(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
読み取り対象物をスキャンしてその対象物の色のパターンを読み取るラインスキャナであり、
スキャン方向に沿って発光用の赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオードおよび青色発光ダイオードを備え、
それぞれの発光ダイオードから放射されて読み取り対象物により反射された光を受光する素子として、赤色発光ダイオードを備えた
ことを特徴とするラインスキャナ。
【請求項２】
発光用の赤色発光ダイオードと受光用の赤色発光ダイオードとが前記スキャン方向に沿って複数１列に並べられ、前記緑色発光ダイオードは上記１列の赤色発光ダイオードを挟んで千鳥状に配置され、前記青色発光ダイオードは、上記千鳥状に配置された緑色発光ダイオードと向かい合う対の千鳥状かつ前記緑色発光ダイオードの間に配置されて、前記緑色発光ダイオードと列を形成することを特徴とする請求項１記載のラインスキャナ。
【請求項３】
発光用の赤色発光ダイオードと受光用の赤色発光ダイオードとが兼用されて時分割に切り替えられることを特徴とする請求項1または２記載のラインスキャナ。
【請求項４】
前記スキャン方向と異なる方向に他の発光ダイオードが並べられ、この他の発光ダイオードが、前記異なる方向に沿った前記読み取り対象物の移動に対して前記スキャン方向におけるスキャンのタイミングを決定するために使用されることを特徴とする請求項１、２または3記載のラインスキャナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は読み取り対象物に光を照射してその反射光を読み取るラインスキャナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カラー画像や模様などを読み取る装置として、読み取り対象物に光を照射してその反射光を読み取るカラースキャナが広く利用されている（例えば特許文献１参照）。また、対象物の模様を読み取って記録し、それを表示するような装置も知られている（特許文献４参照）。
【０００３】
カラースキャナの光源として一般には蛍光灯が用いられるが、簡便なスキャナでは、赤色発光ダイオードを発光用および受光用で兼用する構成も知られている（特許文献２〜５参照）。一般に発光ダイオードは、その基本的な素子構造が受光素子と同等であり、ｐｎ接合へのバイアスを反転させることで、その発光ダイオードの発光波長よりも短い波長の光を受光する受光素子として利用することができる。特に、安価な赤色発光ダイオードを受光素子として兼用することで、小型で安価かつ簡単な構造のスキャナが実現できる。
【特許文献１】特開平９−１３５３２７号公報
【特許文献２】特許登録第２８２３４３６号
【特許文献３】特開２００１−１１９０６３号公報
【特許文献４】特開２００１−１９７２５３号公報
【特許文献５】特開２００４−２６４４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、発光ダイオードを発光および受光で兼用する場合には、赤色だけで対象物を読み取っており、対象物の色を知ることはできない。
【０００５】
本発明は、発光ダイオードを受光素子として利用し、色のパターンを読み取ることのできる安価で簡単な構造のラインスキャナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のラインスキャナは、読み取り対象物をスキャンしてその対象物の色のパターンを読み取るラインスキャナであり、スキャン方向に沿って発光用の赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオードおよび青色発光ダイオードを備え、それぞれの発光ダイオードから放射されて読み取り対象物により反射された光を受光する素子として、赤色発光ダイオードを備えたことを特徴とする。
【０００７】
発光用の赤色発光ダイオードと受光用の赤色発光ダイオードとがスキャン方向に沿って複数１列に並べられ、緑色発光ダイオードは１列の赤色発光ダイオードを挟んで千鳥状に配置され、青色発光ダイオードは、千鳥状に配置された緑色発光ダイオードと向かい合う対の千鳥状かつ緑色発光ダイオードの間に配置されて、緑色発光ダイオードと列を形成することが望ましい。
