JP3651606B2

JP3651606B2 - 放電発光装置及びこれを用いた密着イメージセンサ

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Publication number: JP3651606B2
Application number: JP2002262605A
Authority: JP
Inventors: 穣宮地; 洋司家喜; 章太田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2022-09-09
Also published as: JP2004103355A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、キセノン等の放電ガスを封入した電極間における放電により発光する放電発光装置、特に局所的に強電界を発生させ始動特性の優れた放電発光装置及びこの放電発光装置を光源とする密着イメージセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図形等を読取る密着イメージセンサ等の光源として、電極間に封入されたガスの自発放電を利用した放電発光装置がある。この放電発光装置では、いわゆる暗黒始動特性（放電の開始から安定した発光にいたるまでの放電開始時の特性、以下「始動特性」という）の向上のため、種々の方式が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１０２００４号公報。
【０００４】
【特許文献２】
特開平１１−２８３５７９号公報。
【０００５】
【特許文献３】
特開平４−１０６８９６号公報。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、特許文献１には、蛍光体の一部を欠如させ、その部分を種火として順次ガスの電離、励起を起こさせる方式が提案されている。しかしこの方式では、蛍光体の一部が欠如しているため、輝度の均一性が損なわれ、光量が不足するという問題がある。この他にも、補助電極を設けて局所的に強電界を発生させる方式（例えば、特許文献２）、他光源の光でガスを励起させる方式（例えば、特許文献３）などが提案されている。しかしこれらの方式も、補助電極や他光源などの追加構成が必要となり、装置規模の複雑化、コスト上昇を免れないという問題がある。
【０００７】
この発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、放電空間内の強電界部分に電極端部の一部を露出させ、初期電子放出を積極的にうながすことにより、安定した始動特性を備えた新規な放電発光装置を提供するとともに、かかる放電発光装置を光源として用いることにより高精度の読取りを可能とする密着イメージセンサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る放電発光装置は、第１の基板と、この第１の基板上に形成された第１の電極と、放電空間を形成するように上記第１の基板上に載置された上記第１の基板と対向する対向部及び上記対向部と上記第１の基板との接続部分に形成されて上記放電空間で生じた光を出射する傾斜部を有する第２の基板と、この第２の基板の対向部上の上記放電空間と反対側に形成された第２の電極と、上記傾斜部と反対側の上記第１の電極端の一部を切欠けにより露出させ他の部分を覆うように上記第１の基板上に形成された誘電体層と、上記放電空間内の上記対向部及び上記誘電体層上に設けられた蛍光体層とを備え、上記第２の電極の上記傾斜部と反対側の電極端の位置が、上記第１の電極の上記傾斜部と反対側の電極端の位置より、上記傾斜部に対し後方にあることを特徴とするものである。
【０００９】
