同じ領域（以下Ｃ域と呼ぶ）であり、Ｎ社の（ｂ１＋ｂ２）領域とＴ社の（Ｂ３＋Ｂ４＋Ｂ５＋Ｂ６）領域が同じ領域（以下Ｂ域と呼ぶ）であり、それぞれ重なる領域である。このように再ランク付した発光領域を図７Ａに示す。図７Ａに示すＡ域、Ｂ域およびＣ域が、白色ＬＥＤ市販製品における発光色度がランク付けされる領域である。なお、各域の角の座標値を図７Ｂに示す。図７Ａでは、Ｂ域とＣ域との境界上に白色点（ｘ＝０.３３、ｙ＝０.３３）が存在しており、図７Ａに示すようにＢ域は白色点から青色よりの領域である。

以下、この（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）域はランク付白色域と呼ぶ。またＢ域は所定白色域（所望の色調）と呼び、実施例の中での白色発光装置の発光色の目標色調である。このように、メーカが白色ＬＥＤの白色発光をランク付けしたランク付白色域は、所定白色域（Ｂ域）がその中央に位置し、その所定白色域から青色側にずれてＡ域が、黄色側にずれてＣ域がつながっているＣＩＥ色度図上の領域である。なお、図７Ｂに示すように、ＣＩＥ色度図上での座標値（ｘ，ｙ）は、所定白色域（Ｂ域）が（０．２９６，０．２７６）、（０．２８３，０．３０５）、（０．３３０，０．３６０）、（０．３３０，０．３１８）の４点で囲まれる範囲内の色度である。またＡ域が（０．２８０，０．２４８）、（０．２６４，０．２６７）、（０．２８３，０．３０５）、（０．２９６，０．２７６）の４点で囲まれる範囲内の色度であり、Ｃ域が（０．３３０，０．３１８）、（０．３３０，０．３６０）、（０．３６１，０．３８５）、（０．３５６，０．３５１）の４点で囲まれる範囲内の色度である。

また、本発明に係る白色発光装置またはライン状照明装置が用いられる画像読取装置においては、光源またはその反射光を人間の目が直接認識するべき対象ではなく、光電変換センサが受光して認識する機構である。したがって、発光色の中心色調は必ずしもＣＩＥ色度図上の白色点（ｘ＝０．３３、ｙ＝０．３３）である必要はなく、画像読取装置の調整できる範囲で光源コストの経済性を考慮して光源の色調を選定することとなる。

なお、Ｂ域の中央の座標として、図６Ａに示すＢ３〜Ｂ６領域の共通する角の座標値（ｘ＝０．３０７、ｙ＝０．３１５）を採用し、本実施例における色度の到達すべき目標座標値（目標色度点）とした。したがって、本発明の対象である画像読取装置における光源は、Ｂ域の白色ＬＥＤだけを用いて構成すれば色調ムラが容易に抑えられる点で好ましいが、Ａ域とＣ域とが不用となり、コストの観点からは考慮すべき課題である。

本発明は、メーカから提供されるランク付白色域の色度を発光する白色ＬＥＤにおいて、所定白色域（Ｂ域）から外れたＡ域またはＣ域を発光色とする白色ＬＥＤを用いて発光色の色調を整えて発光する白色発光装置またはライン状照明装置を提供するものである。その結果、不用となる白色ＬＥＤの数を削減するものである。以下、発明の具体的例示を説明する。

実施例１の画像読取装置に用いられる白色発光装置には、２個の白色ＬＥＤが設けられている。いずれの白色ＬＥＤにも、青色ＬＥＤチップと、この青色ＬＥＤチップから発光される放射光に励起されて黄色を発光する蛍光体層とが含まれている。なお、黄色は青色の補色である。ここでは、２個の白色ＬＥＤが設けられた白色発光装置２０について、図１〜図４および図９を参照しながら説明する。

