(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電により発光する蛍光材料が内部に配置された密閉容器と、
前記密閉容器の内部に配置される一対の内部電極と、
前記密閉容器の外部に配置される一対の外部電極と、
前記一対の外部電極への電圧印加による外部電極点灯モードと、前記一対の内部電極への電圧印加による内部電極点灯モードとを切り替えるランプコントローラとを備えており、
前記ランプコントローラは、前記外部電極点灯モードでは、前記一対の内部電極に対する電位ＶINと、前記一対の外部電極のうち電位の高い側の電極の電位ＶHとを、ＶIN＞ＶHもしくはＶIN≒ＶHとなる条件に制御する
ことを特徴とする光源。
【請求項２】
前記ランプコントローラは、前記外部電極点灯モードにおいて、前記一対の内部電極の電圧を、前記一対の内部電極に対する電位ＶINと、前記一対の外部電極のうち電位の高い側の電極の電位ＶHとを、ＶIN＞ＶHもしくはＶIN≒ＶHとなる条件の直流電圧値に固定する
ことを特徴とする請求項１記載の光源。
【請求項３】
前記密閉容器の内部には希ガスが封入されている
ことを特徴とする請求項１記載の光源。
【請求項４】
前記密閉容器の内部にはキセノンガスを主成分とするガスが封入されている
ことを特徴とする請求項１記載の光源。
【請求項５】
前記外部電極点灯モードでは可視光を発光し、前記内部電極点灯モードでは赤外光を発光する
ことを特徴とする請求項１記載の光源。
【請求項６】
前記ランプコントローラによる制御で前記一対の内部電極に与える所定の直流電圧を発生する直流高電圧源を備えている
ことを特徴とする請求項１記載の光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部電極点灯モードと内部電極点灯モードとを切り換えることによって分光特性の異なる光を放射する光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、特定の画像に、例えば可視光を透過し赤外線を吸収する材料で不可視の情報を印刷しておき、その画像に赤外線を照射させたときの反射光を、赤外に感度を有するイメージセンサで読み取ることで、不可視の情報を画像信号として得ることができるという技術が提案されている。
【０００３】
上述の技術を画像読取装置に適用するに際しては、通常の画像情報読み取りのための構成とともに、前記不可視情報読み取りのための構成をいかに簡単な構成として付加するかが課題となる。
【０００４】
これまで、可視情報と不可視情報との両方を読み取るためには、その照明光源としてハロゲンランプを用い、ハロゲンランプがもともと有している赤外光成分を利用し、途中の光路に挿入する光学フィルタを切り替えることで、可視光読み取りモードと、赤外光読み取りモードとを切り替えて読み取りを行っていた（特許文献１参照）。
【０００５】
ところで、近年、消費電力削減や信頼性向上を目的に、通常の画像情報読み取り用の光源には、ハロゲンランプの代わりに稀ガス蛍光灯を用いることが多くなってきている。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１４１１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、稀ガス蛍光灯は、通常の点灯条件ではその照射光の成分に赤外光をほとんど含まないため、前記不可視情報読み取りにそのまま用いることができず、赤外ＬＥＤなどの別途の光源を付加する必要性があり、コストや設置スペースの問題が生じる。
【０００８】
この問題に対して、本願発明者らは、特開２０００−１７４９８４号公報で記載されるように、稀ガス蛍光ランプの点灯モードを切り替えることで、照明光の分光特性に含まれる赤外光成分を強める提案をしている。
【０００９】
その実施例の一つとして、対象物に光を照射し反射光を読み取る画像読取装置であって、放電により発光する蛍光材料が内部に配置された密閉容器と、上記密閉容器の内部に配置される一対の内部電極と、上記密閉容器の外部に配置される一対の外部電極とを持つ構成とし、内部電極間に放電を起こさせるモードと、外部電極間に放電を起こさせるモードとを切り替えることで、赤外成分の大小を切り替えようとする提案をしている。
【００１０】
これは、外部電極間に放電を起こさせるモードでは、放電経路がガラス等の誘電体から形成されているため、放電は特定の場所に集中しない。従って、極めて短時間のインパルス状の放電が随所で発生する。この結果、ガスのキセノン原子から放出される光の成分は高いエネルギを持った紫外線が主となり、蛍光体を励起して可視成分を発光させやすくなっている。
