JPH05275667A

JPH05275667A - イメージセンサ

Info

Publication number: JPH05275667A
Application number: JP4074205A
Authority: JP
Inventors: Terukazu Otsuki; 輝一大月
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1992-03-30
Filing date: 1992-03-30
Publication date: 1993-10-22
Anticipated expiration: 2017-07-29
Also published as: JP3307978B2

Abstract

(57)【要約】【目的】読み取り操作時に読み取り領域の画像を直接
見ることができ、ハンディスキャナに応用する場合に特
に有効となるイメージセンサを実現する。また、薄型、
且つ簡潔な構造であって、照明光の利用効率が高く、組
み立て時に精密な光学系の調整が不要で、組み立ての信
頼性を格段に向上でき、更には大幅なコストダウンが可
能になるイメージセンサを実現することも目的とする。【構成】アクリル製の透明基板１の裏面側にソーダガ
ラス製の透明基板２を貼り合わせる。透明基板１の表面
の幅方向中間部に、透明基板１の長手方向全長にわたる
切り欠き溝４を形成する。透明基板１の透明基板２と反
対側に位置する端面に鋸歯上面１５が形成された光結合
素子７を設ける。また、透明基板２が貼り合わされる部
分よりも厚み寸法が厚くなった透明基板１の他の部分の
長手方向両端面に斜めカット面９、９を形成し、これら
の斜めカット面９、９にＬＥＤアレイ光源ユニット３を
取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、紙面上の画像情報を光
学的に読み取り、電気信号に変換入力するためのイメー
ジセンサに関し、特に、ワードプロセッサ、パーソナル
コンピュータ等のパーソナル情報機器に付属して、手動
走査にて二次元画像の読み取りを行うハンディスキャナ
に好適なイメージセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、この種のハンディスキャナに
用いられるイメージセンサの一従来例を示す。このイメ
ージセンサは、読み取り原稿のサイズに合わせた長さを
有する原稿照明用のＬＥＤライン光源４０、結像用屈折
率分布型のロッドレンズアレイ（以下セルフォックレン
ズアレイという）４６および一次元ＣＣＤ４７をアルミ
製のフレーム４１の図示する位置に取り付けた組み立て
構造になっている。

【０００３】このような組み立て構造において、フレー
ム４１の下面に対向配置される読み取り画像面４５は、
ＬＥＤライン光源４０によってライン状に照明される。
そして、読み取り画像面４５上の二次元画像の一部分の
ライン状（一次元）の領域における反射光の明暗（画像
の濃淡）情報は、セルフォックレンズアレイ４６によっ
て一次元ＣＣＤ４７上に結像される。一次元ＣＣＤ４７
上に結像した一次元画像情報は、該一次元ＣＣＤ４７の
電気的走査によって像の明暗に応じた振幅を有する時間
的にシリアルな電気信号に変換される。

【０００４】また、読み取り画像面４５上の二次元画像
情報は、イメージセンサを図上Ｙ−Ｙ’の方向に一次元
ＣＣＤ４７の１ライン当たりの電気的走査速度に比して
十分遅い速度で移動させ、図示しないＹ−Ｙ’方向の移
動距離センサからの出力信号を参照しながら、該一次元
ＣＣＤ４７からの出力信号を処理することによって順次
一次元状に切り取られて時間的にシリアルな一連の電気
信号に変換される。

【０００５】図１１は、ＬＥＤライン光源４０の詳細を
示す。このＬＥＤライン光源４０は、基板表面実装用の
樹脂モールド型小形ＬＥＤランプ４２、４２…を細長い
プリント配線基板４３上に並べて配置し、その光取り出
し方向上に光拡散効果のある円筒レンズ４４を設けるこ
とによって構成される。このような構成によれば、出力
光を読み取り画像面４５上のライン状領域に集光し、な
るべく均一な照度で照明できることになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなイメージセンサでは、以下に示す各種の欠点があ
る。

【０００７】このようなイメージセンサを用いたハン
ディスキャナにおいては、画像の読み取り操作を行う際
に、読み込みを行っている画像の部分はイメージセンサ
のフレーム４１の下になっているため、読み取り操作を
行っている者がその部分を直接見ることができない。こ
のため、読み取り領域の細かい設定が行いにくく、ハン
ディスキャナの使い勝手の向上を図る上での欠点となっ
ていた。

【０００８】また、上記のイメージセンサは、ＬＥＤ
ライン光源４０、セルッフォクレンズアレイ４６および
一次元ＣＣＤ４７等の個別の素子を組み合わせることに
よって光学系を構成しているため、これら素子相互の位
置関係を調整しながらの組み立てが必要になる、これら
各素子を所定の位置に安定して固定するために高信頼性
を有するフレーム４１が必要になる、といった理由によ
り、構造の複雑化及び生産工程の繁雑化を伴い、コスト
アップを招来するという欠点がある。更には、装置構成
の小型・軽量化を図る上でのネックになっていた。

