JP3109679B2 - 光電変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光電変換装置に関し、
さらに詳しくは、特にファクシミリ、イメージリーダ、
デジタル複写機および電子黒板等の入力部に用いられる
光電変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ファクシミリ、イメージリーダ等
の小型化、高性能化のために、光電変換装置として、等
倍光学系をもつ長尺ラインセンサの開発が行われてい
る。

【０００３】小型化、低コスト化のため、等倍ファイバ
ーレンズアレイを用いずに、ガラス等の透明スペーサを
介して、センサが原稿からの反射光を直接検知する光電
変換装置も提案されている。

【０００４】図９は、従来の光電変換装置の光電変換素
子アレイの主走査方向から見た模式的断面図であり、図
１０は光電変換素子アレイの副走査方向から見た模式的
断面図である。

【０００５】ここで、１は透光性センサ基板であり、ガ
ラス等の透光性基板上に半導体プロセス等により形成さ
れた不図示の光電変換素子および透明窓を有している。

【０００６】２は、透光性実装基板であり、ガラス等の
透光性基板上に厚膜印刷法あるいはフォトグラフィ法等
により形成された配線部４を有している。配線部４は、
透光性センサ基板１と不図示の駆動回路部とを電気的に
接続する。そして、透光性実装基板２上に透光性センサ
基板１が接着層５により接着してある。３は原稿Ｐを照
射する光源であり、複数のＬＥＤチップ６をアレイ状に
配列したＬＥＤアレイからなる。

【０００７】光源３からの照明光Ｌは、透光性実装基板
２および透光性センサ基板１内を透過して原稿Ｐに照射
され、原稿Ｐから反射した情報光Ｌ′が透光性センサ基
板１上の光電変換素子に入射して、光電変換素子より画
像信号として出力される。

【０００８】

【発明が解決しようとしている題】上述の従来の光電変
換装置において、さらなる低コスト化、小型化を目指し
た場合、低コスト化を達成する一つの手段として、ＬＥ
Ｄチップ数を削減し、光源をコストダウンさせる事が行
われる。

【０００９】しかし、ＬＥＤチップ数を削減すると、Ｌ
ＥＤチップ相互間の距離が大になるため、原稿面が均一
に照明できなくなり、照度ムラを生じるとともに、以下
に示すような問題が顕著になる。

【００１０】図１１に、ＬＥＤチップ数を削減した光電
変換装置において、白色原稿と黒色原稿を読み取った際
の画像信号出力を示す。

【００１１】図１１によると、白色原稿を読み取った際
の画像信号出力（ａ）と、黒色原稿を読み取った際の画
像信号出力（ｂ）は、ＬＥＤチップ６の配列に対応した
周期をもってばらつくことがわかる。

【００１２】白色原稿の画像信号出力（ａ）のムラは、
ＬＥＤチップのピッチ幅が広がったことによる照度ムラ
にそのまま対応している。

【００１３】これは、白色原稿を読み取った際の反射光
の成分が、ほとんど拡散光成分であるからである。

【００１４】通常、ＬＥＤチップの真上の位置に対応す
る出力は高く、ＬＥＤチップ間の位置に対応する出力は
低い。

【００１５】一方、黒色原稿を読み取った際には、反射
光にはかなりの鏡面反射成分が含まれている。

【００１６】図１３に示すように、ＬＥＤチップの真上
に位置する光電変換素子に対しては、鏡面反射成分はほ
とんど入射しないが、図１４に示すように、ＬＥＤチッ
プ間に位置する光電変換素子に対しては、鏡面反射成分
が入射する。

【００１７】このため、図１１に示すように、黒色原稿
の画像信号出力（ｂ）は、白色原稿の画像信号出力
（ａ）と異なり、ＬＥＤチップの直上の位置に対応する
出力は低く、ＬＥＤチップ間の位置に対応する出力は高
くなる傾向がある。これを照度のムラとは別に光束指向
性のムラと呼ぶ。

