JP2009182399A

JP2009182399A - イメージセンサ用照明装置

Info

Publication number: JP2009182399A
Application number: JP2008017385A
Authority: JP
Inventors: Toru Aramaki; 徹荒牧; Hiroshi Hasegawa; 洋長谷川; Noriyuki Tomita; 法行冨田; Kazuya Makabe; 和也真壁
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-01-29
Filing date: 2008-01-29
Publication date: 2009-08-13
Anticipated expiration: 2028-01-29
Also published as: JP4720831B2

Abstract

【課題】原稿の読み取り方向に亘って光を導く導光体などを用いた光源から発する光を小スペース内で効率良く外部へ放出するイメージセンサ用照明装置を提供する。
【解決手段】原稿の読み取り幅方向に延在する導光体と、導光体の両端部に設置され、穴部を設け、この穴部の一端側の一部に導光体の外周端部を挿入することにより導光体を保持するホルダーと、このホルダーの穴部他端側空間部の外縁に沿って多数の光源を配置した基板とを備えるようにした。
【選択図】図２

Description

この発明は、多数のＬＥＤ光源を搭載したイメージセンサ用照明装置に関するものである。

小さなスペースで構成するイメージセンサに搭載する照明系に用いられるＬＥＤ光源の高出力化にともない光源から発する熱の効率良い熱放散構造や多数の光源配置方法が求められている。例えば、特開２００２−２１８１６２号公報図７（特許文献１参照）には、ＬＥＤ１０８ｂを介して導光体１０８ｃとは反対側に放熱部材１０８ｇを設け、放熱部材１０８ｇは、断面が略Ｕ字形状の板ばねを用いることで、Ｕ字形状の内側に空間部Ｋを形成している。この空間部Ｋは、空間部Ｋを介して対向する一対の平板部１０８ｇ１、１０８ｇ２とこれらの平板部１０８ｇ１、１０８ｇ２を接続する接続部１０８ｇ３からなる。

また、特開平５−５６２１４号公報図２（特許文献２参照）には、読取系を一体的に支持するアルミニウム合金などの金属押し出し材に切削加工した支持体１に原稿を照明するＬＥＤアレイ２１を取り付け、この支持体１の内部が実質的に独立した２つの空間３０、３１を形成し、空間３０側にＬＥＤアレイ２１を収容したイメージセンサが開示されている。

また、特開２００２−１７０９９８号公報図１（特許文献３参照）には電気的に絶縁性を有する基板と、この基板上に形成された２つの電極部と、１つの電極部上に搭載され、他の電極部に金属線を介してワイヤボンドされた発光素子チップと、この発光素子チップおよび金属線表面を覆う透明樹脂部と、この透明樹脂部を覆う遮光性および反射性を有する樹脂部とから構成されている半導体発光装置が開示されている。

特開２００２−２１８１６２号公報（第７図）

特開平５−５６２１４号公報（第２図）

特開２００２−１７０９９８号公報（第１図）

しかしながら、特許文献１に記載のものは、弾力性のあるＵ字形状の板ばねを用いて筐体１０８ｆと接続し、放熱効果を高めているものの、ＬＥＤ１０８ｂの近傍に板ばねの可動部分があり、板ばねの可動状態によっては光源側に異物などの混入を許し、異物に光の放射が遮られ、結果、光源から照射する光が不安定になるという課題がある。

特許文献２に記載のものは、支持体１に金属などの導電性材料を使用することにより、有害電波に対する遮蔽効果を向上させると共に、読取系を一体的構造とし、独立した空間３０、３１を形成することによりゴミによる悪影響をも考慮しているものの、支持体１は金属筐体であり、外形設計自由度が少なく切削加工を必要とするので結果、高価なイメージセンサになるという課題がある。

特許文献３に記載のものは、多数の発光素子を基板上に配置しているが光の放射方向などの詳細については述べられていない。

この発明は上記のような課題を解消するためになされたものであり、光源から発する光を小スペース内で効率良く外部へ放出するイメージセンサ用照明装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明に係るイメージセンサ用照明装置は、原稿の読み取り幅方向に延在する導光体と、この導光体の両端部に設置され、穴部を設け、この穴部の一端側の一部に前記導光体の外周端部を挿入することにより前記導光体を保持するホルダーと、このホルダーの前記穴部他端側空間部の外縁に沿って多数の光源を配置した基板とを備えたものである。