【０００８】
発光用の赤色発光ダイオードと受光用の赤色発光ダイオードとは別々でも良いが、これらを兼用して時分割に切り替える構成とすることもできる。
【０００９】
スキャン方向と異なる方向に他の発光ダイオードを並べ、この他の発光ダイオードを、その方向に沿った読み取り対象物の移動に対してスキャン方向におけるスキャンのタイミングを決定するために使用することができる。
【発明の効果】
【００１０】
一般に発光ダイオードはその基本的な素子構造が受光素子と同等であり、ｐｎ接合へのバイアスを反転させることで、その発光ダイオードの発光波長よりも短い波長の光を受光する受光素子として利用することができる。すなわち、青色発光ダイオードは青い光に対して感度をもち、緑色発光ダイオードは緑および青の光に対して感度をもち、赤色発光ダイオードは青、緑および赤の光に対して感度をもつ。したがって、赤色発光ダイオードを受光素子として利用することで、青、緑、赤のいずれの発光ダイオードの光に対しても感度をもつことができ、それぞれによる対象物での反射光の強さを読み取って、対象物の色のパターンを知ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
［構成］
図１および図２は本発明の第一の実施の形態を示す図であり、図１は発光ダイオードの配列例、図２は駆動回路の構成を示す。
【００１２】
このラインスキャナは読み取り対象物をスキャンしてその対象物の色のパターンを読み取る装置であり、スキャン方向に沿って発光用の赤色発光ダイオードＲ００、Ｒ０２、Ｒ０４、・・、緑色発光ダイオードＧ００、Ｇ０１、Ｇ０２、・・および青色発光ダイオードＢ００、Ｂ０１、Ｂ０２、・・を備え、それぞれの発光ダイオードから放射されて読み取り対象物により反射された光を受光する素子として、赤色発光ダイオードＲ０１、Ｒ０３、Ｒ０５、・・を備える。
【００１３】
ここで、発光用の赤、緑および青の３個の発光ダイオードと受光用の１個の赤色発光ダイオードとのそれぞれの組を発光ダイオード群１０とし、この発光ダイオード群１０がスキャン方向に沿って複数配置されて、発光ダイオードユニット１０Ａが構成されるものとする。隣接する発光ダイオード群１０では、緑色発光ダイオードと青色発光ダイオードとの配置を逆にすることが望ましい。すなわち、発光用の赤色発光ダイオードＲ００、Ｒ０２、Ｒ０４、・・、と受光用の赤色発光ダイオードＲ０１、Ｒ０３、Ｒ０５、・・とはスキャン方向に沿って複数１列に並べられ、緑色発光ダイオードＧ００、Ｇ０１、Ｇ０２、・・は１列の赤色発光ダイオードＲ００、Ｒ０１、Ｒ０２、・・を挟んで千鳥状に配置され、青色発光ダイオードＢ００、Ｂ０１、Ｂ０２、・・は、千鳥状に配置された緑色発光ダイオードＧ００、Ｇ０１、Ｇ０２、・・と向かい合う対の千鳥状かつ緑色発光ダイオードＧ００、Ｇ０１、Ｇ０２、・・の間に配置されて、緑色発光ダイオードＧ００、Ｇ０１、Ｇ０２、・・と列を形成する。
【００１４】
発光用の赤色発光ダイオードＲ００、Ｒ０２、Ｒ０４、・・、緑色発光ダイオードＧ００、Ｇ０１、Ｇ０２、・・および青色発光ダイオードＢ００、Ｂ０１、Ｂ０２、・・にはそれぞれ発光回路１１、１２、１３が接続され、赤色発光ダイオードＲ０１、Ｒ０３、Ｒ０５、・・には受光回路１４が接続される。図２では、ひとつの発光ダイオード群１０とそれに対応する回路構成のみを示す。発光回路１１、１２、１３および受光回路１４は制御回路１５により制御される。
【００１５】
［色判定］
赤色発光ダイオードＲ００、緑色発光ダイオードＧ００、青色発光ダイオードＢ００および赤色発光ダイオードＲ０１の動作を例に、色判定について説明する。発光用の発光ダイオードは光の三原色（赤、青、緑）の組み合わせで構成される。対象物に赤色発光ダイオードＲ００、緑色発光ダイオードＧ００、青色発光ダイオードＢ００をそれぞれ照射すると、例えば物体面が赤い場合、赤色光は反射され、青色光および緑色光は吸収される。同様に物体面が緑色あるいは青色の場合は、緑色光あるいは青色光が反射され、それ以外は吸収される。赤色発光ダイオードＲ００、緑色発光ダイオードＧ００、青色発光ダイオードＢ００を時系列に発光させ、赤色発光ダイオードＲ０１によりＲＢＧそれぞれの反射光の強さを読み取る。
