JP2006325024A - 密着型イメージセンサ - Google Patents
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Abstract
【課題】 各色光源から照射される光の照度を調節することにより、原稿読取方向に亘り照度分布が均一であるイメージセンサを提供する。
【解決手段】 被写体4に光を照射する光学波長の異なるLED群を複数配置したLED光源1と、このLED光源1の光を被写体4に導く導光体2と、被写体4からの反射光を集束するレンズ5と、このレンズ5で集束された反射光を受光する受光部6と、LED光源1、受光部6を搭載すると共にLED光源1の個々のLED駆動回路に組み込まれたLED光源1の照度を調整する可変抵抗を搭載したセンサ基板8とを備えるようにした。
【選択図】 図1
【解決手段】 被写体4に光を照射する光学波長の異なるLED群を複数配置したLED光源1と、このLED光源1の光を被写体4に導く導光体2と、被写体4からの反射光を集束するレンズ5と、このレンズ5で集束された反射光を受光する受光部6と、LED光源1、受光部6を搭載すると共にLED光源1の個々のLED駆動回路に組み込まれたLED光源1の照度を調整する可変抵抗を搭載したセンサ基板8とを備えるようにした。
【選択図】 図1
Description
この発明は、画像入力装置に使用される密着型イメージセンサに関するものである。
従来、例えば特開平10−136158号公報図1(特許文献1参照)に示すように原稿面1を照射するLEDアレイ光源30と、その反射光を導く3つのミラー21、22、23及び結像レンズ3よりなる光学系と、該光学系の結像面に配設された多数の光電変換要素からなる1個のラインセンサ12とより光学ヘッド29を構成し、光源30は波長の異なるLEDを基板上にG−R−B−GのようにLEDブロック31を複数個を略直線状に配列して前記原稿面1を照射し、該光源を所定時間づつ所定の順序で点灯する。また各光源の点灯と同期させて前記ラインセンサ12の多数の光電変換要素を一巡する周期で走査し、原稿面1の情報を複数の光源の各波長ごとに区分し時系列的に配置された電気信号として読み出すカラー画像読取り装置の原稿照明用光源が開示されている。
また、特開平8−237431号公報図1(特許文献2参照)に示すように基板1にRed,Green,Blueの3色のLEDチップ2を1グループとして配置する。各グループは、センサの主走査方向に等間隔P、副走査方向に同一座標でセンサと対向するように配列し、R,G,B各色のLEDチップは、p'<1/3Pなる間隔で配列する画像読取装置及び光源ユニットが開示されている。
また、特開2005ー11628号公報図1(特許文献3参照)に示すようにカメラのストロボ装置等の光源を構成するR、G、Bごとの複数のLEDの発光輝度のバラツキを適切に軽減して照明光の輝度及び色温度のムラをなくし、また、規定の色温度の照明光を適切に発光できるようにする照明装置及び照明装置の光源調整方法を提供するものが開示されている。すなわち、光源調整時において、システムコントローラ10は、光源を構成する各LEDnR、nG、nB(n=1〜M)を順に発光させ、そのとき受光センサSにより検出される輝度が規定値となるように可変抵抗器VRnR、VRnG、VRnBの抵抗値を調整する。続いて、全てのLEDを発光させ、そのとき色温度センサ18により検出される色温度が規定の色温度となるように可変抵抗器VRR、VRG、VRBの抵抗値を調整する。
しかし、特許文献1に記載のものは、Gを1個増すことにより、3色の照度が同等となるとしているが、3色4個のLEDを間隔を開けて並べているので、原稿面1における各色の原稿読取方向の照度分布が大きくずれるために、3色同時点灯で擬似白色光を照射した場合は視覚的には緑色がかった白色光、青色がかった白色光などの混色となり、原稿読み取り方向に亘り、色むらが解消できないと言う課題もあった。
