JP3953173B2 - Contact image sensor - Google Patents
Contact image sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP3953173B2 JP3953173B2 JP02255298A JP2255298A JP3953173B2 JP 3953173 B2 JP3953173 B2 JP 3953173B2 JP 02255298 A JP02255298 A JP 02255298A JP 2255298 A JP2255298 A JP 2255298A JP 3953173 B2 JP3953173 B2 JP 3953173B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- lens
- rod
- image sensor
- original
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンピュータ、ファクシミリ、複写機等の入力装置として、原稿の画像を読み取るイメージセンサ特に密着型イメージセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
イメージセンサは画像の入力装置として、操作性、汎用性に優れ、近年OA機器、情報機器等の分野で広く用いられている。特に近年、家庭用ファクシミリ装置の需要が高まり、これに用いられるイメージセンサとして小型で使い易いものが要求されているところから光源に発光ダイオード(以下「LED」という。)アレイ等を用いた密着型イメージセンサが普及しつつある。図16は例えば特開平6ー342131号公報にも記載されている従来のかかる密着型イメージセンサの断面図であり、その概要を説明する。
【0003】
図16に示すように、密着型イメージセンサは光電変換を行うセンサー画素が複数配列された原稿読取受光素子121と、保護膜122と、これが実装された基板123とからなる成る受光素子アレイ124と、原稿を照射する線状光源であるLEDアレイ125と、原稿129の像を受光部である前記受光素子アレイ124に結像するレンズアレイ126と、原稿129を載置する透明板127と、これらの部材を支持する外装ケース128より構成されている。
【0004】
上記密着型イメージセンサにおける動作は、LEDアレイ125により原稿面を照射し、前記原稿面の読み取りライン上の拡散反射光をレンズアレイ126により受光素子アレイ上に結像し、前記反射光のもつ原稿129の濃淡情報、即ち光の強弱を受光素子アレイ124における個々の原稿読取受光素子121のセンサー画素が電気信号に変換し、シリアル又はパラレルの信号出力として読み取りラインごとに送り出す。そして、前記原稿129とセンサー画素列との相対位置をラインと垂直方向に移動させて、前記ラインごとのデータ送出を繰り返すことにより、2次元画像情報を時系列電気信号に変換する。
【0005】
しかしながら、前述の密着型イメージセンサには次のような問題がある。前記レンズアレイ126は図面と垂直方向に配列された個々に集光性を有する複数のロッドレンズよりなる複眼レンズであり、このため、受光側において像の重なりが発生し、合成開口角が大きくなるので、被写界深度が浅く、原稿が折れていたり、切り貼りなど原稿に凹凸がある場合に画質が劣化するという問題があった。また、本の見開き部分等の読み取りをすることができず、かかるイメージセンサの用途が限定されていた。
【0006】
前記のロッドレンズを用いたレンズアレイ126における結像の様子を図17を用いて説明する。図16に示すンズアレイはロッドレンズ126aが前記ライン方向に整列してなり、各ロッドレンズ126aは光軸に直交する方向に屈折率分布を持った透光材よりなっている。個々のロッドレンズ126aは図17(a)に示すように原稿面上の直径X0の範囲を前記センサ画素の配置されたセンサ面上に正立等倍結像する。ある一点の発光点pとその結像qをを考える。pが基準位置にあるとき、丁度センサー面上に集光点があり、結像qにボケは生じないものとする。図17(b)に示すように、発光点pがp´へxだけ移動すると、集光点もセンサ面の後方にxだけ移動し、センサ面における結像qはHの量のぼけを生ずる。ぼけの量Hはロッドレンズ26aが単独の場合は、ほぼH=θxとなり、開口角θに依存する。図17(c)に示すようにロッドレンズ126aが複数個配列しているときには、開口角はθより大きいθ′となり、ぼけの量はHよりも大きいH´となり、略H´=θ´xとなる。そしてロッドレンズ126aの配列数が増えるほど、結像範囲X0の重なりにより開口角は大となり、ボケも大となって行く。このように、開口角が広く、比写界深度が浅くなり、発光点pの移動に対し結像qのボケの量の割合が大きいことが問題となっていた。
【0007】
このような欠点を除去するために個々のロッドレンズの開口角θを小さくしようとすると、pからqに至る光路長が長くなり、密着型イメージセンサに使用する場合、装置の大型化を招く。また、このようなロッドレンズ自体が高価となる。上記のこれらの欠点を改善することを目的に改良された図18に示す密着型イメージセンサが特開平6ー342131号公報に記載されている。図18において、110は開口制限部材であり、個々の前記ロッドレンズ126aに対応してその出射側に配置されている。他の点に関しては図16に示したイメージセンサと同様である。本例においては、開口制限部材110により個々のロッドレンズ126aの開口角を制限するとともに、各ロッドレンズ間の像の重なりを制限し、ぼけの量を減少しようとしている。
【0008】
しかしながら、この場合個々のロッドレンズ126aに対し開口制限部材110の位置関係を精度良く合わせなければならず、組立性の上で不利となる。その上、開口制限部材110により、通過光量が制限され、前記受光素子アレイ124への入射光の強度が弱くなり、光電変換におけるS/N比が低下し発生信号の雑音を増加させる傾向を生ずる。
【0009】
