JP6387920B2 - イメージセンサ - Google Patents

Description

本発明は、コピー機、デジタル複合機などの画像読取装置に用いられ、原稿の画像を読み取るイメージセンサに関するものである。

イメージセンサの光学系には、読み取り深さの均一性の要求及びコピー機等の高解像度化に伴い、主走査方向（長手方向）に均一な光を照射すること及び原稿、レンズ、センサの相互位置を高い精度で規定する構造が求められている。国際公開第２０１３／１６８５３７号（特許文献１参照）では、樹脂で形成されたレンズ体保持部２１２を備え、レンズ体保持部２１２の開口部にレンズ体１５を挿入することで、レンズ体１５の位置を調整している構造が開示されている。

国際公開第２０１３／１６８５３７号

しかしながら、特許文献１に記載のものは、レンズ体１５とレンズ体保持部２１２の隙間における遮光に関して詳細な開示がないという課題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、レンズ体で集光された光以外の光を受光体に照射させず、受光体への異物進入を、より確実に防止するイメージセンサを得るものである。

本発明に係るイメージセンサは、光源から光が入射され、主走査方向に延在し、読取対象物に光を出射する導光体と、前記読取対象物で反射した反射光を収束するレンズ体と、前記レンズ体で収束された前記反射光を受光する受光体と、前記導光体、前記レンズ体、及び前記受光体を収納又は保持し、板金の折り曲げ加工で形成された筐体と、を備え、前記筐体は、主走査方向に延在し、前記レンズ体を通過した前記反射光が通過するスリット部が形成された底部と、前記スリット部の副走査方向の両端部から所定の角度で傾斜して内側に折り曲げられ主走査方向に延在する一対のレンズ体固定部を備え、一対の前記レンズ体固定部の間に挿入された前記レンズ体の側面と前記レンズ体固定部とを遮光体で固定したものである。

本発明によれば、原稿等からの読取対象物からの反射光を受光体に集光するレンズ体の側面に遮光体を備えることにより、受光体への異物進入を、より確実に防止するイメージセンサを得る効果がある。

本発明の実施の形態１に係るイメージセンサの全体構成の展開斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るイメージセンサの一部分を詳細に示す構成斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るイメージセンサの一部分を詳細に示す構成斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るイメージセンサにおけるレンズユニットの主走査方向の断面図である。 本発明の実施の形態１に係るイメージセンサにおけるレンズユニットの副走査方向の断面図である。 本発明の実施の形態１に係るイメージセンサにおける筐体の副走査方向の断面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るイメージセンサ１００の全体構成の展開斜視図である。図２及び図３は、本発明の実施の形態１に係るイメージセンサ１００の一部分を詳細に示す構成斜視図であり、図２は、図１と同じ方向から見た図であり、図３は、図２を図１と反対側から見た図である。

図１において、原稿Ｍは、イメージセンサ１００の読取対象物であり、原稿Ｍは、読取面が透明板１に対向する向きで透明板１に接している。原稿Ｍは、図示していないが、搬送機構によりイメージセンサ１００に搬送され、透明板１に接した原稿Ｍの画像をイメージセンサ１００で読み取る。本発明の実施の形態について説明するにあたり、主走査方向、副走査方向及び高さ方向について以下のように定義する。主走査方向はイメージセンサ１００の長手方向である。副走査方向はイメージセンサの短手方向である。さらに高さ方向は、原稿Ｍの読取面の法線方向、すなわち主走査方向及び副走査方向の両方に直交する方向である。

図１から図３を用いてさらに詳細に説明する。イメージセンサ１００は、光を原稿Ｍの読取面に照射し、この読取面で反射された反射光を集光するレンズユニット２と、レンズユニット２の内側に組み立てられ、光を導光体１２の主走査方向の両端部から入射し原稿Ｍに光を照射するライトユニット３と、レンズユニット２で集光された光が収束して受光されるセンサユニット４とを備えている。

