(57)【要約】【課題】  ＬＥＤ光源から放射された光を白色光源に変換すると共に変換された白色光源を導光体の入射面に設けられた不要光を遮光するフィルタを装備した画像読み取り用の密着型イメージセンサを提供する。【解決手段】  光源と、光源の光により白色光を出射させる蛍光体と、蛍光体からの光のうち、所定の可視光領域の波長より長波長側の光を阻止する光学フィルタと、光学フィルタを通過して一端側に入射した光を他端側に伝搬させるとともに、その側面から出射した光を被照射体に照射する柱状の導光体と、被照射体から反射された光を受光して電気信号に変換するセンサＩＣとを備えるようにした。【選択図】          図１
2008028617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、この光源の光により白色光を出射させる蛍光体と、この蛍光体からの光のうち、所定の可視光領域の波長より長波長側の光を阻止する光学フィルタと、この光学フィルタを通過して一端側に入射した光を他端側に伝搬させるとともに、その側面から出射した光を被照射体に照射する柱状の導光体と、被照射体から反射された光を受光して電気信号に変換するセンサＩＣとを備えたイメージセンサ。
【請求項２】
光源と、この光源を封止して前記光源の光により白色光を出射させる蛍光体と、一端側に入射した光を他端側に伝搬させるとともに、その側面から出射した光を被照射体に照射する柱状の導光体と、この導光体の前記一端側における端面に貼付され、前記蛍光体からの光のうち、所定の可視光領域の波長より長波長側の光を阻止する光学フィルタと、被照射体から反射された光を収束するレンズと、このレンズを通過した光を受光して電気信号に変換するセンサＩＣとを備えたイメージセンサ。
【請求項３】
光源と、前記光源を包囲し、前記光源の光により白色光を出射させる蛍光体と、一端側に入射した光を他端側に伝搬させるとともに、その側面から出射した光を被照射体に照射する柱状の導光体と、この導光体の一端側に配置し、前記光源及び前記導光体を支持するホルダーと、このホルダーに支持され、前記蛍光体からの光のうち、所定の可視光領域の波長より長波長側の光を阻止する光学フィルタと、被照射体から反射された光を受光して電気信号に変換するセンサＩＣと、このセンサＩＣを支持し、前記光源を駆動する駆動部を支持する基板と、この基板に電気的に接続され、前記ホルダーを支持するフレキシブル基板とを備えたイメージセンサ。
【請求項４】
複数個の光源と、これらの光源をそれぞれ包囲し、前記各光源の光により白色光を出射させる蛍光体と、一端側に入射した光を他端側に伝搬させるとともに、その側面から出射した光を被照射体に照射する複数本の柱状の導光体と、これらの導光体の一端側にそれぞれ配置し、前記複数個の光源及び前記複数本の導光体を支持するホルダーと、このホルダーに支持され、前記蛍光体からの光のうち、所定の可視光領域の波長より長波長側の光を阻止する光学フィルタと、前記複数本の導光体の間に配置され、被照射体から反射された光を収束するレンズと、このレンズを通過した反射光を受光して電気信号に変換するセンサＩＣと、このセンサＩＣを支持し、前記光源を駆動する駆動部を支持する基板と、この基板に電気的に接続され、前記ホルダーを支持するフレキシブル基板とを備えたイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は複写機、ファクシミリなどの画像を読み取る画像入力装置、またカラー画像や紙幣認識等の特殊媒体を施した画像を読み取るための画像入出力装置に関するものであり、詳しくは照明光学系を搭載したイメージセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
原稿などの画像情報を読み取るイメージセンサに使用するライン光源として、特開平１０−７９８３５号公報図１（特許文献１参照）には長筒状の光源１で、内部には反射膜３の上層に紫外線を可視光に変換する蛍光体５を形成すると共に照射光を集中発光させる開口部２を備えている照明装置が開示されている。
【０００３】
また、特開２００３−３４６５３０号公報図３（特許文献２参照）には導光体２１の一端に複数の光源２２を配置させることにより多色の光源とし、導光体２１裏面に印刷による散乱体パターンを設けたものが開示されている。
【０００４】
また、特開平１０−１７３８７３号公報図１（特許文献３参照）には、コンタクトガラス上にセットされた原稿を下方から露光して原稿画像の読み取りを行うべくコンタクトガラスの下面に沿って露光用の光源を移動させる第１走行体１１に、可視光領域及び赤外線領域の光を発光する光源３と、光源３からの可視光領域の光を遮断する可視光カットフィルタ１３と、光源３からの赤外線領域の光を遮断する赤外線カットフィルタ１４とを搭載した画像読み取り装置が開示されている。