【０００９】更には、この種のイメージセンサで使用
される読み取り画像面照明用のライン光源４０に関して
は、上記のように照明される画像面上のライン状の領域
の照度を出来るだけ均一にすることが要求されるため、
上記の従来例では、個々のＬＥＤランプ４２の出力のば
らつきを低減するため、素子のランク選別、駆動回路の
抵抗調整等を行っている。このため、生産工程の繁雑化
を生じ、この点においてもコストアップを招来するとい
う欠点がある。

【００１０】その他、上記のライン光源４０では、Ｌ
ＥＤランプ４２の実装されていない部分（隣接するＬＥ
Ｄランプ４２同士の間隙）の直下において、照度低下
（リップル）が生じるため、ＬＥＤランプ４２の光出射
方向前方に設置される円筒レンズ４４に乳白色レンズを
用いて光を散乱させることによってこの軽減を図ってい
る。このため、光源から発せられた光の利用効率が低下
するという欠点がある。

【００１１】更には、これらリップルの影響のため、
ＬＥＤランプ４２一個当たりの出力を向上したとして
も、ＬＥＤ実装数の大幅な削減を図ることが困難になる
ため、依然として、コストダウンを図る上でのネックに
なっていた。

【００１２】本発明はこのような従来技術の課題を解決
するものであり、読み取り操作時に読み取り領域の画像
を直接見ることができ、ハンディスキャナに応用する場
合に特に有効となるイメージセンサを提供することを目
的とする。

【００１３】また、本発明の他の目的は、薄型、且つ簡
潔な構造であって、照明光の利用効率が高く、組み立て
時に精密な光学系の調整が不要で、組み立ての信頼性を
格段に向上でき、更には大幅なコストダウンが可能にな
るイメージセンサを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のイメージセンサ
は、読み取り対象画像面上へ発光素子から発せられた光
を伝送し、前記読み取り対象画像面を照明する照明光学
系と、該照明光学系を経て照射された光の、前記読み取
り対象画像面上における反射光の空間的強度分布情報を
光電変換素子まで伝送する集光光学系とを備えたイメー
ジセンサにおいて、前記照明光学系が前記発光素子を表
面に搭載した第１透明基板の内部に形成されると共に、
前記集光光学系が前記光電変換素子を表面に搭載した第
２透明基板の内部又は表面上に複数の三次元光導波路を
有して形成され、且つ少なくとも前記第１透明基板の光
射出部分と前記第２透明基板の三次元光導波路への光導
入部分とが積層され、積層部分の該第１透明基板及び該
第２透明基板の積層方向における透明性が保持されると
共に、前記第２透明基板に密着して該読み取り対象画像
が設置されており、そのことにより上記目的が達成され
る。

【００１５】好ましくは、前記照明光学系からの光出力
を任意の空間的強度分布に制御する光結合素子を前記第
１透明基板の少なくとも１つの端面に設ける。

【００１６】また、好ましくは、前記複数の三次元光導
波路の光射出側端における間隔ピッチを光入射側の間隔
ピッチよりも狭く配置する。

【００１７】また、好ましくは、前記第２透明基板の前
記光電変換素子搭載面に、前記発光素子の発光波長の波
長帯域のみを透過する特性を有する光学フィルタを設け
る。また、好ましくは、樹脂成形法によって透明樹脂を
一体成形して前記第１透明基板を作製する。

【００１８】また、好ましくは、前記発光素子として、
赤色、青色および緑色の発光特性を各別に有する発光素
子を用い、前記光電変換素子として、カラー対応の光電
変換素子を用い、かつ赤色、青色および緑色の透過帯域
を有する光学フィルタを設ける。

【００１９】

【作用】上記構成の本発明イメージセンサにおいては、
第１透明基板の表面上に搭載された発光素子（光源）よ
り発せられた光の一部は、該第１透明基板の内部に導入
され、大気中と透明基板内の屈折率の差によって該第１
透明基板の各面にて反射され、基板内に閉じ込められ
る。更に、それらの光のうち該第１透明基板の任意の面
上に設けられた光結合素子に当たった光は、光が当たっ
た面の向き及び状態に応じた方向、強度にて反射され
る。そして、第１透明基板の内部を伝搬した光の一部は
照明光学系の光射出部から射出される。

【００２０】第１透明基板から外部へ射出された光の一
部は、直接、或は第１透明基板に積層された第２透明基
板を透過した後、例えば該第２透明基板の裏面に密着し
て設置された読み取り画像上に照明される。従って、第
１透明基板の表面の一部分に形成された光結合素子の形
状を適切な関数に従って空間的に変化させておくと、第
１透明基板に形成された照明光学系を経て、読み取り画
像面上に射出される光の強度は、空間的に任意の分布、
例えば均一となる。

