JP2007116590A - イメージセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 透過型イメージセンサにおいて、光源と原稿（被照射物）との間に、主走査方向に沿って多数の突部を連続的に形成した屈折部材を設け、この屈折部材を光源からの光が通過し、屈折することにより、原稿（被照射物）の主走査方向に亘って照度偏差を低減した高精度の原稿（被照射物）の読み取りを可能とするイメージセンサを提供する。
【解決手段】 主走査方向に配列された光源と、前記主走査方向に直交する副走査方向に搬送される被照射物に対し、その被照射物を透過した光を収束する前記主走査方向に延びたレンズアレイと、前記主走査方向に配列され、前記レンズアレイにより収束された光を検知するセンサと、前記光源と被照射物との間に配置され、前記主走査方向に沿って多数の突部が連続的に形成され、前記光源からの光を通過させ、屈折させて被照射物の主走査方向に亘って光を照射する屈折部材とを備えた。
【選択図】 図１

Description

この発明は、イメージセンサに関するものであり、特に、紙幣等のように光の透過部分を有する被照射物に対する読み取りを行うものである。

従来、この種のイメージセンサとして、例えば、特開平６−２７３６０２号公報（特許文献１）に記載されたものがあった。この特許文献１には、その図１及び図２に記載されているのように、発光ダイオード１から発せられた光は透明保護板４上の照明窓４１を通過して原稿６に照射され、原稿６で反射された光は透明保護板４上のマイクロレンズアレイ４２により収束され、受光センサチップ２により原稿の読み取りが行われる、いわゆる反射型イメージセンサが記載されている。そして、この反射型イメージセンサでは、マイクロレンズアレイ４２において、マイクロレンズの個数を受光センサアレイの素子数に一致させ、レンズ素子と受光素子とを一対一に対応させるように構成している。

一方、特開２００３−８７５６４号公報（特許文献２）には、その図２に記載されているように、反射原稿用光源２２又は透過原稿用光源８０を用い、透過原稿用光源８０は原稿カバー６０に収容され、原稿カバー６０に脱着自在に係止された原稿マット７０は、反射原稿の読み取り時に原稿カバー６０に装着され、透過原稿の読み取り時には原稿カバー６０から取り外される構成とした画像読取装置が記載されている。

特開平６−２７３６０２号公報（第１図、第２図）

特開２００３−８７５６４号公報（段落００２４、第２図）

しかしながら、特許文献１に記載されたものは、いわゆる反射型イメージセンサであって、マイクロレンズの個数を受光センサアレイの素子数に一致させ、レンズ素子と受光素子とを一対一に対応させるように構成しなければならないため、それらの位置合わせが困難になるという課題があった。

一方、特許文献２に記載されたものは、いわゆる透過型と反射型とを組合せたイメージセンサであるが、反射原稿の読み取り時には原稿マットを原稿カバーに装着し、透過原稿の読み取り時には原稿マットを原稿カバーから取り外すという手間を要するため、いわゆる反射型による場合と透過型による場合との切り替えが面倒であるという課題があった。

そこで、この発明は、いわゆる透過型イメージセンサにおいて、光源と原稿（被照射物）との間に、主走査方向に沿って多数の突部を連続的に形成した屈折部材を設け、この屈折部材を光源からの光が通過し、屈折することにより、原稿（被照射物）の主走査方向に亘って照度偏差を低減した高精度の原稿（被照射物）の読み取りを可能とする新規なイメージセンサを提供するものである。

請求項１に係るイメージセンサは、主走査方向に配列された光源と、前記主走査方向に直交する副走査方向に搬送される被照射物に対し、その被照射物を透過した光を収束する前記主走査方向に延びたレンズアレイと、前記主走査方向に配列され、前記レンズアレイにより収束された光を検知するセンサと、前記光源と被照射物との間に配置され、前記主走査方向に沿って多数の突部が連続的に形成され、前記光源からの光を通過させ、屈折させて被照射物の主走査方向に亘って光を照射する屈折部材とを備えたものである。

請求項２に係るイメージセンサは、前記屈折部材の突部の主走査方向における断面形状を半円形状又は半楕円形状とした請求項１に記載のものである。

請求項３に係るイメージセンサは、前記屈折部材の突部の主走査方向における断面形状を三角形状とした請求項１に記載のものである。

請求項１乃至３に係る発明によれば、原稿（被照射物）上における主走査方向の照度偏差を軽減することができ、原稿の読み取り精度を向上させることができる。

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断面構成図である。図１において、１は原稿（被照射物）であり、紙幣、有価証券又は小切手などの読み取り媒体、２は密着型イメージセンサ（以下、ＣＩＳとも称す。）の外部に設けられた透過型光源である。３は主走査方向にＬＥＤチップをアレイ状に直線的に配列した第１の光源、４は第１の光源３から照射された照明光をＣＩＳ側に導くラッパ型導光体、４ａはラッパ型導光体４の光射出部（射出部）、５は光射出部４ａに貼り付けられた屈折シートで、光射出部４ａと屈折シート５により屈折部材を構成している。６は屈折シート５から放射された光をＣＩＳ側へ透過させるガラス板、７は第１の光源３のＬＥＤチップを搭載するＬＥＤ基板、８は光源３を駆動するためのコネクタ、９はラッパ型導光体４、ガラス板６及びＬＥＤ基板を収納又は保持する透過型光源用の筐体である。