【０００５】
また、特開平９−２７５１９８号公報図１（特許文献４参照）には、蒸着した複数の赤外カット層を順次積層してなる赤外カットフィルタ１０を設け、基板上における所定の配列で前記センサ部を形成している緑色感応部と赤色感応部と青色感応部のうち、特定色の感応部以外の感応部に対応した前記赤外カットフィルタ１０を除去する赤外線カットフィルタ付固体撮像素子及びその製造方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−７９８３５号公報（第１図）
【０００７】
【特許文献２】特開２００３−３４６５３０号公報（第３図）
【０００８】
【特許文献３】特開平１０−１７３８７３号公報（第１図）
【０００９】
【特許文献４】特開平９−２７５１９８号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら特許文献１に記載のものでは、紫外光などが発する副次的光学波長の光の放射に対する対策については触れられていない。また、特許文献２に記載のものでは、導光体に散乱パターンを設けたカラー光源であるが、可視光領域のＬＥＤチップを用いた光源であり、特殊スペクトルを有する光源については触れられていない。
【００１１】
また、特許文献３に記載のものでは、可視光と領域及び赤外線領域の複数のスペクトルを有する光源３に対して、可視光カットフィルタ１３と赤外線カットフィルタ１４とを光源付近に設けているが、具体的構成については開示されていない。
【００１２】
特許文献４に記載のものは、感応部に赤外線カットフィルタを設けているが、感応部に赤外カット層を積層する必要があり、構成が複雑となると言う問題点があった。
【００１３】
この発明は、ＬＥＤ光源から放射された光を白色光源に変換すると共に変換された白色光源を導光体の入射面に設けられた不要光を遮光するフィルタを装備した画像読み取り用のイメージセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に係るイメージセンサは、光源と、この光源の光により白色光を出射させる蛍光体と、この蛍光体からの光のうち、所定の可視光領域の波長より長波長側の光を阻止する光学フィルタと、この光学フィルタを通過して一端側に入射した光を他端側に伝搬させるとともに、その側面から出射した光を被照射体に照射する柱状の導光体と、被照射体から反射された光を受光して電気信号に変換するセンサＩＣとを備えたものである。
【００１５】
この発明に係るイメージセンサは、光源と、この光源を封止して前記光源の光により白色光を出射させる蛍光体と、一端側に入射した光を他端側に伝搬させるとともに、その側面から出射した光を被照射体に照射する柱状の導光体と、この導光体の前記一端側における端面に貼付され、前記蛍光体からの光のうち、所定の可視光領域の波長より長波長側の光を阻止する光学フィルタと、被照射体から反射された光を収束するレンズと、このレンズを通過した光を受光して電気信号に変換するセンサＩＣとを備えたものである。
【００１６】
この発明に係るイメージセンサは、光源と、前記光源を包囲し、前記光源の光により白色光を出射させる蛍光体と、一端側に入射した光を他端側に伝搬させるとともに、その側面から出射した光を被照射体に照射する柱状の導光体と、この導光体の一端側に配置し、前記光源及び前記導光体を支持するホルダーと、このホルダーに支持され、前記蛍光体からの光のうち、所定の可視光領域の波長より長波長側の光を阻止する光学フィルタと、被照射体から反射された光を受光して電気信号に変換するセンサＩＣと、このセンサＩＣを支持し、前記光源を駆動する駆動部を支持する基板と、この基板に電気的に接続され、前記ホルダーを支持するフレキシブル基板とを備えたものである。
【００１７】
この発明に係る密着型イメージセンサは、複数個の光源と、これらの光源をそれぞれ包囲し、前記各光源の光により白色光を出射させる蛍光体と、一端側に入射した光を他端側に伝搬させるとともに、その側面から出射した光を被照射体に照射する複数本の柱状の導光体と、これらの導光体の一端側にそれぞれ配置し、前記複数個の光源及び前記複数本の導光体を支持するホルダーと、このホルダーに支持され、前記蛍光体からの光のうち、所定の可視光領域の波長より長波長側の光を阻止する光学フィルタと、前記複数本の導光体の間に配置され、被照射体から反射された光を収束するレンズと、このレンズを通過した反射光を受光して電気信号に変換するセンサＩＣと、このセンサＩＣを支持し、前記光源を駆動する駆動部を支持する基板と、この基板に電気的に接続され、前記ホルダーを支持するフレキシブル基板とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１８】
