JP2011023861A

JP2011023861A - イメージセンサユニット

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Publication number: JP2011023861A
Application number: JP2009165521A
Authority: JP
Inventors: Suguru Matsuzawa; 卓松澤; Hiroyuki Kono; 裕之河野; Tatsuki Okamoto; 達樹岡本; Tadashi Minobe; 正美濃部; Tatsuya Kunieda; 達也國枝
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-07-14
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2029-07-14
Also published as: JP5257280B2

Abstract

【課題】原稿の画像読取面の位置に応じて照射位置を調整することにより、読取深度の異なるイメージセンサユニットを得る。
【解決手段】長手方向の軸を中心に回動可能に設けられ、発光素子からの光を長手方向に導光すると共に、長手方向に沿って形成された出射部から原稿の画像読取位置に光を照射する柱状の導光体と、原稿の画像読取位置で反射された光を集光して結像する結像光学部材と、結像光学部材により結像された光を検知するセンサとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像読取装置に用いるイメージセンサユニットに関するものである。

ファクシミリ、コピー機、スキャナ等の画像読取装置の内部には、原稿に光を照射して画像を読み取るイメージセンサユニットが設けられ、このイメージセンサユニットは、原稿の画像読取位置に光を照射する光源と、原稿からの反射光を結像する光学系と、結像した光を検知して画像情報に変換するセンサとから構成されている。

このようなイメージセンサユニットにおいては、原稿に照射される光は原稿の画像読取ラインで光量ピークとなるのが好ましい。そのため、従来例としては、原稿台から浮き上がった原稿の画像を読み取るために、発光素子からの光を原稿へと導く導光体を複数含み、各導光体からの光量ピークが読取ラインの上下方向において異なる位置となるように導光体の位置に上下方向の段差を設けたイメージセンサユニットがある（例えば、特許文献１参照）。また、光源装置を組立てる際の取り付け位置ずれや取り付け姿勢のばらつきに対し、バネと調整ネジを用いて光量分布のずれを補正するものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−１０４４８０号特開２００３−１６３７９０号

しかしながら、上記従来例では、原稿の浮き上がりや組立て時の位置ずれ等に対して光学系の読取誤差の範囲内で照射位置を微調整するものであって、原稿の画像読取面の位置が大きく変化する場合には照射位置の調整はできず、焦点位置の異なるイメージセンサユニットを得ることは困難であった。

本発明は上記のような問題を解決するためになされたもので、原稿の画像読取面の位置に応じて照射位置を調整することにより、焦点位置の異なるイメージセンサユニットを得ることを目的とする。

本発明に係るイメージセンサユニットは、長手方向の軸を中心に回動可能に設けられ、発光素子からの光を長手方向に導光すると共に、長手方向に沿って形成された出射部から原稿の画像読取位置に光を照射する柱状の導光体と、原稿の画像読取位置で反射された光を集光して結像する結像光学部材と、結像光学部材により結像された光を検知するセンサとを備えたものである。

本発明によれば、導光体を回動させることでもって原稿の画像読取面の位置に応じて照射位置を調整できるので、焦点位置の異なるイメージセンサユニットを容易に得ることができる。

本発明の実施の形態１に係るイメージセンサユニットの主要構成を示す斜視透視図である。図１におけるイメージセンサユニットの展開構成図である。図２における導光体の端部近傍を示す側面図である。図３における導光体の散乱部形状を示す図である。図１における導光体とホルダの関係を示す図である。図１における導光体とホルダの別の関係を示す図である。実施の形態１に係るイメージセンサユニットを図２のＡ面で切断した断面図である。図７における原稿の画像読取位置と読取光学系の間隔を変更した図である。図７における原稿の画像読取位置と読取光学系の間隔を変更した別の図である。実施の形態１に係るイメージセンサユニットの光量と距離の関係を示す図である。実施の形態２に係るイメージセンサユニットの断面図である。実施の形態３に係るイメージセンサユニットの断面図である。実施の形態３に係るイメージセンサユニットの別の断面図である。実施の形態４に係るイメージセンサユニットの断面図である。実施の形態４に係るイメージセンサユニットの別の断面図である。実施の形態４に係るイメージセンサユニットの別の断面図である。実施の形態５に係るイメージセンサユニットの断面図である。