【００２１】本発明の画像面照明光学系では、従来例の
ように光源（ＬＥＤランプ）から発せられた光を直接的
に照明スポットへ集光する方式を採用しているのとは異
なり、発光素子から発せられた光は第１透明基板の内部
の各面で多数回反射された後に照明対象面に到達する。
このため、発光素子を複数個用いた場合においても、そ
れぞれの発光素子より発せられた光は基板内で空間的に
混合され、各発光素子間の発光強度のばらつきの影響は
光出力の分布に対して大幅に改善される。

【００２２】そして、この作用によって、本発明のイメ
ージセンサにおける照明光学系においては、従来必要で
あった複数発光素子間の出力ばらつきに対する各発光素
子個別の光強度補正が不要となる。また、照明対象面上
においては、各発光素子の間隙位置に於ける照度低下の
影響もほとんど無視できるため、照明光学系において光
拡散を行う必要がなくなり、より高効率の光利用を図る
ことが可能となる他、光出力の許す限り光源の数を削減
することが可能となる。

【００２３】照明光学系を経て読み取り画像面上に照射
され、読み取り画像面上で反射した光の一部は、該読み
取り画像面上に密着して設置された第２透明基板に設け
られている複数の三次元光導波路の光信号導入口列へ入
射し、続いて該三次元光導波路中を伝搬した後、第２透
明基板の端面上に設けられている三次元光導波路の光射
出口列より射出され、第２透明基板の表面に密着して設
けられている光電変換素子（発光素子）へ入射し、電気
信号に変換される。

【００２４】また、第１透明基板の照明光学系を経て読
み取り画像面上に照射された照明光の内、三次元光導波
路に入射しなかった光の大部分は第２透明基板および第
１透明基板の内部を透過し、第１透明基板又は第２透明
基板の表面から基板上部へ抜けて行く。一方、第１透明
基板又は第２透明基板の上部より基板表面を透過して内
部へ入射する外部光は、第１透明基板および第２透明基
板を透過し、第２透明基板の裏面に密着して設置された
読み取り画像面にて反射した後、その一部が三次元光導
波路の光導入口列より該三次元光導波路へ入射し、残り
の大部分が、再び第１透明基板および第２透明基板を透
過して透明基板の表面から上部へ抜けて行く。

【００２５】以上のように、本発明イメージセンサによ
ると、読み取り画像面は画像読み取り操作中においても
本イメージセンサを構成する透明基板の上部から第１透
明基板及び第２透明基板を透過して見ることが可能であ
る。更に、暗所での読み取り時にも、発光素子としての
ＬＥＤ光源より発せられた照明光の、読み取り画像面に
おける反射光が透明基板上部方向へ漏れるので、読み取
り部の画像を確認することが可能となる。

【００２６】また、上記構成によると、照明光源からの
光を読み取り画像面上へ導く照明光学系および、該読み
取り画像面からの反射光を光電変換素子へ導く読み取り
光学系が、各々一枚の透明基板上に一体的に形成され、
かつそれらが積層されることでイメージセンサの光学系
を構成しているため、従来の個別光学素子を所定の位置
関係に固定するためのフレームが不要になる。更には、
各素子相互の精密な位置調整なしに、基板上の所定の位
置に発光素子及び受光素子を配置することができる。従
って、上記構成によれば、簡単な工程のみで、イメージ
センサの光学系の組み立てが可能となる。

【００２７】この照明光学系が内部に形成される透明基
板の形状は、樹脂等を材料として、成形法による一体製
造が可能であり、このような製造方法によれば、低コス
トで高均質な製品の提供が可能になる。

【００２８】また、集光光学系の三次元光導波路の射出
口列が設けられている第２透明基板の端面上に、発光素
子より発せられた光の波長に一致した光波長透過特性を
有する光学フィルタを設ければ、光電変換素子へ照明光
学系以外の基板外部から侵入する光がカットされるの
で、読み取り画像の照度むら発生による読み取り誤差を
低減できる。

【００２９】また、透明基板上に設けられる三次元光導
波路の出射出口側のピッチを、その光導入口側のピッチ
よりも分解能の許容範囲内で小さくすると、使用する一
次元受光センサの長さを短くすることが可能であり、コ
ストダウンに寄与できる。

【００３０】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。

【００３１】（実施例１）図１ないし図７は本発明のイ
メージセンサの実施例１を示す。この実施例１のイメー
ジセンサは、例えば読み取り幅１１ｃｍサイズの手動走
査型イメージスキャナ（ハンディスキャナ）に応用され
る。

【００３２】このイメージセンサは、アクリル製の透明
基板１の裏面側にこれよりも小サイズのガラス製の透明
基板２を貼り合わせて形成される。具体的には、透明基
板１の表面側であって、図１にＹ−Ｙで示す幅方向の中
央部寄りに相当する部分には、切り欠き溝４が全長にわ
たって形成されており、該切り欠き溝４の斜面中心線Ａ
−Ａ’と、透明基板２の斜めカット端面１１の斜面中心
線が一致するようにして両者が上下に貼り合わされる。
この貼り合わせ状態において、透明基板１の切り欠き溝
４を通して透明基板２の斜めカット端面１１の表面が直
接視認できるようになっている。

