JP3958131B2 - イメージセンサユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イメージセンサユニットに関し、さらに詳しくは、自続放電可能な構成を備えた光源を備えたイメージセンサユニットにおけるグロー放電、いわゆる、自続放電が継続されるまでの立ち上げ改善のための構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やファクシミリ装置あるいはスキャナーなどに用いられるイメージセンサユニットには、その光源の型式の一つとして、フィラメントを用いた熱粒子の発光現象ではなく電極間での自続放電を利用した構成がある。
自続放電を利用した光源としての構成の一つとして、所定の減圧雰囲気下にある空間内に例えばキセノンガスなどを封入した誘電体からなる発光体と、空間内面で一部を除いて設けられた蛍光物質層と、空間をはさんで対向する一対の電極とを備えた構成がある。この構成においては電極間に放電開始電圧を印加することにより電極間に強電界を生成すると、封入されているガスが電離、励起して紫外線を発生し、紫外線が蛍光物質層を発光させることで光源としての機能を発揮することができる。
【０００３】
イメージセンサユニットは、例えば走査対象が原稿などの平坦な面を有する場合、その走査面に合わせて平坦面を有する平面ガラスなどが用いられ、平面ガラス内に上述した発光のための構成が設けられている。
【０００４】
ところで、上述したイメージセンサユニットにおいては、始動特性を保証するために、始動時、局所的に電界強度の強い部分を作ることでその部分の放電効率を高めることにより全域に亘って連続して発光させる方式（例えば、特開平１１−２８３５７９号公報）、他の光源を始動させ、その光を発光部に当てて発光部内に封入されているガスを電離、励起させる方式（例えば、特開平４−１０６８９６号公報）、光を照射せずに電子を出しやすい物質を発光部の蛍光物質内に混入させる方式（例えば、特開２０００−１５６２０３号公報、特開２００１−１２３９８８号公報）、さらには、蛍光体層の一部を欠如させてその部分から初期電子を放出してガスの電離、励起を開始させる、いわゆる、種火を生起させて順次ガスの電離、励起を連続させる方式（例えば、特開２００１−１０２００４号公報）が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記各公報に示されている始動特性向上のための構成においては、次のような問題がある。
第１に、強電界を生起させる場合には補助電極が新たに必要となったり、通常の電極を含めた発光体の形状を変更することが必要となるために、コスト上昇を招く。特に、発光体が薄いと補助電極の十分な絶縁距離が保てなくなることにより絶縁破壊を起こして暗流状態に帰還したり、点灯回路の破損や、センサーユニット内焼損を引き起こしてしまう虞があり、始動特性の効果的な改善が図れなくなる。
【０００６】
第２に、他の光源を設けた方式や電子放出が良好な物質を蛍光物質内に混入する方式では、封入されているガスの純度が影響して放出された電子が捕捉されやすくなることによりガスの電離、励起が良好に行えなくなる虞があるためにガスの純度を高純度に維持しなければならないことや電極の一部を露出させるとその露出面でスパッタリングが発生して照度劣化を来す虞がある。
【０００７】
第３に、蛍光体の一部を欠如させた場合にはイメージセンサユニットによる走査対象である原稿の走査範囲内で光量不足を来す場合があり、これによりＳ／Ｎ比が悪化する虞がある。しかも、発光体をなす誘電体表面が蛍光体層で覆われてしまうと、電子を放出するために電極に印加される電圧が高くならざるを得ず、仮に一部分で微弱な放電が生じた場合でも発光体の長手方向で連続した放電が継続されにくく、放電が停止する場合もある。
【０００８】
本発明の目的は、上記従来のイメージセンサユニット、特に自続放電を利用した発光部における問題に鑑み、コスト上昇と絶縁破壊を抑えて始動特性を向上させると共に、発光体全域に亘って連続した放電を維持できるようにして走査範囲内でのＳ／Ｎ比の悪化を抑えることが可能な構成を備えた発光部を備えたイメージセンサユニットを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、少なくとも一方が光透過材料により形成される一対の平面状基板を一定間隔を持たせて空間を構成した状態で平行対向させ、該空間内を封止して気密封止空間を形成するとともに、一方の平面状基板には蛍光体層からなる発光材料層を表面に積層した絶縁材料層により絶縁された内部電極