この発明に係るイメージセンサによれば、光源と導光体端部との間に一部の可視光領域を含む長波長の光の透過を阻止するフィルム状の光学フィルタを設置したので、読み取り領域全体に亘って光学フィルタを設置する必要がなく、結果、イメージセンサの読み取りサイズに拘束されない共通の光学フィルタを用いることが可能となる。また、フィルム状の光学フィルタはパンチ加工などで小片として使用するので有機フィルムなどのパターン形成時に発生する加工位置によるフィルタ特性の製造ばらつきがあっても安定したフィルタの性能を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１について図１を用いて説明する。図１（ａ）は、実施の形態１によるイメージセンサの構成を示す分解図であり、図１（ａ）において、１はＬＥＤチップを塔載した光源（ＬＥＤ基板）、２は光源１からの光を伝搬すると共にその側面から光を照射する柱状（棒状）の導光体、３は導光体２の端部に接着された薄膜の有機フィルムで構成された光学フィルタ、４は導光体２から照射された光を透過させる透過体、５は透過体４から入射した被写体（被照射体）からの反射光を収束させるロッドレンズアレイ（レンズ）、６はロッドレンズアレイ５で収束された光を受光するセンサＩＣ（センサチップ）、７はセンサチップ６などを搭載する基板（センサ基板）、８はセンサ基板７と接続され、光源１を駆動させるための電源を供給するフレキシブル基板、９は導光体２の両側に設けられ、導光体２や光源１を支持するホルダー、１０は導光体２やロッドレンズアレイ５の長手方向に沿って設置された導光体２やレンズ５を収納する筐体である。また、図１（ｂ）は、実施の形態１によるイメージセンサの構成を示す分解図であり、光源１のＬＥＤチップ側に光学フィルタ３を貼り付けた場合の構成を示す。
【００２０】
図２は、実施の形態１によるイメージセンサの側面図であり、１１はセンサ基板７のセンサチップ６の塔載面の反対側に設けられたイメージセンサを駆動する信号処理回路や光源１の駆動回路などに用いられるコネクタ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）などの電子部品である。なお、信号処理回路や駆動回路を駆動部と称する。
【００２１】
図３は、実施の形態１によるイメージセンサの図２のＡ−Ａ’部分の断面図であり、１２は原稿や紙幣などの被写体を示す。導光体２から放射された光は被写体１２を照射し、被写体１２からの反射光は透過体４を透過して、ロッドレンズアレイ５で収束され、センサチップ６で受光される。
【００２２】
図４は、導光体２の内部構成を示す断面図であり、２ａは導光体２の長手方向に亘って導光体２の側面から均一に光が放射するように白色塗料でパターン形成した光散乱パターンである。なお、図１乃至図４中、同一符号は、同一又は相当部分を示す。
【００２３】
次に動作について説明する。光源１、導光体２及び光学フィルタ３の照明系について図５を用いて説明する。図５（ａ）において１ａは青色ＬＥＤ、１ｂは青色ＬＥＤ１ａを囲むように樹脂封止した黄色の蛍光樹脂（蛍光体）である。図においてＬＥＤ基板１に塔載された青色ＬＥＤ１ａから発した青色光は青色と補色の関係にある黄色の蛍光体１ｂで白色光に変換され、導光体２の端部に入射する。導光体２の端部には厚さ約０．１ｍｍ程度の有機フィルムでパターン形成された光学フィルタ３が導光体２側に設置されている。また、図５（ｂ）では光学フィルタ３はＬＥＤ基板１側に設置されている。
【００２４】
この光学フィルタ３は一部の可視光を含む近赤外線などの長波長側の光の透過を阻止するもので、図６に示すような分光特性を示す。図６では光学波長が６５０ｎｍより大きな波長に対して光の透過を阻止する。長波長側の光のスペクトルを含まない導光体２の内部に入射した光は導光体２の長手方向に伝搬するが、一部の光は光散乱パターン２ａにより、散乱反射し、導光体２の側面から外部に放射される。なお、光散乱パターン２ａはスリットパターンと連続パターンで形成され、導光体２の光散乱パターン２ａの対向する側面から導光体２の長手方向に亘って均一な光量を放射させるように設計される。
【００２５】
次にイメージセンサのセンサに塔載するセンサチップ６の受光系について図７を用いて説明する。図７はセンサ基板７に塔載されたセンサチップ６を示す平面図であり、６０は画素（受光部）であり、６Ｒは画素６０を３等分して赤色のゼラチン材料で構成した赤色フィルタ（Ｒフィルタ）、６Ｇは緑色のゼラチン材料で構成した緑色フィルタ（Ｇフィルタ）、６Ｂは青色のゼラチン材料で構成した青色フィルタ（Ｂフィルタ）で構成される。各フィルタ６０Ｒ、６０Ｇ、６０Ｂはそれぞれの色に対応した光を吸収し光電変換する。７０はセンサチップ６を駆動する入出力信号を受け渡しするワイヤボンディングパッドである。
