JP6386850B2 - イメージセンサヘッドおよび読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、イメージセンサヘッドおよび読取装置に関する。

近年、光源からの光を均一に読取媒体に出射するイメージセンサヘッドが知られている。このイメージセンサヘッドは、光源と、光源から出射された光を主走査方向へ導く導光体と、導光体から出射された光を受光する受光素子とを備え、導光体が、光を出射する出射部と、該出射部の反対側に位置する反射面とを有しているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、特許文献１のイメージセンサヘッドは、反射面に三角刃部材が設けられており、三角刃部材は、主走査方向において斜面の散乱度が異なるように設けられることにより、主走査方向における照度分布を均一に近づけていた。

特開２００１−６１０４０号公報

しかしながら、上記したイメージセンサヘッドでは、三角刃部材が、主走査方向において斜面の散乱度が異なるように反射面に設けられているため、光源から出射された光は、三角刃部材により乱反射を生じてしまい、光源から離れるにつれて光量が低下するおそれがあった。

本発明の実施形態に係るイメージセンサヘッドは、光源と、該光源から出射された光を主走査方向へ導く導光体と、該導光体から出射された光を受光する受光素子とを備えている。また、前記導光体は、光を出射する出射部と、該出射部の反対側に位置する反射面とを有している。また、前記導光体は、前記読取媒体の読取位置と出射部とを結ぶ仮想線に前記反射面が直交する第１部位と、前記仮想線に前記反射面が直交しない第２部位とを有している。

また、本発明の実施形態に係る読取装置は、上記に記載のイメージセンサヘッドと、該イメージセンサヘッドまたは前記読取媒体を副走査方向に駆動させる駆動部と、を備える。

本発明によれば、光源から離れた位置における光量が低下しにくく、主走査方向における照度分布を均一に近づけることができる。

（ａ）は第１の実施形態に係るイメージセンサヘッドを示す概略斜視図、（ｂ）は図１（ａ）の反対側から見た概略斜視図である。 図１に示すイメージセンサヘッドの分解斜視図である。 図１に示すＩ−Ｉ線断面図である。 （ａ）は導光体の第１部位の読取位置近傍における照度分布を示す説明図、（ｂ）は導光体の第２部位の読取位置近傍における照度分布を示す説明図である。 イメージセンサヘッドの照度分布を示す図であり、波線は従来のイメージセンサヘッドの照度分布、実線は図１に示すイメージセンサヘッドの照度分布である。 第１の実施形態に係る読取装置を示す概略斜視図である。 第２の実施形態に係るイメージセンサヘッドを示す分解斜視図である。 図７に示すイメージセンサヘッドの第２部位における断面図である。

＜第１の実施形態＞
以下、イメージセンサヘッドＸ１について、図１〜５を用いて説明する。なお、図面に示すＲ１は主走査方向を示し、Ｒ２は副走査方向を示している。また、図３に示すＣ１は、読取位置を示している。また、図４に示す二点鎖線は図３に示す読取位置Ｃ１の位置情報を示しており、一点鎖線は導光体１１と反射面１２を通る鉛直線とのなす角を示しており、図４（ｂ）に示す破線は読取位置Ｃ１と出射部とを結ぶ仮想線を示している。

イメージセンサヘッドＸ１は、カバーガラス１と、発光素子基板３と、受光素子基板７と、導光体１１と、筐体１３と、レンズアレイ６とを備えている。筐体１３は受光素子基板７を覆うように配置されており、カバーガラス１は筐体１３の上面に配置されている。また、発光素子基板３は、筐体１３の側面１３ｃに接合されている。

カバーガラス１は、主走査方向Ｒ１に長く形成されており、平面視して、矩形状をなしている。カバーガラス１は、読取媒体Ｐが筐体１３の内部の各部材と接触しないように、各部材を保護する機能を有している。カバーガラス１は、透過率の高い部材により構成することができ、例えば、板ガラスを用いることができる。

発光素子基板３は、発光素子５を保持するために設けられている。発光素子基板３の側面には、発光素子５が設けられており、発光素子５に接するように導光体１１の一端部が配置されている。発光素子基板３の側面は、筐体１３の側面１３ｃに対向して配置されており、発光素子基板３は立設した状態で配置されている。発光素子基板３は、ＰＣＢ基板、セラミックス基板、あるいはガラスセラミックス基板により形成することができる。

