JP2011109517A

JP2011109517A - イメージセンサ

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Publication number: JP2011109517A
Application number: JP2009263947A
Authority: JP
Inventors: Masashi Hino; 雅司樋野; Seiichi Matsumura; 清一松村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2011-06-02
Anticipated expiration: 2029-11-19
Also published as: JP5402559B2

Abstract

【課題】照明系の熱や環境温度変化で部材の熱膨張・収縮による歪が生じても読み取り幅方向に亘って照明分布が均一なイメージセンサを提供する。
【解決手段】中央部に突起部を有し、両端部に光源１０を配置し、光源１０からの光を原稿の読み取り幅方向に導光する導光体２と、導光体２の、両端部側表面には幅細パターン３ｂを、中央部表面には幅広パターン３ａを、設けて導光体２に沿って不連続に配置した光散乱層３と、一端側で導光体２の端部を保持し、他端側との空間内で光源１０を収納する導光体２の両端部側に設けたホルダー１２と、ホルダー１２を弾性部材１３を介して固定すると共に導光体２の突起部２ａと嵌合する切り欠き部９ａを有する筐体９とを備え、導光体２の中央部表面に設けられた光散乱層３の幅広パターン３ａは原稿の読み取り幅方向に対して突起部３ａの長さよりサイズが長くなるようにした。
【選択図】図２

Description

この発明はＬＥＤ光源などの照明系を搭載したイメージセンサに関するものである。

小さなスペースで構成するイメージセンサに搭載する照明系に用いられるＬＥＤ光源の高出力化に伴い、光源で生じる熱の発生による照明ユニットの歪対策が求められている。

例えば、特開２００８−２２７８１５号公報図１（特許文献１参照）には、原稿の読取幅方向に延在する導光体３と、導光体３の両端部に設置され、平板に穴部を設け、穴部の一端側の一部に導光体の端部を挿入することにより導光体３を保持するホルダー１２と、ホルダー１２の穴部の他端側空間部に光源１０を配置し、ホルダー１２の壁面に沿って設置した金属板１１と、金属板１１を介してホルダー１２とは反対側に金属板１１の壁面に沿って原稿５の搬送方向に延在すると共に原稿５の読取幅方向に屈曲させた放熱板１３と、放熱板１３を介して金属板１１とは反対側の一部に弾性部１４ａを有し、放熱板１３の壁面に沿って設置した板ばね１４と、板ばね１４の弾性部１４ａを圧接し、ホルダー１２、金属板１１、放熱板１３及び板ばね１４とを一体的に両端から固定させる筐体１とを有するイメージセンサが開示されている。

特開２００１−２３８０４８号公報図１（特許文献２参照）には、第２の導光部３２の側面３９ｂに設けられている複数の突起３４をケース１の仕切壁１９に設けられた凹部１９ａに嵌合させ、導光部材３の長手方向中間領域３０ｃについてもケース１への位置決め固定を行った画像読み取り装置が開示されている。

特開平１０−１９０９５９号公報図２３（特許文献３参照）には、導光部材１Ｅの一側面部に凹部４１Ａを形成するとともに、ケーシング４の壁面部４０に、凹部４１Ａに嵌入させる突起部１９Ａを設けた画像読み取り装置が開示されている。

特開２００８−２２７８１５号公報（第１図、第２図）特開２００１−２３８０４８号公報（第１図）特開平１０−１９０９５９号公報（第２３図、段落〔００９４〕）

しかしながら、特許文献１に記載のものは、ＬＥＤユニット組み立て部は筐体１内では弾性部材で保持されているため、両端に設けた弾性部材の弾性係数のばらつきによってＬＥＤユニット組み立て部が筐体１内の所定位置に精度良く配置されないことがあり、そのため、導光体３に沿って配置されている散乱パターンが所定の位置からずれてしまい、結果、所定の読取位置での光量が不安定になるという課題がある。

特許文献２に記載のものは、突起部３４を第２の導光部３２の側面３９ｂに多数個設けるため、導光路の一部を形成する短手方向に突起した突起部３４の影響により、突起部３４周辺で屈折や異なる方向への反射が生じ、読み取り幅方向（長手方向）に対しては均一な照明分布を得られないという課題がある。

