(57)【要約】【課題】  放熱性能が優れた照明装置用発光ユニットを提供する。  【解決手段】  発光素子と、 前記発光素子を搭載するための発光素子基板と、前記発光素子を露出するための開口窓を有する発光素子基板枠材と、前記発光素子に給電する電極とを有する発光ユニットにおいて、前記発光素子基板は金属であり、前記発光素子は前記発光素子基板に直接搭載されていることを特徴とする発光ユニット。または、前記発光素子基板は金属であり、前記発光素子基板上には金属酸化膜が設けられ、前記発光素子は、前記金属酸化膜上に形成された前記電極上に搭載されていることを特徴とする発光ユニット。【選択図】        図４
2006313321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
前記発光素子を搭載するための発光素子基板と、
前記発光素子を露出するための開口窓を有する発光素子基板枠材と、
前記発光素子に給電する電極と、を有する発光ユニットにおいて、
前記発光素子基板は金属であり、前記発光素子は前記発光素子基板に直接搭載されていることを特徴とする発光ユニット。
【請求項２】
発光素子と、
前記発光素子を搭載するための発光素子基板と、
前記発光素子を露出するための開口窓を有する発光素子基板枠材と、  前記発光素子に給電する電極と、を有する発光ユニットにおいて、
前記発光素子基板は金属であり、前記発光素子基板上には金属酸化膜が設けられ、前記発光素子は、前記金属酸化膜上に形成された前記電極上に搭載されていることを特徴とする発光ユニット。
【請求項３】
前記金属酸化膜は、酸化アルミニウム膜であることを特徴とする請求項２に記載の発光ユニット。
【請求項４】
棒状導光体の長さ方向の端面側に設けた発光ユニットから入射した光を棒状導光体の内面で反射させながら長さ方向に沿って設けた出射面から出射せしめるようにした照明装置であって、前記発光ユニットは請求項１乃至請求項３にて特定されるものであることを特徴とする照明装置。
【請求項５】
板状導光体の厚み方向の側面に設けた発光ユニットから入射した光を板状導光体の内面で反射させながら板状導光体の上面または下面から出射せしめるようにした照明装置であって、前記発光ユニットは請求項１乃至請求項３にて特定されるものであることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項４に記載の照明装置と、ラインイメージセンサと、原稿からの反射光または透過光を前記ラインイメージセンサに収束させるための光学系とを筺体に組み込んだことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項７】
請求項６に記載のイメージセンサを組み込んだことを特徴とする画像読取装置。
【請求項８】
イメージセンサと、原稿を載置するための透明体と、前記透明体の上方に設けられた照明装置とを備える画像読取装置であって、前記照明装置は請求項４で特定されるものであることを特徴とする画像読取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ユニット、この発光ユニットを組み込んだ照明・自動車・産業機器・一般民生機器に用いられる発光装置やライン照明装置、及びこのライン照明装置を組み込んだ画像読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサは、ファクシミリ装置、複写機、イメージスキャナ装置等、原稿を読み取るための画像読取装置に組み込まれている。イメージセンサには、密着型と縮小型があるが、いずれも原稿面を主走査範囲に亘って線状に照明するライン照明装置を備えている。
【０００３】
そして、ライン照明装置としては導光体を用いたものが知られている。例えば、特開平８-１６３３２０号公報及び特開平１０-１２６５８１号公報（特許第２９９９４３１号公報）には、棒状または板状をなす導光体を用いたライン照明装置及びそれを用いた画像読取装置が記載されている。
【０００４】
