JPWO2008013234A1 - Line illumination device, image sensor, and image reading device using the same - Google Patents
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Abstract
本発明は、発光素子からの放射光を効率良く導光体内に入射させるライン状照明装置及びこのライン状照明装置を用いたイメージセンサ、画像読取り装置を提供する。このために、発光素子と、発光素子から放射される光を端面から受光し、その受光した光を長手方向に導光するとともに出射面から光を出射する長尺状の導光体と、導光体を被うとともに、その導光体の出射面から放射される光を通過させるための開口部を有し、導光体の端面を超えて発光素子と嵌合する導光体カバーとを有する。The present invention provides a line illuminating device that efficiently emits radiated light from a light emitting element into a light guide, and an image sensor and an image reading device using the line illuminating device. For this purpose, a light emitting element, a long light guide that receives light emitted from the light emitting element from the end face, guides the received light in the longitudinal direction, and emits light from the emitting face, and a light guide A light guide cover that covers the light body and has an opening for allowing light emitted from the light exit surface of the light guide to pass therethrough and that fits the light emitting element beyond the end face of the light guide. Have.
Description
本発明は、原稿読取面を照射してその反射光を読取るイメージセンサ等で用いられるライン状照明装置、イメージセンサ及びそれを用いた画像読取装置に関するものである。 The present invention relates to a line illumination device used in an image sensor or the like that irradiates a document reading surface and reads reflected light, an image sensor, and an image reading device using the same.
従来、イメージスキャナ、ファクシミリ或は複写機等の画像読取装置で用いられるイメージセンサには、縮小型、密着型等の種類がある。その中で密着型イメージセンサ(以下CIS)は、照明装置、等倍結像光学装置、光電変換素子等から構成されている。そして、このCISは一般的に、縮小光学系を利用したイメージセンサに比べて、光路長が短いため機器を小型化し易いという特徴をもつ。そのため機器への組み込みが容易であり、縮小光学系に代わって薄型のフラットベット型画像読取装置などに多く使用されるようになってきた。このCISに使用されるライン状の照明装置は、原稿面を必要な照度以上に照明し、原稿からの反射光が十分な光量を持って光電変換素子に到達することが要求されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there are various types of image sensors used in image reading apparatuses such as image scanners, facsimiles, and copying machines, such as a reduction type and a contact type. Among them, a contact image sensor (hereinafter referred to as CIS) is composed of an illuminating device, an equal magnification imaging optical device, a photoelectric conversion element, and the like. The CIS generally has a feature that the device can be easily miniaturized because the optical path length is shorter than that of an image sensor using a reduction optical system. For this reason, it can be easily incorporated into a device, and instead of a reduction optical system, it has been widely used in a thin flat bed type image reading apparatus. The line-shaped illumination device used for this CIS is required to illuminate the original surface with a required illuminance or higher and the reflected light from the original reaches the photoelectric conversion element with a sufficient amount of light.
図9は、従来の密着型イメージセンサの構成断面図である。ここでは導光体42が一本の場合を示している。この密着型イメージセンサは、原稿を照射するためのライン状の照明装置を有し、レンズ44を通して原稿49からの反射光を光電変換素子で形成されたラインセンサ45で受けて電気信号に変換している。
FIG. 9 is a structural cross-sectional view of a conventional contact image sensor. Here, the case where there is one
図9において、43は構成部材を支持するフレーム、44は原稿の光学像をラインセンサ45上に結像するレンズアレイ、45は原稿の光学像を電気信号に光電変換する受光部を複数備えたライン状に配置されたラインセンサである。また46はラインセンサ45を搭載しているセンサ基板である。41r,41g,41bは、原稿を照明するための発光ダイオード(以下LED)からなる発光素子41で、長尺方向に延びた導光体42の端面に配置されている。ライン状照明装置は、LEDからの放射光を取入れ、原稿読取部の1ラインの長さに亘って照明光量が略均一になるように設計された導光体42を有している。47はセンサ信号と外部機器を接続するコネクタ、48は原稿49を支持する透明ガラス製の原稿支持台である。
In FIG. 9,
一般的に導光体42の端面に配置された発光素子から放射された光は、アクリル製の導光体42中に導かれ、その内部を複雑に反射しながら出射面から外部に出射されて原稿49を照明する。
In general, light emitted from a light emitting element disposed on the end face of the
このようなライン状照明装置としては、いろいろな形状のものが使われており、最近は図10に示すような角柱状のものも使われている(特許文献1)
図10は、従来のライン状照明装置の構成を示す図である。As such a line illuminating device, those having various shapes are used, and recently, a prismatic one as shown in FIG. 10 is also used (Patent Document 1).
