JP2004040820A - イメージセンサおよびこのイメージセンサを用いた情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】　センサ出力のＳ／Ｎ比を容易且つ安価に向上させることができるイメージセンサおよびこのイメージセンサを用いた情報処理装置を提供する。
【解決手段】　センサアレー１上に設けた光電センサ１０２を結像レンズ２の結像エリア内に配置し、光電センサ１０２で受光した光情報により画像信号を生成する。センサアレー１上に光電センサ１０２に接続する電極部１０４を有し、電極部１０４に結像レンズ２から光を入射させないようにする。電極部１０４が、結像レンズ２の結像エリアの範囲外に配置される。電極部１０４の表面に導電性材料が露出している。電極部１０４の反射光が迷光成分となって、センサＩＣ１０２の受光部にノイズ光として入射することがなくセンサ出力のＳ／Ｎ比が向上する。
【選択図】　図１

Description

　本発明は、イメージセンサおよびイメージセンサを使用する情報処理装置に関するものである。

　図１０は、従来のこの種のイメージセンサの構成例を示している。図においてこのイメージセンサの主要構成として、センサ基板１０１にセンサＩＣ１０２を実装したセンサアレー１と、レンズアレー２と、原稿を照明するための照明装置３と、カバーガラス４と、それらを位置決め保持するためのフレーム５と、から構成されている。

　レンズアレー２は、周辺部と中央部とで屈折率を徐々に異ならせることでレンズ機能を持たせた円柱形状のレンズ素子を、ライン上に複数個配列することにより形成されている。原稿面からの反射光を各レンズ素子がセンサＩＣ上に伝搬する結像エリアは、図中の結像半径Ｘ_O 内である（図１１参照）。各レンズ素子の結像半径Ｘ_O が重なりあって形成されるため、レンズアレー２全体の結像エリアとしては平面上に結像直径Ｘ（＝２×Ｘ_O ）の幅を有する範囲となる。

　図１１は、レンズアレー２の結像エリアを詳細に示している。図示のようにセンサＩＣ１０２は、導電性細線１０３を介してセンサ基板１０１と電気的接続されている。また、センサ基板１０１の電気的接続部１０４はその表面が金や銀等の金属で形成され、レンズアレー２の結像エリア内に設けられている。

　しかしながら、上記従来例ではセンサ基板１０１の電気的接続部１０４を形成する金や銀等の金属の光反射率が高い。このため電気的接続部１０４にレンズアレー２からの結像光が入射すると、その大部分が反射して迷光成分となってしまう。この迷光成分がセンサＩＣ１０２の受光部にノイズ光として入射し、センサ出力におけるＳ／Ｎ比を劣化させてしまうという問題があった。

　そこで本発明は、センサ出力のＳ／Ｎ比を容易且つ安価に向上させることができるイメージセンサおよびこのイメージセンサを用いた情報処理装置を提供することを目的とする。

　本発明のイメージセンサは、光電変換素子群を有するセンサICと、前記センサICが実装されたセンサ基板と、前記センサICに光を結像させる結像レンズと、前記センサ基板上の前記センサICの実装領域と異なる領域に形成された電極部と、前記センサICと前記電極部とを電気的に接続するための導電性部材とを備え、前記電極部が前記結像レンズの結像エリアの範囲外に配置されるように、前記結像レンズと前記センサアレーとを位置決めするようにするとともに、前記センサICが、前記結像レンズの中心を基準にして、前記電極部側に実装されていることを特徴とする。
　また、本発明の他の特徴とするところは、ライン状に配列された光電変換素子群を有するセンサICを、前記光電変換素子群が配列された方向と同じ方向に複数個配置したイメージセンサであって、複数個の前記センサICが実装されたセンサ基板と、前記複数個のセンサICに光を結像させるための、前記複数個のセンサICが実装された方向と同じ方向に複数個レンズ素子を配列した結像レンズと、前記センサ基板上の前記センサICの実装領域と異なる領域に形成された電極部と、前記センサICと前記電極部とを電気的に接続するための導電性部材とを備え、前記電極部が前記結像レンズの結像エリアの範囲外に配置されるように、前記結像レンズと前記センサアレーとを位置決めするようにことにある。
　また、本発明の他の特徴とするところは、前記電極部の表面に導電性材料が露出していることにある。

　本発明の情報処理装置は、前記いずれかに記載のイメージセンサを備え、このイメージセンサで生成した画像情報を記録媒体に記録し、またはその画像情報を伝送し得るように構成したことを特徴とする。
　また、本発明の他の特徴とするところは、前記いずれかに記載のイメージセンサと、前記イメージセンサの読取位置に原稿を給送する給送手段とを備えたことにある。