本実施例の白色発光装置２０は、光源部１０と電流制御部３３とを含んで構成される。図１は、白色発光装置２０の光源部１０を図示している。この光源部１０には、上述したランク付白色域（Ａ域＋Ｂ域＋Ｃ域）のうち所定白色域（Ｂ域）から青色側にずれたＡ域の白色光を発光する第一の白色ＬＥＤ１１および所定白色域（Ｂ域）から黄色側にずれたＣ域の白色光を発光する第二の白色ＬＥＤ１２が、隣接してプリント基板１５上に実装されている。また、第一および第二の白色ＬＥＤ１１、１２は、その主たる発光方向つまり光軸が、互いに平行で、且つ略同一方向になるようにして隣接配置されている。プリント基板１５上には、給電するための配線１６として、２つの白色ＬＥＤ１１、１２に共通のアノードラインと、各白色ＬＥＤ１１、１２に接続されている２つのカソードラインとが設けられている。これらのアノードラインおよび２つのカソードラインは、それぞれ端子Ａ、Ｋ１、Ｋ２から外部に設けた電流制御部３３（図２参照）に接続されている。この電流制御部３３により、白色発光装置２０の光源部１０を構成する第一および第二の白色ＬＥＤ１１、１２が各々独立して駆動される。なお、図１では、青色ＬＥＤチップを覆っている蛍光体層を省略して図示している。

この実施例で用いられる白色ＬＥＤとしては、例えば、縦横寸法が約２．０×１．２ｍｍの市販されている表面実装型ＬＥＤパッケージ（日亜化学工業株式会社製；ＮＥＳＷ００７Ａ）であり、発光色調がＡ域およびＣ域である白色ＬＥＤを指定して入手する。または、上述した品番の白色ＬＥＤを入手して、その中から定格の順方向電流１０ｍＡでの点灯状態でＡ域を発光するものおよびＣ域を発光しているものを上述した測定センサ冶具によって識別して用いることができる。

本発明に係る白色発光装置は、２つの白色ＬＥＤの白色光を混色してＢ域の色度を得ようとするものであり、この関係について図８に示すＣＩＥ色度図を参照して説明する。なお、各域の角の座標値は、図７Ｂと同一である。ここでは、第一の白色ＬＥＤが図８に示すＣＩＥ色度図上でＡ域の色度点ＰＡ１の白色光ＬＡ１を発光し、第二の白色ＬＥＤが図８に示すＣ域の色度点ＰＣ１の白色光ＬＣ１を発光するもので構成した。

第一と第二の白色ＬＥＤの発光色による混色を図８に示す点ＰＤ０に合せるためには、点ＰＡ１の白色光ＬＡ１の明度と点ＰＣ１の白色光ＬＣ１の明度とで重み付けして、点ＰＡ１の色度座標と点ＰＣ１の色度座標とを加重平均した値が所定の色度座標になるように、明度を調整すれば良い。なお、点ＰＤ０は混色の到達すべき目標点であり座標値は（ｘ＝０．３０７、ｙ＝０．３１５）とし、上述したＢ域の中央の座標である。

本実施例の白色ＬＥＤによる発光色の明度（明るさ）の調整は、色調変化が少ないことで推奨されている、各ＬＥＤチップを駆動する順方向電流を一定にし、パルス幅を変更するＰＷＭ制御で行なった。

次に、本実施例の白色発光装置２０における混色の調整方法について説明する。図２は白色発光装置２０を駆動するための電気回路の一例を示す図である。この電気回路には、光源部１０および電流制御手段である電流制御部３３が含まれている。光源部１０は図１に示す部分に相当する。電流制御部３３には、第一および第二の白色ＬＥＤ１１、１２に流れる電流を制御する電流制御部が各々独立して設けられている。例えば、第一および第二の白色ＬＥＤ１１、１２毎に、光源部１０の２つのカソード端子Ｋ１、Ｋ２に電流調整回路２１、２２が互いに並列に接続されている。また、各白色ＬＥＤ１１、１２をＯＮ・ＯＦＦするトランジスタＴ１、Ｔ２が電流調整回路２１、２２にそれぞれ接続されている。トランジスタＴ１、Ｔ２は、グランドＧＮＤに接続されている。

電流調整回路２１、２２には、例えば、オペレーションアンプ、トランジスタおよび電流制限抵抗Ｒ１または電流制限抵抗Ｒ２が設けられている。電流制御部３３により白色ＬＥＤ１１、１２にはそれぞれに定めた順方向電流が流され、ＰＷＭ制御の方式でトランジスタＴ１、Ｔ２がそれぞれＯＮ・ＯＦＦして白色ＬＥＤ１１、１２の点灯が制御される。このような電流制御部３３は電流制御手段として機能する。

