JP2016197811A - イメージセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】イメージセンサにおいて、レンズ体を固定する追加の部品を必要とせず、レンズ体に高さバラつきがあったとしても、選別せず容易に安定して、被写体側の焦点位置と受光素子側の焦点位置との間の光路の中央にレンズ体の光軸方向の中央を一致させて固定することを可能にする。
【解決手段】イメージセンサ１は、被写体２からの反射光および透過光の少なくとも一方を結像するレンズアレイ１１と、レンズアレイ１１と被写体２との間に設置されるガラス板１２と、レンズアレイ１１が結像した光を電気信号に変換するセンサＩＣ１３と、これらの部材を保持するフレーム１５とを備える。フレーム１５が有する、レンズアレイ１１の副走査方向の面を挟んで保持する保持部材の挟む面の、ガラス板１２の被写体２との接触面とセンサＩＣ１３との間の光路の中央の位置に設けた爪と、レンズアレイ１１の光軸方向の中央の位置に設けた溝とを嵌合させて固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被写体を走査するイメージセンサに関する。

被写体を走査するイメージセンサでは、レンズアレイを覆うガラス板の上面に配置された被写体からの反射光または透過光を、レンズアレイを用いてセンサＩＣ上に集光させ結像する。センサＩＣはレンズが結像した光を電気信号に変換する。このとき、センサＩＣ上に結像されるのは正立等倍の像であるため、ガラス板の上面（被写体との接触面）とセンサＩＣとの間の光路の中央にレンズアレイの光軸方向の中央を一致させて固定する必要がある。

特許文献１に記載のイメージセンサユニットは、フレームの反りの発生を抑制させると共に被照明体からの反射光を光学変換素子に安定して結像させるために、レンズアレイの側面基準で固定をしている。

特許文献２に記載の密着型画像読取り用ヘッドでは、密着型画像読取り用ヘッドに取付けられ、被読取り媒体となる原稿面に記載された情報をセンサに光学的に導くロッドレンズアレイの取付構造において、該センサと原稿面の光学的中心線に対し対称形状となるよう構成されたＶ字状取付部が形成された一対の取付ブロックを対向配設し、該ロッドレンズアレイを該一対の取付ブロックに挾持させることにより該密着型画像読取り用ヘッドに取付ける構成としたロッドレンズアレイの取付構造が開示されている。

特許文献３に記載の密着型イメージセンサユニットでは、基台を２つに分割し、ロッドレンズアレイを挟持する構成にし、少なくともセンサ素子面とレンズ素子面及び原稿面ともう一方のレンズ素子面との距離が等しい構造としたロッドレンズアレイの取付構造が開示されている。

特許文献４に記載のイメージスキャナヘッドでは、押出成形部材より成るサイドフレームの間にロッドレンズアレイおよび支持部材が挾持されている。支持部材には直線状の突条部が形成され、その突条部がロッドレンズアレイの側面に形成された溝条部に嵌合している。また、止めネジが支持部材を押圧している。

特開２０１３−０８５１４１号公報 実開平２−０７２０６３号公報 特開平４−３３１５６０号公報 実開平５−０７００６３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のイメージセンサユニットでは、レンズアレイの固定位置は、フレームの受け面とレンズアレイの底面によって決まるため、レンズアレイ自体の高さバラつきが製品性能に大きく影響し、ガラス板の被写体との接触面とセンサＩＣとの間の光路の中央とレンズアレイの光軸方向の中央とが一致しなくなる。そのため、フレームとレンズアレイの寸法ばらつきでランク分けを実施した上で選別投入する必要がある。

特許文献２に記載の密着型画像読取り用ヘッドでは、ロッドレンズアレイの主走査方向の端部でロッドレンズアレイを一対の取付ブロックに挾持させているため、画像読取り用ヘッドの主走査方向の長さが長くなる。また、ロッドレンズアレイが主走査方向でたわみ、特に主走査方向の中央部では、ガラス板の被写体との接触面とセンサＩＣとの間の光路の中央にレンズアレイの光軸方向の中央とが一致しなくなる。さらに、一対の取付ブロックという追加の部品が必要となり部品点数が増えるといった課題がある。