実施の形態１．
本発明を実施するための実施の形態１における、画像読取装置に用いられるイメージセンサユニット１を図１ないし図８を用いて説明する。図１において、イメージセンサユニット１は、端面に設けたＬＥＤ１２からの光を長手方向（主走査方向と呼ぶ）に導光すると共に、その長手方向に沿って形成された出射部１５から原稿の画像読取位置に向けて光を照射する導光体２と、原稿の画像読取位置で反射された光を集光して画像イメージを結像する透過型の結像光学系３、すなわち結像光学部材と、結像光学系３の下方に設けられ、結像した光を受光して光電変換し、電気信号を出力するセンサＩＣ４と、これらを内部に格納する金属製又はプラスチック製のフレーム５から構成されている。

図２に示すように、導光体２は原稿の画像読取面に対向して、結像光学系３を挟んでその両側に対称な位置となるように直線状に並設され、その端部はホルダ１０を介してフレーム５に固定されている。このように配置することで、原稿の画像読取位置における光量ムラを抑えることができる。また、結像光学系３は組立てが容易なセルフォックレンズアレイ等で構成され、フレーム５の主走査方向に沿って形成された溝５１に嵌め込まれている。センサＩＣ４は検知した信号を処理する信号処理ＩＣ８等の電子部品と共に基板７に載置され、この基板７はフレーム５の下端にネジ止め、嵌め込み、接着等で固定されている。一方、フレーム５の上部にはアクリルやポリカーボネートなどの透明樹脂、又は透明ガラス材などで形成したカバーガラス６がイメージセンサユニット１の全体を覆うように設けられ、内部への異物混入を防いでいる。

ここで、導光体２について図３を用いて説明する。導光体２の端面に設けられたＬＥＤ１２は、基板１３を介して光源駆動用の電源端子１４に電気的に接続されている。また、導光体２に形成された出射部１５と対向する位置に、特定方向に向けて光を散乱する散乱部１１が帯状に設けられている。この散乱部１１は、例えば図４に示すように、ピラミッド型のエンボス形状や鋸歯型のプリズム形状のものがあり、白色顔料等の光反射性を有する塗料の塗布、粗面加工、又は一体成形により形成されている。

ＬＥＤ１２から発光された光は導光体２の内部を反射しながら主走査方向に導光されると共に、散乱部１１により散乱された一部の光が導光体２の側面の出射部１５から出射され、原稿の画像読取位置に向けて照射される。原稿の画像読取位置で散乱した光は結像光学系３を透過する際に集光されて結像し、センサＩＣ４に受光される。受光された光はセンサＩＣ４により光電変換された後、電気信号として信号処理ＩＣ８に伝達されると、信号処理ＩＣ８はＣＰＵやＲＡＭと連動して画像イメージ処理を行う。
なお、導光体２の端部近傍であってホルダ１０で覆われた部分は外部に光を出射しない無効領域として作用し、導光体２のそれ以外の部分が原稿の画像読取位置に光を照射する有効領域として作用する。

導光体２を固定する構成について図５を用いて説明する。図５（ａ）は図２のＢ−Ｂ線における断面図を示し、図５（ｂ）は導光体２の端部周辺における主走査方向からの側面図を示している。導光体２は、出射部１５からの光が原稿の画像読取位置を照射するように回動調整され、その長手方向の端部をホルダ１０に設けられた孔１７に嵌め込んだ状態で、ホルダ１０に設けられたネジ１６により原稿の画像読取面に対して水平に固定されている。

図５（ａ）は導光体２のＢ−Ｂ線における断面が円形の場合を示しているのに対し、図６（ａ）はこの断面が多角形の場合を示している。図６（ｂ）に示すように、ホルダ１０には孔１７の円周に沿って溝を有するリング１８が設けられ、このホルダ１０に導光体２の端部を挟み込むと共にリング１８の内側を自由に回動するスペーサ１９と、リング１８の溝に差し込むことでスペーサ１９を固定するネジ１６を用いることで、どのような形状の導光体２であっても自由に回動させて照射方向を調整できる。

