JP2009025679A - ライン状照明装置、それを備えたイメージセンサおよび画像読取装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】
イメージスキャナや複写機等の画像読取装置に組込むためのライン状照明装置において、光源のＬＥＤに充分な光量の供給と発生する熱の放熱を行う構造を備え、ＬＥＤの昇温を抑えたライン状照明装置を提供する。
【解決手段】
ライン状照明装置２における発光ダイオード１２は、絶縁樹脂と銅の回路パターンから成る実装基板１３上に実装し、この実装基板１３のＬＥＤ実装面と反対の面は、伝熱部材１５を介して金属製の放熱板１４と接合しており、ＬＥＤで発生した熱を放熱板１４へ伝える。更に、この放熱板１４における実装基板が接合している面とは反対の面は、ライン状照明装置の運転に伴う動作方向に対応して起こる空気流に接触し、ＬＥＤで発生した熱を放熱する。また図１で右側には、放熱板１４の外側面に複数の金属製放熱フィン１６を固定した構成を図示しており、上述の空気流との接触面積が増加して効率的な放熱が起こる構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、イメージスキャナ、ファクシミリあるいは複写機等の画像読取装置に係り、特にイメージセンサに搭載され原稿読取面を照射する為に用いられるライン状照明装置に関するものである。

従来、画像読取装置に用いられるイメージセンサには密着型や縮小型などの種類がある。図１０に密着型イメージセンサの一般的な概念構成を斜視図にて示す。ここで、１２１は本発明に係るライン状照明装置を、１２２は原稿面に照射される光の方向を示し、原稿１２３面の被読取位置を照射している。原稿により反射された光は、１２４に示す方向へ進み、ロッドレンズアレイ１２５を通過して光電変換装置１２６に結像するという構成となっている。

また、図１１には縮小型イメージセンサの一般的な概念構成を斜視図にて示す。密着型イメージセンサと同一の構成物には図１０と同じ符号を付記した。縮小型イメージセンサでは、ライン状照明装置１２１が原稿１２３面の被読取位置を照射するが、原稿により反射された光１２４はレンズ１２７またはミラーを用いて原稿面の画像を縮小化し、光電変換装置１２６に結像する構成となっている。

図１０及び図１１に示すように画像読取装置に用いられるイメージセンサは構成され、これらに用いられるライン状照明装置には冷陰極管を用いる例や、発光ダイオード（以下ＬＥＤと略す）と長尺の導光体とを組み合わせて用いる例がある。冷陰極管を用いるライン状照明装置は、光量が多いという特徴から原稿面から光電変換装置までの光路長の長い縮小型のイメージセンサや読み取り速度が早い事を必要とされるイメージセンサに構成される。またＬＥＤを用いたライン状照明装置は、薄さや省電力が必要とされるイメージセンサに構成される。

しかしながら、冷陰極管では光量が多いという反面、点灯から光量が安定するまでに時間がかかる。更に、冷陰極管は、電力消費が多い事から、近年ではライン状照明装置として冷陰極管を用いるイメージセンサから、ライン状照明装置としてＬＥＤを用いるイメージセンサへの置き換えが提案されている。
最近では、読取速度の高速化、高解像度化が画像読取装置に要求されており、読取速度の高速化はＣＣＤなどの受光素子による受光時間の短縮化につながり、高解像度化は受光面積の縮小につながる。その結果、受光光量が不足し、照明装置からの光量を増加（輝度を上げる）する必要がある。輝度を上げるためには発光素子の通電電流を増加しなければならないが、通電電流の増加に伴ってＬＥＤの発熱量も多くなる。

そのようにＬＥＤを用いたライン状照明装置として、特許文献１に示すように長手方向に沿って多数のＬＥＤを配置したものや、従来の密着型イメージセンサに於いて光量を上げる事を目的として、赤、青、緑の三色のＬＥＤ素子への通電電流を増大し、それによるＬＥＤの発した熱は、薄いフレキシブルプリント基板を使用する事で放熱板へ伝熱してＬＥＤの温度上昇を抑制するといった特許文献２に示すような提案がなされている。また、特許文献３に示すようなＬＥＤと接合されたヒートシンクに対して冷却用のファンにより空気流を当てＬＥＤの温度上昇を抑制する方法も提案されている。