　前記技術的手段では、導電性部材を介してセンサＩＣと電気的に接続されるセンサ基板の電気的接続部（電極部）を結像レンズの結像エリアの範囲外に設けることで、前記電気的接続部に結像光が入射することを防ぐことができる。従ってその反射光が迷光成分となって、センサＩＣの受光部にノイズ光として入射することがなくなる。

　本発明によれば、センサ出力のＳ／Ｎ比を向上したイメージセンサを、製造工程や製造コストを増加させることなく実現することができる。また、高品質な画像読取を行うことができるイメージセンサおよび情報処理装置を容易に且つ安価に提供することができる。

　以下、図面を参照しながら、従来例と実質的に同一または対応する部材には同一符号を用いて、本発明の好適な実施の形態を説明する。

　図１および図２は、本発明に係るイメージセンサのそれぞれ断面図および上面図である。図において、イメージセンサは、ライン状の光電変換素子群を具備したセンサＩＣ１０２を読取用原稿の長さに対応した数だけ、ガラエポ材等のセンサ基板１０１上に複数個ライン状に精度良く並べて成るセンサアレー１と、レンズアレー２と、照明装置３と、原稿支持用の光透過性部材から成るカバーガラス４と、それらを位置決め保持するためのアルミニウム等の金属あるいはポリカーボネイト等の樹脂材料から成るフレーム５と、から構成されている。

　このイメージセンサの基本機能において、カバーガラス４上に押しつけられ、支持された原稿に対して、照明装置３が斜め方向からＲ，Ｇ，Ｂ３色の光を切り換えて順次照明する。原稿のＲ，Ｇ，Ｂ３色の光情報をレンズアレー２によりセンサＩＣ１０２へ結像し、つぎにセンサＩＣ１０２がＲ，Ｇ，Ｂ３色の光情報を電気信号に変換して、システムへ伝送する。そこでＲ，Ｇ，Ｂ３色の電気信号を処理してカラー画像が再現される仕組みとなっている。

　つぎに、図３は照明装置３の側面図、図４はその詳細図である。図において、照明装置３は光源として赤（Ｒ）ＬＥＤ素子３１１、緑（Ｇ）ＬＥＤ素子３１２および青（Ｂ）ＬＥＤ素子３１３の３色のＬＥＤ素子が１つにパッケージングされたＲ，Ｇ，Ｂ３色ＬＥＤ光源３１と、アクリル樹脂等の光透過性に優れた部材から成る導光体３２と、から構成されている。Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤのピーク発光波長は、色再現性を良くする目的からそれぞれ６００〜６６０（ｎｍ）、５１０〜５５０（ｎｍ）、４３０〜４８０（ｎｍ）の範囲から選択される。

　ＬＥＤ光源３１は、導光体３２の長手方向の一方の端部あるいは両端部から、該導光体３２へ光を入射するように配置される。入射した光は、導光体３２と空気の界面で全反射を繰り返すことで導光体３２内を伝搬していく。また、図４の照明装置の詳細図に示すように導光体３２には、細かな鋸歯形状が長手方向に連続的に形成されている。導光体３２内を伝搬していく光のうち導光体３２の鋸歯部３２１へ入射した光だけは、他の界面における反射とは異なる。すなわち、鋸歯部３２１にて原稿面へ向かって大きく方向を換え、つぎの導光体３２および空気の界面では全反射角条件を満足しなくなり、所望の方向に光を出射させるようになっている。

　鋸歯部３２１はアルミ蒸着や銀色または白色インク等の印刷を施した反射面、または鋸歯の形状だけにより空気との界面において完全反射を利用したものであってもよい。あるいはまた、鋸歯形状を形成しなくても単に白色インク等の印刷や粗面化することでも同様の効果が得られる。

　また、原稿面における照度を均一にするには、光源からの距離が大きくなるほど鋸歯の幅を広げ、あるいは単に白色インク印刷の場合は印刷面積を徐々に広げることで均一化を図ることができる。また、導光体３２における原稿への光出射部以外の部分を光の反射効率の良い白色等の部材で覆うことで、原稿面の照度アップが可能である。

　つぎに、本実施形態で用いているレンズアレー２は、イオン交換等により周辺部から中央部へいくほど屈折率を高めることでレンズ性能を持たせた円柱状のレンズ素子を、複数個ライン状に精度良く配列することで形成されている。
　ここで、レンズの結像範囲を図５に示す。各レンズ素子が原稿面からの反射光をセンサＩＣ１０２上に伝搬する結像エリアは、図中の結像半径Ｘ_O 内である。各レンズ素子の結像半径Ｘ_O が重なりあって形成されるため、レンズアレー２全体の結像エリア２０２としては、平面上に結像直径Ｘ（＝２×Ｘ_O ）の幅を有する範囲となっている。