特許文献３に記載の密着型イメージセンサユニットでは、基台を２つに分割した構造なので、基台の全体構造を変えなければならず、部品点数が増えるという課題がある。

特許文献４に記載のイメージスキャナヘッドでは、支持部材と保護ガラスとの間は空間であり、支持部材と受光基板との間も空間であり、支持部材の光軸方向（図１における上下方向）の基準点が開示されていないので、保護ガラスの上面とフォトダイオードアレイの光路の中央にロッドレンズアレイの光軸方向の中央を一致して固定することは容易ではない。また、止めネジを締め付ける際に、支持部材の位置決めを行う、位置決め冶具が必要である。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、レンズ体を固定する追加の部品を必要とせず、レンズ体に高さバラつきがあったとしても、選別せず容易に安定して、被写体側の焦点位置と受光素子側の焦点位置との間の光路の中央にレンズ体の光軸方向の中央を一致させて固定することを可能にする。

上記目的を達成するため、本発明に係るイメージセンサは、レンズ体、受光素子およびフレームを備える。レンズ体は、被写体からの反射光および透過光の少なくとも一方を結像する。受光素子は、レンズ体が結像した光を電気信号に変換する。フレームは、レンズ体および受光素子を保持する。フレームが有するレンズ体の副走査方向の面を挟んで保持する保持部材の挟む面の、レンズ体の被写体側の焦点位置と受光素子側の焦点位置との間の光路の中央の位置に爪または溝を設け、レンズ体の副走査方向の面の光軸方向の中央の位置に溝または爪を設け、フレームの爪または溝とレンズ体の溝または爪とを嵌合させて固定する。

この発明によれば、イメージセンサにおいて、レンズ体の副走査方向の面とレンズ体の副走査方向の面を挟んで保持するフレームの保持部材の挟む面とに溝および爪を形成し嵌合させることで、レンズ体を固定する追加の部品を必要とせず、レンズ体に高さバラつきがあったとしても、選別せず容易に安定して、被写体側の焦点位置と受光素子側の焦点位置との間の光路の中央にレンズ体の光軸方向の中央を一致させて固定することが可能になる。

本発明の実施の形態に係るイメージセンサを主走査方向に見た断面図である。 従来のイメージセンサのレンズアレイがフレームに嵌合する様子を示す図である。 実施の形態に係るレンズアレイの一例を示す図である。 実施の形態に係るレンズアレイが嵌合されていない状態のイメージセンサを主走査方向に見た断面図である。 実施の形態に係るイメージセンサのレンズアレイがフレームに嵌合する様子を示す図である。

以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中同一または相当する部分には同じ符号を付す。本実施の形態では、被写体からの反射光を受光するイメージセンサについて説明するが、イメージセンサは、被写体からの透過光を受光してもよいし、両方を受光してもよい。

図１は、本発明の実施の形態に係るイメージセンサを主走査方向に見た断面図である。イメージセンサ１は、レンズアレイ１１、ガラス板１２、センサＩＣ１３、センサ基板１４、フレーム１５で構成される。レンズアレイ１１には、紙面に垂直な方向（主走査方向）にレンズ体が並べられている。レンズアレイ１１は、被写体２からの反射光をセンサＩＣ１３上に結像する。ガラス板１２は、レンズアレイ１１と被写体２との間に設置されるガラス板であり、異物の侵入を防ぐために設けられている。ガラス板１２は透明な素材で光を通す板（透光板）であればガラスでなくてもよい。

センサＩＣ１３には、紙面に垂直な方向（主走査方向）に受光素子が並べられている。センサＩＣ１３は、レンズアレイ１１が結像した反射光を電気信号に変換する。センサ基板１４は、センサＩＣ１３を搭載した基板である。フレーム１５は、これらの部材を保持する筐体である。イメージセンサ１が密着型イメージセンサである場合、ガラス板１２の上面を副操作方向に搬送される被写体２を、レンズアレイ１１およびセンサＩＣ１３によって走査する。イメージセンサ１がフラットベッド型であった場合、ガラス板１２の上面に置かれた被写体２を、副操作方向に移動するレンズアレイ１１およびセンサＩＣ１３によって走査する。なお、図１は、ガラス板１２の上面を副操作方向に搬送される被写体２の位置に、レンズアレイ１１の被写体２側の焦点が位置し、センサＩＣ１３の位置に、レンズアレイ１１のセンサＩＣ１３側の焦点が位置していることを示している。