本発明は従来の密着型イメージセンサにおける上記の問題点、すなわち、一般に、開口角が広く被写界深度が浅いと言う問題、これを改善しようとして被写界深度を深いロッドレンズを用いると、装置の大型化等をまねくという問題、ロッドレンズに対し開口制限部材を設けると組立上不利となり、受光素子の信号の雑音を増加させるという問題を解決すべき課題とするものである。そして、本発明はこれらの課題を解決し、折れ曲がり、凹凸、見開き等各種の原稿に対応でき、精度良く原稿の画像を読み取ることができるとともに、組立も容易な密着型イメージセンサを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第1の手段として本発明は、原稿を支持する透明部材と、該原稿を照明する光源と、該原稿からの反射光を導くレンズアレイと、該レンズアレイの出射側で前記原稿の結像を受光し光電変換する光センサーアレイとを備えた密着型イメージセンサにおいて、前記レンズアレイは2焦点レンズが集合して形成されていることを特徴とする。
【0011】
上記課題を解決するための第2の手段として本発明は、前記第1の手段において、前記レンズアレイの2焦点レンズは平行入射光の波面を回折により、変換する手段と屈折により変換する手段を備え、0次回折光を第1の焦点に集光するとともに1次回折光を第1の焦点と離れた第2の焦点に集光するように構成されていることを特徴とする。
【0012】
上記課題を解決するための第3の手段として本発明は、前記第2の手段において、前記レンズアレイの2焦点レンズの少なくとも一方のレンズ面にホログラムが形成されていることを特徴とする。
【0013】
上記課題を解決するための第4の手段として本発明は、前記第3の手段において、前記レンズアレイの2焦点レンズのレンズ面に形成されたホログラムの形状は0次回折光の光量と1次回折光の光量のバランスがとれるような格子間の段差を有することを特徴とする。
【0014】
上記課題を解決するための第5の手段として本発明は、前記第1の手段において、前記レンズアレイの2焦点レンズはそのレンズ面にそれぞれ異なる1次回折光の焦点を有する2種類のホログラムが形成されていることを特徴とする。
【0015】
上記課題を解決するための第6の手段として本発明は、前記第1の手段において、前記レンズアレイの2焦点レンズの少なくとも一方のレンズ面は互いに曲率の異なる2種類の曲面により構成されていることを特徴とする。
【0016】
上記課題を解決するための第7の手段として本発明は、前記第1の手段乃至第6の手段のいずれかにおいて、前記原稿を照明する光源は発光素子としてR、G、BのLEDを有し、これらLEDは各色ごとに順次時分割で点灯するよう駆動されることを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明の好適な実施の形態の一つである実施例について説明する。図1は本実施例に係る密着型イメージセンサの構成を示す断面図であり、図2は図1のAーA断面図である。図1に示すように、本例の密着型イメージセンサは光電変換を行うセンサー画素が複数配列された原稿読取受光素子21と、保護膜22と、これが実装された基板23とからなる成る受光素子アレイ24と、原稿を照射する線状光源であるLEDアレイ25と、原稿29の像を受光部である前記受光素子アレイ24に結像するレンズアレイ26と、レンズアレイ26を保持する支持枠37と原稿29を載置する透明板27と、これらの部材を支持する外装ケース28より構成されている。
【00018】
上記密着型イメージセンサにおける動作は、LEDアレイ25により原稿面を照射し、前記原稿面の読み取りライン上の拡散反射光をレンズアレイ26により受光素子アレイ24に結像し、前記反射光のもつ原稿29の濃淡情報、即ち光の強弱を受光素子アレイ24における個々の原稿読取受光素子21のセンサ画素が電気信号に変換し、シリアル又はパラレルの信号出力として読み取りラインごとに送り出す。そして、前記原稿29とセンサー画素列との相対位置をラインと垂直方向に移動させて、前記ラインごとのデータ送出を繰り返すことにより、2次元画像情報を時系列電気信号に変換する。
【0019】
レンズアレイ26は図1および図2に示すように、前記原稿面の読み取りラインに平行な方向に配列された複数のロッドレンズ36がレンズ保持枠37により保持されてなり、ロッドレンズ36は受光素子アレイ24に対向する側の端部にホログラムが形成されたホログラム部36bおよびこれに接続するロッド部36aからなり、全体として略円柱状をなす。図3はロッドレンズ36の形状を示す図であり、(a)は断面図、(b)は下面図である。図3に示すようにホログラム部36bには同心円状の複数の溝36cが形成されている。そして溝36cのピッチ間隔はロッドレンズ36の円形の端面の外周に行くほど小となっている。ロッド部36aは図16に示して説明した従来のロッドレンズ26aと同様に光軸に直交する方向に屈折率分布を持った透光材よりなっており、それ自体では同様の機能を有する。
【0020】
図4はホログラム部36bが単独である場合の光路変換の作用を示す図である。図4に示すように前方から溝と反対側の面に入射した光軸に平行な光は溝のある面から出射する際、回折角が0の0次回折光s0と溝36cのピッチdと光の波長λによりφ=sinー1(λ/d)なる関係によりきまる回折角を有する1次回折光s1に分かれる。0次回折光s0は入射光と同様の光軸に平行な光となるが、1次回折光s1は光軸から離れ周辺の方向へ折れ曲がり、その角度は周辺に行くほど溝のピッチdに反比例して大となり、凹レンズのように、仮想的な発光点Amから発した光のような発散光となる。逆に溝36cのある側からAmに集光する方向に光を入射すると、ホログラム部36bを出射する光はAmに集光する0次回折光と光軸に平行な1次回折光に分かれる。本例においては、0次回折光と1次回折光の光量が略等しくなるよう形状に溝36cが形成されている。溝36cは成形型により、ロッドレンズ36の成型と同時に形成することができる。
【0021】
図5は図3に示すロッドレンズ36における光路変換の作用を示す原理図であり、(a)は全体を示す断面図、(b)は(a)におけるB部の詳細図、(c)は(b)のCーC矢視図である。図5(a)においてホログラム部36bとロッド部36aは説明の都合上、分離して示してある。図5において、基準となる位置にある発光点A0から発した光はロッド部36aに入射し、等倍正立の結像を生ずる0次集光点B00に向かって出射し、ホログラム部36bに入射する。ホログラム部36bからの出射光は0次回折光s0と1次回折光s1に分かれ、0次回折光s0は前記0次集光点B00に集光し、1次回折光s1は0次集光点B00から後方にdだけ離れた1次集光点B01に向かって集光する。
