JPH07212537A

JPH07212537A - 読取用標準光源の作成方法及び光源装置

Info

Publication number: JPH07212537A
Application number: JP485094A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Shimizu; 義則清水
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 1994-01-20
Filing date: 1994-01-20
Publication date: 1995-08-11

Abstract

(57)【要約】【目的】発光ダイオードを用いて均一性、安定性に優
れ高精度で制御可能な読取用標準光源の作成方法及び光
源装置を提供する。【構成】本発明の読取用標準光源の作成方法は、光源
として多数の発光ダイオードからの発光を用い、この発
光を積分球内で均一な発光色とし、この均一な発光色を
積分球内で複数の光ファイバの一端から導入し、積分球
の外部に導出した光ファイバの他端を読取試料に任意形
状に照射することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、色再現のため、即ち、
原稿用紙、写真、フィルム等の読取試料をフルカラーで
読み取るため、発光色を均一にし且つ高精度で制御可能
な読取用標準光源の作成方法及び光源装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、カラーコピー機を始め、コンピュ
ータ機器の発展に伴い、画像をカラーで取り込み、各種
の処理を行った後、カラーで出力する用途が急速に広が
りつつある。これらの機器では、通常、一次元の固体撮
像素子（ＣＣＤ）を使い、光源を切り替えながら、光の
３原色で走査して画像入力を行うことが多い。又、白色
光源を用いてフィルタを使用し、同様な効果を得る場合
もある。この場合、光源としては電球、蛍光灯、冷陰極
線管等が用いられており、最近、特に光の３原色として
３色の蛍光体をそれぞれ単独に塗布した冷陰極線管が使
用されることが多い。

【０００３】しかし、このような冷陰極線管は線状光源
であるが、以下のような欠点が多々存在する。１）両端部での輝度が中心部に比べてかなり落ちる。２）温度によって出力が変動しやすい。３）交流点灯であるので、微妙な制御が困難である。４）高電圧を必要とし、このため、発生ノイズも大き
い。５）インバータが必要である。

【０００４】このような冷陰極線管の欠点のため、冷陰
極線管に代わって発光ダイオードを用いることが考えら
れる。特に、赤色及び緑色に比べて、著しく発光輝度の
低かった青色発光ダイオードにつき、本出願人の窒化ガ
リウム系発光ダイオードチップが開発され、この青色発
光ダイオードでは、駆動電圧３，６Ｖで波長４５０ｎｍ
で１０００ないし２０００ｍｃｄとする高輝度なもの
（例えば、日亜製ＮＬＰＢ５００）であるため、赤色、
緑色及び青色をそれぞれ直線状に併設して光源として使
用されることが考えられる。

【０００５】しかしながら、本来、発光ダイオードは、
電球や蛍光灯に比べて、輝度のばらつきが大きく、そこ
で、発光ダイオードを単に直線状に併設しても均一な光
源になり難く、輝度ムラを予め記憶して補正する等の大
がかりな処理が必要となるとの難点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明はこの
ような事情を鑑みて成されたものであり、その目的とす
るところは、発光ダイオードを用いて均一性に非常に優
れた読取用標準光源の作成方法及び光源装置を提供する
ことにある。

【０００７】また、本発明の目的は、発光ダイオードを
用いて、安定性に優れると共に高精度で制御可能な読取
用標準光源の作成方法及び光源装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、複数の発
光ダイオード、とりわけ、赤色、緑色及び青色の発光ダ
イオードと積分球とを組み合わせることにより、完全に
均一化されて混色された光を得ることに着目し、次い
で、この均一な光を積分球内で光ファイバに導入し、光
ファイバにより外部に導出させ、しかも任意形状に光フ
ァイバの出力端を配置することにより、任意形状の光源
を得ることを見い出し、本発明の読取用標準光源の作成
方法及び光源装置を完成させるに到った。

【０００９】また、本発明者等は、光ファイバの出力端
の一部を検出器に当て、増幅器、演算器及び発光ダイオ
ードの駆動回路に接続して帰還することにより、全体の
光出力を高精度に制御することができることを見い出し
た。

【００１０】即ち、本発明の読取用標準光源の作成方法
は、光源として多数の発光ダイオードからの発光を用
い、この発光を積分球内で均一な発光色とし、この均一
な発光色を積分球内で複数の光ファイバの一端から導入
し、積分球の外部に導出した光ファイバの他端を読取試
料に任意形状に照射することを特徴としている。