を設け、他方の平面状基板には気密封止空間側に蛍光体層からなる発光層を設けると共に封止空間の外側に相当する平面状基板の外側に上記内部電極と対向する外部電極をそれぞれ設け、上記気密封止空間内に放電ガスを封入して上記２つの電極間に高電圧を印加することによりガス放電を行い、その放電により発生する紫外線により気密封止空間に対面する発光材料層の蛍光材料を発光させて線状の照明光を得ることが可能な放電発光ランプを備えたイメージセンサユニットにおいて、上記放電発光ランプは、放電空間内のガス放電により荷電粒子が衝突する範囲における電極領域を含む一定領域内で発光材料層を設けず、基板材料、絶縁材料層および電極のうちの少なくとも一つが露出している構成とされていることを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のイメージセンサユニットにおいて、上記発光材料層が設けられていない領域は、上記放電発光ランプの長手方向における端部の位置、あるいは端部から連続若しくは部分的に上記放電発光ランプの長手方向に沿った位置に設けられていることを特徴としている。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のイメージセンサユニットにおいて、上記発光材料層が設けられていない領域のうち上記端部の位置は、上記放電発光ランプの長手方向における走査領域の外側に相当させてあることを特徴としている。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１または２のうちの一つに記載の発明に加えて、上記発光材料層が設けられていない領域には光電子放出物質が含まれていることを特徴としている。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１または２記載のイメージセンサユニットにおいて、上記発光材料層が設けられていない位置の上記絶縁材料には光電子放出物質が含有されて構成されていることを特徴としている。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のうちの一つに記載の発明に加えて、上記発光材料層が設けられていない領域は、上記気密封止空間に対面していることを特徴としている。
【００１５】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のうちの一つに記載の発明に加えて、上記発光材料層が設けられていない領域は、別設された光源により光照射されることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図面により本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態を説明するためのイメージセンサユニットの模式的な斜視図であり、同図においてイメージセンサユニット１は、ユニット１Ａを備え、その内部に発光ランプ２，集束性光伝送体をなすセルフォックレンズアレイ３，受光素子を備えた素子基板４を備えている。
イメージセンサユニット１では、図２において一点鎖線の矢印で示すように、発光ランプ２からの照射光がコンタクトガラスなどの原稿載置板５に定置される原稿Ｏに対して照射され、原稿Ｏからの反射光がセルフォックレンズアレイ３を介して素子基板４上の受光素子４Ａに収束されることにより原稿情報を読み取るようになっている。なお、図２において符号６は素子基板４と外部の制御部（図示されず）を電気的接続するためのコネクタを示している。
【００１７】
発光ランプ２は、その構成が図３以降に示されている。
図３は、発光ランプ２の横断面図であり、同図において発光ランプ２は、アルカリ土類金属の酸化物などの光電子放出物質を含有させた誘電体からなる光透過可能な一対の平面状基板２Ａ、２Ｂを備え、この基板間にはフリットガラス等の封止部材２Ｃにより気密封止されて所定の減圧雰囲気下に設定されて放電空間を構成する気密封止空間２Ｄが設けられている。
気密封止空間２Ｄ内には、キセノン（Ｘｅ）ガスなどの放電ガスが封入されている。
【００１８】
一方の平面状基板２Ａには、気密封止空間２Ｄ側に蛍光材料層からなる発光材料層２０を表面に積層した絶縁材料層２１により絶縁された内部電極２２が設けられており、他方の平面状基板２Ｂには、気密封止空間２Ｄ側に蛍光材料からなる発光材料層２０’が設けられていると共に気密封止空間２Ｄの外側に内部電極２２と対向する外部電極２３が設けられている。
