JP2006237977A

JP2006237977A - イメージセンサ

Info

Publication number: JP2006237977A
Application number: JP2005048783A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hasegawa; 洋長谷川; Naoyuki Tokita; 直幸時田; Hironobu Arimoto; 浩延有本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-02-24
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2025-02-24
Also published as: JP4123239B2

Abstract

【課題】従来のイメージセンサは、光源からの光はセルフォックレンズアレを介して原稿に照射される構成のものでは、原稿からの反射光は同じセルフォックレンズアレを介して光電変換素子により受光されるため、読み取り精度が低下するというという課題があり、同一の配線基板にＬＥＤと半導体カラーセンサを設けたものでは、原稿とＬＥＤとの距離設定の自由度が低いため、原稿の読み取りライン上における光の照度分布を均一にすることが難しいという課題があった。
【解決手段】被照射体からの反射光を収束するレンズアレイと、このレンズアレイにより収束した反射光を光電変換するセンサと、このセンサを設けた第１の基板と、この第１の基板に対して前記レンズアレイ側とは反対側に設けられた第２の基板と、この第２の基板に設けられた光源と、この光源からの光を被照射体に照射するように前記光源側から被照射体側に導光する導光体とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、複写機、ファクシミリなどのカラー画像を読み取る画像入力装置に用いられ、特に紙幣等の特殊印刷を施したカラー画像の読み取りにも適したイメージセンサに関する。

従来のイメージセンサでは、例えば特開平８−７９４４４号公報（特許文献１）や特開２０００−３４９９５７号公報（特許文献２）に記載のものがあった。特許文献１には、その図８において、基板の下面側に光源を配置しその基板の上面側に光電変換素子を配置し、その基板の上方にセルフォックレンズアレを配置している。したがって、光源からの光は基板を通してセルフォックレンズアレを介して原稿に照射されるが、原稿からの反射光は再びセルフォックレンズアレを介して光電変換素子により受光される構成である。また、特許文献２には、その図９において、配線基板上に発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称す）と半導体カラーセンサとをフレームによって離隔して配置し、ＬＥＤからの光はプリズム２１によって屈曲されながら原稿に導かれて原稿に照射され、反射された光はロッドレンズアレイを介して半導体カラーセンサにより受光される構成である。

特開平８−７９４４４号公報（第８図）

特開２０００−３４９９５７号公報（第１図）

しかし、特許文献１に記載のものは、前述のように、光源からの光はセルフォックレンズアレを介して原稿に照射される構成であるから、原稿からの反射光は同じセルフォックレンズアレを介して光電変換素子により受光されるため、そのセルフォックレンズアレにおいては原稿からの反射光が通過すると同時に、光源からの入射光も通過するようになるため、光電変換素子による読み取り精度が低下するというという課題があった。また、特許文献２に記載のものは、同一の配線基板にＬＥＤと半導体カラーセンサを設けているので、原稿とＬＥＤとの距離設定の自由度が低いため、原稿の読み取りライン上における光の照度分布を均一にすることが難しいという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、第１の基板にレンズアレイを介して被照射体からの反射光を受光するセンサを設け、前記第１の基板に対して前記レンズアレイと反対側に配置した第２の基板に被照射体を照射する光源を設け、光源から被照射体までの距離を従来よりも長くすることで、被照射体の読み取りライン上における照射分布を均一化した新規なイメージセンサを提供するものである。

請求項１の発明に係るイメージセンサは、被照射体からの反射光を収束するレンズアレイと、このレンズアレイにより収束した反射光を光電変換するセンサと、このセンサを設けた第１の基板と、この第１の基板に対して前記レンズアレイ側とは反対側に設けられた第２の基板と、この第２の基板に設けられた光源と、この光源からの光を被照射体に照射するように前記光源側から被照射体側に導光する導光体とを備えたものである。

請求項２の発明に係るイメージセンサは、被照射体からの反射光を収束するレンズアレイと、このレンズアレイにより収束した反射光を光電変換するセンサと、このセンサを設けた第１の基板と、この第１の基板及び前記レンズアレイを保持する第１のフレームと、前記第１の基板に対して前記レンズアレイ側と反対側に設けられた第２の基板と、この第２の基板に設けられた光源と、前記第２の基板を保持し、前記第１のフレームの外側に設けられた第２のフレームと、この第２のフレームの内側であって、前記第１のフレームの外側に設けられ、前記光源からの光を被照射体に照射するように前記光源側から被照射体側に導光する導光体とを備えたものである。