レンズユニット２は、主走査方向に延在し原稿Ｍの読取面で反射された反射光を集光するレンズ体５と、ライトユニット３及びセンサユニット４及びレンズ体５を固定する筐体６と、レンズ体５の主走査方向の側面と筐体６の間からセンサユニット４側に入射する光を主走査方向にわたって遮光する遮光体７と、レンズ体５の主走査方向の両端部の遮光を行うレンズホルダ８及びレンズホルダ９を備え、原稿Ｍ側からセンサユニット４側に照射される高さ方向の光をレンズ体５以外から通さないようにしている。

筐体６は、板金で形成され、底部６ｆと、底部６ｆの副走査方向の端部に内側に９０度に曲げられて立設させた主走査方向に延在する一対の主走査方向側壁部６ｇと、底部の主走査方向の端部に内側に９０度に曲げられて立設させた副走査方向に延在する一対の副走査方向側壁部６ｈとを有する箱型形状をしている。

筐体６は、副走査方向の中央部に主走査方向に延在するスリット部６ｅを形成している。このスリット部６ｅの副走査方向の両端部から所定の角度（筐体６の底部から４５度以上９０度未満の角度）で傾斜して内側に折り曲げられ主走査方向に延在する一対のレンズ体固定部であるレンズ体固定部６ａ及びレンズ体固定部６ｂを形成している。

レンズ体５は、センサユニット４上の受光体１０に光を収束させるロッドレンズアレイ、マイクロレンズアレイなどのレンズアレイで構成されている。本発明の実施の形態１では、レンズ体５は正立等倍のレンズであるものとして説明するが、イメージセンサ１００の仕様に合わせて、正立等倍以外のレンズを利用してもよい

ライトユニット３は、例えば透明な樹脂で形成され、主走査方向に光を伝搬しながら光を原稿Ｍの読取面に照射する導光体１１と、導光体１１と並行して設けられ導光体１１と同じ構造及び機能を有する導光体１２と、導光体１１及び導光体１２の主走査方向の端部で導光体１１及び導光体１２を保持する導光体ホルダ１３及び導光体ホルダ１４と、導光体１１及び導光体１２の主走査方向の端面に対向して設けられ、導光体１１及び導光体１２の内部に光を入射する光源１５、光源１６、光源１７、光源１８と、光源１５及び光源１６を実装している光源基板１９と、光源１７及び光源１８を実装している光源基板２０と、光源基板１９の光源１５及び光源１６の実装面とは反対側の面に密着し、光源基板１９の熱伝導性を向上させる伝熱体２１と、光源基板２０の光源１７及び光源１８の実装面とは反対側の面に密着し、光源基板２０の熱伝導性を向上させる伝熱体２２で構成されている。ライトユニット３は、レンズユニット２に固定される。

導光体１１及び導光体１２は、透明な樹脂で形成され、主走査方向に互いに並行して延在し、レンズ体５を挟んでお互いに対称に配置されている。なお、導光体１１及び導光体１２は、主走査方向全長に亘って平行でなくてもよい。本発明の実施の形態では、導光体が露出する構造であるため、導光体１１及び導光体１２として耐油性に優れたＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）を用いるのが好適である。ＰＭＭＡの代わりにシクロオレフィン樹脂、もしくはポリカーボネートを用いても良い。

図１から図３に示すように、導光体ホルダ１３は開口部１３ａ及び開口部１３ｂを有し、導光体ホルダ１４は開口部１４ａ及び開口部１４ｂを有する。なお、開口部１３ａは、導光体１１の端面側から光源１５側に対して貫通した貫通孔となっている。同様に、開口部１３ｂは、導光体１２の端面側から光源１６側に対して貫通した貫通孔となっている。同様に、開口部１４ａは、導光体１１の端面側から光源１７側に対して貫通した貫通孔となっている。また、開口部１４ｂは、導光体１２の端面側から光源１８側に対して貫通した貫通孔となっている。

開口部１３ａ及び開口部１４ａに、導光体１１の主走査方向の端部を挿入することにより、導光体１１が導光体ホルダ１３及び導光体ホルダ１４に保持される。同様に、開口部１３ｂ及び開口部１４ｂに、導光体１２の主走査方向の端部を挿入することにより、導光体１２が導光体ホルダ１３及び導光体ホルダ１４に保持される。