【００１６】
この読み取り動作を順次を行うことで、ひとつの方向（上述の例では、図１の横方向）についてカラースキャンを行うことができる。すなわち、図１の左側から右側へ発光ダイオード群１０を順次動作させ、１列分のスキャンを行う。このスキャンの終了後、対象物または発光ダイオードユニット１０Ａをこのスキャン方向に対して垂直方向に移動させ、次のスャキンを行わせる。これを繰り返すことで、物体の全スキャンが実行される。
【００１７】
発光ダイオードは、伝導帯の電子と荷電子帯の正孔とが再結合してフォトン（光）として放射される。フォトンの発光波長λ（ｎｍ）と禁止帯幅ε（ｅＶ）との間には
λ＝ｈｃ／ε＝（１．２３９８／ε（ｅＶ））１０3（ｎｍ）
ｈ：プランク定数、ｃ：光速
の関係がある。したがって、発光波長（色）は半導体の種類によって決まってしまう。赤色発光ダイオードの場合、禁止帯幅は１．９ｅＶ程度である。
【００１８】
一方、この逆の過程である光吸収という現象により、発光ダイオードは受光素子としても機能する。つまり、入射光のエネルギＥｇが禁止帯幅エネルギεより大きいＥｇ≧εのとき、荷電子帯の電子を伝導帯に励起し、フォトンが吸収される。
Ｅｇ＝  ｈｃ／λ  ≧ε
光吸収により励起された伝導帯の電子と荷電子帯の正孔の発生により、発光ダイオードのアノード−カソード間に電圧差が生じる。光が強い（光吸収が多い）ほど電圧差が大きくなる。赤色発光ダイオードの場合、禁止帯幅ε＝1．９ｅＶとすると、入射光波長λ≧６５０ｎｍが入射されたとき、光吸収が起きる。つまり、受光素子としてみた場合、赤色発光ダイオードは青色、緑色および赤色に感度をもつ。ただし、赤外光には感度を持たない。よって、青色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、赤色発光ダイオードによる反射光の強さを読み取ることが可能である。
【００１９】
［第２の実施の形態］
図３および図４は本発明の第２の実施の形態を示す図であり、図３は発光ダイオードの配列例、図４は駆動回路の構成を示す。
【００２０】
このラインスキャナは読み取り対象物をスキャンしてその対象物の色のパターンを読み取る装置であり、読み取りラインに沿って画素毎に発光用の赤色発光ダイオードＲ１０、Ｒ1１、Ｒ１２、・・、緑色発光ダイオードＧ１０、Ｇ１１、Ｇ１２、・・および青色発光ダイオードＢ１０、Ｂ１１、Ｂ１２、・・を備え、それぞれの発光ダイオードから放射されて読み取り対象物により反射された光を受光する素子として、上述した赤色発光ダイオードＲ１１、Ｒ１２、・・を兼用する。
【００２１】
ここで第１の実施の形態と同様に、発光用の赤、緑および青の３個の発光ダイオードと受光用の１個の赤色発光ダイオードとのそれぞれの組を発光ダイオード群２０とし、この発光ダイオード群２０がスキャン方向に沿って複数配置されて、発光ダイオードユニット２０Ａが構成されるものとする。ただし、隣接する発光ダイオード群２０間では、赤色発光ダイオードが兼用される。図３では、赤色発光ダイオードＲ１４が兼用された状態を示す。
【００２２】
赤色発光ダイオードＲ１１、Ｒ１２、・・には発光兼受光回路２１、２４が接続され、緑色発光ダイオードＧ１０、Ｇ１１、・・および青色発光ダイオードＢ１０、Ｂ１１、・・にはそれぞれ発光回路２２、２３が接続される。発光兼受光回路２１、２４および発光回路２２、２３は制御回路２４により制御される。図４では発光兼受光回路２１、２４を別々の回路として示したが、これらは隣接する発光ダイオード群２０間で共有される。図４では、ひとつの発光ダイオード群２０とそれに対応する回路構成のみを示す。
【００２３】
［色判定］