請求項３の発明に係るイメージセンサは、被照射体からの反射光を収束するレンズアレイと、このレンズアレイにより収束した反射光を光電変換するセンサと、このセンサを設けた第１の基板と、この第１の基板及び前記レンズアレイを保持する第１のフレームと、前記第１の基板に対して前記レンズアレイ側と反対側に設けられた第２の基板と、この第２の基板に設けられた光源と、前記第２の基板を保持し、前記第１のフレームの外側に設けられた第２のフレームと、この第２のフレームの内側であって、前記第１のフレームの外側に設けられ、前記光源からの光を被照射体に照射するように前記光源側から被照射体側に導光する導光体と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に介在され、前記センサにより光電変換された電気信号を前記第１の基板から前記第２の基板に伝達するコネクタとを備えたものである。

請求項４の発明に係るイメージセンサは、被照射体からの反射光を収束するレンズアレイと、このレンズアレイにより収束した反射光を光電変換するセンサと、このセンサを設けた第１の基板と、この第１の基板及び前記レンズアレイを保持する第１のフレームと、前記第１の基板に対して前記レンズアレイ側と反対側に設けられた第２の基板と、この第２の基板に設けられた光源と、前記第２の基板を保持し、前記第１のフレームの外側に設けられた第２のフレームと、この第２のフレームの内側であって、前記第１のフレームの外側に設けられ、前記光源からの光を被照射体に照射するように前記光源側から被照射体側に導光する導光体と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に介在され、前記センサにより光電変換された電気信号を前記第１の基板から前記第２の基板に伝達するコネクタと前記第２の基板に設けられ、前記第２の基板に伝達された電気信号を信号処理する信号処理回路とを備えたものである。

請求項５の発明に係るイメージセンサは、被照射体からの反射光を収束するレンズアレイと、このレンズアレイにより収束した反射光を光電変換するセンサと、このセンサを設けた第１の基板と、この第１の基板及び前記レンズアレイを保持する第１のフレームと、前記第１の基板に対して前記レンズアレイ側と反対側に設けられた第２の基板と、この第２の基板に設けられた光源と、前記第２の基板を保持し、前記第１のフレームの外側に設けられた第２のフレームと、この第２のフレームの内側であって、前記第１のフレームの外側に設けられ、前記光源からの光を被照射体に照射するように前記光源側から被照射体側に導光する導光体と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に介在され、前記センサにより光電変換された電気信号を前記第１の基板から前記第２の基板に伝達するコネクタと前記第２の基板に設けられ、前記第２の基板に伝達された電気信号を信号処理する信号処理回路と、前記第２の基板に設けられ、前記信号処理回路により処理された信号を外部に取り出す外部コネクタとを備えたものである。

以上のように、請求項１に係る発明によれば、第１の基板にレンズアレイを介して被照射体からの反射光を受光するセンサを設け、前記第１の基板に対して前記レンズアレイと反対側に配置した第２の基板に被照射体を照射する光源を設け、光源から被照射体までの距離を従来よりも長くすることで、被照射体の読み取りライン上における照射分布を均一化することができる。

請求項２〜５に係る発明によれば、請求項１に係る発明と同様に、被照射体の読み取りライン上における照射分布を均一化することができるのみならず、第２のフレームの内側であって、第１のフレームの外側に設けられ、光源からの光を被照射体に照射するように光源側から被照射体側に導光する導光体を設けたので、この導光体の配置が容易となる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図１及び図２を用いて説明する。図１は、実施の形態１によるイメージセンサの副走査方向における断面図であり、図１において、１はＬＥＤを並べたＬＥＤ列や蛍光灯などの光源、２は光源１から入射した光が、主走査方向（長軸方向）に渡り全反射を繰返して伝搬・放出する導光体（光源が紫外線を発光する場合は、蛍光体を塗布して紫外線を可視光に変換する）、２ａは導光体２内の光を外部に照射する導光体２の射出部、３は被写体としての原稿、４は原稿３からの反射光を収束するレンズアレイ、５はレンズアレイ４で収束された光を受光して光電変換するセンサ（撮像素子・受光素子）、６はセンサ５を（複数個）配列したセンサ基板、７は原稿台又は原稿搬送路としての透過体（ガラス板）、８はレンズアレイ４やセンサ基板９を保持する第１フレーム、９は光源１を設けた光源用基板、１０は導光体２と光源用基板９とを保持して第１フレーム８の外側に設けられた第２フレーム、１１は第２フレーム１０の内側でセンサ基板６と光源用基板９との間に介在し、センサ５により光電変換した電気信号を光源用基板９に伝達するコネクタ、１２は光源用基板９に設けられ、コネクタ１１から伝達された電気信号を信号処理する信号処理回路、１３は光源用基板９に設けられて信号処理回路１２により処理された信号を外部に取り出す外部コネクタ、１４は第２フレーム１０若しくは光源用基板９に設けられて第１フレーム８を支持し、第２フレーム１０に対して第１フレーム８の位置を決める位置決め部である。また、原稿３を搬送するプーリー（図示せず）や原稿３の搬送経路の一部を形成する天板（図示せず）はイメージセンサには通常組み込まれない。また、光源１及び導光体は、図１に示すように、センサ５やレンズアレイ４等の両側にそれぞれ設け、ともに原稿３の照射点に照射する。