開口部１３ａ、開口部１３ｂ、開口部１４ａ及び開口部１４ｂは、導光体ホルダ１３及び導光体ホルダ１４に接する導光体１１及び導光体１２の主走査方向の端面とその端面に対向する導光体ホルダ１３及び導光体ホルダ１４の面、すなわち光源１５、光源１６、光源１７及び光源１８側の面が光学的に貫通するものであればよい。すなわち、光源１５、光源１６、光源１７及び光源１８から出射される光が、導光体１１及び導光体１２に入射されるような材質で形成されているならば、開口部１３ａ、開口部１３ｂ、開口部１４ａ及び開口部１４ｂは、必ずしも空間的に導光体ホルダ１３及び導光体ホルダ１４と導光体１１及び導光体１２とを連通するものでなくてもよい。具体的には、開口部１２ａ、開口部１２ｂ、開口部１３ａ及び開口部１３ｂを貫通孔として形成する場合、導光体ホルダ１３及び導光体ホルダ１４の内部に、導光体１１及び導光体１２へ光を伝播させる透過物質を挿入してもよい。なお、導光体１１の主走査方向の２つ端面には、光源１５及び光源１７を配置し、導光体１２の主走査方向の２つの端面には、光源１６及び光源１８を配置しているが、導光体１１の主走査方向の片方の端面に光源１５を１箇所だけ配置し、導光体１２の主走査方向の片方の端面に光源１６を１箇所だけ配置する構成としてもよいのは言うまでもない。

光源１５及び光源１７は導光体１１の主走査方向の２つの対向する端面それぞれに光を入射するＬＥＤなどの光源素子である。同様に、光源１６及び光源１８は、導光体１２の主走査方向の２つの対向するそれぞれの端面に光を入射するＬＥＤなどの光源素子である。光源１５、光源１６、光源１７及び光源１８は、ＬＥＤチップを樹脂モールドしたＬＥＤもしくはベアチップのＬＥＤで構成されている。

受光体１０の光電変換出力は、ダイナミックレンジが広いことが好ましいが、原稿Ｍの読取動作を高速駆動する場合には広いダイナミックレンジを確保するために光源１５、光源１６、光源１７及び光源１８の駆動電流を増大させなければならない。その結果、増大した駆動電流により光源１５、光源１６、光源１７及び光源１８からの発熱が増加する。

光源からの発熱に対する効果的な放熱構造を得るために、伝熱体２１及び伝熱体２２を用いた構成とする必要がある。具体的には、図１で示すように、光源基板１９の光源１５及び光源１６が実装された面と反対側の面に、伝熱体２１を光源基板１９に密着して配置している。ここで、伝熱体２１は、光源基板１９の発熱を筐体６に伝導するものであり、金属で形成された筐体６で熱が拡散されて外部に放射する。

光源基板２０の光源１７及び光源１８が形成された面と反対側の面に、伝熱体２２を光源基板２０に密着して配置している。ここで、伝熱体２２は、光源基板２０の発熱を筐体６に伝導するものであり、金属で形成された筐体６で熱が拡散され外部に放射する。以上のように、効果的な放熱構造を有することで、光源１５、光源１６、光源１７及び光源１８の駆動電流を増大させることができ、原稿Ｍの読取動作を高速駆動することが実現できる。

センサユニット４は、受光体１０及び受光体１０を実装するセンサ基板２３から構成されている。受光体１０は、光学センサＩＣにより構成され、主走査方向に原稿Ｍの読み取り長さ以上に延在する。また受光体１０は、レンズ体５により集光された光を受光して光電変換する。センサ基板２３は、筐体６の原稿Ｍの読取面に対向する面とは反対側の面にネジなどの固定手段により取り付けられている。また、センサ基板２３は、受光素子である受光体１０が取り付けられた回路基板であり、外部と接続可能なコネクタ（図示せず）を有している。コネクタは、センサ基板２３に実装された受光体１０によって光電変換された電気信号を画像信号としてセンサ基板２３の外部に出力するものである。

