(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像レンズと固体撮像素子とを備え、結像レンズを介して画像を固体撮像素子上に投影して画像信号に変換して出力する画像読取装置であって、
固体撮像素子が取付られた第１の取付部材と、結像レンズと前記第１の取付部材とが取付られた第２の取付部材とを備え、前記第２の取付部材上に取付られた第１の取付部材は、固定手段を介して前記固体撮像素子を結像レンズの光軸方向に位置調整可能に取付られており、前記固定手段は、固定ネジ部材と、該固定ネジ部材と前記第２の取付部材との間に装着された弾性部材とを備え、
前記固定手段を構成する弾性部材は、前記第２の取付部材に係合する爪部を備え、該爪部は前記結像レンズの光軸方向のバネ定数が前記固体撮像素子の画素配列方向のバネ定数よりも大きい形状であること
を特徴とする画像読取装置における固体撮像素子の取付装置。
【請求項２】
前記固定手段は、前記第１の取付部材上の固体撮像素子の画素配列方向の両端部外側に対応する位置に、画素配列方向に沿って少なくとも２箇所配置されていることを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置における固体撮像素子の取付装置。
【請求項３】
前記弾性部材の爪部は、前記固体撮像素子の画素配列方向に対し垂直方向に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置における固体撮像素子の取付装置。
【請求項４】
前記弾性部材の爪部の長さは、前記固体撮像素子が固定された第１の取付部材の板厚の１２０％以上２００％未満であることを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置における固体撮像素子の取付装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はデジタル方式の画像読取装置における固体撮像素子の取付装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機その他のデジタル方式の画像形成装置では、固体撮像素子、例えばＣＣＤを使用して原稿画像を読み取る画像読取装置が使用されている。このような画像読取装置では、結像レンズと固体撮像素子との位置関係は、形成された画像の品質に大きく影響するため、ミクロンオーダーの精密な位置決めが求められている。
【０００３】
結像レンズと固体撮像素子との位置決め方法としては、フレーム上に結像レンズと固体撮像素子とを仮組立てし、テスト用のサンプル画像を結像レンズを通して固体撮像素子上に投影し、固体撮像素子の出力をモニターで監視しながら、結像レンズと固体撮像素子との相対位置を調整する方法が一般的である。
【０００４】
画像品質を維持するためには、位置調整後の固体撮像素子がフレーム上で移動しないように強固に固定することが求められ、しかも固定時に位置が変化しないことは勿論、経年変化によっても許容誤差範囲内にあることが必要である。
【０００５】
このため、種々の固定手段が提案されている。例えば、結像レンズを取付けた第１の取付部材と固体撮像素子を取付けた第２の取付部材とをフレーム上にネジで固定する方法、前記第１の取付部材と第２の取付部材との間隔をネジとばね部材で調整しつつフレーム上に固定する方法、前記第１の取付部材と第２の取付部材との間隔を保ちながら両者の間を半田で固定する方法、固体撮像素子のパッケージ或いは固体撮像素子の樹脂部を接着剤で固定する方法などがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した種々の固定手段のうち、接着剤で固定する方法は、接着面に樹脂が介在するため、剛性及び耐震性、並びに環境対策の面から不安があり、特に剛性及び耐震性が劣ることは、高速動作する画像読取装置への適用には十分でなく、剛性及び耐震性を高めるための何等かの対策が必要となる。