【００１１】
それに対して、内部電極間に放電を起こさせるモードでは、放電経路に誘電体が介在せず、両極の間に陽光柱が持続的に結ばれる。この結果、ガス中のキセノン原子から放出される光の成分中、低いエネルギを持つ赤外線の比率が高くなり、蛍光体を励起せずに、直接赤外成分が外界に発光される。この２つの電極を持ったランプを本願発明者らは実際に試作を行い、発光成分を切り替えられることを確認している。
【００１２】
しかし、この外部電極によりランプを点灯させるモードにおいて、外部電極からの放電によって内部電極がダメージを受けるという新たな問題が生じている。
【００１３】
上記ダメージを含む黒化現象の対策としては、内部電極タイプのおいて、特開平５−１４４４１２号公報では、内部封止ガスに、微量の水銀を含ませることで黒化現象の軽減を図っている。また、稀ガス蛍光ランプと類似の構造であるガス放電表示パネルにおいては、重水素ガスを封入することが提案されている。
【００１４】
しかし、内部電極と外部電極を切り替える場合は、ガラス等の誘電体を通して放電させる外部電極点灯モードの駆動電位が、内部電極に直にかかることから、黒化の影響が標準的な内部電極の場合よりもひどくなる。
【００１５】
また、内部電極と外部電極とを持つものとしては、特開２０００−１０６１４６号公報に構造の提案があるが、これは２つの電極を切り替え点灯させるものではない。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明の光源は、放電により発光する蛍光材料が内部に配置された密閉容器と、密閉容器の内部に配置される一対の内部電極と、密閉容器の外部に配置される一対の外部電極と、一対の外部電極への電圧印加による外部電極点灯モードと、一対の内部電極への電圧印加による内部電極点灯モードとを切り替えるランプコントローラとを備えており、ランプコントローラが、外部電極点灯モードでは、一対の内部電極に対する電位ＶINと、一対の外部電極のうち電位の高い側の電極の電位ＶHとを、ＶIN＞ＶHもしくはＶIN≒ＶHとなる条件に制御するものである。
【００１７】
このような本発明では、一対の内部電極の電位に対して、一対の外部電極の電位がプラス側に大きくふれることが無くなるため、外部電極と内部電極との間に発生する放電は、常に内部電極側が陽極となり、ダメージの原因となっていた内部電極における陰極スパッタリング現象が発生しなくなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば次のような効果がある。すなわち、可視読取モードと赤外読取モードとを切り替えて使用する光源において、外部電極と内部電極との切り替えに伴う黒化現象を抑制し、光源の長寿命化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る光源の構成を説明する図である。すなわち、この光源１は、可視光だけでなく赤外線が透過できる透明体、具体的にはガラスまたは石英からなる円管２と、円管２の両端部をそれぞれ気密に封止する一対の口金３と、口金３にそれぞれ取り付けられて円管２の内部に配置された一対の内部電極Ａ、内部電極Ｂとを備える。
【００２０】
この円管２の内部には、稀ガス、好ましくはキセノンガスを主成分とするガスが封入されている。円管２の内面には、蛍光体２１が一層として配置されている。蛍光体２１は一様な厚さを有するようにコートされている。ただし、円管２から出て行ける光量を増大するために、ある範囲だけ円管２の内面には蛍光体がコートされない部分がある。この部分は円管２の軸方向に沿って帯状に延びている。円管２と蛍光体２１との間に、ある範囲を除き反射膜を設けてもよい。
【００２１】
また、円管２の外面には、一対の外部電極ａ、外部電極ｂが配置されている。外部電極ａ、外部電極ｂは、例えば導電性金属材料の蒸着や箔状金属の接着などにより円管に固着されている。外部電極ａ、外部電極ｂは、互いに離れた位置に配置され、それぞれ円管２の軸方向に沿って延びている。
【００２２】
上記範囲には、外部電極ａ、外部電極ｂは配置されていない。従って、光源１の光は、帯状の開口部から放射される。このような構成のもと、内部電極Ａ、内部電極Ｂに電圧を印加することにより、両者の間に放電が行われる。また、外部電極ａ、外部電極ｂに電圧を印加することにより、両者の間に放電が行われる。後述するように、内部電極相互間の放電と外部電極相互間の放電とでは、態様が異なる。
【００２３】