次に、ＣＩＳ側の構成について説明する。図１において、１０はＬＥＤチップをアレイ状に直線配列させた第２の光源、１１は第２の光源１０から照射された照明光を原稿１側に導く屈折型導光体、１１ａは屈折型導光体１１の光射出部(射出部)、１２は光射出部１１ａから放射された光を原稿面へ透過させるガラス板、１３は第１の光源３からの透過光や、第２の光源１０からの光で原稿面で反射された反射光を集束するロッドレンズアレイ（レンズアレイ）、１４はロッドレンズアレイで集束された光を受光する受光部で、複数の光電変換部とそれらの駆動回路などが組み込まれたセンサＩＣである。１５はセンサＩＣ１４を複数個搭載するセンサ基板、１６は第２の光源１０を両側に搭載するプリント配線板などで構成された基板である。このようにして、透過型光源２、ＣＩＳ側等により、全体としてイメージセンサを構成している。

すなわち、基本的には、透過型光源２、ラッパ型導光体４、屈折シート５、ロッドレンズアレイ１３及び受光部１４により透過型イメージセンサを構成し、一方、第２の光源１０、屈折型導光体１１、ロッドレンズアレイ１３及び受光部１４により反射型イメージセンサを構成している。

１７は、受光部１４で光電変換されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換後、各画素（ビット）の信号出力をシェーディング補正や全ビット補正する補正回路などを組込、原稿１からのイメージ情報を画像信号として出力する信号処理ＩＣ（ＡＳＩＣ）、１８はＣＩＳを駆動するためのスタート信号（ＳＩ）、クロック信号（ＣＬＫ）及び電源などの入力信号や透過型光源に電源供給し、画像信号を外部へ出力するコネクタ、１９はセンサ基板１５と基板１６との信号の受け渡しを行う中継コネクタ、２０はロッドレンズアレイ１３及びセンサ基板１５を収納又は保持する内部筐体、２１は屈折型導光体１１、ガラス板１２及び基板１６を収納又は保持する外部筐体である。また、内部筐体２０は中継コネクタ１９で保持され、透過型光源２や外部筐体２１は、例えば金融端末装置などの読み取りシステム（図示せず）の本体と固定される。なお、図中、同一符号は、同一又は相当部分を示す。

図２は、ＬＥＤ基板７上に直線配列されたＬＥＤチップの部分断面図である。本実施の形態１では第１の光源３は主走査方向（原稿読み取り方向）に１０ｍｍ間隔で配置される。また基板１６の両側に直線配列されたＬＥＤチップで構成された第２の光源１０も同様の配置である。

次に、動作について説明する。ＣＩＳの内部に搭載された第２の光源１０を使用し、原稿１からの反射光を受光し、イメージ情報とする場合には第２の光源１０を点灯させ、比較的光路長の長い屈曲型導光体１１を通過させ光を原稿１に照射する。この第２の光源１０からの照明光は原稿１に対して斜め方向から放射されるので、原稿面で反射した散乱光が反射光としてロッドレンズアレイ１３で集光され、センサＩＣ１４で光電変換される。

イメージセンサのＣＩＳ側の外部に設置された透過型光源２の第１の光源３を使用し、原稿１からの透過光を受光し、イメージ情報とする場合には第１の光源３を点灯させ、比較的光路長が短いラッパ型導光体４を通過させ光を原稿１に照射する。この第１の光源３からの照明光は、原稿１に対して直角方向に放射されるので原稿面で透過した直接光がロッドレンズアレイ１３で集光され、センサＩＣ１４で光電変換される。

図２では、ＬＥＤチップの主走査方向のピッチ間隔は１０ｍｍであり、ラッパ型導光体４で照明光を拡散させることにより、透過型光源２の原稿面上における主走査方向の照度分布は均一になるよう配慮されている。

しかし、透過光の光量調整等を行う際、すなわち、原稿１の無い状態で透過型光源２からの照度を検出し、それをシェーディング補正などの基準信号（参照信号）として用いる場合には、主走査方向の受光部１４における各画素の照度は均一であることが好ましい。基準信号が、各画素ごとに大きく照度が異なると、正確な原稿１のイメージ情報データの採取に支障を与える。これはラッパ型導光体４の射出部４ａが平面形で、原稿が無い場合には原稿面相当位置を通過する光線が位置により異なった角度分布を持ち、ＬＥＤチップのピッチ間の照度差が、光電変換後の各画素の出力にリップルとして現われるためである。

