JP2008177994A

JP2008177994A - イメージセンサ

Info

Publication number: JP2008177994A
Application number: JP2007011334A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Makabe; 和也真壁
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-01-22
Filing date: 2007-01-22
Publication date: 2008-07-31

Abstract

【課題】透過型イメージセンサにおいて、原稿（被照射物）の主走査方向のみならず副走査方向に亘る照度偏差を軽減することで高精度の原稿（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複数の光源３と、被照射物１を透過した光源３の光を収束するレンズアレイ１３と、このレンズアレイ１３を介した光を検出するセンサ１４と、光源３と被照射物１との間に配置され、その表面を粗化して光源３の光を拡散させる入射面４ｂとその表面を主走査方向において凹凸状となるように起伏部を設けて主走査方向に光を屈折させ、被照射物１に出射する出射面４ａとを有する導光体４とを備えるようにした。
【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。

また、特開２００３−１８６４２７号公報図１（特許文献３）には、配線板２４に設けられたＬＥＤ２３をランプハウジング２１の光源収納部２５に設置しＬＥＤ２３の照射光２３ａを導光体２７を通過させた後、照射光２３ａを均一な輝度に拡散させる拡散フィルム２８が表示板２２と導光体２７の間に配置されている照明式表示装置が開示されている。

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）

特開２００３−１８６４２７号公報（第１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。

また、特許文献３に記載されたものは、導光体２７を通過した光を拡散フィルム２８で輝度を均一にする効果があるものの導光体２７や拡散フィルム２８はランプハウジング２１の内壁にそれぞれ独立して設けるので表示装置の表示面積が大きい場合には部品点数などが増加し、高価な表示装置になるという課題があった。

この発明は、いわゆる透過型イメージセンサにおいて、原稿（被照射物）の主走査方向のみならず副走査方向に亘る照度偏差を軽減することで高精度の原稿（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複数の光源と、被照射物を透過した前記光源の光を収束するレンズアレイと、このレンズアレイを介した光を検出するセンサと、前記光源と被照射物との間に配置され、その表面を粗化して前記光源の光を拡散させる入射面とその表面を主走査方向において凹凸状となるように起伏部を設けて主走査方向に光を屈折させ、被照射物に出射する出射面とを有する導光体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、前記入射面の表面を、前記光源の配列ピッチに対応して選択的に粗化した請求項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、主走査方向に配列された複数の光源と、被照射物を透過した前記光源の光を収束するレンズアレイと、このレンズアレイを介した光を検出するセンサと、前記光源と被照射物との間に配置され、その表面を主走査方向に対する副走査方向において凹凸状となるように凹凸部を設けて前記光源の光を副走査方向に屈折させる入射面とその表面を主走査方向において凹凸状となるように起伏部を設けて主走査方向に光を屈折させ、被照射物に出射する出射面とを有する導光体とを備えたものである。

請求項４に係るイメージセンサは、前記出射面の起伏部を、半円柱状又は三角柱状により形成した請求項１又は３に記載のものである。
請求項５に係るイメージセンサは、前記入射面及び出射面を設けた部材を、前記導光体の本体部と異なる部材により構成し、前記本体部に接続した請求項１〜４のいずれかに記載のものである。

請求項１の発明によれば、導光体の入射面において光を拡散させ、その出射面において光を主走査方向に屈折させるため、主走査方向における被照射物の照度偏差を軽減することができ、被照射物の読み取り精度を向上させることができるという効果を奏する。

請求項３の発明によれば、導光体の入射面において光を主走査方向に対する副走査方向に屈折させ、その出射面において光を主走査方向に屈折させるため、副走査方向における被照射物の照度偏差をも軽減することができ、被照射物の読み取り精度を向上させることができるという効果を奏する。

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側に導く台形型の導光体であり、４ａは導光体４の光の出射面、４ｂは導光体４の光の入射面である。ここに、出射面４ａ及び入射面４ｂは、導光体４の本体部と同一部材のほか、導光体４とは別異の部材であってもよく、同一部材又は別異の部材の表面部分を意味するものである。そして、出射面４ａ又は入射面４ｂが別異の部材で構成した場合には、これを導光体４の本体部に接着材等により固定する。なお、以下においては、出射面は出射部、入射面は入射部という。５は出射部から放射された光をＣＩＳ側へ透過させるガラス板、６は第１の光源３のＬＥＤチップを搭載するＬＥＤ基板、７は第１の光源３を駆動するためのコネクタ、８は導光体４、ガラス板５及びＬＥＤ基板６を収納又は保持する透過型光源２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、１２は屈折型導光体１１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の光が原稿面で反射され、その反射光を集束（収束）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１３で集束された光を受光する受光部（センサ）であって、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。