【0022】
1次回折光が0次回折光の集光点B00よりも後方に集光するのは、すでに図4を用いて説明したホログラム部36bの発散効果によるものであり、凸レンズの後方に凹レンズを配することにより、集光点が後方に移動するのと似た原理によるものである。ここで、センサー面Sを前記1次集光点B01に一致するように配置しておく。センサ面からみた開口角をθ、0次回折光による結像をq0、1次回折光による結像をq1とすると、q0とq1は重なった位置に生ずるが、q0のぼけH0は略H0=θdでりあり、q1のぼけH1はH1=0である。
【0023】
次に、図6は発光点の移動とぼけの関係示す図であり、(a)は全体を示す断面図、(b)は(a)におけるD部の拡大図、(c)は(b)のEーE矢視図である。図6(a)に示すように発光点A0が基準点x0からxだけ前方のA0′点に移動すると、0次集光点B00はxだけ後方のB00′点に移動し、1次集光点B01は略Xだけ後方のB01′点に移動する。このとき0次回折光による結像q0のぼけの量B0は、略B0=θ|dーx|となり、1次回折光による結像q1のぼけの量H1は、略H1=θ|x|となる。図7は発光点A0の基準位置からの移動量xと、0次回折光の結像q0のぼけ量H0および1次回折光の結像q1のぼけ量H1の関係を示す図である。ここで、いずれか1の結像についてボケの量が所定値以下であれば、受光面に配置した前記原稿読取受光素子21を正常に動作させることができる。
【0024】
そこで、図7に示すH0、H1のうちいずれか小なる方の値をとって、実効的なボケ量HEとし、図17(b)に示したホログラム部を有しない従来のロッドレンズのぼけ量Hと対比させたグラフを図8に示す。同図において、実線はHEを破線はHを示す。図2に示す本実施例のロッドレンズ36の場合は、発光点の移動に対する実効的なボケの量を従来よりも広い範囲にわたり小さく維持することができる。例えばxが(3/2)dの場合はぼけの量を従来の1/3とすることができる。開口角θを小さくすることなしに、実質的に焦点深度を深くして、ぼけを減小させることができる。この効果は複数のロッドレンズ36が整列してなるレンズアレイにおいても、同様であり、図16のθ′に相当する合成的な開口角を小さくすることなしに、実質的に焦点深度を深くして、ぼけを減小させることができる。従って、本例においては、開口を制限する部材を設けたり、開口角を小さくするために、ロッドの径を小さくしたり、発光点と受光点の距離を長くする必要はない。
【0025】
このように、ロッドレンズ36にホログラム部36bを設けることにより、1の発光点からの光が2の異なる位置に集光する2焦点レンズが構成され、基準点から前方に移動したことによる結像の実効的なボケを効果的に低減することができる。しかも、上記のように制限部材がなく、開口角も広くとれるので、装置を小型にし、受光面における光量も十分にとれる。これにより、図1に示した本実施例に係る密着型イメージセンサにおいて、原稿29の折れ曲がりや、見開き等により透明板27と原稿29の間に隙間を生じ、原稿面における反射光の発光点が透明板27の表面の位置から前方にずれた場合に、このずれに起因して受光面に配置した前記原稿読取受光素子21における結像に発生するボケの量を従来より大幅に低減することができ、また、小型装置において、受光面の光量の確保により、原稿面のデータを精度よく読み取ることができる。
【0026】
図9は図2に示した密着型イメージセンサのロッドレンズ36をホログラム部36bが透明板27の側になるように逆方向に配置した場合の光路変換の作用を示す原理図である。図8においてホログラム部36bはとロッド部36aは説明の都合上、分離して示してある。図8に示すように基準となる位置にある発光点A0から発した光はすべてホログラム部36bに入射し、ここですでに説明したのと同様の原理により回折されて0次回折光s0と1次回折光s1に分かれてロッド部36aに入射する。このとき1次回折光は外側に折れ曲がり、A0よりdだけ後方の仮想光点Amから発した光と同様の角度をとる。ロッド部36aから出射した0次回折光s0は発光点A0と等倍の位置B00に、1次回折光s1はB0からdだけ前方で、仮想光点Amと等倍の位置Bmにそれぞれ集光する。このようにして、図2に示したロッドレンズ36の作用と同様に1の発光点に対し分離した2の集光点を生ずる2焦点レンズが構成される。従って本例の場合も図1に示した密着型イメージセンサと同様の原理により同様の作用効果を有する。
【0027】
図10は図3に示したロッドレンズ36の変形例であるロッドレンズを示す断面図である。ロッドレンズ36は受光素子アレイ24に対向する側の端部に形成されたホログラム部36bおよびこれに接続するロッド部36aからなり、全体として略円柱状をなす。ロッド部36aは図3に示して説明したロッド部と同様である。ホログラム部36bには同心円状の複数の溝36cが形成されている。そして溝36cのピッチ間隔はロッドレンズ36円の外周に行くほど小となっている。溝の形状は波型をなし、2次以上の回折光を完全にカットし、0次回折光と1次回折光の光強度が略等しくなるような形状となっている。しかし、溝36cの波型の勾配の方向は図3に示したロッドレンズ36の場合と逆であり、溝36cの深さが内周に向けて増大する方向の勾配となっている。これにより、回折角度が逆となり、例えば、光軸に平行な光線がホログラム部36bに入射したときには、1次回折光を凸レンズのように集光する方向に回折する。
【0028】
図10において、基準となる位置にある発光点A0から発した光はロッド部36aに入射し、等倍正立の結像を生ずる0次集光点B00に向かって出射し、ホログラム部36bに入射する。ホログラム部36bからの出射光は0次回折光s0と1次回折光s1に分かれ、0次回折光s0は前記0次集光点B00に集光し、1次回折光s1は0次集光点B00から前方にd1だけ離れた1次集光点B01に向かって集光する。1次回折光が0次回折光の集光点B00よりも前方に集光するのは、すでに説明したホログラム部36bの集光効果によるものであり、凸レンズの後方に凸レンズを配することにより、集光点が前方に移動するのと似た原理によるものである。このようにして、図2に示したロッドレンズ36bの作用と同様に1の発光点に対し分離した2の集光点を生ずる2焦点レンズが構成される。従って本例の場合も図1に示した密着型イメージセンサと同様の原理により同様の作用効果を有する。