上記ライン照明装置は、端面から入射した光を内面で反射させながら長さ方向に沿って設けた出射面から出射せしめる導光体と、この導光体の端面側に設けられた発光ユニットとから構成されている。図１４に従来の発光ユニットの正面図、図１５に従来のライン照明装置の斜視図を示す。発光ユニット２０は特開２００３-０２３５２５号公報や、特開平１１-１３６４４９号公報に記載されているように、リードフレーム２２が配設された樹脂製の発光素子基板枠材２１に発光素子２３ａ、２３ｂ、２３ｃを搭載するための開口窓２１ａが設けられ、リードフレーム２２は外部接続端子となるリード端子部２２ａと内部リード部２２ｃと開口部窓内に露出される発光素子搭載・接続部２２ｂとを備え、開口窓内に露出されたリードフレームに発光素子を接着するとともに発光素子の電極とリードフレームとを金属ワイヤ２４で結線し、開口窓を透明樹脂で封止してなる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３-０２３５２５号公報
【特許文献２】特開平１１-１３６４４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
画像読取装置において、照明装置の照明光の輝度を上げることにより、読み取り画像の品質を向上することができるが、照明光の輝度を上げるためには、発光ユニットの通電電流を上げて発光量を上げる必要がある。
【０００７】
発光素子に通電すると、発光と同時にジャンクション温度が上昇する（発光素子自体から発熱する）。発生した熱は発光素子基板側に逃げ、最後には空気中に放熱されるため、ジャンクション温度の上昇は発光素子基板の放熱特性に依存し、通電電流にほぼ比例する。すなわち、発光ユニットに用いられている基板の放熱特性が良ければジャンクション温度の上昇率は小さくなる。
【０００８】
一方、発光素子を高温で通電（点灯）することは発光素子の劣化を早めることになるため、寿命を長くするためには発光素子の温度上昇を極力抑制することが望ましい。このため、発光ユニットに流すことのできる最大電流は発光素子基板の放熱性能が良いほど大きくなる。
【０００９】
放熱性能が十分でない発光ユニットにおいて、ライン照明装置の輝度を上げるために発光素子の通電電流を増加すると、それに伴って発光素子の発熱量も多くなり発光効率が低下するために、輝度が上がり難いという問題がある。
【００１０】
技術の進歩に伴い、より高品質の画像読み取り性能が求められており、そのために発光素子の通電電流を従来の１０倍程度に上げることが要求されている。しかし、従来の発光ユニットを用いた場合、放熱性能が十分でないために電流を２〜３倍程度しか上げることができないという問題がある。
【００１１】
従来の発光ユニットは、樹脂製の発光素子基板枠材２１にリードフレーム２２を配設し、リードフレーム上に発光素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃが搭載されている。しかし、樹脂製基板を用いた場合、放熱性能が十分でないため、発光素子の通電電流を上げることができない。図１６に示すように樹脂枠材内に金属リードフレームを収納する代わりに熱伝導率の大きい金属基板上に電極を設け、樹脂枠材は金属基板表面のみに設けることで放熱性能を上げることができるが、金属基板２８に電極２７を配設する場合、絶縁レジスト２８１上に電極２７を設ける必要がある。この絶縁レジスト２８１は熱伝導率が小さいため、発光素子２３の熱が金属基板２８に効率良く伝わらず、十分な放熱性能が得られないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記問題を解決するために、本発明は発光素子と、前記発光素子を搭載するための発光素子基板と、前記発光素子を露出するための開口窓を有する発光素子基板枠材と、前記発光素子に給電する電極と、を有する発光ユニットにおいて、前記発光素子基板は金属であり、前記発光素子は前記発光素子基板に直接搭載されていることを特徴とする発光ユニットである。本発明はまた、前記発光ユニットにおいて前記発光素子基板は金属であり、前記発光素子基板上には金属酸化膜が設けられ、前記発光素子は、前記金属酸化膜上に形成された前記電極上に搭載されていることを特徴とする発光ユニットである。前記金属酸化膜は、酸化アルミニウム膜であることが望ましい。
【００１３】