また、特許文献2に記載のものは、赤色LED2a、緑色LED2g、青色LED2bの3色を近接させて1グループとしており、このグループを複数個1列に並べているので、近接実装されている隣接するグループ内のLED2の発色光が互いに干渉する。特に3色同時点灯で擬似白色光を照射する場合には、LED2から上方に照射される光はLED2の表層を通過して原稿を照射するが、側面方向に照射される光は近接するLED2に照射されることになり、不要反射による照度むらの原因となるという課題もあった。
また、特許文献3に記載のものは、LED駆動回路に可変抵抗器VRのほかに専用のスイッチング素子であるトランジスタTRを装備しており、構成が複雑であるという課題もあった。
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、各色光源から照射される光の照度を調節することにより、原稿読取方向に亘り照度分布が均一である密着型イメージセンサを提供することを目的とする。
請求項1の発明に係る密着型イメージセンサは、被写体に光を照射する光学波長の異なるLED群を複数配置したLED光源と、このLED光源の光を前記被写体に導く導光体と、前記被写体からの反射光を集束するレンズと、このレンズで集束された反射光を受光する受光部と、前記LED光源、前記受光部を搭載すると共に前記LED光源の個々のLED駆動回路に組み込まれ、前記LED光源の照度を調整する可変抵抗要素を搭載したセンサ基板とを備えたものである。
請求項2の発明に係る密着型イメージセンサは、前記可変抵抗要素は可変抵抗器であることを特徴とする請求項1に記載のものである。
請求項3の発明に係る密着型イメージセンサは、前記可変抵抗要素は固定抵抗器または順方向PN接合素子とアナログスイッチとの並列回路から構成されていることを特徴とする請求項1に記載のものである。
請求項4の発明に係る密着型イメージセンサは、前記並列回路は複数段直列に接続されていることを特徴とする請求項3に記載のものである。
請求項5の発明に係る密着型イメージセンサは、被写体に光を照射する光学波長の異なるLED群を複数配置したLED光源と、このLED光源の光を前記被写体に導く導光体と、前記被写体からの反射光を集束するレンズと、このレンズで集束された反射光を受光する受光部と、前記LED光源、前記受光部を搭載すると共に前記LED光源の個々のLED駆動回路に組み込まれた第1のアナログスイッチと抵抗要素との並列回路と、この並列回路に論理信号に基づき第1のアナログスイッチを開閉することにより前記LED駆動回路の電流を変化させ個々のLED光源の照度を調整するセレクタとを搭載したセンサ基板とを備えたものである。
請求項6の発明に係る密着型イメージセンサは、前記抵抗要素は開閉状態が常時閉である第2のアナログスイッチであることを特徴とする請求項5に記載のものである。
請求項7の発明に係る密着型イメージセンサは、第1のアナログスイッチの電源供給電圧は2.5V乃至6Vであると共に第1のアナログスイッチを駆動する専用の電源供給電圧端子を有することを特徴とする請求項5又は6に記載のものである。
以上のように、請求項1に係る発明によれば、各色光源から照射される光の照度を調整することにより、原稿読取方向に亘り照度分布が均一である密着型イメージセンサを得ることができる。
請求項2に係る発明によれば、光の照度をアナログ的に可変するので高精度の調整が可能である。
請求項3に係る発明によれば、可変抵抗要素は半導体で構成することも可能であり集積化が容易である。
請求項4に係る発明によれば、可変抵抗要素を複数段接続することにより、調整のための可変ステップ数が多くなり、請求項1による効果に加えて請求項2同様、高精度の調整が可能である。
請求項5に係る発明によれば、セレクタを用い、その論理信号に基づきデジタル的に各色光源から照射される光の照度を調整することが可能である。
請求項6に係る発明によれば、抵抗要素としてアナログスイッチのON抵抗を利用するのでミアンダ状の抵抗パターンを用いることなく容易に低抵抗値を集積回路内に出現させることができ、LED駆動回路の超小型化が実現できる。