この発明の請求項２に係る放電発光装置は、第１の基板と、この第１の基板上に形成された第１の電極と、放電空間を形成するように上記第１の基板上に載置された上記第１の基板と対向する対向部及び上記対向部と上記第１の基板との接続部分に形成されて上記放電空間で生じた光を出射する傾斜部を有する第２の基板と、この第２の基板の対向部上の上記放電空間と反対側に形成された第２の電極と、上記第１の電極端の一部を切欠けにより露出させ他の部分を覆うように上記第１の基板上に形成された誘電体層と、上記放電空間内の上記対向部及び上記誘電体層上に設けられた蛍光体層とを備え、上記第２の電極は、上記第２の基板の対向部上にあって上記第１の電極と対向する位置から上記傾斜部側と反対側に偏移した位置に形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
この発明の請求項３に係る放電発光装置は、上記誘電体層が切欠けを有する略矩形状であり、上記切欠けを上記第１の電極端の上記傾斜部側と反対側の矩形の一端に設けたことを特徴とする請求項２に記載のものである。
【００１１】
この発明の請求項４に係る放電発光装置は、上記蛍光体が、切欠けを有する略矩形状に上記誘電体層上に設けられたことを特徴とする請求項３に記載のものである。
【００１２】
この発明の請求項５に係る放電発光装置は、上記第２の基板の対向部に対する上記傾斜部の傾きが、略角度４５°であることを特徴とする請求項１に記載のものである。
【００１３】
この発明の請求項６に係る放電発光装置は、上記蛍光体層の膜厚が上記第１の基板上及び上記第２の基板上において略同一であることを特徴とする請求項１に記載のものである。
【００１４】
この発明の請求項７に係る放電発光装置は、上記第１の電極が、Ａｇ、Ｃｕ，又はＡｌにより構成したことを特徴とする請求項１に記載のものである。
【００１５】
この発明の請求項８に係る密着イメージセンサは、第１の基板、この第１の基板上に形成された第１の電極、放電空間を形成するように上記第１の基板上に載置された上記第１の基板と対向する対向部及び上記対向部と上記第１の基板との接続部分に形成されて上記放電空間で生じた光を出射する傾斜部を有する第２の基板、この第２の基板の対向部上の上記放電空間と反対側に形成された第２の電極、上記傾斜部と反対側の上記第１の電極端の一部を切欠けにより露出させ他の部分を覆うように上記第１の基板上に形成された誘電体層、上記放電空間内の上記対向部及び上記誘電体層上に設けられた蛍光体層を有し、上記第２の電極の上記傾斜部と反対側の電極端の位置が、上記第１の電極の上記傾斜部と反対側の電極端の位置より、上記傾斜部に対し後方にある放電発光装置と、上記傾斜部が原稿の照射点の近傍になるように上記放電発光装置を支持するフレームと、原稿により反射された反射光を集光するレンズと、このレンズからの反射光を検出するセンサとを備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。図１（ａ）はこの発明に係る放電発光装置の構成を示す断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す放電発光装置の第１の基板上の端部構成の平面図である。図１（ａ）、（ｂ）において、１は放電発光装置、２は板状のガラスからなる第１の基板、３は第１の基板２上に形成された第１の電極で、Ａｇ、Ｃｕ、又はＡｌ等の良導電性の金属により構成する。４は第１の電極３の端部の一部を除き、その他の部分を覆うように第１の基板２上に形成された誘電体層（絶縁層）、６は第２の基板で、平面状の対向部６ａ、傾斜部６ｂを有する凹み部を設け、第１の基板２上に載置してその凹型の容器構造により放電空間９を形成している。
【００１７】
７は第２の基板６上の放電空間９と反対側の外表面上に形成された第２の電極である。この第２の電極７は、上記第１の電極３と同様の構成で形成することができるが、ＣｕやＡｌ等の電極作用を奏する金属テープを基板上に貼付することにより形成することもできる。図１（ａ）からも明らかなように、この第２の電極７は、上記第２の基板６の対向部６ａ上にあって上記第１の電極３と対向する位置から上記傾斜部６ｂ側とは反対の側に偏移した位置（発光装置の後方側）に形成されている。すなわち、第１の電極３の幅方向の中心軸O1と第２の電極７の幅方向の中心軸O2が一致していない。その結果、第１の電極３の後方側の電極エッジE1が第２の電極７の後方側のエッジE2よりも装置前方側に位置することとなる。この上下の発光装置の後方側の電極エッジの位置関係により、後述するように局所的な高電界を発生することが可能となる。