【００３３】なお、透明基板１と透明基板２の貼り合わ
せは、硬化後の屈折率が透明基板１の屈折率にほぼ等し
い（ｎ＝１．４９）特性を有するアクリル系透明接着剤
（厚さ５０μｍ）を用いて行われる。

【００３４】透明基板１は、例えば幅１２ｃｍ、長さ４
ｃｍの寸法を有する。また、切り欠き溝４は、具体的に
は、基板表面に対して４５度の角度で、かつ深さ２ｍｍ
の傾斜面として形成されている。更に、透明基板１の裏
面であって、幅方向の一端側に相当する部分は、裏面か
ら１ｍｍの長さにわたって平坦状に切り欠かれている。
この切り欠き部の幅方向他端側の端部位置（以下段差線
という）１２は、切り欠き溝の４５度傾斜面と透明基板
１の表面との交線Ｂ−Ｂ’の直下に位置している。

【００３５】そして、この段差線１２を境界にして、切
り欠き溝４の傾斜面側の基板厚みが３ｍｍに、垂直面側
の厚みが２ｍｍに設定されている。

【００３６】加えて、透明基板１の幅方向他端部におけ
る長手方向両端面には、Ｙ−Ｙ’方向に対して１６度傾
斜した傾斜面（以下斜めカット面という）９、９が設け
られている。この斜めカット面９、９は、例えば１７ｍ
ｍの長さにわたって形成されている。

【００３７】また、透明基板１の幅方向他端面は鋸歯状
面１５に形成されており、該鋸歯状面１５の表面にはア
ルミ反射膜８をスパッタした光結合素子７が形成されて
いる。この光結合素子７の各鋸歯状面１５は、図４に示
すように透明基板１の長手方向中央Ｃ−Ｃ’を境にして
傾斜方向がそれぞれ逆になっている。この傾斜面の傾斜
角度は、具体的には透明基板１、２の長手方向に相当す
るＸ−Ｘ’方向に対して傾斜角度α＝３７度に設定され
ている。また、各鋸歯状面１５の鋸歯の頂点の深さ（高
さ）ｈは、一定の関数ｆ（ｘ）に従って透明基板１の長
手方向中央部ほど深くなるように一定のピッチｐ＝０．
８ｍｍで配置されている。

【００３８】なお、上記形状の透明基板１は、射出成形
法によって一体成形されており、各表面はいずれも滑ら
かな面となっている。このような射出成形法によれば、
透明基板１を迅速、かつ精度よく形成できる利点があ
る。

【００３９】更に、前記斜めカット面９、９および切り
欠き溝４が形成された部分の裏面側には、それぞれ反射
防止膜１４が真空蒸着法によって設けられている。ま
た、透明基板１の斜めカット面９、９の外側方には、図
５又は図６に示される構造のＬＥＤアレイ光源ユニット
３がそれぞれ取り付けられている。この取り付けは、Ｌ
ＥＤアレイ光源ユニット３、３の光出力面を斜めカット
面９、９にそれぞれ対向密着させ、透明エポキシ系接着
剤を用いて取り付けられる。

【００４０】このＬＥＤアレイ光源ユニット３は、図５
又は図６に示されるように、８個のＬＥＤチップ３２、
３２…及び１個の負荷抵抗素子３３を、直方体状をなす
液晶ポリマー製の光源ケース３１内に長手方向に一列状
態で実装して構成される。この光源ケース３１は、ＬＥ
Ｄチップ３２、３２…が実装された部分が、凹状の光反
射カップになっており、該光反射カップの表面上に金属
メッキによって配線パターンを兼ねる光反射膜３５（以
下配線パターンについても番号３５を付ける）が形成さ
れた構造になっている。

【００４１】また、配線パターン３５は、該光源ケース
３１内のＬＥＤチップ３２、３２…の実装部からケース
背面（裏面）に形成された背面電極３４まで、その表面
上に一体的に形成されている。従って、ＬＥＤアレイ光
源ユニット３が透明基板１に取り付けられた状態で、背
面電極３４へ外部電源より配線を行えば、外部から光源
ケース３１内のＬＥＤチップ３２、３２…に電流供給を
行うことができる。

【００４２】このＬＥＤアレイ光源ユニット３では、８
個のＬＥＤチップ３２、３２…および１個の負荷抵抗素
子３３が全て直列に接続配線されている。また、光源ケ
ース３１内の配線パターン３５上に実装されたＬＥＤチ
ップ３２は、該光源ケース３１の凹部に充填された透明
エポキシ樹脂によって封止されている。