請求項7に係る発明によれば、アナログスイッチのON抵抗を変化させることが可能なので、セレクタによる論理設定後であってもLED電流の再微調整が可能である。
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1について図を用いて説明する。図1は、実施の形態1による密着型イメージセンサの断面構成図であり、図1において1はRGBの複数色の光を照射するLED光源、2はLED光源1から照射された光を導く導光体、2aは導光体2の照射部、3は異物混入防止用のガラス板、4は読み取り情報である被写体(原稿、券紙、紙幣など)、5はロッドレンズアレイなどで構成されたレンズ、6は光電変換回路(受光素子)を含み光電変換電圧を駆動するC−MOS回路などで構成された受光部(センサIC)、7はアナログスイッチや論理回路で構成された半導体集積回路である。
以下、この発明の実施の形態1について図を用いて説明する。図1は、実施の形態1による密着型イメージセンサの断面構成図であり、図1において1はRGBの複数色の光を照射するLED光源、2はLED光源1から照射された光を導く導光体、2aは導光体2の照射部、3は異物混入防止用のガラス板、4は読み取り情報である被写体(原稿、券紙、紙幣など)、5はロッドレンズアレイなどで構成されたレンズ、6は光電変換回路(受光素子)を含み光電変換電圧を駆動するC−MOS回路などで構成された受光部(センサIC)、7はアナログスイッチや論理回路で構成された半導体集積回路である。
また、8はLED光源1、センサIC6及び半導体集積回路7を搭載するセンサ基板、9は電源を含む入出力信号を外部回路と受け渡しするコネクタである。また、10は導光体2、ガラス板3、センサ基板8を収納又は保持する筐体、11は原稿4を搬送する駆動用プラテン、12は原稿4の搬送ルートとなる搬送ガイドである。なお、通常、原稿4、駆動用プラテン11、搬送ガイド12は密着型イメージセンサには搭載されない。図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
次に動作について説明する。図1において、LED光源1から照射された光は導光体2内を全反射進行し、導光体2の照射部2aから放出され、ガラス板3を透過して原稿4を照射する。原稿4で反射した反射光(散乱反射光)はガラス板3を経由し、ロッドレンズアレイ5で集束される。ロッドレンズアレイ5で集束された光は受光部(センサIC)6で光電変換とそのアナログ信号処理がなされ、センサ基板8に接続されたコネクタ9から画像情報として外部出力される。
図2はセンサ基板8上の部品の配置を説明する平面図であり、13はノイズ阻止用のコンデンサ、7aはコネクタ9からの論理信号を各半導体集積回路7に分配するセレクタ入力分配器である。本実施の形態1では、LED光源1はセンサ基板8の両側に配置し、原稿4の読み取りには読み取り位置の両側から照射する構成としており、紙幣などの被写体を高密度で読み取るため300DPIの読み取り密度で約80mmの読み取り領域とし、LED光源1のグループ数はセンサ基板8の読み取り方向の片側で15としている。従ってLED総数は片側45個である。また、半導体集積回路7はLED群の2グループを単位として集積したので片側8個とした。
図3はセンサ基板8に搭載されたLED光源領域周辺の構成を説明する図であり、図3aは断面図、図3bは平面図である、1Rは赤色光源(R光源)、1Gは緑色光源(G光源)、1Bは青色光源(B光源)であり、14はLED光源1を封止するシリコンなどの透明樹脂、15は金ワイヤ、16は一端をLED光源1と接続し、他端を半導体集積回路7の各端子と接続したプリント印刷で形成された基準抵抗である。なお、図2及び図3中、図1と同符号は同一又は相当部分を示す。