【００１８】黒色原稿の画像信号出力のムラは、照度ム
ラと光束指向性によるムラとが重畳したものである。

【００１９】ＬＥＤチップのピッチ間隔によっては、白
色原稿の画像信号出力は、ほぼ均一であるのに対し、黒
色原稿の画像信号出力にはムラが生じる場合、また、そ
の逆の場合もあり得る。

【００２０】白色原稿を読み取った際の画像信号出力の
ムラは、白基準を設けて補正しているので、使用上問題
はないが、これが黒色原稿を読み取った際の画像信号出
力のムラと相似形でない場合、黒色原稿を読み取ったは
ずの画像出力に、ＬＥＤチップの配列ピッチに対応した
縞が現れ、著しく画像品質を低下させる。

【００２１】この照度ムラと光束指向性によるムラを低
減させるために、ＬＥＤアレイと原稿面との距離を大に
する事も考えられるが、照度の低下が著しくなり、かつ
光電変換装置の大型化を招くので好ましくない。

【００２２】そこで、光電変換素子と光源の間に、図１
２に符号７で示す様な導光手段を設けるることも考えら
れる。この場合には、光束は導光手段内に閉じ込められ
て伝播するため、ＬＥＤアレイと原稿面の距離を離して
も照度は低下せず、これによって、原稿面の照度を高く
かつ均一にする事も可能である。しかし、この場合も、
装置が大型化するという問題点が残る。

【００２３】また、装置の大型化を防ぐために、図１２
に示す様な導光手段７を用いずに、透明実装基板あるい
は、透光性センサ基板に反射角度制御手段を設け、透明
実装基板あるいは、透光性センサ基板自体を導光手段と
して装置の小型化を実現することが可能である。

【００２４】しかし、この様な、導光部材が駆動回路基
板あるいは、センサ基板を兼ねる構成においては、駆動
回路あるいは、センサへの光の悪影響を防ぐために、導
光部材と駆動回路及びセンサの間に遮光膜が必要とされ
る。また、たとえ遮光膜がＡ１等の大きな反射率を持っ
たものであっても、全反射に比べれば反射率の低下は免
れない。

【００２５】また反射角度制御手段においても、透明基
板に加工が必要とされ、また、この様な構成において
は、透明基板の材質はガラスがほとんどであり、困難な
加工となる。

【００２６】更に、導光手段内において光を効率よく反
射角度制御手段によって原稿面に照射することは難し
く、光の利用効率が低下する。

【００２７】以上の様に従来の光電変換装置には、加工
の増加に伴うコストアップ、光の利用率低下という問題
点が残る。

【００２８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、複数の
光電変換を設けた基板と、複数の発光源を配列した光源
とを具備し、前記光源から出射された光が、読み取るべ
き画像を有する原稿に照射され、この原稿からの反射光
が前記光電変換素子に入射される光電変換装置におい
て、前記光源と前記原稿との間に、前記光源から前記原
稿に光を導く導光手段を設けるとともに、この導光手段
の照射光入射面と出射面とが互いに平行でない平面上に
おくことにより、照度ムラおよび光束指向性によるむら
を解消している。

【００２９】また導光手段が、前記光源および前記原稿
間に位置する部分の一部に反射角制御手段を有すること
ができ、これによって光電変換装置全体をさらに小型
化、低コスト化することができる。

【００３０】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明を詳細に説明
する。

【００３１】図１及び図２は、本発明の第１の実施例に
よる光電変換装置の模式的な断面図である。

【００３２】図１は第１の実施例を光電変換素子アレイ
の主走査方向から見た模式的な断面図であり、図２は第
１の実施例を光電変換素子アレイの副走査方向から見た
模式的な断面図である。

【００３３】ここで、１は透光性センサ基板であり、石
英ガラスや棚珪酸ガラス等の透光性および絶縁性を有す
る基板上に半導体プロセス等により形成された光電変換
素子アレイを有する。