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a conventional line illumination device.
このライン状照明装置10の導光体20は、LED光源ユニット30に一体形成された導光体取付け枠31に挿入されるような構成となっている。更に導光体20は、その外側に導光体カバー(図示せず)が配置されている。
しかし図10の構成では、LED光源ユニット30の構成が複雑となり、市販品のLEDではなく、カスタムメイドのLEDを必要とする。また導光体の形状によっては導光体取付け枠31を大きくする必要があり、それに伴ってLED光源ユニット30の形状を大きくする必要があった。
However, in the configuration of FIG. 10, the configuration of the LED
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決することにある。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art.
又本願発明の特徴は、発光素子と導光体が同一の導光体カバーで覆われており、発光素子からの放射光を効率良く導光体内に入射させることができるライン状照明装置を提供することにある。 In addition, the present invention is characterized in that the light emitting element and the light guide are covered with the same light guide cover, and a line-shaped illumination device capable of efficiently allowing the emitted light from the light emitting element to enter the light guide is provided. There is to do.
又このライン状照明装置を用いたイメージセンサ、画像読取り装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide an image sensor and an image reading device using the line illumination device.
上記目的を達成するために本発明の一態様に係るライン状照明装置は以下のような構成を備える。即ち、
発光素子と、
前記発光素子から放射される光を端面から受光し、当該受光した光を長手方向に導光するとともに出射面から光を出射する長尺状の導光体と、
前記導光体を被うとともに前記導光体の出射面から放射される光を通過させるための開口部を有し、前記導光体の前記端面を超えて前記発光素子と嵌合する導光体カバーと、
を有することを特徴とする。In order to achieve the above object, a line illumination device according to one embodiment of the present invention has the following configuration. That is,
A light emitting element;
A long light guide that receives light emitted from the light emitting element from an end surface, guides the received light in a longitudinal direction, and emits light from an emission surface;
A light guide that covers the light guide and has an opening for allowing light emitted from the light exit surface of the light guide to pass through, and that fits the light emitting element beyond the end face of the light guide. Body cover,
It is characterized by having.
本発明によれば、以下の効果がある。
(1)発光素子と導光体が同一の導光体カバーで覆われているため、発光素子からの放射光を効率良く導光体に入射させることができる。
(2)発光素子側に導光体の嵌挿を考慮した光漏れ防止のための複雑な構造が不要となる。
(3)発光素子と導光体の位置決めを容易にできる。The present invention has the following effects.
(1) Since the light emitting element and the light guide are covered with the same light guide cover, the emitted light from the light emitting element can be efficiently incident on the light guide.
(2) A complicated structure for preventing light leakage in consideration of insertion of a light guide on the light emitting element side becomes unnecessary.
(3) The light emitting element and the light guide can be easily positioned.
100 ライン状照明装置
101 発光素子
102 基板
103 導光体カバー
104 空気層
105 受光端面(端面)
106 導光体
108 光の出射口
110 延長部DESCRIPTION OF
106
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。尚、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る本発明を限定するものでなく、また本実施の形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments do not limit the present invention according to the claims, and all combinations of features described in the present embodiments are essential to the solution means of the present invention. Not exclusively.