特開平７−３０７２０ 特開２００５−０１７５４５ 特開２００７−０５２９５０

縮小型のイメージセンサに用いられるような多くの光量を必要とするライン状照明装置や、読み取り速度の高速化や高解像度化の必要のある密着型のイメージセンサに用いられるライン状照明装置にＬＥＤを使用する場合、必要光量を得る為にＬＥＤに流す電流を増やす方法がある。しかし、ＬＥＤに流す電流を増加させるとＬＥＤ素子での発熱量が多くなり、それによるＬＥＤの温度上昇により発光素子自体の破壊や発光光量の低下が起こることが考えられる。またＬＥＤの周囲部材へ熱が伝わり、周囲部材が熱変形を起し、強いてはイメージセンサが得る画像の品質低下等を生じる要因となる。

一般的に照明装置の光源としてＬＥＤを用いる場合、ＬＥＤの温度上昇を抑える（ＬＥＤの熱を放熱する）事は重要課題であり、その為には放熱板を取り付ける若しくは特許文献３に挙げるような冷却用のファンにより放熱板に気流を当て冷却を行う方法がある。

しかしながら画像読取装置に於いては、原稿読み取りの障害となるゴミ侵入の防止の為に外気を遮断した密閉筐体内にイメージセンサは収納される事が多い。このため気流が起き難く、ＬＥＤから空気中への放熱が不十分である。また、ファン気流による密閉筐体内のゴミ散乱で画像の品位に問題が出るとの理由から冷却用ファンは、取り付け無い方がよいと考えられる。

本発明は、上述のような画像読取装置の密閉筐体内で用いるイメージセンサを構成するライン状照明装置に於いて、充分な光量を供給し、冷却用のファン等による強制気流を利用する事無く、発光源であるＬＥＤが発生する熱の放熱を行う事の出来る放熱構造を備え、ＬＥＤの昇温を抑えたライン状照明装置を提供する事にある。

上記課題に対応するために本発明の一態様に係るライン状照明装置は、以下のような構成を備える。即ち、
本発明のライン状照明装置は、発光ダイオードと、長尺方向とほぼ垂直な２つの端面の少なくとも一方が、前記発光ダイオードからの光を受光して導光する長尺状の導光体と、前記発光ダイオードを実装した実装基板と、前記発光ダイオードが発熱した熱を放熱させる放熱板と、前記発光ダイオードが発熱した熱を実装基板から放熱板へ伝える伝熱部材と、から成り、
前記放熱板の一方の面が、前記実装基板における前記発光ダイオードが実装されている面の反対面に前記伝熱部材を介して接合し、該放熱板のもう一方の面が空気と触れる面である事を特徴とする。

また本発明は、前記放熱板が平板形状である事を特徴としている。更に本発明は、前記放熱板の前記空気と触れる面に、該面と垂直で且つ前記ライン状照明装置が運転に伴う動作方向と平行な板形状の放熱フィンを複数設けた事を特徴とする。

更に本発明は、前記放熱フィンの板厚が、前記ライン状照明装置の前記運転に伴う動作方向における走査動作方向側の端面と復帰動作方向側の端面とで異なった厚みである事を特徴とする。

放熱フィンの更なる対応として本発明は、前記放熱板の空気と触れる面に、該面と垂直で且つ柱形状の放熱フィンを格子状若しくは千鳥状に配置して設けた事を特徴とする構成である。

上記に加えて放熱性を図る本発明は、前記放熱板の表面および前記放熱フィンの表面が黒色である事を特徴とする構成とした。

以上のような構成により、
１）ＬＥＤの温度上昇を抑える事が容易に出来る為、ＬＥＤに対して大きな電流を流す事が可能となり、ＬＥＤの発光光量が増大させることが出来る。従って多量の光量を必要とする縮小型のイメージセンサや、読み取り速度の高速化や高解像度化の必要のある密着型イメージセンサに本発明のライン状照明装置を利用する事が出来る。
２）ＬＥＤを用いたライン状照明装置でも冷陰極管と同等以上の光量を得る事が可能となる為、冷陰極管を用いたライン状照明装置から本発明のＬＥＤを用いたライン状照明装置への置き換えが容易となる。