【００３４】２は透光性実装基板であり、石英ガラス、
棚珪酸ガラス、ソーダガラスあるいはアクリル（アルカ
リ元素の溶出や拡散を防ぐＳｉＯ等の保護膜が設けられ
たものであっても良い）等の透光性および絶縁性を有す
る基板上に、厚膜印刷法により形成されたＡｇ，Ａｇ−
Ｐｄ，Ａｇ−Ｐｔ，Ａｕ等、またはフォトリソグラフィ
により形成されたＡｌ，Ｃｕ，Ｍｏ，ＩＴＯ等の配線部
４を有している。

【００３５】配線部４は光電変換素子アレイと不図示の
駆動回路とを接続する。そして、透光性実装基板２上に
透光性センサ基板１を接着層５により接着してある。

【００３６】この接着層５にはシリコン系、アクリル
系、エポキシ系等の室温あるいは加熱硬化型、光硬化型
等の透光性接着剤が好適に用いられ、透光性センサ基板
１および投光性実装基板２の各基板と熱膨張率および光
屈折率が近以した材質のものを用いる。また、透光性セ
ンサ基板１と透光性実装基板２の配線部４とは、ワイヤ
ーボンディング、半田付け等で電気的に接続されてい
る。

【００３７】３は光源でＬＥＤチップ６からなる発光源
を複数個直線状に配列されたＬＥＤアレイからなる疑似
直線光源である。

【００３８】尚、原稿Ｐの読み取り位置、透光性センサ
基板１の照明窓（不図示）の配列位置および光源３のア
レイ方向の光軸は、原稿Ｐの読み取り位置から降ろした
垂直平面内に存在する様な位置に設定されている。

【００３９】７は、透光性センサ基板１の光電変換素子
アレイと光源３との間に配置された導光部材であり、光
源３から発せられた照明光Ｌを効率よく均一に且つ照明
光束のムラを低減して原稿面へ導く。

【００４０】導光部材７は、光源３及び光電変換素子ア
レイの主走査方向の長さと略一致する長さで、アクリル
樹脂等の材料からなる。

【００４１】而して、光源３より発せられた照明光Ｌ
は、導光部材７の光源３と対面した入射面７ａより導光
部材７内に入射し、導光部材７の側面７ｂで全反射しな
がら導光部材７内を進行する。このとき反射角度制御手
段８にて全反射あるいは、Ａｌ蒸着等のミラーで反射角
度を制御され、照明光Ｌは、出射面７ｃへ達する。

【００４２】その後、透光性実装基板２および透光性セ
ンサ基板１を透過し、原稿Ｐを照射し、原稿Ｐからの反
射した情報光Ｌ′は透光性センサ基板１上の光電変換素
子に入射して、光電変換素子より画像信号が出力され
る。

【００４３】このような構成をとる本実施例の光電変換
装置においては、次の効果を示す。

【００４４】照明ムラ及び光束指向性によるムラを解
消せしめるのに十分な長さを有する導光手段を設けるこ
とにより照度の低下を招かず、且つ照度ムラ及び光束指
向性によるムラを低減する事ができる。

【００４５】導光手段の一部に反射角度制御手段を設
けることにより、導光手段内を進行する照射光の進行方
向を制御でき、装置の小型化が実現できる。

【００４６】図３〜図６に基づき本発明の光電変換装置
による効果を説明する。

【００４７】図３及び図４に示す様に、本発明の光電変
換装置により、白色の原稿Ｐを読み取る際、照明光Ｌは
導光手段内に閉じ込められて伝播するため、ＬＥＤチッ
プの真上（図３）、ＬＥＤチップ間（図４）共に、ほぼ
均一な照度を有している。

【００４８】白色原稿面での反射光Ｌ′の成分として拡
散光成分と鏡面反射光成分とが生じるが、拡散光成分
は、鏡面反射光成分に比べ膨大なため光電変換素子１４
へ入射する反射光Ｌ′は均一である。