また本発明は、上記発光ユニットを用いた棒状照明装置であって、棒状導光体の長さ方向の端面側に設けた発光ユニットから入射した光を棒状導光体の内面で反射させながら長さ方向に沿って設けた出射面から出射せしめるようにした照明装置である。本発明は、上記発光ユニットを用いた板状照明装置であって、板状導光体の厚み方向の側面に設けた発光ユニットから入射した光を板状導光体の内面で反射させながら板状導光体の上面または下面から出射せしめるようにした照明装置である。
【００１４】
更に本発明は、上記照明装置と、ラインイメージセンサと、原稿からの反射光または透過光を前記ラインイメージセンサに収束させるための光学系とを筺体に組み込んだことを特徴とするイメージセンサおよび前記イメージセンサを組み込んだことを特徴とする画像読取装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、発光素子を直接基板に搭載することができるため、発光素子のジャンクションからの発熱を効率良く基板に逃がすことができ、高電流を流すことができる。本発明によれば、金属基板上に絶縁膜として金属酸化膜を設けているので、従来の樹脂レジスト膜よりも放熱効率が良く、高電流を流すことができる。
【００１６】
樹脂基板から成る大型発光ユニットを用いた場合、放熱性能が十分でないため、電流を上げることができない。従って、大型化しても小型ユニットと同程度の電流しか流すことができないが、本発明によれば、発光ユニットに用いられる基板の放熱性能を上げることができるため、大型発光ユニットを用いて、照度の高い照明装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１はライン照明装置を組み込んだ画像読取装置の断面図、図２はライン照明装置の分解斜視図、図３は導光体の裏面に形成された光散乱パターンの一例を示す斜視図である。
【００１８】
図１に示すように画像読取装置は、イメージセンサとガラス板とそれらを収める筐体とから構成される。イメージセンサは、イメージセンサのフレーム１に各凹部１ａ，１ｂ，１ｃを形成し、凹部１ｃにライン照明装置１０を配置し、また凹部１ｂに光電変換素子（ラインイメージセンサ）３を備えたセンサ基板４を取り付け、更にフレーム１内に等倍結像用のロッドレンズアレイ５を保持する。フレーム１の上部にはガラス板２が設けられている。そして、ライン照明装置１０の出射面１１ｂから出射した光がガラス板２を通して原稿Ｇに当てられ、原稿Ｇからの反射光を正立等倍結像系のレンズアレイ５を介して光電変換素子（ラインイメージセンサ）３にて検出することで原稿Ｇを読み取る。正立等倍結像系としては、ロッドレンズアレイや平板型マイクロレンズアレイ等を用いることができる。ガラス板２に対してイメージセンサのフレーム１を、図２の副走査方向に移動させて原稿Ｇの所望の領域の読み取りを行う。
透明導光体１１に発光ユニット２０を取付ける方法は次の通りである。透明導光体１１および発光ユニット２０に対応する凹部または凸部を設け、この凹部と凸部を嵌合させる。透明導光体１１と発光ユニット２０は、密着するように取付けてもよいし、隙間が生じるようにある一定の距離だけ離して取付けても良い。取付け距離によって導光体へ導出する光量を調節することが可能である。
【００１９】
図２に示すようにライン照明装置１０は、導光体１１を白色の導光体ケース１２に出射面１１ｂが露出するように装填し、また導光体ケース１２の一端には発光源として１または複数の発光素子（例えば発光ダイオード）２３を備えた発光ユニットを取り付けている。導光体１１はガラスやアクリル等の透光性材料にて構成され、主走査方向（長手方向）と直交する方向の断面形状は基本形状が矩形で、散乱パターンが設けられた面１１ａと側面１１ｂがなす角部、および面１１ａと面１１ｃがなす角部とをＣ面取りした形状となっている。
【００２０】
図３に示すように導光体１１の裏面には、入射面から入射した発光源からの光を散乱させるための光散乱パターン２０が白色塗料のスクリーン印刷や凹凸を形成すること等によって形成されている。ライン照明装置１０は、発光源からの光を導光体１１の一端（入射面）から導光体１１内に導入し、導光体１１内を伝搬する光を導光体の裏面に形成した光散乱パターン２０にて散乱し、この散乱した光を出射面１１ｂから出射する。