特許文献３に記載のものは、導光部材１Ｅの一側面部に凹部４１Ａを形成するので、ケーシング４の壁面部４０に形成された突起部１９Ａの影響により、ケーシング４の壁面部４０周辺で屈折や異なる方向への反射が生じ、読み取り幅方向（長手方向）に対しては均一な照明分布を得られないという問題と、凹部４１Ａとケーシング４の壁面部４０とを隙間の無いように正確に嵌合させねばならないという問題もある。

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あり、照明系の熱や環境温度変化で部材の熱膨張・収縮による歪が生じても読み取り幅方向に亘って照明分布が均一なイメージセンサを提供することを目的とする。

請求項１に係る発明のイメージセンサは、中央部に突起部を有し、両端部に光源を配置し、前記光源からの光を原稿の読み取り幅方向に導光する導光体と、この導光体の、両端部側表面には幅細パターンを、中央部表面には幅広パターンを、設けて前記導光体に沿って不連続に配置した光散乱層と、一端側で前記導光体の端部を保持し、他端側との空間内で前記光源を収納する前記導光体の両端部側に設けたホルダーと、このホルダーを弾性部材を介して固定すると共に前記導光体の前記突起部と嵌合する切り欠き部を有する筐体とを備え、前記導光体の中央部表面に設けられた前記光散乱層の幅広パターンは原稿の読み取り幅方向に対して前記突起部の長さよりサイズが長いイメージセンサ。

請求項２に係る発明のイメージセンサは、前記光散乱層は前記突起部に近接又は接している請求項１に記載のイメージセンサ。

請求項３に係る発明のイメージセンサは、前記突起部は、スリット部を有し、このスリット部にピン又は爪を介して前記筐体と嵌合される請求項１又は２に記載のイメージセンサ。

請求項４に係る発明のイメージセンサは、中央部と両端部側に突起部を有し、光源からの光を原稿の読み取り幅方向に導光する導光体と、この導光体の、両端部側表面には幅細パターンを、中央部表面には幅広パターンを、設けて前記導光体に沿って不連続に配置した光散乱層と、一端側で前記導光体の端部を保持し、他端側との空間内で前記光源を収納する前記導光体の両端部側に設けたホルダーと、このホルダーを弾性部材を介して固定すると共に前記導光体の前記突起部と嵌合する切り欠き部を有する筐体とを備え、前記導光体の中央部表面に設けられた前記光散乱層の幅広パターンは原稿の読み取り幅方向に対して前記導光体の中央部に設けられた突起部の長さよりサイズが長く、前記導光体の両端部側に設けられた突起部は原稿の読み取り幅方向に対して前記導光体の中央部に設けられた突起部の長さより短くしたイメージセンサ。

請求項５に係る発明のイメージセンサは、前記光散乱層は前記導光体の中央部に設けられた突起部に近接又は接している請求項４に記載のイメージセンサ。

この発明に係るイメージセンサによれば、読み取り幅方向の両側に設けられた弾性部材を介して筐体と固定する導光体を設けると共に導光体の中央部に筐体と嵌合する突起部を設け、この突起部周辺に光源からの光を反射させる光散乱層を設けたので、温度変化で部材の熱膨張・収縮による歪が生じても、光散乱の位置ずれが軽減され、光散乱層は光が突起部に到達し、突起部で反射して迷光になることを妨ぐので読み取り幅方向に亘って照度分布が均一なイメージセンサを得る効果がある。

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図１に示すＡ−Ａ断面領域の側面図である。この発明の実施の形態１によるイメージセンサの照明ユニット部分の模式図である。この発明の実施の形態１によるイメージセンサの光反射パターン側から見た照明ユニット部分の模式図である。この発明の実施の形態１によるイメージセンサの導光体突起部と反射パターンとの関係を説明する導光体の断面図である。導光体から放射される不要光（迷光）の流れを説明する図である。この発明の実施の形態２によるイメージセンサの側面図である。この発明の実施の形態２によるイメージセンサの導光体の端部における突起部と光の流れとの関係を説明する外観模式図である。この発明の実施の形態３によるイメージセンサの側面図である。この発明の実施の形態３によるイメージセンサの導光体突起部と反射パターンとの関係を説明する導光体の断面図である。この発明の実施の形態４によるイメージセンサの導光体突起部の嵌め合わせを説明する部分拡大図である。この発明の実施の形態４によるイメージセンサの導光体突起部の嵌め合わせを説明する部分拡大図である。

