JP2007208402A

JP2007208402A - イメージセンサ

Info

Publication number: JP2007208402A
Application number: JP2006022232A
Authority: JP
Inventors: Minoru Miyaji; 穣宮地; Naoyuki Tokita; 直幸時田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2007-08-16

Abstract

【課題】レンズアレイを構成する個々のレンズと受光素子との相対位置を位置決めすることにより、レンズアレイと受光素子との光結合に伴う個々のＣＩＳにおける画像のばらつきを減少させ、画質が均一で高精度画像の読み取りが可能なイメージセンサを提供する。
【解決手段】原稿に対して光を照射する光源と、原稿の主走査方向に複数のレンズを配列し、原稿により反射され叉は透過した光を収束するレンズアレイと、このレンズアレイにより収束された光を受光する複数のセンサ素子を直線状に配列し、その配列した延長線上に基準位置マークを設けたセンサ基板と、前記センサ素子に対応して周囲が囲まれた貫通穴を形成し、この貫通穴に前記レンズアレイを装着して支持する支持部材と、前記基準位置マークに合わせて前記センサ基板に設けられ、前記支持部材を位置決めする位置決め部材とを備えるようにした。
【選択図】図２

Description

この発明はファクシミリ、イメージスキャナ、複写機、金融端末装置等に用いられるイメージセンサ（画像読取装置）に関するものであり、特に原稿を読み取る入力装置としての密着型イメージセンサに関する。

密着型イメージセンサ（以下、ＣＩＳと呼称する場合がある）は光を照射するＬＥＤ光源や蛍光灯、キセノン管等の光源と、原稿で反射されたり透過した光源からの光を収束させるロッドレンズアレイ等の結像素子（レンズアレイ）とロッドレンズアレイによって収束した光を電圧に変換する光電変換素子をと備えたセンサ部などから構成される。センサ部のセンサ素子は、読み取り画像の幅方向（主走査方向）に亘って直線アレイ状に配置されており、ＣＩＳは１次元ラインセンサとしての働きを行う。

ＣＩＳが画像を読み取る原理をモノクロ画像の場合を例に説明する。画像の濃淡により光を反射する量が異なる特性を利用し、光源からの光が原稿（白黒原稿、紙幣、有価証券などを含む）により反射されたり透過した光を、ロッドレンズアレイによりセンサ素子上に結像させ、その光の強度をセンサ部にて電圧に変換することで、電気信号として画像を読み取る。ＣＩＳは１次元ラインセンサであるため、原稿もしくはＣＩＳを移動させ、その都度１次元の画像を読み取ることで２次元の画像を取得し、画像処理を行なう。

なおカラー画像の場合は同じ画像に対して光の三原色（ＲＧＢ）毎に読み取っていくことになり、一般的には光源を三原色分備えて光源を順次切り替えるか、センサ部を三原色分用意して、カラーフィルタと併用して各色毎にデータを取得し、それらを合成してカラー画像に変換することになる。

ところで特開２００３ー２５１８５８号公報図１（特許文献１参照）には発光面、レンズアレイおよび受光面の位置決めとレンズアレイの反り補正を行うレンズアレイユニットが記載されている。

特開２００３−２５１８５８号公報（第１図）

しかし、特許文献１に記載のレンズアレイユニット１は、レンズアレイ２と、レンズアレイ２、および第１および第２の基準面４ａ、４ｂを両端面に有する一対の位置決めピン４を保持するレンズホルダ３とを備えており第１の基準面４ａを発光面側の基準面に当接し、第２の基準面４ｂを受光面側の基準面に当接ことにより、発光面、レンズアレイ２および受光面の相対位置を決めているもののレンズアレイと受光面側にある受光素子との位置決めに関しては具体的な記載がない。

この発明は、レンズアレイを構成する個々のレンズと受光素子との相対位置を位置決めすることにより、レンズアレイと受光素子との光結合に伴う個々のＣＩＳにおける画像のばらつきを減少させ、画質が均一で高精度画像の読み取りが可能なイメージセンサを提供することを目的とする。

請求項１に係るイメージセンサは、原稿に対して光を照射する光源と、原稿の主走査方向に複数のレンズを配列し、原稿により反射され叉は透過した光を収束するレンズアレイと、このレンズアレイにより収束された光を受光する複数のセンサ素子を直線状に配列し、その配列した延長線上に基準位置マークを設けたセンサ基板と、前記センサ素子に対応して周囲が囲まれた貫通穴を形成し、この貫通穴に前記レンズアレイを装着して支持する支持部材と、前記基準位置マークに合わせて前記センサ基板に設けられ、前記支持部材を位置決めする位置決め部材とを備えたものである。