次にLED光源1のLED電流の制御について図4に示す等価回路で説明する。図4において、RGBの各色光源を1群(グループ)としたLED群を連続して主走査方向(原稿読み取り方向)に直線的に並べたLED光源1のアノード端子を共通接続し、カソード端子をそれぞれ、基準抵抗を介して3段に直列接続された第1調整抵抗、第2調整抵抗及び第3調整抵抗と接続する。個々の調整抵抗にはパラレルにアナログスイッチの開閉端子を接続し並列回路を構成する。また、第3の調整抵抗の終端は固定の基準電位(接地)とする。
なお、図4では電源端子間の個々のRGB光源と基準抵抗及び第1〜第3調整抵抗で決まるLED電流の駆動回路(LED駆動回路)の電流調整はデジタル処理する場合について説明するためにアナログスイッチを用いたが、電流調整をアナログ処理する場合には基準抵抗を含み第1〜第3の可変抵抗要素を可変抵抗器(VR)を用いてアナログ可変しても良い。以後、デジタル可変処理をする場合についてのみ説明する。
図4に示す等価回路で、12Vの電位に対してR光源(R)に着目すると、アナログスイッチの入力信号(セレクタ信号)がすべてL(Low信号)の場合はアナログスイッチは開状態となり、基準抵抗が220Ω、第1〜第3調整抵抗が各々30Ωであると、LED電流はR光源の順方向ドロップ電圧が1.6Vでは、基準電位を0Vとした場合、約33mAとなる。
次にアナログスイッチの入力信号がすべてH(High信号)の場合はアナログスイッチは閉状態となり、アナログスイッチのON抵抗が30ΩであるとLED電流は約39mAとなり、R光源の輝度が可変される。同様にしてG光源、B光源及び他のグループの個々のLED光源1のLED電流を可変する。
図5は図4に示す等価回路を具体化したLED電流制御回路(LED駆動回路)である。図5において17は調整抵抗(抵抗要素)であり、17aの第1調整抵抗、17bの第2調整抵抗、17cの第3調整抵抗を含む。18はアナログスイッチ(第1のアナログスイッチ)であり、19はアナログスイッチ18の入力信号を制御するセレクタ、20はセレクタ19の切替入力端子である。本実施の形態1では抵抗要素17、アナログスイッチ18及びセレクタ19は半導体集積回路で構成するので、抵抗要素17は30Ω程度の低抵抗を構成するのでミアンダ状のアルミ導体薄膜抵抗で形成される。
なお、セレクタ19の信号切替は18ポートとし、その切替入力端子20のポートは5ビット入力とした。その場合、片側8個の半導体集積回路7の切替入力数は40となるため、セレクタ19と同機能を有する図2で示したセレクタ入力分配器7aを用い、セレクタ入力分配器7aにはコネクタ9から7ビットの固定入力信号で論理信号を各セレクタ19へ供給した。
本実施の形態1では、調整抵抗17は3個直列としたが、カラー画質の読み取り性能を重視しない場合には調整抵抗17は1個でも相応の効果がある。また、各半導体集積回路7には18ポートの切替信号としたが、読み取り幅が比較的広いものにおいては、セレクタ入力分配器7a、セレクタ19及びアナログスイッチ18を1個のLSIに組み込んでセンサ基板8に搭載するとセンサ基板8の結線の省力化が可能である。
また、本実施の形態1では、セレクタ切替入力にコネクタ9から固定信号を入力したが、あらかじめ固定入力信号の論理が判明している場合には、センサ基板8上に論理切替用スイッチを接地し切替入力とするセレクタとしても良い。また論理制御には、密着型イメージセンサを駆動するクロック信号と同期したマルチプレクサ回路やシフトレジスタを用いた記憶回路、専用ROM/RAMを代替使用してセレクタとしても良い。
次にLED光源1の配置について詳述する。一般にパッケージに1個のLEDを収納した光源を複数個並設する場合には、LEDチップのサイズが0.2mm平方であっても専用のLED固定用基板と樹脂封止枠体があるため個々のLEDチップ間のピッチは0.6mm以上になることは周知である。これらを光学波長の異なるLED群としてRGBの3色を同時点灯させて白色光源として使用する場合には各色の発光位置がそれぞれ異なるため視覚的には色むらの原因となり、枠体での光の屈折反射などでスペクトル的には照度分布に不均一が生じる。従って本実施の形態1では、パッケージを使用せず、LEDチップ単体(ベアチップとも呼ぶ)を実装した場合について図6で説明する。図6中、図3と同一符号は、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6は主走査方向に配置されたLED光源1から照射された各発光色の原稿4近傍で測定した照度分布を示したものである。R光源1R、G光源1GおよびB光源1Bをセンサ基板8に実装ピッチ0.5mmで近接実装したLED群を6mmピッチ間隔で配置した。LED群は15群を配置したのでR光源1R、G光源1GおよびB光源1Bはそれぞれ15個となり、直線配列された光源数は1列(片側)では総計45個である。
