(57)【要約】【課題】センサ素子を構成する半導体チップを小型化することができ、かつ、全体としての小型化を維持しつつ、焦点深度の深いイメージセンサを提供する。【解決手段】主走査方向に延びる読み取り領域Ｌの像をレンズ３５０を介してセンサチップ６００上に縮小倒立結像させるイメージセンサであって、上記センサチップ６００は、所定数の受光素子が上面に配列されたセンサチップ６００を複数備えて構成されているとともに、隣り合うセンサチップ６００（６０１，６０２）の各有効受光範囲Ｈ１，Ｈ２…にそれぞれ結像される読み取り領域Ｌ１，Ｌ２…は、それらの端部どうしが所定長さ重ねられている。【選択図】  図３
2009044511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主走査方向に延びる読み取り領域の像をレンズを介してセンサ素子上に縮小倒立結像させるイメージセンサであって、
上記センサ素子は、所定数の受光素子が上面に配列されたセンサチップを複数備えて構成されているとともに、
隣り合う２つのセンサチップの各有効受光範囲にそれぞれ結像される読み取り領域は、それらの端部どうしが所定長さ重ねられていることを特徴とする、イメージセンサ。
【請求項２】
ケース内に、上記読み取り領域を照明するための照明光源と、上記複数のセンサチップを搭載した基板と、各センサチップに対応させて上記レンズを保持する保持手段と、を備えている、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項３】
上記照明光源は、発光素子と、この発光素子が発する光が入射されるとともに、上記読み取り領域に向けて光を出射させる出射面を有する導光部材とを備えて構成されている一方、
上記導光部材の外面には反射面が形成されており、上記読み取り領域の像は、上記反射面、および上記レンズを介して上記センサ素子上に結像されるように構成されている、請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項４】
上記反射面で反射した光をさらに反射させて上記レンズに入射させる、１または複数の追加の反射面を備えている、請求項３に記載のイメージセンサ。
【請求項５】
上記隣り合う２つのセンサチップに対応する読み取り領域の重なり部分に指標を配置して読み取りを行い、上記２つのセンサチップのいずれか一方が有する複数の受光素子のうち、上記指標が結像する受光素子を含め、それよりセンサチップの端部側の受光素子によるデータを除外するように調整されている、請求項１ないし４のいずれかに記載のイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、イメージセンサに関し、原稿に対して副走査方向に相対移動しつつ、主走査方向に延びるライン状の画像を順次読み取ることにより、二次元画像を読み取ることができるように構成されたイメージセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの主のイメージセンサは、たとえば、特許文献１に記載されている。このイメージセンサは、いわゆるフラットベッド型のものであり、上面が原稿載置面とされた透明ガラスの下方を副走査方向に移動する。このイメージセンサは、原稿載置面上の主走査方向に延びる領域を照明する照明光源と、原稿からの反射光を正立等倍に結像させるレンズと、このレンズによって結像された像を受光するセンサ素子とを備える。センサ素子は、複数の受光素子が主走査方向に列状に配置されている。センサ素子は、このイメージセンサが副走査方向に所定距離移動するごとに、原稿における主走査方向のライン状の像を順次読み取る。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−７４４９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記した従来のイメージセンサは、主走査方向に延びるライン状の画像を正立等倍で読み取るため、センサ素子は、読み取り幅に対応して主走査方向に一連の長さを有したものとなり、具体的には、等間隔に所定数形成された受光素子をもつ半導体チップを複数個長手方向に密接状に並べて構成される。
【０００５】
一方、最近の技術革新により、半導体チップの主面上に形成するべき素子の高密度化が可能となっているが、上記特許文献１のイメージセンサの場合、半導体チップ上に読み取り解像度に拘束されるピッチで複数の受光素子を形成するほかはなく、半導体チップが概して大型化し、材料コストを低減することができない。