ここで、イメージセンサユニット１の調整方法について説明する。
図７はイメージセンサユニット１を図２に記載のＡ面で切断したときの断面図である。原稿の画像読取面はカバーガラス６に接触しており、この結像光学系３の焦点距離は上部端面と原稿の画像読取位置の距離、すなわち焦点位置に一致する。この導光体２Ａ、２Ｂを手で摘み、その端部をホルダ１０に嵌め込んだ状態で長手方向の軸を中心に回動し、各導光体から出射される光が原稿の画像読取位置を照射するように方向調整し、ネジ１６によりホルダ１０に固定する。

この結像光学系３の焦点位置が例えば５ｍｍで深度方向の読取可能な範囲を１ｍｍ程度とすると、原稿の画像読取位置における導光体２Ａ、２Ｂからの光量合計は、図１０（ａ）に示すようにセンサＩＣ４の閾値よりも大きく、画像読取に十分な光量が得られる。
このとき、導光体２Ａ、２Ｂの回動軸と各導光体の中心を一致させると、導光体２Ａ、２Ｂの可動範囲が小さくなり省スペース化が図れる。また、散乱部１１と出射部１５をこの回動軸に対称な位置に設けることにより、照射方向の調整も容易になる。

ところで、図８は原稿の画像読取位置がカバーガラス６の上方に設けられたイメージセンサユニット１Ａの断面図である。原稿の画像読取面の位置は結像光学系３の深度方向の読取可能な範囲よりも大きく異なるため、適切な焦点位置を有する結像光学系３Ａが用いられ、導光体２Ａ〜２Ｄはそれぞれ長手方向の軸を中心に回動して出射する光が原稿の画像読取位置を照射するよう調整されている。

この結像光学系３Ａの焦点位置を１０ｍｍとすると、原稿の画像読取位置における導光体２Ａ、２Ｂからの光量合計は、図１０（ｂ）に示すように、センサＩＣ４の閾値よりも小さく画像を読み取ることができない。しかし、導光体２Ａ、２Ｂと同じ形状の導光体２Ｃ、２Ｄを追加して方向調整すると共に、導光体２Ｃ、２Ｄは原稿からの距離が１０ｍｍのときに光量が最大となるように端部に設けたＬＥＤ１２の電流量供給量を調整することにより、光量合計は図１０（ｂ）の実線で示すようにセンサＩＣ４の閾値よりも大きく画像読取に十分な値となる。
なお、導光体２Ｃ、２Ｄの光量を調整するのは、センサＩＣ４へ過剰な光量が照射されてセンサ出力が飽和し、画像を読み取れなくなることを防ぐためである。導光体２Ｃ、２Ｄに設けたＬＥＤ１２への電流量供給量を調整する代わりに、ＬＥＤ１２の発光デューティー比を抑えてセンサＩＣ４の検知サンプリング周期内に入射する光量が飽和しないように調整しても良い。

同様に、図９は原稿の画像読取位置がカバーガラス６のさらに上方に設けられたイメージセンサユニット１Ｂの断面図である。原稿の画像読取面の位置は結像光学系３Ａの深度方向の読取可能な範囲よりも大きく異なるため、適切な焦点位置を有する結像光学系３Ｂが用いられ、導光体２Ａ〜２Ｆはそれぞれ長手方向の軸を中心に回動して出射する光が原稿の画像読取位置に照射するよう調整されている。

この結像光学系３Ｂの焦点位置を１５ｍｍとすると、原稿の画像読取位置における導光体２Ａ〜２Ｄからの光量合計は、図１０（ｃ）に示すように、センサＩＣ４の閾値よりも小さく画像読み取りができないものの、さらに導光体２Ｅ、２Ｆを追加して方向調整することにより、光量合計はセンサＩＣ４の閾値よりも大きく画像読取に十分な値となる。

この実施の形態によれば、導光体を回動させることにより、原稿の画像読取面の位置に応じて照射位置を調整できるので、焦点位置の異なるイメージセンサユニットを容易に得ることができる。