内部電極２２および外部電極２３には、それぞれハーネス２４，２４’が半田付けされており、ハーネス２４，２４’は外部の図示しない点灯回路に接続されている。外部電極２３は、図示しないが、外部からのノイズ対策や安全対策のために接地構造を設けたり絶縁層で覆われるようにすること勿論可能である。
発光ランプ２は、図４において矢印Ｒで示すように、外部に露出している外部電極２３が配置されている面と直角な面から光を照射するようになっている、
発光ランプ２における発光材料層２０，２０’は、発光ランプ２の長手方向において、放電ガス中の荷電粒子が衝突する範囲における電極領域を含む一定領域が欠如（便宜上、図３において符号Ｄ、Ｄ’で示す）されており、いわゆる、発光材料層２０，２０’が設けられておらず（以下、便宜上、欠如部と称する）、基板材料、絶縁材料層２１および電極２２，２３の少なくとも一つが露出する構成とされている。
【００１９】
欠如部Ｄ、Ｄ’は、発光ランプ２の長手方向における端部で電極側およびこの位置から連続若しくは部分的に発光ランプ２の長手方向に沿った位置のいずれかに設けられており、いずれの場合にも、大きな欠如部は走査領域の外側に相当させてある。走査領域で大きな欠如部Ｄ、Ｄ’が存在しないことにより、不均一な光量低下を来す部分が存在しないようにできることで原稿読み取りの際のＳ／Ｎ比の悪化を防止している。
図５は、図３中、符号（５）で示す方向、つまり一方の平面状基板２Ａ側での構成を示す矢視図であり、同図において、欠如部Ｄは、平面状基板２Ａにおける長手方向の端部側、つまり、発光材料層２０の一端部側で絶縁材料層および内部電極２２に重なることで、図６に示すように、絶縁材料層２１の一部が露出する位置さらには図７に示すように内部電極２２の一部が露出する位置（便宜上、図５乃至図７において符号Ｄ１で示す）と、この位置Ｄ１に連続して蛍光材料からなる発光材料層２０の周辺の一辺に沿って発光ランプ２の長手方向に平行する領域に相当する位置（便宜上、図５および図６において符号Ｄ２で示す）にそれぞれ設けられている。図７は、絶縁材料層２１も発光材料層２０と共に一部に欠如部を設けた場合を示しており、この場合には、内部電極２２の一部が直接気密封止空間２Ｄに露出する。
【００２０】
他方の平面状基板２Ｂでは、図３中、符号（８）で示す方向の矢視図である図８に示すように、発光材料層２０’における長手方向、つまり、発光ランプ２の長手方向で外部電極２３の一部に重なることで外部電極２３が気密封止空間２Ｄ側に露出した状態が得られる位置（便宜上、符号Ｄ１’で示す）およびこの位置から連続して発光材料層２０’の周辺の一辺に沿って発光ランプ２の長手方向に平行する領域に相当する位置（便宜上、符号Ｄ２’で示す）にそれぞれ設けられている。
図９は、発光材料層２０’に対する外部電極２３の露出状態を斜線で示しており、同図からも明らかなように、発光材料層２０’の一部で外部電極２３が露出して気密封止空間２Ｄ内から露見できるようになっている。
【００２１】
発光材料層２０，２０’が設けられていない領域である欠如部Ｄ、Ｄ’は、上述したように、平面状基板自体あるいは絶縁材料２１における気密封止空間２Ｄ側表層の一部若しくは全域にそれぞれアルカリ土類金属の酸化物などを用いた光電子放出物質が含有された光電子放出物質層が気密封止空間２Ｄに対面した状態で設けられている。なお、発光材料層２０，２０’が設けられていない欠如部Ｄ、Ｄ’での光電子放出物質を含有させた箇所は、基板を構成する誘電体に限らず、電極そのものとしても良い。
【００２２】
本実施形態は以上のような構成により、発光ランプ２における発光材料層２０，２０’の一部に欠如部Ｄ、Ｄ’が設けられて基板材料、絶縁材料および電極の少なくとも一つが露出するようになっているので、電極間に電圧が印加された場合の初期電子の放出が欠如部以外の領域に比べて容易化される。しかも、欠如部が電極側およびこれに連続して発光ランプの長手方向の沿った位置に設けられていることにより初期電子の放出領域がほぼ発光材料層２０，２０’の全域に亘って容易化されることになるので、発光ランプの始動特性を改善することができる。
【００２３】
次に本発明の別の実施形態について説明する。
本実施形態は、発光材料層が設けられていない欠如部に対して別設された光源により光照射することを特徴としている。
図１，２および４に示すように、欠如部Ｄ、Ｄ’に対応する位置には、ＬＥＤ，豆電球あるいはＥＬなどの外部発光源２５が発光ランプ２の外部近傍に配置されている。本実施形態では、外部発光源２５として、光子エネルギーが高い短波長発光が可能な青色ＬＥＤが用いられており、欠如部に向けて照射光が指向しやすい状態に配置されている。