発光素子基板３は下方に向けて延びる接続端子４を有している。接続端子４は、図１（ａ）に示すように、受光素子基板７の側面に設けられた溝７ａまで延在しており、発光素子基板３と受光素子基板７とが電気的に接続されている。それにより、受光素子基板７を介して発光素子基板３に電流が供給されることとなる。

発光素子５は、発光素子基板３上に設けられており、読取媒体Ｐに光を出射する光源として機能している。発光素子５は、発光ダイオード（ＬＥＤ）により形成することができる。

導光体１１は、主走査方向Ｒ１に延びるように設けられている。導光体１１の一端部は、発光素子３に接した状態で配置されており、発光素子基板３の側面に接着剤等により接続されている。それにより、発光素子基板３、発光素子５、および導光体１１が一体化され、発光部材を形成している。

筐体１３は、主走査方向Ｒ１に沿って延びる側面１３ａ，１３ｂと、副走査方向Ｒ２に沿って延びる側面１３ｃ，１３ｄと、発光素子基板３を保持する発光素子基板保持部１３ｅと、側面１３ｃに設けられた貫通孔１３ｆと、側面１３ｄに設けられた貫通孔１３ｇと、レンズアレイ６を保持するレンズアレイ保持部１３ｈとを備えている。

発光素子基板保持部１３ｅは、側面１３ｃから突出するように設けられており、発光素子基板保持部１３ｅ上に設けられた発光素子基板３を保持する機能を有している。発光素
子基板保持部１３ｅは、副走査方向Ｒ２における中央部に切欠部を有しており、切欠部に発光素子基板３の接続端子４が挿通されている。

貫通孔１３ｆは、側面１３ｃに設けられており、側面１３ｃを主走査方向Ｒ１に貫通している。貫通孔１３ｇは、側面１３ｄに設けられており、側面１３ｄを主走査方向Ｒ１に貫通している。貫通孔１３ｆには、導光体１１の一端部が挿入されている。貫通孔１３ｇには、導光体１１の他端部が挿入されており、図１（ｂ）に示すように、導光体１１の他端部を封止するように弾性部材２が貫通孔１３ｇ内に設けられている。

弾性部材２は、熱硬化性樹脂、熱軟化性樹脂、あるいは紫外線硬化樹脂により形成することができる。弾性部材としては、ショア硬度で３５〜５５であることが好ましい。また破断時の伸び率が、２００％以上であることが好ましい。

レンズアレイ保持部１３ｈは、側面１３ａ，１３ｂからレンズアレイ６に向けて突出している。そして、レンズアレイ６は、側面１３ａから突出したレンズアレイ保持部１３ｈと、側面１３ｂから突出したレンズアレイ保持部１３ｈとにより挟持されている。レンズアレイ保持部１３ｈは上面に導光体１１が載置されており、導光体１１も保持している。

レンズアレイ６は、複数のレンズ６ａが主走査方向に配列され、保持部材６ｂにより一体化されている。レンズ６ａは、読取媒体Ｐから反射した光を結像し、レンズ６ａの下方に位置する受光素子９に供給する。レンズアレイ６としては、屈折率分布型レンズアレイを例示することができる。

筐体１３は、樹脂材料、セラミックス、あるいは金属等により形成することができる。なお、発光素子５により出射された光が、互いに干渉しないように、筐体１３の内面を粗くすることが好ましく、光を吸収するように、筐体１３を黒色材料により形成することが好ましい。

受光素子基板７は、受光素子９を保持するために設けられており、主走査方向Ｒ１に延びるように設けられている。受光素子基板７は、主走査方向Ｒ１に沿った縁が筐体１３の側面１３ａ，１３ｂにより覆われている。

受光素子基板７は、副走査方向に沿った一方の側面に溝７ａが設けられており、溝７ａには接続端子４が収容されている。受光素子基板７の内部に設けられた配線の一部は、溝７ａにより露出するように設けられており、接続端子４が収容されることにより、受光素子基板７と発光素子基板３とが電気的に接続されている。