[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の形態1に係るライン状照明装置100を概略的に示す斜視図であり、図2は、図1の線I−Iに沿う断面図である。[Embodiment 1]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a
本実施の形態に係る発光素子101は、市販の白色LED(日亜化学工業株式会社製の型番;NFSW036B)を用いている。このLEDパッケージの形状は、厚さ0.8mm、縦横3.5mmである。また、このLEDは放熱のための厚さ2mmの銅製の基板102上に配置されている。
The
尚、この発光素子(光源)101は、通常の明るさのLEDを多数個接続し、複数のチップから形成することも可能である。また白色LEDの代わりに、赤青緑の3種類のLEDを用いることも可能である。 The light emitting element (light source) 101 can be formed of a plurality of chips by connecting a large number of LEDs having normal brightness. Moreover, it is also possible to use three types of red, blue, and green LEDs instead of the white LEDs.
本実施の形態では、導光体106は光透過性の高いアクリル樹脂を所定の形状に成型して形成している。また導光体カバー103は、白色の顔料を練り込んだポリカーボネート樹脂を成型して用いた。この導光体106は、A4サイズの原稿を照射する用途では、その長さは通常230mm程度である。またその断面形状は、約30平方mmの扇型(図3参照)で、全体として長尺棒状の形状である。
In the present embodiment, the
103は、この導光体106を覆う導光体カバーで、発光素子101までも含んで覆う構成となっている。ここで導光体カバー103は、発光素子101と導光体106との間の空気層104を覆い、発光素子101が実装されている基板102に当接する延長部110を有しており、また発光素子101自体を取り囲むように嵌合している。108は導光体106からの光の出射口で、この部分は導光体カバー103の開口部となっている。111は、導光体106の長尺方向に沿って設けられた反射・拡散面で、この反射・拡散面111に入射した光は拡散され、その一部が反射・拡散面111と対向する出射面107、出射口108を通って原稿を照射する。105は、この導光体106の受光端面で、発光素子101から発光された光を、この端面105で受光して、導光体106の内部に導いている。
図3は、本実施の形態に係る導光体106の断面図で、前述の図面と共通する部分は同じ記号で示している。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
図4は、本発明の実施の形態1に係るライン状照明装置100における発光素子101近傍の拡大断面図である。
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the
図4に示すように、本実施の形態に係るライン状照明装置100では、発光素子101の大きさは導光体106の断面より小さい。そして発光素子101まで延長した導光体カバー103は、空気層104を覆い、発光素子101が実装されている基板102に当接する延長部110を有している。更に、この導光体カバー103は、発光素子101の側面(本実施の形態ではLEDパッケージ自体)を取り囲むように嵌合している。
As shown in FIG. 4, in the
発光素子101から放射された放射光112は、導光体106の受光端面105に直接到達する光線と、放射角が大きくて導光体カバー103の内側面113に到達する光線とで構成されている。導光体カバー103の内側面113に到達した光線は、白色のポリカーボネート製の導光体カバー103の内側面113で反射、若しくは更にこの導光体カバー103内側面113での反射を繰返した後、導光体106の受光端面105及び導光体106に到達する。このように導光体カバー103を、発光素子101と導光体106とを一体で覆うように形成することにより、発光素子101からの放射光を効率良く導光体106に入射させることができる。
The radiated light 112 radiated from the
本実施の形態1に係るライン状照明装置100の出射口108における長尺方向での照度分布を測定した。また比較例として図4に示す導光体カバー103における延長部110を、背景技術で説明した図10の従来のライン照明装置の導光体取付け枠31の該当する比較枠115に製作し、図11に例示する比較用ライン状照明装置116とした。
The illuminance distribution in the longitudinal direction at the
図11は、本実施の形態1に係るライン状照明装置を図10に示す導光体取付け枠に該当する比較枠として設けた比較用ライン状照明装置の一部拡大断面図である。 FIG. 11 is a partially enlarged cross-sectional view of a comparative line lighting device in which the line lighting device according to the first embodiment is provided as a comparison frame corresponding to the light guide mounting frame shown in FIG.