【0029】
図11は図3に示したロッドレンズ36の他の1つの変形例であるロッドレンズの形状を示す図であり、(a)は断面図、(b)は下面図である。図10のロッドレンズ36は図2に示した受光素子アレイ24に対向する側の端部にホログラムが形成されたホログラム部36bおよびこれに接続するロッド部36aからなり、全体として略円柱状をなす。ロッド部36aは図2に示して説明したロッド部36aと同様である。ホログラム部36bはロッドの端面の円の略直径を境にして、互いに異なる形状の溝36c1と36c2をすれぞれ有するする第1の部分36b1と第2の部分36b2とに分かれ、それぞれに同心半円状の複数の溝36c1および36c2が形成されている。これらの溝のピッチ間隔はいずれも外周に行くほど小さくなって行く。
【0030】
しかし、溝36c1と溝36c2の波型の勾配の方向は互に逆になっている。すなわち、溝36c1の場合はその深さが内周に向け増大する方向の勾配で、すでに述べたように集光性を有するのに対し、溝36c2の場合はその深さが内周に向け減少する方向の勾配で、発散性を有する。更に、溝36c1および溝36c2の溝の形状は0次回折光を通過させず、1次回折光のみを通過させる形状となっている。この結果、第1の部分36b1は入射光を光軸方向に曲げて1次回折光とする集光作用を有し、第2の部分36b2は入射光を光軸から遠ざける方向に曲げて1次回折光とする発散作用を有する。
【0031】
ホログラム部36bと反対側の端面の側の基準位置にある発光点A0からの光がロッドレンズ36のロッド部36aに入射した後に、A0と等倍正立の位置関係にあるB0に向かう方向でホログラム部36bに入射する。そして、第1の部分36b1に入射した光は、上記の集光作用を受け、1次回折光s11としてB0よりも距離dだけ手前の第1の集光点B11に集光する。第2の部分36b2に入射した光は、上記の発散を受け、1次回折光s12としてB0よりも距離dだけ後方の第2の集光点B12に集光する。このようにして1の発光点に対して異なった位置に2の集光点を生ずる2焦点レンズが構成される。従って本例の場合も図1に示した密着型イメージセンサと同様の原理により同様の作用効果を有する。
【0032】
以下図面に基づいて本発明の好適な実施の形態の他の一つである実施例について説明する。図12は後述するカラー画像読取用の密着型イメージセンサにも使用することができるロッドレンズ36の構成を示す断面図である。図12に示すようにロッドレンズ36は受光素子アレイ24に対向する側の端部に凸状の曲面が形成されたレンズ部36cおよびこれに接続するロッド部36aからなり、全体として略円柱状をなす。ロッド部36aは図2に示して説明したロッド部と後述する波長特性を除き同様の特性を有する。レンズ部36cは内側に平面または低曲率の凸面よりなる第1面36c1を外周部に第1面36c2よりも高い曲率の凸面よりなる第2面36c2を有している。
【0033】
図12に示すように基準位置にある光点A0から発した光は、ロッド部36に入射した後、光点A0と等倍正立の関係にある集光点B0に向かってロッド部36aを出射し、レンズ部36c入射した後、レンズ面から出射するが、第1面36c1から出射した光は略前記集光点B0の位置に集光し、第2面36c2から出射した光は屈折による集光効果により、前記集光点B0よりもdcだけ前方の位置B2に集光する。これはそれぞれの出射面における集光効果の差によるものである。このようにして1の発光点に対して異なった位置に2の集光点を生ずる2焦点レンズが構成される。従って本例の場合も図1に示した密着型イメージセンサと同様の原理により同様の作用効果を有する。
【0034】
ロッド部36aにおいて、前記第2面36c2に近接している補償部分36dは、光軸に平方な方向および直交する方向に屈折率を分布させ、第2面36c2との組み合わせにより色消しレンズと類似の原理により、レンズ面の波長に対する分光性を低減し、後述するカラー画像読取用の密着型イメージセンサに用いた場合においてもR、G、Bの光に対応する集光点を前記B2に一致させる作用を有する。
【0035】
図13はカラー画像読取用の密着型イメージセンサの構成を示す図であり、(a)はその断面図、(b)は(a)におけるDーD断面図である。図14は図13に示す密着型イメージセンサに用いられるロッドレンズの構造を示す断面図である。図14に示すようにロッドレンズ36は受光素子アレイ24に対向する側の端部の周辺部にホログラム部36bが設けられ、端部の内周部はロッド部36aとなっている。ホログラム部36bには同心円状の36c溝が設けられているが、溝のピッチ間隔は外周に行くほど小さくなって行く。溝36cの波型の勾配の方向は溝の深さが内周に向け減少する方向の勾配で、すでにのべたように発散性を有する。更に、溝36c1の形状は0次回折光を通過させず、1次回折光のみを通過させる形状となっている。この結果、ホログラム部36bは入射光を光軸から遠ざける方向に曲げて1次回折光とする発散作用を有する。
【0036】
図14に示すように基準位置にある光点A0から発した光は、ロッド部36に入射した後、端部のホログラム部36bおよび内周のロッド部端部36a1から出射する。ロッド部端部36a1から出射した光は前記A0と等倍正立の位置にある集光点B0に集光し、ホログラム部36bから出射した光は回折による発散効果により、前記集光点B0よりもdだけ後方の位置B2に集光する。これはそれぞれの出射面における集光効果の差によるものである。このようにして1の発光点に対して異なった位置に2の集光点を生ずる2焦点レンズが構成される。
【0037】
ロッド部36aは図3に示して説明したロッド部と後述する波長特性を除き同様の特性を有する。ロッド部36aにおいて、ホログラム部36bに近接している補償部分36dでは光軸に平方な方向および直交する方向に屈折率を分布させている。これにより、ホログラム部36bとの組み合わせにより色消しレンズと類似の原理により、ホログラム部36bの波長に対する分光性を低減し、図13に示すカラー画像読取用の密着型イメージセンサに用いた場合において、後述するR、G、Bの光に対応する集光点がすべて一定の位置の前記B2に略一致するようにしてある。すなわち、ホログラム部36bにおける回折角は波長に比例して大となり、発散効果が増大する。従って、そのままでは、集光点B2の位置はR、G、Bの光に対応して、R、G、Bの順にB0からの距離dが増加し、凸レンズと同様の分光作用を生ずる傾向があるので、凸レンズの色消しと類似の方法により分光性を低減するのである。