【００１１】この読取用標準光源の作成方法では、発光
ダイオードが赤色、緑色及び青色の光３原色からなって
おり、光ファイバの他端の一部が検出器に導入され、こ
の検出器から時分割された赤色、緑色及び青色の光３原
色の信号に分解され、増幅器、演算器及び発光ダイオー
ド駆動回路を介して、発光ダイオードが補正されること
が好ましい。

【００１２】又、本発明の光源装置は、光源として少な
くとも赤色、緑色及び青色の光３原色をからなる多数の
発光ダイオードと、これら発光ダイオードを覆う積分球
と、この積分球内に一端を挿入した多数の光ファイバ
と、これら光ファイバの他端を読取試料に対し所定間隔
で配置した照射部と光ファイバの他端の１つに対応して
形成された検出器とこれに接続した増幅器及び発光ダイ
オード駆動回路とからなって発光ダイオードを個々に駆
動を補正する補正部と、からなっていることを特徴とし
ている。

【００１３】好適には、上述の光源装置では、青色発光
ダイオードが窒化ガリウム系発光ダイオードチップから
なっていてもよい。

【００１４】また、上述の光源装置では、積分球内の発
光ダイオードがプリント基板上に配設されていることで
もよい。

【００１５】さらに、上述の光源装置では、照射部の光
ファイバの他端が直線状に配置されることであってもよ
い。

【００１６】そして、積分球が、中空容器の内部に白色
顔料を塗布したものであるか、白色のセラミックより形
成されているか、発光ダイオード上に形成されたモール
ド樹脂部と、このモールド樹脂部上に形成された拡散反
射層と、この拡散反射層に積層された遮光塗料部とから
なっているかのいずれかであってもよい。

【００１７】

【作用】上述した読取用標準光源の作成方法では、発光
ダイオードを光源として用い、積分球により均一な混色
が得られ、しかも、光ファイバにより任意の形状に導出
されるので、以下のような長所を得られる。１）光出力に脈動がなく、安定している。２）１μ秒以下の高速で瞬時に任意の色調に切り替える
ことができる。３）同一光学系から任意の色調の光を出力できる。４）光量のムラがほとんどない。５）直流駆動回路のため、ノイズの発生が無い。

【００１８】また、上述した光源装置では、読取用標準
光源が上述の如く均一性、安定性に非常に優れたもので
あって、高精度で制御可能な光源装置が実現できる。

【００１９】

【実施例】以下、図１及び図２を参照しながら、本発明
の実施例について詳述する。図１には、本発明の光源装
置の概略構成説明図が示されている。この光源装置は、
表面に好適な拡散反射層を形成されたステム２と、この
ステム２上に配置された光源としての複数の発光ダイオ
ード４と、ステム２に連接されると共に発光ダイオード
２を覆う積分球６と、ステム内を貫通して設けられると
共に一端部を積分球６内に光学的に結合された光ファイ
バ束８とからなっている。そして、光ファイバ束８を構
成する各光ファイバ１０における光ファイバ束８の他端
部の各端は、読取試料Ａに対し任意の形状、即ち、必要
な形状、例えば、直線状に配置されている。また、光フ
ァイバ束８の一部の光ファイバ１０の端には、フォトダ
イオードからなる検出器１２が設けられ、この検出器１
２には、増幅器１４、演算器１６及び発光ダイオード駆
動回路１８がそれぞれ直列に接続されている。発光ダイ
オード駆動回路１８は、各発光ダイオード４を電流で制
御している。

【００２０】積分球６は、遮光された中空容器部６０
と、中空容器部６０内に、高反射率の白色顔料、例え
ば、硫酸バリウム、酸化マグネシウム等で形成された拡
散反射層６２とからなっている。積分球６は、ガラス、
セラミック、金属からなっていてもよく、また、中空と
することなく、モールド樹脂から充填されていてもよ
い。さらに、積分球には、完全な球形が望ましいが、光
の均一性を多少犠牲にするならば、完全な球形でなくと
も、遮光及び拡散反射を機能すれば、楕円形、正方形で
あってもよい。

【００２１】図２を参照すれば、ステム２上に配置され
た発光ダイオード４の１例が示されている。要求する光
出力、発光色等と各発光ダイオード４の性能により発光
ダイオード２の数は任意に選択されても良いが、図２に
示すように、発光色が白色の場合、赤色発光ダイオード
４Ｒ、緑色発光ダイオード４Ｇ及び青色発光ダイオード
２Ｂがそれぞれ最小の１個ずつである。このステム２の
中心部には、窓部２２が設けられており、この窓部２２
には、上述したように、光ファイバ束８の一端が挿入さ
れている。この光ファイバ束８の一端には、発光ダイオ
ード４から直接に光が入らないことが好ましく、遮光部
を設けるか又は図１に示されるようにステム２より上方
に位置させるか等の工夫を要する。