請求項２の発明に係るイメージセンサ用照明装置は、原稿の読み取り幅方向に延在する導光体と、この導光体の両端部に設置され、穴部を設け、この穴部の一端側の一部に前記導光体の外周端部を挿入することにより前記導光体を保持するホルダーと、このホルダーの前記穴部他端側空間部に多数の光源を配置し、前記ホルダーの壁面に沿って設置した基板と、この基板を介して前記ホルダーとは反対側に前記基板の壁面に沿って設けた放熱板と、この放熱板を介して前記基板とは反対側の一部に弾性部を有し、前記放熱板の壁面に沿って設置したスプリングプレートと、このスプリングプレートの前記弾性部を圧接し、前記ホルダー、前記基板、前記放熱板及び前記スプリングプレートを一体的に両側から固着する筐体とを備えたものである。

請求項１に係るイメージセンサ用照明装置によれば、導光体の両端部に設置されたホルダーの中空領域一端側の一部に導光体の端部を挿入し、他端側空間部の外縁に沿って多数の光源を配置した基板とを備えたので空間部の略全領域に亘り光源からの光を導光体の端部から導光体内部に照射することが可能となり、高輝度のイメージセンサ用照明装置を得ることができるという効果がある。

請求項２に係るイメージセンサ用照明装置によれば、ＬＥＤチップを搭載した基板を介してホルダーとは反対側に基板の壁面に沿って設けた放熱板を設け、放熱板を介して基板とは反対側の一部に弾性部を有し、放熱板の壁面に沿って設置したスプリングプレートと、このスプリングプレートの弾性部を圧接し、ホルダー、基板、放熱板及びスプリングプレートを一体的に両側から固着する筐体とを備えたので、多数のＬＥＤチップの発熱による熱収縮が構造物に生じてもスプリングプレートで応力を緩和するため、請求項１に記載の効果に加えて、熱歪が生じない安定したイメージセンサ用照明装置を得ることができるという効果がある。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１によるイメージセンサの導光体を含む照明装置の構成図である。図１において、１はイメージセンサに搭載され、透明プラスチック材又は透明ガラス材で構成し、主走査方向（原稿の読み取り幅方向）に光を伝達する導光体、２は導光体１の両端部側面を保持するプラスチック材などで構成した中空のホルダー、３は導光体１の両端部のホルダー２に沿って設置したＬＥＤチップ（ＬＥＤ）を搭載する表面に絶縁層が塗布されたアルミ基材やプリント配線材を用いた基板（ＬＥＤ基板）、４はＬＥＤ基板３で発生するジュール熱を放散させる放熱板（放熱用プレート）、５は放熱板４の両端に設けたガイド穴部、６はＬＥＤ基板３のパターンに電源を供給するリジッド型のフレキシブルケーブルであり、６ａはフレキシブルケーブルの電極（フレキシブルリード端子）である。図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

図２は、この発明の実施の形態１によるイメージセンサに搭載する照明装置の部分断面図である。図２において、１ａは導光体１に設けた光を反射させる光散乱層、７は複数色のＬＥＤチップをＬＥＤ基板３に搭載した光源、８はＬＥＤ基板３で発生するジュール熱を放熱板４に効率良く熱伝達させる放熱シート又は放熱用グリース、９は導光体１の熱伸縮により長手方向応力を緩和する空隙部であり、空隙内部は流動性樹脂で充填される。１０は導光体１の熱収縮によるホルダー２やＬＥＤ基板３の位置変化を吸収する放熱板４に設けたＳＵＳや燐青銅薄板で構成したスプリングプレートであり、１０ａはスプリングプレートの弾性部である。１１はイメージセンサの筐体であり、この筐体１１を用いて放熱板４とともに空隙部９を形成し、スプリングプレート１０の弾性部１０ａの可動により、ＬＥＤ基板３、放熱板４の位置変化を吸収させる。１２は筐体１１とともにイメージセンサの内部を密閉空間とする透過体である。図２中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示す。

