JP2015154090A - イメージセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 光学系の位置精度が高精度な構造を有するイメージセンサを得る。
【解決手段】 主走査方向に延在し、主走査方向の端部に配置された光源から入射した光を伝播し、被読取媒体に向けて光を出射する導光体と、主走査方向に延在し、前記導光体から出射した光が前記被読取媒体で反射した反射光を集束させるレンズ体と、前記レンズ体で集束した光を光電変換するセンサを備えたセンサ基板と、前記導光体と前記レンズ体を挿入固定して保持するホルダとを備え、前記ホルダの位置決め手段と前記センサ基板の位置決め手段とで位置決めして、前記ホルダと前記センサ基板とを固定した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コピー機や複合機などの画像読取装置に用いられるイメージセンサに関するものである。

イメージセンサの光学系には、読み取り深さの確保及びコピー機等の高解像度化に伴い、主走査方向(長手方向)の均一な光を照射し、原稿、レンズ、センサの相互位置を高い精度で規定する構造が求められている。特開２０１２―１９９９８３号公報（特許文献１参照）では原稿面に効率よく、かつ、主走査方向に均一な光を照射するために、断面が芯円形状又は略円形の導光体３と、導光体３から照射された不要な方向へ散乱した光を必要な方向へ集光する役割をもつ集光レンズ４を主走査方向の両端に備えられたホルダ５により一定角度で固定されている。

また、特開２０１３―２１６０４号公報（特許文献２参照）では、複数の部品ばらつきの影響によって組立ばらつきの影響を受ける光源（導光体）から原稿（読取対象）までの位置精度を向上させるために、主走査方向の両端に備えられたホルダ７（ホルダ８）の一部品によって光源から原稿までの位置を制約している。

特開２０１２―１９９９８３号公報 特開２０１３―２１６０４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものは集光レンズ４によって効率よく光が照射されているが、光源から原稿までの位置精度は両端部のホルダ５及び弾性部材の押し当て部１２ｂ及び透過体６の部品ばらつきの影響を受けるため、結果、光源から原稿までの相対位置関係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、光源から原稿までの位置をホルダ一部品によって組立時の積み上げのばらつきを抑制しているが、原稿から反射された光をセンサ１６に集光するロッドレンズアレイ１５の位置決めを筐体１０によって行なうため、結果、原稿とセンサ１６とを中央に位置することで最も効率よく光を集光するロッドレンズアレイの原稿とロッドレンズアレイの位置が筐体１０の部品ばらつきの影響を受けてしまい不安定になるという課題がある。

この発明は、上述の課題を解消するためになされたものであり、光学系の位置精度が高精度な構造を有するイメージセンサを得る。

この発明に係るイメージセンサは、主走査方向に延在し、主走査方向の端部に配置された光源から入射した光を、被読取媒体に向けて光を出射する導光体と、主走査方向に延在し、前記導光体から出射した光が前記被読取媒体で反射した反射光を集束させるレンズ体と、前記レンズ体で集束した光を光電変換するセンサを備えたセンサ基板と、前記導光体と前記レンズ体を挿入固定して保持するホルダとを備え、前記ホルダの位置決め手段と前記センサ基板の位置決め手段とで位置決めされて、前記ホルダと前記センサ基板とが固定されるものである。

この発明によれば、イメージセンサ両端部に備えたホルダによって原稿の位置を基準として光源及びレンズ体の位置を制約したので、多数の部品による組立ばらつきを抑制し、光学系の位置精度が高精度な構造を有するイメージセンサが得られる。

この発明の実施の形態１に係るイメージセンサの分解図である。 この発明の実施の形態１に係るイメージセンサの外観図である。 この発明の実施の形態１に係るイメージセンサのセンサ基板の取付け側から見た構成図である。 この発明の実施の形態１に係るイメージセンサ（照明装置）の導光体とホルダの分解図である。 この発明の実施の形態１に係るイメージセンサの光源と光源基板と伝熱体の分解図である。 この発明の実施の形態１に係るイメージセンサのホルダ部における原稿位置とセンサ基板とレンズ体と導光体の断面図である。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るイメージセンサについて、図を用いて説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るイメージセンサの分解図である。図２は、この発明の実施の形態１に係るイメージセンサの外観図である。図１及び図２において、この発明の実施の形態１に係るイメージセンサは、導光体１及び導光体２と、レンズ体１５と、センサ基板１５と、ホルダ７及びホルダ８とを備えている。