【００４９】よって光電変換素子１４からは、均一で大
きな出力信号が得られる。

【００５０】また、図５及び図６に示す様に、本発明の
光電変換装置により、黒色の原稿Ｐを読み取る際、黒色
原稿面での反射光Ｌ′の成分として鏡面反射光成分が、
多少生じるが、照明光Ｌは光束指向性によるムラを解消
せしめるのに十分な長さを有する導光手段内を進行する
ので、ＬＥＤチップ真上（Ａ）、ＬＥＤチップ間（Ｂ）
共に各光電変換素子１４へ入射する反射光Ｌ′からは、
均一で小さな出力信号が得られる。

【００５１】ここで、照明光Ｌに有効な照度とほぼ均一
な光束指向性を得るためには、例えば、ＬＥＤビッチ
６．６mmの場合、導光板の光軸方向の長さは、図１２の
従来例では１４mm以上必要になることが実験結果から判
明した。

【００５２】したがって、図１２の構造では、光電変換
装置の厚みが１８〜２０mm必要であるのに対し、図６に
示した本発明の構造では、５〜７mmと、光電変換装置の
小型化が実現できる。

【００５３】図７は、本発明の光電変換装置に用いられ
た透光性センサ基板を光電変換素子アレイの主走査方向
から見た模式的断面図である。透光性を有するガラス基
板１１上には、マトリクス配線部１２、照明窓１３、光
電変換素子１４、電荷蓄積部１５および蓄積された電荷
を適宜のタイミングで転送するスイッチング用の薄膜ト
ランジスタ（ＴＦＴ）１６が形成されている。これら各
素子の層構成は、ガラス基板１１上にＣｒからなる遮光
性下電極１７、ＳｉＮからなる絶縁層１８、ａ−Ｓｉ：
Ｈからなる光導電性半導体層１９、ｎ＋ａ−Ｓｉ：Ｈか
らなるオーミックコンタクト層２０およびＡｌからなる
上電極２１が順次積層され、各素子とも同一の製造プロ
セスにより形成されている。

【００５４】また、光電変換素子１４、電荷蓄積部１５
およびＴＦＴ部１６等は、ＳｉＮからなるパッシベーシ
ョン層２２に覆われ、さらにパッシベーション層２２の
上には接着層２３を介して薄板ガラスからなる保護層２
４が設けられている。

【００５５】薄板ガラス２４は、原稿Ｐとの摩擦から光
電変換素子１４とを保護する耐摩耗層としての機能と原
稿Ｐと光電変化素子１４との距離を一定に確保するスペ
ーサーとしての機能を有している。

【００５６】このような構成において、透光性センサー
基板１の原稿Ｐとは反対の面側に設けられた光源３から
照射された照明光Ｌは、透光性センサー基板１を透過し
て原稿Ｐを照明する。そして原稿Ｐで反射された情報光
Ｌ′は光電変換素子１４に受光される。

【００５７】図８は、本発明に係る光電変換装置を用い
て構成した画像処理装置（たとえばファクシミリ）の一
例を示す。

【００５８】ここで、１０２は原稿Ｐを読み取り位置に
向けて給送するための給送ローラー、１０４は原稿Ｐを
一枚ずつ確実に分離給送するための分離片である。１０
６は光電変換装置１００の読み取り位置に設けられて原
稿Ｐの被読み取り面を規制するとともに原稿Ｐを搬送す
る搬送ローラーである。

【００５９】Ｗは図示の例ではロール紙形態をした記録
媒体であり、光電変換装置１００により読み取られた画
像情報あるいはファクシミリ装置等の場合には外部から
送信された画像情報が形成される。１１０は当該画像形
成を行うための記録ヘッドであり、サーマルヘッド、イ
ンクジェット記録ヘッド等種々のものを用いることがで
きる。また、この記録ヘッドは、シリアルタイプのもの
でも、ラインタイプのものでもよい。１１２は記録ヘッ
ド１１０による記録位置に対して記録媒体Ｗを搬送する
とともにその被記録面を規制するプラテンローラであ
る。１２０は、操作入力を受容するスイッチやメッセー
ジその他、装置の状態を報知するための表示部を配した
オペレーションパネルである。