また、導光体は出射部と対向する位置に帯状の散乱部を設けることにより、特定方向に向けて光を散乱でき、原稿の画像読取位置に照射することが可能となる。

また、導光体はその中心に長手方向の軸が位置し、この軸を中心に回動することにより、導光体の可動範囲を小さく抑えることができ、省スペース化が図れる。

また、導光体は原稿の画像読取面に対向して複数並設されたことにより、原稿の画像読取位置までの距離が遠くても画像読取に必要かつ十分な光量を確保できる。

また、導光体は結像光学系を挟んでその両側に対称に配置されたことにより、原稿の画像読取位置における光量ムラを無くすことができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、導光体２は長手方向に垂直な断面が正円のものを用いているが、実施の形態２では、出射部１５が実施の形態１の円柱形状の導光体よりも大きな集光作用を持つ面を有するものを用いる。図１１に示すように、導光体２０Ａ、２０Ｂの射出部１５の長手方向における断面の輪郭は楕円の一部、もしくは放射線形状とすることにより、出射した光の広がりを抑えて原稿の画像読取位置における光量を増大できる。この導光体２０Ａ、２０Ｂは上記のような形状に限らず集光作用を有すればよく、出射部１５に別途レンズを設けてもよい。その他の構成は実施の形態１と同じである。

ＬＥＤ１２から発光された光は導光体２０Ａ、２０Ｂの内部を反射しながら主走査方向に導光されると共に、散乱部１１により出射部方向に散乱された光が導光体２０Ａ、２０Ｂの側面の出射部１５から出射され、原稿の画像読取位置に向けて照射される。その際、出射される光は集光作用を持つ面を有する出射部１５により、光の広がり幅が抑えられる。以降、実施の形態１と同様に、原稿の画像読取位置で反射した光は結像光学系３を透過する際に集光されて結像し、センサＩＣ４に受光される。受光された光はセンサＩＣ４により光電変換された後、電気信号として信号処理ＩＣ８に伝達され、画像イメージ処理がなされる。

実施の形態１と同様に、導光体２を回動させることにより原稿の画像読取面の位置に応じて照射位置を調整でき、さらに導光体２の数を増減させて画像読取に必要かつ十分な光量を確保し、結像光学系３を適切な焦点位置を有するものに変更することにより、焦点位置の異なるイメージセンサユニットを容易に得られる。

この実施の形態によれば、実施の形態１において記載した種々の効果に加えて、導光体の出射部が集光作用を持つ面を有することにより、導光体から出射される光の広がり幅を抑えて原稿の画像読取位置における光量を増大できる。

実施の形態３．
上記実施の形態２では、導光体２０Ａ、２０Ｂの出射部１５が集光作用を持つ面を有するものを用いているが、実施の形態３では、集光作用を有するレンズ９を導光体２と原稿の画像読取位置の間に設ける。このレンズ９は、例えば図１２に示すように、フレネルレンズのような複数の導光体２Ａ〜２Ｄの照射方向がそれぞれ原稿の画像読取位置に一致するよう設計したものを用いても良いし、図１３に示すように、導光体２Ａ〜２Ｄ毎に別のレンズを設けても良い。なお、このレンズ９はカバーガラス６の下面に固着しても良いし、カバーガラス６と一体成形しても良い。その他の構成は実施の形態１と同じであるが、実施の形態２の導光体２０Ａ、２０Ｂを用いても良い。

ＬＥＤ１２から発光された光は導光体２Ａ〜２Ｄの内部を反射しながら主走査方向に導光されると共に、散乱部１１により出射部方向に散乱された光が導光体２Ａ〜２Ｄの側面の出射部１５から出射され、カバーガラス６に設けられたレンズ９を透過する際に集光され、広がり幅の小さな光となって原稿の画像読取位置に照射される。以降、実施の形態１と同様に、原稿の画像読取位置で反射した光は結像光学系３を透過する際に集光されて結像し、センサＩＣ４に受光される。受光された光はセンサＩＣ４により光電変換された後、電気信号として信号処理ＩＣ８に伝達され、画像イメージ処理がなされる。

実施の形態１と同様に、導光体２を回動させることにより原稿の画像読取面の位置に応じて照射位置を調整でき、さらに導光体２の数を増減させて画像読取に必要かつ十分な光量を確保し、結像光学系３を適切な焦点位置を有するものに変更することにより、読取深度の異なるイメージセンサユニット１が容易に得られる。

