JP6053331B2

JP6053331B2 - 画像読取装置および組立方法

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Publication number: JP6053331B2
Application number: JP2012123494A
Authority: JP
Inventors: 俊雄高橋
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2032-05-30
Also published as: US9386182B2; US20150172500A1; US8995031B2; CN103458149A; CN103458149B; JP2013251633A; US20130321880A1

Description

本発明は、原稿からの光を結像させる結像手段と結像手段を介して原稿からの光を受光する固体撮像素子とを有する画像読取装置およびその組立方法に関する。

従来から図１０に示される光学ユニットを有する画像読取装置が知られている。光学ユニットは原稿からの反射光を、結像ユニットを用いて固体撮像素子に結像させることにより、原稿の画像データを生成する。

従来、画像読取装置を組み立てる際に光学調整を以下のように行う。

固体撮像素子１００は固体撮像素子基板１０１に実装される。固体撮像素子１００が実装された固体撮像素子基板１０１は基板保持部材１０２に固定される。結像部１０３は光学ユニットフレーム１０４に固定される。そして、光学調整後に、基板保持部材１０２は、光学ユニットフレーム１０４に固定されている固体撮像ユニット保持部材１０６ａ、１０６ｂに固定される。

光学調整は、結像ユニット１０３に対する固体撮像素子１００の位置を調整する。

まず、基板保持部材１０２を図示されない調整工具に仮保持させる。調整工具に仮保持された基板保持部材１０２と、固体撮像ユニット保持部材１０６ａ、１０６ｂには、略１ｍｍ程度の隙間が設けられる。調整工具を用いて、固体撮像素子１００が固体撮像素子基板１０１を介して固定されている基板保持部材１０２を移動させることにより、光学調整を行い、固体撮像素子１００のＸ、Ｙ、θ方向の位置決めを行う。

そして、位置決めされた位置において、基板保持部材１０２と固体撮像ユニット保持部財１０６ａ、１０６ｂとの隙間に接着剤１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄを流し込み固着させる。これにより、基板保持部材１０２が光学ユニットフレーム１０４に固定される。すなわち、ピントが調整された状態で、固体撮像素子１００と結像ユニット１０３とが光学フレームユニットに固定される。接着剤としては自然硬化型の接着剤や紫外線硬化型の接着剤や瞬間接着剤が使用される。

特開平７−２９７９９３号公報

接着剤の塗布作業は近年では自動化されており、作業性が良い。しかしながら、接着剤はアクリル樹脂系やエポキシ樹脂系の素材から生成されており、強度が不足しているという問題がある。

また固着材として接着剤の代わりとして、ハンダを使用することもある。ハンダは固着強度は十分ではあるが、ハンダ付けは作業者の熟練を必要とする。たとえば、ハンダこてが作業中に基板保持部材１０２に強く触れてしまった場合、調整工具で仮固定されているだけの基板保持部材は位置がずれてしまい、調整不良になる。このように、ハンダを使用した固定は、作業性が悪いという問題がある。

また、接着剤は硬化の際に体積収縮を発生させ、接着剤の硬化によって、固体撮像素子１００と結像部１０３との相対距離を変化させてしまう。これにより、硬化前後でピント変動が起こり、画像不良を発生させる場合があった。近年、固体撮像素子の高画素化によってピント変化に敏感になっており、接着剤の硬化時の体積変化に起因するピントズレ量は無視できなくなってきている。

本願請求項１記載の発明は、接着剤の硬化時の堆積変化に起因するピントずれを低減させ、高品質に原稿を読み取れる画像読取装置を提供することを目的とする。

本願請求項７記載の発明は、適切に光学調整された原稿からの光を結像させる結像手段と結像手段を介して原稿からの光を受光する固体撮像素子とを有する画像読取装置の組み立ての作業効率を向上させることを目的とする。

本願請求項１記載の画像読取装置は、原稿からの光を結像させる結像手段と、前記結像手段を介して前記原稿からの光を受光する固体撮像素子と、前記結像手段が固定された結像手段保持部材と、前記固体撮像素子が固定された固体撮像素子保持部材とを有し、前記結像手段保持部材と前記固体撮像素子保持部材とが接着剤およびハンダによって固定されていることを特徴とする。