【００１８】
８はフリットを溶融して形成されたガラス層（低軟化点ガラス）で構成された封止層で、第１の基板２と第２の基板６とを接着して放電空間９を形成している。放電空間９には、キセノン等の放電ガスが封入されている。５は蛍光体層で、放電空間９内において、下層の蛍光体を誘電体層４上、上層の蛍光体を第２の基板６上に設けている。なお、上層と下層の蛍光体の膜厚は、同じである必要はない。６ｂは第２の基板６の対向部６ａと第１の基板２との交わる部分において形成した傾斜部で、第２の基板６の対向部６ａに対して略角度４５°をなすように形成している。この角度は、後述する密着イメージセンサへの組み込み時の光源の光量分布中心を、原稿照射中心に合わせ効率あげるために適切な角度を設けているものである。図において、放電空間９が傾斜部６ｂ側で広がった構造となっているのは、放電空間で発生した放電光を効率よく外部に取り出すためである。また、傾斜部６の基板厚みは他の基板部分より薄くなっている。これは、放電光の基板透過時の減衰を少なくするものである。
【００１９】
この傾斜部６ｂ上の放電空間９内には蛍光体層５は設けていない。したがって、放電空間９内で発生した放電光はその傾斜部６ｂから外部に出射するように構成している。なお、傾斜部６ｂにおける角度は４５°を含む３０°以上とする。これは、後述する密着イメージセンサに組み込む場合に斜め方向の照射を可能とするためである。また、蛍光体層５は４０μｍの厚みを有し、その表面で最大の発光が得られるように反射型の構成を有する。蛍光体層５の厚みと発光強度の関係は、一般に蛍光体層５の厚みが増す程強くなるが、４０μｍ以上では、略発光強度は膜厚変化に対して飽和するため、膜厚変化に対して発光強度が少なく、装置内で均一な発光分布を得やすくしている。したがって、蛍光体層５の厚みは、蛍光体層５の膜厚変化に対する発光強度の変化，材料量、形成上の工数等に鑑み、４０μｍ〜６０μｍの範囲内にすることが望ましい。
【００２０】
次に、第１の基板２上に形成された第１の電極、誘電体層及び蛍光体層の構成細部について説明する。図１（ｂ）にその一部を示すように、第１の基板２は矩形状の外形を有し、その長手方向に矩形状の第１の電極３が形成されている。この第１の電極３の長手方向の他端（図示せず）は、外部の高圧電源に接続される構造となっている。誘電体層４は、その端部の一角に切欠け部４ａ、他の一角に凸部４ｂを有する略矩形状の外形である。この切欠け部４ａは、図に示すように第２の基板６の傾斜部６ｂの側に対し反対側の誘電体層４の一角に設けられている。誘電体層４は、傾斜部６ｂの側に凸部４ｂを備えることとなる。
【００２１】
第１の電極３は誘電体層４によりほぼ覆われているが、上記切欠け部４ａの部分では覆われていない。従って、この切欠け部では第１の電極３は放電空間９に露出している。蛍光体層３は、上記誘電体層４上に矩形状に形成されている。上記のとおり、誘電体層４に覆われることなく電極を放電空間に露出させると、高電界が放電空間に直接印加され、希ガスの放電が起こりやすくなり、良好な始動特性を得ることが可能となる。
【００２２】
次に、発光装置の放電空間９内の電界分布について説明する。図２は、電界分布計算のための放電発光装置の計算機シミュレーションモデルである。図２（ａ）は、第１の電極と第２の電極の位置がずれている（双方の幅方向の中心軸の位置がずれている）場合のモデル（モデルＡ、図１の構造をモデル化したもの）である。このモデルＡでは、電極エッジの装置後方側からの距離がｂ＞ａ１となっている。従って、第２の電極のエッジは、第１の電極のエッジに対し、装置後方に（傾斜部６ｂの側とは反対側に）ずれている。図２（ｂ）は、第１の電極と第２の電極の位置が一致している（双方の幅方向の中心軸の位置がずれていない）場合のモデル（モデルＢ）である。このモデルＢでは、ｂ＝ａ２であり、第２の電極のエッジは、第１の電極のエッジと一致している。図中に示すアルファベットＡ〜Ｇは、後述する電界強度を計算する放電空間内の各位置である。