導光体１は、透明な樹脂で成形され、主走査方向（導光体の長手方向）に延在し、側面形状が円筒状で端面が円形の柱状のものである。導光体２は、導光体１と主走査方向に、ほぼ平行に配列され、イメージセンサの発光部を構成するものであって、透明な樹脂で成形され、主走査方向に延在し、側面形状が円筒状で端面が円形の柱状のものである。なお、導光体１及び導光体２の側面形状は円筒に限ったものではなく、導光体１及び導光体２の主走査方向の端部の端面は円形に限らない。

光源３は、導光体１の主走査方向の一方の端面に光を入射するＬＥＤ光源などの光源素子である。導光体１の主走査方向の他方の端面には光を入射するＬＥＤ光源などの光源素子である光源４が配置されている。光源５は、導光体２の主走査方向の一方の端面に光を入射するＬＥＤ光源などの光源素子である。導光体２の主走査方向の他方の端面には光を入射するＬＥＤ光源などの光源素子である光源６が配置されている。

ホルダ７は、主走査方向に貫通する導光体の挿入孔部を２つ有する。光源３が導光体１の主走査方向の一方の端面に対向して配置され、主走査方向に延在する導光体１の主走査方向の一方の端面を含む端部が一方の挿入孔部の一方に挿入され、光源３が一方の挿入孔部の他方に配置される。光源５が導光体２の主走査方向の一方の端面に対向して配置され、主走査方向に延在する導光体２の主走査方向の一方の端面を含む端部が他方の挿入孔部の一方に挿入され、光源５が他方の挿入孔部の他方に配置される。

ホルダ８は、主走査方向に貫通する導光体の挿入孔部を２つ有する。光源４が導光体１の主走査方向の他方の端面に対向して配置され、主走査方向に延在する導光体１の主走査方向の他方の端面を含む端部が一方の挿入孔部の一方に挿入され、光源４が一方の挿入孔部の他方に配置される。光源６が導光体２の主走査方向の他方の端面に対向して配置され、主走査方向に延在する導光体２の主走査方向の他方の端面を含む端部が他方の挿入孔部の一方に挿入され、光源６が他方の挿入孔部の他方に配置される。

透明板９はガラスや透明な樹脂で成形された照明装置又はイメージセンサのカバーとなるものであり、反射型の密着イメージセンサの場合は、このカバー上を原稿や紙幣などの読取対象が搬送される。

筐体１０は、金属又は樹脂又は金属と樹脂の一体成形などで成形されたものであり、枠体からなるもので、一方の開口における縁部分に、少なくとも主走査方向に沿って透明板９を支持する段差部分が形成されている。つまり、段差部分の段差は副走査方向（読取対象の搬送方向に相当する）に階段状で形成される。

なお、透明板９は、この発明の実施の形態１に係るイメージセンサが搭載されるコピー機及び複合機などの画像読取装置側に用意されている場合は、必要でないこともある。さらに、イメージセンサの主走査方向における読取幅方向の外側、具体的には、筐体１０のＹ方向の両端部であって、ホルダ７及びホルダ８のさらに外側に、ネジやボルトなどで、筐体１０をコピー機や複合機などの画像読取装置に取り付けるための穴を開けても良い。

光源基板１１は、光源３及び光源５が実装されたフレキシブル基板であり、光源基板１２は、光源４及び光源６が実装されたフレキシブル基板である。電熱体１３は、光源基板１１の光源３及び光源５が形成された面と反対の面に接触して配置され、光源基板１１から発せられる熱を筐体１０に伝えるものであり、伝熱体１４は、光源基板１２の光源３及び光源６が形成された面と反対の面に接触して配置され、光源基板１２から発せられる熱を筐体１０に伝えるものである。

レンズ体１５は、導光体１及び導光体２からの出射された光が原稿等の読取対象で反射した反射光を収束する光学部材（例えば、ロッドレンズアレイ、マクロレンズアレイなどのラインセンサ（センサアレイ）上に光を収束させるレンズアレイ）又は光学部材を複合したもの（例えば、縮小光学系のイメージセンサ（画像読取装置）を構成するレンズやミラー）である。これは、実施の形態１に係るイメージセンサが反射光源型のものである場合である。レンズ体１５はホルダ７に設けられたレンズ体挿入部に挿入固定される。詳細は後述する。センサ１６は、レンズ体１５を通過した光を受光するセンサＩＣ（センサ）からなるセンサアレイである。