外部発光源２５の発光制御は、図示しない点灯回路により行われるようになっており、点灯回路では、発光ランプ２の発光開始に先立ち外部光源２５を所定時間の間、点灯させるようになっている。
【００２４】
本実施形態は以上の構成において、外部発光源２５が点灯されると、外部発光源２５からの光が発光材料層２０，２０’を設けていない欠如部Ｄ、Ｄ’に照射され、欠如部にて露出している光電子放出物質層から電子が放出される。このとき、電極２２，２３間に電界が形成されていると、放出された電子が気密封止空間２Ｄ内の放電ガス中で高速移動し、放電ガスの電離を増幅しながら対向する電極側に位置する発光材料層あるいは欠如部に達することになる。このときには放電ガスの電離、励起による紫外線が発光材料層に衝突することによい発光が得られる。
【００２５】
通常、放電ガスの電離、励起による電子とイオンは電極での電圧極性に対応して発光材料層あるいはその下層に位置する絶縁材料層や電極に吸引されることにより電極間での電界が弱められることで放電が維持されなくなるのを極性反転させた電圧印加により解消することが行われる場合がある。この場合には、電界が反転するが、発光材料に吸引されている電子は逆電界が強くなければ放出されにくいので、放出までの時間が長大化し、気密封止空間内の放電ガス中を放電し始めるのに時間がかかることになり、そのうち電界の極性が再反転して元に戻ってしまうと、その間での発光が生起されないことになる。そこで、本実施形態では、欠如部Ｄ２、Ｄ２’が設けてあることにより、その部分に存在する電子が逆電界によって発光材料層からの放出に比べて小さい電圧によっても放出されることになり、放電時での発光が実現することになる。
【００２６】
通常、極性反転現象が繰り返されと放出される電子の数が増加し、発光ランプ全体での発光現象が得られることになるが、発光材料層での電子の吸引が多くなると、外部発光源２５近傍で発生した発光現象がランプ全体に拡がりにくいが、本実施形態では、欠如部Ｄ２、Ｄ２’を設けることでその部分での放電が容易にランプ全体に拡がりやすくなり、発光ランプ２での始動特性が向上することになる。
【００２７】
なお、上記の説明においては、各電極２２，２３に接続されるハーネス２４，２４’が位置している端部と反対側で発光材料層２０，２０’を欠如させた構成（Ｄ、Ｄ’）を説明したが、この位置とは反対に欠如部Ｄ１、Ｄ１’を設けることも可能である。また、始動特性を向上させるという観点においては、欠如部の位置および形状などの形成形態の条件を異ならせるようにしても良い。また上記の構成においては、欠如部が発光部分に形成してあるが、この構成に限る必要はなく、初期電子の放出が円滑化できる部分であればよい。また、光電子放出物質は誘電体からなる平面状基板のいずれか一方のみに含ませるようにすることも可能である。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、放電空間内のガス放電により荷電粒子が衝突する範囲における電極領域を含む一定領域内で発光材料層を設けず、基板材料、絶縁材料層および電極のうちの少なくとも一つが露出している構成とされているので、電極間に印加される電圧による電子の放出が迅速に行われる。このため、初期電子の放出開始が早められることにより微弱な外部の発光あるいは放射線さらには気密封止空間内のガスから生じた電離電子が発光材料層に深く吸着されずに、低い逆電界で放電空間内へ電子の放出が行えるので、いわゆる、種火となり、他の領域での発光現象を早めることが可能となる。しかも、放電による荷電粒子が衝突する範囲で蛍光体層からなる発光材料層の一部を欠如させるという簡単な構成によりコスト上昇も抑えることができる。
【００２９】
請求項２記載の発明によれば、発材材料層が設けられていない領域として、放電発光ランプの長手方向における端部側から連続若しくは部分的に放電発光ランプの長手方向に沿った位置のいずれかが設定されているので、他の領域に対して電界作用を早めて種火を移動拡大させることができ、しかも、放電発光ランプにおける長手方向に連続した場合には、その発光材料層が設けられている領域全域に亘って種火を生起させることで発光材料層での発光開始を早めることが可能となる。
【００３０】
請求項３記載の発明によれば、発光材料層が設けられていない部分的に大きな領域が走査対象領域の外側に位置しているので、不均一な光量不足を来す箇所が走査対象領域にある場合と違って読み取り時でのＳ／Ｎ比を悪化させないようにすることが可能となる。
【００３１】
請求項４および５記載の発明によれば、発光材料層が設けられていない領域には光電子放出物質が含有されているので、気密封止空間内へ初期電子を効率よく生起させて放電を早めることが可能となる。