【００２２】次に、このように構成された光源装置の動
作を説明しながら、本発明の読取用標準光源の作成方法
について説明する。

【００２３】まず、要求する任意の標準光源の色特性、
例えば、色温度、色座標、或いは単色、混色等の色条件
に合わせて設定された電流を各発光ダイオード４に流
す。発光ダイオード４はその素子の形状や電極のパター
ンにより不均一な光を発するが、各発光ダイオード４か
ら出た光は、積分球６の拡散反射層６２やステム４の表
面に設けられた拡散反射層によって、理想的な拡散に近
い無秩序な散乱反射を繰り返し、完全に混色されて均一
化する。一部は吸収されて消滅するが、大部分はやがて
ステムの窓部２２の光ファイバ束８の一端に到達し、各
光ファイバ１０を介して、出力端である光ファイバ１０
の他端から放出され、この放出された光が読取試料Ａに
照射される。読取試料Ａに照射された光は、その後、好
適な固体撮像素子（ＣＣＤ）に読み取られる。

【００２４】出力を安定させるため、光ファイバ１０の
一部の端を、フォトダイオードからなる検出器１２に導
入し、増幅器１４、演算器１６及び発光ダイオード駆動
回路１８を介して、発光ダイオード４に帰還をかける。
これにより、極めて安定な出力を得ることもできるし、
高精度な光特性の制御をすることができる。

【００２５】この場合、発光ダイオード２を多数電気的
に直列に並べた構造のものと異なり、フォトダイオード
の検出器１４と帰還用増幅器１４とは、１系統あれば安
定化させることが可能である。この１系統により高度に
安定化させることが可能であるので、特に微妙な色調を
要求する写真の読取装置の読取用光源として好適であ
る。

【００２６】以下に光源装置の具体的な例について説明
する。

【００２７】（例１）直径１０ｍｍで、中心部に直径３
ｍｍの光ファイバ束８用の窓部２２を有し、その表面
に、銀メッキを施し、即ち、接続部を除き拡散反射層を
施したステム２上に、ＧａＡｌＡｓダブルヘテロ形赤色
発光ダイオード４Ｒ、ＧａＰのピュアグリーンの緑色発
光ダイオード４Ｇ及びＧａＮ系高出力の青色発光ダイオ
ード４Ｂを、それぞれステム２の窓部２２を中心として
対称形に２個ずつ実装する。この場合、ステム２を共通
端子として利用するためにｐ−ｎ接合のｎ側を積分球６
側に選定した方が好都合であるが、図３又は図４に示さ
れるように、配線することが好ましい。ボンディングワ
イヤで配線した後、このステム２に、中空容器６０の内
面、即ち、直径１５ｍｍのガラス球の内面に、硫酸バリ
ウムに少量のアクリル系バインダを混合した溶液を塗布
して拡散反射層６２を形成した積分球６を接着する。積
分球６の外周部に銀ペイント等で遮光する。このステム
２の窓部２２に光ファイバ束８を挿入する。この光ファ
イバ束８は、０．２５φｍｍの各光ファイバ１０（三菱
レーヨン製、商品名エスカ）を１１０本束ねたものであ
り、光ファイバ１０の一端を円状にし、他端を直線状に
並べて形成する。この場合、均一性のため、各光ファイ
バ１０の長さを同一とすることが好ましい。そして、光
ファイバ１０の一部の端を、フォトダイオードからなる
検出器１２に導入し、増幅器１４、演算器１６及び発光
ダイオード駆動回路１８を介して、発光ダイオード４に
帰還をかける。

【００２８】このようにして得られた読取用光源は、赤
色、緑色及び青色の発光ダイオード４Ｒ、４Ｇ、４Ｇに
流す電流を変化させることにより、均一な任意の色の線
状光源として動作する。

【００２９】（例２）上述の例１と異なって、プリント
基板に赤色、緑色及び青色の発光ダイオード４Ｒ、４
Ｇ、４Ｇを実装し、また、積分球６としてマグネシア磁
器成形体を用いた。