図11において、比較枠115は、実施の形態1の導光体カバー103と同じ材質を用いて基板102側から延長させて、発光素子101、空気層104及び導光体106の受光端面105近傍までを被う枠形状としている。ここで導光体カバー103と比較枠115とは境界117を介してほぼ当接している。
In FIG. 11, the
この比較用ライン状照明装置116の出射口108における照度分布を、前述の実施の形態1と同じ条件で測定し、実施の形態1の照度分布と平均値で比べた。その結果、本実施の形態1の照度が約5%高いことが確認できた。
The illuminance distribution at the
また本実施の形態1によれば、次の利点もある。 The first embodiment also has the following advantages.
アクリル製の導光体106は吸湿等により、その長尺方向の長さが若干膨張/収縮し、空気層104において発光素子101と導光体106の受光端面105の距離が変動する。これによって、発光素子101からの放射光112を受光端面105が直接受光できる放射光の量が変わり、導光体106が直接受光できる光量が変化する。
The acrylic
これに対して本実施の形態1に係るライン状照明装置100の構成では、導光体106への入射光量が殆ど変化しないために、ライン状照明装置100から出射される光量には変化が見られなかった。
On the other hand, in the configuration of the
更に、本実施の形態1に係るライン状照明装置100では、導光体カバー103が基板102に当接するよう延長した延長部110が発光素子101の外形を被う構造であるため、発光素子101に用いるLEDは市販品をそのまま用いることができる。これにより発光素子101の部品選択が容易となり、ライン状照明装置100の製造コスト面でも有利となる。
Furthermore, in the
尚、図4では、内側面113の形状を直線状で示したが、この内側面113を発光素子101の発光点を焦点とする放物面の形状にしてもよい。こうすることにより集光効果が高まり、発光素子101からの光の利用効率を上げることができるため好適である。
In FIG. 4, the shape of the
[実施の形態2]
図5は、本発明の実施の形態2に係るライン状照明装置100における発光素子101近傍の拡大断面図である。この実施の形態2では、発光素子101のサイズは、導光体106の受光端面105よりも大きい場合で示している。本実施の形態に用いた発光素子101はLED(日亜化学工業株式会社製 型番;NS6W083)で、寸法は縦横6.5×5.0mm、厚みは1.35mmである。この発光素子101の外形サイズは、導光体106の断面(受光端面105)より大きくなっている。[Embodiment 2]
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the
本実施の形態2では、発光素子101からの光線は導光体カバー103の延長部110の開口形状を大きくして図4と同様に発光素子101を嵌合している。これにより、発光素子101からの放射光を効率良く導光体106に入光させるようにしている。
In the second embodiment, the light beam from the
また発光素子101と受光端面105との間の空気層104に代えて、その領域を透明樹脂層で形成することも好適である。この場合の透明な樹脂層は、発光素子101と受光端面105との距離や形状を適性に選定することにより、導光体106への効率良い入光が得られる。この樹脂層に用いる樹脂は、導光体106と光学的性質の近い、例えばポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂やエポキシ樹脂が好適である。
Further, instead of the
本実施の形態2に係る導光体カバー103は、このように形成した透明樹脂層を容易に収容し被うことができる。この透明樹脂層を通って、導光体カバー103の内側面113に到達した光源からの放射光を外部に漏らすことなく反射・散乱させ、若しくは更にこの内側面113での反射を繰返したのち受光端面105に入光させることができる。
The
導光体106内に入射した光は、導光体106内で全反射を繰返して導光体106の長尺方向に導光される。この導光体106の一部には、導光体106の長尺方向に沿って反射・拡散面111が設けられている。光が反射・拡散面111に入射すると、その入射した光が拡散され、その一部が反射・拡散面111と対向する出射面107を通って原稿読取りライン205(図6参照)を照射する。
The light incident on the
このような構成により、発光素子101から放射された光を効率良く利用したライン状照明装置100を形成できる。
With such a configuration, it is possible to form the
更に、前述の実施の形態1と同様に、発光素子101が導光体カバー103に嵌合する形状としているため、導光体カバー103は、発光素子101と導光体106とのそれぞれの中心位置のずれがなく、導光体106に入射する光量変化が発生しにくい構造となっている。
Further, since the
また導光体カバー103の内側面113を、無電解メッキ等によって金属光沢面を有する金属薄膜を表面処理すること、或は酸化チタンをコーテングすることは、発光素子101からの光の反射効率を向上させて放射光を有効に利用できるため有効である。
In addition, surface treatment of the