請求項２に係るイメージセンサは、前記位置決め部材は、前記センサ基板に垂直に植設され、前記支持部材に当接させた請求項１に記載のものである。

請求項３に係るイメージセンサは、前記位置決め部材は、円柱状叉は角柱状のピンであり、そのピンを前記支持部材に形成した穴に挿着した請求項１に記載のものである。

請求項４に係るイメージセンサは、原稿に対して光を照射する光源と、原稿の主走査方向に複数のレンズを配列し、原稿により反射され叉は透過した光を収束するレンズアレイと、このレンズアレイにより収束された光を受光する複数のセンサ素子を直線状に配列し、その配列した延長線上に基準位置マークを設けたセンサ基板と、前記センサ素子に対応して両端部開放した溝を形成し、この溝に前記レンズアレイを装着して支持する支持部材と、前記基準位置マークに合わせて前記センサ基板に設けられ、前記レンズアレイを位置決めする位置決め部材とを備えたものである。

請求項５に係るイメージセンサは、前記位置決め部材は、前記センサ基板に垂直に植設され、前記レンズアレイに当接させた請求項４に記載のものである。

請求項６に係るイメージセンサは、前記基準マークは十字形であり、その交差部に前記位置決め部材を設けた請求項１叉は４に記載のものである。

請求項７に係るイメージセンサは、前記レンズアレイの両端部に凹部を形成し、この凹部に前記位置決め部材を挿着した請求項４に記載のものである。

この発明によれば、センサ基板と筐体とに設けられた基準穴に位置決めピンを挿入することにより、受光素子とレンズとの相対位置が原稿の移動方向および読み取り方向に亘り、一定となるので個々のＣＩＳの組み立て時の相対位置のばらつきが軽減され、安定した画質のイメージセンサを得ることが可能である。

また、この発明によれば、レンズアレイの凹部に位置決めピンを挿着し、突き当て基準位置に位置決めピンを突き当てるので光軸方向の光学的寸法精度の向上が図れ、ピンぼけのない高画質の読み取りを行うイメージセンサを得ることが可能である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図１から図５を用いて説明する。図1は、実施の形態１によるイメージセンサの断面構成図であり、図１において、１は光を照射する光源、１ａは光源１の光射出部、２は光源１からの光を透過させるガラス板で構成された透過体、３は原稿や紙幣などの被照射物、４は原稿３からの光を収束するレンズアレイ（ロッドレンズアレイ）であり、多数の円柱のプラスチックレンズを柔軟性のあるプラスチック材で封止し、一体化成形されている。５はセンサＩＣなどで構成された受光素子（センサ素子）であり、光電変換部とその駆動回路を含む。６は複数の受光素子５を直線的に配列するセンサ基板、７は光源１、レンズアレイ４およびセンサ基板６を収納叉は支持する筐体（支持部材）、８はセンサ基板６を筐体７と圧着し、固定する粘着性のテープ、９は原稿３を搬送する原稿搬送用ローラ、１０は原稿ガイドであり、原稿搬送用ローラ９と原稿ガイド１０は、通常ＣＩＳには組み込まれない。

なお、原稿３からの光を収束するロッドレンズアレイ４を含む受光素子５に至る経路を光路もしくは光軸と呼ぶ。また、原稿３から受光素子５までの距離（Ｚ）を光学的共役長と呼び、原稿３とロッドレンズアレイ４の原稿３側端部との距離（Ｌ）とロッドレンズアレイ４の反対側端部と受光素子５との距離（Ｌ）とは光学的に同一距離（寸法）とすることが好ましい。

図２は、実施の形態１による密着型イメージセンサの平面構成図であり、図２において
１１は光源１や受光素子５を駆動する電源や入出力信号のインターフェースを行うコネクタ、１２はＳＵＳなどで構成された位置決めピン（位置決め部材）である。

図３は、実施の形態１による密着型イメージセンサのセンサ基板６の平面構成図であり、１３はコンデンサなどの電子部品、１４はセンサ基板６の両端部に設けられた直径１．０ｍｍの穴（第１の一対穴）、１５はパターンで形成されたターゲットマーク（基準位置マーク）、１６はコネクタ１１に接続する導体ランドである。