本実施の形態における色判定は、個々の赤色発光ダイオードを発光と受光とで順次切り替えて行う。すなわち、まず、赤色発光ダイオードＲ１０、緑色発光ダイオードＧ１０、青色発光ダイオードＢ１０を時系列に発光させ、赤色発光ダイオードＲ１１によりＲＢＧそれぞれの反射光の強さを読み取る。次に、赤色発光ダイオードＲ１１、緑色発光ダイオードＧ１１、青色発光ダイオードＢ１１を時系列に発光させ、赤色発光ダイオードＲ１2によりＲＢＧそれぞれの反射光の強さを読み取る。次に、赤色発光ダイオードＲ１2、 緑色発光ダイオードＧ１２、青色発光ダイオードＢ１２を時系列に発光させ、赤色発光ダイオードＲ１３によりＲＢＧそれぞれの反射光の強さを読み取る。このようにして、図３の左側から右側へ１列分のスキャンを行う。スキャン対象の物体をスキャン方向に対して相対的に垂直方向に移動させる、すなわち、物体または発光ダイオードユニット２０Ａを移動させることで、物体のスキャンが実行される。
【００２４】
［第３の実施の形態］
図５は本発明の第３の実施形態を示す図であり、発光ダイオードの配列例を示す。この配列例では、上述した発光ダイオード群１０または２０と同等の発光ダイオード群３０が第１の方向に配列されて発光ダイオードユニット３０Ａを構成し、この第１の方向と異なる方向に、発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、・・が配列されて発光ダイオードユニット４０を構成する。発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、・・としては、後述するような位置検出のみに用いるのであれば赤色発光ダイオードで充分であるが、発光ダイオード群１０または２０と同等のものを用いて、色による位置検出を行うこともできる。２つの発光ダイオードユニット３０Ａ、４０は、この例では、発光ダイオードユニット３０Ａの配列方向を縦方向とし、発光ダイオードユニット４０を横方向とするＴ字型に配置される。
【００２５】
発光ダイオードユニット４０は、その方向に沿った読み取り対象物の移動に対して、発光ダイオードユニット３０Ａのスキャンのタイミングを決定するために使用される。これについて以下に詳しく説明する。
【００２６】
［動作］
図６は図５に示した発光ダイオード配列を用いて物体を読み取る動作を説明する図であり、図７はその動作のフローチャートである。読み取り対象の物体５０の端を発光ダイオードユニット３０Ａ、４０の交点部上に置き、物体５０を縦配列の発光ダイオードユニット４０上に沿って（発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、・・の順に）移動させる。この間、発光ダイオードユニット３０Ａ、４０により、それぞれ一定時間間隔でサンプリングスキャンを繰り返す（ステップＳ１、Ｓ３）。これにより、物体５０の移動に伴って、縦配列の発光ダイオードユニット４０により先端位置を検出し（ステップＳ２）、横配列の発光ダイオードユニット３０Ａにより物体５０を横方向にスキャンする。発光ダイオードユニット４０により物体３０の先端位置が検出された時点のスキャン結果が、メモリに保存される（ステップＳ４）。
【００２７】
［速度ガイド］
以上の速度によるスキャン制御と同時に、使用者に速度ガイドを示すことができる。図1を再び参照すると、例えば、発光ダイオードユニット４０のＬＥＤ１を物体が通過したとき、ＬＥＤ２（またはＬＥＤ０〜２まですべて）を発光させる。続いて、ＬＥＤ２を物体が通過したとき、ＬＥＤ３（またはＬＥＤ０〜３まですべて）を発光させる。使用者は、このＬＥＤ発光を目安に、スキャン移動を進める。もし移動していない場合は、発光ダイオードＬＥＤの先頭位置も進まないままとし、移動速度が発光ダイオードＬＥＤの点灯位置を追い越してしまった場合には、使用者が１つ先の発光ダイオードＬＥＤが点灯するまで移動を待つことで、使用者自身にも移動速度を制御することを補助する。
【００２８】
発光ダイオードＬＥＤは高速な調光制御が可能であり、その消灯期間に受光モードに制御を切り替えてスキャンする。スキャンが終了したら、発光ダイオードＬＥＤを発光モードにして点灯させる。これを高速に切り替えることにより、見た目には点灯したまま、受光が可能である。
【００２９】
速度によるスキャン読み込み制御と使用者への速度ガイド指示により、物体の縦横の寸法を精度良く測定することができ、二次元平面の色パターンを読み取ることができる。
【００３０】
［トリガによるスキャン］