次に、本実施例の白色発光装置２０が混色した発光色を、実質的に色度図上で到達すべき目標点にさせるための電流制御について説明する。図３は、第一および第二の白色ＬＥＤ１１、１２の点灯時間についてＰＷＭ制御を行うタイミングチャートである。
まず、パルスの周期Ｔを１０ｍ秒とし、第一および第二の白色ＬＥＤ１１、１２を駆動する電流を電流調整回路２１、２２を用いて定格１０ｍＡとし、第一の白色ＬＥＤ１１の点灯時間ｔ１を一周期当たり５ｍ秒間として、白色発光装置２０を動作させる。なお、白色ＬＥＤ１１、１２の駆動電流はそれぞれ電流調整回路２１、２２により設定し、点灯時間ｔ１はトランジスタＴ１により調整する。

次に、白色発光装置２０の発光面上方の、２つの白色ＬＥＤ１１、１２からの発光が充分混ざり合う距離をとった位置、または散乱板を置いたその上方に測定センサ冶具を設置し、白色発光装置２０の発光色の色度測定を開始する。ここでは、周期Ｔの数１０倍以上を測定時間として色度測定を開始する。

その後、白色ＬＥＤ１２の一周期当たりの点灯時間ｔ２をトランジスタＴ２で調整し、白色発光装置２０による発光の色度測定値が図８に示すＢ域の中央の点ＰＤ０（ｘ＝０．３０７、ｙ＝０．３１５）とほぼ合致する点灯時間ｔ２を見出す。

ここで、白色発光装置２０により混色された発光色の色度を、ＣＩＥ色度図上で目標とするＢ域のほぼ中央の座標値の点ＰＤ０にほぼ合致させるためには、電流制御部３３によるＰＷＭ制御により、第一の白色ＬＥＤ１１をデューティ比Ｄ１＝ｔ１／Ｔで点灯させ、第二の白色ＬＥＤ１２をデューティ比Ｄ２＝ｔ２／Ｔで点灯させればよい。

なお、選択した第一の白色ＬＥＤの発光色に対応するＡ域内での座標位置や、第二の白色ＬＥＤの発光色に対応するＣ域内での座標位置によっては、その混色を点ＰＤ０に合せることができない場合がある。しかし、Ｂ域内の色度には合せることができるので、充分に本発明の課題を解決するのに満足できるものである。また、全ランク付白色域がＡ域＋Ｂ域＋Ｃ域と弓形に繋がっているのでＡ域とＣ域で弓形の極端に内側となる色度を発光する白色ＬＥＤを選択した場合には、極まれに混色の色度座標がＢ域から僅かに外れることがある。この場合はこの混色の色度が許容できるか否かを判断すればいい。

比較的狭い所定白色域を発光する白色ＬＥＤだけを選択して色むらを抑えた従来の白色発光装置に対し、本発明に係る白色発光装置は、製品として提供されているランク付白色域の中で所定白色域から外れた色度の発光色の白色ＬＥＤをも組合せて使用するものである。したがって、本発明によれば、青色ＬＥＤチップとＹＡＧ系蛍光体とからなる白色ＬＥＤが固有する色調の偏りのために従来選別し不用としていた白色ＬＥＤの数を削減させることによって、製品コストを低下させることができる。

また、本発明によれば、白色ＬＥＤの欠点である色度バラツキを補償するために、新たに異波長を発光するＬＥＤチップや異種の蛍光物質の追加や蛍光体組成を変更する等の従来技術で行なっていた煩雑な構成にすることなく、目標とする所定白色域の発光ができる白色発光装置の製作を可能とするものである。

なお、白色発光装置２０における電流制御として、ＰＷＭ方式の制御に代えて、白色ＬＥＤ１１、１２を駆動する電流の大きさの制御を行ってもよい。電流の大きさの制御は、電流調整回路２１、２２により行うことが可能である。また、ＰＷＭ方式の制御と電流の大きさの制御とを組合せてもよい。