【００２３】
図３は、図２のモデルを用いて計算した放電空間内の各位置Ａ〜Ｇでの電界強度を示すものである。電極ずれのないモデルＢの場合には、電極の中心からほぼ左右対称に電界強度が分布している。具体的には、放電空間下部Ｅ（前方），Ｆ（中央），Ｇ（後方）の電界強度は、０．９８（Ｅ）、０．９５（Ｆ）、０．９５（Ｇ）であり、Ｆを中心にほぼ左右対称となっている。一方、電極ずれのあるモデルＡの場合には、電極強度の対象性が崩れている。具体的には、放電空間下部Ｅ（前方），Ｆ（中央），Ｇ（後方）の電界強度は、０．９４（Ｅ）、０．９６（Ｆ）、１．３３（Ｇ）であり、傾斜部とは反対のＧの位置で最大電界強度となっている。従って、このＧの位置は最も放電が起こりやすいといえる。
【００２４】
図１（ｂ）に示す誘電体層の切欠け部４ａは、上記モデルＡにおける最大電界強度の位置Ｇに設けられている。つまり、最大電界強度の位置の電極が直接に放電空間に露出している。従って、他の位置に（例えば、位置Ｅに）切欠け部を設ける場合よりも、より効率的に放電を起こすことが可能となる。
【００２５】
上記説明では、第１の電極３と第２の電極７とは同じ電極幅を有するものとしその幅方向の中心軸をずらせ、電極エッジ（図１のE1とE2）のずれの位置関係を形成することにより、強電界を発生させる場合について説明した。しかしこの電極エッジのずれは、上記以外の電極構成でも形成できる。例えば、第１の電極３の電極幅が第２の電極７の電極幅より狭い場合には、両電極の中心軸が一致していても、上記と同じ電極エッジのずれの位置関係を構成できる。要するに、図１に示すような第１の電極と第２の電極の装置後方側の電極エッジの位置関係（図１のE1とE2）が構成できれば、同様の強電界を発生させることは可能である。
【００２６】
以上の説明のとおり、この実施の形態１では、第１の電極と第２の電極をずらせ（より正確には、第１の電極と第２の電極の発光装置後方側の電極エッジの位置をずらせ）、放電空間内に局所的な高電界を発生させ、この高電界を直接に放電空間に印加することにより、良好な始動特性を得ることができる。また、第２の電極は傾斜部とは反対側の後方にずらせているので、傾斜部の放電光取り出し面を広くすることも可能である。
【００２７】
ところで、放電空間に露出開放されている電極部分が、放電にともなうスパッタリングで劣化することが危惧される。この場合、以下の対策が劣化防止に効果がある。電極自身への対策（材料の変更も含む）としては、スパッタ耐性の高い電極材料（Ｎｉ等）を使用すること、本露出部分のみにスパッタ耐性の高い電極材料（Ｎｉ等）を使用すること、本露出部分のみをスパッタ耐性の高い電極材料（Ｎｉ等）にて２層構造とすること、本部分のみ厚みを厚くしておくことなどの対策がある。また、管内（放電空間内）のキセノン導入ガス圧を特性に影響のない範囲で上げること（標準適正ガス圧に対し、数十〜数百Ｔｏｒｒくらい導入ガス圧をあげるなど）でも効果をあげることができる。しかし、本発明の場合、上記の説明のとおり、電極が開放されているのは終端部分であり、且つ、後述のイメージセンサとして使用した場合には、有効読み取り外部で露出させていること、露出部分が発光取り出し面と逆側であることから実質的な問題はないと考えられる。
【００２８】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。図４は、実施の形態２における第１の基板２上に形成された第１の電極、誘電体層及び蛍光体層の構成細部を示すものである。図１（ｂ）に示す実施の形態１と基本的には同じ構成を備える。ただし、誘電体層４上の蛍光体の塗布領域が実施の形態１とは異なる。つまり、本実施の形態では、誘電体層４の凸部４ｂの上にも蛍光体を塗布している。従って、蛍光体の塗布領域が実施の形態１の場合よりも広く、放電発光装置の端に至るまで均一な輝度分布を得ることができる。
【００２９】