センサ基板１７は受光素子であるセンサ１６が形成された回路基板であり、図示を省略するが、外部と接続可能なコネクタを有しており、レンズ体１５で集束された光を受光して光電変換するセンサ１６を主走査方向に読み取り長さだけ搭載しておる。また、コネクタは、センサ基板１７に形成されたセンサＩＣ（センサ１６）から光電変換された電気信号を画像信号としてセンサ基板１７の外部に出力するものである。また、センサ基板１７は、筐体１０の裏面における縁部分にネジなどの固定手段によって固定されるものである。

反射板１８は主走査方向に延在し、光源３及び光源４からの光を反射させるものであり、筐体１０は、導光体１に対して透明板９と反対側に配置され、反射板１８は筐体１０の反射板取り付け面に固定される。同じく、反射板１９は、主走査方向に延在し、光源５及び光源６からの光を反射させるものであり、導光体２に対して透明板９と反対側に配置され、反射板１９は筐体１０の反射板取り付け面に固定される。

図３は、この発明の実施の形態１に係るイメージセンサのセンサ基板１７の取付け側から見た構成図である。筐体１０には、成形時に形成されたピン状のゲート１０ｍが２箇所形成されている。センサ基板１７には穴部１７ａが２箇所形成されており、穴部１７ａにゲート１０ｍを挿入して、センサ基板１７が筐体１０に取り付けられ、図示しないが、ネジや接着等を用いてセンサ基板１７が筐体１０に固定される。すなわち、ゲート１０ｍはセンサ基板１７の位置決めピンとして作用する。これにより、後述するセンサ１６が、筐体１０に設けられたスリット部に簡単に且つ正確に取り付けられる。

図４は、この発明の実施の形態１に係るイメージセンサ（照明装置）の導光体とホルダの分解図である。図４において、ホルダ７は、導光体１及び導光体２がそれぞれ挿入される挿入孔部７ａ及び挿入孔部７ｂを有し、ホルダ８は、導光体１及び導光体２がそれぞれ挿入される挿入孔部８ａ及び挿入孔部８ｂを有する。挿入孔部７ａ、挿入孔部７ｂの内径には、それぞれ切り欠き部７ｆ、切り欠き部７ｇ、挿入孔部８ａ、挿入孔部８ｂの内径には、切り欠き部８ｆ、切り欠き部８ｇが形成されている。この切り欠き部７ｆ及び切り欠き部７ｇ（切り欠き部８ｆ及び切り欠き部８ｇ）は、それぞれ導光体１の端部の円周状に形成された突起部１ｂ及び導光体２の端部の円周状に形成された突起部２ｂと嵌合することが可能な形状をしている。これらの構成は、導光体１及び導光体２をホルダ７（挿入孔部７ａ及び挿入孔部７ｂ）に挿入したときに、導光体１及び導光体２をホルダ７に固定する機能を有する。同じく、導光体１及び導光体２をホルダ８（挿入孔部８ａ及び挿入孔部８ｂ）に挿入したときに、導光体１及び導光体２をホルダ８に固定する機能を有する。突起部１ｂ、突起部２ｂは嵌合部といえる。

なお、挿入孔部７ａ、挿入孔部７ｂ（挿入孔部８ａ、挿入孔部８ｂ）は、導光体１、導光体２が挿入されるホルダ７（ホルダ８）の面とその面に対向する面に貫通（連通）した貫通孔（開口）となっており、導光体１、導光体２を固定するために、挿入孔部７ａ、挿入孔部７ｂ（挿入孔部８ａ、挿入孔部８ｂ）に、導光体１、導光体２を挿入する面から途中まで、挿入孔部７ａ、挿入孔部７ｂ（挿入孔部８ａ、挿入孔部８ｂ）の内壁に、切り欠き部７ｆ、切り欠き部７ｇ（切り欠き部８ｆ、切り欠き部８ｇ）が形成されている。しかし、挿入孔部７ａ、挿入孔部７ｂ（挿入孔部８ａ、挿入孔部８ｂ）は、切り欠き部７ｆ、切り欠き部７ｇ（切り欠き部８ｆ、切り欠き部８ｇ）の代わりに、途中で内径を狭めて、導光体１、導光体２を固定するようにしてもよい。