また導光体カバー103の内側面113の表面処理の別法として、この導光体カバー103を成形する金型の導光体カバー103の内側面113に当接する面を鏡面仕上げすることにより、成形した導光体カバー103の内側面113を鏡面仕上げにしても良い。
As another method of surface treatment of the
これにより、内側面113での光の反射率が向上し、発光素子101からの放射光を効率的に導光体106に入光させることができる。尚、導光体カバー103の内側面113の表面処理を、内側面113の全面とするか、或は受光端面105の近傍に限定するかは、費用対効果等を考慮して決定することのが良い。
Thereby, the reflectance of light on the
更に、導光体カバー103の内側面113を表面処理することに代えて、導光体カバー103の延長部110の外側に金属板による被いを設けても良い。これにより、導光体カバー103を通過して漏れた光を導光体カバー103側に戻し、強いては、その一部を導光体106へ入光させることができる。これにより光を効率的に利用できる。
Furthermore, instead of subjecting the
尚、上述した実施の形態1及び2では共に、導光体106の一方の端面側を受光端面とし、その受光端面側に発光素子101を配置する場合で説明した。しかし本発明のライン状照明装置はこれに限定されるものではない。例えば、導光体106のもう一方の端面側にも発光素子を設け、その発光素子に対しても同様に、導光体カバーを延長して成型して製作してもよい。
In the first and second embodiments described above, the case where one end face side of the
図6は、上述したライン状照明装置100を用いた密着型イメージセンサ200を概略的に示す斜視図であり、図7は、図6の線II−IIに沿う断面図である。
6 is a perspective view schematically showing a
図6及び図7に示すように、この密着型イメージセンサ200は、ボックス状のフレーム201に、上述したライン状照明装置100と、ロッドレンズアレイ202と、センサアレイ基板203とを収納して構成している。この密着型イメージセンサ200は、その上部のガラス等の原稿台(不図示)の上に置いた原稿を照明し、この照明光の原稿からの反射光を受光して光電変換するものである。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
より詳しくは、密着型イメージセンサ200において、ライン状照明装置100が、原稿読取りライン205をライン状に照明する。こうして照明された光が原稿から反射され、その読取り位置の光情報がロッドレンズアレイ202に受光され、センサアレイ基板203に配置したラインセンサ204上に結像する。このラインセンサ204は、その結像した光を電気信号に変換して出力することにより、原稿の読取りが出来る仕組みになっている。
More specifically, in the
このようなライン状照明装置100を用いることによって、使用環境による照度特性の変化が小さく抑えられた密着型イメージセンサを提供できる。
By using such a
図8は、本発明の実施の形態に係るライン状照明装置100を搭載した密着型イメージセンサ200を用いたフラットベッド型イメージスキャナ(画像読取装置)300の外観斜視図である。
FIG. 8 is an external perspective view of a flatbed image scanner (image reading apparatus) 300 using the
この画像読取装置300は、筐体301の内部に、図6に示す密着型イメージセンサ200が収納されている。更に、この筐体301内に密着型イメージセンサ200を移動させるための駆動モータ302及びワイヤ303が設けられている。また、この筐体301の上面にはガラス板304が原稿支持体として設けられている。また、この筐体301の端部には、ガラス板304上に載置された原稿をガラス板304に押し付けるための圧板305が開閉可能に取り付けられている。
In this
このように構成されたイメージスキャナでは、ガラス板304上に原稿を下向きに載せ圧板305を閉じてから、駆動モータ302を駆動させてワイヤ303を機械的に移動させる。これにより、密着型イメージセンサ200が読取方向(走査方向)に移動して原稿画像を読取ることができる。
In the image scanner configured as described above, an original is placed on the
この密着型イメージセンサ200は、前述したライン状照明装置100が一体に組み込まれたセンサーユニットとして構成されている。このライン状照明装置100からの光で照らされた原稿からの反射光は、密着型イメージセンサ200中のロッドレンズアレイによって光電変換素子(ラインセンサ)に集光され、1走査ライン毎に画像情報として出力される。この画像情報は、例えば、USB,IEEE1394等のインターフェースを介して、接続されている外部機器に出力される。また或は、ブルーツース等のワイヤレス通信により外部機器に出力される。
The
このようにして、シート状の原稿の画像情報を読取って出力できるイメージスキャナを提供できる。 In this manner, an image scanner that can read and output image information of a sheet-like document can be provided.