実施の形態１．
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はこの発明の実施の形態１によるイメージセンサの断面図である。図１において、１は原稿（被照射体）、２は透明プラスチック樹脂などを用いた導光体、２ａは導光体２に設けられた突起部、３は導光体２に設けられた光散乱層（反射パターン）、４は光を透過する透過体、５はロッドレンズアレイなどを用いたレンズ体、６は駆動部を有するセンサＩＣなどで構成された受光部（光電変換部）、７はコンデンサや抵抗器などの電子部品、８は受光部６や電子部品７を載置するセンサ基板、９はプラスチック樹脂などを用いた筐体である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示す。

図２は、図１に示すＡ−Ａ断面領域の側面図である。図２において、３ａは光散乱層３の幅広パターン、３ｂは光散乱層３の幅細パターン、９ａは筐体９の読み取り幅方向中央に位置する筐体９の切り欠き部、１０はＬＥＤで構成した光源（ＬＥＤ光源）、１１はＬＥＤ光源１０を載置する基板、１２は一方側で導光体２の端部を差し込んで固定し、他方側で基板１１を押し当て光源１０を密閉空間内に収納するホルダー、１３は燐青銅材などで構成した板バネや板ゴムなどの弾性部材である。図２中、図１と同一符号は、同一又は相当部分を示す。なお、導光体２、ホルダー１２、ＬＥＤ光源１０を搭載した基板１１、及び弾性部材１３を収納又は保持する筐体９の一部を含めて照明ユニット部分と呼ぶ。

次に動作について説明する。図３は、この発明の実施の形態１によるイメージセンサの照明ユニット部分の模式図である。光源１０から発した光は、導光体２の両端部から入射し、導光体２内を全反射しながら主走査方向（読み取り幅方向）に伝搬し、徐々に導光体２に設けられた反射パターン(光散乱層)３で散乱反射される。反射パターン３で反射した光は、反射パターン３に対向した導光体２表面の光射出部から原稿１に照射される。反射パターン３は、原稿１面の主走査方向の照度を均一にするため、導光体２中央部側は幅広パターン３ａとし、導光体２端部側は幅細パターン３ｂとしている。図中、図２と同一符号は、同一又は相当部分を示す。

したがって、図１及び図２に示すように導光体２表面の光射出部から照射される光は透過体４を通過して原稿１を照明する。原稿１で反射した反射光は、ロッドレンズアレイ５で収束され、センサＩＣなどで構成された受光部６で結像し光電変換される。筐体９には、導光体２、ホルダー１２、ＬＥＤ光源１０、弾性部材１３が収納される。また、筐体９の中央部には筐体９の切り欠き部（穴部）９ａが設けられている。照明ユニットは筐体９に導光体２の突起部２ａを筐体９の中央に設けてある切り欠き部９ａに嵌め合わせて取り付ける。

図４は、この発明の実施の形態１によるイメージセンサの光反射パターン側から見た照明ユニット部分の模式図である。導光体２の表面には、突起部２ａの主走査方向幅よりサイズが長い幅広パターン３ａが突起部２ａの一端側と近接又は接するように設置される。

図５は、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突起部と反射パターンとの関係を説明する導光体の断面図である。導光体２の主走査方向中央部に位置する反射パターン３は、導光体２の表面に白色塗料を印刷、又は導光体２に切り込みを入れて光散乱又は拡散させて対向する導光体２の表面の光射出部から原稿１を照明するようになっている。導光体２の突起部２ａの中心と反射パターン３の幅広パターン３ａとの中心は３０〜４５度までの狭角とし、互いに接近させている。反射パターン３の中心が主走査方向に亘って原稿１に向かって光を照射する光軸となる。導光体２の突起部２ａの中心は光射出部から少しはずれて接近した位置にある。