１７は、センサＩＣ（受光部）１４の、光電変換されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換した後、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２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。

以上から透過型光源２、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、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する。すなわち、透過型光源２、ＣＩＳ側構成等により、全体としてのイメージセンサを構成している。

図２は、実施の形態１に係る台形型の導光体４の外観図である。図２においては、台形型の導光体４は、出射部４ａの表面に半円形状（半楕円形状、蒲鉾状とも呼ぶ。）の屈折領域（屈折部）を設け、第１の光源３近傍に位置する入射部４ｂの表面を表面粗化した場合について説明する。出射部４ａ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、蒲鉾状断面が主走査方向に配列されるように構成する。

以上から台形型の導光体４の出射部４ａに屈折領域を設けることにより、ＬＥＤチップの主走査方向の配列においてピッチ間隔が比較的大きくても台形型の導光体４の出射部４ａで照明光を主走査方向に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。

すなわち、第１の光源３から照射された光は台形型の導光体４を通過し、拡散光として出射部４ａ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出射部４ａから再放射される。従って、出射部４ａに屈折領域を設けることにより放射角度成分が分散され、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。なお、図１と同符号は、同一又は相当部分を示す。

図３は、ＬＥＤ基板６上に直線配列された赤外（ＩＲ）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８．２ｍｍ間隔で配置される。

次に動作について説明する。図１において、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折型導光体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台形型の導光体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。

次に機能について図４を用いて説明する。図４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）のタイミングにより受光部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。

なお、出射部４ａは図５に示すように出射面（屈折領域）が図５ａに示す半円形状（半楕円形状）をしたものでも良いし、図５ｂに示す三角形状の底部を平面層とした導光体４としても良い。

次に入射部４ｂについて図６及び図７を用いて説明する。図６は導光体４の入射部４ｂの表面粗化を行う金型側の部分側面図である。図６において３０は入射部４ｂを製造する金属で構成した金型部分（金型Ａ）、３１は入射部４ｂにＬＥＤの配列ピッチに従って選択的に金型Ａ３０にコーティングされたマスク（レジスト）である。金型Ａ３０は金属で構成されるのでマスキングされない部分を酸系エッチング液でエッチングし、適宜サンドブラストなどを行い、レジスト除去後、導光体材料となるアクリル樹脂などを注入する。すなわち、８．２ｍｍピッチで設置するＬＥＤ位置に対応する金型Ａ３０側のシボ加工を行う。

図７は、金型Ａ３０を用いてシボ加工された導光体４における入射部４ｂの表面の状態を示す説明図であり、レジスト３１でマスキングした領域（未処理領域）は平滑であるのに対して表面粗化された領域は面全体に亘って約０．０２ｍｍｐ−ｐの表面粗度となる。

次に、出射部４ａに屈折部設け、入射部４ｂを表面粗化した導光体４の性能について説明する。本実施の形態１では、副走査方向の照度分布の照度偏差を改善することが目的なので、独立して分離できる透過型光源２のＬＥＤ配列といわゆる反射型イメージセンサ（ＣＩＳ）のセンサ（受光部）１４との配列が直交するように設置して透過型光源２の照度を受光部１４の出力として測定する。すなわち、透過型光源２のＬＥＤ配列の任意領域を抽出し、ＣＩＳの受光部１４が透過型光源２のＬＥＤ配列と直交するように設置して測定した。

図８は、実験による受光部１４に沿った領域の照度分布を受光部１４で測定した各画素の補正後の出力分布及び偏差を説明する説明図である。実験では、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をあらかじめ装着し、画素密度は８ドット／ｍｍ（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階調分解単位ｄｉｇｉｔ）で測定した。図８では約７ｍｍ（画素数５６ドット）に亘るＣＩＳの出力値で透過型光源２の照度の広がり程度を示している。例えば、約２．３ｍｍ付近にある受光部１４の出力値は７９ｄｉｇｉｔ、約５．３ｍｍ付近にある受光部１４の出力値は８０ｄｉｇｉｔであり、照度が高い３ｍｍの領域における照度分布の偏差は約１２．７％であった。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（センサ出力値ｄｉｇｉｔで表示数値の高い程照度が高い）を示す。