また、挿入孔部７ａ、挿入孔部７ｂ（挿入孔部８ａ、挿入孔部８ｂ）は、導光体１、導光体２が挿入されるホルダ７（ホルダ８）の面とその面に対向する面が光学的に貫通しておればよく、光源３、光源４（光源５、光源６）からの光を導光体１、導光体２に伝播させるものであれば、物理的に閉鎖されていてもよい。つまり、導光体１の端面と光源３（光源４）との間が全て空間である必要はない（導光体２の端面と光源５（光源６）との間が全て空間である必要はない）。なお、挿入孔部７ａ、挿入孔部７ｂが貫通孔（開口）であっても、内部に導光体１、導光体２へ光を伝播させる透過物質を挿入してもよい。導光体１（導光体２）は、両方の端面である「両端面」に、それぞれ光源３及び光源４（光源５及び光源６）を配置させているが、いずれか片方でもよい。

図５は、この発明の実施の形態１に係るイメージセンサの光源と光源基板と伝熱体の分解図である。図５において、光源基板１１は、光源３及び光源５が実装されたフレキシブル基板であり、光源基板１２は、光源４及び光源６が形成されたフレキシブル基板である。

伝熱体１３は、光源基板１１の光源３及び光源５が形成された面と反対の面に接触して配置され、光源基板１１から発せられる熱を伝えるものであり、伝熱体１４は、光源基板１２の光源３及び光源６が形成された面と反対の面に接触して配置され、光源基板１２から発せられる熱を伝えるものである。

図６は、この発明の実施の形態１に係るイメージセンサのホルダ部における原稿位置とセンサ基板とレンズ体と導光体の断面図である。図６において、ホルダ７（８）は搬送する原稿とイメージセンサの相対位置を決める原稿基準部７ｉ（８ｉ）と、原稿基準部７ｉ（８ｉ）からセンサ基板１７までの距離を一部品で確保できる基板取付部７ｊ（８ｊ）と、原稿基準部７ｉ（８ｉ）と基板取付部７ｊ（８ｊ）との間にレンズ体１５を挿入するレンズ体挿入部７Ｌ（８Ｌ）を有している。

レンズ体挿入部７Ｌ（８Ｌ）には原稿基準部７ｉ（８ｉ）と基板取付部７ｊ（８ｊ）の距離関係からレンズ体１５を最適な位置とすることができる突起状のレンズ高さ位置決め部７ｍ（８ｍ）を副走査方向に直交する方向（Ｚ方向）に対を成して有している。レンズ高さ位置決め部７ｍ（８ｍ）の開口寸法は、レンズ体１５の高さ方向寸法ばらつきの一番小さい寸法時にでもレンズ体１５の高さ方向のどちらの面にも必ずあたる寸法とする。このとき部品ばらつきよりレンズ高さ位置決め部７ｍ（８ｍ）の開口寸法はレンズ体１５の高さ寸法より必ず小さくなり、寸法上は挿入できないことになるが、レンズ高さ位置決め部７ｍ（８ｍ）の形状は主走査方向に半円柱又は三角柱のような形状で樹脂等の柔らかい材料で構成されているため、レンズ体１５を挿入する際に、レンズ高さ位置決め部７ｍ（８ｍ）を塑性変形させ、結果、レンズ体１５の寸法が大きい場合であっても挿入することができ、かつ、高さ方向に同一形状で２箇所備えたレンズ高さ位置決め部７ｍ（８ｍ）が均等に塑性変形するため、レンズ体１５の高さ方向寸法ばらつきに影響せず、原稿基準部７ｉ（８ｉ）と基板取付部７ｊ（８ｊ）の距離関係からレンズ体１５を最適な位置とすることができる。