図４は、実施の形態１による密着型イメージセンサの筐体７のセンサ基板６搭載面から見た平面図であり、ロッドレンズアレイ４の搭載位置も参考表示している。７ａは筐体７の両端部に設けられた直径１．０ｍｍの穴（第２の一対穴）、７ｂは筐体７の中央部分に設けられ、ロッドレンズアレイ４からの光を通過させる読み取り方向（主走査方向）に沿って開口した幅広の中空穴（貫通穴）、７ｃはセンサ基板６に搭載する電子部品１３などの設置領域に設けられ、筐体７と電子部品１３との接触を防止する幅広の中空穴である。

図５は、実施の形態１による密着型イメージセンサの筐体７端部の外観斜視図であり、図５ａはロッドレンズアレイ４、センサ基板６および位置決めピン１２を参考表示した筐体７の端部詳細図であり、７ｄはＣＩＳの取り付け穴である。図５ｂは位置決めピン１２の位置を説明する筐体７の端部模式図である。外皮が柔軟性のあるロッドレンズアレイ４は、筐体７の幅広の貫通穴７ｂの上部（原稿３側）に設けられたロッドレンズアレイ４と略同一サイズの筐体７の溝に挟み込まれる。従って、ロッドレンズアレイ４は筐体７の溝を主走査方向に対してスライド可能である。また筐体７の溝は、筐体７の主走査方向の端部間に亘って設けられている。図７ｂでは、センサ基板６と筐体７とを貫通する位置決めピン１２の位置を表現している。なお、図１から図５において、同一符号は同一叉は相当部分を示す。

次に動作について説明する。図１および図２において、蛍光灯などの白色光源１から照射された光は透過体２を透過し原稿３に入射する。原稿３に入射した光の直接反射光は原稿３に入射した角度に対応する角度で放散するが、その散乱反射光は透過体２を通過し、ロッドレンズアレイ４で収束され、ロッドレンズアレイ４で収束された光はセンサ基板６上に配置された受光素子５に入射する。受光素子５に入射した光は光電変換され、受光素子５の駆動回路を経由し連続したアナログのシリアル信号としてコネクタ１１から出力される。

次にＣＩＳの組み立て順序について説明する。図３において、プリント配線板で構成されたセンサ基板６に設けられた第１の一対穴１４は直径１．０ｍｍの基準穴となっており、基準穴の周りにはパターン形成で十字状にターゲットマーク１５が設置されている。このターゲットマーク１５のパターンを認識し、ターゲット位置から起算して各々のセンサＩＣ５の設置位置情報を数値入力したダイボンダ装置でセンサＩＣ５は実装される。従って、基準穴間に直線状に設置されたセンサＩＣ５はセンサ基板６の面方向のそれぞれに対して±２０μｍ以下の精度で実装される。

次に図４において、アルミ引き抜き合金で構成された筐体７に設けられた第２の一対穴７ａはセンサ基板６に設けられた第１の一対穴１４と穴径および穴間寸法を同一サイズで構成している。この筐体７の裏面にセンサ基板６をセンサＩＣ５を原稿３側に向けて搭載する。筐体７の周縁部はセンサ基板６と重ね合わせられるようになっており、筐体７の第２の一対穴７ａとセンサ基板６の第１の一対穴１４に図２に示す位置決めピン１２を挿入する。位置決めピン１２は直径１．０ｍｍであるが内部は中空であり、ピンの延在方向に沿って内部までに達する切り欠きがあり、スプリングピンとも呼ぶ。従ってピンの弾力性でもって収縮させて挿入し、挿入された位置決めピン１２は弾性力で穴と嵌合する。

次に図５に示すように、筐体７の溝にロッドレンズアレイ４を挟み込み、ロッドレンズアレイ４を筐体７の溝の中でスライドさせて、筐体７から延在した位置決めピン１２に接触（当接）させて固定する。