　また、センサアレー１おいては、ライン状の光電変換素子群を具備したセンサＩＣ１０２が読取用原稿の長さに対応して複数個をライン状にガラエポ材等のセンサ基板１０１上に接着剤によって固着されている。センサ基板１０１からセンサＩＣ１０２を駆動させるための電源や電気信号、あるいはセンサ読取出力を取り出すためにセンサＩＣ１０２とセンサ基板１０２が金ワイヤ１０３を介して接続される。センサ基板１０１の金ワイヤ１０３との電気的接続部（本発明に係る電極部）１０４の表面には、金との接合性の良い金、銀等の金属膜が電解メッキ等によって設けられている。

　ところで従来では、前述したように電気的接続部１０４はレンズアレー２の結像エリア２０２内に設けられていた。電気的接続部１０４の表面の金属光沢のために、センサ基板１０１上の他の部分と比較して光反射率が高く、電気的接続部１０４にレンズアレー２の結像光が入射すると、その大部分が反射してしまう。また、その一部がフレーム５の内面やレンズアレー２の表面で反射し、迷光成分となって、センサＩＣ１０２の受光部にノイズ光として入射し、センサ出力におけるＳ／Ｎ比を劣化させる。

　本発明では、光反射率の高いセンサ基板１０１の電気的接続部１０４をセンサアレー１の結像エリア２０２の範囲外に設けることで、電気的接続部１０４にレンズアレー２の結像光が入射することを防ぐ。その反射光が迷光成分となって、センサＩＣの受光部にノイズ光として入射しないようにし、センサ出力のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

　また、本発明においてセンサ基板１０１の電気的接続部１０４とは、単に金や銀のパターンが露出している部分を言うのではなく、センサＩＣ１０２と電気的接続をするための金ワイヤ１０３がセンサ基板１０１上で接している部分のことを言うものとする。さらにセンサＩＣ１０２と電気的接続部１０４とを電気的に接続するものは、金ワイヤ１０３に限らずアルミワイヤやその他の導電性部材であっても差し支えない。

　図６および図７は、センサＩＣ１０２の配置例等を示している。図６においてセンサＩＣ１０２のほぼ中央部に受光部が設けられていて、センサＩＣ１０２の幅がレンズアレー２の結像直径Ｘよりも狭い場合の例を示す。また、図７においてレンズアレー２の中央部に対してセンサＩＣ１０２の端部が設けられていて、センサＩＣ１０２の幅がレンズアレー２の結像半径Ｘ_O よりも狭い場合の例を示す。それぞれの場合とも同様にセンサ基板１０１の電気的接続部１０４をレンズアレー２の結像エリア２０２の範囲外に設けている。

　つぎに、本発明の第２の実施形態を説明する。
　図８は、本発明の第２の実施形態に係るイメージセンサを示している。レンズアレー２とセンサＩＣ１０２との間にスリット６を設けることで、レンズアレー２の結像エリア２０２を絞り込んでいる。

　このように結像エリア２０２を絞り込むことにより、レンズアレー２の結像エリア２０２の範囲外に設けられる電気的接続部１０４をよりセンサＩＣ１０２に近ずけることができる。この結果センサ基板１０２上での実装密度を高めることで、実質的にセンサ基板１０２のサイズを小さくすることが可能となる。イメージセンサやこれを用いた情報処理装置を有効に小型化することができる。
　また、レンズアレー２を構成するレンズ素子の径を小さくすることにより、レンズアレー２の結像エリア２０２を絞り込むことができ、この場合でも同様の効果が得られる。

　ここで、本発明のイメージセンサの製法について説明する。
　まず、照明装置１とレンズアレー２は、フレーム４に設けられた所定の溝に挿入することで、それぞれの短手方向および長手方向に位置決めされる。つぎに、カバーガラス４によって照明装置３のそり矯正ピン３２２とレンズアレー２の上面を押し付ける。この状態でレンズアレー２の上面と近似的に同一平面上にあり、照明装置３とレンズアレー２を挟むかたちで設定されたフレーム４の２つの平面部にカバーガラス４を接着する。これにより照明装置３とレンズアレー２をそりなく、しかも精度よく位置決め固定することができる。これにより所望の照明位置に正しく光を照射し、レンズアレー２全長にわたってピントが合った状態で結像することができる。

　さらにフレーム５にセンサアレー１を嵌め込み、接着剤によりあるいはフレーム４の一部をかしめることにより固定する。照明装置３のリード３１４とセンサ基板１０１とを半田付け等の手段により、電気的コンタクトをとることにより完成する。

　つぎに、本発明のイメージセンサを情報処理装置に適用した例を図面を用いて説明する。
　図９は、本発明に係るイメージセンサを用いて構成した情報処理装置（たとえばファクシミリ装置）の１例を示す。ここで、７０１は原稿８を読取位置に向けて給送するための給送ローラ、７０２は原稿８を１枚ずつ確実に分離給送するための分離片である。７０３は光電変換装置７００の読取位置に設けられ、原稿８の被読取面を規制するとともに原稿８を搬送する搬送ローラである。

