JP3109679B2 - 光電変換装置 - Google Patents

光電変換装置

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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
    求項1記載の光電変換装置。
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