本願請求項７記載の組立方法は、原稿からの光を結像させる結像手段と、前記結像手段を介して前記原稿からの光を受光する固体撮像素子と、前記結像手段が固定された結像手段保持部材と、前記固体撮像素子が固定された固体撮像素子保持部材と、前記結像手段保持部材と前記固体撮像素子保持部材とは接着剤およびハンダによって固定されている画像読取装置を組み立てる組立方法であって、前記結像手段保持部材と前記固体撮像素子保持部材とを前記接着剤を用いて固定し、前記接着剤が硬化した後に、前記結像手段保持部材と前記固体撮像素子保持部材とをハンダを用いて固定することを特徴とする。

本願請求項１記載の発明によれば、接着剤の硬化時の堆積変化に起因するピントずれを低減させ、高品質に原稿を読み取れる画像読取装置を提供することができる。

本願請求項７記載の発明は、適切に光学調整された原稿からの光を結像させる結像手段と結像手段を介して原稿からの光を受光する固体撮像素子とを有する画像読取装置の組み立ての作業効率を向上させることができる。

基板保持部材の斜視図である。結像ユニット保持部材の斜視図である。光学ユニットの断面図である。画像読取装置の断面図である。調整工具の斜視図である。ピント移動量を示したグラフである。接着剤およびハンダを用いて固定する箇所の変形例を説明する図である。接着剤およびハンダを用いて固定する箇所の変形例を説明する図である。接着剤およびハンダを用いて固定する箇所の変形例を説明する図である。従来の光学ユニットの斜視図である。

以下、本発明にかかる実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。

図４は実施例１にかかる画像読取装置の断面図である。図３は、画像読取装置における光学ユニットの断面図である。図１は光学ユニットにおける基板保持部材の斜視図である。図２は光学ユニットにおける結像ユニット保持部材の斜視図である。

本実施例の画像読取装置は、図４に示されるように、原稿台ガラス１１０上に載置された原稿を、光学ユニットを移動方向に移動させながら読み取る。光学ユニットは、リーダーフレーム１１１内に格納され、ガイド軸１１２上を、モータによって駆動されたタイミングベルト１１３によって図示された移動方向に移動させられる。

図３に示されるように、光学ユニットは、光学ユニットフレーム１０４と、結像ユニット１０３と平面ミラー１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄと、固体撮像素子１００とを有する。光学ユニットは、照明部（不図示）によって照明された原稿からの反射光を平面ミラー１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄを用いて結像ユニット１０３に導き、結像部ユニット１０３を用いて固体撮像素子１００に結像させることにより、原稿を読み取る。本実施例では、原稿からの反射光を受光し画像信号を生成する固体撮像素子としてＣＭＯＳセンサーを使用する。固体撮像素子としてＣＣＤセンサーを使用するてもよい。

図１に示されるように、基板保持部材１０２には固体撮像素子１００が実装された固体撮像素子基板１０１が固定されている。本実施例では、固体撮像素子基板１０１はビスによって基板保持部材に固定される。一方、図２に示されるように、レンズを有する結像ユニット１０３は、結像ユニット保持部材１０５に固定されている。そして、基本保持部材１０２は結像ユニット保持部材１０５に固定されており、結像ユニット保持部材は１０５は、光学ユニットフレームに固定されている。基板保持部材１０２および結像ユニット保持部材１０５は、錫メッキ処理を施した鋼板を曲げ加工することによって形成されたものである。

組み立て時、組み立て作業者は、光学調整を行い、結像ユニット保持部材１０５と基板保持部材１０２の位置関係を決定する。その後に、基板保持部材１０２を結像ユニット保持部材１０５に接着剤およびハンダを用いて固定する。さらに、基盤保持部材１０２と固定された結像ユニット保持部材１０５は光学ユニットフレーム１０４に固定する。

光学ユニットを組み立てる際に行われる光学調整について説明する。

光学調整は、結像ユニット１０３に対する固体撮像素子１００の位置関係の調整である。結像ユニット保持部材１０５と基板保持部材１０２との連結部分には、調整移動を可能とすべく上下左右、ピント移動方向に各々１ｍｍ程度の隙間が予め設けられている。本実施例では、図５に示す調整工具を用いて、結像ユニット１０３が取り付けられた結像ユニット保持部材１０５に対する、固体撮像素子が固定された基板保持部材１０２の位置を調整することにより光学調整を行う。