これらの光源を各色毎に同時点灯させた場合、各色の主走査方向照度分布の位置偏差は改善される結果となっている。しかし、同一発光色であっても個々の光源の絶対輝度のばらつきがあり、最大2倍程度の照度差となって現われる場合もある。一例として図6ではR光源1Rは紙面左側の照度(R分布で表示)は各発光色照度の中で最大であるが、隣接設置された紙面右側の照度は各発光色照度の中で最小に近い。従って各発光色のピーク照度を個々に独立して輝度調整することにより、各発光色のピーク照度分布を互いに重ね合わせることができる。なお、照度分布のピーク領域周辺の各色照度偏差の不均一性は少ないので通常の各色信号処理補正で充分対応が可能である。
また、実施の形態1ではLED光源1にベアチップを実装した場合について述べたが、図7に示すように各色光源を近接実装した後、パッケージに組み込んでも同様な効果を奏する。また、ベアチップのサイズは0.2mm平方の場合について説明したが、0.18mm平方とすることにより0.5mm以下の近接実装となり、さらに各色照度分布の位置偏差の改善が可能である。
実施の形態2.
この発明の実施の形態2について図8を用いて説明する。図8は実施の形態2による密着型イメージセンサの半導体集積回路7の回路図である。図8において21は第2のアナログスイッチである。実施の形態1で示した抵抗要素17は導体薄膜抵抗を使用したが、実施の形態2では導体薄膜抵抗に替えてON抵抗が30Ω程度である第2のアナログスイッチを使用し、常時スイッチを閉状態で使用する。以上から薄膜導体抵抗と同等の抵抗値を得ることができ、アナログスイッチ18と同一プロセスで作製した抵抗要素として構成できる利点がある。
この発明の実施の形態2について図8を用いて説明する。図8は実施の形態2による密着型イメージセンサの半導体集積回路7の回路図である。図8において21は第2のアナログスイッチである。実施の形態1で示した抵抗要素17は導体薄膜抵抗を使用したが、実施の形態2では導体薄膜抵抗に替えてON抵抗が30Ω程度である第2のアナログスイッチを使用し、常時スイッチを閉状態で使用する。以上から薄膜導体抵抗と同等の抵抗値を得ることができ、アナログスイッチ18と同一プロセスで作製した抵抗要素として構成できる利点がある。
実施の形態3.
この発明の実施の形態3について図9を用いて説明する。図9は実施の形態3による密着型イメージセンサの半導体集積回路の回路図である。図9において22はRon調整入力端子(電源供給電圧端子)である。実施の形態1で示した半導体集積回路7のアナログスイッチ18は論理回路の電源(VDD)を使用(図示せず)したが、実施の形態3では専用の電源供給電圧端子(Vcc)を設け、アナログスイッチ(第1のアナログスイッチ)18に電源電圧を供給する。
この発明の実施の形態3について図9を用いて説明する。図9は実施の形態3による密着型イメージセンサの半導体集積回路の回路図である。図9において22はRon調整入力端子(電源供給電圧端子)である。実施の形態1で示した半導体集積回路7のアナログスイッチ18は論理回路の電源(VDD)を使用(図示せず)したが、実施の形態3では専用の電源供給電圧端子(Vcc)を設け、アナログスイッチ(第1のアナログスイッチ)18に電源電圧を供給する。