【００４３】一方、透明基板２は、例えば長さ１２ｃ
ｍ、幅１．８ｃｍ、厚さ０．９５ｍｍの寸法を有するソ
ーダガラス製基板からなる。透明基板２の幅方向一端面
には上記した斜めカット端面１１が形成されている。こ
の斜めカット端面１１の傾斜角度は４５度に設定されて
いる。この斜めカット端面１１を含む透明基板２の全端
面は研磨加工によって滑らかな面に仕上げられている。

【００４４】加えて、透明基板２の裏面、すなわち斜め
カット端面１１をガラス越しに見る側の面には、斜めカ
ット端面１１の先端部からその反対側の端面まで幅約３
０μｍ、深さ３０μｍのチャネル型光導波路６が１３２
０本形成されている。これらのチャンネル型光導波路
６、６…のピッチは、斜めカット端面１１の先端側と反
対側の端面とで異なっており、斜めカット端面１１の先
端部におけるピッチは８３．３μｍ、反対側の端面にお
けるピッチは５０．０μｍにそれぞれ設定されている。

【００４５】これらのチャンネル型光導波路６、６…
は、透明基板２の裏面上に導波路パターン形状にＡｇ膜
を蒸着し、続いて電界イオン交換法によってＡｇ⁺イオ
ンを透明基板２中へ拡散させることによって作製され
る。

【００４６】また、この透明基板２の斜めカット端面１
１の反対側の端面上には、図３に示すように、ＬＥＤア
レイ光源ユニット３の発光波長（＝５６５ｎｍ）を透過
する光波長帯域透過フィルタ１０が誘電体多層薄膜を真
空蒸着することによって一体的に設けられている。更
に、透明基板２の光波長帯域透過フィルタ１０が設けら
れた端面上には一次元ＣＣＤ５が取り付けられている。
この取り付けは、一次元ＣＣＤ５をチャネル型光導波路
６の光射出口列上に沿って対向密着し、エポキシ系透明
接着剤を用いて行われる。

【００４７】次に、上記した実施例１のイメージセンサ
の動作を詳細に説明する。まず、ＬＥＤアレイ光源ユニ
ット３の背面電極３４に外部より電流を供給する。これ
により、ＬＥＤアレイ光源ユニット３のＬＥＤチップ３
２、３２…より波長５６５ｎｍの光が発せられ、その大
部分の光が透明基板１のＬＥＤユニット取り付け面、す
なわち斜めカット面９、９上に設けられた反射防止膜１
４を透過して透明基板１の内部へ入射する。

【００４８】図７に示すように、透明基板１の内部へ入
射した光のうち、透明基板１と大気の境界面へ臨界角θ
ｒ以上の入射角にて入射する光は、該境界面において全
反射を生じ、ほとんど反射損失を生じることなく界面で
の反射を繰り返し、透明基板１の内部に閉じ込められ
る。

【００４９】ここで、本実施例１において、透明基板１
の素材となるアクリル樹脂の屈折率ｎ₁は、光源波長
（＝５６５ｎｍ）に対してｎ₁＝１．４９であり、大気
中との境界面における臨界入射角θｒはθｒ＝４２．２
度となる。また、本実施例１で用いられるＬＥＤアレイ
光源ユニット３は、外部へ放射される全光量の約７０％
程度が光軸に対して±４８度（＝９０−θｒ＝９０−４
２．２）の範囲内に放射される特性を有している為、透
明基板１の厚さは、光入射部分で３ｍｍと薄いにもかか
わらず、透明基板１の厚み方向に関して同程度（６０〜
７０％程度）の光を基板内部に閉じ込めることができ
る。

【００５０】また、ＬＥＤアレイ光源ユニット３から透
明基板１に入射し、その内部を伝搬する光の大部分は、
図３に示すように透明基板１の端面上に形成された光結
合素子７の鋸歯状面１５へ入射する。該鋸歯状面１５に
は、アルミ反射膜が設けられているため、該アルミ反射
膜によってその反射率（約８８％）に応じた光量が反射
される。

【００５１】また、図３および図４中に矢印で示すよう
に、鋸歯状面１５は、透明基板１の光入射面（斜めカッ
ト面９）へＬＥＤアレイ光源ユニット３から垂直に入射
した光線を、該透明基板１の切り欠き溝４の溝方向（Ｘ
−Ｘ’方向）に対して垂直に入射させるために必要な反
射角度（例えば、Ｘ−Ｘ’方向に対して３７度）に設定
されている。このため、透明基板１の内部を伝搬する光
の多くが、光結合素子７を経て、切り欠き溝４に垂直に
近い角度で入射する。

【００５２】また、図４に示すように、光結合素子７の
鋸歯状面１５を一定の関数ｆ（ｘ）〔例えば放物線関
数〕に従って、切り込み深さｈを透明基板１の長手方向
中央部へ行くほど深くし、これによりＸ−Ｘ’方向の単
位長さ当たりの鋸歯状面１５の反射面積を大きくできる
ように設計してあるので、切り欠き溝４上におけるＸ−
Ｘ’方向の光強度分布を均一化できるようになってい
る。