次に、この実施の形態２による放電発光装置の輝度分布について説明する。図５は、放電発光装置の先端部分の相対輝度を示すグラフである。図において、横軸は発光装置端部からの距離を、縦軸は相対輝度（％）を示す。実線（細線）は誘電体層に切欠け部を設けず電極全面を誘電体層で覆った（蛍光体のカットが全くない）従来品の場合、点線は蛍光体のカットがある場合（誘電体層の突起部４ｂに蛍光体を設けない実施の形態１に相当）、実線（太線）は蛍光体のカットが一部にしかない場合（誘電体層の突起部に蛍光体を設けた実施の形態２に相当）の輝度分布を示す。
【００３０】
図から明らかなように、実施の形態１（点線）では、従来品（実線（細線））に比べ始動特性の改善はあるが、発光装置の先端部で輝度が劣化する。これは、図１（ｂ）に示すように先端部に蛍光体が塗布されておらず、先端部で発光が起こらないためである。一方、実施の形態２（実線（太線））では、従来品（実線（細線））に比べ、輝度分布にはほとんど差がない。これは、図４に示すように誘電体層の切欠け部４ａ上には蛍光体を塗布できないが、放電光の取り出し側である凸部４ｂ上には蛍光体が塗布され、先端部でも発光が起こっているためである。以上のとおり、本実施の形態２では、始動特性の改善とともに、端部に至るまで均一な輝度分布を得ることができる。
【００３１】
実施の形態３．
次に、実施の形態３について、図６を用いて説明する。図６は、実施の形態１又は２に示した放電発光装置を密着イメージセンサの光源として用いたときの密着イメージセンサ１００の構成断面図である。図６において、１は、実施の形態１及び２で説明した構成の放電発光装置で、密着イメージセンサの光源となる。１０２は、放電発光装置１が載置される載置部を有する筐体である。図６に示すように、載置部は放電発光装置１の第１の基板２を水平に支持している。１０５は、筐体１０２に支持されたガラス板である。このガラス板１０５の裏面には、放電発光装置１の第２の基板６が配置されている。放電発光装置１の傾斜部６ｂは、プラテンローラ（図示せず）によって搬送される原稿１０６の照射点に近い位置に配置する。また、傾斜部６ｂの傾斜角は４５°とすると、この傾斜部６ｂから出射した光が照射点になるように配置する。図中の矢印の経路で示すように、原稿１０６で反射された反射光は、ロッドレンズアレイ１０４により集光され、回路基板１０１に搭載されたセンサ１０３により光電変換されて原稿１０６の内容が読取られる。この回路基板１０３は、容易に交換できるように筐体１０２にネジ止め固定されている。尚、実施の形態３では、ロッドレンズアレイ１０４の片側にのみ、放電発光装置１を組込んだが、両側に組込んでもよい。この場合、より明るい照明が可能となる。
【００３２】
以上のような構成により、光源の発光面から原稿照度面までに必要な距離を大幅に短縮することが可能となった。一般に、原稿面の明るさ（原稿面照度）は、光源の輝度に比例し、光源と原稿面の距離の２乗に反比例するから、光源発光面と原稿面の距離を短縮できるため、同一の輝度の光源を用いても原稿面照度を上げることができる。また、光源と原稿面との間の不要な空間が減少するため、読取り原稿面以外からの反射・散乱による外乱を抑えることもでき、高精度の原稿読取りが可能となる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のようにこの発明に係る放電発光装置によれば、放電開始時の不安定な状態を回避でき、短時間で安定な発光を得ることができる。また、この発明に係る放電発光装置によれば、輝度分布の安定した均一な発光をうることができる。さらに、この発明に係る密着イメージセンサによれば、かかる放電発光装置を用いるため、高精度の読取りが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）はこの発明の実施の形態１に係る放電発光装置の構成断面図、（ｂ）は第１の基板上の構成要部の平面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）はこの発明に係る放電発光装置の放電空間における電界強度計算のための２種類のモデル（モデルＡ、モデルＢ）の説明図である。