【０００７】
また、半田で固定する方法は、取付部材が金属板であるときは錫メッキ等の表面処理が必要となり、コストを上昇させる結果となる。また、固定後に生じる半田収縮を見越した固定が必要で、固定作業の管理が困難となる。さらに、半田は鉛等の有害金属を含むものがあり、環境対策の面から不安がある。
【０００８】
第１の取付部材と第２の取付部材との間隔をネジとばね部材で調整しつつフレーム上に固定する方法は、構造が複雑でコストを上昇させる結果となる他、重量が増加する等の不都合がある。
【０００９】
最も構造が簡単で、出荷後の経年変化にも耐え信頼性の高い固定方法は、取付部材をネジで固定する方法であるが、この方法では、ネジを締め付けるとき、ネジと取付部材との間の摩擦力により取付部材がずれてしまうことで、数十ミクロンのずれが発生してしまう場合があるが、このずれを数ミクロンの許容誤差の範囲内に収めることが求められる。この発明は、この課題を解決することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、結像レンズと固体撮像素子とを備え、結像レンズを介して画像を固体撮像素子上に投影して画像信号に変換して出力する画像読取装置であって、固体撮像素子が取付られた第１の取付部材と、結像レンズと前記第１の取付部材とが取付られた第２の取付部材とを備え、前記第２の取付部材上に取付られた第１の取付部材は、固定手段を介して前記固体撮像素子を結像レンズの光軸方向に位置調整可能に取付られており、前記固定手段は、固定ネジ部材と、該固定ネジ部材と前記第２の取付部材との間に装着された弾性部材とを備え、前記固定手段を構成する弾性部材は、前記第２の取付部材に係合する爪部を備え、該爪部は前記結像レンズの光軸方向のバネ定数が前記固体撮像素子の画素配列方向のバネ定数よりも大きい形状であることを特徴とする画像読取装置における固体撮像素子の取付装置である。
【００１１】
そして、前記固定手段は、前記第１の取付部材上の固体撮像素子の画素配列方向の両端部外側に対応する位置に、画素配列方向に沿って少なくとも２箇所配置するとよい。
【００１３】
そして、前記弾性部材の爪部は、前記固体撮像素子の画素配列方向に対し垂直方向に配置するとよい。
【００１４】
また、爪部の長さは、前記固体撮像素子が固定された第１の取付部材の板厚の１２０％以上２００％未満とするとよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は、この発明の実施の形態の画像読取装置における固体撮像素子の取付構造を示す分解斜視図、図２はその組立状態を示す斜視図である。
【００１７】
ここでは、説明の都合上、後述する結像レンズＬの光軸方向をＸ軸、固体撮像素子の画素配列方向をＹ軸、フレームに対する結像レンズＬの光軸の高さの方向（Ｘ軸及びＹ軸に直交する方向）をＺ軸方向とする。
【００１８】
図１及び図２において、画像読取装置の内部のユニットであるレンズＣＣＤユニット１０はフレーム１１の上に組立てられており、フレーム１１の上にはフレーム１１に対する高さ（Ｚ軸方向）を調整できる調整基板１２が、フレーム１１に略平行に配置されている。
【００１９】
調整基板１２には、フレーム１１上にねじ込み可能に配置された３本の高さ調整ネジ１１ａに対応する位置に高さ調整ネジ１１ａの頭部に嵌合する孔が形成されており、この孔と高さ調整ネジ１１ａの頭部とを嵌合させることで、調整基板１２は高さ調整ネジ１１ａの上端近くに設けられた鍔（図示せず）により裏面側から支えられ、上下方向に移動可能に支持される。このほか、調整基板１２は２組設けられている板バネ１４を介在させたネジ１３によりフレーム１１に向けて下向きに付勢されている。この構成により、調整基板１２のフレーム１１からの高さは、高さ調整ネジ１１ａのフレーム１１へのねじ込み量を加減することで調整することができる。
【００２０】