【００５３】本実施例１における構成では、ＬＥＤアレ
イ光源ユニット３のＬＥＤチップ３２、３２…の個別間
の配置距離に比して、ＬＥＤアレイ光源ユニット３から
切り欠き溝４までの距離を十分長く設定してある。それ
故、透明基板１の厚み方向に関しては多数の全反射を繰
り返した後、切り欠き溝４へ光が到達するため、ＬＥＤ
チップ３２、３２…間の光強度のばらつきや、隣接チッ
プ間隙の光量低下に起因するリップルは、切り欠き溝４
の４５度傾斜面上ではほとんど影響を受けることがな
い。従って、本実施例１においては、図１１に示す従来
のＬＥＤライン光源に見られるような、光拡散レンズ等
の光損失を伴う手段を用いた、光出力均一化のための細
工は不要となる。

【００５４】透明基板１の切り欠き溝４の４５度傾斜面
へ入射した光のうち、該傾斜面に対して臨界角θｒ（４
２．２度）以上で入射した光は、該傾斜面において全反
射され、その大部分は透明基板１の裏面の反射防止膜が
設けられている部分１４を透過して透明基板１の裏面側
へ射出される。透明基板１より射出された光の一部は、
透明基板１の裏面に貼り付けられている透明基板２へ入
射するか、或は透明基板１の直下に配置される読み取り
画像面１３を直接照明する。

【００５５】ここで、透明基板２の材料であるソーダガ
ラスの屈折率ｎはＬＥＤアレイ光源ユニット３の波長
（＝５６５ｎｍ）に対してｎ＝１．５２であり、その臨
界角θｒは４１．３度となる。透明基板１と透明基板２
の臨界角θｒの差が小さいため、透明基板１より射出さ
れ、透明基板２に入射した光の大部分は、透明基板２に
閉じ込められることなく、該透明基板２を透過し、その
直下に密着して置かれた読み取り画像面１３を照明す
る。

【００５６】読み取り画像面１３に照射された光は該読
み取り画像面１３の反射率（画像の濃淡）に応じた強度
で反射される。透明基板２の斜めカット端面１１のチャ
ンネル型光導波路６の直下に相当する部分で反射された
光のうちの一定の割合は、該斜めカット端面１１にて反
射され、それぞれ反射ポイントの真上のチャンネル型光
導波路６へ入射する。

【００５７】チャンネル型光導波路６へ入射した光の大
部分は、それぞれのチャンネル型光導波路６、６…中を
伝搬し、透明基板２の斜めカット端面１１と反対側の端
面へ到達し、該端面上に設けられた光波長帯域透過フィ
ルタ１０へ入射する。この光波長帯域透過フィルタ１０
は、光波長の透過帯域がＬＥＤアレイ光源ユニット３の
発光波長に一致した狭い帯域に設計されている。従っ
て、この光波長帯域透過フィルタ１０により、透明基板
１の上部から該透明基板１を透過して読み取り画像面１
３に当たり、チャンネル型光導波路６へ入射する外部光
の大部分をカットすることができる。これにより、外部
光の影響による読み取り画像面１３上の照度むらに起因
する読み取りエラーを減少させることができる。

【００５８】光波長帯域透過フィルタ１０を透過した光
は該光波長帯域透過フィルタ１０に密着して取り付けら
れている一次元ＣＣＤ５に入射し、電気信号に光電変換
される。以上の動作によって、透明基板２の斜めカット
端面１１に沿った光導波路列直下の一次元領域の画像の
濃淡情報が電気信号に変換される。

【００５９】本実施例１において、イメージセンサをＹ
−Ｙ’方向へ移動させ、図示しないＹ−Ｙ’方向の移動
距離検出センサの出力信号と、一次元ＣＣＤ５からの出
力信号を関係づければ、透明基板２の斜めカット端面１
１の先端ラインに沿った一次元領域によって走査される
二次元領域の画像の濃淡情報を一連の電気信号情報に変
換することができる。

【００６０】以上の実施例１のイメージセンサによれ
ば、読み取り画像面１３を画像読み取り操作中も上部か
ら視認することができるので、読み取り領域の細かい設
定ができる利点がある。従って、このイメージセンサを
ハンディスキャナに応用すれば、その使い勝手を格段に
向上できる。また、取付精度出しのためのフレームが不
要なるので、装置構成の小型・軽量化およびコストダウ
ンが可能になる。また、製造能率を向上できる利点もあ
る。更には、ＬＥＤアレイ光源ユニット３から発せられ
る光の利用効率を向上できる利点もある。また、リップ
ルの悪影響を排除でき、ＬＥＤチップ３２の実装数を低
減できるので、この点においても装置構成の小型・軽量
化およびコストダウンが図れる利点がある。