図３は、ＬＥＤ基板３に搭載するＬＥＤチップの単体説明図であり、図３（ａ）は、表面にアノード及びカソード電極を設けたＬＥＤチップの外観図、図３（ｂ）は、表面にアノード電極、裏面にカソード電極を設けたＬＥＤチップの外観図である。図３において、７ａはフェースアップ２ワイヤタイプＬＥＤチップ、７ｂはフェースアップ１ワイヤタイプＬＥＤチップである。フェースアップ２ワイヤタイプＬＥＤチップ７ａは、チップ表面にワイヤボンド端子となるアノード電極とカソード電極が形成され、約３５０μｍＸ３５０μｍのチップサイズである。また、フェースアップ１ワイヤタイプＬＥＤチップ７ｂは、チップ表面にワイヤボンド端子となるアノード電極が形成され、チップ裏面はカソード領域となるように形成され、約３２５μｍＸ３２５μｍのチップサイズである。

図４は、この発明の実施の形態１によるイメージセンサ用照明装置に搭載するＬＥＤ基板実装図である。図４において、３０はＬＥＤ基板３のパターンであり、３０ａは共通パターン（ＶＬＥＤ）、３０ｂは分割された個別パターン（Ｃ１）、３０ｃは分割された個別パターン（Ｃ２）、３０ｄは分割された個別パターン（Ｃ３）である。４０はＬＥＤ基板３のパターン間隙、４１はＬＥＤチップ７ａの裏面をダイボンド材で接着した場合に生じるダイボンド材の流れ防止用に設けた流れ止め防止パターン間隙、５０は金線などのワイヤである。なお、導光体１の端部実効照明領域（φ４．５ｍｍ）を破線で示す。

図５は、図４に示したフェースアップ２ワイヤタイプＬＥＤチップ７ａをフェースアップ１ワイヤタイプＬＥＤチップ７ｂに置き換えた場合のＬＥＤ基板実装図である。図６の光源回路で示すように、図４に示したフェースアップ２ワイヤタイプＬＥＤチップ７ａを搭載したＬＥＤチップであっても図５に示したフェースアップ１ワイヤタイプＬＥＤチップ７ｂを搭載したＬＥＤチップであってもＬＥＤ基板３のパターン３０は同一のパターンで構成が可能である。

次に動作について図１〜図５を用いて説明する。フレキシブルケーブル６に設けられたＶＬＥＤ端子からＬＥＤ基板３に電源を供給し、各ＬＥＤチップを点灯させる。本実施の形態１では、分割された個別パターンが３個（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）あるので複数波長の光源色を個別波長毎に複数個搭載される。ＬＥＤ基板３の光源７から発した光は導光体１の端部から入射し、導光体１内部を全反射しながら主走査方向に伝搬し、徐々に導光体１に設けられた散乱パターン１ａで乱反射され全体的に均一な照明光が原稿の読み取り位置に照射される。

原稿面の画像情報により反射した光はレンズで収束され、受光部で光電変換される。光電変換出力はダイナミックレンジが広いことが好ましく高速駆動する場合には光源７の駆動電流は増大する。例えば、光源７をパルス駆動させる場合、光で発生する熱量以外にその光源７の損失電圧が１．５Ｖのときには、約５０ｍＡの駆動電流が必要なので約７５ｍＷの損失電力がＬＥＤチップ１個あたりに発生する。さらに光源７は単色で点灯する以外にＲＧＢなど複数発光色のＬＥＤ光源を同時に搭載し、同時に駆動する場合があるのでさらに大きなジュール熱が発生する。

従って、導光体１やＬＥＤ基板３の熱収縮により応力による歪を防止するため、剛性のあるイメージセンサの筐体と接する部分にスプリングプレート１０の弾性部１０ａを設けて歪の発生を防止する。

また、導光体１に対する照射領域に光源７をホルダー２の中空領域の全域に亘ってＬＥＤ基板３側に設置することにより効率良くＬＥＤ基板３の裏面に設置した放熱用プレート４にジュール熱を放散させる。さらに、導光体１やＬＥＤ基板３の熱収縮に伴う位置変化を放熱用プレート４に設けたガイド穴部５を利用してスライドさせることにより、両端に設置した光源７の平行度を確保する。