【００２６】
通常センサチップ６は複数個搭載され、ＳＩ（スタート）信号とＳＯ信号を接続することにより駆動する。受光部６０で光電変換された各画素の信号出力をシフトレジスタからの開閉信号でもってアナログスイッチ群で順次開閉し、出力信号として外部に画像信号として送出する。また、被写体１２に対するカラー読み取りの場合は、各フィルタ６０Ｒ、６０Ｇ、６０Ｒでフィルタリングしたそれぞれの出力をＣＬＫ（クロック）信号に同期したカラー読み出し信号に基づいて順次、又は同時にアナログ信号として信号処理回路に送出する。
【００２７】
次にカラー画像を読み取る場合について説明する。図８はセンサチップ６に設けられた各フィルタ６０Ｒ、６０Ｇ、６０Ｂの分光特性を説明する図であり、本実施の形態１では、青色スペクトル（４７５ｎｍ）、緑色スペクトル（５２５ｎｍ）、赤色スペクトル（６４０ｎｍ）を所定の読み取り色として使用するのでそれらのスペクトルに対応する各色の分光特性を持つフィルタを設ける。
【００２８】
ところでセンサチップ６に設けられた各フィルタ６０Ｒ、６０Ｇ、６０Ｂは各色を選択的に受光するものの、近赤外線などの長波長側のスペクトルに対してはフィルタリング特性を保持せず、また、赤色読み取りに当たっては近赤外波長に接近するため、長波長のスペクトルの存在は読み取り時のノイズとなって現われる。すなわち、被写体１２の黒色吸収画像では、光源１で照射された光は被写体１２で光の吸収を受け、暗出力（ＬＥＤ点灯時の暗信号出力）は零が好ましいが、長波長側のスペクトルによる暗出力の上昇があり、各読み取り色により暗出力が異なる。また、赤色スペクトル領域の画像読み取りでは不要な長波長側のスペクトルの出力が隣接する画素６０に影響を与え、結果、本来の画像とは異なる出力を生成する。
【００２９】
また、シリコン半導体を使用したＣ−ＭＯＳ構成のセンサチップ６の受光部の分光感度は図８に参考表示したように赤外線などの長波長側に感度が高くなる傾向がある。すなわち、他のアモルファスシリコン（ａ−ｓｉ）などを搭載した光導電式のイメージセンサなどと比べて赤外線領域の光の受光感度が高く微弱な赤外光であっても色再生時の画質に影響を与える。
【００３０】
図９は導光体２の端部やＬＥＤ基板１に光学フィルタ（ＩＲＣＦ）３を設置しない場合の光強度を示す図であり、長波長側に不要光が存在する。対して図１０は導光体２の端部やＬＥＤ基板１に光学フィルタ（ＩＲＣＦ）３を設置した場合の光強度を示す図であり、略６５０ｎｍより長い波長をカットしていることが解かる。
【００３１】
以上から光源と導光体端部との間に一部の可視光領域を含む長波長の光の透過を阻止するフィルム状の光学フィルタを設置したので、赤外光などの不要な光が受光部に入射することが無いので各読み取り色により、暗出力レベルの安定化や赤画像などの読み取りを忠実に行うことができる。
【００３２】
なお、本実施の形態１では、カラー画像の読み取りを主体に説明したが、赤色スペクトルを含む白色光の光源を用いたモノクロ画像の読み取りにおいては、フィルタ６０Ｒ、６０Ｇ、６０Ｂは不要である。また、フィルタ６０Ｒ、６０Ｇ、６０Ｂが搭載されたイメージセンサであっては、例えば中間波長のフィルタ６０Ｇの出力信号を使用することで、モノクロ画像の読み取りが可能である。また、フィルタ６０Ｒ、６０Ｇ、６０Ｂは光学波長の帯域フィルタを用いて説明したが、各色のドロップアウトカラーフィルタや低域カットフィルタを用いてもカラー読み取りに対して相応の効果を奏する。
【００３３】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２について図１１を用いて説明する。図１１は光源、導光体及び光学フィルタを組み込んだ照明系の説明図である。図１１（ａ）は照明系を長手方向から見た図であり、図１１（ｂ）は照明系の要部側面図である。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）において１００はＬＥＤ基板（光源）、１００ａは青色ＬＥＤ、１００ｂは青色ＬＥＤ１００ａを囲むように樹脂封止した黄色の蛍光体、１００ｃは光源１００を駆動するリード電極、２００は四角柱の一部をカットした断面が５角形の導光体、２００ａは導光体２００の外周を覆い、導光体２００内部の光を効率良く長手方向に伝搬させる白色プラスチック材で構成したカバー、２００ｂは導光体２００の表面に設けられた光散乱体、２００ｃは光散乱体２００ｂの略対向位置に設けられ、カバー２００ａで覆われていない領域に設けた光射出部である。図中、図１と同一符号は、同一又は相当部分を示す。