受光素子基板７の上面には、受光素子９が、主走査方向Ｒ１に互いに所定の間隔をあけて複数配列されている。受光素子基板７は、発光素子基板３と同様の材料により形成することができる。

受光素子９は、読取媒体Ｐによって反射された反射光を光電変換し、電気信号に変換する機能を有している。受光素子９としては、固体撮像素子を例示することができ、ＣＣＤイメージセンサ、あるいはＣＭＯＳイメージセンサを例示することができる。

図３に示すように、筐体１３は、レンズアレイ６と、レンズアレイ保持部１３ｈとにより、上空間８ａと、下空間８ｂとが仕切られた構造になっている。上空間８ａは、レンズアレイ６と、レンズアレイ保持部１３ｈと、カバーガラス１により封止されており、内部には、発光素子３と導光体１１とが設けられている。下空間８ｂは、レンズアレイ６と、レンズアレイ保持部１３ｈと受光素子基板７により封止されており、内部には、受光素子
９が設けられている。このように、筐体１３は、上下が開口した箱形状をなしており、開口は、カバーガラス１および受光素子基板７により封止されている。

図２〜５を用いて、導光体１１について詳細に説明する。なお、図４は第１部位１１ａおよび第２部位１１ｂにより出射された光の照度分布を示しており、二点鎖線で示すＣ−Ｃライン上の照度が読取位置Ｃ１における照度を示している。図４（ａ），（ｂ）において、実線は出射光を示し、一点鎖線は導光体１１と反射面１２を通る鉛直線とのなす角を示している。また、図４（ｂ）の破線は読取位置Ｃ１と出射部とを結ぶ仮想線を示しており、図４（ａ）では出射光と仮想線が重なっているため、仮想線を省略して示している。また、図５は原稿面の照度分布を示しており、従来のイメージセンサヘッドの照度分布を破線で示し、本実施形態のイメージセンサヘッドＸ１の照度分布を実線で示している。

導光体１１は、図２に示すように第１部位１１ａと、第２部位１１ｂとを備えている。第１部位１１ａと第２部位１１ｂとは連続的に形成されており、図３に示すように、略円柱形状をなしている。また、導光体１１は、図３に示すように、断面視して、略円形状をなしており、円弧が一部切り欠かれた領域に反射面１２が設けられている。出射部１０は、反射面１２の反対側に位置する円弧上に設けられている。

第１部位１１ａは、光を出射する出射部１０ａと、出射部１０ａの反対側に位置する反射面１２ａとを有している。第２部位１１ｂは、図４（ｂ）に示すように、光を出射する出射部１０ｂと、出射部１０ｂの反対側に位置する反射面１２ｂとを有している。第１部位１１ａと第２部位１１ｂとは、主走査方向Ｒ１に連続的に形成されている。

導光体１１は、発光素子５から出射された光を主走査方向Ｒ１に導光する機能を有している。そして、導光体１１中を通過する光の一部を、反射面１２により反射することにより、出射部１０から光を出射している。

導光体１１から出射される光は、ピークをもった照度分布を有しており、照度分布のピークが読取位置Ｃ１にくるように、導光体１１の向きを設定することにより、読取位置Ｃ１での正確な読取を行っている。そして、導光体１１における照度分布のピークは、反射面１２と直交する方向に出射された光により形成されるため、図４（ａ）に示すように、反射面１２ａが読取位置Ｃ１と出射部１０ａとを結ぶ仮想線と直交している第１部位１１ａは、照度分布のピークが読取位置Ｃ１に設けられることとなる。

すなわち、導光体１１から出射される光は、ピークをもった照度分布を有しており、第１部位１１ａは、照度分布のピークが読取位置Ｃ１となるように導光体１１の傾きが設定されている。第１部位１１ａは、鉛直線に対して反射面１２ａが傾いており、第１部位１１ａの反射面１１ａと鉛直線とのなす角θａは、３５〜４５°であることが好ましい。