図１は、本発明のライン状照明装置２の概略図である。本発明のライン状照明装置２における発光ダイオード１２は、一例として白色のＰｏｗｅｒＬＥＤを用い、絶縁樹脂と銅の回路パターンから成る実装基板１３上に実装した。この実装基板１３のＬＥＤ実装面と反対の面は、伝熱部材１５を介してアルミニウム製の放熱板１４と接合しており、ＬＥＤで発生した熱を放熱板１４へ伝えるようになっている。更に、この放熱板１４における実装基板が接合している面とは反対の面は、空気と触れるようになっており、ライン状照明装置の運転に伴う動作方向に対応して起こる空気流に、ＬＥＤで発生した熱を放熱することが出来る。

また図１の右側には、放熱板１４の外側面に複数の放熱フィン１６を配置した構成を図示しており、上述の空気流との接触面積が増加して効率的な放熱が起こる構成とした。

更に放熱板１４の表面に黒色アルマイト処理を施す事で熱放射を促進し、ＬＥＤの熱を逃がす事が可能である。

以下、本発明のライン状照明装置を用いた際の実施例を記述する。なお以下の実施例での放熱板と放熱フィンはアルミニウム製であるが、熱伝導に優れていれば、材質限定されるものではない。

図２は、本発明に係るライン状照明装置２を組み込んだイメージセンサ１を備えた画像読取装置１０の一例を示す概観図である。本発明におけるライン状照明装置２は、イメージセンサ１に搭載されて画像読取装置１０における原稿支持台ガラス６の下の、装置筐体３に囲まれたほぼ密閉筐体の中に装着した。また、図１は、実施例１のライン状照明装置２の一例を示す概略図である。本発明のライン状照明装置２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）１２を導光体１１の長手方向の両端面に対向して配置した。両端に配置したＬＥＤからの発光は、導光体１１の前記両端面を受光面として導光体に導かれる構成である。更にＬＥＤ１２を実装する為の実装基板１３と、ＬＥＤからの熱を逃がす為の金属からなる放熱板１４と、から構成されている。また、実装基板１３と放熱板１４の間には、この両方に接合して伝熱部材１５が配置してある。前記ＬＥＤは、実装基板上に一個若しくは複数個配置されている。前記放熱板１４は、実装基板１３が配置されている側の反対の面が、このライン状照明装置周囲の空気と触れる構造となっている。図１のライン状照明装置２は、導光体１１の両端にＬＥＤを配置しているが、勿論いずれかの片側端面だけにＬＥＤを配置し、それに相対する導光体端面を受光面とする場合も可能である。

本実施例に於ける発光ダイオード１２は、白色のＰｏｗｅｒＬＥＤ（日亜化学工業製ＮＳ６Ｗ０８３）を用い、絶縁樹脂と銅の回路パターンから成る実装基板１３上に実装した。実装基板１３の差渡しは、ＰｏｗｅｒＬＥＤのパッケージの差渡し寸法より大きくとり、ＬＥＤが余裕を持って実装できるサイズとした。尚、このＬＥＤは白色のＰｏｗｅｒＬＥＤの代わりに、赤緑青の３種類のＬＥＤを用いる事も可能である。
また実装基板１３は、回路パターンと絶縁樹脂以外にアルミニウムや銅のような金属芯層を内部に備えた放熱用基板や、フレキシブル基板を用いる事も可能である。

更に、この実装基板１３のＬＥＤ実装面と反対の面は、伝熱部材１５を介してアルミニウム製の放熱板１４と接合しており、ＬＥＤで発生した熱を放熱板１４へ伝えるようになっている。放熱板１４の差渡し寸法は、本実施例のライン状照明装置２を搭載したイメージセンサの長手方向の垂直断面の外形にほぼ収まる程度にした（図３参照）。本実施例では、アルミニウム製の放熱板１４とＬＥＤの実装された実装基板１３とがシリコーン樹脂から成るシート状の伝熱部材１５を介して接合するように配置した。この伝熱部材１５は、実装基板１３と放熱板１４とを密着させる（間に空気層が出来ると断熱効果が発生し熱の伝わりを阻害してしまい、伝熱を効果的に行う事が出来ない）事で、ＬＥＤの発する熱を効率良く放熱板１４に伝える役割を果たす。尚、この伝熱部材１５は実装基板１３と放熱板１４の間に空気層を作らないようにする事が出来る部材であれば、シリコーン樹脂以外の樹脂から成る伝熱部材であれば、熱伝導用両面テープやグリース状の伝熱部材（放熱グリース）であっても構わない。本発明では組み立ての容易さという観点からシリコーン樹脂から成る放熱シート（電気化学工業製、型番ＢＦＧ）を選択した。更に放熱板１４は、実装基板１３が配置されている側の反対の面が、このライン状照明装置周囲の空気と触れるように配置した。