【００３２】
請求項６記載の発明によれば、発光材料層が設けられていない領域が気密封止空間に対面しているので、その領域からの電子の放出が妨げられることがないことにより始動特性を向上させることが可能となる。
【００３３】
請求項７記載の発明によれば、発光材料層が設けられていない領域に対して別設された光源により光照射が行われることにより、該領域に含有されている光電子物質からの電子の放出を行わせることが可能となり、電界作用による放電と併せて放電を迅速化して始動特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するためのイメージセンサユニットの模式的な斜視図である。
【図２】図１に示したイメージセンサユニットによる走査状態を説明するための模式図である。
【図３】図１に示したイメージセンサユニットに用いられる発光ランプの横断面図である。
【図４】図３に示したイメージセンサユニットの外観図である。
【図５】図３中、符号（５）で示す方向の矢視図である。
【図６】図３に示したイメージセンサユニットにおける図５で示した箇所の下層の構成を示す図である。
【図７】図６に示した箇所のさらに下層の構成を示す図である。
【図８】図３中、符号（８）で示す方向の矢視図である。
【図９】図８に示した箇所の下層の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ イメージセンサユニット
１Ａ ユニット
２ 発光ランプ
２Ａ 一方の平面状基板
２Ｂ 他方の平面状基板
２Ｄ 気密封止空間
２０，２０’ 発光材料層
２１ 絶縁材料層
２２ 内部電極
２３ 外部電極
２４，２４’ ハーネス
２５ 外部発光源
Ｄ、Ｄ’ 発光材料層の欠如部
Ｄ１，Ｄ１’ 電極側の欠如部
Ｄ２，Ｄ２’ 電極側から連続する欠如部
Ｏ 照明対象物としての原稿

Claims (7)

1. 少なくとも一方が光透過材料により形成される一対の平面状基板を一定間隔を持たせて空間を構成した状態で平行対向させ、該空間内を封止して気密封止空間を形成するとともに、一方の平面状基板には蛍光体層からなる発光材料層を表面に積層した絶縁材料層により絶縁された内部電極を設け、他方の平面状基板には気密封止空間側に蛍光体層からなる発光層を設けると共に封止空間の外側に相当する平面状基板の外側に上記内部電極と対向する外部電極をそれぞれ設け、上記気密封止空間内に放電ガスを封入して上記２つの電極間に高電圧を印加することによりガス放電を行い、その放電により発生する紫外線により気密封止空間に対面する発光材料層の蛍光材料を発光させて線状の照明光を得ることが可能な放電発光ランプを備えたイメージセンサにおいて、
   上記放電発光ランプは、放電空間内のガス放電により荷電粒子が衝突する範囲における電極領域を含む一定領域内で発光材料層を設けず、基板材料、絶縁材料層および電極のうちの少なくとも一つが露出している構成とされていることを特徴とするイメージセンサユニット。
2. 請求項１記載のイメージセンサユニットにおいて、
   上記発光材料層が設けられていない領域は、上記放電発光ランプの長手方向における端部の位置、あるいは端部から連続若しくは部分的に上記放電発光ランプの長手方向に沿った位置に設けられていることを特徴とするイメージセンサユニット。
3. 請求項１または２記載のイメージセンサユニットにおいて、
   上記発光材料層が設けられていない領域のうち上記端部の位置は、上記放電発光ランプの長手方向における走査領域の外側に相当させてあることを特徴とするイメージセンサユニット。
4. 請求項１または２のうちの一つに記載のイメージセンサユニットにおいて、
   上記発光材料層が設けられていない領域には光電子放出物質が含まれていることを特徴とするイメージセンサユニット。
5. 請求項１または２記載のイメージセンサユニットにおいて、
   上記発光材料層が設けられていない位置の上記絶縁材料には光電子放出物質が含有されて構成されていることを特徴とするイメージセンサユニット。
6. 請求項１乃至５のうちの一つに記載のイメージセンサユニットにおいて、
   上記発光材料層が設けられていない領域は、上記気密封止空間に対面していることを特徴とするイメージセンサユニット。
7. 請求項１乃至６のうちの一つに記載のイメージセンサユニットにおいて、
   上記発光材料層が設けられていない領域は、別設された光源により光照射されることを特徴とするイメージセンサユニット。

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