JP3710822B2 - 密着型イメージセンサ - Google Patents
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Description
本願発明は、ファクシミリ、イメージスキャナ、コピー機などに用いられる密着型イメージセンサに関する。
背景技術
紙などの情報媒体における文字や記号などの情報を読み取るために密着型イメージセンサが従来より使用されている。イメージセンサは、典型的には、複数の発光ダイオード(LED)などからなる光源としての発光素子アレイと、複数個のCCDなどからなる受光素子アレイと、を含んでいる。使用に際しては、発光素子アレイからの光を情報媒体に照射して、反射光を受光素子アレイにて検知して、被写体上のイメージ(情報)を光電変換により検知するのである。
従来のこの種の密着型イメージセンサは、例えば図9に示すような構成を有していた。
すなわち、参照符号10で表される密着型イメージセンサは、樹脂等でできたケース11の底部に配置した基板12を備えており、この基板12上に読み取り幅と対応した長さ範囲に複数個のイメージセンサチップ13がアレイ状に搭載されている。ケース11の上面には、透明なカバーガラス14が取付けられており、所定の読み取りラインLの位置においてこのカバーガラス14と上記イメージセンサチップアレイ13との間には、上記ケース11の内部に形成した保持溝18に嵌入した状態でロッドレンズアレイ15が配置されている。このロッドレンズアレイ15は、セルフォックレンズアレイとして知られており、上記読み取りラインLに沿うイメージを正立等倍にイメージセンサチップアレイ13に集束させる。
ケース11の内部空間にはまた、基板17が傾斜状に設けられており、この傾斜状基板17上に、上記カバーガラス14を介して被写体Dに対して斜めに光を照射する光源としての複数個のLEDチップ16が搭載されている。上記被写体Dは、例えばプラテンPによりカバーガラス14に接触した状態にて駆動送りされる。
以上の構成の密着型イメージセンサ10においては、光源としてのLEDチップ16は、できるだけ効率良く被写体Dに光を照射できるようにするために、底部の基板12とは別の傾斜状基板17に搭載する必要がある。従って、2種類の基板12、17を別々に取り付ける必要があり、イメージセンサ10の組み立て作業が面倒であるという問題がある。また、2種類の基板12、17が含まれる分だけ部品点数も多くなり、構成も複雑となってコストアップとなる。
なお、傾斜状基板17をなくし、LEDチップ16を底部の基板12にイメージセンサチップアレイ13とともに搭載することは理論的には可能である。しかしながら、この場合には、LEDチップ16から照射された光のうち被写体Dに入射する部分が極めて少なくなるため、実用的でない。
さらに、上記構成のイメージセンサ10においては、LEDチップ16がイメージセンサチップアレイ13よりも高い位置に配置されており、被写体Dに対してより近くに位置している。その結果、各LEDチップ16から照射された光が被写体Dに到達するまでにその幅方向(イメージセンサチップアレイ13の長手方向)に広がることができず、隣接するLEDチップ16間の間隔が大きい場合には、被写体Dの幅方向について光量にムラが生じ易い。この問題は、LEDチップ16の個数の増やし、それらの間隔を小さくすることにより解決できるが、この解決策はLEDチップ16の個数増加によるコストアップという新たな問題を生じさせる。
発明の開示
そこで、本願発明の目的は、構成がシンプルで容易に組み立てることのできる密着型イメージセンサを提供することにある。
本願発明の他の目的は、光源の個数が少なくても、走査ライン方向について光量のムラが生じにくい密着型イメージセンサを提供することにある。
本願発明の第1の側面によれば、複数の受光素子および光源が搭載された共通の基板と、内部に入射した上記光源からの光を被写体に向けて斜めに出射するための導光部材と、を含む密着型イメージセンサが提供される。
上記構成による効果については、添付図面に示された実施例に則して詳細に後述する。
本願発明の好適な実施例では、上記導光部材がプリズムである。このプリズムは、上記光源に対面する第1入射面と、上記光源に対面するとともに上記第1入射面に対して所定の角度をなす第2入射面と、少なくとも1つの全反射面と、上記第1入射面および第2入射面から入射し、上記全反射面で反射した光を前記被写体に向けて斜めに出射するための出射面と、を有している。
上記プリズムの第1入射面は上記基板にほぼ平行であり、上記第2入射面は上記基板に対して傾斜していてもよい。或いは、上記プリズムの第1入射面および第2入射面は共に上記基板に対して傾斜していてもよい。さらに、上記プリズムは、上記基板に対して傾斜した第1全反射面と、上記基板に対してほぼ垂直な第2全反射面と、を備えていてもよい。
上記光源からの光を漏らさないようにして、照射効率を向上するには、上記プリズムをケース内の収容空間に蜜に嵌合されるのが好ましい。また、上記プリズムの取付けを容易且つ確実に行うために、上記プリズムの両端部には、上記ケース内の収容空間の両端部に嵌合定着される嵌合ブロックを形成してもよい。さらに、上記プリズムの抜け止めを図るために、上記プリズムはその長手方向中間部に係合突起を有しており、上記ケースは上記プリズムの係合突起に係合する係合凹部を備えた内側壁を有しているのが好ましい。
上記光源としては、一般的には、複数のLEDチップが用いられる。
本願発明の第2の側面によれば、ケースと、このケースの上面に取付けられたガラスカバーと、上記ケースの底面に取付けられた底部基板と、この底部基板に搭載された複数の受光素子と、上記ガラスカバー上の被写体に光を照射するための複数の発光素子と、上記ガラスカバー上の被写体からの反射光を上記受光素子に集束させるためのロッドレンズアレイと、を備える密着型イメージセンサであって、上記発光素子は、上記底部基板上に搭載されており、上記ケース内には、上記発光素子の発する光を上記ガラスカバーの所定領域に効率的に照射するための導光部材がさらに設けられている、ことを特徴とする、密着型イメージセンサが提供される。
本願発明の好適な実施例では、上記ロッドレンズアレイは、上記ケース内に形成された溝状ホルダ部に上方から挿入保持されているとともに、上記ロッドレンズアレイの上面が上記導光部材の両端部に形成した押圧片によって押圧されている。さらに、上記溝状ホルダ部には、上記ロッドレンズアレイの長手方向中間部上面に係合する突起を形成してもよい。
本願発明のその他の目的、特徴および利点は、図面を参照して以下に行う好適な実施例の詳細な説明から、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
図1は、本願発明の第1実施例に係る密着型イメージセンサを示す分解斜視図である。
図2は、同イメージセンサの部分平面図である。
図3は、図2におけるIII−III線に沿う拡大断面図である。
図4は、図2におけるIV−IV線に沿う拡大断面図である。
図5は、図2におけるV−V線に沿う拡大断面図である。
図6は、ケースにカバーガラスを固定するための手段のみが変更された第1実施例の変形例を示す部分斜視図である。
図7は、本願発明の第2実施例に係る密着型イメージセンサを示す横切り方向の断面図である。
図8は、上記第2実施例のイメージセンサの分解斜視図である。
図9は、従来の密着型イメージセンサを示す横切り方向の断面図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本願発明の好ましい実施形態を、図面を参照して具体的に説明する。
図1〜5は、本願発明に係る密着型イメージセンサ20を示している。このイメージセンサ20は、断面が略矩形状であり、所定の長さを有する長状のケース21を備えている。このケース21は、樹脂によって一体に成形することができる。ケース21は、図3に良く表れているように、鉛直方向に貫通する内部空間Sをもち、上記開口を封鎖するようにガラスカバー22が取付けられているとともに、下部開口を封鎖するように底部基板23が取付けられている。
上記底部基板23の上面における一方の長手縁部に沿って、複数個のイメージセンサチップ24が長手方向のアレイ状に取付けられている。また、同一の底部基板23の上面における他方の長手縁部に沿って、光源としての複数個のLEDチップ25が長手方向に所定の間隔をあけて列状に取付けられている。本実施例では、各LEDチップ25として、樹脂パッケージの施されていないベアチップ(裸のチップ)が使用されている。
また、上記ケース21の内部空間Sには、上記LEDチップ25からの光を効率的に上記ガラスカバー22上の被写体Dに照射するための透明樹脂製の導光部材26が収容されている。本実施例では、図5に示すように、導光部材26は所定の断面形状を有するプリズムの形態であり、水平な第1入射面26aと、傾斜状の第2入射面26bと、傾斜状の第1全反射面26cと、垂直な第2全反射面26dと、傾斜状の出射面26eと、を有している。プリズム26を構成する透明樹脂材料としては、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネート、ポリスチレンなどが好適である。
さらに、上記ケース21の内部空間Sには、被写体Dからの反射光を正立等倍に上記イメージセンサチップアレイ24に集束させるためのロッドレンズアレイ27(セルフォックレンズアレイ)が導光部材(プリズム)26と平行に配置されている。このロッドレンズアレイ27は、ケース21内に形成したホルダ部28に上方から挿入するようにして保持されている。ホルダ部28は、ロッドレンズアレイ27の平面形態と対応した収容溝29を有しており、その底部には、ロッドレンズアレイ27を透過した光を通過させてその下方に配置されるイメージセンサチップアレイ24上に至らせるためのスリット30が形成されている。
図1および3に表れているように、上記ホルダ部28の内壁における長手方向中間部には、上記ロッドレンズアレイ27の上面に係合して、このロッドレンズアレイ27の浮きを防止するための突起31が2個形成されている。各突起31は、図3に示すように、上記ホルダ部28へのロッドレンズアレイ27の挿入操作を阻害することがないように、適度な突出高さをもち、上記テーパ面31aが形成されている。
上記導光部材26は、上記ロッドレンズアレイ27の光軸Oの延長上に存在する読み取りラインLから側方に変位した位置において上記底部基板23に取付けられたLEDチップ25から発する光を、プリズム効果によって効率的に上記読み取りラインLないしはその近傍領域に導くためのものである。この導光部材26は、上記LEDチップ25の位置に対応して開口する透光窓32が形成された底壁33と、ケース21の内側壁21aと、上記溝状ホルダ部28の側壁28aとで囲まれた空間に嵌め込むようにして取付けられる。
図1に表れているように、上記導光部材26の一側面における長手方向中間部には、
2個の係合突起34が形成されている。また、図3に示されるように、上記ケース21の内側壁21aには、上記係合突起34が係合可能な係合凹部35が形成されている。
さらに、この導光部材26の両端部には、図1および図5に表れているように、上記ケースの内側壁21aと上記ホルダ部28の側壁28aとの間に嵌合しうる所定の高さを有する嵌合ブロック36が一体に形成されている。各嵌合ブロック36は、上記ロッドレンズアレイ27の各端部を上方から押圧するための押圧片37が一体延出形成されている。また、一方の嵌合ブロック36の背面には突起38が形成されており、他方の嵌合ブロック36の背面にはリブ39が形成されている。これら突起38およびリブ39により、両嵌合ブロック36を上記ケース内壁21aと上記ホルダ部側壁28aとの間に嵌合させたときに、摩擦力が高まり、両嵌合ブロック36が抜け難くなる。
上記構成の密着型イメージセンサ20は、次のようにして組み立てることができる。まず、ケース21のホルダ部28における収容溝29にロッドレンズアレイ27を上から嵌め込む。このとき、ホルダ部28の内側壁に形成した突起31がロッドレンズアレイ27の上面に係合して、このロッドレンズアレイ27の浮きを防止する。
次に、上記導光部材26を、上記ケース内側壁21aとホルダ部28の側壁28aとで囲まれた空間に上から嵌め込む。この結果、導光部材26の係合突起34がケース21の係合凹部35に係合するとともに、上記嵌合ブロック36が上記空間に摩擦力をもってぴったりと嵌まり込むことにより、導光部材26に浮きが生じることなく、定位置に保持される。また、この導光部材26の両端の嵌合ブロック36から延びる押圧片37が上記のロッドレンズアレイ27の両端部上面を押圧する。これにより、ロッドレンズアレイ27は、その長手方向中間部が上記突起31によって押さえられ、長手方向両端部が上記導光部材26の押圧片37によって押さえられることにより、安定的かつ確実に定位置に保持される。
上記ガラスカバー22は、上記ケース21の上面開口に嵌め込むようにして、たとえば接着によって固定される。上記底部基板23は、上記ケース21の底部開口に嵌め込んで、止め金具40によって固定される。各止め金具40は、図1および4に表れているように、バネ板部材を溝型状に折曲形成したものであって、その脚部40aに形成した係合穴41が、ケース21の両外側面に形成した係合突起42に係合する。
このように、本実施例に係る密着型イメージセンサ20は、ロッドレンズアレイ27および導光部材26の組立てが、接着剤や別途の固定部材や工具を全く必要とすることなく、単にケース21内の所定部位に嵌め込むという操作をするだけで完了する。また、単一の底部基板23にイメージセンサチップアレイ24のみならず、光源として複数のLEDチップ25も搭載されている。したがって、LEDチップ25を搭載するための別途の基板が不要となり、全体として部品点数を削減するとともに、組立て作業を簡易化することができ、密着型イメージセンサのコストダウンに寄与する。
さらに、上記実施例では、底部基板23は、上記ケース21の底部開口に挿入した状態で止め金具40によってケースに固定されている。従って、底部基板23もまた、接着やねじ等の煩雑な操作を必要とする固定手段を要することなく、簡便な操作によってケース21の下面に固定される。
一方、以上の構成を有する密着型イメージセンサ20は次のように動作する。すなわち、図4に示すように、各LEDチップ25が発光すると、そこからの光は、導光部材26(プリズム)の水平な第1入射面26a(図5も参照。以下同様)または傾斜状の第2入射面26bを介して屈折して導光部材26の内部に進入する。導光部材26に進入した光は傾斜状の第1全反射面26cまたは垂直状の第2全反射面26dにて全反射され、傾斜状の出射面26eを介して再度屈折して導光部材26から斜めに出射することになる。そして、導光部材26から出射された光はガラスカバー22(例えば、1.52の屈折率を有する)にてさらに屈折を受け、被写体D(図3)に照射される。この結果、読み取りラインLの位置にて被写体Dにより反射された光がロッドレンズアレイ27を介してイメージセンサチップアレイ24の位置にて焦点を結び、被写体D上の情報が光学的に読み取られる。なお、被写体Dは図示しないプラテン等によってガラスカバー22に接した状態にて駆動送りされ、これにより被写体D上の全情報が連続的に読み取られる。
このように、LEDチップ25がイメージセンサチップアレイ24と同様に底部基板23に搭載されているにもかかわらず、導光部材26としてのプリズムが入射した光を出射面26eから被写体Dに向けて斜めに出射する作用を有するので、光源を斜めに取り付けた場合(図9の従来例参照)と同様に光の照射効率を高めることができる。しかも、プリズム26はLEDチップ25からの光を読み取りラインLの横切り方向に集光する作用も有するので、光の照射効率は一層向上する。なお、LEDチップ25からの光の全てをプリズム26内に進入させて、照射効率を最大限に高めるためには、プリズム26の収容空間を規定する2つの側壁21aおよび28aに対して当該プリズム26が隙間なく接して光を漏らさないようにするのが好ましい。
また、各LEDチップ25からプリズム26を経て読み取りラインLに至る光学的距離はLEDチップ25とガラスカバー22の外表面との間の直線距離よりも長くとることができるので、LEDチップ25から発した光を読み取りラインLの長手方向に十分に広げることができる。従って、LEDチップ25の個数を少なくしても(すなわち、LEDチップ25間の間隔を大きくしても)、読み取りラインLに沿って略均一に光を照射することができる。なお、プリズム26の作用としては、読み取りラインLにおける光の強度を高めるために同ラインLの横切り方向には集光し、少ない個数のLEDチップ25で均一な光照射を行うために同ラインLの長手方向に光を広げるのが好ましい。
各LEDチップ25からプリズム26を経て読み取りラインLに至る光学的距離は、隣接するLEDチップ25間のピッチ間隔と略等しくなるように設定するのが好ましい。ここで、隣接するLEDチップ25間のピッチ間隔を12mmと仮定すると、各LEDチップ25とガラスカバー22の外表面との間の距離を例えば約9〜10mmに設定すると、光学的距離がLEDチップ25間のピッチ間隔とほぼ等しくなる。
上記第1実施例において、プリズム26内に入射した光が全て確実に第1全反射面26cまたは第2全反射面26dによって反射されるようにするために、これらの反射面26c、26dにアルミニウム等の金属を蒸着させて、鏡面を形成してもよい。また、プリズム26の出射面26eと読み取りラインLとの間に棒状の凸レンズを設けて、出射面26eから出射された光が読み取りラインLの近傍に集光されるようにしてもよい。
図6は、上記第1実施例の変形例を示している。この変形例では、ガラスカバー22を接着によってケース21の上面開口に固定することに代えて、ケース21の両端に嵌合するキャップ状の固定金具43によって固定している。
図7および8は、本願発明の第2実施例に係る密着型イメージセンサ20’を示す。第2実施例のイメージセンサは、第1実施例のものと基本的構成において類似しているので、類似の部品については同一の引用符号にダッシュ(’)を付して、重複する説明については省略する。第2実施例は主として導光部材26’としてのプリズムの形態について第1実施例と相違する。
すなわち、第2実施例のプリズム26’は、一方向に斜め上方に傾斜する第1入射面26a’と、この第1入射面26a’とは反対方向に斜め上方に傾斜する第2入射面26b’と、単一の傾斜状の全反射面26c’と、傾斜状の出射面26e’と、この出射面26e’の下方に位置する係合段部26g’と、有している。プリズム26’をケース21’の内側壁21a’とホルダ部28’の側壁28a’との間に形成される収容空間に挿入したとき、上記係合段部26g’がホルダ部28’の対応する角部28b’に係合するようになっている。また、プリズム26’における第1入射面26a’と全反射面26c’とによって形成される角部26f’がケース21’の内側壁21a’に隙間なく接触するように構成されている。
第2実施例のイメージセンサ20’において、各LEDチップ25’から発生した光は全て第1入射面26a’または第2入射面26b’を介して屈折してプリズム26’内に進入し、全反射面26c’にて反射され、出射面26e’を介して読み取りラインL’に向けて斜めに出射される。その際、プリズム26’は入射した光を読み取りラインL’の横切り方向に集光するとともに、同ラインL’の長手方向には光を広げる。従って、第2実施例も第1実施例と同様の効果を発揮する。
一方、図8に示すように、プリズム26’の両端部には拡大嵌合ブロック36’が形成されており、ケース21’の内部空間S’の両端部には上記拡大嵌合ブロック36’に対応する形状の拡大収容部Sa’が形成されている。従って、プリズム26’をケース21’の内部空間S’に上方から挿入した場合に、上記拡大嵌合ブロック36’が上記拡大収容部Sa’に定着保持される。従って、プリズム26’の取り付けは接着剤等を用いることなく容易に行うことができる。なお、図8においては説明の便宜上、ケース21’とプリズム26’以外の部品については省略してある。
以上、本願発明の好適な実施例について説明したが、本願発明はこれら実施例に限定されない。例えば、導光部材としてのプリズムの形態はLEDチップから上方に発生された光を屈折集光して被写体に向けて斜めに出射できるものであれば任意に変更できる。また、導光部材としては、プリズム以外に光ファイバの束などに置き換えることもできる。
Claims (8)
- 複数の受光素子および光源が搭載された共通の基板と、内部に入射した上記光源からの光を被写体に向けて斜めに出射するための導光部材と、を含む構成の密着型イメージセンサにおいて、
上記導光部材はケース内の収容空間に密に嵌合されたプリズムであり、
上記プリズムは、上記光源に対面する第1入射面と、上記光源に対面するとともに上記第1入射面に対して所定の角度をなす第2入射面と、少なくとも1つの全反射面と、上記第1入射面および第2入射面から入射し、上記全反射面で反射した光を前記被写体に向けて斜めに出射するための出射面と、を有している、密着型イメージセンサ。 - 上記プリズムの第1入射面は上記基板にほぼ平行であり、上記第2入射面は上記基板に対して傾斜している、請求項1に記載の密着型イメージセンサ。
- 上記プリズムの第1入射面および第2入射面は共に上記基板に対して傾斜している、請求項1に記載の密着型イメージセンサ。
- 上記プリズムは、上記基板に対して傾斜した第1全反射面と、上記基板に対してほぼ垂直な第2全反射面と、を備えている、請求項1に記載の密着型イメージセンサ。
- 複数の受光素子および光源が搭載された共通の基板と、内部に入射した上記光源からの光を被写体に向けて斜めに出射するための導光部材と、を含む構成の密着型イメージセンサにおいて、
上記導光部材はケース内の収容空間に密に嵌合されたプリズムであり、
上記プリズムの両端部には、上記ケース内の収容空間の両端部に嵌合定着される嵌合ブロックが形成されている、密着型イメージセンサ。 - 複数の受光素子および光源が搭載された共通の基板と、内部に入射した上記光源からの光を被写体に向けて斜めに出射するための導光部材と、を含む構成の密着型イメージセンサにおいて、
上記導光部材はケース内の収容空間に密に嵌合されたプリズムであり、
上記プリズムはその長手方向中間部に係合突起を有しており、上記ケースは上記プリズムの係合突起に係合する係合凹部を備えた内側壁を有している、密着型イメージセンサ。 - ケースと、このケースの上面に取付けられたガラスカバーと、上記ケースの底面に取付けられた底部基板と、この底部基板に搭載された複数の受光素子と、
上記ガラスカバー上の被写体に光を照射するための複数の発光素子と、
上記ガラスカバー上の被写体からの反射光を上記受光素子に集束させるためのロッドレンズアレイと、を備え、上記発光素子は、上記底部基板上に搭載されており、上記ケース内には、上記発光素子の発する光を上記ガラスカバーの所定領域に効率的に照射するための導光部材がさらに設けられた構成の密着型イメージセンサにおいて、
上記ロッドレンズアレイは、上記ケース内に形成された溝状ホルダ部に上方から挿入保持されているとともに、上記ロッドレンズレイの上面が上記導光部材の両端部に形成した押圧片によって押圧されていることを特徴とする、密着型イメージセンサ。 - 上記溝状ホルダ部には、上記ロッドレンズアレイの長手方向中間部上面に係合する突起が形成されている、請求項7に記載の密着型イメージセンサ。
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