また、上述の実施例では、白色ＬＥＤの発光する色度をメーカが提供するランク付白色域に基づいて説明した。しかし、青色ＬＥＤチップとＹＡＧ系蛍光体からなる白色ＬＥＤが発光する色度の分布は、ＣＩＥ色度図上で青色ＬＥＤチップの青色の発光域と蛍光体が発光する黄色域との間の白色域を図９に示す帯状域６６にも分布し得るものである。先に定義した規格ＪＩＳ Ｚ ８１１０の参考付図１（図９参照）による典型的な白色域６７は、ランク付白色域（Ａ域＋Ｂ域＋Ｃ域）６５の外側まで広がり、ＣＩＥ色度図で白色点より青色側の点（ｘ＝０．２３，ｙ＝０．２１）から黄色側の点（ｘ＝０．４１，ｙ＝０．４１）までをほぼ長径とする楕円状の領域である。本発明は、この典型的な白色域６７内で白色ＬＥＤの発光色が分布する色度の帯状域６６の白色ＬＥＤにも用いることが可能である。

このランク付白色域の外側の帯状域６６で所望白色域（Ｂ域）から青色側にずれた色度の白色発光する白色ＬＥＤを第一の白色ＬＥＤとし、同様にランク付白色域の外側の帯状域６６で所望色度域（Ｂ域）から黄色側にずれた色度の白色発光する白色ＬＥＤを第二の白色ＬＥＤとして、上述した実施例と同様に適応して白色発光装置を製作する。そして、第一の白色ＬＥＤの発光色がＡ域より更に青色側にずれた白色域の色度である場合、または第二の白色ＬＥＤの発光色がＣ域より更に黄色側にずれた白色域の色度である場合であっても、電流制御部３３のＰＷＭ制御によって、同様に白色発光装置２０としてその発光色度をＢ域内の色度に合せることが可能である。

このように第一または第二の白色ＬＥＤの発光する色度を帯状域６６の中の広い領域で広く選択した場合、２つ白色ＬＥＤからの発光の混色の目標色度点または所定白色域は、必ずしもＢ域内に限定する必要はなく、２つの白色ＬＥＤが発光する色度点の間の中央域であればよいし、この混色の色度点がＢ域より青色側や黄色側に移動してもよい。

このようにランク付白色域から外側の広いエリアの色度を第一または第二の白色ＬＥＤの発光色として選択可能にすることにより、一層白色ＬＥＤの利用性が増し製品コストを低下できる。

実施例２では、実施例１の白色発光装置で用いた２個の白色ＬＥＤを有効に駆動して両者の発光色を混色した白色発光装置の明度をより高くする駆動電流のＰＷＭ制御に関するものである。さらに本実施例のＰＷＭ制御によって、発光する色度が広い領域に分布している白色ＬＥＤを選択して用いることを可能にする白色発光装置に関するものである。なお、実施例２の第一および第二の白色ＬＥＤの発光色は、実施例１と同様にそれぞれＡ域、Ｃ域内の色度で説明する。

まず、ＣＩＥ色度図において、用いる２個の白色ＬＥＤ１１、１２が発光するそれぞれの色度の座標点から混色後の色度の目標点ＰＤ０までの距離に差がある場合、これら２つの白色ＬＥＤで構成される白色発光装置の色度を調整する電流制御について説明する。このとき、第一の白色ＬＥＤ１１と第二の白色ＬＥＤ１２との定格電流での発光光度がほぼ同じであるものを選択することが好ましい。光度を揃えるには、光度ランクを指定してメーカから入手するか個々に駆動して光度を測定して選択すれば良い。

例えば、図１０のＣＩＥ色度図に示すように、第一の白色ＬＥＤ１１による発光色の色度ＬＡ２がＡ域のＰＡ２に位置し、第二の白色ＬＥＤ１２による発光色ＬＣ２の色度がＣ域のＰＣ２に位置する。この２つの点ＰＡ２、ＰＣ２を結ぶ線分上で且つＢ域のほぼ中央に位置する点ＰＤ０の色調に調整する場合を説明する。そのためには、ＰＡ２、ＰＣ２の座標にその発光色ＬＡ２、ＬＣ２の明度を重み付けした加重平均がＰＤ０の座標値になるようにそれぞれの発光色の明度を調整すれば良い。本実施例の場合、図１０に示すように距離（ＰＡ２−ＰＤ０）間と距離（ＰＣ２−ＰＤ０）間との距離比が１対２であるので、発光色ＬＡ２とＬＣ２の明度の比を距離比に反比例する２対１に調整することで白色発光装置からの混色の発光色は点ＰＤ０の色度になる。