図６は、導光体から放射される不要光（迷光）の流れを説明する図である。導光体の突起部周辺に光散乱層が無い場合について説明する。導光体の内部を主走査方向に全反射して伝搬する光源からの光は、光散乱層で散乱反射又は拡散され、一部の光はサークル状に全反射し、その漏洩光が導光体の外部に放射される。放射された漏洩光が原稿１の照明領域に入射すると不要光となって突起部周辺の照度分布の不均一性の要因となる。特に光射出部に対向した位置に接近して設置された導光体の突起部に迷光が入射すると突起部に対向する光射出部に近接した領域から不要光となって原稿１を照明してしまうことがある。

突起部を構成する形状により突起部の容量が比較的大きい場合、また、突起部に近接設置された筐体がある場合には不要光は照度分布の偏差となって影響を及ぼす。

そのような場合、光散乱層を突起部に近接させて設置し、突起部に屈折して入射する光を光散乱層で散乱反射させることで不要光を軽減することが可能となる。

以上からこの発明の実施の形態１によるイメージセンサよれば、光散乱層は光が突起部に到達し、突起部で反射して迷光になることを妨ぐので、読み取り幅方向に亘って照度分布が均一なイメージセンサを得る効果がある。

また、筐体９中央に設けた切り欠き部９ａを位置決め基準にして導光体２を取り付けることができるので、導光体２は筐体９中央に均等に配置することができる。これにより、導光体２の光散乱層３が所定の位置にばらつきなく配置できるので、精度の良い固定が行われる。同様に、筐体９中央に設けた切り欠き部９ａを位置決め基準として組立てるので、組み立てで生じるばらつきをなくすことも可能となる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２について図７を用いて説明する。図７はこの発明の実施の形態２によるイメージセンサの側面図である。図７において、９ｂは筐体９の読み取り幅方向両端側に位置する切り欠き部である。図中、図２と同一符号は、同一又は相当部分を示す。

実施の形態１では、導光体２の中央部に突起部２ａを設けたのに対して、実施の形態２では、突起部２ａに加えて、導光体２の両端部側にも突起２ｂを設けた場合について説明する。なお、対応する導光体２中央部に設けた光散乱層３の幅広パターン３ａと、導光体２端部側に設けた光散乱層３の幅細パターン３ｂはそれぞれ実施の形態１で説明したものと同一位置にあるものとする。その他の動作・機能については実施の形態１で説明したものに準ずる。

実施の形態２では、導光体２の中央部に突起部２ａを設け、導光体２の両端部側には読み取り幅方向に対して導光体２の中央部に設けた突起部２ａの長さより短い突起部２ｂを設けて、それぞれ対応する切り欠き部９ａ、９ｂで嵌め合わせる。

以上のような構成にすることにより、導光体２はホルダー１２と弾性部材１３とを介して筐体９と固定され、両側に設置した弾性部材１３の弾性力が異なっていても導光体２は、筐体９の中央部に設置された突起部２ａを筐体９の中心位置として固定され、導光体２のたわみで軸芯が変化したり、曲がりが生じても突起部２ｂで支えることで導光体２の直線性を確保することができる。

図８は、導光体の端部における突起部と光の流れとの関係を説明する図である。導光体２の端部側は基板１１に載置された光源１０から発した光の直接放射成分（全反射しない成分）の寄与があり、一部の光は突起部２ｂで正反射し、照明領域外へ放射される。

また、導光体２の突起２ｂは、反対側端部から伝搬してくる光の全反射成分は少なく、突起部２ａより、読み取り幅方向サイズが短いので、漏洩光が導光体２の外部に放射されても放射された光が原稿１の照明領域に入射する迷光は比較的少ないので、光散乱層３ｂは突起部２ｂに近接させて設けるだけでも良い。

以上のように、この発明の実施の形態２によれば、導光体２の突起部を中央部と両端部に設けることで、導光体２のたわみによる位置ずれも抑えることができるので、所定の読取位置での光量がさらに安定になる効果がある

