TWI221386B - Image sensor unit - Google Patents

Description

1221386 Π) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於影像感測器單元，特別關於影像感測器 單元中所使用的可連續放電光源之改進結構，其能增加光 源的啓動特徵以增進用於取得穩定的輝光放電之光源特徵 (亦即，所謂的連續放電）。 【先前技術】 一般而言，影印機、傳真機、掃瞄器、及其它產生影 像的機器會使用影像感測器單元以便以光學方式從原物讀 取影像。某些影像感測器單元使用利用電極之間發生的連 續放電之某種型式的光源，取代利用燈絲的熱粒子之發光 現象。 使用連續放電的光源之一實施例包括介電材料製成且 形狀爲氣密容器、諸如指定的真空氛圍下塡充氙氣的發光 體。在容器中，設置螢光材料層，但某些區域除外，以及 ，二電極配置成彼此以空間間隔相面對。當放電啓勸電壓 施加於電極之間時，會在它們之間產生強電場，且塡充在 容器中的氣體會離子化並受激發以產生紫外光。紫外光會 使得螢光層發光，作爲光源。 假使例如原物等要被光學掃瞄的物體具有平坦表面， 則在影像感測器單元中使用具有平坦表面的平板玻璃以固 持原物的受掃瞄表面。在此情形中，上述發光結構置於平 板玻璃之下方以從底部照射。 -5- (2) (2)1221386 對於上述型式的影像感測器單元而言，可靠地提供光 源的啓動特徵是重要的。因此，提議產生區域性的強電場 以增強放電效率，藉以確保橫跨整個範圍之連續發光（舉 例而言，參見JPA 1 1 -2 8 3 5 79)。也提議使用增加的光源以 照射發光本體以便離子化及激發塡充於發光體中的氣體（ 舉例而言，參見JPA 4-106896)。另一提議是在發光體中所 使用的螢光材料中混合容易發射電子的材料，取代照射發 光體（舉例而言，參見 JPA 2000- 1 56203 及；ίΡΑ 2001 - 1 23988)。 爲了啓動離子化及激發氣體（舉例而言，參見JPA 200 1 -1 02004)，又有另一提議是螢光層的一部份被移除以允許 初始電子從此被移除的部份發射。初始電子的發射被比喩 成「小火焰」，用於順序地造成離子化及激發以取得連續 放電。 但是，在上述增強啓動特徵的習知技術中，有數個問 題。 首先，產生強電場之傳統方法要求輔助電極以產生此 強電場，且發光體的配置，包含一般電極，必須改變。這 造成成本增加。特別地，假使發光體界定的放電空間之高 度不足時，輔助電極的絕緣距離無法可靠地維持。此缺點 會造成介電質崩潰，因此，造成光源回至暗狀態，造成暗 電流。此外，發光電路可能受損，或是，影像感測器單元 的內部會燒掉。結果，無法有效率地增進啓動特徵。 其次，根據使用增加的光源、或是在螢光層中混合容 易發射電子的材料之習知技術，假使塡充於發光體中的氣 (3) (3)1221386 體純度變差時，則發射的電子容易被捕捉。由於此現象不 利地影響氣體的離子化及激發之效率，所以，氣體的純度 必須維持高純度。此外，當部份電極曝露時，會在電極的 曝露表面上發射濺射，且光源的照明會發低。 第三，根據移除部份螢光材料以使下層或材料曝露於 氣體中之習知技術，在影像感測器單元的掃瞄標的之原物 的掃瞄範圍之內，光量會變成不平整或不足。這會造成 S/N比例劣化。此外，由於介電質製成的發光體之表面的 大部份係由螢光材料遮蓋，所以，施加於電極之間的電壓 必須增加以便確保電子的初始發射。