次に、レンズユニット２に含まれる各構成の配置について図１、図４及び図５を用いて説明する。図４は、発明の実施の形態１によるイメージセンサ１００におけるレンズユニット２の主走査方向の断面図である。図４において、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＡ−Ａ’部の断面図である。

図１及び図４に示すように、まず筐体６の主走査方向に延在するスリット部６ｅの主走査方向の両端部に、レンズ体固定部６ａ及びレンズ体固定部６ｂに当接して、レンズホルダ８及びレンズホルダ９を接着剤等を用いて筐体６の底部６ｆに固定する。レンズ体５は、レンズホルダ８及びレンズホルダ９に載置される。レンズホルダ８はレンズ体接触面８ａをレンズホルダ９はレンズ体接触面９ａを有し、レンズ体５を筐体６に固定する際、組立準備としてレンズ体５を仮置きすることができる。必要な解像度要求に応じて、レンズ体接触面８ａ及びレンズ体接触面９ａを、レンズ体５の高さ方向基準として配置してもよい。

図５は、本発明の実施の形態１に係るイメージセンサにおけるレンズユニット２の副走査方向の断面図である。

図５において、レンズ体５は、筐体６の副走査方向中央部のレンズ体固定部６ａ及びレ
ンズ体固定部６ｂに遮光体７を用いて固定される。遮光体７は、レンズ体５と筐体６の副
走査方向の距離が主走査方向に渡って変動する箇所を遮光する遮光部材であり、接着剤等
の、固定前は液化しており硬化すると形状を維持する材料が望ましい。遮光体７は、レン
ズ体５とレンズ体固定部６ａ及びレンズ体固定部６ｂとの隙間に充填かつこの隙間を覆うようにして、レンズ体固定部６ａ及びレンズ体固定部６ｂの主走査方向の一端から反対側の他端に亘って塗布されている。

レンズ体固定部６ａ及びレンズ体固定部６ｂの副走査方向の端部となる固定部端６ｃ及び固定部端６ｄは、遮光体７がレンズ体上面５ａ及びレンズ体下面５ｂにはみ出さないようにするために、レンズ体上面５ａとレンズ体下面５ｂとの間の高さ方向の間に配置する。この時、必要な長さに応じて板金の絞りだし加工を行ったあとに固定部端を切断する加工手順にすることで、固定部端６ｃ及び固定部端６ｄは任意の長さで形成することができる。

図６は、本発明の実施の形態１に係るイメージセンサにおける筐体６の副走査方向の断面図である。

図６において、筐体６は、底部６ｆと、底部６ｆの副走査方向の両端部に板金を９０度内側に折り曲げて立設させた一対の主走査方向側壁部６ｇを備えることにより、底部６ｆに対向する筐体開口部６ｉを備えた構造を有している。底部６ｆと側壁部６ｇは主走査方向に延在している。

底部６ｆの副走査方向の中央部を図６（ａ）に示すように、筐体開口部６ｉの方向へ凸型形状となる板金の絞り出し加工をすることにより、絞り出し加工部６１を形成する。その後、絞り出し加工部６１の頂部６１ａを固定部端６ｃ及び固定部端６ｄで切断することにより、レンズ体固定部６ａ、レンズ体固定部６ｂ及びスリット部６ｅが構築される。レンズ体固定部６ａ及びレンズ体固定部６ｂは、主走査方向に延在している。なおレンズ体固定部６ａ、レンズ体固定部６ｂ及びスリット部６ｅの主走査方向の長さは、底部６ｆの主走査方向の長さよりも短い。

図６において、板金の絞りだし加工することによりレンズ体固定部６ａ及びレンズ体固定部６ｂは板金の厚さが筐体６の他の箇所より薄く形成されている。レンズ体固定部６ａ及びレンズ体固定部６ｂは、板金の絞りだし加工を行なったあとに固定部端６ｃ及び固定部端６ｄを切断すること等で任意の長さに形成することができる。絞りだし加工を行なうには、筐体６の材料は圧延軟鋼板を用いる事が望ましいが、必要に応じてアルミニウムやステンレスを用いても良い。