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、この発明の実施の形態３によるイメージセンサの側面図である。図９において、２０は透明プラスチック樹脂などを用いた導光体、２０ａは導光体２０の中央部に設けられた楔形の突起部、３０は導光体２０に設けられた光散乱層（反射パターン）、３０ａは光散乱層３０の幅広パターン、３０ｂは光散乱層３０の幅細パターンである。図中、図２と同一符号は、同一又は相当部分を示す。

実施の形態１では、導光体２の中央部に突起部２ａを設けたのに対して、実施の形態３では、導光体２０の中央部に形状が楔形である楔形突起部２０ａとしている。なお、対応する導光体２０の中央部に設けた光散乱層３０の幅広パターン３０ａと、導光体２０の端部側に設けた光散乱層３０の幅細パターン３０ｂはそれぞれ実施の形態１で説明したものと同一位置にあるものとする。その他の動作・機能については実施の形態１で説明したものに準ずる。

図１０は、この発明の実施の形態３によるイメージセンサの導光体突起部と反射パターンとの関係を説明する導光体の断面図である。導光体２０の主走査方向中央部に位置する幅広パターン３０ａは、導光体２０の表面に白色塗料を印刷、又は導光体２０に切り込みを入れて光散乱又は拡散させて対向する導光体２０の表面の光射出部から原稿１を照明するようになっている。導光体２０の楔形突起部２０ａの中心と光散乱層３０の幅広パターン３０ａとの中心は３０〜４５度までの狭角とし、互いに接近させている。光散乱層３０の中心が主走査方向に亘って光を照射する光軸となる。本実施の形態３では、楔形突起部２０ａのエッジと幅広パターン３０ａのエッジとは距離Ｌでもって離間されている。

次に動作について図９及び図１０を用いて説明する。導光体３０の内部を主走査方向に全反射して伝搬する光源１０からの光は、光散乱層３０で散乱反射又は拡散され、一部の光はサークル状に全反射し、その漏洩光が導光体の外部に放射されるものの幅広パターン３０ａのエッジから漏洩して楔形突起部２０ａに入射する不要光は、楔形突起部２０ａと幅広パターン３０ａとの間に光散乱層３０が無くても突起部を楔形形状にしているので略平行光となり、楔形突起部２０ａに迷光として入射することが軽減される。

以上から実施の形態３によるイメージセンサよれば、導光体の突起部を楔形とすることにより光が突起部に到達しても突起部で屈折入射して迷光になることを妨ぐので、突起部周辺に対応する原稿面所定位置の照度分布が不均一にならないという効果を奏する。

実施の形態４．

実施の形態１〜３では、導光体の中央突起部は筐体９と直接嵌め合わせたが実施の形態４では、部材を介して導光体の突起部と嵌め合わせる場合について説明する。なお、対応する導光体の中央部に設けた光散乱層の幅広パターンは、実施の形態１で説明したものと同一位置にあるものとする。その他の動作・機能については実施の形態１で説明したものに準ずる。

この発明の実施の形態４について図１１を用いて説明する。図１１はこの発明の実施の形態４によるイメージセンサの導光体突起部の嵌め合わせを説明する部分拡大図である。図１１において、２１は導光体、２１ａは導光体２１の突起部、２１ｃは導光体２１の突起部２１ａに設けたスリット部、９０は筐体、９０ａは筐体９０の中央部に位置する筐体９０の切り欠き部、９１は弾性材で構成した爪である。

実施の形態４では、導光体２１の中央部に突起部２１ａを設け、突起部２１ａの一部にスリット部２１ｃを設ける。導光体２１の突起部２１ａは対応する筐体９０の切り欠き部９０ａとは直接嵌め合わせないので突起部２１ａと筐体９０の切り欠き部９０ａとの隙間に燐青銅材で構成した爪９１を挿入し筐体９０の中央部と導光体２１の中央部とを嵌め合わせて固定する。また、図１２に示すように筐体９０にねじ構成のピン９２を立ててスリット部２１ｃに挿入し筐体９０の中央部と導光体２１の中央部とを嵌め合わせて固定しても良い。

