JP4259377B2

JP4259377B2 - ライン光源及びイメージセンサ

Info

Publication number: JP4259377B2
Application number: JP2004105676A
Authority: JP
Inventors: 直幸時田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005295093A

Description

本発明は複写機、ファクシミリなどの画像を読み取る画像入力装置に用いられる密着イメージセンサ用のライン光源及びこれを用いたイメージセンサに関するものである。

原稿などの画像情報を読み取る密着イメージセンサに使用されるライン光源として、例えば特開平８−１６３３２０号公報に開示されたものがある。以下、図を用いて従来のライン光源について説明する。図４はライン光源全体の斜視図である。図５はライン光源に用いられているＬＥＤの発光部である。図６は図４におけるライン光源のＥＦ断面図である。図７は図４におけるライン光源の長手方向の側面図である。

従来のライン光源は、ＬＥＤ発光部１を発光源としている。ＬＥＤ発光部１は、リードフレームと呼ばれる電極端子６を有し、実装基板５にＬＥＤ（ＬＩＧＨＴＥＭＩＴＴＥＤＤＩＯＤＥ）チップ７と呼ばれる半導体発光素子を実装した構造となっている。上記実装基板５は、インサート成型と呼ばれる手法を用いて作製される。ＬＥＤ発光部１から照射された光３０を導光体カバー２で覆われた透明な部材からなる導光体３に入光させる。この光は全反射角を維持しながら、導光体３を進行し、拡散部４と呼ばれる反射率６０％以上を有する入射光を拡散反射する拡散部にあたって拡散光９となる。光出射面８からその拡散光９が照射される構造となっている。

特開平８−１６３３２０号

このようなライン光源をイメージセンサに用いた場合、イメージセンサの出力強度Ｉは、イメージセンサに使用するセンサＩＣの感度Ｓ、ライン光源の光量Ｂ及び読取速度Ｔの積に比例する。したがって、これらのパラメータにより、Ｉ∝Ｓ×Ｂ×Ｔと表すことができる。イメージセンサを高速に動作させるには、ライン光源の光量Ｂを大きくする必要がある。また、センサＩＣの感度を大きくするためには、図８に示すように、センサＩＣに実装されるＰ型半導体２１とＮ型半導体２２の接合によって構成されるフォトダイオード２３の構成（図８参照）を考慮する必要がある。センサＩＣは、上記フォトダイオード２３と信号処理部（図示せず）とから構成される。

しかし、汎用のＬＳＩ半導体作製工程によって作製されたフォトダイオードの感度向上には限界がある。半導体の光電変換効率を飛躍的に向上させるには、ＣＣＤセンサー等のイメージセンサー用半導体作製工程を選択する必要があり、コスト的に問題点が多い。また、ライン光源の光量Ｂを大きくする方式として、図９に示すように、ＬＥＤチップ４６の数量を増やし、それらを等間隔に基板４７上に配置し、輝度向上を狙ったＬＥＤアレイ方式４５が一般的に知られている。しかし、この方式においてはＬＥＤチップの製造上のばらつきにより、ＬＥＤ輝度がばらつく。その結果、照明ばらつきが生じ、ＬＥＤチップ実装間隔とＬＥＤの発光指向性によっては、照射面における照明の均一性が悪化するという問題がある。

そこで、図４に示すような構成のライン光源を用い、より高輝度なＬＥＤチップを使用することで高輝度かつ均一性を有するライン光源とする試みが行われている。発光部１で照射された光は導光体３に入光し、拡散部４にあたると減衰する。したがってライン光源の照明均一性を得るために、拡散部４を、入光面近くから遠くなるにつれて、「疎の状態」から「密の状態」、または、「細い状態」から「太い状態」となるように構成する。つまり、ＬＥＤ発光部１に近い側（光の強度が強いところ）では、拡散部４の密度（拡散部が設けられる導光体側面の単位面積当りの拡散部正味の面積）が低く、ＬＥＤ発光部１から遠い側（光の強度が弱いところ）では、拡散部４の密度が高くなっている。このような構成とすることにより、入射面から遠いところで光をより拡散させることが可能となり、照明均一性を得ている。