図９は、出射部４ａに屈折部設け、入射部４ｂを表面粗化しない導光体４の性能について説明する説明図であり、入射部４ｂを表面粗化しない場合の偏差は１９．３％であった。

図８及び図９から台形型導光体４の入射部４ｂを表面粗化することにより、副走査方向（原稿１搬送方向）の照射領域中心付近の３ｍｍ幅に対する偏差は大幅に軽減されることが解かる。これは副走査方向の照度偏差は透過型光源２からの直接光が入射部４ｂにある表面粗化領域における散乱光の生成により副走査方向に亘って拡散し、結果、照度偏差が低下したものと理解できる。

以上から原稿（被照射物）１上における主走査方向及び副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可能となる。

実施の形態２．
実施の形態１では、導光体４の入射部４ｂを表面粗化した場合について説明したが、実施の形態２では、入射部４ｂは表面粗化を行わないで照射部４ａと同形状の拡散シートを入射部４ｂに貼り付けた場合について説明する。拡散シートは透明アクリル樹脂又はガラス材で構成され、図５に示すような断面が半円形状（半楕円形状蒲鉾形状）の拡散シートとしても良いし、図５ｂに示すように三角形状の底部を平面層とした拡散シートとしても良い。
アクリルシート（拡散シート）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、蒲鉾状断面が副走査方向に配列されるように構成する。すなわち、光射出部４ａとは起伏が直交するようにして入射部４ｂに透明接着剤を用いて貼り付ける。

図１０は、出射部４ａに屈折部設け、表面が平滑な入射部４ｂに拡散シートを貼り付けた導光体４の性能を説明する図であり、入射部４ｂに拡散シートを貼り付けた場合の偏差は１２．９％であった。

以上から導光体４は一体化加工するものの入射部４ｂは樹脂成形などの平滑面とし、この平滑面に拡散シートを貼り付けることで実施の形態１で示したものと同様の効果を奏する。

また、出射部４ａは、一体化加工して屈折部を形成したが、拡散シートを用いて屈折部を形成しても良い。

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導光体の外観図である。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の屈折部形状を説明する外観図であり、図５（ａ）は蒲鉾状、図５（ｂ）は三角形状を示す。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の製造方法を説明する図である。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入射部の表面粗度を説明する図である。この発明の実施の形態１によるイメージセンサの照度分布説明図である。試供したイメージセンサの照度分布説明図である。この発明の実施の形態２によるイメージセンサの照度分布説明図である。

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（台形型導光体）、４ａ出射部（出射面）、４ｂ入射部（入射面）、５ガラス板、６ＬＥＤ基板、７コネクタ、８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）、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）、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、３０金型（金属金型Ａ）、３１マスク（レジスト）。

Claims

主走査方向に配列された複数の光源と、被照射物を透過した前記光源の光を収束するレンズアレイと、このレンズアレイを介した光を検出するセンサと、前記光源と被照射物との間に配置され、その表面を粗化して前記光源の光を拡散させる入射面とその表面を主走査方向において凹凸状となるように起伏部を設けて主走査方向に光を屈折させ、被照射物に出射する出射面とを有する導光体とを備えたイメージセンサ。
前記入射面は、前記光源の配列ピッチに対応して選択的にその表面を粗化した請求項１に記載のイメージセンサ。
主走査方向に配列された複数の光源と、被照射物を透過した前記光源の光を収束するレンズアレイと、このレンズアレイを介した光を検出するセンサと、前記光源と被照射物との間に配置され、その表面を主走査方向に対する副走査方向において凹凸状となるように凹凸部を設けて前記光源の光を副走査方向に屈折させる入射面とその表面を主走査方向において凹凸状となるように起伏部を設けて主走査方向に光を屈折させ、被照射物に出射する出射面とを有する導光体とを備えたイメージセンサ。
前記出射面の起伏部は、半円柱状又は三角柱状により形成した請求項１又は３に記載のイメージセンサ。
前記入射面及び出射面を設けた部材は、前記導光体の本体部と異なる部材により構成し、前記本体部に接続された請求項１〜４のいずれかに記載のイメージセンサ。