【０００６】
また、レンズは、一般的に、いわゆるセルフォックレンズが使用されるが、このレンズは焦点深度が浅く、原稿載置面上の原稿に浮き上がりが生じていると、その部の読み取り画像がぼやけてしまうという問題もある。
【０００７】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものである。センサ素子を構成する半導体チップを小型化することができ、かつ、全体としての小型化を維持しつつ、焦点深度の深いイメージセンサを提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を採用している。
【０００９】
すなわち、本願発明に係るイメージセンサは、主走査方向に延びる読み取り領域の像をレンズを介してセンサ素子上に縮小倒立結像させるイメージセンサであって、上記センサ素子は、所定数の受光素子が上面に配列されたセンサチップを複数備えて構成されているとともに、隣り合う２つのセンサチップの各有効受光範囲にそれぞれ結像される読み取り領域は、それらの端部どうしが所定長さ重ねられていることを特徴とする。
【００１０】
各センサチップには、これらが担当する読み取り領域の像が縮小して結像される。したがって、各センサチップは、主走査方向に離間して配列することができる。これにより、各センサチップの小型化が可能であり、その材料コストを低減することができる。
【００１１】
また、隣り合うセンサチップは、それぞれが担当する読み取り領域の端部どうしが所定長さ重なるように配置される。したがって、主走査方向に延びる一連の像の読み取りにおいて、一部にヌケが生じるといった事態を効果的に回避することができる。
【００１２】
好ましい実施の形態では、このイメージセンサは、ケース内に、上記読み取り領域を照明するための照明光源と、上記複数のセンサチップを搭載した基板と、各センサチップに対応させて上記レンズを保持する保持手段と、を備えている。
【００１３】
好ましい実施の形態ではまた、上記照明光源は、発光素子と、この発光素子が発する光が入射されるとともに、上記読み取り領域に向けて光を出射させる出射面を有する導光部材とを備えて構成されている一方、上記導光部材の外面には反射面が形成されており、上記読み取り領域の像は、上記反射面、および上記レンズを介して上記センサ素子上に結像されるように構成されている。
【００１４】
このような構成によれば、読み取り領域からセンサ素子までの光路長を充分にとることができ、レンズの焦点深度を深く設定することができる。これにより、読み取り領域における原稿に浮き上がりが生じたとしても、読み取り画像がぼやけるといった事態を有効に回避することができる。
【００１５】
好ましい実施の形態ではまた、上記反射面で反射した光をさらに反射させて上記レンズに入射させる、１または複数の追加の反射面を備えている。
【００１６】
このような構成によれば、読み取り領域からセンサ素子までの光路長をさらに延長し、レンズの焦点深度をさらに深く設定することができる。
【００１７】
好ましい実施の形態ではさらに、上記隣り合う２つのセンサチップに対応する読み取り領域の重なり部分に指標を配置して読み取りを行い、上記２つのセンサチップのいずれか一方が有する複数の受光素子のうち、上記指標が結像する受光素子を含め、それよりセンサチップの端部側の受光素子によるデータを除外するように調整されている。
【００１８】
このような構成によれば、主走査方向に延びる読み取り領域の画像を、過不足なく取得することができる。
【００１９】
本願発明のその他の特徴および利点は、図面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本願発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００２１】
図１ないし図４は、本願発明に係るイメージセンサの第１の実施形態を示している。この実施形態に係るイメージセンサ１００は、図１に示すように、上面が原稿載置面２００Ａとされた透明ガラス２００の下方を移動する、いわゆるフラットベッド型に構成されている。
【００２２】
このイメージセンサ１００は、ケース３００に、照明光源装置４００と、複数のレンズ３５０と、基板５００上に搭載された複数のセンサチップ６００とが組み込まれて構成されている。
【００２３】