図５において、レンズ体固定部６ａ及びレンズ体固定部６ｂは、副走査方向において、レンズ体５及び高さ方向に対して、平行からレンズ体５側に傾いている傾斜構造となっている。すなわち、スリット部６ｅにおいて、レンズ体固定部６ａとレンズ体固定部６ｂ部との副走査方向の間隔は、高さ方向に原稿Ｍ側に向かうにつれ、すなわち底部６ｆから筐体開口部６ｉに向かうにつれ、すなわち底部６ｆから固定部端６ｃ及び固定部端６ｄに向かうにつれ、狭くなって立設している構造を成している。固定部端６ｃ及び固定部端６ｄとの副走査方向の間隔は、レンズ体５の副走査方向の長さより若干広い構造を成している。

レンズ体５側にレンズ体固定部６ａ及びレンズ体固定部６ｂを傾けることで、原稿Ｍ側から遮光体７をレンズ体５に塗布するとき、遮光体７が未硬化で液状の状態であっても、表面張力により遮光体７がレンズ下面５ｂ側に付着することなく、レンズ体５をレンズ体固定部６ａ及びレンズ体固定部６ｂに固定を行うことができる。遮光体７の表面張力及び筐体６の副走査方向の小型化を考慮すると、レンズ体固定部６ａ及びレンズ体固定部６ｂの底部６ｆからの曲げ角度は４５度以上９０度未満であることが望ましい。

レンズ体５の高さ方向及び副走査方向の位置決めは、治具等を用いて行う。レンズ体５のレンズ体固定部６ａ及びレンズ体固定部６ｂへの固定の際、遮光体７は必ずしも主走査方向に一回の塗布でレンズ体５をレンズ体固定部６ａ及びレンズ体固定部６ｂに固定する必要はなく、必要に応じて数回に分けて塗布しても構わない。

次に、イメージセンサ１００での光の伝搬形態を説明する。図５において、実線矢印が光路を示す。図５において、導光体１１の主走査方向の一方の端面に対向して設けられた光源１５から導光体１１に入射した光は、導光体１１の内部で導光され、導光体１１の壁面での反射を繰り返して導光体１１の内部を主走査方向に進む。また、導光体１１の主走査方向の他方の端面に対向して設けられた光源１７から導光体１１に入射した光は、光源１５から導光体１１に入射した光とは逆方向に向かって、導光体１１の内部で導光され、導光体１１の壁面での反射を繰り返して導光体１１の内部を主走査方向に進む。導光体１１の主走査方向の両端からお互いに逆方向に向かう光を入射することにより、導光体１１の長手方向全長（主走査方向全長）に亘って均一な光を照射することが可能である。そして、導光体１１の長手方向（主走査方向）に沿って形成された白色の印刷パターン又は凹凸形状の散乱領域１１ａで導光体１１の内部を導光する光が散乱され、導光体１１の散乱領域１１ａと対向する部分からライン光として、図５に示す矢印のように透明板１に接した原稿Ｍにライン光が出射される。

同様に、図５において、導光体１２の主走査方向の一方の端面に設けられた光源１６から導光体１２に入射した光は、導光体１２の内部で導光され、導光体１２の壁面での反射を繰り返して導光体１２の内部を主走査方向に進む。また、導光体１２の主走査方向の他方の端面に対向して設けられた光源１８から導光体１２に入射した光は、光源１６から導光体１２に入射した光とは逆方向に向かって、導光体１２の内部で導光され、導光体１２の壁面での反射を繰り返して導光体１２の内部を主走査方向に進む。導光体１２の主走査方向の両端からお互いに逆方向に向かう光を入射することにより、導光体１２の長手方向全長（主走査方向全長）に亘って均一な光を照射することが可能である。そして、導光体１２の長手方向（主走査方向）に沿って形成された白色の印刷パターン又は凹凸形状の散乱領域１２ａで導光体１２の内部を導光する光が散乱され、導光体１２の散乱領域１２ａと対向する部分からライン光として、図５に示す矢印のように透明板１に接した原稿Ｍにライン光が出射される。