このような構成による画像読取装置１０内で、イメージセンサ１に搭載されたライン状照明装置２がイメージセンサの運転に伴ない一体に動作し、それに対応する空気流が放熱板１４面上に触れることにより、ＬＥＤから放熱板１４に伝わった熱を空気中へより良く逃がす事が出来るようにした。尚、放熱板１４はアルミニウムではなく他の金属若しくは伝熱性の良い材料によるものであっても構わない。

また放熱板１４は、予めその表面に黒色アルマイト処理を施してから用いた。放熱板１４の表面は黒色アルマイト処理では無く単純な防腐処理でもよいが、色はなるべく黒色とする事が望ましい。この黒色化により放熱板１４表面の放射率εを上げ放熱板１４に伝わった熱を、この放熱板と対向する画像読取装置筐体の内壁（不図示）へより良く放射して伝える事が出来るようになる。更に画像読取装置筐体の放熱板と対向する内壁も黒色とする事で放熱板１４から放射された熱をより良く吸収するようにもした。これによりＬＥＤの温度上昇を抑える事が可能となった。

図２において、画像読取装置１０内に装備したイメージセンサ１に搭載されたライン状照明装置２の運転動作方向を示す。画像読み取り運転時に於いて、ライン状照明装置２は、画像読取装置１０内を画像読み取り動作時には走査動作方向に、読み取り動作終了後には復帰動作方向にと図２の矢印のように動作する。このようにライン状照明装置２が運転に伴なって動作する事で、ライン状照明装置の動作方向と反対向きの空気流を放熱板１４の表面に当てる事になり、冷却用のファンを用いて放熱板に空気を当てる事に近似する放熱効果が可能となる。

図４は、本実施例である放熱板１４が平板形状である図であり、図３における放熱板の部分だけを表示し、上述の空気流を合わせて図示したものである。ライン状照明装置２が運転動作する事により放熱板１４の表面に沿って空気が流れるようになり、放熱板１４からの熱は空気中に対流伝熱される。

図５は、実施例１の放熱板１４の空気と触れる面にライン状照明装置２の動作方向と平行となるように矩形板形状の金属からなる放熱フィン１６を複数設けた状態の概略図である。図５では、放熱板の空気と触れる面の反対面側に配置した実装基板・ＬＥＤ・導光体等の図示は省略した。

本実施例の場合、ライン状照明装置２が運転動作する際に流れる空気が図５のように放熱フィン１６の間を通るようになる。この結果実施例１に比べ、空気流の放熱板１４や放熱フィン１６との接触面積が大きくなり、空気への対流伝熱の効果を高める事ができる。放熱フィン１６の形状は、ライン状照明装置２の運転動作に対応して発生する空気流に沿うような板形状であればよく、矩形に限定されるものではない。

図６は、実施例１の放熱板１４の空気と触れる面にライン状照明装置２の動作方向と平行となるように設ける金属からなる放熱フィンの板厚を、走査動作方向側の端面と復帰動作方向側の端面とで異なった厚みとなる板形状の放熱フィン１７を複数設けた形状の概略図である。図６でも、図５同様に実装基板・ＬＥＤ・導光体等は、図示を省略した。

本実施例では、走査動作方向側の端面の厚みを復帰動作方向側の端面の厚みより薄くした。このような形状にする事で、ライン状照明装置２がイメージセンサと伴に走査動作方向に動作する（主にＬＥＤ点灯状態）際には、空気が開口面積の広い側からが入り、開口面積の狭い側に出て行く流れとなる。これにより放熱フィンの間隔間に流れる空気の流速が増加し、対流伝熱がより効果的になる。