　ここに光電変換装置７００は、本発明に係るイメージセンサにより構成されている。従って、原稿８に対して照明光を照射し、その反射光を受光することにより画像情報を生成するようになっている。

　Ｗは図示例ではロール紙形態をした記録媒体であり、光電変換装置７００により読み取られた画像情報あるいはファクシミリ装置等の場合には外部から送信された画像情報が形成される。７０４は画像形成を行うための記録ヘッドであり、サーマルヘッド、バブルジェット（Ｒ）式記録へッド等を用いることができる。これらの記録ヘッドは、シリアルタイプのものでも、ラインタイプのものでもよい。

　７０５は記録ヘッド７０４による記録位置に対し、記録媒体Ｗを搬送すると共にその被記録面を規制するプラテンローラである。７０６は操作入力を受容するための表示部等を配したオペレーションパネルである。７０７はシステムコントロール基盤であり、各部の制御を行う制御部や光電変換素子の駆動回路、画像情報の処理部および送受信部等が設けられる。７０８は装置の電源である。

　なお、情報処理装置としては上述のファクシミリの他に画像形成を行うための記録ヘッドを持たず、読み取った画像情報をコンピュータあるいはネットワーク上に送出するイメージスキャナ等の装置に対しても同様に適用可能である。

本発明の第１の実施形態に係るイメージセンサの断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るイメージセンサの上面図である。 本発明の第１の実施形態に係る照明装置の側面図である。 本発明の第１の実施形態に係る照明装置の詳細図である。 本発明の第１の実施形態に係るレンズアレーの結像範囲を示した斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るセンサ基板の電気的接合部の配置例を示した図である。 本発明の第１の実施形態に係るセンサ基板の電気的接合部の配置例を示した図である。 本発明の第２の実施形態に係るイメージセンサの断面図である。 本発明のイメージセンサを用いた情報処理装置の断面図である。 従来例に係るイメージセンサの断面図である。 従来例に係るレンズアレーの結像エリアの詳細図である。

符号の説明

１　センサアレー
２　レンズアレー
３　照明装置
４　カバーガラス
５　フレーム
６　スリット
８　原稿
３１　ＲＧＢ３色ＬＥＤ光源
３２　導光体
１０１　センサ基板
１０２　センサＩＣ
１０３　金ワイヤ
１０４　電気的接続部
３１１　（Ｒ）ＬＥＤ素子
３１２　（Ｇ）ＬＥＤ素子
３１３　（Ｂ）ＬＥＤ素子
３１４　リード線
３２１　鋸歯部
３２２　そり矯正ピン
７００　光電変換装置
７０１　給送ローラ
７０２　分離片
７０３　搬送ローラ
７０４　記録へッド
７０５　プラテンローラ
７０６　オペレーションパネル
７０７　システムコントロール基板
７０８　電源

Claims (5)

1. 　光電変換素子群を有するセンサICと、
   　前記センサICが実装されたセンサ基板と、
   　前記センサICに光を結像させる結像レンズと、
   　前記センサ基板上の前記センサICの実装領域と異なる領域に形成された電極部と、
   　前記センサICと前記電極部とを電気的に接続するための導電性部材とを備え、
   　前記電極部が前記結像レンズの結像エリアの範囲外に配置されるように、前記結像レンズと前記センサアレーとを位置決めするようにするとともに、前記センサICが、前記結像レンズの中心を基準にして、前記電極部側に実装されていることを特徴とするイメージセンサ。
2. 　ライン状に配列された光電変換素子群を有するセンサICを、前記光電変換素子群が配列された方向と同じ方向に複数個配置したイメージセンサであって、
   　複数個の前記センサICが実装されたセンサ基板と、
   　前記複数個のセンサICに光を結像させるための、前記複数個のセンサICが実装された方向と同じ方向に複数個レンズ素子を配列した結像レンズと、
   　前記センサ基板上の前記センサICの実装領域と異なる領域に形成された電極部と、
   　前記センサICと前記電極部とを電気的に接続するための導電性部材とを備え、
   　前記電極部が前記結像レンズの結像エリアの範囲外に配置されるように、前記結像レンズと前記センサアレーとを位置決めするようにことを特徴とするイメージセンサ。
3. 　前記電極部の表面に導電性材料が露出していることを特徴とする請求項１又は２に記載のイメージセンサ。
4. 　前記請求項１〜３のいずれか１項に記載のイメージセンサを備え、このイメージセンサで生成した画像情報を記録媒体に記録し、またはその画像情報を伝送し得るように構成したことを特徴とする情報処理装置。
5. 　前記請求項１〜３のいずれか１項に記載のイメージセンサと、前記イメージセンサの読取位置に原稿を給送する給送手段とを備えたことを特徴とする情報処理装置。

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