對於此技術的光源而 言，即使在曝露部份發生弱放電，仍難以連續地延著發光 體的縱軸維持放電，且最壞的情形是放電會停止。 因此，本發明的目的是克服習知的影像感測器單元中 的上述問題，特別是在利用連續放電的發光部份中的上述 問題，並提供影像感測器單元改進的啓動特徵，可以防止 不必要的介電質崩潰及成本增加。此影像感測器單元具有 發光體，能夠提供橫跨發光體的整個掃瞄面積之連續放電 ，並放止S/N比例劣化。 【發明內容】 爲達成目的，提供具有放電發光燈以產生照明光線之 影像感測器單元。該燈包括第一電極及第二電極，彼此面 對並延著燈的縱軸方向在它們之間界定放電空間。第一發 光層及第二發光層設於放電空間中’以致於彼此面對及分 (4) (4)1221386 別遮盡桌一和第一電極。在第一電極與第一發光層之間以 及在第二電極與第二發光層之間，插入介電材料。第一與 第二發光層中至少之一會配置成界定未被遮蓋的區域，其 中，介電材料、第一電極、及第二電極中至少之一會曝:露 至放電空間。 當電壓施加於第一與第二電極之間時，初始電子會從 未經遮蓋的區域發射，在放電空間中造成放電，於放電空 間中，帶電粒子會彼此撞擊。從放電產生的紫外線會照明 面對放電空間的發光層，造成發光層發射照明光。 未由發光層遮蓋之未遮蓋區會從燈的一端連續地或不 連續地延著燈的縱軸延伸。 希望未遮蓋區配置在影像感測器單元的掃瞄區外部。 較佳地，在未遮蓋區中，含有容易發射光電子的發光 材料。 假使介電材料曝露至未遮蓋區中的放電空間，則發光 材料會包含於介電材料的曝露部份中。 或者，假使第一或第二電極曝露至未遮蓋區中的放電 空間，則發光材料包含於第一或第二電極的曝露部份中。 較佳地，影像感測器單元又包括外部光源，配置成照 射燈的未遮蓋區。 【實施方式】 現在參照附圖，於下說明本發明的較佳實施例。 圖1是根據本發明的實施例之影像感測器單元的立體 -8- (5) (5)1221386 視圖。影像感測器單元包括殼單元1 A，其中，容納有發光 燈2、界定聚光透光體之SELFOC透鏡陣列3、設有光接收 元件組之電路元件基底4。 在影像感測器單元1的掃瞄操作中，置於例如接觸玻 璃5等安裝玻璃上的原物件〇會由來自放電發光源（或燈）發 射的照明光照射，如同圖2中的虛線之箭頭所示般。從原 物件0反射的光會經由S ELFO C透鏡陣列3聚焦至形成在電 路元件基底4上的光接收元件4 A，藉以從原物件〇讀取影像 或資訊。代號6代轰用於電連接電路元件基底4至外部控制 器（未顯示）的連接器。 圖3及後續的圖式顯示發光燈2的結構。 圖3是延著發光燈2的縱軸取得的垂直剖面視圖。發光 燈2包括第一板2A及第二板2B，每一板對光均是透明的且 由含有例如鹼土金屬的氧化物之發光材料的介電質製成。 第一及第二透明板2A及2B會結合在一起並以密封構件2C( 舉例而言，第一玻璃）以氣密方式密封，以形燈本體。在 燈本體中，放電空間2D設定在指定的真空氛圍，並以例如 氙（Xe)氣體等放電氣體塡充。 內部電極22設於第一板2A上以致於面對放電空間2D。 內部電極22會由用於電絕緣的絕緣層21遮蓋，由螢光材料 製成的發光層20會置於絕緣層21上。第二板2B的內表面配 置有螢光材料製成的發光層20 >，面對放電空間2D。外部 電極23設於第二板2B的外表面上。