以上から導光体１端部に対する照射領域内で変動する光源の位置変化を緩和すると共に光源７は種類の異なる構成のＬＥＤチップであってもＬＥＤ基板３のパターン３０は同一構成が可能であり、専用のパターン構成が不要となる効果がある。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２について図７を用いて説明する。図７は、この発明の実施の形態２によるイメージセンサ用照明装置に搭載するＬＥＤ基板実装図である。図７において、６０はＬＥＤ基板３に設けたスルーホール（サーマルビア）、７０は光源７を接着する場合の接着基準位置を示すダイボンド用ターゲットである。実施の形態１では、ＬＥＤ基板３の表面パターンを用いてタイプの異なる光源７ａ、７ｂを用いて方形状配置構成としたが、実施の形態２ではスルーホール６０を用いてＬＥＤ基板３の裏面パターンと接続することにより、導光体１端部形状又はホルダー２の中空部領域に相似の光源配置が可能となる。例えば図８に示すような５回路の分割構成とし、それぞれ供給する電源電圧が異なる場合でもフレキシブルケーブル６からの端子から延在させたパターンをスルーホール６０を介してパターン形成することにより導光体１が円形断面であっても導光体１の形状に見合った配置が可能である。

なお、実施の形態１及び実施の形態２では、端部が円形状の導光体又は円形状の中空ホルダーの場合について説明したが、導光体は略方形、略長方形、その他楕円形状のものであってもよく対応するホルダーの中空領域の外縁内部に外縁に沿ってＬＥＤチップを配列し、中空領域中心部領域に付加的にＬＥＤチップを追加配置しても良い。

以上から導光体１の外縁内部に相似状に光源７を設置することにより多数のＬＥＤチップを配置できるので高輝度の光源を搭載したイメージセンサ用照明装置の構成が可能となる。

この発明の実施の形態１によるイメージセンサ用照明装置の構成図である。この発明の実施の形態１によるイメージセンサ用照明装置の部分断面図である。この発明の実施の形態１によるイメージセンサ用照明装置のＬＥＤチップ単体図である。この発明の実施の形態１によるイメージセンサ用照明装置のＬＥＤ基板実装図である。この発明の実施の形態１によるイメージセンサ用照明装置のＬＥＤ基板実装図である。この発明の実施の形態１によるイメージセンサ用光源部分の回路図である。この発明の実施の形態２によるイメージセンサ用照明装置のＬＥＤ基板実装図である。この発明の実施の形態２によるイメージセンサ用光源部分の回路図である。

符号の説明

１・・導光体１ａ・・光散乱層２・・ホルダー３・・基板（ＬＥＤ基板）
４・・放熱板（放熱用プレート）５・・ガイド（ガイド穴部）
６・・フレキシブルケーブル６ａ・・電極（フレキシブルリード端子）
７・・光源７ａ・・フェースアップ２ワイヤタイプＬＥＤチップ
７ｂ・・フェースアップ１ワイヤタイプＬＥＤチップ
８・・放熱用シート又は放熱用グリース９・・空隙部
１０・・スプリングプレート１０ａ・・弾性部１１・・筐体１２・・透過体
３０・・パターン３０ａ・・共通パターン（ＶＬＥＤ）
３０ｂ・・個別パターン（Ｃ１）３０ｃ・・個別パターン３０ｄ・・個別パターン
４０・・パターン間隙４１・・流れ止め防止パターン間隙
５０・・ワイヤ（金ワイヤ）６０・・スルーホール
７０・・ダイボンド用ターゲット

Claims

原稿の読み取り幅方向に延在する導光体と、この導光体の両端部に設置され、穴部を設け、この穴部の一端側の一部に前記導光体の外周端部を挿入することにより前記導光体を保持するホルダーと、このホルダーの前記穴部他端側空間部の外縁に沿って多数の光源を配置した基板とを備えたイメージセンサ用照明装置。
原稿の読み取り幅方向に延在する導光体と、この導光体の両端部に設置され、穴部を設け、この穴部の一端側の一部に前記導光体の外周端部を挿入することにより前記導光体を保持するホルダーと、このホルダーの前記穴部他端側空間部に多数の光源を配置し、前記ホルダーの壁面に沿って設置した基板と、この基板を介して前記ホルダーとは反対側に前記基板の壁面に沿って設けた放熱板と、この放熱板を介して前記基板とは反対側の一部に弾性部を有し、前記放熱板の壁面に沿って設置したスプリングプレートと、このスプリングプレートの前記弾性部を圧接し、前記ホルダー、前記基板、前記放熱板及び前記スプリングプレートを一体的に両側から固着する筐体とを備えたイメージセンサ用照明装置。