以上から位置決めピン１２にはスプリングピンを使用するので筐体７とセンサ基板６との穴径が一致していることで容易にスプリングピンを挿着できることが可能である。また、センサ基板６のターゲットマーク１５を基準としてそこから起算して受光素子５の実装を行うので実装精度は高く、センサ基板６のターゲットマーク１５中央に設けた穴１４と筐体７の穴７ａとをスプリングピン１２で合わせるので、ロッドレンズアレイ４を挟み込む筐体７の溝と原稿３面および受光面位置精度も高くなる。そしてロッドレンズアレイ４は筐体７の溝をスライドさせてスプリングピン１２に当接させるので、光軸方向を除く受光素子５とロッドレンズアレイ４との位置は高精度で取り付けることが可能となる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２について図６を用いて説明する。図６はロッドアレイの端部斜視図であり、図６において４１はロッドレンズアレイであり、ロッドレンズアレイ４１の端部にはＵ字の溝（凹部窪み）が設けられている。実施の形態１ではロッドレンズアレイ４の端部は平坦面としたが、実施の形態２では両端部に幅が１．０ｍｍのＵ字溝を形成することで、その中に位置決めピンを挿入する。図６ではロッドレンズアレイ４１の原稿３側の端部の基準突き当て位置に位置決めピンを突き当てることにより、位置決めピンの高さ方向の寸法をあらかじめ設定してロッドレンズアレイ４１の光軸方向の調整を行うことで３方向に亘っての位置決めを行うことが可能となる。

すなわち、図７に示すようにロッドレンズアレイ４１の受光面側端部と受光素子５の受光面との距離（Ｌ）を最適値にするには、ロッドレンズアレイ４１の位置決めピン１２１の全長をあらかじめ設定し、ロッドレンズアレイ４１の端部の突き当て部とロッドレンズアレイ４１の受光面側サイズ（Ａ）を知ることにより、ロッドレンズアレイ４１は筐体７で挟み込まれた溝の中で光軸方向に対して調整固定される。この調整の微調整はセンサ基板６の裏面に露出している第１の一対穴１４を操作する。

実施の形態３．
実施の形態１および２では位置決めピンとしてスプリングピンを主体に述べたが、実施の形態３では角柱ピンを使用した場合について述べる。図８は実施の形態３のロッドレンズアレイの端部斜視図である。図８において４２はロッドレンズアレイであり、ロッドレンズアレイ４２の端部には四角状の溝（凹部窪み）が設けられている。実施の形態３では両端部に幅が１．０ｍｍの角柱溝（凹部）を形成することでその中に位置決めピンを挿入する。

すなわち、図９に示すようにロッドレンズアレイ４２の受光面側端部と受光素子５の受光面との距離（Ｌ）を最適値にするには、ロッドレンズアレイ４２の位置決めピン１２２の全長をあらかじめ設定し、ロッドレンズアレイ４２の端部の基準突き当て位置とロッドレンズアレイ４２の受光面側サイズ（Ａ）を知ることにより、ロッドレンズアレイ４２は筐体で挟み込まれた溝の中で光軸方向に対して調整固定される。この調整の微調整はセンサ基板６の裏面に露出している第１の一対穴１４を操作し、調整後樹脂封止し、１．０ｍｍより小さい角柱１２２の固定を行う。図１０は実施の形態３におけるセンサ基板６１の平面図であり、センサ基板６１には両端部に１．０ｍｍ□の一対穴１４１が設けられている。また、図１１は実施の形態３における筐体７１の平面図であり、筐体７１には両端部に１．０ｍｍ□の一対穴７１ａが設けられてある。

なお、実施の形態２および３ではロッドレンズアレイの両端部にＵ字状の溝や四角状の溝を設けたが図１２に示すように、ロッドレンズアレイ４３の端部に顎状の突起部を設け基準突き当て位置を設けても良く、図１３に示すようにロッドレンズアレイ４４の光結合領域から外れたロッドレンズアレイ４４の内部に基準突き当て位置を設けて位置決めピン１２３を突き当てても良い。

実施の形態４．
実施の形態１乃至３では原稿３側に筐体７、７１を設置し、センサ基板６、６１と重ね合わせたが、実施の形態４では、原稿３側にセンサ基板を設置した場合について説明する。図１４は実施の形態４におけるイメージセンサの平面図であり、７２は筐体である。その端部付近のＡ−Ａ断面を図１５に示す。図中、図１と同符号は同一叉は相当部分を示す。図１５では、センサ基板６の裏面（受光素子５搭載面と反対側）は筐体７２とほぼ全面に亘って接しており、センサ基板６はスライドさせて筐体７２に挿入される。

