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JP3940487B2 - Contact image sensor - Google Patents
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JP3940487B2 - Contact image sensor - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンピュータ、ファクシミリ、複写機等の入力装置として、原稿の画像を読み取るイメージセンサ特に密着型イメージセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
イメージセンサは画像の入力装置として、操作性、汎用性に優れ、近年OA機器、情報機器等の分野で広く用いられている。特に近年、家庭用ファクシミリ装置の需要が高まり、これに用いられるイメージセンサとして小型で使い易いものが要求されているところから光源に発光ダイオード(以下「LED」という。)アレイ等を用いた密着型イメージセンサが普及しつつある。図15は例えば特開平6ー342131号公報にも記載されている従来のかかる密着型イメージセンサの断面図であり、その概要を説明する。
【0003】
図15に示すように、密着型イメージセンサは光電変換を行うセンサ画素が複数配列された原稿読取受光素子121と、保護膜122と、これが実装された基板123とからなる成る受光素子アレイ124と、原稿を照射する線状光源であるLEDアレイ125と、原稿129の像を受光部である前記受光素子アレイ124に結像するレンズアレイ126と、原稿129を載置する透明板127と、これらの部材を支持する外装ケース128より構成されている。
【0004】
上記密着型イメージセンサにおける動作は、LEDアレイ125により原稿面を照射し、前記原稿面の読み取りライン上の拡散反射光をレンズアレイ126により受光素子アレイ上に結像し、前記反射光のもつ原稿129の濃淡情報、即ち光の強弱を受光素子アレイ124における個々の原稿読取受光素子121のセンサ画素が電気信号に変換し、シリアル又はパラレルの信号出力として読み取りラインごとに送り出す。そして、前記原稿129とセンサ画素列との相対位置をラインと垂直方向に移動させて、前記ラインごとのデータ送出を繰り返すことにより、2次元画像情報を時系列電気信号に変換する。
【0005】
しかしながら、前述の密着型イメージセンサには次のような問題がある。前記レンズアレイ126は図面と垂直方向に配列された個々に集光性を有する複数のロッドレンズよりなる複眼レンズであり、このため、受光側において像の重なりが発生し、合成開口角が大きくなるので、被写界深度が浅く、原稿が折れていたり、切り貼りなど原稿に凹凸がある場合に画質が劣化するという問題があった。また、本の見開き部分等の読み取りをすることができず、かかるイメージセンサの用途が限定されていた。
【0006】
前記のロッドレンズを用いたレンズアレイ126における結像の様子を図16を用いて説明する。図15に示すレンズアレイ126はロッドレンズ126aが前記ライン方向に整列してなり、各ロッドレンズ126aは光軸に直交する方向に屈折率分布を持った透光材よりなっている。個々のロッドレンズ126aは図16(a)に示すように原稿面上の直径X0の範囲を前記センサ画素の配置されたセンサ面上に正立等倍結像する。ある一点の発光点pとその結像qをを考える。pが基準位置にあるとき、丁度センサ面上に集光点があり、結像qにボケは生じないものとする。図16(b)に示すように、発光点pがp´へxだけ移動すると、集光点もセンサ面の後方にxだけ移動し、センサ面における結像qはHの量のぼけを生ずる。ぼけの量Hはロッドレンズ126aが単独の場合は、ほぼH=Θxとなり、開口角Θに依存する。図17(c)に示すようにロッドレンズ126aが複数個配列しているときには、開口角はΘより大きいΘ′となり、ぼけの量はHよりも大きいH´となり、略H´=Θ´xとなる。そしてロッドレンズ126aの配列数が増えるほど、結像範囲X0の重なりにより開口角は大となり、ボケも大となって行く。このように、開口角が広く、比写界深度が浅くなり、発光点pの移動に対し結像qのボケの量の割合が大きいことが問題となっていた。
【0007】
このような欠点を除去するために個々のロッドレンズの開口角Θを小さくしようとすると、pからqに至る光路長が長くなり、密着型イメージセンサに使用する場合、装置の大型化を招く。また、このようなロッドレンズ自体が高価となる。上記のこれらの欠点を改善することを目的に改良された図17に示す密着型イメージセンサが特開平6ー342131号公報に記載されている。図17において、110は開口制限部材であり、個々の前記ロッドレンズ126aに対応してその出射側に配置されている。他の点に関しては図16に示したイメージセンサと同様である。本例においては、開口制限部材110により個々のロッドレンズ126aの開口角を制限するとともに、各ロッドレンズ間の像の重なりを制限し、ぼけの量を減少しようとしている。
【0008】
しかしながら、この場合個々のロッドレンズ126aに対し開口制限部材110の位置関係を精度良く合わせなければならず、組立性の上で不利となる。その上、開口制限部材110により、通過光量が制限され、前記受光素子アレイ126への入射光の強度が弱くなり、光電変換におけるS/N比が低下し発生信号の雑音を増加させる傾向を生ずる。
【0009】
本発明は従来の密着型イメージセンサにおける上記の問題点、すなわち、一般に、開口角が広く被写界深度が浅いと言う問題、これを改善しようとして被写界深度を深いロッドレンズを用いると、装置の大型化等をまねくという問題、ロッドレンズに対し開口制限部材を設けると組立上不利となり、受光素子の信号の雑音を増加させるという問題を解決すべき課題とするものである。そして、本発明はこれらの課題を解決し、折れ曲がり、凹凸、見開き等各種の原稿に対応でき、精度良く原稿の画像を読み取ることができるとともに、組立も容易な密着型イメージセンサを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第1の手段として本発明は、原稿を載置する透明板、原稿面をライン状に照射する照明手段、前記照射された原稿面からの反射光を結像する集光手段、前記結像された光を受光して光電変換するライン状に配列した複数の受光素子を有し、原稿面の画像データを受光素子への光入力により検知する密着型イメージセンサにおいて、前記集光手段は前記ライン方向に配列された複数のレンズと該複数のレンズに対向して設けられた基面からの厚さが異なる複数の平行平面を有する透明平行板を有し、且つその透明平行板は前記の原稿を載置する透明板であることを特徴とする。
【0011】
上記課題を解決するための第2の手段として本発明は、前記ライン方向に配列された複数のレンズはライン方向に配列された複数のロッドレンズであり、前記原稿を載置する透明板は原稿載置面に平行な面よりなる第 1 段部および第 2 段部が設けられ、第 1 段部の厚さd1と第 2 段部の厚さd2の間にはd11>d12の関係があり、該第 1 段部と第2段部の境界は前記ロッドレンズの配列の方向に平行であり、各ロッドレンズの直径と略対向する位置にくるように前記透明板が位置決めされていることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明の好適な実施の形態の一つである実施例について説明する。図1は本実施例に係る密着型イメージセンサの構成を示す断面図であり、図2は図1のAーA断面図である。図1に示すように、本例の密着型イメージセンサは光電変換を行うセンサ画素が複数配列された原稿読取受光素子21と、保護膜22と、これが実装された基板23とからなる成る受光素子アレイ24と、原稿を照射する線状光源であるLEDアレイ25と、原稿29の像を受光部である前記受光素子アレイ24に結像するレンズアレイ26および段差付きの透明平行板31と、レンズアレイ26と透明平行板31とを保持する支持枠37と原稿29を載置する透明板27と、これらの部材を支持する外装ケース28より構成されている。本例においては透明平行板31はレンズアレイ26と受光素子アレイ24との間に配置されている。
【0016】
上記密着型イメージセンサにおける動作は、LEDアレイ25により原稿面を照射し、前記原稿面の読み取りライン上の拡散反射光をレンズアレイ26および透明平行板31により受光素子アレイ24に結像し、前記反射光のもつ原稿29の濃淡情報、即ち光の強弱を受光素子アレイ24における個々の原稿読取受光素子21のセンサ画素が電気信号に変換し、シリアル又はパラレルの信号出力として読み取りラインごとに送り出す。そして、前記原稿29とセンサ画素列との相対位置をラインと垂直方向に移動させて、前記ラインごとのデータ送出を繰り返すことにより、2次元画像情報を時系列電気信号に変換する。