導光体３はコストが比較的安価な樹脂からなる透明部材からなっている。たとえば、アクリルなどである。アクリルなどの樹脂成型品においては製品の金型をもちい、その金型に高温に加熱された樹脂材料を圧力をかけて注入し、その後冷却して製品を製作する。このとき、金型に樹脂材料を注入する流路部分は一般的にゲートと呼ばれている。樹脂成形直後では、製品本体の形状と共にこの流路形状（上記金型ゲートに対応するゲート部３１）が一体形状として成形される。そのため、鋭利なナイフ等でこの流路（ゲート部３１）を切断している。

このゲート部３１の表面は、ナイフ等で切断されていることから表面の平坦性が悪い不均一な領域となっている。通常、導光体は光を効率よく全反射角を維持できるよう導光するために、凹凸のない面で構成されている。この平坦性の悪化した部分に、導光された光が照射されると、全反射することなく散乱する。この散乱光は拡散部４と同様の役割を果たし、照明均一性に１０〜２０％程度影響を与えることとなる。図１０は、ゲート部３１を有するＡＢ断面図を示すものである。ゲート部３１によって散乱光が発生し、この散乱光が出射される。図７は図４におけるライン光源の側面発光強度の模式図を示す。図にしめすとおり、このＡＢ断面の発光強度はＥＦ断面の発光強度に比べ、１０〜２０％程度変動し、均一性を悪化させる。このため、導光体のゲート部は、光源から最も離れた、照明均一性に影響の少ない場所に作製されるのが一般的である。しかし、上記のとおりゲート部３１の作製位置の制約を受けるため、樹脂成型において安定な場所にゲートを作製することができず、樹脂注入がしづらく成型条件が不安定になり、歩留まりを低下させる原因となっている。

この発明に係るライン光源は、長手方向の側面に光出射面を形成した導光体と、この導光体の端部に配置され、上記導光体に光を入射する光源と、上記光源からの入射光を拡散反射する拡散部と、上記光源からの入射光を吸収する反射防止用の塗料を表面に塗布したゲート部とを備えたことを特徴とするものである。

この発明に係るイメージセンサは、相対して設けられた請求項１又は３に記載の第１及び第２のライン光源と、このライン光源からの光が原稿により反射され、その反射光を集光するロッドレンズアレイと、このロッドレンズアレイにより集光された反射光を検出するセンサＩＣとを備えたことを特徴とするものである。

請求項１又は３に係るライン光源は、高輝度かつ均一性を持った光源を提供できる。また、請求項２又は４に係るイメージセンサは、請求項１又は３に記載のライン光源を用いるので、読み取りばらつきのない良好な画像情報を読み取ることができ、良好な読取特性を有するスキャナー、複写機等の画像入力装置を提供できる。

実施例１．
本発明のライン光源は、ゲート部３１における光散乱を低減することができるものである。図１に、本発明のライン光源の斜視図を示す。図において、ＬＥＤ発光部１の構成は図５に示すものと同様であり説明を省略する。導光体３はアクリル等を材料とする樹脂成形品により製造され、断面５角形の柱状形態を有している。導光体カバー２は、白色の樹脂材を材料とし、断面コの字形状を有し、導光体３の所定の３側面（図では光の出射面８を除く３つの側面）を覆う構造となっている。この導光体カバー２は、導光体３の内面で全反射せず突き抜けてくる光を導光体３内に再反射し戻す機能を有する。また、外部から導光体３への雑音光の侵入を防止する補助的役目も果たす。

ゲート部３１には、反射率の低い塗料、例えば、黒の色彩をもつ反射防止用の塗料３５を塗布している。上記塗料３５を塗布すると、ゲート部３１からの散乱光の発生を塗料３５が吸収抑制する。図２は、図１におけるライン光源のＣＤ断面図を示す。図に示すように、ＣＤ断面の発光分布はＥＦ断面（図４）と同一の発光分布を有することができ、光分布の均一なライン光源を提供することができる。導光体３に散乱光を発生する箇所が存在する場合、上記と同様の手法を用いることで、ライン光源の照明均一性を改善し、良好な光源を提供することができる。