上述した説明は、図１０に示すように、第一の白色ＬＥＤの色度ＰＡ２、混色の目標色度点ＰＤ０および第二の白色ＬＥＤの色度ＰＣ２が、ＣＩＥ色度図上でほぼ同一直線にある場合である。しかし、これらが同一直線上になくても、距離（ＰＡ２−ＰＤ０）間と距離（ＰＣ２−ＰＤ０）間との距離に反比例して発光色ＬＡ２とＬＣ２の明度を設定すれば、両者の発光色の混色は概ね所定白色域（Ｂ域）の色度となり好適である。

この混色の調整法を別に表現すると、混色後の色度の目標点ＰＤ０に近い色度で発光する白色ＬＥＤの明度を目標点ＰＤ０から遠い位置の色度で発光するもう一方の白色ＬＥＤより高くすることである。この２つの白色ＬＥＤに光度のほぼ同じものを選択した本実施例の白色発光装置では、電流制御部３３を用いて、目標点ＰＤ０により近いほうの白色ＬＥＤ１１の駆動電流として図２の電流調整回路２１により定電流（パルス電流ではなく）を持続供給した。この状態でもう一方の白色ＬＥＤ１２の駆動電流だけをＰＷＭ制御で供給し、そのパルス幅ｔ２を実施例１と同様の方法で２つの白色ＬＥＤの混色が目標色度に合うように決定した（図１１参照）。

この図１１に示す電流制御の他に、電流制御部３３を用いて、周期Ｔを１００ｍ秒、ｔ１（白色ＬＥＤ１１の駆動電流でＰＷＭ制御したパルス幅）を９０ｍ秒、ｔ２を４５ｍ秒に設定したところ、混色はほぼ目標色度であるが、その明度は図１１の電流制御した方が高くなることを確認した。勿論、ｔ１を周期と同じにして白色ＬＥＤ１１を連続駆動させ、ｔ２をｔ１の半分に設定して白色ＬＥＤ１２を駆動する設定も好適である。

以上のＰＷＭ制御におけるパルス幅の設定方法をまとめると、第一および第二の白色ＬＥＤの２個について、各々発光の色度を測定センサ冶具で予め測定し、ＣＩＥ色度図上における混色後の目標色度点ＰＤ０までのそれぞれの距離を算出する。この距離が短い方の白色ＬＥＤの駆動電流は定電流で供給する。または、ＰＷＭ制御で電流供給する場合は、そのパルス幅Ｐのデューティ比が極大になるように設定する。他方、この距離が長い方の白色ＬＥＤを駆動するためのパルス幅ｐは、パルス幅Ｐに対しこの距離比に反比例する値に設定するのが好適である。勿論、実施例１のように測定センサ冶具で混色をモニターしながら目標色度点までの距離が長い方の白色ＬＥＤを駆動するパルス幅を調整しても良い。

本実施例では、点ＰＤ０から近い白色ＬＥＤ１１のパルス幅ｔ１と遠い方の白色ＬＥＤ１２のパルス幅ｔ２との比（ｔ１／ｔ２）は、ｔ１が極大であることからより大きく設定できる。このことは、距離（ＰＡ２−ＰＤ０）に対する距離（ＰＣ２−ＰＤ０）を長くとることができ、混色の目標点ＰＤ０からより遠くの色度を発光する白色ＬＥＤの利用を可能とするものである。このことは所定白色域（Ｂ域）から外れた色度を発光する白色ＬＥＤの利用性を向上させて、白色ＬＥＤを入手する際のトータルコストを下げることができる。