【0017】
レンズアレイ26は図1および図2に示すように、前記原稿面の読み取りラインに平行な方向に配列された複数のロッドレンズ36よりなり、保持枠37により保持されている。透明平行板31はロッドレンズ36の前記透明板27と反対側の端面に対向して、保持枠37により保持されている。透明平行板31は屈折率n1の透光部材よりなり、その基面31aからd1の厚さを有する第1面31bと、基面31aからd2の厚さを有する第2面31cが、透明平行板31の長手方向(ロッドレンズ36の配列方向)に交互に設けられており、これらの面の長手方向の長さは共にロッドレンズ36の径Dに略等しく、面の境界は長手方向に略直交している。ここで、第1面31bの厚さd1と第2面31cの厚さd2との間にはd1>d2の関係がある。図2に示すように第1面31cと第2面の境界は各ロッドレンズ36の配列方向に直交する直径と略対向する位置にくるように透明平行板31が位置決めされている。
【0018】
ロッドレンズ36は図16に示して説明した従来のロッドレンズ126aと同様に光軸に直交する方向に屈折率分布を持った透光材よりなっており、それ自体では同様の機能を有する。
【0019】
図3は透光材よりなる平行板の集光における一般的な作用を示す原理図である。図示しないレンズ等からの光が点B0に集光する方向で、屈折率n1、厚さdの平行板Lの一方の面Laに入射する。このとき、面の法線に対する入射角をθ、屈折角をθ1とすると、法線に対し図のO1点でθで入射した光線は平行板Lの内部では屈折により方向がθ1の角度となって出射側の面LbのO2′点に達する。O2′点からは屈折により面Lbの法線に対し再びθの角度をなして出射する。この出射した光線は前記の点B0よりもXだけ後方の点B1において光軸と交わる。ここでθとθ1の関係は、sinθ=n1・sinθ1であり、θが小なるときは略、θ1=(1/n1)θ・・・(1)と考えられる。
【0020】
O1とB0を結ぶ直線が平行板Lの出射側の面Lbと交わる点をO2とし、前記面Laの入射点O1における法線が面Lbと交わる点をO1´とする。O1´とO2の距離をy、O1´とO2´の距離をy1、O1´とO2´の距離をy´とすると、図3より、y´=yーy1=d・tanθーd・tanθ1・・・(2)、y´=X・tanθ・・・(3)となる。θが小なるときは略、tanθ=θ、tanθ1=θ1と考えられるので(2)、(3)式より、X=y´/θ=(d・(θーθ1))/θとなり、更に(1)式より、X=y´/θ=(d・(θーθ1))/θ=d・(1ー(1/n1))・・・(4)となる。(4)式から、Xは入射角θに依存せずに平行板の厚みdと屈折率n1によりきまる。従って、平板Lに入射した前記の光はすべて略B1点に集光する。
【0021】
逆に、B1点に光点があるとすると、B1点から平行板Lに入射した光は図4に示す光路を逆行し、面Laからは、あたかも点B0から発した光線のような方向に出射する。このように、本来の集光点又はこれより前に透光性の平行板を光軸に垂直に配置することにより、集光点を後方にずらすことができる。
【0022】
図4は本例におけるロッドレンズ36および透明平行板31よりなる集光手段の作用を示す原理図であり、(a)は全体を示すライン方向(ロッドレンズの配列方向)に平行な断面図、(b)は(a)におけるB部の詳細図、(c)は(b)のCーC矢視図である。図4(a)において、基準となる位置にある発光点A0から発した光はロッドレンズ36に入射し、入射と反対側の端面から等倍正立の結像を生ずる仮想集光点B00に向かって出射し、透明平行板31に入射する。この入射光のうち、第1面31bに入射した光はすでに説明した原理によりs1、s1´で例示するような光路をとって、B00よりもX1だけ後方の第1集光点点B11に集光する。第2面31cに入射した光はすでに説明した原理によりs2、s2´で例示するような光路をとって、B00よりもX2だけ後方の第2集光点B12に集光する。ここで、(4)式よりX1=d1・(1ー(1/n1))、X2=d2・(1ー(1/n1))であり、d1>d2であるからX1>X2であり、B11とB12の距離をdcとするとdc=(d1ーd2)・(1ー(1/n1))となる。
【0023】
このようにして基準となる位置にある1の発光点A0から発した光は集光手段により光軸上で前記dcだけ離れた2の集光点B11とB12に集光する。Sは受光素子アレイ24における原稿読取受光素子21が配置されているセンサ面である。ここで、前記の集光点B11がセンサ面Sにあるように構成しておく。発光点A0からロッドレンズ36を見た開口角(または前記B0からロッドレンズ36を見た開口角)をΘ、第1面31bの通過光によるセンサ面Sにおける結像をq1、第2面31cの通過光によるセンサ面Sにおける結像をq2とすると、q1とq2は重なった位置に生ずるが、q1のぼけH1はH1=0であり、q2のぼけH2は略H2=Θdcである。なお、q2については、厳密にいえば、実線で囲まれた右半分にのみ結像が生ずることになるが、ボケの量に関しては光軸と結像の外端の距離が問題となるので、点線で囲まれた左半分も結像に含めて実効的な結像とみなす(以下、同様に取り扱う。)。
【0024】
次に、図5は発光点の移動とぼけの関係示す図であり、(a)は全体を示す断面図、(b)は(a)におけるD部の拡大図、(c)は(b)のEーE矢視図である。図5(a)に示すように発光点A0が基準位置からxだけ前方のA0′点に移動すると、仮想集光点B00はこれよりxだけ後方のB00′点に移動し、これに伴い第1集光点B11もとの位置よりxだけ後方で、B00′からはX1だけ後方のB11′点に移動し、第2集光点B12ももとの位置よりxだけ後方で、B00′からはX2だけ後方のB12′に移動する。このとき第1面31bの通過光による結像q1のぼけの量H1は略、H1=Θ|x|となり、第2面31cの通過光による結像q2のぼけの量H2は略、H2=Θ|dcーx|となる。
【0025】
図6は発光点A0の基準位置からの移動量xと、第1面31bの通過光による結像q1のぼけの量H1および第2面31cの通過光による結像q2のぼけの量H2の関係を示す図である。ここで、いずれか1の結像についてボケの量が所定値以下であれば、受光面に配置した前記原稿読取受光素子21を正常に動作させることができる。
【0026】
そこで、図6に示すH1、H2のうちいずれか小なる方の値をとって、実効的なボケ量HEとし、図16(b)に示した従来のロッドレンズのぼけ量Hと対比させたグラフを図7に示す。同図において、実線はHEを破線はHを示す。図2に示す本実施例のロッドレンズ36および透明平行板31よりなる集光手段の場合は、発光点の移動に対する実効的なボケの量を従来よりも広い範囲にわたり小さく維持することができる。例えばxが(3/2)dcの場合はぼけの量を従来の1/3とすることができる。開口角Θを小さくすることなしに、実質的に焦点深度を深くして、ぼけを減小させることができる。この効果は複数のロッドレンズ36が整列してなるレンズアレイにおいても、同様であり、図16(c)のΘ′に相当する合成的な開口角を小さくすることなしに、実質的に焦点深度を深くして、ぼけを減小させることができる。従って、本例においては、開口を制限する部材を設けたり、開口角を小さくするために、ロッドの径を小さくしたり、発光点と受光点の距離を長くする必要はない。
【0027】
このように、ロッドレンズ36に対向して透明平行板31を設けることにより、1の発光点からの光が2の異なる位置に集光する2焦点レンズが構成され、基準点から前方に移動したことによる結像の実効的なボケを効果的に低減することができる。しかも、上記のように制限部材がなく、開口角も広くとれるので、装置を小型にし、受光面における光量も十分にとれる。これにより、図1に示した本実施例に係る密着型イメージセンサにおいて、原稿29の折れ曲がりや、見開き等により透明板27と原稿29の間に隙間を生じ、原稿面における反射光の発光点が透明板27の表面の位置から前方にずれた場合に、このずれに起因して受光面に配置した前記原稿読取受光素子21における結像に発生するボケの量を従来より大幅に低減することができ、また、小型装置において、受光面の光量の確保により、原稿面のデータを精度よく読み取ることができる。
【0028】
以下図面に基づいて本発明の好適な実施の形態の他の一つである実施例について説明する。図8は本実施例に係る密着型イメージセンサの構成を示す図であり、(a)は断面図、(b)は上面図である。(b)においては原稿29の表示は省いてある。図8に示すように、本例の密着型イメージセンサは光電変換を行うセンサ画素が複数配列された原稿読取受光素子21と、保護膜22と、これが実装された基板23とからなる成る受光素子アレイ24と、原稿を照射する線状光源であるLEDアレイ25と、原稿29の像を受光部である前記受光素子アレイ24に結像するレンズアレイ26と、レンズアレイ26を保持する支持枠37と原稿29を載置する透明板27と、これらの部材を支持する外装ケース28より構成されている。
【0029】
ここで、前記透明板27は屈折率n1の透光材よりなり、原稿載置面27aに平行な面よりなる第1段部27bおよび第2段部27cが設けられている。第1段部27bの厚さ(原稿載置面27aからの距離)d11と第2段部27cの厚さ(原稿載置面27aからの距離)d12の間には、d11>d12の関係がある。本例においては図1に示した密着型イメージセンサのような透明平行板31がレンズアレイ26と受光素子アレイ24との間に配置されておらず、これに代わり、透明板27に段部が設けられている。
【0030】
レンズアレイ26は、図1に示した実施例と同様の原稿面の読み取りラインに平行な方向に配列された複数のロッドレンズ36よりなり、保持枠37により保持されている。図8(b)に示すように第1段部27bと第2段部27cの境界はロッドレンズ36の配列方向に平行であり各ロッドレンズ36の直径と略対向する位置にくるように透明板27が位置決めされている。ロッドレンズ36、受光素子アレイ24、LEDアレイ25については図1に示した実施例の場合と同様である。
【0031】
図9は本実施例の要部の作用を示す断面図である。先ず、発光点A0が原稿載置面27aにある場合を考える。このとき発光点A0から透明板27に入射する光の光路は図3においてB1から出た光が逆行して平行板Lに入射する場合の光路と同様となる。すなわち、発光点A0は図3のB1に対応し、原稿載置面27aは図3の平行板Lの一方の面Lbに対応するのであるが、B1がLb上にある場合に相当する。
【0032】
従って光の逆行の原理により、発光点A0から透明板27に入射した光のうち第1段部27b通過した光はあたかもA0よりX1だけ後方のA01から発した光と同様の光路s11をとって透明板27から出射し、第2段部27b通過した光はあたかもA0よりX2だけ後方のA02から発した光と同様の光路s12をとって透明板27から出射する。ここで、(4)式よりX1=d11・(1ー(1/n1))、X2=d12・(1ー(1/n1))であり、d11>d12であるからX1>X2であり、A01とA02の距離をdc1とするとdc1=(d11ーd12)・(1ー(1/n1))となる。
【0033】
前記の光路s11によりロッドレンズ36に入射した光は光路s21の出射光としてA01と等倍正立の位置にある第1集光点B01に集光し、前記の光路s12によりロッドレンズ36に入射した光は光路s22の出射光としてA02と等倍正立の位置にある第2集光点B02に集光する。ここでB02はB01よりもdc1だけ後方に位置することになる。このようにして1の発光点に対し光軸上で互いに離れた2の集光点を生ずる集光手段が構成される。今、原稿29の面の浮きにより発光点A0がxだけ前方のA0´に移動すれば、すでに説明した原理により、A01およびA02は図示は省略するがxだけ前方に移動し、B01およびB02はそれぞれxだけ後方のB01´およびB02´に移動する。従って本例においても、図1に示す密着型イメージセンサの場合と同様の原理により、原稿読取受光素子21におけるセンサ面の結像のボケを低減し、同様の効果を得ることができる。
【0034】
以下図面に基づいて本発明の好適な実施の形態の他の一つである実施例について説明する。図10は本例に係るカラー画像読取用の密着型イメージセンサの構成を示す図であり、(a)はその断面図、(b)は(a)におけるDーD断面図である。本例の密着型イメージセンサは光電変換を行うセンサ画素が複数配列された原稿読取受光素子21と、保護膜22と、これが実装された基板23とからなる成る受光素子アレイ24と、原稿を照射するカラー線状光源である後述するLEDアレイ25と、原稿29の像を受光部である前記受光素子アレイ24に結像するレンズアレイ26および図1に示したのと同様の段差付きの透明平行板31と、レンズアレイ26と透明平行板31とを保持する支持枠37と原稿29を載置する透明板27と、これらの部材を支持する外装ケース28より構成されている。
【0035】
図10(a)に示すように、レンズアレイ26は、図1に示した実施例と同様に原稿面の読み取りラインに平行な方向に配列された複数のロッドレンズ36よりなり、保持枠37により保持されているが、ロッドレンズ36はロッド部36aとこれに接続し、透明平行板31の側の端部近傍に設けられた補償部36bとよりなっている。
【0036】
ロッド部36aは図2に示して説明したロッド36と同様の構成を有し同様の光学特性を有する。補償部36bでは光軸に平方な方向および直交する方向に屈折率を分布させ凸レンズのように集光性を高めるようにしてある。図11は本実施における集光部材の作用を示す断面図である。基準位置にある光点A0から発した光は、ロッドレンズ36のロッド部36aに入射した後、端部近傍の補償部36bから出射するがその出射光s21は発光点A0と等倍正立に位置の点BOより若干前方の位置にある仮想集光点BO1に集光する方向を取って透明平行板31に入射し、この入射光のうち、第1面31bに入射した光はすでに説明した原理により、B01よりもX1だけ後方の第1集光点B011に集光する。第2面31cに入射した光はすでに説明した原理によりB011よりもX2だけ後方の第2集光点B012に集光する。そしてすでに説明した原理により、X1=d1・(1ー(1/n1))、X2=d2・(1ー(1/n1))であり、X1>X2であり、B011とB012の距離をdcとするとdc=(d1ーd2)・(1ー(1/n1))となる。
【0037】
ところで屈折率n1は光の波長により変化し波長が短くなるほど大となる。従って後述するR、G、Bの光に対する屈折率n1は順次大となり、これに応じて前記X1、X2は共に順次大となる。したがって、このままでは集光点B011とB012はR、G、Bとなるに従って後方に移動する傾向にある。しかしながら、前記仮想集光点B01の位置は補償部分36bの作用により、凸レンズの集光効果のように光の波長が短くなるほど前方に移動する性質があり、R、G、Bとなるに従って前方に移動する傾向にある。よって、これら両方の傾向が補い合って、色消しレンズと類似の原理により、波長に対する分光性を低減し、後述するR、G、Bの光に対応する前記第1集光点B011および第1集光点B012を互いに所定の距離だけはなれた所定の位置に略一致するようにすることができる。
【0038】
図10に示したカラー画像読取用の密着型イメージセンサの動作につき説明する。原稿を照射する線状光源であるLEDアレイ25は図10(b)に示すように、LED基板25cの上に略赤色の発光をするLED(RのLED)25R、略緑色の発光をするLED(GのLED)25Gおよび略青色の発光をするLED(BのLED)25Bの3種類のLEDが入り交じって読み取りラインの方向に一列に配列されている。これらのLEDは図示しない光源駆動回路により図示しない駆動電極間に駆動電圧が印加されることにより、色毎に時分割で点灯され、原稿面の読み取りラインを照射し、R、G、Bの色毎に原稿面における対応する色の成分の反射光を生じさせる。
【0039】
反射光も略R、G、Bの色毎に時分割で反射点に対応するロッドレンズ36に入射する。ロッドレンズ36に入射した各色の光は色別にすでに説明した原理により色が変わってもほとんど定位置にある2点に向かって集光する。従って本例の場合は原稿のカラー画像の各色の読み取りに関し、図1に示した密着型イメージセンサと同様の原理により同様の作用効果を有し、精度よくカラー画像を読み取ることができる。
【0040】
以上に本発明の実施の形態を各実施例により説明してきたが、本発明はこれらに限られるものではなく、同様の効果を有する構成のものについて広く適用されるものである。例えば、図1に示したような透明平行板(31)又は図8に示したような段差付きの透明板(27)をレンズアレイ(26)に接触させる構成であっても、本発明の効果を得ることができる。 又、段差のない透明板(27)とレンズアレイ(26)の間に段差を有する透明平行板(31)を配した場合も同様の効果を得ることができる。又、段差付きの透明板(27)として図2に示したよう透明平行板(31)のようにレンズアレイ(26)の配列方向に直交する複数の溝(又は段差)を備えたも構造のものを用いた場合や、逆に透明平行板(31)として図8に示した段差付きの透明板(27)のようにレンズアレイ26)の配列方向に沿って設けられた共通の段差を有する構造のものを用いた場合も本発明の効果を得ることができる。
【0041】
更に、本発明の好適な実施の形態としては、透明平行板31として、図12または図13に示すように、レンズアレイ26の各ロッドレンズ36に対応して第1面31bと第2面により構成される複数の溝31dを有するものを用いたものがある。ここで図12は前記複数の溝31dがレンズアレイ26の配列方向に直交する場合を示す図であり、(a)は正面図、(b)は側面図である。図13は前記複数の溝31dがレンズアレイ26の配列方向に沿って各ロッドレンズ36に共通に対応するように設けられた場合を示す図であり、(a)は正面図、(b)は側面図である。
【0042】
なお、このような溝形状は透明板(27)についても適用することができる。本発明におけるレンズアレイ(26)はロッドレンズ(36)により構成するだけでなく、図14に示すように凸レンズ40によりレンズアレイ26を構成することもできる。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、密着型イメージセンサにおいて、開口角を制限せずに、原稿の浮きによる受光部の結像ぼけを低減し、小型で読み取り精度の高い装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一つである密着型イメージセンサの構成を示す断面図である。
【図2】図1のAーA断面図である。
【図3】平行透明板の光学作用を示す原理図である。
【図4】図1に示す密着型イメージセンサの作用を示す図である。
【図5】図1に示す密着型イメージセンサの作用を示す図である。
【図6】図1に示す密着型イメージセンサの作用を示す図である。
【図7】図1に示す密着型イメージセンサの作用を示す図である。
【図8】本発明の実施の形態の一つである密着型イメージセンサの構成を示す図であり、(a)は断面図、(b)は上面図である。
【図9】図8に示す密着型イメージセンサの作用を示す図である。
【図10】本発明の実施の形態の一つである密着型イメージセンサの構成を示す図であり、(a)は断面図、(b)は(a)におけるDーD断面図である。
【図11】図10に示す密着型イメージセンサの作用を示す図である。
【図12】本発明の実施の形態の一つである密着型イメージセンサの要部の構成を示す図である。
【図13】本発明の実施の形態の一つである密着型イメージセンサの要部の構成を示す図である。
【図14】本発明の実施の形態の一つである密着型イメージセンサの要部の構成を示す図である。
【図15】従来の密着型イメージセンサの構成を示す断面図である。
【図16】図16に示す密着型イメージセンサに用いるロッドレンズの作用を示す図である。
【図17】従来の密着型イメージセンサの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
24 受光素子アレイ
25 LEDアレイ
26 レンズアレイ
27 透明板
28 外装ケース
29 原稿
31 透明平行板
36 ロッドレンズ
40 凸レンズ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image sensor for reading an image of a document, particularly a contact image sensor, as an input device for a computer, a facsimile machine, a copying machine or the like.
[0002]
[Prior art]
Image sensors are excellent in operability and versatility as image input devices, and have been widely used in recent years in fields such as OA equipment and information equipment. In particular, in recent years, demand for household facsimile machines has increased, and a compact and easy-to-use image sensor has been demanded. Therefore, a contact type using a light emitting diode (hereinafter referred to as “LED”) array or the like as a light source. Image sensors are becoming popular. FIG. 15 is a sectional view of a conventional contact image sensor described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-342131, and its outline will be described.
[0003]
As shown in FIG. 15, the contact-type image sensor has a light receiving element array 124 including a document reading light receiving element 121 in which a plurality of sensor pixels for photoelectric conversion are arranged, a protective film 122, and a substrate 123 on which the protective film 122 is mounted. An LED array 125 that is a linear light source that irradiates the document, a lens array 126 that forms an image of the document 129 on the light receiving element array 124 that is a light receiving unit, a transparent plate 127 on which the document 129 is placed, and the like It is comprised from the exterior case 128 which supports these members.
[0004]
In the operation of the contact type image sensor, the document surface is irradiated by the LED array 125, diffuse reflected light on the reading line of the document surface is imaged on the light receiving element array by the lens array 126, and the document which the reflected light has The light / dark information of 129, that is, the intensity of light, is converted into an electric signal by the sensor pixel of each original reading light receiving element 121 in the light receiving element array 124, and sent out for each reading line as a serial or parallel signal output. Then, the two-dimensional image information is converted into a time-series electric signal by moving the relative position between the document 129 and the sensor pixel row in the direction perpendicular to the line and repeating the data transmission for each line.
[0005]
However, the above contact image sensor has the following problems. The lens array 126 is a compound eye lens composed of a plurality of rod lenses each having a condensing property arranged in a direction perpendicular to the drawing. Therefore, an image overlap occurs on the light receiving side, and a synthetic aperture angle increases. Therefore, there is a problem that the image quality deteriorates when the depth of field is shallow, the document is folded, or the document has irregularities such as cut and paste. Further, the spread part of the book cannot be read, and the application of the image sensor is limited.
[0006]
The state of image formation in the lens array 126 using the rod lens will be described with reference to FIG. In the lens array 126 shown in FIG. 15, rod lenses 126a are aligned in the line direction, and each rod lens 126a is made of a translucent material having a refractive index distribution in a direction perpendicular to the optical axis. As shown in FIG. 16A, each rod lens 126a forms an erecting equal-magnification image on the sensor surface on which the sensor pixels are arranged in the range of the diameter X0 on the document surface. Consider a light emitting point p and its imaging q. When p is at the reference position, it is assumed that there is a light condensing point on the sensor surface, and the image formation q is not blurred. As shown in FIG. 16B, when the light emitting point p moves by x to p ′, the condensing point also moves by x behind the sensor surface, and the imaging q on the sensor surface causes a blur of the amount of H. . When the rod lens 126a is used alone, the blur amount H is approximately H = Θx and depends on the aperture angle Θ. When a plurality of rod lenses 126a are arranged as shown in FIG. 17C, the opening angle is Θ ′ larger than Θ, the amount of blur is H ′ larger than H, and substantially H ′ = Θ′x. It becomes. As the number of arrangements of the rod lenses 126a increases, the aperture angle increases due to the overlap of the imaging range X0, and the blur increases. As described above, there is a problem that the aperture angle is wide, the relative depth of field is shallow, and the ratio of the amount of blurring of the imaging q to the movement of the light emitting point p is large.
[0007]
If an attempt is made to reduce the aperture angle Θ of each individual rod lens in order to eliminate such drawbacks, the optical path length from p to q becomes long, and when used in a contact image sensor, the apparatus becomes large. Further, such a rod lens itself is expensive. JP-A-6-342131 discloses a contact image sensor shown in FIG. 17 which has been improved for the purpose of improving these drawbacks. In FIG. 17, reference numeral 110 denotes an aperture limiting member, which is disposed on the exit side corresponding to each rod lens 126a. The other points are the same as those of the image sensor shown in FIG. In this example, the aperture limiting member 110 limits the aperture angle of each rod lens 126a, limits the overlap of images between the rod lenses, and reduces the amount of blur.
[0008]
However, in this case, the positional relationship of the aperture limiting member 110 must be accurately matched to the individual rod lenses 126a, which is disadvantageous in terms of assembly. In addition, the light passing amount is limited by the aperture limiting member 110, the intensity of the incident light to the light receiving element array 126 is weakened, and the S / N ratio in the photoelectric conversion tends to decrease and the noise of the generated signal tends to increase. .
[0009]
The present invention has the above-mentioned problems in the conventional contact image sensor, that is, in general, the problem that the aperture angle is wide and the depth of field is shallow, and using a rod lens having a large depth of field in order to improve this, The problem of increasing the size of the apparatus and the like, and the provision of an aperture limiting member for the rod lens are disadvantageous in assembly, and the problem of increasing the noise of the signal of the light receiving element is a problem to be solved. The present invention solves these problems, and provides a contact image sensor that can deal with various types of originals such as bent, uneven, double-page spread, can accurately read an image of an original, and can be easily assembled. Objective.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  As a first means for solving the above-described problems, the present invention includes a transparent plate for placing a document, illumination means for irradiating the document surface in a line shape, and a collection for imaging reflected light from the irradiated document surface. In a contact type image sensor having a plurality of light receiving elements arranged in a line shape that receives and photoelectrically converts the imaged light, and detects image data of a document surface by light input to the light receiving element, The condensing means includes a plurality of lenses arranged in the line direction and a transparent parallel plate having a plurality of parallel planes with different thicknesses from a base surface provided to face the plurality of lenses.The transparent parallel plate is a transparent plate on which the document is placed.It is characterized by that.
[0011]
  As a second means for solving the above problems, the present invention provides:The plurality of lenses arranged in the line direction are a plurality of rod lenses arranged in the line direction, and the transparent plate on which the document is placed is a first plate comprising a surface parallel to the document placement surface. 1 Step and the second 2 A step is provided and 1 Step thickness d1 and the thickness 2 There is a relationship of d11> d12 between the thicknesses d2 of the stepped portions. 1 The boundary between the stepped portion and the second stepped portion is parallel to the arrangement direction of the rod lenses, and the transparent plate is positioned so as to be at a position substantially opposite to the diameter of each rod lens.It is characterized by being.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example which is one of the preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a contact image sensor according to the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. As shown in FIG. 1, the contact image sensor of this example is a light receiving element comprising a document reading light receiving element 21 in which a plurality of sensor pixels for photoelectric conversion are arranged, a protective film 22, and a substrate 23 on which the protective film 22 is mounted. An array 24; an LED array 25 that is a linear light source that irradiates the original; a lens array 26 that forms an image of the original 29 on the light receiving element array 24 that is a light receiving portion; a transparent parallel plate 31 with a step; The frame includes a support frame 37 that holds the array 26 and the transparent parallel plate 31, a transparent plate 27 on which the document 29 is placed, and an outer case 28 that supports these members. In this example, the transparent parallel plate 31 is disposed between the lens array 26 and the light receiving element array 24.
[0016]
In the operation of the contact type image sensor, the document surface is irradiated by the LED array 25, and the diffuse reflection light on the reading line of the document surface is imaged on the light receiving element array 24 by the lens array 26 and the transparent parallel plate 31. The light and shade information of the document 29 having reflected light, that is, the intensity of light, is converted into an electric signal by the sensor pixels of the individual document reading light receiving elements 21 in the light receiving element array 24 and sent out as a serial or parallel signal output for each reading line. Then, the relative position between the document 29 and the sensor pixel array is moved in the direction perpendicular to the line, and data transmission for each line is repeated, thereby converting the two-dimensional image information into a time-series electric signal.
[0017]
As shown in FIGS. 1 and 2, the lens array 26 is composed of a plurality of rod lenses 36 arranged in a direction parallel to the reading line of the original surface, and is held by a holding frame 37. The transparent parallel plate 31 is held by a holding frame 37 so as to face the end surface of the rod lens 36 opposite to the transparent plate 27. The transparent parallel plate 31 is made of a translucent member having a refractive index n1, and a first surface 31b having a thickness from the base surface 31a to d1 and a second surface 31c having a thickness from the base surface 31a to d2 are transparent and parallel. The plates 31 are alternately provided in the longitudinal direction (arrangement direction of the rod lenses 36). The lengths of these surfaces in the longitudinal direction are both substantially equal to the diameter D of the rod lens 36, and the boundary between the surfaces is substantially in the longitudinal direction. Orthogonal. Here, there is a relationship of d1> d2 between the thickness d1 of the first surface 31b and the thickness d2 of the second surface 31c. As shown in FIG. 2, the transparent parallel plate 31 is positioned so that the boundary between the first surface 31 c and the second surface is at a position substantially opposite to the diameter orthogonal to the arrangement direction of the rod lenses 36.
[0018]
The rod lens 36 is made of a translucent material having a refractive index distribution in a direction orthogonal to the optical axis, like the conventional rod lens 126a shown in FIG. 16, and has the same function itself.
[0019]
FIG. 3 is a principle view showing a general action in condensing a parallel plate made of a translucent material. Light from a lens or the like (not shown) is incident on one surface La of the parallel plate L having a refractive index n1 and a thickness d in a direction in which the light is collected at the point B0. At this time, assuming that the incident angle with respect to the normal of the surface is θ and the refraction angle is θ1, the light ray incident at θ at the point O1 in the figure with respect to the normal becomes the angle of θ1 due to refraction inside the parallel plate L. To the point O2 ′ of the surface Lb on the exit side. From the point O2 ', the light exits at an angle of θ again with respect to the normal of the surface Lb by refraction. The emitted light beam intersects the optical axis at a point B1 that is behind the point B0 by X. Here, the relationship between θ and θ1 is sin θ = n1 · sin θ1, and when θ is small, it is considered that θ1 = (1 / n1) θ (1).
[0020]
Let O2 be the point where the straight line connecting O1 and B0 intersects the exit-side surface Lb of the parallel plate L, and let O1 'be the point where the normal at the incident point O1 of the surface La intersects the surface Lb. Assuming that the distance between O1 ′ and O2 is y, the distance between O1 ′ and O2 ′ is y1, and the distance between O1 ′ and O2 ′ is y ′, according to FIG. 3, y ′ = y−y1 = d · tan θ−d · tan θ1 (2), y ′ = X · tan θ (3). When θ is small, it is considered that tan θ = θ and tan θ1 = θ1. Therefore, from the equations (2) and (3), X = y ′ / θ = (d · (θ−θ1)) / θ. From equation (1), X = y ′ / θ = (d · (θ−θ1)) / θ = d · (1− (1 / n1)) (4). From equation (4), X is determined by the thickness d and the refractive index n1 of the parallel plate without depending on the incident angle θ. Accordingly, all of the light incident on the flat plate L is collected at approximately the point B1.
[0021]
Conversely, if there is a light spot at the point B1, the light incident on the parallel plate L from the point B1 reverses the optical path shown in FIG. 4, and from the surface La in a direction like a light beam emitted from the point B0. Exit. As described above, the light condensing point can be shifted rearward by arranging the original condensing point or a translucent parallel plate perpendicular to the optical axis before the original condensing point.
[0022]
FIG. 4 is a principle diagram showing the action of the light collecting means comprising the rod lens 36 and the transparent parallel plate 31 in this example, and (a) is a sectional view parallel to the line direction (arrangement direction of the rod lenses) showing the whole. (B) is a detailed view of part B in (a), and (c) is a CC arrow view of (b). In FIG. 4A, the light emitted from the light emitting point A0 at the reference position is incident on the rod lens 36, and the virtual condensing point B00 is formed from the end surface opposite to the incident to form an equal magnification erect image. The light is emitted toward the transparent parallel plate 31. Of this incident light, the light incident on the first surface 31b takes an optical path as exemplified by s1 and s1 ′ based on the principle already described, and is condensed at the first condensing point B11 that is X1 behind B00. To do. The light incident on the second surface 31c takes an optical path as exemplified by s2 and s2 'according to the principle already described, and is condensed at the second condensing point B12 that is X2 behind B00. Here, from equation (4), X1 = d1 · (1− (1 / n1)), X2 = d2 · (1− (1 / n1)), and since d1> d2, X1> X2. If the distance between B11 and B12 is dc, dc = (d1−d2) · (1− (1 / n1)).
[0023]
Thus, the light emitted from the one light emitting point A0 at the reference position is condensed by the condensing means on the two condensing points B11 and B12 which are separated by dc on the optical axis. S is a sensor surface on which the original reading light receiving element 21 in the light receiving element array 24 is arranged. Here, the condensing point B11 is configured to be on the sensor surface S. The opening angle at which the rod lens 36 is viewed from the light emitting point A0 (or the opening angle at which the rod lens 36 is viewed from B0) is Θ, and imaging on the sensor surface S by the passing light of the first surface 31b is q1, and the second surface 31c. If q2 is an image formed on the sensor surface S by the passing light of q, q1 and q2 are generated at overlapping positions, but the blur H1 of q1 is H1 = 0, and the blur H2 of q2 is approximately H2 = Θdc. Strictly speaking, with respect to q2, image formation occurs only in the right half surrounded by the solid line, but the distance between the optical axis and the outer edge of the image formation becomes a problem with respect to the amount of blur. The left half surrounded by the dotted line is included in the image formation and is regarded as effective image formation (hereinafter, the same applies).
[0024]
Next, FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the movement of the light emitting point and the blur, (a) is a cross-sectional view showing the whole, (b) is an enlarged view of a portion D in (a), (c) is a diagram of (b). It is an EE arrow line view. As shown in FIG. 5 (a), when the light emitting point A0 moves to the point A0 ′ ahead by x from the reference position, the virtual condensing point B00 moves to the point B00 ′ behind this by x, and accordingly, The first condensing point B11 moves backward by x and from B00 'to the point B11' behind X1, and the second condensing point B12 also moves backward from the original position by x and from B00 '. Moves backward B12 'by X2. At this time, the blur amount H1 of the image formation q1 due to the light passing through the first surface 31b is approximately H1 = Θ | x |, and the blur amount H2 of the image formation q2 due to the light passing through the second surface 31c is approximately H2 = Θ | dc−x |.
[0025]
FIG. 6 shows the amount of movement x of the light emitting point A0 from the reference position, the amount of blur H1 of the imaging q1 due to the light passing through the first surface 31b, and the amount of blur H2 of the imaging q2 due to the passing light through the second surface 31c. It is a figure which shows a relationship. Here, if the amount of blur for any one of the images is equal to or less than a predetermined value, the document reading light receiving element 21 arranged on the light receiving surface can be operated normally.
[0026]
Therefore, the smaller one of H1 and H2 shown in FIG. 6 is taken as an effective blur amount HE, which is compared with the blur amount H of the conventional rod lens shown in FIG. A graph is shown in FIG. In the figure, a solid line indicates HE and a broken line indicates H. In the case of the condensing means comprising the rod lens 36 and the transparent parallel plate 31 of this embodiment shown in FIG. 2, the effective amount of blurring with respect to the movement of the light emitting point can be kept small over a wider range than before. For example, when x is (3/2) dc, the amount of blur can be reduced to 1/3 of the conventional one. The blur can be reduced by substantially increasing the depth of focus without reducing the aperture angle Θ. This effect is the same in a lens array in which a plurality of rod lenses 36 are aligned, and the depth of focus is substantially reduced without reducing the synthetic aperture angle corresponding to Θ ′ in FIG. Deepen to reduce blur. Therefore, in this example, there is no need to provide a member for limiting the opening, or to reduce the diameter of the rod or increase the distance between the light emitting point and the light receiving point in order to reduce the opening angle.
[0027]
In this way, by providing the transparent parallel plate 31 so as to face the rod lens 36, a bifocal lens that condenses light from one light emitting point at two different positions is configured and moved forward from the reference point. Therefore, the effective blurring of image formation can be effectively reduced. In addition, there is no limiting member as described above, and a wide opening angle can be obtained, so that the apparatus can be downsized and the light quantity on the light receiving surface can be sufficiently obtained. Thereby, in the contact image sensor according to the present embodiment shown in FIG. 1, a gap is formed between the transparent plate 27 and the document 29 due to bending or spread of the document 29, and the light emission point of the reflected light on the document surface is When the position is shifted forward from the position of the surface of the transparent plate 27, the amount of blur generated in image formation on the original reading light receiving element 21 arranged on the light receiving surface due to the shift can be significantly reduced as compared with the conventional case. In addition, in a small apparatus, the data on the original surface can be read with high accuracy by securing the amount of light on the light receiving surface.
[0028]
Hereinafter, an example which is another preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 8A and 8B are diagrams showing the configuration of the contact image sensor according to the present embodiment, where FIG. 8A is a cross-sectional view and FIG. 8B is a top view. In (b), the display of the document 29 is omitted. As shown in FIG. 8, the contact type image sensor of this example is a light receiving element comprising a document reading light receiving element 21 in which a plurality of sensor pixels for photoelectric conversion are arranged, a protective film 22, and a substrate 23 on which the protective film 22 is mounted. An array 24, an LED array 25 that is a linear light source that irradiates the document, a lens array 26 that forms an image of the document 29 on the light receiving element array 24 that is a light receiving unit, and a support frame 37 that holds the lens array 26. And a transparent plate 27 on which the document 29 is placed, and an outer case 28 that supports these members.
[0029]
Here, the transparent plate 27 is made of a translucent material having a refractive index n1, and is provided with a first step portion 27b and a second step portion 27c which are surfaces parallel to the document placement surface 27a. There is a relationship of d11> d12 between the thickness (distance from the document placement surface 27a) d11 of the first step portion 27b and the thickness (distance from the document placement surface 27a) d12 of the second step portion 27c. is there. In this example, the transparent parallel plate 31 such as the contact image sensor shown in FIG. 1 is not disposed between the lens array 26 and the light receiving element array 24. Instead, the transparent plate 27 has a stepped portion. Is provided.
[0030]
The lens array 26 is composed of a plurality of rod lenses 36 arranged in a direction parallel to the reading line on the document surface similar to the embodiment shown in FIG. 1 and is held by a holding frame 37. As shown in FIG. 8B, the transparent plate is such that the boundary between the first step portion 27b and the second step portion 27c is parallel to the arrangement direction of the rod lenses 36 and is substantially opposite to the diameter of each rod lens 36. 27 is positioned. The rod lens 36, the light receiving element array 24, and the LED array 25 are the same as those in the embodiment shown in FIG.
[0031]
FIG. 9 is a sectional view showing the operation of the main part of this embodiment. First, consider a case where the light emitting point A0 is on the document placement surface 27a. At this time, the optical path of the light incident on the transparent plate 27 from the light emitting point A0 is the same as that in the case where the light emitted from B1 in FIG. That is, the light emitting point A0 corresponds to B1 in FIG. 3, and the document placement surface 27a corresponds to one surface Lb of the parallel plate L in FIG. 3, but corresponds to the case where B1 is on Lb.
[0032]
Therefore, based on the reverse light principle, the light that has passed through the first step portion 27b from the light emitting point A0 to the transparent plate 27 takes the same optical path s11 as the light emitted from A01 behind the A0 by X1. The light emitted from the transparent plate 27 and passed through the second step portion 27b is emitted from the transparent plate 27 as if it took the same optical path s12 as the light emitted from A02 behind X2 by A2. Here, from equation (4), X1 = d11 · (1− (1 / n1)), X2 = d12 · (1− (1 / n1)), and since d11> d12, X1> X2. When the distance between A01 and A02 is dc1, dc1 = (d11−d12) · (1− (1 / n1)).
[0033]
The light incident on the rod lens 36 through the optical path s11 is condensed as the outgoing light of the optical path s21 at the first condensing point B01 which is at the same magnification as A01 and enters the rod lens 36 through the optical path s12. The collected light is condensed as the outgoing light of the optical path s22 at the second condensing point B02 which is at the same magnification as A02. Here, B02 is located behind dc1 by dc1. In this way, a condensing means for generating two condensing points separated from each other on the optical axis with respect to one light emitting point is constituted. Now, if the light emitting point A0 moves to A0 'ahead by x due to the float of the surface of the document 29, A01 and A02 will move forward by x, although illustration is omitted, B01 and B02 Each moves to B01 'and B02' behind by x. Therefore, also in this example, blurring of image formation on the sensor surface in the original reading light receiving element 21 can be reduced and the same effect can be obtained by the same principle as in the case of the contact image sensor shown in FIG.
[0034]
Hereinafter, an example which is another preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 10A and 10B are diagrams showing a configuration of a contact image sensor for color image reading according to the present example. FIG. 10A is a cross-sectional view thereof, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along a line DD in FIG. The contact type image sensor of this example irradiates a document with a light receiving element array 24 including a document reading light receiving element 21 in which a plurality of sensor pixels that perform photoelectric conversion are arranged, a protective film 22, and a substrate 23 on which the protective film 22 is mounted. LED array 25 which will be described later as a color linear light source, a lens array 26 which forms an image of an original 29 on the light receiving element array 24 which is a light receiving portion, and a transparent parallel with a step similar to that shown in FIG. A plate 31, a support frame 37 for holding the lens array 26 and the transparent parallel plate 31, a transparent plate 27 for placing the document 29, and an exterior case 28 for supporting these members.
[0035]
As shown in FIG. 10A, the lens array 26 is composed of a plurality of rod lenses 36 arranged in a direction parallel to the reading line on the document surface, as in the embodiment shown in FIG. Although being held, the rod lens 36 includes a rod portion 36a and a compensation portion 36b connected to the rod portion 36a and provided near the end on the transparent parallel plate 31 side.
[0036]
The rod portion 36a has the same configuration as the rod 36 shown in FIG. 2 and has the same optical characteristics. In the compensator 36b, the refractive index is distributed in a direction square to the optical axis and in a direction perpendicular to the optical axis so that the light condensing property is enhanced like a convex lens. FIG. 11 is a cross-sectional view showing the operation of the light collecting member in the present embodiment. The light emitted from the light spot A0 at the reference position is incident on the rod portion 36a of the rod lens 36 and then exits from the compensation portion 36b near the end, but the emitted light s21 is erecting at the same magnification as the light emitting point A0. The light condensing at the virtual condensing point BO1 slightly ahead of the position point BO is incident on the transparent parallel plate 31, and among the incident light, the light incident on the first surface 31b has already been described. Based on the principle, the light is condensed at the first light condensing point B011 that is X1 behind B01. The light incident on the second surface 31c is condensed on the second condensing point B012 behind the B011 by X2 based on the principle already described. Based on the principle already described, X1 = d1 · (1− (1 / n1)), X2 = d2 · (1− (1 / n1)), X1> X2, and the distance between B011 and B012 is dc Then, dc = (d1−d2) · (1− (1 / n1)).
[0037]
By the way, the refractive index n1 changes depending on the wavelength of light and becomes larger as the wavelength becomes shorter. Accordingly, the refractive index n1 for light of R, G, and B, which will be described later, is sequentially increased, and accordingly, X1 and X2 are sequentially increased. Therefore, if it remains as it is, the condensing points B011 and B012 tend to move backward as R, G, and B become. However, the position of the virtual condensing point B01 has a property of moving forward as the wavelength of light becomes shorter like the condensing effect of the convex lens due to the action of the compensation portion 36b. It tends to move. Therefore, both of these tendencies complement each other, and the spectral characteristics with respect to the wavelength are reduced by a principle similar to that of the achromatic lens, and the first condensing point B011 and the first collection corresponding to R, G, and B light described later are used. It is possible to make the light spot B012 substantially coincide with a predetermined position separated by a predetermined distance.
[0038]
The operation of the contact image sensor for color image reading shown in FIG. 10 will be described. As shown in FIG. 10B, an LED array 25 that is a linear light source for irradiating a document has an LED (R LED) 25R that emits substantially red light and an LED that emits substantially green light on an LED substrate 25c. Three types of LEDs (G LED) 25G and a substantially blue light emitting LED (B LED) 25B are mixed and arranged in a line in the direction of the reading line. These LEDs are lit in a time-sharing manner for each color when a driving voltage is applied between driving electrodes (not shown) by a light source driving circuit (not shown), and illuminate a reading line on the original surface. Each time, reflected light of the corresponding color component on the original surface is generated.
[0039]
The reflected light also enters the rod lens 36 corresponding to the reflection point in a time-sharing manner for each of R, G, and B colors. The light of each color incident on the rod lens 36 is condensed toward two points almost in a fixed position even if the color changes according to the principle already explained for each color. Therefore, in the case of this example, regarding the reading of each color of the color image of the document, the color image can be read accurately with the same operation and effect by the same principle as that of the contact image sensor shown in FIG.
[0040]
Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the respective examples, the present invention is not limited to these, and can be widely applied to configurations having similar effects. For example, even when the transparent parallel plate (31) as shown in FIG. 1 or the stepped transparent plate (27) as shown in FIG. 8 is brought into contact with the lens array (26), the effect of the present invention is achieved. Can be obtained. The same effect can be obtained when a transparent parallel plate (31) having a step is disposed between the transparent plate (27) having no step and the lens array (26). Further, as shown in FIG. 2, the transparent plate (27) with a step is provided with a plurality of grooves (or steps) perpendicular to the arrangement direction of the lens array (26) like the transparent parallel plate (31) as shown in FIG. When the one is used, or conversely, the transparent parallel plate (31) has a common step provided along the arrangement direction of the lens array 26) like the stepped transparent plate (27) shown in FIG. The effect of the present invention can also be obtained when a structure is used.
[0041]
Furthermore, as a preferred embodiment of the present invention, as shown in FIG. 12 or FIG. 13, the transparent parallel plate 31 includes a first surface 31b and a second surface corresponding to each rod lens 36 of the lens array 26. Some have a plurality of grooves 31d that are configured. Here, FIG. 12 is a view showing a case where the plurality of grooves 31d are orthogonal to the arrangement direction of the lens array 26, (a) is a front view, and (b) is a side view. FIG. 13 is a view showing a case where the plurality of grooves 31d are provided so as to correspond to the rod lenses 36 along the arrangement direction of the lens array 26, (a) is a front view, and (b) is a front view. It is a side view.
[0042]
Such a groove shape can also be applied to the transparent plate (27). The lens array (26) in the present invention can be constituted not only by the rod lens (36) but also by the convex lens 40 as shown in FIG.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the contact-type image sensor, an imaging angle of the light receiving unit due to the floating of the original is reduced without limiting the opening angle, and a small-sized and high reading accuracy apparatus is provided. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a contact image sensor that is one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
FIG. 3 is a principle view showing an optical action of a parallel transparent plate.
4 is a diagram illustrating an operation of the contact image sensor illustrated in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a diagram illustrating an operation of the contact image sensor illustrated in FIG. 1;
6 is a diagram illustrating an operation of the contact image sensor illustrated in FIG. 1. FIG.
7 is a diagram illustrating an operation of the contact image sensor illustrated in FIG. 1. FIG.
FIGS. 8A and 8B are diagrams showing a configuration of a contact image sensor which is one embodiment of the present invention, in which FIG. 8A is a cross-sectional view and FIG. 8B is a top view.
9 is a diagram illustrating an operation of the contact image sensor illustrated in FIG.
10A and 10B are diagrams illustrating a configuration of a contact image sensor that is one embodiment of the present invention, in which FIG. 10A is a cross-sectional view, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line DD in FIG.
11 is a diagram illustrating an operation of the contact image sensor illustrated in FIG. 10;
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a main part of a contact image sensor which is one embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a main part of a contact image sensor which is one embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a main part of a contact image sensor which is one embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional contact image sensor.
16 is a diagram showing the action of a rod lens used in the contact image sensor shown in FIG.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional contact image sensor.
[Explanation of symbols]
24 Light receiving element array
25 LED array
26 Lens array
27 Transparent plate
28 Exterior case
29 Manuscript
31 Transparent parallel plate
36 Rod lens
40 Convex lens

Claims (2)

原稿を載置する透明板、原稿面をライン状に照射する照明手段、前記照射された原稿面からの反射光を結像する集光手段、前記結像された光を受光して光電変換するライン状に配列した複数の受光素子を有し、原稿面の画像データを受光素子への光入力により検知する密着型イメージセンサにおいて、前記集光手段は前記ライン方向に配列された複数のレンズと該複数のレンズに対向して設けられた基面からの厚さが異なる複数の平行平面を有する透明平行板を有し、且つその透明平行板は前記の原稿を載置する透明板であることを特徴とする密着型イメージセンサ。A transparent plate for placing the original, an illuminating means for irradiating the original surface in a line shape, a condensing means for forming an image of reflected light from the irradiated original surface, and receiving and photoelectrically converting the imaged light In a contact-type image sensor having a plurality of light receiving elements arranged in a line and detecting image data of a document surface by light input to the light receiving element, the light condensing means includes a plurality of lenses arranged in the line direction. have a transparent parallel plate having a plurality of parallel planes having different thicknesses from the base surface provided opposite to the plurality of lenses, and it is the transparent parallel plate is a transparent plate for placing the document Contact type image sensor characterized by 前記ライン方向に配列された複数のレンズはライン方向に配列された複数のロッドレンズであり、前記原稿を載置する透明板は原稿載置面に平行な面よりなる第 1 段部および第 2 段部が設けられ、第 1 段部の厚さd1と第 2 段部の厚さd2の間にはd11>d12の関係があり、該第 1 段部と第2段部の境界は前記ロッドレンズの配列の方向に平行であり、各ロッドレンズの直径と略対向する位置にくるように前記透明板が位置決めされていることを特徴とする請求項1に記載の密着型イメージセンサ。 The plurality of lenses arranged in the line direction are a plurality of rod lenses arranged in the line direction, and the transparent plate on which the document is placed has a first step portion and a second step formed by surfaces parallel to the document placement surface . stepped portion is provided, the thickness d1 of the first step portion between the thickness d2 of the second step portion has the relationship d11> d12, and the first step portion the boundary of the second stage portion and the rod 2. The contact image sensor according to claim 1 , wherein the transparent plate is positioned so as to be parallel to a lens arrangement direction and to be positioned substantially opposite to a diameter of each rod lens .
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