レンズ体挿入部７Ｌ（８Ｌ）は、レンズ体１５の副走査方向位置を決める突起状のレンズ副走査位置決め部７ｎ（８ｎ）を副走査方向に対を成して有している。レンズ副走査位置決め部７ｎ（８ｎ）もレンズ高さ位置決め部７ｍ（８ｍ）同様、部品ばらつきよりレンズ副走査位置決め部７ｎ（８ｎ）の開口寸法はレンズ体１５の副走査方向寸法より必ず小さくしておき、塑性変形させることでホルダ７（８）の副走査方向の位置をレンズ体１５の寸法ばらつきに影響されず決めることができる。

さらに、ホルダ７（８）には、センサ基板１７の主走査方向に長いセンサ基板の長穴部１７ｂと組みつけられる凸状の基板位置決め部７ｐ（８ｐ）を有しており、レンズ副走査位置決め部７ｎ（８ん）と基板位置決め部７ｐ（８ｐ）の相対位置をホルダ７（８）のみで調整することができるため、レンズ体１７とセンサ基板の副走査方向位置をホルダ７（８）にて精度良く組立てることができる。センサ基板の長穴部１７ｂは、センサアレイであるセンサ１６の主走査方向の延長線上に設けられ、ホルダ７（８）の基板位置決め部７ｐ（８ｐ）はレンズ体１５の光軸の延長線上に設けられているので、レンズ体１５の光軸とセンサ１６とが精度良く一致して組みつけられる。図６において、１ａ、２ａはそれぞれ導光体１及び導光体２から原稿２０への出射光の光軸であり、１５ａは原稿２０で出射光１ａ及び出射光２ａが反射した反射光の光軸である。

このように、ホルダ７（８）を基準にして、導光体１、導光体２、レンズ体１５及びセンサ１６が位置決めされるので、精度の良い光学系が得られる。したがって、ホルダ７（８）の部品寸法を安定化させることで、原稿及びレンズ体１５及び導光体１、２及びセンサ基板１７の高さ方向及び副走査方向の相対位置の精度が良いイメージセンサが得られる。

１ 導光体
１ａ 出射光の光軸
１ｂ 突起部（嵌合部）
２ 導光体
２ａ 出射光の光軸
２ｂ 突起部（嵌合部）
３、４、５、６ 光源
７ ホルダ
７ａ 挿入孔部
７ｂ 挿入孔部
７ｆ 切り欠き部
７ｇ 切り欠き部
７ｉ 原稿基準部
７ｊ 基板取付部
７Ｌ レンズ体挿入部
７ｍ レンズ高さ位置決め部
７ｎ レンズ副走査位置決め部
７ｐ 基板位置決め部
８ ホルダ
８ａ 挿入孔部
８ｂ 挿入孔部
８ｆ 切り欠き部
８ｇ 切り欠き部
８ｉ 原稿基準部
８ｊ 基板取付部
８Ｌ レンズ体挿入部
８ｍ レンズ高さ位置決め部
８ｎ レンズ副走査位置決め部
８ｐ 基板位置決め部
９ 透明板
１０ 筐体
１０ｍ ゲート
１１、１２ 光源基板
１３、１４ 伝熱体
１５ レンズ体
１５ａ 反射光の光軸
１６ センサ
１７ センサ基板
１７ａ センサ基板の穴部
１７ｂ センサ基板の長穴部
１８、１９ 反射板
２０ 原稿

Claims (3)

1. 主走査方向に延在し、主走査方向の端部に配置された光源から入射した光を、被読取媒体に向けて光を出射する導光体と、主走査方向に延在し、前記導光体から出射した光が前記被読取媒体で反射した反射光を集束させるレンズ体と、前記レンズ体で集束した光を光電変換するセンサを備えたセンサ基板と、前記導光体と前記レンズ体を挿入固定して保持するホルダとを備え、前記ホルダの位置決め手段と前記センサ基板の位置決め手段とで位置決めされて、前記ホルダと前記センサ基板とが固定されるイメージセンサ。
2. 前記ホルダは、前記レンズ体の挿入固定部に、前記レンズ体に当接する突起部を、副走査方向及び副走査方向に直交する方向に備えた請求項１に記載のイメージセンサ。
3. 前記センサ基板の位置決め手段は、前記センサの主走査方向の延長線上に設けられた穴部であり、前記ホルダの位置決め手段は、前記レンズ体の光軸方向の延長線上に設けられた突起部であり、前記穴部に前記突起部を挿入することにより前記ホルダと前記センサ基板とが固定される請求項１又は２に記載のイメージセンサ。

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