なお、実施の形態１乃至４では光源１は白色光源としたが、単一スペクトルの単色光源としても良く、カラー読み取り用として、複数のＬＥＤを用いたＬＥＤアレイ光源やライトガイド光源を用いても良い。

また、実施の形態１乃至４では光源１から照射された光は原稿３に対して反射し、その散乱光を読み取るようにしたが紙幣等の透かしを読み取る場合には、透過光源を紙幣１の上部に設け、その透過光をレンズアレイを介して受光素子５で読み取っても良い。

この発明の実施の形態１によるイメージセンサの断面構成図である。この発明の実施の形態１によるイメージセンサの平面図である。この発明の実施の形態１によるイメージセンサのセンサ基板の平面図である。この発明の実施の形態１によるイメージセンサの筐体の平面図である。この発明の実施の形態１によるイメージセンサの筐体端部の斜視図である。この発明の実施の形態２によるイメージセンサのレンズアレイ端部の斜視図である。この発明の実施の形態２によるイメージセンサの位置決めピンの突き当て方法を説明する斜視図である。この発明の実施の形態３によるイメージセンサのレンズアレイ端部の斜視図である。この発明の実施の形態３によるイメージセンサの位置決めピンの突き当て方法を説明する斜視図である。この発明の実施の形態３によるイメージセンサのセンサ基板の平面図である。この発明の実施の形態３によるイメージセンサの筐体の平面図である。この発明の他の実施の形態によるイメージセンサのレンズアレイの斜視図である。この発明の他の実施の形態によるイメージセンサのレンズアレイの側面図である。この発明の実施の形態４によるイメージセンサの平面図である。この発明の実施の形態４によるイメージセンサの断面構成図である。

符号の説明

１光源、１ａ光射出部、２透過体、３原稿（被照射物）、４レンズアレイ（ロッドレンズアレイ）、５センサ素子（受光素子）、６センサ基板、７筐体（支持部材）、７ａ穴（第２の一対穴）、７ｂ貫通穴（中空穴）、７ｃ中空穴、７ｄ取り付け穴、８テープ、９原稿搬送用ローラ、１０原稿ガイド、１１コネクタ、１２位置決めピン（位置決め部材）、１３電子部品、１４穴（一対穴）、１５ターゲットマーク（基準位置マーク）、１６コネクタランド（導体ランド）、４１、４２、４３、４４レンズアレイ、７１筐体（支持部材）、７２筐体（支持部材）、１２１位置決めピン（位置決め部材）、１２２角柱状ピン（位置決め部材）、１２３位置決めピン（位置決め部材）。

Claims

原稿に対して光を照射する光源と、原稿の主走査方向に複数のレンズを配列し、原稿により反射され叉は透過した光を収束するレンズアレイと、このレンズアレイにより収束された光を受光する複数のセンサ素子を直線状に配列し、その配列した延長線上に基準位置マークを設けたセンサ基板と、前記センサ素子に対応して周囲が囲まれた貫通穴を形成し、この貫通穴に前記レンズアレイを装着して支持する支持部材と、前記基準位置マークに合わせて前記センサ基板に設けられ、前記支持部材を位置決めする位置決め部材とを備えたイメージセンサ。
前記位置決め部材は、前記センサ基板に垂直に植設され、前記支持部材に当接させた請求項１に記載のイメージセンサ。
前記位置決め部材は、円柱状叉は角柱状のピンであり、そのピンを前記支持部材に形成した穴に挿着した請求項１に記載のイメージセンサ。
原稿に対して光を照射する光源と、原稿の主走査方向に複数のレンズを配列し、原稿により反射され叉は透過した光を収束するレンズアレイと、このレンズアレイにより収束された光を受光する複数のセンサ素子を直線状に配列し、その配列した延長線上に基準位置マークを設けたセンサ基板と、前記センサ素子に対応して両端部開放した溝を形成し、この溝に前記レンズアレイを装着して支持する支持部材と、前記基準位置マークに合わせて前記センサ基板に設けられ、前記レンズアレイを位置決めする位置決め部材とを備えたイメージセンサ。
前記位置決め部材は、前記センサ基板に垂直に植設され、前記レンズアレイに当接させた請求項４に記載のイメージセンサ。
前記基準マークは十字形であり、その交差部に前記位置決め部材を設けた請求項１叉は４に記載のイメージセンサ。
前記レンズアレイの両端部に凹部を形成し、この凹部に前記位置決め部材を挿着した請求項４に記載のイメージセンサ。