図２は、従来のイメージセンサのレンズアレイがフレームに嵌合する様子を示す図である。従来のイメージセンサでは、フレームＰ１５が有する保持部材（レンズホルダ）にレンズアレイＰ１１を挿入し、接着剤等を用いて固定する。固定位置はフレームＰ１５の受け面とレンズアレイＰ１１の底面によって決定される。したがって、レンズアレイＰ１１の高さバラつきによる集光性の誤差を小さくするため、レンズアレイＰ１１のランク分けを実施した上で選別投入する必要がある。

図３は、実施の形態に係るレンズアレイの一例を示す図である。レンズアレイ１１の副走査方向の面の、レンズアレイ１１の光軸方向の中央（高さ方向の中央）の位置に、溝１１１および溝１１２が加工される。溝１１１および溝１１２は、レンズアレイ１１の両副走査方向の面に、主走査方向の全長に亘って形成されてもよく、主走査方向に離散的に形成されてもよい。図３の例では、レンズアレイ１１の副走査方向の面の両側に、溝１１１および溝１１２を加工しているがどちらか一方でもよい。

図４は、実施の形態に係るレンズアレイが嵌合されていない状態のイメージセンサを主走査方向に見た断面図である。フレーム１５は、レンズアレイ１１の副走査方向の面を挟んで保持する保持部材（レンズホルダ）を有する。保持部材の挟む面の、ガラス板１２の上面（被写体２との接触面）とセンサＩＣ１３の表面との間の光路の中央の位置に、爪１５１および爪１５２が形成される。爪１５１および爪１５２はそれぞれ、溝１１１および溝１１２の加工形状に合致する形状である。ガラス板１２の上面とセンサＩＣ１３の表面との間の光路の中央は、ガラス板１２の屈折率の分を補正した光路長から求める。

爪１５１および爪１５２は、フレーム１５が有する保持部材の挟む面に、主走査方向の全長に亘って形成されてもよく、主走査方向に離散的に形成されてもよい。レンズアレイ１１の溝１１１および溝１１２が主走査方向に離散的に形成されている場合は、フレーム１５の爪１５１および爪１５２は、溝１１１および溝１１２と主走査方向の同じ位置に形成する。図４の例では、フレーム１５が有する保持部材の挟む面の両側に爪１５１および爪１５２を形成しているがどちらか一方でもよい。

本実施の形態では、溝１１１および溝１１２は副走査方向の内部に向けて狭くなる三角形とし、爪１５１および爪１５２は突出方向に頂部を有する三角形の例を説明する。爪および溝の形状はこれに限らず、溝１１１および溝１１２が副走査方向の内部に向けて広くなる扇形とし、爪１５１および爪１５２は突出方向に平坦な頂部を有する扇形としてもよい。この場合、レンズアレイ１１は主走査方向にフレーム１５に挿入して、固定する。また、爪および溝の形状は、四角形や半円の曲面などでもよく、爪を溝に嵌合してレンズアレイ１１をフレーム１５に固定できる形であればよい。

図５は、実施の形態に係るイメージセンサのレンズアレイがフレームに嵌合する様子を示す図である。レンズアレイ１１を保持部材に挿入すると、フレーム１５の保持部材のばね性によりフレーム１５の保持部材の挟む幅が広がり、溝１１１と爪１５１とが嵌合し、溝１１２と爪１５２とが嵌合する。これにより、フレーム１５にレンズアレイ１１が固定され、溝１１１および溝１１２と爪１５１および爪１５２が基準となってレンズアレイ１１の位置が決定される。

ガラス板１２の上面とセンサＩＣ１３の表面との間の光路の中央に、爪１５１および爪１５２が形成されているので、レンズアレイ１１の光軸方向の中央がガラス板１２の上面とセンサＩＣ１３の表面との間の光路の中央と安定して一致する。