外部電極23定位成經第 二板2B及放電空間2D面對形成於第一板2A上的內部電極22 (6) (6)1221386 繫線24及24 /分別銲接至內部電極22及外部電極23。 繫線24及24 /在另一端連接在外部發光電路（未顯示）。雖 然未顯示，但是，爲了安全操作及屏蔽外部雜訊的目的， 外部電極23可以配置有接地結構，或者，由絕緣膜遮蓋。 如同圖4中的虛線箭頭R所示般，本實施例的發光燈2 設計成從垂直於第二板2B的上表面之平面發射，在第二板 2B上，設有外部電極23。 延著發光燈2的縱軸，第一及第二板2A及2B的內表面 之某些區域未由發光層20及20 /遮蓋，分別以符號D及 所示。這些區域稱爲未遮蓋區D及I) /。界定放電氣體 的帶電粒子撞擊空間之電極22及23的部份會落在未遮蓋區 D及D /中。根據此配置，絕緣層21、及/或電極22及/或電 極23會曝露至放電空間2D，不會由發光體20或20 /遮蓋。 未遮蓋區D及D /位於或接近發光燈2的端部。未遮蓋 區D及D /可以延著發光燈2的縱軸，從發光燈2的端部連 續地延伸，或者，它們可以在發光燈2中區域地或不連續 地延伸。在任一情形中，假使產生大尺寸的未遮蓋區，則 此大區域會配置在掃瞄區的外部，以防止光量局部地降低 或是在掃瞄範圍中變成不均勻。此配置也防止S/N比例在 光學讀取原物件操作期間劣化。 圖5顯示從圖3中所示的箭頭（5)觀視之第一板2A的平 面視圖。在本實施例中，未遮蓋區D1位於發光層20的一端 ’而另一未遮蓋區D2從區域D1延著平行於其縱軸之發光層 -10- (7) (7)1221386 20的長度方向邊緣延伸。絕緣層21的部份及/或內部電極22 的部份會落在未遮蓋區D1及/或D2中，將於下說明之。 圖6是第一板2A的平面視圖，說明形成於第一板2A上的 發光層20與絕緣層21之間的位置關係。由於發光層20未遮蓋 未遮蓋區D1及D2中的絕緣層21，所以，絕緣層21的部份曝 露至放電空間。在本實施例中，下層內部電極23(未顯示於 圖6中）形成爲從發光層20凸出，但是未從絕緣層21凸出。 例如鹼土金屬之氧化物等發光材料可以混於絕緣層.2 1 的曝露部份或整體中，以便在未遮蓋區D1及D2中確保充份 的光量。或者，發光材料層可以形成在絕緣層21的曝露表面 上。 圖7是第一板2A的另一實施例之平面視圖，顯示形成 於第一板2A上的發光層20與內部電極22之間的位置關係。 在本實施例中，絕緣層21由發光層20遮蓋，且曝露至放電 空間2D。內部電極22在未遮蓋區D1之內的發光層20之一端 從發光層20突出，並同時延著未遮蓋區D2中其長度方向的 邊緣，從發光層20凸出。內部電極22的這些凸部爆露至空間 2D。結果，施加於內部電極22與外部電極23之間的電壓可 以維持低。發光材料可以混於電極材料中，或是發光材料 可以形成於內部電極22的曝露表面上。 圖8顯示從圖3的箭頭（8)觀視的第二板2B之平面視圖。 未遮蓋區Dl<位於發光層20的一端，且另一未遮蓋區D2， 與其縱軸平行延著發光層20 /之長度方向的邊緣從未遮蓋 區D 1 /延伸。 -11 - (8) (8)1221386 圖9係顯示形成於第二板2B的外表面上之發光層20 / 與外部電極23之間的位置關係。外部電極23從形成於第二 板2B內部的發光層20 /凸出，並因而經由未遮蓋區D1 /與 D2 /中的透明第二板2B而面對放電空間2D。 在未遮蓋區D1/與D2 /中，形成第二板2B的介電質 會曝露至放電空間2D。歸因於混在第二板2B中的發光材料 ，所以可以防止未遮蓋區D1 >與D2 /中光量下降。 