【００６１】（実施例２）図８および図９は本発明のイ
メージセンサの実施例２を示す。

【００６２】本実施例２のイメージセンサは、透明基板
１の断差線１２が該透明基板１の表面上に設けられた切
り欠き溝４の垂直面側の直下に、すなわちＢ−Ｂ’に沿
って設けられている。この切り欠き溝４の傾斜面の傾斜
方向は、上記実施例１の傾斜面とは逆方向になってい
る。また、上記とは逆に、切り欠き溝の４５度傾斜面側
の厚さは２ｍｍ、垂直面側の厚さは３ｍｍになってい
る。更に、本実施例２では、透明基板２が透明基板１の
ＬＥＤアレイ光源ユニット３を取り付けた部分の裏面側
に上記同様にして貼り合わされている。従って、本実施
例２では、透明基板１の照明光学系と透明基板２の集光
光学系が読み取り領域ラインで折り返され、積層された
構造となっている。

【００６３】以上の点が異なる他は、上記実施例１と同
様であるので、対応する部分について同一の番号を付
し、具体的な説明については省略する。

【００６４】本実施例２においても、上記実施例１同様
の効果を奏することができる。

【００６５】（実施例３）次に、本発明のイメージセン
サの実施例３を説明する。この実施例３のイメージセン
サは、カラー用のイメージセンサである。このため、本
実施例３では、ＬＥＤアレイ光源ユニットとして、上記
実施例１のＬＥＤアレイ光源ユニット３で用いられた緑
色（５６５ｎｍ）の発光波長のＬＥＤチップ３２に代え
て、赤色、青色および緑色の三色の発光特性をそれぞれ
有する３個、合計９個のＬＥＤチップが搭載された構造
のものを用いる。このＬＥＤアレイ光源ユニットの出力
光は白色光に近い特性を示す。

【００６６】また、本実施例３では、透明基板１に搭載
される一次元光電変換素子（受光素子）として、カラー
画像に対応した一次元ＣＣＤを用いる。更に、上記実施
例１および実施例２では、光学フィルタとして、透明基
板１の端面に形成された光波長帯域透過フィルタ１０を
用いたが、本実施例３では、カラー用一次元ＣＣＤの各
受光画素の表面に形成された赤・緑・青（光源のＬＥＤ
の発光波長と同等）の透過帯域を有する光学フィルタを
用いる。この点を除いた本実施例３の構造は、実施例１
或いは実施例２の構造と同様である。

【００６７】本実施例３の構成によれば、カラー画像の
読み取りが可能になる。すなわち、本実施例３によれ
ば、カラーのイメージセンサを実現できる。

【００６８】なお、本発明の適用対象は、上記各実施例
に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施
例に多くの修正及び変更を加え得ることは勿論である。

【００６９】

【発明の効果】以上の本発明イメージセンサによれば、
画像読み取り操作時において、読み取り走査ラインを含
む読み取り画像面は第１透明基板および第２透明基板の
下方に位置するが、イメージセンサの上部から第１透明
基板に当たった光の大部分は第１透明基板および第２透
明基板を透過して、読み取り画像面上に到達することが
できる。そして、読み取り画像面上に到達した光の大部
分は該読み取り画像面で反射した後、再び第１透明基板
および第２透明基板を透過してイメージセンサの上部へ
射出されるため、読み取り画像領域を、画像読み取り操
作中もイメージセンサ上部から視認することが可能にな
る。従って、本発明のイメージセンサをハンディスキャ
ナに応用すると、読み取り領域の細かい設定が可能にな
るので、その使い勝手を格段に向上できる利点がある。

【００７０】また、本イメージセンサに搭載されている
発光素子から発せられ、第１透明基板の内部を経て読み
取り走査ライン近傍の読み取り画像面上に照射された光
のうち、第２透明基板に設けられた光導波路に入射しな
い大部分の光は、該第２透明基板および第１透明基板を
透過し、イメージセンサ上部へ射出される。このように
読み取り画像領域を照明する光を基板上部から見ること
ができるため、暗所でイメージセンサを使用する場合に
も、読み取り画像領域を確認することができる利点があ
る。

【００７１】また、本発明のイメージセンサにおいて
は、読み取り光学系の全てが、第１透明基板および第２
透明基板の上、若しくはその内部に一体的に構成されて
いるので、組み立て工程において、第１透明基板と第２
透明基板の接合、発光素子および光電変換素子の透明基
板への取り付けは、いずれも精密な位置調整を行う必要
がなく、あたかも電気回路基板上に電子部品を実装する
かの如くの簡便さをもって光学系の組み立てが可能にな
る。この結果、製造能率を格段に向上でき、大幅なコス
トダウンが可能になる。

【００７２】また、透明基板自体に形成される光学系
は、透明基板の外形による反射鏡、化学的プロセスを用
いて製作された光導波路、および透明基板上に蒸着等の
薄膜形成プロセスを用いて形成されたフィルタによって
一体的に構成されているため、構造が極めてシンプルで
あり、個々の光学素子のコストが安価になると同時に、
各光学素子間の位置ずれが極めて発生しにくく、高信頼
性が得られるという利点がある。