このように本実施の形態に係るライン状照明装置を用いた密着型イメージセンサ又は画像読取装置は、使用環境に拠ることなく、安定した画像品質が得られる。 As described above, the contact image sensor or the image reading apparatus using the line illumination device according to the present embodiment can obtain stable image quality without depending on the use environment.
上記目的を達成するために本発明の一態様に係るライン状照明装置は以下のような構成を備える。即ち、
発光素子と、
前記発光素子から放射される光を端面から受光し、長手方向に導光するとともに出射面から光を出射する長尺状の導光体と、
前記導光体を被うとともに前記導光体からの出射光を通過させるための開口部を有する導光体カバーとを有するライン状照明装置であって、
前記導光体カバーは、前記導光体の前記端面を超えて延長し、且つ前記発光素子の側面を覆って嵌合する構造を有することにより、前記発光素子と前記導光体との位置関係を規定する機能を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a line illumination device according to one embodiment of the present invention has the following configuration. That is,
A light emitting element;
Received from the end face of the light emitted from the light emitting element, an elongated lightguide for emitting light from the emission surface while guided to the long side direction,
A linear illumination device having a light guide cover having an opening for passing the Shako output from the light guide with covering the light guide,
The light guide cover has a structure that extends beyond the end face of the light guide and covers and fits the side surface of the light emitting element, whereby the positional relationship between the light emitting element and the light guide. It has the function which prescribes | regulates .
Claims (12)
前記発光素子から放射される光を端面から受光し、当該受光した光を長手方向に導光するとともに出射面から光を出射する長尺状の導光体と、
前記導光体を被うとともに前記導光体の出射面から放射される光を通過させるための開口部を有し、前記導光体の前記端面を超えて前記発光素子と嵌合する導光体カバーと、
を有することを特徴とするライン状照明装置。A light emitting element;
A long light guide that receives light emitted from the light emitting element from an end surface, guides the received light in a longitudinal direction, and emits light from an emission surface;
A light guide that covers the light guide and has an opening for allowing light emitted from the light exit surface of the light guide to pass through, and that fits the light emitting element beyond the end face of the light guide. Body cover,
A linear illumination device comprising:
センサ面に結像された光情報を電気信号に変換する光電変換素子と、
読取り位置の光情報を前記光電変換素子のセンサ面上に結像するためのレンズとを有し、
前記ライン状照明装置と前記光電変換素子及び前記レンズとを1つのフレームに収容したことを特徴とするイメージセンサ。A line illumination device according to claim 1;
A photoelectric conversion element that converts optical information imaged on the sensor surface into an electrical signal;
A lens for imaging the optical information of the reading position on the sensor surface of the photoelectric conversion element,
An image sensor, wherein the line illumination device, the photoelectric conversion element, and the lens are accommodated in one frame.
前記イメージセンサと原稿とを相対移動させるための駆動手段と、
前記駆動手段による相対移動に同期して前記イメージセンサにより読取った画像信号を外部装置に出力する出力手段と、
を有することを特徴とする画像読取装置。An image sensor according to claim 11,
Driving means for relatively moving the image sensor and the document;
Output means for outputting an image signal read by the image sensor to an external device in synchronization with relative movement by the driving means;
An image reading apparatus comprising:
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