内部電極Ａ、内部電極Ｂは内部電極用給電回路（内部電極用一次コイル４１、内部電極用二次コイル４２、内部電極用トランス４３、内部電極用インバータ回路４４）により給電され、外部電極ａ、外部電極ｂは外部電極用給電回路（外部電極用一次コイル５１、外部電極用二次コイル５２、外部電極用トランス５３、外部電極用インバータ回路５４）により給電される。各給電回路は、直流電源７からの直流電流をインバータ回路４４、５４で交流電流に変換し、トランス４３、５３の一次コイル４１、５１に交流電流を流し、その交流電流を二次コイル４２、５２で昇圧している。
【００２４】
インバータ回路４４、５４は、スイッチ、トランジスタ、キャパシタなどにより構成されている。それぞれのインバータ回路４４、５４には、ランプコントローラ６から点灯指令信号が供給される。
【００２５】
点灯指令信号により、インバータ回路４４、５４では、内部のスイッチがオンに切り替えられ、直流電源からの直流電流が交流電流に変換される。従って、内部電極用インバータ回路４４がオンされると、内部電極Ａ、内部電極Ｂに放電が行われ、光源１が内部電極点灯モードで発光する。
【００２６】
一方、外部電極用インバータ回路５４がオンされると、外部電極ａ、外部電極ｂ間に放電が行われ、光源１が外部電極点灯モードで発光する。いずれのインバータ回路４４、５４にもランプコントローラ６が点灯指令信号を供給しないときには、どちらの対の電極にも給電されず、光源１は発光しない。
【００２７】
ここで、外部電極点灯モードで発光を行った場合、無制御状態にある内部電極との間でも放電が発生する。外部電極への印加電圧波形を図２に示す。外部電極ａ、外部電極ｂの電位は交互に正負の高い電位となり、このうち、高い電位となった外部電極と、内部電極との間に、内部電極側の電位が低くなる電位差が生じる。
【００２８】
このとき発生する放電現象により、内部封入ガス中のキセノンなどの陽イオンが、相対的に電位レベルが低い内部電極側に、電位差によって、たたきつけられる陰極スパッタ現象が生じて、電極表面層がダメージをうけたり、電極からたたき出された物質が周囲に付着して黒化をひきおこしたりしてしまう。
【００２９】
この対策として、本実施形態では、図１に示す直流高電圧源８を備えている。すなわち、ランプコントローラ６からの制御信号により、外部電極点灯モードにおいて、この直流高電圧源８との間を短絡させることで、内部電極Ａ，内部電極Ｂの電位レベルＶINを、直流高電圧源８の電位レベルに固定する。この外部電極に印加される電圧の最大値ＶHに対して、ＶIN＞ＶHまたはＶIN≒ＶHとしておけば、内部電極と外部電極との間に、内部電極側の電位が低くなるような、大きな電圧差が生じることが無くなり、陰極スパッタ現象も現れなくなる。
【００３０】
放電により、円管内部のガスは励起されて光を放射し、蛍光体２１を刺激する。これにより蛍光体２１は、その成分に応じた光を発生する。蛍光体２１は、ガスに含まれるキセノン原子の発する光のうち波長１４７ｎｍの共鳴線または波長１４７ｎｍおよび１７２ｎｍの共鳴線に励起されて、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の光をそれぞれ発する各蛍光体を発光させて可視光の光を発生させる。
【００３１】
それとは別に、キセノン原子は、赤外光も発光する。その赤外と紫外の発光の割合は、ガスの放電状態により変化する。こうして内部電極点灯モード、外部電極点灯モードを切り替えた場合の、分光特性を図３、図４に示す。従来技術の項で述べたように、外部電極点灯モードで駆動した場合は、キセノン原子からの発光は紫外光が効率よく放射され、蛍光体により可視光に変換される（図３参照）。
【００３２】
一方、内部電極点灯モードでは、従来技術で述べた理由により、キセノンガスからの発光成分のうち赤外光成分が大きくなることから、図４に示す分光特性を得ることができる。
【００３３】
この特性変化を利用した画像読取装置を以下に示す。図５は、画像読取装置全体の構成図である。装置のプラテンに置かれた読取原稿を、走査ユニットＵ１に搭載されている光源１で照明し、その反射光を、走査ユニットＵ１・走査ユニットＵ２の走査ミラーで結像レンズＬに導いて、３ラインカラーイメージセンサ（ＣＣＤ）に結像させる。この機構により、原稿情報を副走査方向に順次走査することで、イメージセンサに走査露光させて読取を行う。
【００３４】
ここで、装置全体を制御する装置制御部１００の働きにより、光源１の点灯制御をランプ制御手段１０１が行い、走査ユニットＵ１、Ｕ２の移動制御を走査制御手段１０２が行い、読取信号の処理回路の制御を画像処理部１０３が行い、結像光路にあるフィルタの切り替え制御をフィルタ切り替え制御手段１０４が行っている。
【００３５】