【００７３】また、これらの透明基板一体型構造の採用
により、各光学素子の間に光学系を構成するのに必要な
空間を確保しつつ、各光学素子を所定の位置に保持、固
定するためのフレームが不要になるので、装置構成の大
幅な小型・軽量化が可能になるという利点もある。

【００７４】また、特に請求項３記載のイメージセンサ
によれば、集光光学系を構成する光導波路列のピッチ
を、その光導入側よりも光射出側で狭くしてあるので、
使用するＣＣＤ等のライン状光電変換素子の長さを短く
でき、コストダウンに大いに寄与できる利点がある。

【００７５】また、特に請求項４記載のイメージセンサ
によれば、発光素子の発光波長に透過帯域を一致させた
光学フィルタを備えているので、外部光の悪影響による
読み取り誤差の発生を防止でき、信頼性を大幅に向上で
きる利点がある。

【００７６】また、特に請求項５記載のイメージセンサ
によれば、複雑な形状を有する透明基板を一体成形でき
るので、製品スペックのばらつきの縮小および大幅なコ
ストダウンが可能になる利点がある。

【００７７】また、特に請求項６記載のイメージセンサ
によれば、カラー用のイメージセンサを実現できる利点
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明イメージセンサの実施例１を示す斜視
図。

【図２】図１のＹ−Ｙ’線による断面図。

【図３】本発明イメージセンサの実施例１を示す平面
図。

【図４】実施例１のイメージセンサの光結合素子部分を
示す形状詳細図。

【図５】実施例１のイメージセンサのＬＥＤアレイ光源
ユニットを示す斜視図。

【図６】実施例１のイメージセンサにおけるＬＥＤアレ
イ光源ユニットの他の実施例を示す斜視図。

【図７】実施例１のイメージセンサにおける透明基板に
対する光の光導入・伝搬の状態示す説明図。

【図８】本発明イメージセンサの実施例２を示す斜視
図。

【図９】図８のＹ−Ｙ’線による断面図。

【図１０】イメージセンサの一従来例を示す断面図。

【図１１】図１０に示すイメージセンサに使用されるＬ
ＥＤアレイ光源ユニットを示す斜視図。

【符号の説明】

１透明基板（第１透明基板）２透明基板（第２透明基板）３ＬＥＤアレイ光源ユニット４切り欠き溝５一次元ＣＣＤ６チャンネル型光導波路７光結合素子８アルミ反射膜９斜めカット面１０光波長帯域透過フィルタ１１斜めカット端面１２断差線１３読み取り画像面１４反射防止膜１５光結合素子の鋸歯状面３１光源ケース３２ＬＥＤチップ３３負荷抵抗素子３４背面電極３５反射鏡を兼ねる配線パターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】読み取り対象画像面上へ発光素子から発せ
られた光を伝送し、前記読み取り対象画像面を照明する
照明光学系と、該照明光学系を経て照射された光の、前記読み取り対象
画像面上における反射光の空間的強度分布情報を光電変
換素子まで伝送する集光光学系とを備えたイメージセン
サにおいて、前記照明光学系が前記発光素子を表面に搭載した第１透
明基板の内部に形成されると共に、前記集光光学系が前
記光電変換素子を表面に搭載した第２透明基板の内部又
は表面上に複数の三次元光導波路を有して形成され、且
つ少なくとも前記第１透明基板の光射出部分と前記第２
透明基板の三次元光導波路への光導入部分とが積層さ
れ、積層部分の該第１透明基板及び該第２透明基板の積
層方向における透明性が保持されると共に、前記第２透
明基板に密着して該読み取り対象画像が設置されている
イメージセンサ。
【請求項２】前記照明光学系からの光出力を任意の空間
的強度分布に制御する光結合素子を有し、該光結合素子
が前記第１透明基板の少なくとも１つの端面に設けられ
ている請求項１記載のイメージセンサ。
【請求項３】前記複数の三次元光導波路の光射出側端に
おける間隔ピッチが光入射側の間隔ピッチよりも狭く配
置されている請求項１記載のイメージセンサ。
【請求項４】前記第２透明基板の前記光電変換素子搭載
面に、前記発光素子の発光波長の波長帯域のみを透過す
る特性を有する光学フィルタが設けられている請求項１
記載のイメージセンサ。
【請求項５】前記第１透明基板が樹脂成形法によって透
明樹脂を一体成形して作製される請求項１記載のイメー
ジセンサ。
【請求項６】前記発光素子として、赤色、青色および緑
色の発光特性を各別に有する発光素子を有し、前記光電
変換素子として、カラー対応の光電変換素子を有し、か
つ赤色、青色および緑色の透過帯域を有する光学フィル
タを備えた請求項１記載のイメージセンサ。