固体撮像素子２０は例えばＣＣＤであり、撮像素子パッケージ２１に収納された固体撮像素子２０はソケット２２に着脱可能に装着されている。ソケット２２は基板２３に半田付け等の手段で固定して取付けられている。
【００２１】
第１の取付部材２５は、断面が略Ｌ字状に形成されて第１取付面２５ａと、これに直角な第２取付面２５ｂとを備えており、第１取付面２５ａには固体撮像素子のパッケージ２１に対応する部分に開孔部２５ｃが形成され、開孔部２５ｃの固体撮像素子２０の画素配列方向の両端外側にはそれぞれブラケット２５ｄが形成され、基板２３とブラケット２５ｄとはネジ２６で固定される。
【００２２】
第１の取付部材２５の第２取付面２５ｂは、第１の取付部材２５を後述する第２の取付部材２７に取り付ける面であって、固体撮像素子２０の画素配列方向（Ｙ軸方向）の両端部外側に対応する位置には、後述する結像レンズＬの光軸方向に平行に伸びた細長の２つの取付孔２５ｅと、取付孔２５ｅのそれぞれに接近して後述する板バネの爪部２９ａに係合する係合孔２５ｇが形成されている。
【００２３】
第２の取付部材２７には、結像レンズＬを保持したレンズ保持枠３０が固定されており、また、第２の取付部材２７には、第１の取付部材２５の第２取付面２５ｂを固定するネジ孔２７ｅが２箇所形成されている。
【００２４】
第１の取付部材２５を第２の取付部材２７に取り付ける固定手段は、図１及び図２に示すように、固定ネジ部材である固定ネジ２８と弾性部材である板バネ２９とから構成され、板バネ２９には、図３、図４を参照すると明らかであるが、爪部２９ａが形成されている。
【００２５】
第２の取付部材２７は調整基板１２の上に３本のネジ１５で固定されるが、結像レンズＬの光軸方向（Ｘ軸方向）に調整可能に構成されている。
【００２６】
次に、固体撮像素子の取付及び調整手順について説明する。まず、撮像素子パッケージ２１に収納された固体撮像素子２０をソケット２２に装着し、基板２３に半田付け等の手段で固定する。第１の取付部材２５の第１取付面２５ａに形成された開孔部２５ｃに基板２３上の撮像素子パッケージ２１を嵌め、基板２３と第１の取付部材２５とをネジ２６で固定する。
【００２７】
結像レンズＬを保持したレンズ保持枠３０を第２の取付部材２７に固定し、第２の取付部材２７の位置を調整しながら、調整基板１２に３本のネジ１５で固定する。なお、第２の取付部材２７を調整基板１２に固定するときは、Ｘ軸方向のおよその位置を決定して固定すればよい。結像レンズＬと固体撮像素子との取付位置の調整は、後述するように、第１の取付部材２５を第２の取付部材２７に取付けるときに精密に調整する。
【００２８】
さらに、高さ調整ネジ１１ａのネジ込み量を調整して調整基板１２のフレーム１１からの高さを調整して固定する。
【００２９】
第１の取付部材２５の第２取付面２５ｂを第２の取付部材２７の取付位置に置き、固定ネジ２８の下に板バネ２９を介装し、板バネ２９の爪部２９ａを係合孔２５ｇに係合させた上で、固定ネジ２８を取付孔２５ｅを通し、第２の取付部材２７に形成されたネジ孔２７ｅにねじ込んで仮固定する。
【００３０】
第１の取付部材２５は結像レンズＬの光軸に平行な方向（Ｘ軸方向）に移動可能で、また調整基板１２はフレーム１１に対して高さ方向（Ｚ軸方向）に移動可能であり、その移動可能な範囲は、結像レンズＬの共役長のばらつき、及びその他の部品の製造誤差を吸収するに十分な範囲であるものとする。
【００３１】
次に、結像レンズＬと固体撮像素子との取付位置の調整を行う。テスト用のサンプル画像を結像レンズＬを通して固体撮像素子２０上に投影し、固体撮像素子２０からの出力信号を図示しないモニターで監視しながら、第１の取付部材２５と結像レンズＬと間隔、及び第２の取付部材２７とフレーム１１との間隔を調整し、モニター出力が目標の誤差範囲内に収まるように設定する。
【００３２】
このとき、第１の取付部材２５、即ち固体撮像素子２０と結像レンズＬとの間隔は、工具を使用して特に精密なミクロン単位での調整を行う。
【００３３】