実施例３は、実施例１の白色発光装置２０を用いたライン状照明装置５０に関するものである。このライン状照明装置５０について図１２〜図１５を参照して詳細に説明する。

本実施例のライン状照明装置５０は、例えば、画像読取装置における紙面等の原稿面を照明するために用いられる。このライン状照明装置５０には、図１２に示すように、透明材料から構成された棒状の導光体５１およびその一方の端部に設けられた入射面５４に向けて配置された光源部１０が設けられている。光源部１０には、端子リード６２を介して、実施例１のように電流制御部３３が接続されている（図１２では図示せず）。そして、導光体５１には、入射面５４から入射された光を導光体５１の内面で反射させながら長手方向に導く導光部５２および導光部５２からの光を長手方向のライン状に亘って出光させるための出光面を有する出光部５３が設けられている。

また、光源部１０からの光が無駄なく導光体５１の入射面５４から入射できるように、図１３に示すように、光源部１０の光を放射する放射面６３の外形寸法は、導光体５１の入射面５４の外形内に余裕をもって収まるように設計されている。例えば、光源部１０の光を放射する面側には、１個のサイズが１．２ｍｍ×２ｍｍの白色ＬＥＤを、図１３に示すように２個並べ、光源部１０の光を放射する面側の外形寸法は２．５ｍｍ（横方向）×２ｍｍ（縦方向）である。一方、図１２に示す導光体５１の入射面５４の外形サイズは、３．５ｍｍ（Ｗ方向）×２．５ｍｍ（Ｈ方向）に形成している。また、光源部１０の放射面６３を導光体５１の入射面５４のできるだけ近くに配置することにより、白色発光装置２０からの光を無駄なく導光体５１に入射させる設計である。

なお、導光体５１としては、例えば、３種類の波長（例えば赤、緑、青）のＬＥＤを並べて配置（配置位置が異なる）した三原色カラー光源用に対応した導光体を用いることができる。つまり、波長の違う複数の光源から光を入射面から入光させ、各波長に対して導光体内で適切な反射および散乱が行われて、長手方向に亘って各波長の出力が均等に分布して出光するライン状照明用として設計したものを用いることができる。このような機能を有する導光体の詳細は、例えば特許文献１に開示されている。

したがって、光源として用いた白色発光装置２０の光源部１０の２つの白色ＬＥＤ１１、１２の間に、発光色の色調の差があり、且つ２つの発光中心点が同位置でない場合であっても、更には白色発光装置２０から入射面５４までの距離が短くこの間で充分な混色が取れない場合であっても、導光体５１は、入射面５４からの入射光を充分に混色して均一な白度分布のライン照明光を出射させることができる。

本発明者らは、本実施例のライン状照明装置５０の上述の効果を、以下の手順で確認した。まず、図１４に示すように、ライン状照明装置５０を、画像読取装置を構成する密着型イメージセンサユニット（以下ＣＩＳユニットと略す）６０に組み込んだ。なお、図示しないが、白色発光装置２０の電流制御部３３はコネクタ６１を経由して接続した。

このＣＩＳユニット６０では、紙面原稿５９からの反射光をレンズアレー５５でラインセンサ５６に結像させた。ラインセンサ５６としては、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色を受光して光電変換するための直線で３列の画素列から構成されたものを用いた（図示を略す）。このラインセンサ５６では、各画素列上に、ＲＧＢに対応した透過波長域をもつ３種類のカラーフィルタが配置されている。したがって、各画素列はそれぞれＲＢＧの各色に対応した分光感度で機能する。このようなセンサアレイは、例えば特許文献３等に記載されている。

したがって、このＣＩＳユニット６０は、紙面原稿５９からの白色の反射光をＲＧＢの各色に分光し、画素列の長手方向に並んだ画素毎に照度を測定することが可能である。この画素毎の照度測定値は、導光体５１における長手方向の一方の端面である入射面側から他方の端面までに対応する照度分布として表せる。

次に、紙面原稿５９を取決めた基準用白色紙面に取換えてから、実施例１と同様に、電流制御部３３を用いて第一および第二の白色ＬＥＤ１１、１２の両方を駆動させた。そして、ライン状照明装置５０の照明光をＲＧＢ各色の相対照度をライン方向の照度分布として測定した。このとき、両白色ＬＥＤ１１、１２に流れる電流はそれぞれ１０ｍＡに設定した。この照度分布の測定結果では、図１５に示すように、赤色および緑色の相対照度はほぼ同じ値で長手方向の分布は略均一分布であった。また、青色は長手方向の分布がほぼ均一な分布であり、赤色および緑色に比べ高い相対照度を示していた。