【0038】
図13に示したカラー画像読取用の密着型イメージセンサの動作につき説明する。原稿を照射する線状光源であるLEDアレイ25は図13(b)に示すように、LED基板25cの上に略赤色の発光をするLED(RのLED)25R、略緑色の発光をするLED(GのLED)25Gおよび略青色の発光をするLED(BのLED)25Bの3種類のLEDが入り交じって読み取りラインの方向に一列に配列されている。これらのLEDは図示しない光源駆動回路により図示しない駆動電極間に駆動電圧が印加されることにより、色毎に時分割で点灯され、原稿面の読み取りラインを照射し、R、G、Bの色毎に原稿面における対応する色の成分の反射光を生じさせる。
【0039】
反射光も略R、G、Bの色毎に時分割で反射点に対応するロッドレンズ36に入射する。ロッドレンズ36に入射した各色の光は色別にすでに説明した原理により色が変わってもほとんど定位置にある2点に向かって集光する。従って本例の場合は原稿のカラー画像の各色の読み取りに関し、図1に示した密着型イメージセンサと同様の原理により同様の作用効果を有し、精度よくカラー画像を読み取ることができる。
【0040】
以上に述べてきた本発明の密着型イメージセンサの実施例に係るレンズアレイを構成するレンズに関しては、ロッドレンズの一方の端面にホログラムまたは曲率の異なるレンズ面を設けたものについて述べてきたが、本発明はこれに限らず、これらを一方の端面の代わりに他方の端面に設けたもの、または必要に応じて両側の端面に設けたものにおいても、すでに説明した実施例と同様の作用効果を有する。またロッドレンズに限らず、図15に示すように凸レンズ40の少なくとも一方の面にホログラム40bを設たもの、または図示は省略するが凸レンズの少なくとも一方の面を曲率の異なる2種類の面で構成したもによりレンズアレイを構成することによっても、類似の作用効果を得ることができる。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、密着型イメージセンサにおいて、開口角を制限せずに、原稿の浮きによる受光部の結像ぼけを低減し、小型で読み取り精度の高い装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一つである密着型イメージセンサの構成を示す断面図である。
【図2】図1のAーA断面図である。
【図3】図1に示す密着型イメージセンサに用いるロッドレンズの構造を示す図であり、(a)は断面図、(b)は下面図である。
【図4】図3に示すロッドレンズの作用を示す図である。
【図5】図3に示すロッドレンズの作用を示す図である。
【図6】図3に示すロッドレンズの作用を示す図である。
【図7】図3に示すロッドレンズの作用を示す図である。
【図8】図3に示すロッドレンズの作用を示す図である。
【図9】図3に示すロッドレンズの作用を示す図である。
【図10】図3に示すロッドレンズの変形例の構造および作用を示す図である。
【図11】図3に示すロッドレンズの変形例の構造および作用を示す図であり、(a)は断面図、(b)は下面図である。
【図12】本発明の実施の形態の一つである密着型イメージセンサに用いるロッドレンズの構造を示す断面図である。
【図13】本発明の実施の形態の一つである密着型イメージセンサの構成を示す図であり、(a)は断面図、(b)は(a)におけるDーD断面図である。
【図14】図13に示す密着型イメージセンサに用いるロッドレンズの構造および作用を示す図である。
【図15】本発明の実施の形態の一つである密着型イメージセンサに用いる2焦点型の凸レンズの構造を示す断面図である。
【図16】従来の密着型イメージセンサの構成を示す断面図である。
【図17】図16に示す密着型イメージセンサに用いるロッドレンズの作用を示す図である。
【図18】従来の密着型イメージセンサの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
24 受光素子アレイ
25 LEDアレイ
26 レンズアレイ
27 透明板
28 外装ケース
36 ロッドレンズ
36b ホログラム部
36c レンズ部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE
[0002]
[Prior art]
Image sensors are excellent in operability and versatility as image input devices, and have been widely used in recent years in fields such as OA equipment and information equipment. In particular, in recent years, demand for household facsimile machines has increased, and a compact and easy-to-use image sensor has been demanded. Therefore, a contact type using a light emitting diode (hereinafter referred to as “LED”) array or the like as a light source. Image sensors are becoming popular. FIG. 16 is a cross-sectional view of a conventional contact image sensor described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-342131, and an outline thereof will be described.