この実施の形態によれば、実施の形態１において記載した種々の効果に加えて、導光体の出射部からの光を集光するレンズを導光体と原稿の画像読取位置との間に設けたことにより、照射される光の広がり幅を抑えて原稿の画像読取位置における光量を増大できる。

実施の形態４．
上記実施の形態１では、導光体２Ａ〜２Ｄを原稿の画像読取面に対向して直線状に配置しているが、実施の形態４では、結像光学系３Ａを中心にＶ字状に並設する。図１４に示すように、導光体２Ａ〜２Ｄは結像光学系３Ａからの距離が遠いほど傾斜の高い位置に配置されている。このように配置することで、傾斜の高い位置に設けられた導光体２Ｃ、２Ｄと原稿の画像読取位置との距離が近くなり、画像読取位置における光量を増大できる。なお、導光体２Ａ〜２Ｄの配置はＶ字状に限らず、図１５に示すように曲率を持たせても良い。また、図１６に示すように、結像光学系３Ａに近い導光体ほど長手方向に垂直な断面の直径を小さくすると、導光体の設置数を増やして画像読取位置における光量を増大することができる。その他の構成、は実施の形態１と同じため、説明を省略する。

この実施の形態によれば、実施の形態１において記載した種々の効果に加えて、導光体を原稿の画像読取面に対向してＶ字状に配置したことにより、原稿の画像読取位置における光量をさらに増大できる。

実施の形態５．
上記実施の形態１では、透過型の結像光学系３を使用しているが、実施の形態５では、反射型の結像光学系３０を用いる。光の屈折率は波長に依存するため、図１７に示すように凹面反射鏡からなる反射型の結像光学系３０を用いることにより、光の屈折率の差で生じる色ムラを抑えることができる。その他の構成は実施の形態１と同じため、説明を省略する。

実施の形態１と同様に、導光体２を回動させることにより原稿の画像読取面の位置に応じて照射位置を調整でき、さらに導光体２の数を増減させて画像読取に必要かつ十分な光量を確保し、結像光学系３を適切な焦点位置を有するものに変更することにより、焦点位置の異なるイメージセンサユニット１が容易に得られる。

この実施の形態によれば、実施の形態１において記載した種々の効果に加えて、反射型の結像光学系を用いることにより、光の屈折率の差で生じる色ムラを抑えることができる。

１、1Ａ、1Ｂイメージセンサユニット
２、２Ａ〜２Ｆ導光体
３、３Ａ、３Ｂ、３０結像光学系
４センサＩＣ
５フレーム
５１溝
６カバーガラス
７基板
８信号処理ＩＣ
９レンズ
１０ホルダ
１１散乱部
１２ＬＥＤ
１３基板
１４光源駆動用の電源端子
１５出射部
１６ネジ
１７孔
１８リング
１９スペーサ

Claims

長手方向の軸を中心に回動可能に設けられ、発光素子からの光を長手方向に導光すると共に、長手方向に沿って形成された出射部から原稿の画像読取位置に光を照射する柱状の導光体と、前記原稿の画像読取位置で反射された光を集光して結像する結像光学部材と、前記結像光学部材により結像された光を検知するセンサとを備えたイメージセンサユニット。
前記導光体は、前記出射部と対向する位置に形成された帯状の散乱部を有することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサユニット。
前記導光体は、その中心に前記長手方向の軸が位置していることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか一項に記載のイメージセンサユニット。
前記導光体は、前記原稿の画像読取面に対向して複数並設されたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のイメージセンサユニット。
前記導光体は、前記結像光学部材を挟んでその両側に対称に配置されたことを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサユニット。
前記導光体は、直線状又はＶ字状に配置されていることを特徴とする請求項４又は請求項５のいずれか一方に記載のイメージセンサユニット。
前記出射部が集光作用を持つ面を有することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のイメージセンサユニット。
前記導光体の出射部から照射される光を集光する光学部材を、前記導光体と前記原稿の画像読取位置との間に設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のイメージセンサユニット。
前記結像光学部材は反射型であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載のイメージセンサユニット。