図２は、実施の形態１によるイメージセンサ光源の相対照明強度図（光源がＬＥＤの場合）であり、図２（ａ）はイメージセンサが主走査方向集光時の光分布図、図２（ｂ）はイメージセンサが副走査方向集光時の光分布図である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

次に動作について説明する。光源１には電源供給用のリード線（図示せず）が接続され、通常はコネクタ１１などの端子（図示せず）に接続し、端子から低電圧源が供給され、光源１はパルス又はＤＣ駆動する。光源１から放射された光は導光体３内部で全反射を繰り返しながらイメージセンサの主走査方向に進行し、射出部２ａから原稿３に照射される。原稿３で散乱した光の一部はレンズアレイ４で収束し、センサ５で結像する。センサ５により光電変換した電気信号をコネクタ１１より光源用基板９に伝達し、光源用基板９に設けられた信号処理回路１２が伝達された電気信号を信号処理する。信号処理回路１２により処理された信号は、外部コネクタ１３を介して外部に取り出される。

また、レンズアレイ４やセンサ基板９を保持する第１フレーム８と、光源１を保持する第２フレーム１０とが別々に設けられており、イメージセンサ内で封止する部材の数の減少し、センサ５とセンサ基板６の封止工程が簡略化されるだけでなく、光源１から被写体としての原稿３への距離（照明距離）が、任意に設定することも可能になるので、光源１がＬＥＤなどの点光源をライン状に並べられたライン光源である場合でも、均一な光分布を容易に得ることができ、原稿３に照射される光に斑（むら）が極めて少なくなる。さらに、光源１がライン光源ではなく、発生する熱量が大きい光源である場合でも、他の回路に熱の影響を与えないようにイメージセンサを設計することが可能である。導光体２を用いているので光源１の配置に自由が高く、イメージセンサの副走査方向の小型化が可能となり、原稿３が大型である場合にも有用である。

ここで、ＬＥＤ列（ライン光源）が、照明距離の設定により原稿３に照射される光の分布が均一になることを説明する。図２は、ＬＥＤ列の各ＬＥＤ間のピッチ（間隔）が１０ｍｍ，ＬＥＤ光球面放射１／ｒ２で、照明距離が５ｍｍ（照明距離Ａ）と２０ｍｍ（照明距離Ｂ）のときにおける相対照明強度を示している。図２（ａ）は、主走査方向集光時であり、図２（ｂ）は、副走査方向集光時である。図２（ａ）の上方の図からＬＥＤ列の各ＬＥＤが球面放射で発光し、照明距離から長くなればなるほど、隣り合うＬＥＤの球面放射の半径が大きくなるので円弧が重なり合い、光分布が均一になることが分かる。また、主走査方向集光時では、照明距離Ａでは光分布のばらつきが１０％にも至るが、照明距離Ｂでは光分布のばらつきが１％以下になり、副走査方向集光時では、照明距離Ａでは光分布のばらつきが２％、照明距離Ｂでは光分布のばらつきが、ほぼ無くなるので、照明距離の設定により原稿３に照射される光の分布が均一になることが分かる。なお、相対照明強度の距離による減衰は、光源１と原稿３（射出部２ａ）との間に導光体２を設けており、実用上、相対照明強度の減衰の問題はない。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２について図３及び図４を用いて説明する。図３は、実施の形態２によるイメージセンサの副走査方向の断面図であり、図４は、実施の形態２によるイメージセンサの副走査方向の断面斜視図である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。図３及び図４のように、レンズアレイ４の主走査方向に沿った両端部側に導光体２を設けた両灯光源構造でも、実施の形態１の片灯光源構造と同じ効果を奏する。

実施の形態３．
この発明の実施の形態２について図５を用いて説明する。図５は、実施の形態３によるイメージセンサの光源交換説明図であり、図５において、１５は外部コネクタ１３に接続された光源用電源供給端子、１６はＬＥＤ列や光源用電源供給端子１５が設けられた独立光源用基板、１７は信号処理回路１２や外部コネクタ１３が設けられた基板、１８は独立光源用基板１６を支持し、導光体２に対して光源１の位置を決める光源用位置決め部である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。図５のように光源１用の独立光源用基板１６と信号処理回路１２や外部コネクタ１３用の基板１７を独立に設けたことにより、光源１のみを容易に交換することが可能となる。また、光源１がＬＥＤ以外の光源や片灯光源構造の場合でも適用できることはいうまでもない。