レンズ体５は、導光体１１及び導光体１２からライン光として原稿Ｍの読取面に照射されて拡散反射した光を集光する。そして、受光体１０は、レンズ体５の集光した光を受光面１０ａで受光して光電変換する。

したがって、遮光体７を用いることで、受光体１０は、レンズ体５を通過した光のみが受光される。すなわち、従来の高精度で金属の鋳造や樹脂成形で形成された筐体より確実にレンズ体５の側面からの直接光を遮光することができ、加えて、レンズ体５の側面からの受光体１０への異物進入を防止することができ、低コスト化可能な板金の加工のみで形成された筐体でも高性能で防塵性を備えたイメージセンサを実現できる。

１ 透明板、
２ レンズユニット、
３ ライトユニット、
４ センサユニット、
５ レンズ体、
５ａ レンズ体上面、
５ｂ レンズ体下面、
６ 筐体、
６ａ、６ｂ レンズ体固定部、
６ｃ、６ｄ 固定部端、
６ｅ スリット、
６ｆ 底部、
６ｇ 主走査方向側壁部、
６ｈ 副走査方向側壁部、
６ｉ 筐体開口部、
７ 遮光体、
８、９ レンズホルダ、
８ａ、９ａ レンズ体接触面、
１０ 受光体、
１０ａ 受光面、
１１、１２ 導光体、
１１ａ、１２ａ 散乱領域、
１３、１４ 導光体ホルダ、
１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ 開口部、
１５、１６、１７、１８ 光源、
１９、２０ 光源基板、
２１、２２ 伝熱体、
２３ センサ基板、
６１ 絞り出し加工部、
６１ａ 頂部、
１００ イメージセンサ、
Ｍ 原稿。

Claims (5)

1. 光源から光が入射され、主走査方向に延在し、読取対象物に光を出射する導光体と、
   前記読取対象物で反射した反射光を収束するレンズ体と、
   前記レンズ体で収束された前記反射光を受光する受光体と、
   前記導光体、前記レンズ体、及び前記受光体を収納又は保持し、板金の折り曲げ加工で形
   成された筐体と、
   を備え、
   前記筐体は、主走査方向に延在し、前記レンズ体を通過した前記反射光が通過するスリッ
   ト部が形成された底部と、前記スリット部の副走査方向の両端部から所定の角度で傾斜し
   て内側に折り曲げられ主走査方向に延在する一対のレンズ体固定部を備え、
   一対の前記レンズ体固定部の間に挿入された前記レンズ体の側面と前記レンズ体固定部と
   を遮光体で固定したイメージセンサ。
2. 前記筐体は、前記底部の両端から内側に折り曲げられた側壁部を備え、
   前記側壁部は、前記底部の副走査方向の両端部から内側に折り曲げられ主走査方向に延在する一対の第１の側壁と、
   前記底部の主走査方向の両端部から内側に折り曲げられ副走査方向に延在する一対の第２の側壁と、を有する請求項１に記載のイメージセンサ。
3. 一対の前記レンズ体固定部は、前記底部の副走査方向の中央部を凸型形状に絞り出し加工
   して形成した請求項１又は２に記載のイメージセンサ。
4. 一対の前記レンズ体固定部は、前記底部から前記レンズ体固定部の主走査方向及び副走査
   方向に直交する方向の端部に向かうにつれ、それらの副走査方向の間隔が狭くなっていく
   請求項１から３のいずれか１項に記載のイメージセンサ。
5. 一対の前記レンズ体固定部の主走査方向の両端部に、前記レンズ体固定部に当接して前記
   底部に固定され、前記レンズ体を載置して固定するレンズホルダを備えた請求項１から４
   のいずれか１項に記載のイメージセンサ。

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