【００３０】プリント基板を使用することにより、赤
色、緑色及び青色の発光ダイオード４Ｒ、４Ｇ、４Ｇの
実装が容易となり、また、マフネシア磁器成形体によ
り、積分球６に拡散反射層６２を形成することなく、簡
単に光源装置を作成することができ、出来上がった光源
は、例１と同様に、赤色、緑色及び青色の発光ダイオー
ド４Ｒ、４Ｇ、４Ｇに流す電流を変化させることによ
り、均一な任意の色の線状光源として動作する。

【００３１】（例３）上述の例１と異なって、積分球６
に中空容器６０を使用することなく、図５に示されるよ
うに、ステム２上にモールド樹脂部６４を形成し、次い
で、このモールド樹脂部６４上に、硫酸バリウム粒子か
らなる拡散反射層６４を形成し、さらに、この拡散反射
層６４に、銀ペイントからなる遮光塗料部６８を積層し
た。

【００３２】その他は例１と同様に構成し、これによ
り、温度変化、経時変化の少ない光源が得られた。

【００３３】上述した例では、光ファイバ１０の出力端
に、セルフォックスレンズ、柱状レンズ等の光学系レン
ズを組合せなかったが、この発明によれば、光ファイバ
１０の出力端に光学系レンズを組合せることにより、よ
り効果的に集光させることもできる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の読取用標
準光源の作成方法によれば、極めて均一な光源が得ら
れ、しかも、光ファイバの出力端の形状を変えることに
より、線状光源、面状光源とすることができ、しかも、
発光ダイオードの電流を変化させることにより、任意の
色特性の光源が得られる。

【００３５】また、本発明の読取用標準光源の作成方法
によれば、安定性に優れると共に高精度で制御可能な光
源が容易に得られる。

【００３６】本発明の光源装置によれば、極めて均一な
読取用光源を出力でき、しかも、発光ダイオードの高速
応答性を生かして、各発光ダイオードの発光特性を瞬時
に切り替えながら、読取試料に対し１回の走査でフルカ
ラーのデータを得ることができ、しかも、発光ダイオー
ドに帰還することにより、安定性に優れ且つ高精度で制
御可能な読取用光源を出力できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成説明図。

【図２】図１のステムを示す平面図。

【図３】図１の発光ダイオードを実装する際の一例を示
す電気回路図。

【図４】別な電気回路を示す図３と同様な電気回路図。

【図５】図１と別な積分球の例を示す断面図。

【符号の説明】

２ステム４発光ダイオード６積分球８光ファイバ束１０光ファイバ１２検出器１４増幅器１６演算器１８駆動回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源として多数の発光ダイオードからの
発光を用い、この発光を積分球内で均一な発光色とし、
この均一な発光色を積分球内で複数の光ファイバの一端
から導入し、積分球の外部に導出した光ファイバの他端
を読取試料に任意形状に照射することを特徴とする読取
用標準光源の作成方法。
【請求項２】前記発光ダイオードが赤色、緑色及び青
色の光３原色からなっており、前記光ファイバの他端の
一部が検出器に導入され、この検出器から時分割された
赤色、緑色及び青色の光３原色の信号に置換され、増幅
器、演算器及び発光ダイオード駆動回路を介して、発光
ダイオードが補正されることを特徴とする請求項１に記
載の読取用標準光源の作成方法。
【請求項３】光源として少なくとも赤色、緑色及び青
色の光３原色をからなる多数の発光ダイオードと、これら発光ダイオードを覆う積分球と、この積分球内に一端を挿入した多数の光ファイバと、これら光ファイバの他端を読取試料に対し所定間隔で配
置した照射部と、前記光ファイバの他端の１部に対応して形成された検出
器と、これに接続した増幅器及び発光ダイオード駆動回
路とからなって前記発光ダイオードを個々に駆動を補正
する補正部と、からなっていることを特徴とする光源装置。
【請求項４】前記積分球内の発光ダイオードがプリン
ト基板上に配設されていることを特徴とする請求項３に
記載の光源装置。
【請求項５】前記照射部の光ファイバの他端が直線状
に配置されることを特徴とする請求項３又は４に記載の
光源装置。
【請求項６】前記積分球が、中空容器の内部に白色顔
料を塗布したものであることを特徴とする請求項３ない
し５のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項７】前記積分球が、白色のセラミックより形
成されていることを特徴とする請求項３ないし５のいず
れか１項に記載の光源装置。
【請求項８】前記積分球が、発光ダイオード上に形成
されたモールド樹脂部と、このモールド樹脂部上に形成
された拡散反射層と、この拡散反射層に積層された遮光
塗料部とからなっていることを特徴とする請求項３ない
し５のいずれか１項に記載の光源装置。