【００２１】
入射面に近い側では発光源から入射した光の強度が大きく、入射面から遠くなるに従って光の強度は小さくなる。そこで図３に示すように、入射面から遠くなるに従って光散乱パターンの形成領域を広くすることで、出射面１１ｂから出射する光が主走査方向の全長に亘って均一になるようにしている。
【００２２】
図１及び図２に示すように、導光体１１を導光体ケース１２で覆うことで、導光体１１を保護するとともに、散乱光が導光体外部に無駄に放出されるのを防止し、出射光の強度を増加させている。
【００２３】
図４は発光ユニットの正面透視図、図５は発光ユニットの側断面図である。発光ユニット２０は、金属基板２８上に、電極２７が設けられ、電極上に発光素子２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）が載置されている。電極２７を通して、発光素子２３に給電する。発光素子２３ａは青色、２３ｂは赤色、２３ｃは緑色を発色する。金属基板２８は、発光素子２３を露出するための開口窓２１ａを有する枠材２９で覆われている。枠材２９の材質は、光を反射しやすくするため、白色樹脂とするのが好ましい。開口窓２１ａの内部は、透明樹脂２５で封止されている。金属基板としては、熱伝導率が高いものが好ましく、例えば、アルミニウム、銅、銀、金、ステンレスなどを用いることができる。
【００２４】
図６は、図５のＡ部分の部分断面拡大図である。
金属基板２８上に、発光素子２３が直接載置され、発光素子２３以外の部分に、絶縁レジスト膜２８１と電極２７が設けられている。発光素子２３は、導電ペーストまたは樹脂接着剤などで金属基板２８上に接着される。発光素子２３は、金属ワイヤ２４により、電極２７と電気的に接続している。発光素子裏面からも給電する必要がある場合は、導電ペーストを用いて発光素子を金属基板に接着するが、金属ワイヤからの給電のみで足りる場合は、透明接着剤を用いて発光素子を金属基板に接着することが好ましい。透明接着剤を用いた方が、光が反射されやすくなり、出射光の有効利用が可能となるからである。本実施例では、赤色発光素子２３ｂには導電ペーストを用い、青色発光素子２３ａ、緑色発光素子２３ｃには透明樹脂接着剤を用いている。
【００２５】
図７は、本発明の別の実施形態を示す発光ユニットの部分断面拡大図である。
金属基板２８上に金属酸化膜層２８２、電極２７、発光素子２３がこの順で設けられている。発光素子２３は、金属ワイヤ２４により電極２７と電気的に接続している。金属酸化膜層２８２は絶縁層として機能する。金属酸化膜層は、熱伝導率が高いものを用いることが好ましい。金属基板としてアルミニウムを用いた場合は、表面を白色アルマイト処理して金属酸化膜とすることができる。白色としたのは、発光素子からの光を反射することができ、出射効率を上げることができるからである。
【００２６】
図８は発光ユニット内の発光素子の結線図である。図８はカラー読み取り用のライン照明装置の例を示している。発光ユニット２０内に搭載する発光素子２３の色、個数、結線は、読み取りの目的により種々の組み合わせがある。発光ユニット２０に通電すると発光素子２３が発光する。通電電流を増すことで発光輝度も大きくなる。
【００２７】
図９は、大型発光素子を搭載した発光ユニットを組み込んだ照明装置を示す斜視図である。大型発光ユニットを用いる場合、図１０（Ｄ）に示すように、棒状導光体の入射端面の面積よりも、発光素子基板枠材の開口窓上部の面積が大きくなってしまうため、図１０（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、開口窓内部に、明度の高い有色樹脂２６を充填して、開口面積を調整することが望ましい。
【００２８】
図１１は画像読取装置の別実施例を示す断面図、図１２は図１１に組み込んだ照明装置の分解斜視図であり、図１１に示した画像読取装置にあっては、原稿Ｇからの反射光をロッドレンズアレイ５を介して光電変換素子（ラインイメージセンサ）３にて検出することで原稿Ｇを読み取るようにしているが、この実施例にあっては、上記の機能の他に、照明装置３０をＯＨＰ原稿Ｇなどの上に配置し、原稿Ｇの透過光を光電変換素子３で読み取ることもできるようにしている。これらの実施例も図１の読取装置と同様に、ガラス板２に対してフレーム１を移動させて原稿Ｇの所望の領域の読み取りを行う。