取付位置の調整が完了したときは、第２の取付部材２７を調整基板１２に固定するネジ１５を本締付けして強固に固定する。次に、第１の取付部材２５を第２の取付部材２７の上に仮固定した固定ネジ２８を本締付けして強固に固定する。
【００３４】
この固定ネジ２８の本締付けのとき、第１の取付部材２５と第２の取付部材２７との相対位置、即ち固体撮像素子２０と結像レンズＬとの相対位置がずれると、解像力の低下、部分的な倍率変化、像の歪みなどが生じ、画像品質を維持できなくなる。
【００３５】
この対策として、この実施の形態では、第１の取付部材２５の上の取付孔２５ｅに固定ネジ２８を差し込むとき、固定ネジ２８の下側に板バネ２９を介装し、固定ネジ２８を締付けるとき固定ネジ２８と第１の取付部材２５とが摩擦接触して生じる摩擦力により第１の取付部材２５がずれることを防止している。板バネ２９の構成と作用、その寸法等については後で詳細に説明する。
【００３６】
図３及び図４は、上記した固定ネジ２８と板バネ２９で構成された固定手段の構成と作用を説明する図で、図３は第１の取付部材２５と第２の取付部材２７とが固定ネジ２８と板バネ２９で固定された状態を横からみた説明図、図４は斜上方向からみた説明図である。
【００３７】
図３及び図４では、固定ネジ２８の締付けにより板バネ２９は弾性変形し、板バネ２９の中央部分は固体撮像素子２０が取付られている第１の取付部材２５に摩擦接触している。このため、固定ネジ２８の締付けにより板バネ２９を介して固体撮像素子２０がずれてしまうおそれがある。
【００３８】
板バネ２９の中央部分が第１の取付部材２５に摩擦接触していても、接触摩擦力が十分に大きく、且つ板バネ２９が十分な剛性を有して締付け後も弾性変形しなければ、第１の取付部材２５、即ち固体撮像素子２０はずれないが、板バネ２９の剛性が大き過ぎると締付強度が低下する等の不都合が発生するから、むやみに剛性を大きくすることはできない。板バネ２９の板厚や、爪部の寸法などを適切な寸法にすることが必要となる。
【００３９】
ここで、図４に示すような爪部を備えた板バネについて、締付けにより発生するずれ、即ち変形量について考察する。板バネの結像レンズＬの光軸方向（Ｘ軸方向）に向かう変形量をδｘ、固体撮像素子の画素配列方向（Ｙ軸方向）に向かう変形量をδｙとすると、画素配列方向（Ｙ軸方向）に向かう変形量δｙは一般的に電気的に補正可能であるから多少の変形は問題にならない。固体撮像素子の有効画素の範囲は画像領域の外まで伸びて余裕があるのが一般的で、電気的な補正が可能である。
【００４０】
板バネの結像レンズＬの光軸方向（Ｘ軸方向）に向かう変形量δｘはピント調整に関わるもので、電気的に変形量δｘを補正することは困難である。そこで、変形量δｘが変形量δｙよりも小さくなる板バネの設計について考察する。
【００４１】
図３、図４において、固定ネジ２８の締付けにより板バネ２９に加わる力をＦ１、板バネ２９のＹ軸方向のバネ定数をＥｙ、Ｘ軸方向のバネ定数をＥｘ、Ｚ軸方向のバネ定数をＥｚ、固定ネジ２８と板バネ２９との間の摩擦係数をμ１、板バネ２９と第１の取付部材２５との間の摩擦係数、或いは板バネ２９と第２の取付部材２７との間の摩擦係数のいずれか小さい方の摩擦係数をμ２、板バネ２９のＺ軸方向の変形量をδｚとすると、力の釣合い式から、変形量δｙは以下の式（１）で表すことができる。
【００４２】
δｙ＝（μ１−μ２）＊Ｆ１／Ｅｙ＋μ２＊δｚ＊Ｅｚ／Ｅｙ・・・（１）
式（１）から、変形量δｙはＹ軸方向のバネ定数をＥｙに反比例し、Ｚ軸方向のバネ定数をＥｚに比例し、変形量δｘはＸ軸方向のバネ定数をＥｘに反比例し、Ｚ軸方向のバネ定数をＥｚに比例することが分る。
【００４３】
図４に示すように、板バネ２９に光軸方向（Ｘ軸方向）に平行な方向にのみ爪部２９ａを設けるときは、Ｅｘ＞Ｅｙとなり、変形量はδｘ＜δｙとなるから、光軸方向のずれを抑えるのに適した板バネを得ることができる。
【００４４】
