JP5039688B2 - 均一な照明プロファイルを有するランプ管およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明はランプ管に関し、より詳細には、均一な照明プロファイルを有するランプ管およびそれを製造するための処理プロセスに関する。

光学スキャナは、紙ドキュメントあるいは他の媒体上の画像のようなスキャンされた対象を表す機械読取り可能な画像データを生成する。フラットベッド光学スキャナは、その上に媒体またはスキャンされる対象が配置される透明なプラテンを有する固定装置である。フラットベッドスキャナ、フィルムスキャナ、複写機、いくつかのデジタルカメラのような装置は、光源として直線状の冷陰極蛍光灯（cold cathode fluorescent lamp：以下、「ＣＣＦＬ」とよぶ。）を用いる場合がある。媒体あるいは対象は、電荷結合素子（ＣＣＤ）のような画像入力装置によって、媒体あるいは対象の細長い領域あるいはスキャン線部分を順次画像入力することによりスキャンされる。画像入力装置は、スキャンされる媒体または対象の各スキャン線部分を表す画像データを生成する。ＣＣＤ光検出器等の感光素子の直線状配列を用いて、光を電荷へと変換する。画像スキャンシステムのために利用可能な数多くの比較的に低価格なカラーおよび白黒の一次元アレイＣＣＤ光検出器が存在する。代わりに、電子画像入力システムは、ＣＣＤアレイ等の感光素子の二次元のアレイを用いることができる。しかしながら、これらのアレイは、製造歩留まりが低いために高価である。リニア光検出器は、より小型で製造歩留まりがより高いため、アレイ検出器よりも非常に廉価である。

直線状のＣＣＦＬは、高輝度で安価でしかも信頼性が高いが、１つの大きな欠点も有する。ＣＣＦＬは、不均一な照明強度プロファイルを有し、正規化するために補正アナログまたはデジタル利得を必要とする。ＣＣＦＬの素子は、対象または媒体上の光強度と、光学系を介する光強度とが減少することに起因して、スキャン線の端部において信号対雑音比が低くなる。

本発明は、均一な照明プロファイルを有するランプ管およびそれを製造するための処理プロセスを提供するものである。

本発明の一実施形態によれば、第１の端部と第２の端部とを有するランプ管を処理する方法であって、ランプ管の第１の端部へと第１の量の発光物質を導入するステップと、ランプ管の第２の端部へと第２の量の発光物質を導入するステップとを含んでなる方法を提供する。

本発明の別の実施形態によれば、第１の端部および第２の端部と、その上に発光物質が分布した内側表面とを有する直線状の管を含み、発光物質の長手方向の分布が内側表面の第１の点において最小値を有し、発光物質の密度が内側表面の第２の点および第３の点のそれぞれにおいて最小値より大きくなり、第１の点が長手方向において第２の点と第３の点との間に配置される照明源を提供する。

本発明によれば、均一な照明プロファイルを有するランプ管およびそれを製造するための処理プロセスが得られる。

本発明の目的および利点をより完全に理解するために、添付の図面に関連して取り上げられる以下の説明を参照する。

本発明の好ましい実施形態およびその利点は、図面の図１〜図９を参照することにより最もよく理解される。なお、種々の図面の類似および対応する部品を示すために類似の参照番号が用いられる。