以上のような構成とすることにより、導光体２１はホルダー１２と弾性部材１３を介して筐体９と固定され、両側に設置した弾性部材１３の弾性力が異なっていても導光体２１は、筐体９０の中央部に設置された突起部２１ａを筐体９０の中心位置として固定され、実施の形態１同様に、筐体と突起部との取り付け精度が高い固定が行われる。

なお、実施の形態１〜４では、光散乱層３、３０、３１は導光体２、２０、２１の表面に白色塗料を印刷、又は導光体２に切り込みを入れて光散乱又は拡散させて対向する導光体の表面の光射出部から原稿１を照明するようにしたが、導光体２、２０、２１の表面に光散乱層として転写式のパターンシールを貼り付けても良く、印刷に替えて導光体２、２０、２１に蒸着した反射パターンとしても同様の効果を奏する。

実施の形態１〜４では筐体９、９０はプラスチック樹脂で構成したが、導光体２、２０、２１に設けた突起部２ａ、２０ａ、２１ａには近接又は接して幅広パターン３ａ、３０ａ、３１ａが形成されるので、導光体２、２０、２１の内部から外部に放射し、突起部２ａ、２０ａ、２１ａに放射される迷光があり、筐体９、９０が迷光を正反射する金属筐体であっても導光体の射出部から不要光が放射されることに対して軽減効果がある。

１・・原稿（被照射体）２・・導光体２ａ・・突起部２ｂ・・突起部
３・・光散乱層（反射パターン）３ａ・・幅広パターン３ｂ・・幅細パターン
４・・透過体５・・レンズ体（ロッドレンズアレイ）
６・・受光部（光電変換部）７・・電子部品８・・センサ基板
９・・筐体９ａ・・切り欠き部９ｂ・・切り欠き部
１０・・光源（ＬＥＤ光源）１１・・基板１２・・ホルダー１３・・弾性部材
２０・・導光体２０ａ・・楔形突起部
２１・・導光体２１ａ・・突起部２１ｃ・・スリット部
３０・・導光体３０ａ・・幅広パターン３０ｂ・・幅細パターン
３１・・光散乱層３１ａ・・幅広パターン
９０・・筐体９０ａ・・切り欠き部９１・・爪９２・・ピン

Claims

中央部に突起部を有し、光源からの光を原稿の読み取り幅方向に導光する導光体と、この導光体の、両端部側表面には幅細パターンを、中央部表面には幅広パターンを、設けて前記導光体に沿って不連続に配置した光散乱層と、一端側で前記導光体の端部を保持し、他端側との空間内で前記光源を収納する前記導光体の両端部側に設けたホルダーと、このホルダーを弾性部材を介して固定すると共に前記導光体の前記突起部と嵌合する切り欠き部を有する筐体とを備え、前記導光体の中央部表面に設けられた前記光散乱層の幅広パターンは原稿の読み取り幅方向に対して前記突起部の長さよりサイズが長いイメージセンサ。
前記光散乱層は前記突起部に近接又は接している請求項１に記載のイメージセンサ。
前記突起部は、スリット部を有し、このスリット部にピン又は爪を介して前記筐体と嵌合される請求項１又は２に記載のイメージセンサ。
中央部と両端部側に突起部を有し、光源からの光を原稿の読み取り幅方向に導光する導光体と、この導光体の、両端部側表面には幅細パターンを、中央部表面には幅広パターンを、設けて前記導光体に沿って不連続に配置した光散乱層と、一端側で前記導光体の端部を保持し、他端側との空間内で前記光源を収納する前記導光体の両端部側に設けたホルダーと、このホルダーを弾性部材を介して固定すると共に前記導光体の前記突起部と嵌合する切り欠き部を有する筐体とを備え、前記導光体の中央部表面に設けられた前記光散乱層の幅広パターンは原稿の読み取り幅方向に対して前記導光体の中央部に設けられた突起部の長さよりサイズが長く、前記導光体の両端部側に設けられた突起部は原稿の読み取り幅方向に対して前記導光体の中央部に設けられた突起部の長さより短くしたイメージセンサ。
前記光散乱層は前記導光体の中央部に設けられた突起部に近接又は接している請求項４に記載のイメージセンサ。