実施例３のライン状照明装置５０に用いた白色発光装置２０の発光色は、実施例１において図７ＡのＢ域の色度になるように調整した光源であり、青色の相対照度がやや大きくなっている。しかし、赤、緑、青の相対照度の大小差は、ＣＩＳユニットをコントロールする画像読取装置にあるデータ処理部で調整可能としている。実施例１の白色発光装置２０からの発光を導光体５１に取込んでライン状に紙面を照明するライン状照明装置のメリットは、導光体５１の中で２つ白色ＬＥＤからの色調の違う発光色の充分な混色がされることである。青色ＬＥＤチップとＹＡＧ系蛍光体とからなる白色ＬＥＤの欠点は、発光の光束周辺では黄色が強い等、光束の中央と周辺とで色ムラがあることである。第一および第二の白色ＬＥＤからの各発光色を導光体５１の中で充分散乱し混色してからライン状の光束で原稿面を照明しており、その反射光をレンズアレー５５を経由してラインセンサ５６で受光し光電変換した出力が図１５である。図１５に示すように、ＲＧＢ各色の相対照度に差（青色が大きい）があるが、原稿からの反射光はＣＩＳユニットの主走査方向（入射面側から反対面側）に亘って各色ともムラ無く混色しており、ほぼ一定で均質な相対照度であることが確認できた。したがって、本実施例のライン状照明装置は、実施例１の白色発光装置２０の特性を有効に生かした発明である。また、実施例２の白色発光装置を用いても同様の効果があるライン状照明装置となり得る。

本発明に係る白色発光装置およびライン状照明装置は、イメージスキャナ、ファクシミリあるいは複写機等のカラー対応する画像読取装置で有効に利用される。

１０ 白色発光装置の光源部
１１ 第一の白色発光素子
１２ 第二の白色発光素子
１３ 青色ＬＥＤチップ
２０ 白色発光装置
３３ 電流制御部
５０ ライン状照明装置
５１ 導光体
５４ 入射面
５５ レンズアレー
５６ ラインセンサ
５７ ＣＩＳ用プリント基板
５８ 透明ガラス製原稿支持台
５９ 紙面原稿
６０ 密着型イメージセンサユニット，ＣＩＳユニット
６３ 放射面
６５ ランク付白色域
６６ 帯状域
６７ 典型的な白色域

Claims (3)

1. 青色ＬＥＤチップと蛍光体とを有する白色ＬＥＤを用いた、画像読取装置における白色発光装置において、
   ＣＩＥ色度図の所定白色域から青色側にずれた色度を白色発光する第一の白色ＬＥＤおよび前記所定白色域から黄色側にずれた色度を白色発光する第二の白色ＬＥＤが光軸を略同一方向に隣接配置された光源部と、
   前記第一および第二の白色ＬＥＤにおける前記青色ＬＥＤチップを各々独立して駆動する電流制御手段と
   を備え、
   前記電流制御手段は、前記第一および第二の白色ＬＥＤのうち少なくとも一方の駆動電流をＰＷＭ制御するものであり、ＣＩＥ色度図における目標色度点から前記第一の白色ＬＥＤの発光する色度点までの距離と前記目標色度点から前記第二の白色ＬＥＤの発光する色度点までの距離とに反比例して前記第一および第二の白色ＬＥＤを駆動するためのそれぞれのパルス幅を設定することにより、
   前記第一および第二の白色ＬＥＤからの発光の混色を前記所定白色域の色度に調整することを特徴とする白色発光装置。
2. 透明部材からなる棒状導光体の長さ方向の端面に設けた入射面に向けて配置した光源から入射した光を棒状導光体の内面で反射させながら長さ方向に沿って設けた出光面から出光せしめるようにしたライン状照明装置であって、前記光源は請求項１に記載した白色発光装置であることを特徴とするライン状照明装置。
3. 前記白色発光装置の光を放射する放射面の外形が、導光体の入射面の外形に収まる寸法であることを特徴とする請求項２に記載のライン状照明装置。

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