図１には、画像入力システム、限定はしないが、たとえば、フラットベッドスキャナ、デジタルカメラ、複写機、フィルムスキャナ、または別の装置によってスキャンされうる、たとえば、ドキュメント１００等のスキャン媒体が示される。その画像入力システムは、照明源、たとえば、蛍光体あるいは水銀分子または別の紫外線放射源によって励起される別の発光物質を有する直線状の冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ）を用いて、ドキュメント１００の一連のスキャン線部分１０Ａ〜１０Ｎをスキャンする。ランプ管内のキセノン分子からの紫外線放射によって励起される蛍光体を有するキセノンランプ等の他のタイプのランプも、画像入力装置において一般的に用いられる。スキャン線は、各スキャン線上に複数の焦点を有するＣＣＦＬを用いて照明される。特定の焦点に衝突する光の全体は、ＣＣＦＬに沿って有限の数の点光源から生じるものとみなしうる。焦点に集束する光は、一般に、画像形成システム、たとえば、画像安定化器、フィルタ、光学系、単レンズ、ホログラフィックレンズ、または別の装置を通過する。そして、その光は光検出器に伝搬され、そこで電荷に変換される。一般に、この技術によれば、所与のスキャン線に対して、複数の電荷が生成される。特定のスキャン線に対して電荷が生成されると、次のスキャン線に対する電荷が生成される。この一般的な手順は、ドキュメント１００の全てのスキャン線が画像入力されるまで繰り返される。

図２には、スキャン対象物１６０上に光を放射する照明源、たとえばＣＣＦＬ１５０が示される。スキャン対象物１６０は、スキャンドキュメント１００のスキャン線、たとえばスキャン線１０Ａを表す。実際には、ＣＣＦＬ１５０は、同一直線上にある端点（ＣＣＦＬ１５０の終端する端部）を有する連続した円柱形状の光源に沿って光を放射する。説明を簡単にするために、ＣＣＦＬ１５０から放射される光は、ＣＣＦＬ１５０上の同一直線上に配置される有限個の点光源１５０Ａ〜１５０Ｋからなる直線状の光源から生じるものとみなされる。

光線は、ＣＣＦＬ１５０の各点光源１５０Ａ〜１５０Ｋから多方向に放射される。たとえば、光線１５０Ｆ_ａ〜１５０Ｆ_ｋが、点光源１５０Ｆから放射される。各点光源１５０Ａ〜１５０Ｋは、スキャン対象物１６０に沿って衝突する光線を放射する。各点光源、たとえば点光源１５０Ｆは、スキャン対象物１６０に沿って種々の点１６０ａ〜１６０ｋにおいて衝突する複数の光線を放射する。任意の所与の点１６０ａ〜１６０ｋの照明の強度は、点１６０ａ〜１６０ｋと点１６０ａ〜１６０ｋの照明に寄与する点光源１５０Ａ〜１５０Ｆとの間の距離の関数である。具体的には、所与の点光源１５０Ａ〜１５０Ｋによって与えられる照明の強度は１／ｒ^２に比例し、ここで、ｒ＝ｄ（ｃｏｓ（α））^−１であり、ｄは、照明される点１６０ａ〜１６０ｋと照明する点光源との間の距離であり、αは、点光源１５０Ａ〜１５０Ｋから生じる光線が特定の点１６０ａ〜１６０ｋと衝突する角度である。したがって、累積的な照明強度または全体の照明強度は、ｒの二乗に反比例する積分量である。したがって、点１６０ｆは、光線１５０Ｆ_ｆが点１６０ｆと直接に、すなわち垂直に衝突することに起因して、任意の他の点１６０ａ〜１６０ｅと１６０ｇ〜１６０ｋとの照明強度よりも大きい、点光源１５０Ｆから生じる照明強度を有するであろう。点光源１５０から放射される光から生じる全ての他の点１６０ａ〜１６０ｅと１６０ｇ〜１６０ｋとの場合の照明強度は、その間の距離が増加するとともに減少するであろう。