第２部位１１ｂは、図４（ｂ）に示すように、読取位置Ｃ１と出射部１０ｂとを結ぶ仮想線に反射面１２ｂが直交しない構成となっている。言い換えると、主走査方向に見たときに、第１部位１１ａに対して傾いた状態で設けられている。すなわち、第２部位１１ｂは、主走査方向に見たときに、第１部位１１ａに対して傾斜している。そのため、第２部位１１ｂは、鉛直線に対して反射面１２ｂが傾いており、第２部位１１ｂの反射面１１ｂと鉛直線とのなす角θｂであるときに、なす角θｂがなす角θａよりも大きくなっている。

そのため、照射分布のピークとなる第２部位１１ｂの反射面１２と直交する方向へ出射された光は、図４（ｂ）に示すように、読取位置Ｃ１よりも右側に出射されることとなる。そのため、読取位置Ｃ１での第２部位１１ｂの照度は、ピークよりも低くなり、第１部
位１１ａの照度に比べて第２部位１１ｂの照度が低くなる。すなわち、第２部位１１ｂは、第１部位１１ａに対する傾きを調整することにより、出射される光の照度を調整することができる。これにより、主走査方向における照度分布を均一に近づけることができる。なす角θｂは、なす角θａよりも１〜１０°大きくなっていることが好ましい。

また、反射面１２に複雑な反射パターンを設けることなく、出射される光の照度を調整することができるため、主走査方向に向けた反射が、反射パターンによって生じる可能性を低減することができ、発光素子５から遠い位置においても、光量が不足する可能性を低減することができる。

ここで、図５の破線にて示すように、従来のイメージセンサヘッドでは、発光素子５からの距離が遠ざかるにつれて光量が不足していき、原稿面の照度分布にばらつきが生じる場合がある。

これに対して、イメージセンサヘッドＸ１は、発光素子５が導光体１１の主走査方向における一端部に接続されており、第２部位１１ｂが発光素子５側に配置され、発光素子５の近くに配置された第２部位１１ｂの反射面１２ｂは、第１部位１１ａの反射面１２ａよりも傾いて設けられることにより、照度の高い発光素子５側の照度を下げることができる。これにより、主走査方向における照度分布を均一に近づけることができる。また、発光素子５から遠い位置においても、光量が不足する可能性を低減することができる。

その結果、図５の実線にて示すように、破線で示す従来のイメージセンサヘッドに比べて、発熱素子５から距離の近い部位においては、第２部位１１ｂにより照度を下げることができるとともに、発熱素子５から距離の遠い部位においては、光量の低下を抑えることができ、照度を上げることができる。その結果、主走査方向Ｒ１における光量の分布を均一に近づけることができる。

導光体１１は、透過性を有する部材により形成することができ、例えば、ガラス、あるいは樹脂により形成することができる。樹脂により導光体１１を形成する場合、射出成型により形成することができる。また、製版された材料を切削加工することにより導光体１１を作成してもよい。

イメージセンサヘッドＸ１は、下記の動作により、読取媒体Ｐを読み取っている。

まず、イメージセンサヘッドＸ１は、発光素子５を駆動させ、発光素子５から光を出射させる。発光素子５から出射された光は、導光体１１の内部を主走査方向Ｒ１へ進み、反射面１２により反射され、出射部１０から出射される。導光体１１から出射された光は、読取位置Ｃにて読取媒体Ｐに反射され、反射光が、レンズアレイ６により結像され、受光素子９に供給される。それにより、イメージセンサヘッドＸ１は、光を介して読取媒体Ｐの画像情報を電気信号に変換し、読取媒体Ｐを読み取っている。

なお、図３には、光路を概略的に示しており、実施は、カバーガラス１で一部の光が屈折される場合、あるいは反射される場合がある。

また、第２部位１１ｂの反射面１２ｂのなす角θｂが第１部位１１ａのθａに比べて大きくなる例を示したが、小さくなっていてもよい。その場合においても、照度のピークが読取位置Ｃ１から左にずれることになり、第２部位１１ｂから出射される光の照度を小さくすることができる。

イメージセンサヘッドＸ１を備える読取装置Ｙ１について図６を用いて説明する。

読取装置Ｙ１は、後述する各部材を備える本体４１と、蓋４２とにより構成されている。本体４１は、内部に、イメージセンサヘッドＸ１を備えるキャリッジ４３と、キャリッジ４３を固定するためのガイドレール４４とを備えている。また、本体４１は、内部に、ガイドレール４４上を駆動させるためのステッピングモーター４５と、ステッピングモーター４５に接続された駆動ベルト４６と、駆動制御を行なう制御部３５とを備えている。そして、本体４１の上面には原稿を載置するための原稿台４７が設けられている。