また、爪部２９ａの長さＨは、Ｚ軸方向のバネ定数Ｅｚ及びＺ軸方向の変形量δｚに比例し、固定ネジ２８が板バネ２９に及ぼす力Ｆ１に反比例する。
【００４５】
Ｘ軸方向の変形量δｘ及びＹ軸方向の変形量δｙは、Ｚ軸方向の変形量δｚ、Ｚ軸方向のバネ定数Ｅｚ、固定ネジ２８が板バネ２９に及ぼす力Ｆ１に比例するから、爪部２９ａの長さＨは変形量（ずれ量）に感度が高いと考えられ、板バネ２９の設計に際して重要なパラメータである。
【００４６】
爪部２９ａの長さＨは、少なくとも固体撮像素子を取り付ける第１の取付部材２５の板厚よりも大きくないと板バネ２９のバネ性を持たなくなり、板バネ２９としての意味をなさない。また、爪部２９ａの長さＨが大き過ぎるとバネ定数Ｅｚが大きくなり、Ｘ軸方向の変形量δｘ及びＹ軸方向の変形量δｙも大きくなる。爪部２９ａの長さＨの最適な範囲は、実験により確認したところでは、第１の取付部材２５の板厚Ｔに対して、板厚Ｔの１２０％よりも大きく、２００％よりも小さい範囲内とするのが適当である。
【００４７】
また、変形量δｙを式（１）よりも小さくするには、固定ネジ２８と板バネ２９との間の摩擦係数をμ１を小さくすればよい。
【００４８】
以上この発明の実施の形態を説明したが、上記した実施の形態には、以下に記載する発明も含まれる。
【００４９】
請求項１に記載の弾性部材は、その摩擦係数が固体撮像素子を取り付ける第１の取付部材の摩擦係数よりも小さい材料で構成されることを特徴とする画像読取装置における固体撮像素子の取付装置。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明のデジタル方式の画像読取装置における固体撮像素子の取付装置は、固体撮像素子が取付られた第１の取付部材を結像レンズが取付られた第２の取付部材上に結像レンズの光軸方向に位置調整可能に固定するとき、固定手段を固定ネジ部材と弾性部材とで構成し、固定ネジ部材と第２の取付部材との間に弾性部材を装着するように構成したものであるから、簡単な構成で、固定ネジ部材の締め付け時に生じる第２の取付部材の位置のずれを大幅に低減することができる。
【００５１】
そして、固定手段を構成する弾性部材に爪部を設け、その結像レンズの光軸方向のバネ定数が固体撮像素子の画素配列方向のバネ定数よりも大きい形状とする、固体撮像素子の画素配列方向に対し垂直方向に配置する、或いは爪部の板厚を第１の取付部材の板厚の１２０％以上２００％未満とするなど、爪部の形状や配置、板厚などを適切に決定することにより、取付ネジの締め付けによる固体撮像素子の取り付け位置の誤差を十数ミクロン以下にまで抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の画像読取装置における固体撮像素子の取付構造を示す分解斜視図。
【図２】図１に示す固体撮像素子の取付構造の組立状態を示す斜視図。
【図３】図１に示す取付構造の固定手段の構成と作用を説明する図（その１）。
【図４】図１に示す取付構造の固定手段の構成と作用を説明する図（その２）。
【符号の説明】
１０  レンズＣＣＤユニット
１１  フレーム
１１ａ  高さ調整ネジ
１２  調整基板
１３  ネジ
１４  板バネ
２０  固体撮像素子
２１  撮像素子パッケージ
２２  ソケット
２３  基板
２５  第１の取付部材
２５ａ  第１取付面
２５ｂ  第２取付面
２５ｃ  開孔部
２５ｄ  ブラケット
２５ｅ  取付孔
２５ｇ  係合孔
２６  ネジ
２７  第２の取付部材
２７ｅ  ネジ孔
２８  固定ネジ（固定ネジ部材）
２９  板バネ（弾性部材）
２９ａ  爪部
３０  レンズ保持枠
【図１】
0003867588.tif 000002
【図２】
0003867588.tif 000003
【図３】
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【図４】
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