スキャン対象物１６０の点１６０ｆの累積的な照明は、点光源１５０Ａ〜１５０Ｋの全体に沿って、そこから放射される光の積分であるとみなしうる。図３に示されるように、スキャン対象物１６０の点１６０ｆの全照明強度は、ＣＣＦＬ１５０の長さに沿って、そこから放射される種々の光線１５０Ａ_ｆ〜１５０Ｋ_ｆからの照明の寄与の積分である。光線１５０Ａ_ｆ〜１５０Ｋ_ｆの集合体は、垂直に点１６０_ｆに衝突する、すなわち衝突角（impingement angle）αが０の点１６０ｆに衝突する主光線１５０Ｆ_ｆを含むものとみなすことができ、一方、残りの光線１５０Ａ_ｆ〜１５０Ｅ_ｆと１５０Ｇ_ｆ〜１５０Ｋ_ｆとは、０より大きな種々の衝突角αで点１６０ｆに衝突する。上記のように、点１６０ｆの照明強度への光線の寄与は、照明源と照明される点１６０ａ〜１６０ｋとの間の距離が増加するとともに減少する。したがって、光線１５０Ａ_ｆは、たとえば光線１５０Ｂ_ｆより、点１６０ｆへの放射が小さくなる。

ＣＣＦＬ１５０が理想的であり（すなわち、均一な強度でその長さに沿って光線を放射しており）、無限に長い光源であったならば、各点１６０ａ〜１６０ｆは同一の強度で照明されることになる。しかしながら、ＣＣＦＬ１５０の長さは有限であるので、スキャン対象物１６０に沿って示される照明強度プロファイルは不均一であり、結果として、スキャン対象物１６０の端部付近の点において照明の強度が低下する。図４に示されるように、スキャン対象物１６０の遠端において点１６０ｋ上に放射される光は主光線１５０Ｋ_ｋを有し、主光線１５０Ｋ_ｋの片側からのみ生じる副光線１５０Ａ_ｋ〜１５０Ｊ_ｋを有する。したがって、点１６０ｋの照明強度は、たとえば点１６０ｆの照明強度より小さいであろう。なぜなら、点１６０ｋの照明は実際には概ね９０°にわたる点光源照明の積分であるが、一方、点１６０ｆの照明は概ね１８０°にわたる点光源照明の積分であるためである。その結果が、図５Ａに示されるような、不均一な照明強度プロファイル２１０である。放射プロファイル２００は、照明源、たとえばＣＣＦＬ１５０の長さに沿った近似的な放射プロファイルを示しており、ＣＣＦＬ１５０の表面に沿って発光物質の均一な分布を有する。たとえば、典型的なＣＣＦＬは、蛍光体のような発光物質がその内側表面に沿って分布した、密封されたガラス管を含む。発光物質が均一に分布した表面を有するＣＣＦＬは、放射プロファイル２００に表すように、その長さに沿って均一な強度を有する光を放射するであろう。特に、放射プロファイル２００は積分によらない測定であり、すなわち、放射プロファイルのプロットの各点が、ＣＣＦＬ１５０の長さに沿った点（Ｏ〜Ｌ）からの放射の強度を示すだけなのに対して、照明強度プロファイル２１０は、放射プロファイル２００を有する照明源によって照明されている対象の点１６０ａ〜１６０ｋにおける照明の積分作用を示す。上記の照明の積分作用に起因して、スキャン対象物１６０の端点、たとえば点１６０ａおよび１６０ｋのいずれかの付近の点より、スキャン対象物１６０の中央部分に沿った点は高い照明を有する。

また、ＣＣＦＬ１５０の不均一な照明強度プロファイル２１０は、画像取得システムにおいて用いられる典型的なレンズの光収集能力の明瞭に書類化する機能から生じる二次的な原因を有する場合もある。レンズの光収集能力から生じた、不均一な照明強度プロファイル２１０への寄与作用は、光学経路の中央線と、その画像の関連する領域に描かれる線との間のｃｏｓ^４関数により示されてきていることがわかっている。その全作用によって、スキャン対象物１００の端点において角度が大きくなるのに応じて、光の指数関数的な損失（exponential loss）が生じる。したがって、ＣＣＦＬを利用するスキャナのような画像入力システムは、スキャン対象物、すなわちページ上、または残りの光学系を通る光が減少することに起因して、スキャン線の端部において信号対雑音比が小さくなる。