在未形成發光層20及2〇 /的未遮蓋區D及I) /中，板2 A 、2B、及/或絕緣層21的曝露部份會直接面對放電空間2D 。這些曝露部份含有發光材料，舉例而言，鹼土金屬的氧 化物。也可以將發光材料混入於未遮蓋區D及D /中的內部 電極。 以此方式，由板材料、絕緣層21、及電極22組成的群 類中至少之一會直接曝露於未由發光燈2內部的發光層20 及20 <遮蓋之未遮蓋區D及D >中的放電空間2D。結果， 當電壓施加於電極22與23之間時，相較於由發光層遮蓋的 其它區域，在未遮蓋區中可以便於初始電子的發射。此外 ，由於未遮蓋區是延著發光燈的縱軸形成，所以，可以橫 跨發光層20及20丫的整個範圍，確保初始電子的發射。結 果，可以改進發光燈的啓動特徵。 接著，將說明本發明的另一實施例。 在本實施例中，使用增加的光源以照明未包含發光層 的未遮蓋區。 如圖1、圖2及圖4所示，外部光源25 (舉例而言，LED、 -12- (9) (9)1221386 小型燈、或EL)置於接近發光燈2之處。在較佳實施例中， 使用能夠發射高能量短波長的藍光LED。藍光LED配置成藍 光可以被容易地導引至未遮蓋區。 以發光電路（未顯示）執行外部光源25的發光控制，其會 在致動發光燈2之前，使外部光源25保持在開啓狀態一預定 時間。 假使外部光源25未開啓，則從外部光源25發射的光線 會照射發光燈2未分別由發光層20及20 /遮蓋的未遮蓋區D 及D/ 。初始電子會從位於直接曝露至放電空間2D的發光 材料中發射，以回應照射。當放大放電氣體的離子化時， 在電極22與23之間產生的電場中，發射的電子會在塡充放 電空間2D中的放電氣體中加速並以高速移動，並且最後抵 達相對立電極側上的發光層或未遮蓋區。當因爲放電氣體 的離子化及激發而產生的紫外線撞擊發光層時，取得令人 滿意的發光。 取決於電極的電壓極性，放電氣體離子化及激發所產 生的電子及離子會在發光層，下層絕緣層及電極中被吸收 。在此情形中，電極之間的電場會弱化，且無法充份維持 放電。爲了防止此情形，通常將具有相對極性的電壓施加 於電極之間而以週期方式反轉電場方向。但是，對於在發 光層中被吸收的那些電子而言，通常難以發射至放電空間 ，除非使反轉電場強大。因此，電子需要長時間以接收以 發射的能量。此意指在放電氣體中開始放電之前，需要長 的時間。在此情形中，電場的極性再度被反轉至先前狀態 -13- (10) (10)1221386 ，而不會在反轉期間發光。 由於未遮蓋區D2及D2 /延著發光層20及20 /的縱軸形 成，所以，本發明可以有效地防止此不必要的情形。即使 電壓極性切換，相較於從發光層發射的電子，在未遮蓋區 D2及D2>中，電子仍可以較低電壓從絕緣層或電極發射。 因此，在放電期間可以確保發光。 一般而言，當重覆極性反轉時，發射至放電氣體中的 電子數目會，增加，結果，在整個發光燈中產生發光現象。 但是’假使在發光層中的電子吸收增加，則對習知技藝而 言，通常變得難以使接近外部光源25處發生的發光現象散 布至燈的整個空間。相反地，根據本發明，未遮蓋區D2及 D2 /允許電荷容易地及適當地散布於燈的整個空間，藉以 改進發光燈2的啓動特徵。 在上述實施例中，在與繫線24及24 /連接至電極22及 23之端部相對立之端部處，設置未形成發光層20及20 <的 未遮蓋區D及D# 。但是，本發明不限於本實施例。未遮蓋 區D及D /可以配置在任一端。