制御部３５は、外部から送られた信号に基づき、ステッピングモーター４５の駆動を制御する。制御部３５は、ＣＰＵ、あるいはマイクロコンピュータにより構成されており、ステッピングモーター４５の回路に組み込まれている。なお、制御部３５は、ステッピングモーター４５の回路に組み込まれていなくてもよい。

読取装置Ｙ１は、副走査方向Ｒ２にイメージセンサヘッドＸ１（キャリッジ４３）を移動させることにより、画像等を１画素分の幅ずつ１ラインごとに読み取る。なお、駆動部（不図示）は、上述したガイドレール４４、ステッピングモーター４５、駆動ベルト４６および制御部３５である。読取装置Ｙ１としては、ファックス、スキャナまたはこれらの複合機をあげることができる。

なお、読取装置Ｙ１では、イメージセンサヘッドＸ１を駆動させる例を示したがこれに限られるものではない。イメージセンサヘッドＸ１を複合機に固定し、ステッピングモーター４５が、読取媒体２３を主走査方向Ｒ１に駆動させる構成でもよい。

＜第２の実施形態＞
図７，８を用いてイメージセンサヘッドＸ２について説明する。なお、図７において、分かりやすいようにカバーガラス１を破線で示している。また、図８において、比較しやすいように、第1部位１１１ａおよび第1部位１１１ａから出射された光の光路を破線で示している。また、第２部位１１１ｂから出射された光の光路を実線で示している。

イメージセンサヘッドＸ２は、発光素子基板３上に配置された導光体１１１がイメージセンサヘッドＸ１の導光体１１と異なっている。また、基準反射板１４と基準受光素子１６とをさらに備えている。その他の点はイメージセンサヘッドＸ１と同様である。なお、同一の部材については同一の符号を付しており、以下、同様とする。

イメージセンサヘッドＸ２は、カバーガラス１と、発光素子基板３と、受光素子基板７と、導光体１１１と、筐体１３と、レンズアレイ６とに加えて、基準反射板１４と基準受光素子１６とをさらに備えている。

導光体１１１は、第１部位１１１ａと第２部位１１１ｂとを備えており、有効読取領域の内部に位置する導光体１１１には第１部位１１１ａが形成されており、有効読取領域の外部に位置する導光体１１１には第２部位１１１ｂが形成されている。

基準反射板１４は、イメージセンサヘッドＸ２の有効読取領域の外部に設けられており、カバーガラス１と筺体１３とにより囲まれた上空間８ａ（図３参照）に配置されている。より詳細には、基準反射板１４は、カバーガラス１の表面に設けられており、カバーガラス１の下面に接着剤（不図示）を介して設けられている。なお、導光体１１１がカバーガラス１の表面に設けられているとは、例示したように接着剤を介して設けられることも含む概念である。接着剤は必ずしも設けなくてもよい。

基準反射板１４は、反射率の高い部材により形成することができ、例えば、白色の樹脂
製のプレートを用いることができる。

第２部位１１１ｂから出射された光は、基準反射板１４により反射され、レンズアレイ６により結像されて基準受光素子１６に受光される。なお、基準受光素子１６は、受光素子９と同一の部材により形成されている。

イメージセンサＸ２は、基準受光素子１６により受光した情報に基づき、ホワイトバランス補正、あるいはガンマ補正を行う。

上記の補正を行うためには、基準反射板１４を設け、基準となる基準値を測定する必要があるが、基準反射板１４は有効読取領域の内部に設けると、基準反射板１４が設けられた領域では読取媒体Ｐを読み取れない問題が生じる。そのため、基準反射板１４は有効読取領域の外部に設けられることとなる。なお、有効読取領域とは、受光素子９が設けられている領域を示しており、図７では破線に手示している。