次にこの発明のイメージセンサの機能について図３を用いて説明する。 図３はＣＩＳの駆動回路のブロック図である。ＣＩＳのクロック信号（ＣＬＫ）と同期したスタート信号（ＳＩ）のタイミングで受光部１４で光電変換されたアナログ出力（ＳＯ）を得る。ＳＯは増幅後、信号処理ＩＣ１７でアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換され、補正回路では、サンプル・ホールドを含むシェーディング補正や全ビット補正などが行われる。ＳＯから得られたデジタル信号データの補正には、あらかじめ設定された基準信号（参照信号）データを記憶したＲＡＭ領域から読み出し、原稿１から採取したイメージ情報と信号処理ＩＣ１７の補正回路で演算加工する。透過型光源２を使用する場合には、第１の光源３を点灯し、ＣＩＳに収納されている第２の光源１０を消灯することにより、原稿１の無い状態の照度を受光部１４で光電変換し、基準信号とし、光量調整や補正データに適用する。

図４は、光射出部４ａ全面に屈折シート５を透明接着剤で貼り付けた状態のラッパ型導光体４の外観図である。この屈折シート５は、個々が蒲鉾状の断面を有し、その円弧状両端部が互いに隣接する円弧状の端部と密着するように、連続的に配列したものである。また、蒲鉾状断面が主走査方向に配列されるように貼り付けられる。この屈折シート５をレンチキュラーレンズとも呼ぶ。なお、レンチキュラーレンズは透明ガラス又は透明アクリル系樹脂で一体化成形されている。図４では、ラッパ状導光体４の射出部４ａに屈折シートを貼り付けた屈折部材であるが、この屈折部材は、ラッパ状導光体４の射出部４ａに蒲鉾状の断面を直接形成する構成のものでもよい。

図５は、形状の異なる屈折シートの説明を行うものであり、図５ａは、半円形状（半楕円形状）のレンチキュラーレンズ、図５ｂは、三角形状の底部に平面層を有し、平面層が互いに密着するように配列したものであり、この形状の屈折シート５をプリズムシートとも呼ぶ。なお、プリズムシート５はアクリル系樹脂で一体化成形されている。

次に、レンチキュラーレンズを貼り付けたラッパ型導光体４の動作について図６を用いて説明する。図６は、透過型光源２のラッパ型導光体４の射出部４ａ上に屈折シート５を付加したときの主走査方向の光路を示したものである。図６において、第１の光源３から照射された光はラッパ型導光体４を通過し、拡散光として屈折シート５で屈折及び反射される。また反射光は再度反射を繰り返して最終的に屈折光として射出部４ａから再放射される。従って、屈折シート５をラッパ型導光体４の射出面４ａに付加することにより放射角度成分が分散され、原稿が無い場合にも原稿面相当位置を通過する光線の角度分布が平均化し照度が均一になる。射出部４ａから放射された分散光はガラス板６を透過して、透過型光源２の透過光として原稿１や受光部１４に直接光として入射する。なお、図中、図１と、同符号は同一又は相当部分を示す。

図７は、各種屈折シート５を射出部４ａに貼り付け、透過型光源２からの照射光を受光部１４で測定した各画素の出力分布及び明出力平均値を説明する図である。本実施の形態１では、読み取り媒体としてＯＨＰシートなどの透明度の高い原稿１を装着した場合について説明する。実験では画素数１５３６ビット、画素密度（画素間ピッチ）０．１２５ｍｍ、光電変換出力は増幅後、８ビット分解能（２５６階調分解）出力で測定した。

図７ａにおいてＡ表示は射出部４ａに屈折シート５を貼り付けない場合、Ｂ表示はレンチキュラーレンズを貼り付けた場合、参考比較データとしてＣ表示はプリズムレンズを１層構造で貼り付けた場合、Ｄ表示はプリズムレンズを２層構造で貼り付けた場合の各画素の出力分布である。図７ａから屈折シート５をラッパ型導光体４の射出部４ａに貼り付けたことにより、明出力の低下（ｄｉｇｉｔ値の小さい値ほど出力が低い。）があることが解かり、その値は図７ｂに示すように射出部に屈折シート５を貼り付けない場合を１００（Ａ表示）とすれば、レンチキュラーレンズ（Ｂ表示）では平均で約６６％となる。これは屈折シートを貼り付けない場合に比べて光の透過率が低下したことを意味する。