未遮蓋區的配置設計，舉例 而言，其位置或形狀，可以視條件不同而變。雖然，在上 述實施例中，未遮蓋區設置在發光區中，但是，本發明不 限於此配置，且它們可以配置在任何部份，只要可以可靠 地執行初始電子發射即可。此外，發光材料可以僅包含於 介電材料製成的第一及第二板2A及2B中的任一者中。 總結而言，由於發光層配置成使下層的某區域（此後稱 爲「未遮蓋區」曝露至放電空間，所以，可以適當地執行 -14- (11) (11)1221386 發光，以回應施加電壓於發光燈的電極之間。初始電子會 在放電空間中造成放電，於其中，帶電粒子會彼此撞擊。 在曝露區或未遮蓋區中，由介電材料製成的第一或第二板 、絕緣層、及電極中至少之一會曝露至放電空間。藉由此 配置，被始電子的發射可以比習知方法更切啓動。此配置 也可以防止因照射或外部昏暗燈光而產生、或是在塡充放 電空間的氣體中之放電而產生之離子化的電子免於被發光 層深處地吸收。結果，在以低電壓施加反轉電場之下，光 電子可以容易地發射至放電空間。在低壓反轉電場中的初始 光電子發射作爲「小火陷」，且其加速發光層遮蓋的其他 區域中的光發射。由於簡單的結構，所以，發光燈的製造 成本可以維持低，其中，由例如螢光材料製成的發光層之 部份會在面對放電空間的區域內被移除，在放電空間中， 帶電粒子會與其它粒子撞擊。 其次，在未形成發光層的未遮蓋區會從放電發光燈的 端部連續地或不連續地延著燈的縱軸延伸。此配置會提升電 場效果用以作用在其它區域，造成「小火陷」進行至及延 伸至其它區域。假使未遮蓋區連續地延著放電發光燈的縱 軸形成，則會橫跨發光層的長度產生「小火陷」，可以加 速從發光層之發光啓動。 第三，假使未遮蓋區包含大尺寸區域，則此大尺寸區 域位於目標掃瞄區之外部，以便防止S/Ν比例在讀取期間劣 化。與未遮蓋區配置於掃瞄區中且光量變成不足或不均勻 的情形相比，此配置是有利的。 -15- (12) (12)1221386 第四，由於發光材料包含於未遮蓋區中，所以，可以 有效率地執行光電子的初始發射，加速放電空間中的放電 〇 第五，由於未遮蓋區橫跨氣密方式密封之燈本體內部 的放電空間而彼此相面對，所以，可以確保自未遮蓋區發 射光電子，避免電子從該區漏至發光層。結果，可以增進 啓動特徵。 第六，使用增加的光源以照射未遮蓋區，可以促進光 電子從包含於未遮蓋區中的發光材料發射，以及電場施加 下的放電。根據此配置，藉由施加電場及從外部光源照射 的組合，可以加速放電。結果，可以進一步增進啓動特徵 0 本專利申請案是根據及主張此處倂入參考的2002年7 月申請的日本專利申請號2002-20 1 756的較早申請日。 【圖式簡單說明】 配合附圖閱讀上述詳細說明，將更加瞭解本發明的其 它目的、特點、及優點，其中： 圖1是根據本發明的實施例之影像感測器單元的立體 視圖； 圖2是影像感測器的槪圖，用於說明圖1中所示的影像 感測器單元的掃瞄操作； 圖3是延著發光燈的縱軸取得之圖1中所示的影像感測 器單元中所使用的發光燈之垂直剖面視圖； -16- (13) (13)1221386 圖4是圖3中所示的發光燈的立體視圖； 圖5是從圖3中的箭頭（5)所示的方向上觀視的圖3之發光 燈的第一部份的平面視圖，顯示未遮蓋區的配置。 圖6是說明發光層與發光層下方的絕緣層之間的位置關 係，用以解釋圖5中所示的未遮蓋區之配置； 圖7是顯示發光層與內部電極之間的位置關係，用以解 釋圖5中所示的未遮蓋區的配置； 圖8是從箭頭(8)標示的方向觀視之圖3的發光燈的第二 部份之平面視圖，顯示未遮蓋區的配置；及 圖9是顯示發光層與外部電極之間的位置關係，用以解 釋圖8中所示的未遮蓋區之配置。 [圖號說明] 1 :影像感測器單元 1A··殼單元 2 :發光燈 2A :第一板 2B :第二板 2C :密封構件 2D :放電空間 3 : SELFOC透鏡陣歹〇 4 :電路元件基底 4A :光接收元件 5 :接觸玻璃 -17- (14) 1221386 6 :連接器 20 :發光層 20’ ：發光層 21 :絕緣層 2 2 :內部電極 23 :外部電極

24 :繫線 24’ ：繫線 25 :外部光源 D :未遮蓋區 D’ ：未遮蓋區 D1 :未遮蓋區 D 2 ·未遮室區 D1’ ：未遮蓋區 D2’ ：未遮蓋區

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Claims (1)

1. (1) (1)1221386 拾、申請專利範圍 1. 一種影像感測器單元，具有用於產生照明光線之放電 發光燈，該燈包括第一電極及第二電極，該第一電極及第 二電極彼此相面對及在彼此之間延著該燈的縱軸界定放電空 間，其中： 第一發光層及第二發光層設置在放電空間以彼此面對 及分別遮蓋第一及第二電極； 在第一及第二發光層之間、以及在第二電極與第二發 光層之間插入介電材料；及 第一及第二發光層中至少之一配置成界定未遮蓋區， 其中，該介電材料、該第一電極、及該第二電極中至少之 一曝露至放電空間。 2. 如申請專利範圍第1項之影像感測器單元，其中，該 未遮蓋區從該燈的一端連續地或不連續地延著該燈的縱軸 延伸。 3 ·如申請專利範圍第1或2項之影像感測器單元，其中 ，未遮蓋區配置於該影像感測器單元的掃瞄區外面。 4 ·如申請專利範圍第1或2項之影像感測器單元，其中 ，發光材料包含於未遮蓋區中。 5 ·如申請專利範圍第1或2項之影像感測器單元，其中 ，假使介電材料曝露至未遮蓋區中的放電空間，則發光材 料包含於該介電材料的曝露部份中。 6·如申請專利範圍第4項之影像感測器單元，其中，第 一或第二電極曝露至該未遮蓋區中的放電空間，發光材料 -19- (2) (2)1221386 包含於該第一或第二電極的曝露部份中。 7.如申請專利範圍第1或2項之影像感測器單元，又包 括外部光源，配置成照射該燈的未遮蓋區。 8 .如申請專利範圍第1或2項之影像感測器單元，其中 ，該燈又包括第一部及第二部組成的燈本體，該第一部及 第二部係彼此結合在一起並密封以在第一與第二電極之間 形成放電空間，其中，該第一及第二部中至之一對光是透 明的並由該介電材料製成。 9 .如申請專利範圍第8項之影像感測器單元，其中，該 第一電極形成於該第一部的內表面，該第二電極形成於該 第二部的外表面，以致於平行於該第一電極。 1 〇 .如申請專利範圍第9項之影像感測器單元’其中’ 該發光層經由該介電材料製成的絕緣層而形成於該第一電 極之上方，以及，該絕緣層及該第一電極中至少之一曝露 於該未遮蓋區中的放電空間。 11.如申請專利範圍第9項之影像感測器單元，其中， 該第二發光層形成於該第二部的內表面上以致於界定該未 遮蓋區，以及該第二部的介電材料的部份曝露至該未遮蓋 區中的放電空間。 1 2 ·如申請專利範圔第1或2項之影像感測器單元’其中 ’未遮蓋區配置於該第一及第二發光層中，及跨越該放電 空間彼此面對。