調整工具２００は、結像ユニット保持部材１０５を仮固定する台２０４と、基板保持部材１０２を仮固定するステージ２０３とを有する。

固体撮像素子１００が実装された固体撮像素子基板１０１が固定された基板保持部材１０２は、左右のガイドピン２０１ａ、２０１ｂによって、ステージ２０３に取り付けられたクランプ装置２０２に仮固定される。

ステージ２０３は、基板保持部材１０５の位置をＸ，Ｙ，θ方向に調整することができる。ステージ２０３を用いて基板保持部材１０５の位置をＸ，Ｙ，θ方向に調整することにより、結像ユニット１０３と固体撮像素子１００との位置関係を調整し、光学調整を行う。

次に、光学調整された基板保持部材１０２を結像ユニット保持部材１０５に固定する方法について説明する。

まず、調整工具２００に仮固定されている光学調整後の基板保持部材１０２と結像ユニット保持部材１０５との隙間に、図示されない自動注入機を用いて、接着剤１０７ａ、１０７ｂを流し込み固着させる。次に、接着剤が自然硬化し実用強度に達した後に、接着剤を注入した位置とは別の位置をハンダ１０８ａ、１０８ｂを用いて固着する。ハンダによる結合位置１０８ａ、１０８ｂのそれぞれは、接着剤による結合位置１０７ａ、１０７ｂのそれぞれの近傍であり、ハンダづけによる熱が伝導する範囲内である。

ハンダは冷えて固化すると金属溶接並みの結合強度が得られるために基板保持部材１０２と結像ユニット保持部材１０５とは他の部材を介することなく直接に強固に結合される。よって、振動や衝撃によって、固定部が破損したり位置ズレすることを防ぐことができる。

ハンダ付けする際、基板保持部材１０２と結像ユニット保持部材１０５とは接着剤にて既に固定されているので、ハンダこてが基板保持部材に触れても位置はずれない。つまり、従来のハンダのみを用いて固定する場合に比較して、ハンダ付けの作業性を向上させることができる。また、ハンダづけ作業時の位置ズレが起き難いので、基板保持部材１０２の仮固定を強固にする必要がない。よって、クランプ装置として、たとえばマグネットクランプ等の着脱が容易なクランプ装置を使用することができ、作業性を更に向上させることができる。

さらに、ハンダづけによる結合位置を接着剤による結合位置の近傍に設けることによって接着剤の硬化前後におけるピント変化を小さくすることができることを発明者は発見した。図６に、光学調整後に、接着剤により固定し、ハンダづけによって固定した際の、ピント移動量を示す。縦軸が、接着前（すなわち、光学調整後）のピント位置をゼロ位置とした時のピントの変位量（μｍ）を示す。横軸における「接着」は、光学調整によってピント位置が調整された状態で接着剤を用いて調整したタイミングを示す。「ハンダづけ」は、接着剤が固着し、ハンダづけをおこなったタイミングを示す。「ハンダ後」は、ハンダが固着したタイミングを示す。Ｎｏ．１〜９は、９個それぞれの実験結果を示す。図６から明らかであるように、接着剤の固着による体積収縮の影響により変位したピント位置を、ハンダづけを行うことによりゼロ位置方向に戻すことができた。そして、９個の実験結果のいずれにおいても、本実施例においてピント移動量の適正範囲である±１０μｍ以下に抑えることができた。このように、接着剤による固定部の近傍にハンダによる固定部を設けることにより、接着剤の硬化にともなう体積収縮の影響を低減させることができる。発明者は、この現象を以下のように考えている。ハンダ作業による熱が固着した接着剤に伝熱し、硬化した接着剤が膨張する。これにより、硬化した接着剤にアニール作用が起き、硬化した接着剤の内部歪（残留応力）が解放され、体積収縮の影響により変位したピント位置がゼロ位置方向に戻る。

また、ハンダによる固定部は基板保持部材１０２と結像ユニット保持部材１０５とのアースとしての効果もあり、静電気やＥＭＩ放射ノイズに対してマージンを持つこともできる。