[0003]
As shown in FIG. 16, the contact-type image sensor includes a light-receiving element array 124 including a document reading light-receiving element 121 in which a plurality of sensor pixels that perform photoelectric conversion are arranged, a protective film 122, and a substrate 123 on which the protective film 122 is mounted. An
[0004]
In the operation of the contact type image sensor, the document surface is irradiated by the
[0005]
However, the above contact image sensor has the following problems. The
[0006]
The state of image formation in the
[0007]
If an attempt is made to reduce the opening angle θ of each rod lens in order to eliminate such drawbacks, the optical path length from p to q becomes long, and the use of the contact image sensor increases the size of the apparatus. Further, such a rod lens itself is expensive. JP-A-6-342131 discloses a contact image sensor shown in FIG. 18 which is improved for the purpose of improving these drawbacks. In FIG. 18,
[0008]
However, in this case, the positional relationship of the
[0009]
The present invention has the above-mentioned problems in the conventional contact image sensor, that is, in general, the problem that the aperture angle is wide and the depth of field is shallow, and using a rod lens having a large depth of field in order to improve this, The problem of increasing the size of the apparatus and the like, and the provision of an aperture limiting member for the rod lens are disadvantageous in assembly, and the problem of increasing the noise of the signal of the light receiving element is a problem to be solved. The present invention solves these problems, and provides a contact image sensor that can deal with various types of originals such as bent, uneven, double-page spread, can accurately read an image of an original, and can be easily assembled. Objective.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As a first means for solving the above-described problems, the present invention provides a transparent member that supports a document, a light source that illuminates the document, a lens array that guides reflected light from the document, and an exit side of the lens array. In the contact-type image sensor including an optical sensor array that receives and photoelectrically converts the image of the original, the lens array is formed by a collection of bifocal lenses.
[0011]
As a second means for solving the above-mentioned problems, in the first means, the bifocal lens of the lens array includes means for converting a wavefront of parallel incident light by diffraction and means for converting by refraction. And the first-order diffracted light is condensed on a first focal point and the first-order diffracted light is condensed on a second focal point separated from the first focal point.
[0012]
As a third means for solving the above-mentioned problems, the present invention is characterized in that, in the second means, a hologram is formed on at least one lens surface of the bifocal lens of the lens array.
[0013]
As a fourth means for solving the above-mentioned problems, in the third means, the hologram formed on the lens surface of the bifocal lens of the lens array has a light quantity of 0th-order diffracted light and first-order diffracted light. It is characterized by having a step between the lattices that can balance the amount of light.
[0014]
As a fifth means for solving the above-mentioned problem, in the first means, the bifocal lens of the lens array forms two types of holograms having different focal points of the first-order diffracted light on the lens surface. It is characterized by being.
[0015]
As a sixth means for solving the above-mentioned problem, in the present invention, in the first means, at least one lens surface of the bifocal lens of the lens array is constituted by two types of curved surfaces having different curvatures. It is characterized by that.
[0016]
As a seventh means for solving the above-mentioned problems, in the present invention, in any one of the first to sixth means, the light source for illuminating the document has R, G, B LEDs as light emitting elements. These LEDs are driven so as to be lit in time division sequentially for each color.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example which is one of the preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a contact image sensor according to the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. As shown in FIG. 1, the contact type image sensor of this example is a light receiving element comprising a document reading light receiving
[00018]
In the operation of the contact image sensor, the document surface is irradiated by the
[0019]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
[0020]
FIG. 4 is a diagram showing the action of optical path conversion when the hologram part 36b is single. As shown in FIG. 4, when light parallel to the optical axis incident on the surface opposite to the groove from the front exits from the grooved surface, the zero-order diffracted light s0 having a diffraction angle of 0, the pitch d of the groove 36c, and the light Is divided into first-order diffracted light s1 having a diffraction angle determined by a relationship of φ = sin −1 (λ / d). The 0th-order diffracted light s0 becomes light parallel to the optical axis similar to the incident light, but the 1st-order diffracted light s1 is bent away from the optical axis in the peripheral direction, and the angle is inversely proportional to the groove pitch d toward the periphery. It becomes large and becomes divergent light like light emitted from a virtual light emitting point Am like a concave lens. Conversely, when light is incident in the direction of focusing on Am from the side with the groove 36c, the light emitted from the hologram portion 36b is divided into zero-order diffracted light focused on Am and first-order diffracted light parallel to the optical axis. In this example, the groove 36c is formed in a shape so that the light amounts of the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light are substantially equal. The groove 36c can be formed simultaneously with the molding of the
[0021]
FIG. 5 is a principle diagram showing the action of the optical path conversion in the
[0022]
The reason why the first-order diffracted light is condensed behind the condensing point B00 of the zero-order diffracted light is due to the divergence effect of the hologram part 36b already described with reference to FIG. 4, and a concave lens is disposed behind the convex lens. This is based on a principle similar to that in which the condensing point moves backward. Here, the sensor surface S is arranged so as to coincide with the primary condensing point B01. Assuming that the aperture angle viewed from the sensor surface is θ, the image formation by the 0th-order diffracted light is q0, and the image formation by the 1st-order diffracted light is q1, q0 and q1 are generated at the overlapping position, but the blur H0 of q0 is approximately H0 = θd. The q1 blur H1 is H1 = 0.