【００６０】１３０は、システムコントロール基板であ
り、各部の制御を行う制御部や、光電変換素子の駆動回
路、画像情報の処理部、送受信部等が設けられる。１４
０は装置の電源である。

【００６１】図８に示される装置に上記第１の実施例を
用いて原稿を照明して読み取りを行ったところ、均一な
読み取りを行うことができた。

【００６２】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、画
像情報の読み取りに係る原稿との対抗面側に複数個の光
電変換素子を設けた基板と、複数個の発光源を配列した
光源とを具備し、光源から出射した光が原稿に照射さ
れ、その反射光が光電変換素子に受容される光電変換装
置において、光電変換素子と光源との間に導光手段を設
けることにより、原稿面の照度を高く且つ、均一にし、
さらには、導光手段の一部に反射角度制御手段を設ける
ことにより、導光手段の照明光入射面と出射面を平行に
保つ必要がなく光電変換装置の小型化、低コスト化が実
現できる。

【００６３】また、本発明によれば安定で均一な読み取
りを行うことができる光電変換装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による光電変換装置の模式的
断面図。

【図２】図１の光電変換装置の部分側面図。

【図３】図１の光電変換装置における光電変換素子への
情報光の入射の様子を示す説明図。

【図４】図１の光電変換装置における光電変換素子への
情報光の入射の様子を示す説明図。

【図５】図１の光電変換装置における光電変換素子への
情報光の入射の様子を示す説明図。

【図６】図１の光電変換装置における光電変換素子への
異なる方向からの情報光の入射の様子を示す説明図。

【図７】図１の光電変換装置の透光性センサ基板を、光
電変換素子アレイの主走査方向から見たものとして示す
模式的断面図。

【図８】本発明の光電変換装置が適用される画像処理装
置の一例を示す断面図。

【図９】従来の光電変換装置の模式的断面図。

【図１０】図９の光電変換装置の部分側面図。

【図１１】従来の光電変換装置における光電変換素子の
位置と画像信号出力との関係を示すグラフ。

【図１２】従来の他の光電変換装置の模式的断面図。

【図１３図】従来の光電変換装置における光電変換素子
への情報光の入射の様子を示す説明図。

【図１４】従来の光電変換装置における光電変換素子へ
の異なる方向からの情報光の入射の様子を示す説明図。

【符号の説明】 １ 透光性センサ基板 ２ 透光性実装基板 ４ 配線部 ５ 接着層 ６ ＬＥＤチップ ７ 導光部材 ７ａ 入射面 ７ｂ 側面 ７ｃ 出射面 ８ 反射角制御手段 Ｌ 照明光 Ｐ 原稿

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−40740（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−161964（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−122358（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−180368（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 1/028

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の光電変換素子を設けた基板と、複
   数の発光源を配列した光源とを具備し、前記光源から出
   射された光が、読み取るべき画像を有する原稿に照射さ
   れ、この原稿からの反射光が前記光電変換素子に入射さ
   れるように構成された光電変換装置において、前記光源
   と前記原稿との間に設けられた、前記光源から前記原稿
   に光を導く、前記基板の裏面側に該基板とは別部材とし
   て設けられた導光手段を備え、前記導光手段は、照明光
   入射面と、これに平行でない一対の側面のうちの一方に
   設けられた照明光出射面と、進行する光を画像に向けて
   反射させる反射角度制御手段と、を有し、該一対の側面
   で全反射しながら光が内部を進行する導光部材を備えて
   いることを特徴とする光電変換装置。
2. 【請求項２】 前記導光部材がアクリル樹脂からなる請
   求項１記載の光電変換装置。