JP4508973B2 - イメージセンサおよび画像読取装置 - Google Patents
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Description
密着型のイメージセンサ(コンタクトイメージセンサ)は、図1に示すように、棒状光源1、結像光学系2および受光素子(ラインイメージセンサ)3とで構成され、棒状光源1で被読取画像(原稿ともいう)4を照射し、原稿4から反射した光を結像光学系2を介して受光素子3にて検出する仕組みになっている。なお、図中番号5は基板である。
そして、結像光学系2としては、特許文献1に開示されているような平板状レンズアレイが用いられている。
そこで、レンズの上方(原稿からの反射光が入射する側)にスリットを設けてゴーストや迷光の発生を防止する技術が提案されている(例えば特許文献1)。
採光用のスリットは、通常、イメージセンサヘの組込みが容易となるように、フード状部材に形成される。しかしながら、コンタクトイメージセンサでは、センサ光軸近傍に光源が配置されているため、スリット付きのフードが光源の光路を遮光してしまい、原稿への照明光が一部遮断されてしまうという問題があった。
すなわち、原稿に照射される光量は、光源と原稿の距離が近いほど大きくなるため、光源はセンサ光軸近傍に配置する必要がある。特に結像光学系として平板状レンズアレイを使用する場合には、レンズ幅が広くなるため、この点がとりわけ重要となる。
しかしながら、原稿面での光量が最大となる位置に光源を配置した場合、図1に示したように、スリット付きフードに照射光の一部が遮られてしまい、かえって光量が小さくなる。一方、照射光がフードによって遮られない位置に光源を設定すると、光源と原稿面の距離が離れるため、原稿面での光量はやはり小さくなり、画像の品質が低下するという問題がある。
スリットは、レンズ長手方向にわたって開口精度および直線精度すなわち受光精度が高くなければ、全てのゴーストを効果的に防止することができない。また、開口部で光が乱反射すると、ゴーストが発生して、画像品質が低下するという問題がある。
例えば、スリット付きフードを、樹脂の射出成型等により作製すると、樹脂成型品は自己形状保持強度が弱いため、受光精度が劣化し、レンズ長手方向全ての位置においてゴースト発生を防止することができなくなる。一方、フードを金属で作製する場合、樹脂製の場合と比較して、自己形状保持強度は大きくなるが、スリット開口部で光の乱反射が発生し易いという問題がある。
また、本発明は、自己形状保持強度が大きく、受光精度が高いスリット付きフードを用いた画像品質の良いコンタクトイメージセンサを提供することを目的とする。
すなわち、フード部材の素材として金属板を利用すれば、部材の薄肉化が図れるので、その分光源からの光が遮断されにくくなる。さらに、スリット付きフードの光源側の角部分を面取り形状とすれば、光源をさらに原稿に近づけても、光源からの光が遮断されなくなる。
これにより、上記した課題1を有利に解決することができる。
加えて、金属製のスリット付きフードの表裏面に、適切な表面処理を施すことにより、迷光(フレア)の発生を効果的に防止することができる。
これにより、上記した課題2を有利に解決することができる。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
(1)被読取画像に光を照射する棒状光源、該被読取画像から反射した光をスリットを介して採光するスリット付きフード、該スリットを通過した光を集光する結像光学系および該結像光学系を通過した光を受光する受光素子を、ハウジングに組み込んだ構造になるイメージセンサにおいて、
該スリット付きフードとして、薄肉厚の金属製フードを用い、かつ該スリット付きフードの棒状光源側の角部分を面取り形状としたことを特徴とするイメージセンサ。
スリットを打ち抜き加工により形成することにより、打ち抜き断面が台形の開口部を得ることができるので、スリット開口部での光の乱反射を防止することができる。
棒状光源を結像光学系の片側のみに配置した場合において、スリットフードに設けた位置決め用の穴と、ハウジングに設けた位置決め用の突起部を嵌合させて組み立てることにより、容易に精度良くハウジングにスリットフードを搭載することが可能となる。この場合に、位置決め用の穴のスリット長手方向の長さを、突起部のスリット長手方向の長さよりも大きくすることにより、樹脂製のハウジングと金属製フードとの熱膨張係数の差を吸収することができるので、さらに精度が向上する。
棒状光源を結像光学系の両側に配置した場合において、スリットフードの形状をキャップ形状とし、このキャップ形状のスリットフードとハウジングのいずれか一方に突起を設け、他方には凹部を設け、これらを嵌合させることにより、ハウジングに対して精度良いスリットフードの搭載が可能となる。
図2に、本発明の基礎となったイメージセンサを示す。図2において、構成の骨子は、前掲した図1と共通するので同一の符号を付して示し、図中番号6が被読取画像から反射した光を採光するスリット、7がこのスリット6をそなえる金属製のフードである。かかるフードの素材である金属としては、鉄や鋼等が最適であるが、金属であれば非鉄金属であっても構わないのは言うまでもない。そして、8は被読取画像を載置するためのガラス板、9はハウジングである。