この発明の実施の形態１によるイメージセンサの副走査方向の断面図である。この発明の実施の形態１によるイメージセンサ光源の相対照明強度図である。この発明の実施の形態２によるイメージセンサの副走査方向の断面図である。この発明の実施の形態２によるイメージセンサの副走査方向の断面斜視図である。この発明の実施の形態３によるイメージセンサの光源交換説明図である。

符号の説明

１…光源２…導光体２ａ…射出部３…原稿４…レンズアレイ５…センサ
６…センサ基板７…透過体８…第１フレーム９…光源用基板１０…第２フレーム
１１…コネクタ１２…信号処理回路１３…外部コネクタ１４…位置決め部
１５…光源用電源供給端子１６…独立光源用基板１７…基板１８…光源用位置決め部

Claims

被照射体からの反射光を収束するレンズアレイと、このレンズアレイにより収束した反射光を光電変換するセンサと、このセンサを設けた第１の基板と、この第１の基板に対して前記レンズアレイ側とは反対側に設けられた第２の基板と、この第２の基板に設けられた光源と、この光源からの光を被照射体に照射するように前記光源側から被照射体側に導光する導光体とを備えたイメージセンサ。
被照射体からの反射光を収束するレンズアレイと、このレンズアレイにより収束した反射光を光電変換するセンサと、このセンサを設けた第１の基板と、この第１の基板及び前記レンズアレイを保持する第１のフレームと、前記第１の基板に対して前記レンズアレイ側と反対側に設けられた第２の基板と、この第２の基板に設けられた光源と、前記第２の基板を保持し、前記第１のフレームの外側に設けられた第２のフレームと、この第２のフレームの内側であって、前記第１のフレームの外側に設けられ、前記光源からの光を被照射体に照射するように前記光源側から被照射体側に導光する導光体とを備えたイメージセンサ。
被照射体からの反射光を収束するレンズアレイと、このレンズアレイにより収束した反射光を光電変換するセンサと、このセンサを設けた第１の基板と、この第１の基板及び前記レンズアレイを保持する第１のフレームと、前記第１の基板に対して前記レンズアレイ側と反対側に設けられた第２の基板と、この第２の基板に設けられた光源と、前記第２の基板を保持し、前記第１のフレームの外側に設けられた第２のフレームと、この第２のフレームの内側であって、前記第１のフレームの外側に設けられ、前記光源からの光を被照射体に照射するように前記光源側から被照射体側に導光する導光体と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に介在され、前記センサにより光電変換された電気信号を前記第１の基板から前記第２の基板に伝達するコネクタとを備えたイメージセンサ。
被照射体からの反射光を収束するレンズアレイと、このレンズアレイにより収束した反射光を光電変換するセンサと、このセンサを設けた第１の基板と、この第１の基板及び前記レンズアレイを保持する第１のフレームと、前記第１の基板に対して前記レンズアレイ側と反対側に設けられた第２の基板と、この第２の基板に設けられた光源と、前記第２の基板を保持し、前記第１のフレームの外側に設けられた第２のフレームと、この第２のフレームの内側であって、前記第１のフレームの外側に設けられ、前記光源からの光を被照射体に照射するように前記光源側から被照射体側に導光する導光体と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に介在され、前記センサにより光電変換された電気信号を前記第１の基板から前記第２の基板に伝達するコネクタと前記第２の基板に設けられ、前記第２の基板に伝達された電気信号を信号処理する信号処理回路とを備えたイメージセンサ。
被照射体からの反射光を収束するレンズアレイと、このレンズアレイにより収束した反射光を光電変換するセンサと、このセンサを設けた第１の基板と、この第１の基板及び前記レンズアレイを保持する第１のフレームと、前記第１の基板に対して前記レンズアレイ側と反対側に設けられた第２の基板と、この第２の基板に設けられた光源と、前記第２の基板を保持し、前記第１のフレームの外側に設けられた第２のフレームと、この第２のフレームの内側であって、前記第１のフレームの外側に設けられ、前記光源からの光を被照射体に照射するように前記光源側から被照射体側に導光する導光体と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に介在され、前記センサにより光電変換された電気信号を前記第１の基板から前記第２の基板に伝達するコネクタと前記第２の基板に設けられ、前記第２の基板に伝達された電気信号を信号処理する信号処理回路と、前記第２の基板に設けられ、前記信号処理回路により処理された信号を外部に取り出す外部コネクタとを備えたイメージセンサ。