次にＯＨＰシートなどの原稿を装着しない場合について説明する。図８は、各種屈折シート５を射出部４ａに貼り付け、透過型光源２からの照射光を受光部１４で測定した各画素の出力分布から得た照度偏差を説明する図である。図８ａにおいて屈折シート５をラッパ型導光体４の射出部４ａに貼り付けない場合には、透過光源２からの直接光が原稿１を介さないで受光部１４に直接入射するため、大きな照度偏差を呈する。対して図８ｂに示すように射出部４ａにレンチキュラーレンズを貼り付けた場合には、照度偏差は２７％まで改善され、良好な照度の均一性があり、光量調整やビット補正などの基準信号として適用可能となる。

なお、照度分布の偏差（照度偏差）は、照度偏差（％）＝{（ｉｍａｘーｉｍｉｎ）／（ｉｍａｘ）}・１００として定義した。ここでｉは得られた照度値を示す。

実施の形態２．
実施の形態１では、屈折シート５として主としてレンチキュラーレンズを適用した場合のについて説明したが、実施の形態２では、屈折シート５としてプリズムシートを適用した場合について説明する。プリズムシートは前述のように三角形状の突起の底部に平面層を有した断面形状となったものを配列したものであり、図７ｂに示すように、屈折シート５として、プリズムシートをラッパ型導光体４に１層構造で貼り付けた場合には、レンチキュラーレンズを貼り付けた場合と比較して、明出力が高く透過率の改善がある。すなわち、レンチキュラーレンズ（Ｂ表示）における明出力が６６％に対してプリズムレンズ１層構造（Ｃ表示）では７４％であり、透過率が高いことが解かる。

実施の形態３．
実施の形態２では、屈折シート５としてをプリズムシートを１層構造で貼り付けた場合について説明したが、実施の形態３では、屈折シート５としてプリズムシートをラッパ型導光体４に２層構造で貼り付けた場合について説明する。プリズムシートを２層構造で貼り付ける場合には、１枚目のプリズムシートの三角形状の突起の頂点に２枚目のプリズムシートの平面層を接着剤で固定する。この場合、図９に示すようにプリズムシートを１枚貼り付ける場合と比較して、照度偏差の改善がある。すなわち、プリズムシートの１層構造における照度偏差が４３％であるのに対してプリズムシート２層構造では３６％であり、照度の均一性が良好であることが解かる。

この発明の実施の形態１によるイメージセンサの断面構成図である。 この発明の実施の形態１によるイメージセンサのＬＥＤ基板に搭載されたＬＥＤチップの断面図である。 この発明の実施の形態１によるイメージセンサの駆動回路ブロック図である。 この発明の実施の形態１によるイメージセンサの導光体に屈折シートを付加した外観図である。 屈折シートの外観模式図である。 この発明の実施の形態１によるイメージセンサの透過型光源から照射された光の光路説明図である。 この発明の実施の形態１乃至３によるイメージセンサの光電変換出力分布の説明図である。 この発明の実施の形態１乃至３によるイメージセンサの光電変換出力の説明図である。 この発明の実施の形態１乃至３によるイメージセンサの各種屈折シートの照度偏差を説明する図である。

符号の説明

１ 原稿（被照射物）、 ２ 透過型光源、 ３ 第１の光源（ＬＥＤチップ）、 ４ 導光体（ラッパ型導光体）、 ４ａ 射出部（光射出部）、 ５ 屈折シート、 ６ ガラス板、 ７ ＬＥＤ基板、 ８ コネクタ、 ９ 筐体（透過型光源用筐体）、 １０ 第２の光源（ＬＥＤチップ）、 １１ 導光体（屈折型導光体）、 １１ａ 射出部（光射出部）、 １２ ガラス板、 １３ ロッドレンズアレイ（レンズアレイ）、 １４ 受光部（センサＩＣ）、 １５ センサ基板、 １６ 基板、 １７信号処理ＩＣ（ＡＳＩＣ）、 １８ コネクタ、 １９ 中継コネクタ、 ２０ 内部筐体、 ２１ 外部筐体。

Claims (3)

1. 主走査方向に配列された光源と、前記主走査方向に直交する副走査方向に搬送される被照射物に対し、その被照射物を透過した光を収束する前記主走査方向に延びたレンズアレイと、前記主走査方向に配列され、前記レンズアレイにより収束された光を検知するセンサと、前記光源と被照射物との間に配置され、前記主走査方向に沿って多数の突部が連続的に形成され、前記光源からの光を通過させ、屈折させて被照射物の主走査方向に亘って光を照射する屈折部材とを備えたイメージセンサ。
2. 前記屈折部材の突部の主走査方向における断面形状を半円形状又は半楕円形状とした請求項１に記載のイメージセンサ。
3. 前記屈折部材の突部の主走査方向における断面形状を三角形状とした請求項１に記載のイメージセンサ。
   

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