ケース３００は、図１の紙面直交方向の長手軸を有し、底壁３０１と、この底壁３０１の短手方向の一端縁から立ち上げる側壁３０２と、この底壁３０１の長手方向の両端部から立ち上げる端部壁３０３とを備える。このケース３００の短手方向の他端部は、開放状となっているが、そこには、長矩形状の基板５００が取り付けられている。ケース３００にはまた、後記するレンズ３５０を保持するとともに、ケース３００内の空間を区画する区画壁３１０が形成されている。
【００２４】
上記区画壁３１０の上面における上記基板５００に近接する部位には、照明光源装置４００が搭載されている。この照明光源装置４００は、たとえばＰＭＭＡやポリカーボネートなどの透明樹脂でできたなめらかな表面をもつ長手状の導光部材４１０と、この導光部材４１０の一端部、または両端部に配置された発光素子４５０とを備え、この導光部材４１０は、上記透明ガラス２００上の主走査方向（図１の紙面直交方向）に延びる読み取り領域Ｌに向けて照明光を出射するための出射面４１１を有する。この導光部材４１０はまた、その端部から入射された光を上記出射面４１１に向けて反射させるための反射部４１２を備える。この反射部４１２は、図２に良く表れているように、凹部４１２ａまたは凸部４１２ｂを断続的に形成することにより形成される。発光素子４５０としては、パッケージ型のＬＥＤ装置４５０ａなどが好適に用いられ、適当な基板４５１に搭載される。このＬＥＤ装置４５０ａへの給電は、上記基板５００を介して行うことができる。導光部材４１０の端部から入射された発光素子４５０からの光は、図２に示すように、この導光部材４１０の側面で全反射しつつ長手方向に進行するが、反射部４１２で反射させられて上記出射面４１１に全反射臨界角より小の角度で到達したものが、照明光として上記出射面４１１から出射させられる。
【００２５】
この実施形態においては、上記導光部材４１０に、上記透明ガラス２００に対して４５°で傾斜し、透明ガラス２００から垂直方向下方に向けて入射した光を９０°方向転換させ、ケースの短手方向に向かわせるための反射面４６０が一体形成されている。この反射面４６０は、導光部材４１０の適部に形成した平坦面に、金属膜を蒸着するなどして形成することができる。この反射面４６０の意義については、後述する。
【００２６】
ケース３００の側壁３０２に隣接するようにして、プリズム４７０が設けられている。このプリズム４７０は、上記のように反射面４６０からケースの短手方向に進行してきた光の進行方向を、２つの反射面４７１，４７２で１８０°転換させるためのものである。すなわち、このプリズム４７０は、垂直状の入・出射面４７０ａと、この入・出射面４７０ａに対して互いに反対方向に４５°の角度で傾斜する２つの反射面４７１，４７２を備えており、透明樹脂などで形成されたものである。なお、このプリズム４７０に代えて、上記２つの反射面４７１，４７２に相当する２つのミラーを配置しても、もちろんよい。
【００２７】
図１および図３に表れているように、上記プリズム４７０と上記基板５００との間には、ケースの長手方向に所定間隔で並ぶ複数の凸レンズ３５０が保持されている。上記したように、ケース３００には、区画壁３１０が設けられているが、この区画壁３１０は、水平部３１１と垂直部３１２とを有しており、この垂直部３１２に設けたレンズ保持孔３１３に、上記凸レンズ３５０が保持されている。
【００２８】
基板５００には、複数のセンサチップ６００が搭載される。このセンサチップ６００は、図４に示すように、上面に複数の受光素子ｄ1〜ｄnが一体形成された半導体チップであり、上記の凸レンズ３５０の各光軸と対応させるようにして、主走査方向に延びる直線上に、所定間隔で配置される。この基板５００にはまた、センサチップ６００からの画像データの読み出し制御を行う制御装置（図示略）が搭載される。
【００２９】
上記から理解されるように、このイメージセンサ１００は、透明ガラス２００の上面の原稿載置面２００Ａに載置され、上記照明光源装置４００によって照明された原稿Ｄの主走査方向に延びる像を各凸レンズ３５０によって各凸レンズ３５０と対応する各センサチップ６００上に縮小倒立結像させて読み取るものである。すなわち、原稿Ｄからの反射光は、導光部材４１０に一体形成された反射面４６０、プリズム４７０の２つの反射面４７１，４７２を介して凸レンズ３５０に入射され、センサチップ６００上に結像される。原稿Ｄから凸レンズ３５０までの光路長、凸レンズ３５０からセンサチップ６００までの光路長、凸レンズ３５０の焦点距離等の仕様は、原稿上の所定長さの読み取り領域の像を所定の縮小倍率でセンサチップ６００上の有効受光範囲に結像させるように設定される。
【００３０】
しかしながら、本願発明においては、各センサチップ６００の主走査方向の配列位置については、とくに次のように設定されている。すなわち、原稿載置面２００Ａ上の読み取り領域Ｌから各センサチップ６００までの光路を展開して模式的に示す図３に示すように、隣り合うセンサチップ６０１，６０２の有効受光範囲Ｈ１，Ｈ２…に結像される原稿載置面２００Ａ上の読み取り領域Ｌ１，Ｌ２…が、所定長さ重なるようになされている。この重なり範囲は、たとえば、所定数の画素分とされる。
【００３１】
上記構成のイメージセンサ１００は、たとえば、その出荷前に、次のような初期設定が行われる。すなわち、各読み取り領域Ｌ１，Ｌ２…の重なり部分に副走査方向に延びるライン状の指標Ｍを配置し、その状態で各センサチップ６００のすべての有効受光範囲を用いて読み取りを行う。そうすると、隣接するセンサチップ６０１，６０２の有効受光範囲Ｈ１，Ｈ２の端部において、同一の指標Ｍが読み取られる。図４においては、センサチップ６０１上のハッチングを施した受光素子ｄ4と、センサチップ６０２上のハッチングを施した受光素子ｄn-3が、同一の指標Ｍの像を受光している状態を示している。そうして、隣接するいずれか一方のセンサチップ（６０１または６０２）について、上記指標Ｍが読み取られた受光素子（ｄ4またはｄn-3）を含め、それよりセンサチップ６００の端部側の受光素子を特定し、これらの受光素子からのデータを一連の画像データから除外するようにする。たとえば、図４において、センサチップ６０１の受光素子ｄ1〜ｄ4からのデータ、または、センサチップ６０２の受光素子ｄn-3〜ｄnからのデータを一連の画像データから除外する。このようにすることにより、隣り合うセンサチップ６０１，６０２に対応する読み取り領域Ｌ１，Ｌ２…に重なり部が存在しても、同じ部分の画像が２度読み取られることが防止される。上記のようにデータを除外するべく特定された受光素子に関する情報は、制御装置（図示略）が備えるメモリに記録される。
【００３２】
次に、上記構成のイメージセンサ１００の作用の説明をする。
【００３３】
透明ガラス２００の上面の原稿載置面２００Ａには、読み取りを行うべき原稿Ｄが載置される。イメージセンサ１００は、副走査方向に移動しつつ、原稿Ｄにおける主走査方向の読み取り領域Ｌの画像を順次読み取る。すなわち、各センサチップ６００が担当する読み取り領域Ｌ１，Ｌ２…ごとに、その像が各センサチップ６００上に縮小倒立結像されるとともに、各センサチップ６００からは、順次、受光素子ｄ1〜ｄnごとのデータが画像データとしてシリアルに出力される。ただし、各センサチップ６００に結像される像は、倒立像となっているので、制御装置は、各センサチップ６００からのシリアルデータを順序反転しつつ、つなげて外部に出力する。なお、この際、上記したように、各隣り合うセンサチップ６０１，６０２ついて、除外するべく特定された受光素子についてのデータは、自動的に除外される。このような読み取り動作をイメージセンサ１００を副走査方向に所定距離移動するごとに行うことにより、原稿の二次元画像データを取得することができる。
【００３４】
上記構成のイメージセンサ１００においては、導光部材４１０に設けた反射面４６０やプリズム４７０に設けた反射面４７１，４７２を用いることにより、原稿Ｄから凸レンズ３５０までの光路長を稼ぐことができ、凸レンズ３５０の焦点深度を深くすることができる。そのため、原稿Ｄに多少の浮き上がりが生じても、その部の読み取り画像がぼけるといった問題は軽減され、読み取り画像の品位を高めることができる。
【００３５】
また、各センサチップ６００には、担当する読み取り領域Ｌ１，Ｌ２…の像が縮小して結像されるので、センサチップ６００を小型化することができ、材料コストを低減することができる。
【００３６】
さらに、隣り合うセンサチップ６００（６０１，６０２）が担当する読み取り領域Ｌ１，Ｌ２…の端部どうしが重なるようにしているので、センサチップ６００の基板に対する主走査方向の取り付け位置に多少の誤差が生じても、読み取りデータに画像のヌケが生じるといったことを防止することができる。
【００３７】
加えて、原稿Ｄから凸レンズ３５０までの光路長を稼ぐために設ける反射面４６０の一部を、照明光源装置４００の導光部材４１０の外面を利用して形成しているので、別途のミラー等の反射面を設けることに比較し、部品点数を削減することができる。
【００３８】
図５は、本願発明に係るイメージセンサの第２の実施形態を要部断面において示している。このイメージセンサ１００Ａは、第１の実施形態に係るイメージセンサ１００よりもさらに、原稿Ｄから凸レンズ３５０までの光路長を延長している。すなわち、このイメージセンサ１００Ａにおけるプリズム４７０は、第１の反射面４７１〜第６の反射面４７６により、導光部材４１０の反射面４６０からケース３００の短手方向に進行する光をつづら折り状に進路変更させ、凸レンズ３５０に入射するようにしている。その余の構成は、図１ないし図４に示した第１の実施形態と同様である。
【００３９】
このような構成によれば、凸レンズ３５０の焦点深度を深くして原稿Ｄの浮き上がりによる画像品質の低下を防止することができるとともに、センサチップ６００上への結像画像の縮小倍率をさらに高めることができ、センサチップ６００をさらに小型化することが可能である。
【００４０】
図６は、本願発明に係るイメージセンサの第３の実施形態を要部断面において示している。このイメージセンサ１００Ｂは、ケース３００における短手方向の両端部に、複数の反射面４７１，４７２…を有する２つのプリズム４７０Ａ，４７０Ｂを配置し、原稿Ｄからの反射光を、ケース３００の短手方向の幅寸法を最大限に活かしてつづらおり状に進路変更し、凸レンズ３５０に入射させるようにしている。また、読み取り領域Ｌからの光を９０°方向転換させるための反射面を、一方のプリズム４７０Ａの反射面４７１に担当させている。さらに、照明光源装置４００は、基板５００の外面側に搭載している。その余の構成は、図１ないし図４に示した第１の実施形態と同様である。
【００４１】
このような構成によれば、原稿Ｄから凸レンズ３５０までの光路長を稼ぐことができつつも、ケース３００の短手方向の寸法を節約することができ、イメージセンサ１００Ｂそのものの小型化を達成することができる。
【００４２】
もちろん、この発明の範囲は上記した各実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した事項の範囲でのあらゆる変更は、すべて本願発明の範囲に含まれる。
【００４３】
たとえば、実施形態は、いわゆるフラットベッド型に構成しているが、ケースの上面に透明ガラスを設置し、この透明ガラスの表面にプラテンによって原稿を押し付けつつ副走査方向に搬送するようにした、いわゆる密着型のイメージセンサとして構成することも、もちろん可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本願発明に係るイメージセンサの一実施形態の断面図である。
【図２】図１のII-II線に沿う拡大断面図である。
【図３】図１のイメージセンサにおいて、読み取り領域からセンサチップまでの光路を展開して示す模式図である。
【図４】図１のイメージセンサの作用の説明図である。
【図５】本願発明に係るイメージセンサの他の実施形態の断面図である。
【図６】本願発明に係るイメージセンサのさらに他の実施形態の断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１００，１００Ａ，１００Ｂ      イメージセンサ
２００      透明ガラス
２００Ａ    原稿載置面
３００      ケース
３０１      底壁
３０２      側壁
３０３      端部壁
３１０      区画壁
３１１      水平部
３１２      垂直部
３５０      レンズ
４００      照明光源装置
４１０      導光部材
４１１      出射面
４５０      発光素子
４６０      反射面
４７０      プリズム
４７１，４７２      反射面
５００      基板
６００      センサチップ
Ｄ          原稿
Ｈ１，Ｈ２  センサ素子の有効受光範囲
Ｌ          読み取り領域
Ｌ１，Ｌ２      各センサ素子に受光される読み取り領域
ｄ1〜ｄn          受光素子
【図１】
2009044511.tif 000003
【図２】
2009044511.tif 000004
【図３】
2009044511.tif 000005
【図４】
2009044511.tif 000006
【図５】
2009044511.tif 000007
【図６】
2009044511.tif 000008