また、本実施の形態では、既存の構成部品であるレンズアレイ１１に溝を加工し、フレーム１５に爪を加工したので、追加の部品が必要なくコストを低減できる。さらに、主走査方向の全長に亘ってまたは主走査方向に離散的に、レンズアレイ１１の溝とフレーム１５の爪を嵌合させることにより、レンズアレイ１１が主走査方向の中央部でたわむことなく、レンズアレイ１１の光軸方向の中央がガラス板１２の上面とセンサＩＣ１３の表面との間の光路の中央と安定して一致するので、主走査方向にも安定した画像を得ることができる。主走査方向に離散的にレンズアレイ１１の溝とフレーム１５の爪を嵌合させる場合は、レンズアレイ１１とフレーム１５との主走査方向の位置決めも容易である。

以上説明したように、本実施の形態のイメージセンサ１によれば、レンズアレイ１１とレンズアレイを保持するフレーム１５とに溝１１１および溝１１２および爪１５１および爪１５２を形成し嵌合させることで、レンズアレイ１１を固定する追加の部品を必要とせず、レンズアレイ１１に高さバラつきがあったとしても、選別せず容易に安定して、ガラス板１２上面とセンサＩＣ１３との間の光路の中央にレンズアレイ１１の光軸方向の中央を一致させて固定することが可能になる。また、レンズアレイ１１の副走査方向の面の、レンズアレイ１１の光軸方向の中央の位置に、溝１１１および溝１１２が加工されるので、レンズアレイ１１を上下逆に挿入しても使用することができる。

上記の実施の形態では、レンズアレイ１１に溝を設け、フレーム１５に爪を設けたが、逆に、レンズアレイ１１に爪を設け、フレーム１５に溝を設けてもよい。この場合、レンズアレイ１１から突出して爪が設けられるので、レンズアレイ１１の個々のレンズの副走査方向の寸法を有効利用でき、レンズアレイ１１に溝を設けた場合の、溝の部分の肉厚の薄肉化による、強度の低下を回避できる。

１ イメージセンサ、２ 被写体、１１ レンズアレイ、１２ ガラス板、１３ センサＩＣ、１４ センサ基板、１５ フレーム、１１１，１１２ 溝、１５１，１５２ 爪、Ｐ１１ レンズアレイ、Ｐ１５ フレーム。

Claims (4)

1. 被写体からの反射光および透過光の少なくとも一方を結像するレンズ体と、
   前記レンズ体が結像した光を電気信号に変換する受光素子と、
   前記レンズ体および前記受光素子を保持するフレームと、
   を備え、
   前記フレームが有する前記レンズ体の副走査方向の面を挟んで保持する保持部材の挟む面の、前記レンズ体の前記被写体側の焦点位置と前記受光素子側の焦点位置との間の光路の中央の位置に爪または溝を設け、
   前記レンズ体の副走査方向の面の光軸方向の中央の位置に溝または爪を設け、
   前記フレームの爪または溝と前記レンズ体の溝または爪とを嵌合させて固定するイメージセンサ。
2. 被写体からの反射光および透過光の少なくとも一方を結像するレンズ体と、
   前記レンズ体と前記被写体との間に設置される透光板と、
   前記レンズ体が結像した光を電気信号に変換する受光素子と、
   前記透光板、前記レンズ体および前記受光素子を保持するフレームと、
   を備え、
   前記フレームが有する前記レンズ体の副走査方向の面を挟んで保持する保持部材の挟む面の、前記透光板の前記被写体との接触面と前記受光素子との間の光路の中央の位置に爪または溝を設け、
   前記レンズ体の副走査方向の面の光軸方向の中央の位置に溝または爪を設け、
   前記フレームの爪または溝と前記レンズ体の溝または爪とを嵌合させて固定するイメージセンサ。
3. 前記レンズ体の溝または爪は、前記レンズ体の副走査方向の面に、主走査方向の全長に亘って形成され、
   前記フレームの爪または溝は、前記保持部材の挟む面に、主走査方向の全長に亘って形成される請求項１または２に記載のイメージセンサ。
4. 前記レンズ体の溝または爪は、前記レンズ体の副走査方向の面に、主走査方向に離散的に形成され、
   前記フレームの爪または溝は、前記保持部材の挟む面に、前記レンズ体の溝または爪と主走査方向の同じ位置に形成される請求項１または２に記載のイメージセンサ。

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