図７は、実施例１の放熱板１４の空気と触れる面に柱形状の金属からなる放熱フィン１８を複数設けた形状の概略図である。図７でも、図５同様に実装基板・ＬＥＤ・導光体等は、図示を省略した。イメージセンサ周囲の空気は放熱板等からの放熱で昇温し、この現象はライン状照明装置の運転停止後においても進行する。この結果、イメージセンサ周囲の空気には、密度差による上方向への自然対流が起こる。本実施例は、運転停止時において、この自然対流の空気流を柱形状の放熱フィン１８の間隔に通過させての対流伝熱を図るためのものである。

図８は、柱形状の放熱フィンを縦横格子ピッチに配列して設けた場合を放熱板１４の板面垂直方向から見た状態を図示している。ライン状照明装置の運転動作中は走査・復帰動作方向の運転時の空気流にも対応できるような放熱フィン配列とした。図８では、方形柱の放熱フィンの形状を例示しているが、柱状放熱フィンは、この形状に限定されるものではなく、他の多角柱や円柱の形状も好適である。さらに柱形状放熱フィンの配列は、図９の如く千鳥状配列も好適である。

本発明の実施例１係るライン状照明装置の概観図である。 本発明のライン状照明装置を搭載したイメージセンサを組み込んだ画像読取の一例を図示する概観図である。 本発明のライン状照明装置を搭載したイメージセンサの構成を表した概略図である。 本発明の実施例１に係る放熱板と空気流との関係を表す概略図である。 本発明の実施例２に係る放熱板、放熱フィンと空気流との関係を表す概略図である。 本発明の実施例３に係る放熱板、放熱フィンと空気流との関係を表す概略図である。 本発明の実施例４に係る放熱板上に格子状に配列した柱状放熱フィンの状態を表す概略図である。 本発明の実施例４に係る放熱板上に配列した柱状放熱フィンと自然対流および運転時の空気流との関係を表す概略図である。 本発明の実施例４に係る放熱板上に千鳥状に配列した柱状放熱フィンの状態を表す概略図である。 従来の密着型イメージセンサの構成を表した斜視図である。 従来の縮小型イメージセンサの構成を表した斜視図である。

符号の説明

１ イメージセンサ
２、１２１ ライン状照明装置
３ 画像読取装置筐体
１０ 画像読取装置
１１ 導光体
１２ 発光ダイオード(LED)
１３ 実装基板
１４ 放熱板
１５ 伝熱部材
１６ 実施例２の放熱フィン
１７ 実施例３の放熱フィン
１８ 実施例４の放熱フィン
２２、１２２ 原稿面に照射されるライン状照明装置からの光の方向
１２４ 原稿より反射された光の方向
２５、１２５ ロッドレンズアレイ
２６、１２６ 光電変換装置
１２７ レンズ

Claims (8)

1. 発光ダイオードと、
   長尺方向とほぼ垂直な２つの端面の少なくとも一方が、前記発光ダイオードからの光を受光して導光する長尺状の導光体と、
   前記発光ダイオードを実装した実装基板と、
   前記発光ダイオードが発熱した熱を放熱させる放熱板と、
   前記発光ダイオードが発熱した熱を実装基板から放熱板へ伝える伝熱部材と、
   から成り、
   前記放熱板の一方の面が、前記実装基板における前記発光ダイオードが実装されている面の反対面に前記伝熱部材を介して接合し、該放熱板のもう一方の面が空気と触れる面である
   事を特徴とするライン状照明装置。
2. 前記放熱板が平板形状である事を特徴とする請求項１に記載のライン状照明装置。
3. 前記放熱板の前記空気と触れる面に、該面と垂直で且つ前記ライン状照明装置が運転に伴う動作方向と平行な板形状の放熱フィンを複数設けた事を特徴とする請求項２に記載のライン状照明装置。
4. 前記放熱フィンの板厚が、前記ライン状照明装置の前記運転に伴う動作方向における走査動作方向側の端面と復帰動作方向側の端面とで異なった厚みである事を特徴とする請求項３に記載のライン状照明装置。
5. 前記放熱板の前記空気と触れる面に、該面と垂直で且つ柱形状の放熱フィンを格子状若しくは千鳥状に配置して設けた事を特徴とする請求項２に記載のライン状照明装置。
6. 前記放熱板の表面および前記放熱フィンの表面が黒色である事を特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のライン状照明装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のライン状照明装置を備えた事を特徴とするイメージセンサ。
8. 請求項７に記載のイメージセンサを備えた事を特徴とする画像読取装置。

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