図５Ａに示される不均一な照明強度プロファイル２１０は、照明物質密度プロファイル１９５によって示されるように、ＣＣＦＬ１５０の長さに沿って、均一な蛍光体または他の照明物質コーティングを有するＣＣＦＬ１５０から生じる。しかしながら、蛍光体コーティングは、典型的な製造技術の理想的ではない特性に起因して、ＣＣＦＬの長さに沿ってしばしば不均一である。たとえば、一般的な製造技術の結果として、照明源の円周の周囲では発光物質が均一な分布になるが、照明源の長手方向の軸に沿った発光物質は不均一な分布になる。図５Ｂには、照明物質密度プロファイル２２５に示されるように、その内側表面上に不均一な分布の照明物質を有する典型的なＣＣＦＬ２２０が示される。ＣＣＦＬ２２０の一部（例示的に、斜線部分２２０Ａ_１によって示される）は、ＣＣＦＬ２２０の残りの部分より大きな照明物質密度を有する。結果として、より大きな照明物質密度を有するＣＣＦＬ２２０の端部は、放射プロファイル２３０の斜めの領域２３０Ａによって示されるように、その端部から放射される光の強度が増加する。斜めの領域２３０Ａの結果として、上記の照明の積分作用に起因するスキャン対象物の端部付近の照明の典型的な損失を埋め合わせる相補的な作用を生じる。結果的な照明強度プロファイル２４０は、対応する端部において、より直線的なプロットを有し、その結果、その端部において必要とされる補正の正規化が削減されるか、または全く必要がなくなる。本発明は、この現象の変形を有利に利用する。新規なランプ管処理プロセスでは、改善された均一な照明強度プロファイルを有するように用いられる管のように、管の中央部分や管の一端ではなく、両端において大きくなる発光物質密度を含む不均一な照明物質分布を有するランプ管を生成する。

図６Ａには、本発明の教示にしたがって構成される、その長さに沿って新規の蛍光体または他の発光物質密度分布を有する、ＣＣＦＬ２５０あるいは他の照明源が示される。ＣＣＦＬ２５０の中央部分２６０Ｂは、発光物質密度プロファイル２５５（図６Ｂ）によって示されるような、概ね一定の蛍光体密度分布を有する。ＣＣＦＬ２５０の端部２６０Ａ_１および端部２６０Ａ_２は、中央部分２６０Ｂと比べて、より高い蛍光体密度分布を有する。図には、２つの異なる蛍光体密度の領域を有することが示されるが、端部２６０Ａ_１および端部２６０Ａ_２は、同様に一定ではない蛍光体密度を有する場合もあることは理解されたい。たとえば、端部２６０Ａ_１および端部２６０Ａ_２は、発光物質密度プロファイル２６０（図６Ｃ）によって示されるような、ＣＣＦＬ２５０の端部に向かって増加する蛍光体密度分布を有しうる。実際には、中央部分２６０Ｂも、発光物質密度プロファイル２６５（図６Ｄ）によって示されるように、中点（点Ｍ１）から端部２６０Ａ_１および２６０Ａ_２に向かって外側にわずかに増加する蛍光体密度分布を有しうる。したがって、ＣＣＦＬ２５０は概ね全体として、ＣＣＦＬ２５０の中点Ｍ１から外側に増加する蛍光体密度分布を有するものとして特徴付けられ、ＣＣＦＬ２５０の中点Ｍ１では対応する最小放射密度を有する。最小放射密度は、一般に、中点Ｍ１を含むＣＣＦＬ２５０の部分から放射される場合があり、そこからいずれか（あるいは両方）の端点（ＯあるいはＬ）に向かって放射強度が増加する点まで外側に広がる。発光物質密度分布は、不均一な放射プロファイル３００から生じる図７に示されるような均一な照明強度プロファイルを与えることが好ましい。図に示されるように、照明強度プロファイル３１０は、スキャン対象物の長さに及ぶ全ての点において、近似的に等価な強度である。