ここで、基準反射板１４を有効読取領域の外部に設けると、第１部位１１１ａの出射面１１０ａから読取位置Ｃ１までの光路長Ｌａと、第２部位１１１ｂの出射面１１０ｂから読取位置Ｃ２までの光路長Ｌｂとの間に光路差が生じてしまう。そのため、従来のイメージセンサヘッドでは、読取位置Ｃ１の照度と、基準反射板１４の読取位置Ｃ２の照度とが異なることとなり、正確な基準値を測定できないおそれがある。それにより、正確な補正を行えないおそれがある。

これに対して、イメージセンサヘッドＸ２は、第２部位１１１ｂから出射された光が、基準反射板１４により反射され、反射光が基準受光素子１６により受光される構成を有している。そのため、第２部位１１１ｂを、光路長Ｌｂが、光路長Ｌａと等しくなるように第１部位１１１ａに対して傾斜させることにより、光路長Ｌｂを光路長Ｌａと等しくすることができる。なお、光路長Ｌａとは、出射面１１０ａから読取位置Ｃ１までの光学的距離を示しており、光路長Ｌｂとは、出射面１１０ｂから読取位置Ｃ２までの光学的距離を示している。

また、基準反射板１４が、カバーガラス１と筺体１３とにより囲まれた上空間８ａに配置されている。それにより、イメージセンサヘッドＸ２の内部にて、補正を行うための構成を完結することができ、イメージセンサヘッドＸ２が搭載される読取装置ごとに、導光体１１１の構成を変更する必要がなくなり、読取装置の構成を簡略化することができる。

さらに、カバーガラス１と筺体１３とにより囲まれた上空間８ａに配置されていることから、基準反射板１４が筺体１３とカバーガラス１とにより封止されることとなる。それにより、基準反射板１４に破損が生じる可能性を低減することができる。また、基準反射板１４にゴミなどが付着する可能性を低減することができ、正確な補正を行うことができる。

また、基準反射板１４がカバーガラス１の表面に設けられている。そのため、基準反射板１４が筺体１３に強固に固定されることとなり、基準反射板１４により反射した光を基準受光素子１６により正確に受光することができる。

なお、第２の実施形態では、基準反射板１４をカバーガラス１の下面に設けた例を示したがこれに限定されるものではない。例えば、基準反射板１４をカバーガラス１の上面に設けてもよい。また、読取装置に基準反射板１４を設けてもよい。これらの場合においても、第２部位１１１ｂの第１部位１１１ａに対する傾斜角を調整することにより、光路長Ｌｂを光路長Ｌａと等しくすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、イメージセンサヘッドＸ１を用いた読取装置Ｙ１について説明したが、イメージセンサヘッドＸ２を用いた読取装置Ｙ１としてもよい。また、実施形態Ｘ１，Ｘ２を任意に組み合わせてもよく、これらを組み合わせたものも、本明細書に記載されているものとみなす。

Ｘ１〜Ｘ２ イメージセンサヘッド
Ｙ１ 読取装置
Ｐ 読取媒体
１ カバーガラス
３ 発光素子基板
５ 発光素子
７ 受光素子基板
９ 受光素子
１０ 出射部
１１ 導光体
１１ａ 第１部位
１１ｂ 第２部位
１２ 反射面
１３ 筐体
１４ 基準反射板
１６ 基準受光素子
４５ 駆動部

Claims (2)

1. 光源と、
   該光源から出射された光を主走査方向へ導く導光体と、
   該導光体から出射され、読取媒体により反射された光を受光する受光素子と、を備え、
   前記導光体は、光を出射する出射部と、該出射部の反対側に位置する反射面とを有しており、
   前記導光体は、
   前記読取媒体の読取位置と前記出射部とを結ぶ仮想線に対して直交する平面で構成される前記反射面を有する第１部位と、
   前記仮想線に対して直交しない平面で構成される前記反射面を有する第２部位とを有しており、
   前記光源は、前記導光体の主走査方向における一端部側に設けられており、
   前記第２部位が、前記第１部位よりも前記導光体の前記光源側に配置されていることを特徴とするイメージセンサヘッド。
2. 請求項１に記載のイメージセンサヘッドと、
   該イメージセンサヘッドまたは前記読取媒体を副走査方向に駆動させる駆動部と、を備えることを特徴とする読取装置。

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