なお、接着剤として、紫外線硬化型接着剤を使用してもかまわない。紫外線硬化型の接着剤は、紫外線の照射によって、短時間で硬化する。よって、作業時間を短縮することができる。また、接着剤として、瞬間硬化型接着剤を使用してもかまわない。紫外線の届かない隙間や、形状の影によって紫外線が届かない場所がある場合は紫外線硬化型接着材よりも瞬間硬化型接着剤の方が、基板保持部材１０２と結像ユニット保持部材１０５を短時間で固着させることができる。

また、接着剤による固定部およびハンダによる固定部の位置および数は図２に示すような位置および数に限られない。

たとえば、図７に示すように、接着剤による固定部（１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ）を４箇所、ハンダによる固定部を２箇所（１０８ａ、１０８ｂ）にしてもかまわない。図７に示す例では、ハンダによる固定部を複数の接着剤による結合から略等距離に設けている。すなわち、ハンダによる固定部１０８ａの位置は、接着剤による固定部１０７ａ、１０７ｃの位置から略等距離であり、ハンダによる固定部１０８ｂの位置は、接着剤による固定部１０７ｂ、１０７ｄの位置から略等距離である。このようにすることにより、ハンダ作業による熱がそれぞれの接着剤に均等に伝わるために個々の接着剤のアニール作用によって硬化収縮量が均一となりピント変化を更に低減させることができる。

さらに、図８に示すように、接着剤による固定部１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄの位置およびハンダによる固定部１０８ａ、１０８ｂの位置は、作業者が調整工具の結像ユニット側から目視することができる。光学調整を行う場合、作業者は結像ユニット側から視認しながら作業を行う。よって、作業者が結像ユニット側から調整工具を視認した際に、接着剤による固定部とハンダによる固定部とがお互いに死角にならないように配置することにより、作業性を向上させるとともに、結合しわすれを防止することができる。

さらに、図９に示すように、接着剤による固定部１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄの位置およびハンダによる固定部１０８ａ、１０８ｂの位置は、結像ユニット１０３のレンズの光軸を中心として略楕円上に配置されている。上記実施例によって、接着剤の硬化時の体積収縮によるピント位置の変位量を減少させることができるが、ゼロにまではピント位置の変位量を抑えることはできない。図９に示すように、接着剤による固定部の位置およびハンダによる固定部の位置を配置することにより、抑えきれなかった収縮による変位量を、結像ユニットに対して主走査または副走査方向に均一にすることができる。つまり、片ボケという不具合を防止することができる。なお、着剤による固定部の位置およびハンダによる固定部の位置は略楕円上でなくても、略同一円上でもかまわない。

１００固体撮像素子
１０１固体撮像素子基板
１０２基板保持部材
１０３結像ユニット
１０４光学ユニットフレーム
１０５結像ユニット保持部材
１０７ａ、１０７ｂ接着剤による固定部
１０８ａ、１０８ｂハンダによる固定部

Claims

原稿からの光を結像させる結像手段と、
前記結像手段を介して前記原稿からの光を受光する固体撮像素子と、
前記結像手段が固定された結像手段保持部材と、
前記固体撮像素子が固定された固体撮像素子保持部材とを有し、
前記結像手段保持部材と前記固体撮像素子保持部材とが接着剤およびハンダによって固定されていることを特徴とする画像読取装置。
前記固体撮像素子は固体撮像素子基板に実装されており、該固体撮像素子基板が前記固体撮像素子保持部材に固定されていることを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
前記接着剤は紫外線硬化型接着剤または瞬間硬化型接着剤であることを特徴とする請求項１または２記載の画像読取装置。
接着剤によって固定された固定部の位置と前記ハンダによって固定された固定部の位置は異なることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像読取装置。
前記接着剤によって固定された固定部の位置と前記ハンダによって固定された固定部の位置は、前記結像手段の光軸を中心とした楕円もしくは円上に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の画像読取装置。
原稿からの光を結像させる結像手段と、前記結像手段を介して前記原稿からの光を受光する固体撮像素子と、前記結像手段が固定された結像手段保持部材と、前記固体撮像素子が固定された固体撮像素子保持部材と、前記結像手段保持部材と前記固体撮像素子保持部材とは接着剤およびハンダによって固定されている画像読取装置を組み立てる組立方法であって、
前記結像手段保持部材と前記固体撮像素子保持部材とを前記接着剤を用いて固定し、
前記接着剤が硬化した後に、前記結像手段保持部材と前記固体撮像素子保持部材とをハンダを用いて固定することを特徴とする組立方法。