上記のイメージセンサは、同図に示したとおり、被読取画像(原稿ともいう)4に光を照射する棒状光源1と、この棒状光源1から原稿4に向けて照射され原稿で反射したまたは原稿を透過した光をスッリト6を介して採光するスリットフード7と、このスリット6を通過した光を集光する結像光学系である平板状レンズアレイ2と、この平板状レンズアレイ2を通過した光を受光する受光素子3をそなえる基板5とを、ハウジング9に組み込んだ構造になっている。
また、スリット6は、開口部がセンサ光軸に略一致するような位置に設けられる。なお、スリットフード7とガラス板8の間隔を調整するために、スリットフード7とガラス板8の間にスペーサ(図示せず)を挿入してもよい。
しかしながら、棒状光源1を、単にセンサ光軸に近づけた場合には、やはりスリットフード7で照射光の一部が遮られてしまい、その分光量が少なくなる。
このような構成とすることにより、光源の光路が確保され、照射光はスリットフード7で遮光されることなく全て原稿4に向かうことになり、光量を大幅に増量することが可能となる。図中、番号10が面取り部である。
かかるベンド部は、棒状光源の光路及び樹脂レンズプレートの入光光路の邪魔にならないように、図4に示すように、スリットフード7の棒状光源側の角部分に設けた面取り部10に形成することが有利である。図中、番号11がベンド部である。
上記の照明装置としては、例えば白色の樹脂ケース内にアクリルなどの透明樹脂からなる棒状導光体を収納したものが有利に適合する。樹脂ケースの少なくとも一端には発光ユニットが取り付けられ、この発光ユニットからの光が棒状導光体内で全反射して、棒状導光体の射出面から光が射出され、上記した原稿に照射される。
かような樹脂レンズプレートは射出成型により作製することができる。射出成型により作製された樹脂レンズプレートは、長尺の長方形状であり、中央部のレンズ形成領域には、樹脂レンズプレートの長手方向(イメージセンサの主走査方向に相当する)に多数の球面あるいは非球面の微小レンズが配置され、長手方向に直交する方向(副走査方向)に複数列の球面あるいは非球面の微小レンズが配置された構造になっている。
かかる樹脂レンズプレートは、焦点深度が比較的深いので、原稿の浮きによる原稿照度の低下や、レンズの焦点ズレによる読みとり画像のボケ等が発生しにくく、読みとり画像品位が高いという利点もある。
スリットフードは、金属製であれば特に限定はされないが、特に剛性が高い鋼板製とするのが好適である。
なお、視野角とは、以下の角度をいう。
被読取画像の1点から出射した光線は、複層レンズアレイ上の任意のマイクロレンズに入射した後、光センサアレイ上の、被読取画像の1点に対応する画素に入射する。この光センサアレイに入射する光線のうち、レンズ光軸から最も大きく傾いた光線の角度のことを視野角という。
この場合に、両者の組み立ては、例えば図8に示すように、ハウジング9に設けた位置決め用の突起部(ピンともいう)14を、スリットフード7に設けた位置決め用の穴15に嵌合させて行う。ハウジング9に設ける位置決め用のピン14の形状は、凸状であれば特に限定はされない。スリットフード7に設ける穴15は、貫通孔でもよいし、凹部としてもよい。また、逆に、ハウジング9に穴または凹部を設け、スリットフード7に突起部を設けるようにしてもよい。
参考のため、図10に、ハウジング9に対する、棒状光源1、平板状レンズアレイ2、受光素子3付き基板5およびスリットフード7の組み込み要領を示す分解図を、斜視面で示す。
この場合には、スリットフードは、棒状光源を平板状レンズアレイの両側に配置する必要上、キャップ形状とする必要がある。そして、棒状光源側の角部分すなわちキャップの両肩部は面取り形状とする必要がある。さらに好ましくは、図11示すように、面取り部10に、強度向上のためのベンド部11を長手方向にわたって設けることである。
また、この場合に、スリットフード7に設けたスリット6は、光軸に対して精度良く配置する必要があるので、ハウジング9に、スリットを位置決め出来る段差を設けて、双方の嵌合によリスリット位置の精度を高めることが望ましい。
このような構成にすることにより、平板状レンズアレイの両側から光を照射することができるので、棒状光源を平板状レンズアレイの片側のみに配置する場合に比べて、光量を倍増することができる。
このような構造とすることにより、スリットフードとハウジングの取付け作業性が向上し、コストの低減を図ることができる。
図13に、金属(鉄)製のスリット付きフードの表面(原稿側)および裏面(レンズ側)にそれぞれ、種々の表面処理を施したときのフレア(迷光)発生量について調査した結果を示す。
実験は、金属製フードの表裏面に種々の表面処理を施した後、光源から赤色(R)、緑色(G)または青色(B)を照射して、各色についてどの程度フレアが発生するかを測定することにより行った。
図13の横軸の「塗装」とは、黒色塗料を表面に吹き付けた処理のことである。この実験では、大日野工業社製のヒノブラックを用いて塗装を行った。塗装後の表面は、ある程度の粗さを有する梨地状であった。また、「化成」とは、金属を薬剤に浸漬することにより、表面を酸化させて黒色化した処理である。化成後の表面は、ある程度の粗さを有する梨地状であった。さらに、「亜鉛メッキ」とは、金属製フードの表面に亜鉛メッキを施したものである。メッキ後の金属表面は、ほぼ平滑で、黒色を呈していた。