[0023]
Next, FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the movement of the light emitting point and the blur, (a) is a sectional view showing the whole, (b) is an enlarged view of the D part in (a), (c) is a diagram of (b). It is an EE arrow line view. As shown in FIG. 6A, when the light emission point A0 moves from the reference point x0 to the point A0 ′ ahead by x, the zero-order light condensing point B00 moves to the point B00 ′ behind by x and the primary light condensing. Point B01 moves to B01 'point behind by approximately X. At this time, the blur amount B0 of the image formation q0 due to the 0th-order diffracted light is approximately B0 = θ | dx |, and the blur amount H1 of the image formation q1 due to the 1st-order diffracted light is approximately H1 = θ | x |. . FIG. 7 is a graph showing the relationship between the movement amount x of the light emitting point A0 from the reference position, the blur amount H0 of the zero-order diffracted light image q0, and the blur amount H1 of the first-order diffracted light image q1. Here, if the amount of blur for any one of the images is equal to or less than a predetermined value, the document reading light receiving
[0024]
Therefore, the smaller one of H0 and H1 shown in FIG. 7 is taken as the effective blur amount HE, and the blur amount of the conventional rod lens having no hologram portion shown in FIG. The graph compared with H is shown in FIG. In the figure, a solid line indicates HE and a broken line indicates H. In the case of the
[0025]
In this way, by providing the hologram part 36b on the
[0026]
FIG. 9 is a principle diagram showing the action of optical path conversion when the
[0027]
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a rod lens which is a modification of the
[0028]
In FIG. 10, the light emitted from the light emitting point A0 at the reference position is incident on the rod portion 36a, is emitted toward the 0th-order condensing point B00 that produces an equal-magnification erect image, and is emitted to the hologram portion 36b. Incident. The light emitted from the hologram part 36b is divided into 0th-order diffracted light s0 and 1st-order diffracted light s1, and the 0th-order diffracted light s0 is condensed at the 0th-order condensed light point B00, and the 1st-order diffracted light s1 is forward from the 0th-order condensed light point B00. Is condensed toward the primary condensing point B01 separated by d1. The 1st-order diffracted light is condensed in front of the 0th-order diffracted light condensing point B00 because of the light condensing effect of the hologram part 36b already described, and the light is condensed by arranging a convex lens behind the convex lens. This is based on a principle similar to the point moving forward. In this manner, a bifocal lens is formed that produces two condensing points separated from one light emitting point, similarly to the action of the rod lens 36b shown in FIG. Accordingly, this example also has the same operation and effect based on the same principle as that of the contact image sensor shown in FIG.
[0029]
FIG. 11 is a view showing the shape of a rod lens which is another modification of the
[0030]
However, the wave-shaped gradient directions of the grooves 36c1 and 36c2 are opposite to each other. That is, in the case of the groove 36c1, the depth increases in the direction of increasing toward the inner periphery, and as described above, the groove 36c1 has a light collecting property, whereas in the case of the groove 36c2, the depth decreases toward the inner periphery. It has a divergence with a gradient in the direction. Further, the grooves 36c1 and 36c2 have a shape that allows only the first-order diffracted light to pass without passing the zero-order diffracted light. As a result, the first portion 36b1 has a condensing function that bends incident light in the optical axis direction to produce first-order diffracted light, and the second portion 36b2 bends incident light in a direction away from the optical axis to produce first-order diffracted light. Has a divergent action.
[0031]
After the light from the light emitting point A0 at the reference position on the end surface opposite to the hologram part 36b is incident on the rod part 36a of the
[0032]
Hereinafter, an example which is another preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 12 is a cross-sectional view showing a configuration of a
[0033]
As shown in FIG. 12, after the light emitted from the light spot A0 at the reference position enters the
[0034]
In the rod portion 36a, the compensation portion 36d adjacent to the second surface 36c2 distributes the refractive index in a direction that is square and perpendicular to the optical axis, and is similar to an achromatic lens when combined with the second surface 36c2. This reduces the spectral characteristics with respect to the wavelength of the lens surface, and even when used in a contact image sensor for color image reading, which will be described later, the condensing points corresponding to R, G, and B light coincide with B2. Have the effect of
[0035]
13A and 13B are diagrams showing the configuration of a contact image sensor for color image reading. FIG. 13A is a sectional view thereof, and FIG. 13B is a sectional view taken along the line DD in FIG. FIG. 14 is a cross-sectional view showing the structure of a rod lens used in the contact image sensor shown in FIG. As shown in FIG. 14, the
[0036]
As shown in FIG. 14, the light emitted from the light spot A0 at the reference position enters the
[0037]
The rod portion 36a has the same characteristics as the rod portion shown in FIG. In the rod portion 36a, the compensation portion 36d close to the hologram portion 36b distributes the refractive index in a direction square to the optical axis and in a direction perpendicular to the optical axis. Thereby, the spectral characteristics with respect to the wavelength of the hologram part 36b are reduced by the combination with the hologram part 36b by the principle similar to the achromatic lens, and when used in the contact image sensor for color image reading shown in FIG. All the condensing points corresponding to R, G, and B light to be described later substantially coincide with B2 at a fixed position. That is, the diffraction angle in the hologram part 36b increases in proportion to the wavelength, and the divergence effect increases. Accordingly, the position of the condensing point B2 as it is corresponds to the light of R, G, B, and the distance d from B0 increases in the order of R, G, B, and the same spectral action as that of the convex lens tends to occur. As a result, the spectral properties are reduced by a method similar to the achromaticity of the convex lens.