【００２９】
上記の照明装置３０は透明アクリル樹脂からなる板状導光体３１の厚み方向側面に発光ユニット２０を取り付け、この板状導光体３１を白色ケース３２内に収納するとともに、反射面となる上面には白色反射板３３を、出射面となる下面には拡散シート３４を設けている。
【００３０】
上記は、密着型イメージセンサ（コンタクトイメージセンサ）における実施形態を示したが、本発明の照明装置は、縮小型イメージセンサに用いることもできる。図１３に示すように、縮小型イメージセンサ８を用いた画像読取装置９は、ガラス等透明な原稿台に置かれた原稿を照明装置１０で照明し、原稿面から反射した光をミラー７で反射させ、レンズ６で収束させて光電変換素子３で検出する。なお、縮小型イメージセンサにおいて、イメージセンサ部というのは、光電変換素子３のみを意味する場合があるが、本明細書におけるイメージセンサは、縮小型イメージセンサにおいては、照明装置、ミラー、光電変換素子、レンズから構成される部分を意味する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るライン照明装置を組み込んだ画像読取装置の断面図
【図２】ライン照明装置の分解斜視図
【図３】導光体の裏面に形成された光散乱パターンの一例を示す斜視図
【図４】本発明の発光ユニットの正面透視図
【図５】本発明の発光ユニットの側断面図
【図６】本発明の発光ユニットの部分断面図
【図７】本発明の別の形態の発光ユニットの部分断面図
【図８】発光ユニット内の発光素子の結線図
【図９】本発明の発光ユニットを用いた照明装置の斜視図
【図１０】発光ユニット開口窓部分の部分断面図
【図１１】画像読取装置の別実施例を示す断面図
【図１２】図１１に組み込んだ照明装置の分解斜視図
【図１３】縮小型イメージセンサの構造を示す模式図
【図１４】従来の発光ユニットの正面図
【図１５】従来のライン照明装置の斜視図
【図１６】従来の発光ユニットの部分断面図
【符号の説明】
【００３２】
１…フレーム（筺体）、１ａ、１ｂ、１ｃ…凹部、２…ガラス板、３…光電変換素子（ラインイメージセンサ）４…センサ基板、５…レンズアレイ、６…レンズ、７…ミラー、８…縮小型イメージセンサ、９…画像読取装置、１０…ライン照明装置、１１…導光体、１１ａ…短辺を含む側面、１１ｂ…出射面、１１ｃ、１１ｄ…長辺を含む側面、１２…白色ケース、１４…光散乱パターン、１５…入射面、２０…発光ユニット、２１…発光素子基板枠材、２１ａ…開口窓、２１ｂ…開口窓底面、２２…リードフレーム、２２ａ…リード端子部、２２ｂ…発光素子搭載・接続部、２２ｃ…内部リード部、２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ…発光素子、２４…金属ワイヤ、２５…透明樹脂、２６…白色樹脂、２７…電極、２８…金属基板、２８１…絶縁膜、２８２…金属酸化膜、２９…発光ユニット枠材、３０…照明装置、３１…板状導光体。 
【図１】
2006313321.tif 000003
【図２】
2006313321.tif 000004
【図３】
2006313321.tif 000005
【図４】
2006313321.tif 000006
【図５】
2006313321.tif 000007
【図６】
2006313321.tif 000008
【図７】
2006313321.tif 000009
【図８】
2006313321.tif 000010
【図９】
2006313321.tif 000011
【図１０】
2006313321.tif 000012
【図１１】
2006313321.tif 000013
【図１２】
2006313321.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2006313321.tif 000016
【図１５】
2006313321.tif 000017
【図１６】
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