これに対し、表面は塗装処理・裏面は化成処理とした場合には、Rのフレア発生量が多かった。これは、フレア発生の原因が、主に金属製フード裏面での反射に起因することを意味している。従って、表面よりも裏面の方の反射性能を改善するのが有利であることが分かる。
また、表裏面が平滑な亜鉛メッキの場合には、R,G,Bの全てにおいてフレア量が多かった。なお、図13には開示していないが、表裏面とも化成処理した場合には一層フレア量が多くなった。
図13より、表裏面とも塗装処理とした場合が最もフレア量が小さく、優れていることがわかる。しかしながら、塗装処理はコストが嵩むため、コストを抑えるためには「裏面は塗装処理・表面は化成処理」とすることが好ましい。
この測定に際しては、図15に示すように、原稿側からレンズに向かってレーザーを照射し、レンズから反射角θの位置にセンサーを置き、パワーメータで反射光の測定を行った。使用レーザーは、633nmのHe−Neレーザー、出力:5mW、パワーメータ(センサー)はアドバンチスト社製のQ8230を用いた。
また、立体角は、次のようにして求められる。センサの受光部面積をAとし、レーザー照射位置(反射位置)からセンサ受光部までの距離をrとしたとき、立体角はA/4πr2(単位:sr(ステラジアン))で表される。
また、図14に示した「塗装処理(1)」とは、金属製フードの表裏面とも塗装処理を施したサンプルである。「塗装処理(2)」とは、「塗装処理(1)」と同様であるが、塗料の種類が異なるサンプルであり、表面粗さをより大きくしたものである。
「化成処理(1)」とは、金属製フードの表裏面とも化成処理を施したサンプルであり、処理後の表面は灰色であった。一方、「化成処理(2)」とは、「化成処理(1)」と同様であるが、いわゆる黒染め処理(酸化鉄を表面に発生させる)であり、表面は黒色であった。
なお「処理なし」とは、何の処理も施していない金属製フードである。
図14より、反射性能が良好といえるのは、反射角θ=0°のときの反射率In/Io(1/sr)が0.6以下で、かつ反射角θ=50°のときの反射率In/Ioが0.3以下の場合である。
2 結像光学系(平板状レンズアレイ)
3 受光素子(ラインイメージセンサ)
4 被読取画像(原稿)
5 基板
6 スリット
7 フード
8 ガラス板
9 ハウジング
10 面取り部
11 ベンド部
12 パンチ
13 ダイス
14 位置決め用突起部
15 位置決め用穴
Claims (10)
- 被読取画像に光を照射する棒状光源、該被読取画像から反射した光をスリットを介して採光するスリット付きフード、該スリットを通過した光を集光する結像光学系および該結像光学系を通過した光を受光する受光素子を、ハウジングに組み込んだ構造になるイメージセンサにおいて、
該スリット付きフードとして、薄肉厚の金属製フードを用い、かつ該スリット付きフードの棒状光源側の角部分を面取り形状としたことを特徴とするイメージセンサ。 - 前記スリット付きフードに、強度向上のためのベンド部を長手方向にわたって設けたことを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサ。
- 前記スリットは、光の入射側からの打ち抜き加工により形成したものであることを特徴とする請求項1または2に記載のイメージセンサ。
- 前記スリット付きフードと前記ハウジングのいずれか一方に、両者を嵌合するための位置決め用の突起部を設け、他方には、該突起部と嵌まり合う位置決め用の穴または凹部を設けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のイメージセンサ。
- 前記スリット付きフードまたは前記ハウジングのいずれかに設けた位置決め用の穴または凹部のスリット長手方向の長さを、前記位置決め用突起部のスリット長手方向の長さよりも大きくしたことを特徴とする請求項4に記載のイメージセンサ。
- 前記棒状光源を、前記結像光学系の両側に設けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のイメージセンサ。
- 前記スリット付きフードの形状をキャップ形状とし、このキャップ形状のスリット付きフードと前記ハウジングのいずれか一方に、両者を嵌合するための位置決め用の突起部を設け、他方には、該突起部と嵌まり合う位置決め用の穴または凹部を設けたことを特徴とする請求項6に記載のイメージセンサ。
- 前記スリット付きフードの裏面に黒色塗装処理を施す一方、表面には黒色塗装処理または黒色化成処理を施すことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のイメージセンサ。
- 反射角θ=0°のときの反射率In/Io(1/sr)が0.6以下で、かつ反射角θ=50°のときの反射率In/Ioが0.3以下であることを特徴とする請求項8に記載のイメージセンサ。
- 請求項1〜9のいずれかに記載のイメージセンサを備える画像読取装置。
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