本発明によれば、均一な照明強度プロファイル３１０を達成するために、ＣＣＦＬ２５０は、ＣＣＦＬ２５０の長さに沿って不均一な放射強度をもたせることが好ましい。すなわち、放射プロファイル３００は、上記のような照明の積分作用および／またはレンズ損失を補償するように不均一であることが好ましい。図６を参照して説明されたように、非線形的な蛍光体分布は、ＣＣＦＬ２５０の中央部分よりも、端部２６０Ａ_１および端部２６０Ａ_２付近においてより大きな照明強度を得るために用いられる。ＣＣＦＬ２５０の蛍光体分布は、放射プロファイル３００が図５に示される照明強度プロファイル２１０を反転したものになるように実施されることが好ましい。そのような光源を用いる照明は、スキャン対象物の中央部分に沿って放射される主光線よりも大きな強度を有する主光線をスキャン対象物の端部にあてることによって、スキャン対象物の端部における照明を補償することにより、スキャン対象物の均一な照明を生成する。

図８Ａ〜図９Ｊは、結果的に非線形の発光物質密度分布を有する本発明の教示によるランプ管４００を生成する処理プロセスの種々のステージにおけるランプ管４００の断面図を示す。第１のステップ（図８Ａ）では、ランプ管４００が、発光物質コーティング装置内に配置される。次に、蛍光体溶液のような発光物質が管４００の第１の端部４１０へと導入される（図８Ｂ）。そして、たとえば、管４００の第２の端部４２０において、乾燥した空気が管４００内に導入され、発光物質を乾燥させる（図８Ｃ）。発光物質が乾燥すると、発光物質密度分布は概ね図８Ｄに示されるように見え（斜線領域は、斜線のない領域より大きな発光物質密度の領域を例示的に示す）、それは高密度の発光物質を有する領域４５０を含む。

コーティング装置のフットプリント（footprint、または、床面積）を最小限に抑えるために、典型的な製造プロセスでは、ランプ管４００を垂直に向けて、発光ランプ管をコーティングするが、ランプ管４００は鋭角に配置することもできる。その場合には、発光材料は、管４００の底部（Ｂ）あるいは第１の端部４２０に配置される発光源から管内へとしばしば入れられる。製造を簡単にするために、乾燥用の空気は、ほとんどの場合には、管４００の第１の端部４１０の反対側の第２の端部４２０へと注入される。すなわち、乾燥用の空気は、管４００の上端（Ｔ）へと一般に注入される。そのようなプロセスの作用によって、全体として、管４００の円周の周囲に発光物質が均一にコーティングされるようになるが、端部間の発光物質密度分布には差が生じる。すなわち、管４００の長手方向に沿って、不均一な発光物質密度分布になる。この作用は図８Ｄにおいて見ることができ、その場合には、第１の端部４１０に近接する領域４５０が、管４００の残りの部分よりも大きな発光物質密度を有する。より大きな発光物質密度を有する管４００に沿った領域４５０は、一般に、鋭く移行することはなく、むしろ発光物質密度は徐々に変化する。

管処理装置内の管（図９Ｆ）の向きを反転して、上記の一般的な手順を繰り返すことによって管を処理する場合には、本発明は、管４００の底端における発光物質の不均一な分布を生成する作用を有利に利用する。管の端部４１０および端部４２０が反転された後に（当初は端部４２０があった場所を端部４１０が占有するように、またその逆も成り立つ）、所定の量の発光物質、たとえば蛍光体溶液が、管４００の第２の端部または底端４２０へと次に導入される（図９Ｇ）。そして、発光物質を乾燥させるために、たとえば、管４００の第１の端部４１０（ここでは、処理装置の上側（Ｔ）位置に配置される）に乾燥した空気を注入または吹き込むことにより、管４００へと空気が導入される。発光物質が乾燥した後の管４００内の発光物質の長手方向の分布が、全体として図９Ｉに示される。向きを反転した後に、第２の量の発光物質を管４００へと導入し、それを乾燥する結果として、第２の領域４５１は、第１の領域４５０と反対側の端部において高密度の発光物質を有する。次に、管４００の第１の端部４１０の部分４６０が、内部電極取付けのために清浄にされる場合がある（図８Ｅ）。別の電極取付けは、外部電極取付けと、内部電極および外部電極の組み合わせの取付けとを含む。そして、第２の領域４５１の部分４６１が、電極取付け領域を設けるために清浄にされる場合がある。したがって、管４００は、管４００の中央部分４５５の面密度より高い面密度の発光物質を有し、端部４１０および４２０に近接する領域４５０および４５１を有する。