【図３】モデルＡ、モデルＢを用いて計算したこの発明に係る放電発光装置の放電空間における電界強度の計算値の表である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る放電発光装置の第１の基板上の構成要部の平面図である。
【図５】この発明に係る放電発光装置の輝度分布を示すグラフである。
【図６】この発明に係る密着イメージセンサの構成を説明するための構成断面図である。
【符号の説明】
１放電発光装置、２第１の基板、３第１の電極、４誘電体層、４ａ誘電体層４の切り欠け部、４ｂ誘電体層４の凸部、５蛍光体層、５ｂ蛍光体層５の凸部、６第２の基板、６ａ対向部、６ｂ傾斜部、７第２の基板、８封止部、１００密着イメージセンサ、１０１回路基板、１０２フレーム、１０３センサ、１０４ロッドレンズアレイ、１０５ガラス板、１０６原稿。

Claims

第１の基板と、この第１の基板上に形成された第１の電極と、放電空間を形成するように上記第１の基板上に載置された上記第１の基板と対向する対向部及び上記対向部と上記第１の基板との接続部分に形成されて上記放電空間で生じた光を出射する傾斜部を有する第２の基板と、この第２の基板の対向部上の上記放電空間と反対側に形成された第２の電極と、上記傾斜部と反対側の上記第１の電極端の一部を切欠けにより露出させ他の部分を覆うように上記第１の基板上に形成された誘電体層と、上記放電空間内の上記対向部及び上記誘電体層上に設けられた蛍光体層とを備え、上記第２の電極の上記傾斜部と反対側の電極端の位置が、上記第１の電極の上記傾斜部と反対側の電極端の位置より、上記傾斜部に対し後方にあることを特徴とする放電発光装置。
第１の基板と、この第１の基板上に形成された第１の電極と、放電空間を形成するように上記第１の基板上に載置された上記第１の基板と対向する対向部及び上記対向部と上記第１の基板との接続部分に形成されて上記放電空間で生じた光を出射する傾斜部を有する第２の基板と、この第２の基板の対向部上の上記放電空間と反対側に形成された第２の電極と、上記第１の電極端の一部を切欠けにより露出させ他の部分を覆うように上記第１の基板上に形成された誘電体層と、上記放電空間内の上記対向部及び上記誘電体層上に設けられた蛍光体層とを備え、上記第２の電極は、上記第２の基板の対向部上にあって上記第１の電極と対向する位置から上記傾斜部側と反対側に偏移した位置に形成されていることを特徴とする放電発光装置。
上記誘電体層は切欠けを有する略矩形状であり、上記切欠けを上記第１の電極端の上記傾斜部側と反対側の矩形の一端に設けたことを特徴とする請求項２に記載の放電発光装置。
上記蛍光体は、切欠けを有する略矩形状に上記誘電体層上に設けられたことを特徴とする請求項３に記載の放電発光装置。
上記第２の基板の対向部に対する上記傾斜部の傾きが、略角度４５°であることを特徴とする請求項１に記載の放電発光装置。
上記蛍光体層の膜厚が上記第１の基板上及び上記第２の基板上において略同一であることを特徴とする請求項１に記載の放電発光装置。
上記第１の電極は、Ａｇ、Ｃｕ，又はＡｌにより構成したことを特徴とする請求項１に記載の放電発光装置。
第１の基板、この第１の基板上に形成された第１の電極、放電空間を形成するように上記第１の基板上に載置された上記第１の基板と対向する対向部及び上記対向部と上記第１の基板との接続部分に形成されて上記放電空間で生じた光を出射する傾斜部を有する第２の基板、この第２の基板の対向部上の上記放電空間と反対側に形成された第２の電極、上記傾斜部と反対側の上記第１の電極端の一部を切欠けにより露出させ他の部分を覆うように上記第１の基板上に形成された誘電体層、上記放電空間内の上記対向部及び上記誘電体層上に設けられた蛍光体層を有し、上記第２の電極の上記傾斜部と反対側の電極端の位置が、上記第１の電極の上記傾斜部と反対側の電極端の位置より、上記傾斜部に対し後方にある放電発光装置と、上記傾斜部が原稿の照射点の近傍になるように上記放電発光装置を支持するフレームと、原稿により反射された反射光を集光するレンズと、このレンズからの反射光を検出するセンサとを備えたことを特徴とする密着イメージセンサ。