ランプ制御手段１０１による光源１の点灯制御では、点灯／消灯・可視発光／赤外発光の切り替えを行う。走査制御手段１０２による走査ユニットＵ１、Ｕ２の制御は、走査読取位置・走査読取速度・走査方向の制御を行っている。フィルタ切り替え制御手段１０４によるフィルタの切り替え制御は、図６に示す、可視光透過・赤外カットフィルタＦ１と、可視光カット・赤外透過フィルタＦ２とを切り替えるものである。
【００３６】
これは、レンズの前に並列に置いた２枚のフィルタＦ１、Ｆ２をレンズ光軸と直交する方向に移動させて（図中矢印参照）、２枚のフィルタＦ１、Ｆ２のうち、一方が、結像光路に挿入するように、切り替え制御するものである。
【００３７】
ここで、カラー画像読取装置に使用される３ラインカラーイメージセンサ（ＣＣＤ）は、１チップ上に作成された３本の読取画素列上に、各々ＲＧＢ３色のカラーフィルタを形成したものである。そのセンサの分光感度特性を、図７に示す。
【００３８】
こうしたカラーフィルタの特性として、波長７００ｎｍ以下の可視光波長では、各読取色に対応した波長域の透過特性を持つものの、波長７００ｎｍ以上の近赤外線の領域では各色とも不要な透過波長域を持っている。
【００３９】
通常の読み取りにおいてはノイズ情報となってしまうこうした不要透過域の特性をカットするために、図６に示すような可視光透過・赤外カットフィルタＦ１を組み合わせて読み取りを行っている。
【００４０】
一方、赤外読取を行う場合には、このカラーフィルタの不要透過波長域の感度を逆用して、図６に示す可視光カット・赤外透過フィルタＦ２を組み合わせることで、赤外域の読み取りを行う。
【００４１】
可視光カット・赤外透過フィルタＦ２を組み合わせた場合の分光レスポンスは、ＲＧＢの３チャンネルともほとんど差は無いが、カラーフィルタの赤領域から赤外にかけての吸収が少ないＲチャンネルの出力を、赤外読取信号として使用する。
【００４２】
上記説明した光源１のモード切り替え、およびフィルタＦ１、Ｆ２の切り替えによって、各モードともノイズ成分を除去した高精細の読み取りを行うことができるようになる。
【００４３】
次に、第２実施形態の説明を行う。図８は、第２実施形態を説明する模式図である。第２実施形態に係る光源１の発光システムは、外部電極点灯モードでの内部電極Ａ、Ｂへの印加電圧制御手段に特徴がある。
【００４４】
すなわち、先に説明した第１実施形態では、外部電極点灯モードにおける内部電極電圧ＶINを、外部電極の電位ＶHに対して、ＶIN＞ＶHまたはＶIN≒ＶHとする手段として、直流高電圧源８（図１参照）を設けることで実現したが、第２実施形態では、制御回路９とスイッチ手段１０とによって実現している。
【００４５】
例えば、外部電極と内部電極の間に、スイッチ手段１０を設け、内部電極Ａ、Ｂの電位を、外部電極ａ、外部電極ｂのうちの電位が高い方と同じ電位に合わせるよう制御回路９で制御する。
【００４６】
つまり、外部電極点灯モードでは、図２に示すような波形で外部電極ａ、ｂへの電圧を印加しているが、この波形の電位が高い方と同じ電位に合わせて合わせて内部電極Ａ、Ｂへ電圧を与える。
【００４７】
これにより、外部電極点灯モードにおける内部電極Ａ、Ｂの電圧ＶINを、外部電極の電位ＶHに対して、ＶIN＞ＶHまたはＶIN≒ＶHとすることができ、内部電極Ａ、Ｂと外部電極ａ、ｂとの間に、内部電極Ａ、Ｂ側の電位が低くなるような、大きな電圧差が生じることが無くなり、陰極スパッタ現象を無くして黒化現象を抑制できるようになる。
【００４８】
また、内部電極Ａ、Ｂの電位を、外部電極ａ、ｂのうちの電位が高い方と同じ電位に合わせるための他の手段としては、高耐圧の整流手段を設けることでも実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】第１実施形態を説明する模式図である。
【図２】外部電極への印加電圧波形を示す図である。
【図３】外部電極モードで駆動した場合の分光特性を示す図である。
【図４】内部電極モードで駆動した場合の分光特性を示す図である。
【図５】画像読取装置全体の構成図である。
【図６】フィルタの分光特性を示す図である。
【図７】ＣＣＤセンサの分光感度特性を示す図である。
【図８】第２実施形態を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…光源、２…円管、３…口金、２１…蛍光体、６…ランプコントローラ、７…直流電源、８…直流高電圧源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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