本発明の教示にしたがって、不均一な発光物質分布を有する、ＣＣＦＬ管のような照明源を製造することができることが、上記の内容から理解されよう。その照明源は、照明源の端部付近により高い発光物質密度の領域を一般に含む。それにより、均一な照明強度プロファイルが達成されるように物体を照明するために、その管がランプにおいて用いられる際に、高い発光物質密度の領域からより高い強度の光が放射される。

本発明による画像入力システムによってスキャンされうるスキャン媒体ドキュメントの一実施形態を表す概略図である。 照明源の１つの点からの寄与を受けるスキャン対象物の照明を示す模式図である。 照明源の全体から生じるスキャン対象物の中間点の累積的な照明を示す模式図である。 照明源の全体から生じるスキャン対象物の端点の累積的な照明を示す模式図である。 Ａは、均一な発光物質分布を有する照明源の放射プロファイルおよび照明プロファイルを示す模式図であり、Ｂは、従来技術において知られているような典型的な発光物質分布を有する照明源の放射プロファイルおよび照明プロファイルをそれぞれ示す模式図である。 Ａは、本発明による照明源の一実施形態を示す模式図であり、ＢからＤは、その照明源から生じる典型的な発光物質密度プロファイルをそれぞれ示す模式図である。 図６を参照して示される照明源を利用する本発明の教示による画像入力システムの放射プロファイルおよび照明プロファイルを示す模式図である。 ＡからＥは、本発明の一実施形態による非線形発光分布を有するランプ管を製造するための処理プロセスを受けるランプ管の断面図である。 ＦからＪは、本発明の一実施形態による非線形発光分布を有するランプ管を製造するための処理プロセスを受けるランプ管の断面図である。

Claims (6)

1. ランプ管の第１の端部へと第１の量の発光物質を導入するステップと、
   前記管の第２の端部へと第２の量の発光物質を導入するステップと
   を含んでなり、
   前記第１の量の発光物質を導入するステップが、前記発光物質を前記管の前記第１の端部から吸引した後に前記第２の端部から空気を導入することをさらに含み、前記第２の量の発光物質を導入するステップが、前記発光物質を前記管の前記第２の端部から吸引した後に前記第１の端部から空気を導入することをさらに含んでいる、第１の端部と第２の端部とを有するランプ管の製造方法。
2. 前記ランプ管の前記第１の端部へと第１の量の発光物質を導入するステップが、前記ランプ管の前記第１の端部へと第１の量の発光物質を導入する前に、管処理アセンブリ内の第１の位置に前記ランプ管の前記第１の端部を配置することをさらに含み、前記管の前記第２の端部へと第２の量の発光物質を導入する前に、前記第２の端部が前記第１の位置に配置されるように前記管を配置し直すステップをさらに含んでいる請求項１に記載の製造方法。
3. 前記第１の位置に前記ランプ管の前記第１の端部を配置するステップが、前記管処理アセンブリにおいて前記管を垂直に向けることをさらに含んでいる請求項２に記載の製造方法。
4. 前記第２の量の発光物質を導入するステップが、前記第１の量に等価な第２の量を導入することをさらに含んでいる請求項１から３のいずれかに記載の製造方法。
5. 前記ランプ管は冷陰極蛍光ランプ管である請求項１から４のいずれかに記載の製造方法。
6. 前記ランプ管は直線状の円筒管である請求項１から５のいずれかに記載の製造方法。

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