以上の例では横方向のスキャンを一定時間間隔で行うこととしたが、これを発光ダイオードユニット３０による物体５０の先端位置検出をトリガとして行うこともできる。すなわち、最初に発光ダイオードユニット３０Ａ、４０の交点上に物体５０の先端があるとし、物体５０を移動させ、発光ダイオードＬＥＤ１の信号レベルが「低」から「高」に変わったことをトリガとして、横配列の発光ダイオードユニット３０Ａによるスキャンを行う。以下同様にして、発光ダイオードＬＥＤ２、ＬＥＤ３、・・の信号レベルの変化をトリガとして順次スキャンを行う。
【００３１】
以上、発明の実施の形態について説明したが、本発明は要旨を変更しない限り種々変更することができる。たとえば、発光ダイオードユニット１０Ａ、２０Ａとして３列の発光ダイオードを１組として１列に配置した構成を示したが、３列を１組としたものを複数組並べることもできる。
【００３２】
また、赤、緑、青の３原色の各発光ダイオードを個別に構成せず、3原色の各発光ダイオードが１チップに搭載された１つの３色発光ダイオードと、個別の赤色発光ダイオードとで、発光ダイオードユニット１０Ａに相当するものを形成するようにしてもよい。また、上述の実施の形態では赤色発光ダイオードを１列に配置し、その両側に緑色発光ダイオードと青色発光ダイオードとを列方向に交互に配置しているが、緑色発光ダイオードを赤色発光ダイオードと平行にあるように１列に配置し、青色発光ダイオードを同様に赤色発光ダイオードに平行になるように配置してもよい。このように、赤、緑、青それぞれ１列ずつ計３列に配置する場合や、上述の第１、第２、第３の実施の形態に示した配置の場合、赤色発光ダイオートの列は中央の列とするのが好ましいが、利用形態に応じては、中央以外の上列または下列とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明のラインスキャナは、対象物の色のパターンを読み取る必要があるあらゆる分野で利用することができる。さらに、このラインスキャナは、発光素子として発光ダイオードを用いていることから、特許文献５に示されたような装置、すなわちスキャナで読み取った情報を発光ダイオードの発光による残像を利用して表示する用途にも利用できる。特に第２の実施の形態に示した構成では、ほとんどすべての赤色発光ダイオードを発光に利用して、読み取りと残像表示とで解像度を一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施の形態における発光ダイオードの配列例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における駆動回路の構成を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態における発光ダイオードの配列例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における駆動回路の構成を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態における発光ダイオードの配列例を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態における発光ダイオードの配列例を用いて物体を読み取る動作を説明する図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における発光ダイオードの配列例を用いて物体を読み取る動作のフローチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
Ｒ００〜Ｒ０７、Ｒ１０〜Ｒ１７  赤色発光ダイオード
Ｇ００〜Ｇ０３、Ｇ１０〜Ｇ１６  緑色発光ダイオード
Ｂ００〜Ｂ０３、Ｂ１０〜Ｂ１６  青色発光ダイオード
ＬＥＤ１〜ＬＥＤ１０  発光ダイオード
１０、２０  発光ダイオード群
１０Ａ、２０Ａ、３０  発光ダイオードユニット
１１〜１３、２２、２３  発光回路
１４  受光回路
２１、２４  発光兼受光回路
１５、２４  制御回路
【図１】
0004938697.tif 000002
【図２】
0004938697.tif 000003
【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】
0004938697.tif 000008