次にLED光源1のLED電流の調整方法について図10を用いて説明する。12VのLED電圧に対してアナログスイッチ18の端子間電圧は分圧電圧であり、低抵抗値を接続した並列回路としているので電位は0ボルトに近い。このような条件下でアナログスイッチの電源電圧(Vcc)とそのON抵抗とは図10に示すような関係となる。すなわち、汎用仕様のアナログスイッチでは電源電圧は10V程度まで動作可能であるが、Vccが6V以上ではON抵抗の抵抗値が飽和し、2.5V以下ではON抵抗の抵抗値は増大すると共に偏差が大きくなる。従って、2.5V〜6VでアナログスイッチのVccを変更させることにより、LED電流の微調整が可能である。
この発明の実施の形態1〜3ではR光源1R、G光源1G及びB光源1Bを搭載した密着型イメージセンサについて述べたが、紫外線光源や赤外線光源などの他に多種の光学波長を有する光源をLED光源1として用いても良く、紙幣判別機などの偽造防止用の密着型イメージセンサには大きな効果がある。また、基準抵抗16は印刷抵抗としたが半導体集積回路7などに組み込んでも良く、抵抗要素としての導体薄膜抵抗はPN接合の半導体回路で構成しても抵抗要素としての相応の効果がある。また、図5ではアノードコモン型のLED電流制御回路で説明したが図11に示すようにカソードコモン型のLED電流制御回路であっても良い。
1 LED光源、 1R R光源(赤色光源)、 1G G光源(緑色光源)、 1B B光源(青色光源)、 2 導光体、 2a 照射部、 3 ガラス板、 4 原稿(被写体)、 5 レンズ、 6 センサIC(受光部)、 7 半導体集積回路、 7a セレクタ入力分配器、 8 センサ基板、 9 コネクタ、 10 筐体、 11 駆動用プラテン、 12 搬送ガイド、 13 コンデンサ、 14 透明樹脂、 15 ワイヤ(金ワイヤ)、 16 基準抵抗、 17 調整抵抗(抵抗要素)、 17a 第1調整抵抗、 17b第2調整抵抗、 17c第3調整抵抗、 18 アナログスイッチ(第1のアナログスイッチ、 18a 第1スイッチ、 18b 第2スイッチ、 18c 第3スイッチ、 19 セレクタ、 20 切替入力端子、21 第2のアナログスイッチ(抵抗要素)、 22 Ron調整入力端子(電源供給電圧端子 Vcc)。
Claims (7)
- 被写体に光を照射する光学波長の異なるLED群を複数配置したLED光源と、このLED光源の光を前記被写体に導く導光体と、前記被写体からの反射光を集束するレンズと、このレンズで集束された反射光を受光する受光部と、前記LED光源、前記受光部を搭載すると共に前記LED光源の個々のLED駆動回路に組み込まれ、前記LED光源の照度を調整する可変抵抗要素を搭載したセンサ基板とを備えた密着型イメージセンサ。
- 前記可変抵抗要素は可変抵抗器であることを特徴とする請求項1記載の密着型イメージセンサ。
- 前記可変抵抗要素は固定抵抗器または順方向PN接合素子とアナログスイッチとの並列回路から構成されていることを特徴とする請求項1記載の密着型イメージセンサ。
- 前記並列回路は複数段直列に接続されていることを特徴とする請求項3記載の密着型イメージセンサ。
- 被写体に光を照射する光学波長の異なるLED群を複数配置したLED光源と、このLED光源の光を前記被写体に導く導光体と、前記被写体からの反射光を集束するレンズと、このレンズで集束された反射光を受光する受光部と、前記LED光源、前記受光部を搭載すると共に前記LED光源の個々のLED駆動回路に組み込まれた第1のアナログスイッチと抵抗要素との並列回路と、この並列回路に論理信号に基づき第1のアナログスイッチを開閉することにより前記LED駆動回路の電流を変化させ個々のLED光源の照度を調整するセレクタとを搭載したセンサ基板とを備えた密着型イメージセンサ。
- 前記抵抗要素は開閉状態が常時閉である第2のアナログスイッチであることを特徴とする請求項5記載の密着型イメージセンサ。
- 第1のアナログスイッチの電源供給電圧は2.5V乃至6Vであると共に第1のアナログスイッチを駆動する専用の電源供給電圧端子を有することを特徴とする請求項5又は6記載の密着型イメージセンサ。
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