[0038]
The operation of the contact image sensor for color image reading shown in FIG. 13 will be described. As shown in FIG. 13B, the
[0039]
The reflected light also enters the
[0040]
As for the lenses constituting the lens array according to the embodiment of the contact image sensor of the present invention described above, a lens having a lens surface having a different hologram or curvature on one end surface of the rod lens has been described. The present invention is not limited to this, and even in the case where these are provided on the other end face instead of one end face, or on the end faces on both sides as necessary, the same effects as those of the embodiments described above can be obtained. Have. In addition to the rod lens, a hologram 40b is provided on at least one surface of the
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the contact-type image sensor, an imaging angle of the light receiving unit due to the floating of the original is reduced without limiting the opening angle, and a small-sized and high reading accuracy apparatus is provided. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a contact image sensor that is one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
3A and 3B are diagrams showing a structure of a rod lens used in the contact image sensor shown in FIG. 1, wherein FIG. 3A is a cross-sectional view, and FIG. 3B is a bottom view.
4 is a diagram illustrating an operation of the rod lens illustrated in FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing an operation of the rod lens shown in FIG. 3;
6 is a diagram showing an operation of the rod lens shown in FIG. 3. FIG.
7 is a diagram illustrating an operation of the rod lens illustrated in FIG. 3. FIG.
8 is a diagram showing the action of the rod lens shown in FIG. 3;
FIG. 9 is a diagram illustrating an operation of the rod lens illustrated in FIG. 3;
10 is a diagram showing the structure and operation of a modified example of the rod lens shown in FIG. 3. FIG.
11A and 11B are diagrams showing the structure and operation of a modified example of the rod lens shown in FIG. 3, wherein FIG. 11A is a cross-sectional view, and FIG.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the structure of a rod lens used in a contact image sensor that is one embodiment of the present invention.
13A and 13B are diagrams showing a configuration of a contact image sensor that is one embodiment of the present invention, in which FIG. 13A is a cross-sectional view, and FIG. 13B is a cross-sectional view taken along line DD in FIG.
14 is a diagram showing the structure and operation of a rod lens used in the contact image sensor shown in FIG.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing the structure of a bifocal convex lens used in a contact image sensor that is one embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional contact image sensor.
17 is a diagram showing the action of a rod lens used in the contact image sensor shown in FIG.
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional contact image sensor.
[Explanation of symbols]
24 light
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP02255298A JP3953173B2 (en) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | Contact image sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP02255298A JP3953173B2 (en) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | Contact image sensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11215303A JPH11215303A (en) | 1999-08-06 |
JP3953173B2 true JP3953173B2 (en) | 2007-08-08 |
Family
ID=12086021
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP02255298A Expired - Fee Related JP3953173B2 (en) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | Contact image sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3953173B2 (en) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009202579A (en) | 2008-02-01 | 2009-09-10 | Seiko Epson Corp | Lens array for line head, line head and image forming apparatus |
JP2009206880A (en) * | 2008-02-28 | 2009-09-10 | Seiko Epson Corp | Lens array, read head and image reader |
JP2010162850A (en) * | 2009-01-19 | 2010-07-29 | Seiko Epson Corp | Line head and image forming apparatus |
JP2010167679A (en) * | 2009-01-22 | 2010-08-05 | Seiko Epson Corp | Line head and image forming apparatus |
JP2010184392A (en) * | 2009-02-10 | 2010-08-26 | Seiko Epson Corp | Line head and image forming apparatus |
JP2010188528A (en) * | 2009-02-13 | 2010-09-02 | Seiko Epson Corp | Line head and image forming apparatus |
JP2010194764A (en) * | 2009-02-23 | 2010-09-09 | Seiko Epson Corp | Line head and image forming apparatus |
-
1998
- 1998-01-21 JP JP02255298A patent/JP3953173B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11215303A (en) | 1999-08-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8228566B2 (en) | Image reading apparatus | |
US6232592B1 (en) | Light guide member, illumination device, and image reading apparatus using them | |
US20080316548A1 (en) | Illumination Device, Illumination Method, Image Read Device, Image Read Method, Image-Forming Device, and Image-Forming Method | |
US20130155472A1 (en) | Image reading apparatus | |
JP3567540B2 (en) | Scanning optical device | |
JP3953173B2 (en) | Contact image sensor | |
JP2012054910A (en) | Image reader | |
US5710667A (en) | Focus detecting optical system | |
JP3509534B2 (en) | Optical device | |
JP3940487B2 (en) | Contact image sensor | |
JP3938628B2 (en) | Image reading device | |
JP3522133B2 (en) | Exposure recording device | |
JP2010206358A (en) | Image reading apparatus | |
JP2005049506A (en) | Optical scanner and image forming apparatus | |
WO2023238480A1 (en) | Optical line sensor | |
JP3996296B2 (en) | Optical system and optical apparatus | |
WO2023238536A1 (en) | Optical line sensor | |
JP5195386B2 (en) | Image reading device | |
US20020044357A1 (en) | Imaging element and image reading apparatus | |
EP1376194A3 (en) | Refracting element array, diffracting element array and exposure apparatus | |
JP2007155545A (en) | Photoelectric rotary encoder | |
JPH0356031B2 (en) | ||
JP2005251583A (en) | Lighting system, optical modulator, image display unit, and scanner | |
JPH0485516A (en) | Image forming element | |
JPH07120843A (en) | Image reader |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050117 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060516 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060529 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060724 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070423 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070424 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |