JP3710822B2 - 密着型イメージセンサ - Google Patents

Description

技術分野
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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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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