なお、上記説明では、ゲート部３１は、拡散部４の設けられた側面と相対する側面に設けられている場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、ＬＥＤ発光部１が設置されている導光体３の一端とは反対側の他端の面に設けることも可能である。この場合にもゲート部３１を覆うように塗料３５を塗布しゲート部からの散乱光を抑制する必要がある。

次に、図３により本発明のイメージセンサについて説明する。イメージセンサは、上記ライン光源１１と光電変換を行うセンサＩＣ１２と呼ばれる半導体、センサＩＣ１２を実装するための基板１３、ライン光源から照射された光を集光するレンズ１５、透明な部材からなる平面を有する透明板１６、及びこれらの構成部品１２、１３、１５、及び１６を保持する筐体１４から構成されている。図に示すように、ライン光源１１は相対するように配置されている。これは、原稿１７に両側から光を照射し、原稿の皺などにより影部分ができないようにするためである。レンズ１５は、複数個のロッドレンズ（図示せず）によって構成された正立等倍結像用の、いわゆるロッドレンズアレイにより構成されている。イメージセンサは、ライン光源１１から照射された光１８が原稿１７にあたり、その反射光１９をレンズ１５によって集光し、それをセンサＩＣ１２によって光電変換を行い、それを画像情報として出力する。

実施例１に係るライン光源の構成図である。図１におけるライン光源のＣＤ断面の図である。実施例１に係るイメージセンサの断面図である。従来のライン光源の構成図である。ライン光源に用いられているＬＥＤの発光部である。図４におけるライン光源のＥＦ断面の図である。図４におけるライン光源の側面図である。光電変換素子である半導体からなるフォトダイオードの断面図である。ＬＥＤアレイ方式を用いたライン光源である。図４におけるライン光源のＡＢ断面の図である。

符号の説明

１ＬＥＤ発光部、２導光体カバー、３導光体、４拡散部、５ＬＥＤ実装基板、６ＬＥＤ発光部電極端子、７ＬＥＤチップ、８導光体照射面（出射面）、９拡散光、１１ライン光源、１２センサＩＣ、１３基板、１４筐体、１５レンズ、１６透明板、１７原稿、１８照射光、１９原稿反射光、２１Ｐ型半導体、２２Ｎ型半導体、２３フォトダイオード、３１ゲート部、３２拡散部、３５拡散防止塗料、４５ＬＥＤアレイ光源、４６ＬＥＤチップ、４７基板。

Claims

長手方向の側面に光出射面を形成した導光体と、この導光体の端部に配置され、上記導光体に光を入射する光源と、上記光出射面を形成した側面を除く上記導光体の側面を覆うカバーと、このカバーで覆われた上記導光体の側面に離散的に設けられ、上記光源からの入射光を拡散反射する拡散部と、この拡散部の設けられた側面とは異なる前記カバーで覆われた前記導光体側面の所定領域に設けられ、上記光源からの入射光を吸収する反射防止塗料を表面に塗布したゲート部とを備えたことを特徴とするライン光源。
相対して設けられた請求項１に記載の第１及び第２のライン光源と、この第１及び第２のライン光源からの光が原稿により反射され、その反射光を集光するロッドレンズアレイと、このロッドレンズアレイにより集光された反射光を検出するセンサＩＣとを備えたことを特徴とするイメージセンサ。
長手方向に沿って光出射面を形成した導光体と、この導光体の端部に配置され、上記導光体に光を入射する光源と、上記導光体に入射した光を拡散反射させてから上記光出射面より出射させる拡散部と、この拡散部及び上記光出射面と離間して切断形成された上記導光体と一体化したゲート部と、このゲート部で散乱される光を吸収する上記ゲート部の表面に塗布した反射防止塗料とを備えたことを特徴とするライン光源。
相対して設けられた請求項３に記載の第１及び第２のライン光源と、この第１及び第２のライン光源からの光が原稿により反射され、その反射光を集光するロッドレンズアレイと、このロッドレンズアレイにより集光された反射光を検出するセンサＩＣとを備えたことを特徴とするイメージセンサ。