【００３４】
次に動作について説明する。図１１においてＬＥＤ基板１００に搭載された青色ＬＥＤ１００ａから発した青色光は青色と補色の関係にある黄色の蛍光体１００ｂで白色光に変換され、導光体２００の端部に入射する。導光体２００の端部には厚さ約０．１ｍｍ程度の有機フィルムでパターン形成された光学フィルタ３がＬＥＤ基板１００と導光体２００に挟まれて設置されているので、この光学フィルタ３により赤外線領域の波長がカットされ、所定の可視光のみを導光体１００に入射させることができる。
【００３５】
また、光学フィルタ３に例えば、実施の形態１で説明した図９又は図１０に示すような光源１から放射する光強度の強い青色光の出力レベルを調整する場合には、光学フィルタ３に青色光の透過率を下げる低域カットフィルタを設けることで、赤外光のみならず、青色光の出力レベルを下げると共に紫外光領域の副次スペクトルの発生があってもノイズの無い安定したイメージセンサの読み取りが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明の実施の形態１によるイメージセンサの構成を示す分解図であり、図１（ａ）は導光体に光学レンズを貼り付けた場合、図１（ｂ）は光源に光学レンズを貼り付けた場合を示す。
【図２】この発明の実施の形態１によるイメージセンサの側面図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるイメージセンサの断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１によるイメージセンサの導光体の断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１によるイメージセンサの照明系の説明図であり、図５（ａ）は導光体に光学レンズを貼り付けた場合、図５（ｂ）は光源に光学レンズを貼り付けた場合を示す。
【図６】この発明の実施の形態１によるイメージセンサの光学フィルタの分光特性を説明する図である。
【図７】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チップの構成を説明する平面図である。
【図８】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チップの分光特性を説明する図である。
【図９】この発明の実施の形態１によるイメージセンサの光学フィルタを搭載しない場合のイメージセンサの出力特性を説明する図である。
【図１０】この発明の実施の形態１によるイメージセンサの光学フィルタを搭載した場合のイメージセンサの出力特性を説明する図である。
【図１１】この発明の実施の形態２によるイメージセンサの照明系の説明図であり、図１１（ａ）は照明系を長手方向から見た説明図、図１１（ｂ）は照明系の要部側面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  光源（ＬＥＤ基板）、  １ａ  ＬＥＤチップ、  １ｂ  蛍光体、  ２  導光体、  ２ａ  光散乱パターン（光散乱体）、  ３  光学フィルタ、  ４  透過体、  ５  レンズ（ロッドレンズアレイ）、  ６  センサＩＣ（センサチップ）、  ７  センサ基板（基板）、  ８  フレキシブル基板、  ９  ホルダー、  １０  筐体、  １１電子部品、  １２  被照射体（被射体）、  ６０  受光部（画素）、  ６０Ｒ  赤色フィルタ、  ６０Ｇ  緑色フィルタ、  ６０Ｂ  青色フィルタ。  ７０  パッド（ワイヤボンディングパッド）、  １００  光源（ＬＥＤ基板）、  １００ａ  ＬＥＤ、  １００ｂ  蛍光体、  １００ｃ  リード電極、  ２００  導光体、  ２００ａ  カバー、  ２００ｂ  光散乱体、  ２００ｃ  光射出部。
【図１】
2008028617.tif 000003
【図２】
2008028617.tif 000004
【図３】
2008028617.tif 000005
【図４】
2008028617.tif 000006
【図５】
2008028617.tif 000007
【図６】
2008028617.tif 000008
【図７】
2008028617.tif 000009
【図８】
2008028617.tif 000010
【図９】
2008028617.tif 000011
【図１０】
2008028617.tif 000012
【図１１】
2008028617.tif 000013