专利名称：图像传感器单元以及图像读取装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及适宜于图像扫描器、传真机以及复印机等的图像传感器单元以及图像读取装置，特别涉及读取来自原稿面的反射光的图像传感器单元以及图像读取装置。
背景技术：
以往，在图像扫描器、传真机以及复印机等的图像读取装置中，作为读取来自原稿面的反射光的图像读取装置之一使用贴紧型图像传感器(以下，简称为CIS)。
该贴紧型图像传感器具有用于照射原稿的光源，接收通过透镜的反射光，在用光电变换元件形成的受光单元把反射光变换为电图像。近年，随着图像读取装置的读取速度的高速化，为了缩短读取时间，要求增加照明光强度。因而，公开了夹着透镜阵列使2系统的照明装置相对来增大照射光量的技术(例如，专利文献1(特开2002-57853号公报))。
贴紧型图像传感器单元(CIS单元)被安装在支撑原稿的透明的原稿支撑体下方上使用。在图像读取装置内的图像传感器单元的安装方式中主要有以下2种。
(1)在图像读取装置上固定传感器单元，使原稿支撑体上的原稿移动进行读取的纸张馈送型(2)在图像读取装置的原稿制成体上固定原稿，使传感器单元移动进行读取的平板型在此，说明以往的CIS单元的构成例子。图8是表示以往的CIS单元构成的断面图。在以往的CIS单元中，在框架11上支撑着装载用于照明原稿的LED的光源15a及15b，以及照明装置16a以及16b。照明装置16a以及16b由分别取入来自光源15a以及15b的射出光，在原稿读取单元的1行的长度上使照明光量大致均匀地射出的导光体构成。另外，在框架11的下方装载有线状的传感器阵列13的传感器底板14，该线状的传感器阵列13具备多个把原稿的光学像光电转换为电信号的受光单元，在框架11上还支撑有把原稿的光学像成像在传感器阵列13上的透镜阵列12。另外，在传感器底板14的下方安装有连接传感器阵列13和外部机器的端子17。这样的以往的CIS单元如上所述，被安装在原稿支撑体18的下方上使用。
在该CIS单元中，为了增大照明原稿的照明装置的光量，设置由光源以及照明装置组成的2个照明系统，这2个照明系统被配置成夹着透镜阵列12在对称的位置上相对。另外，在照明装置16a以及16b的光线射出单元上设置聚光功能，以提高光的利用效率。
例如，使透镜阵列12的原稿侧焦点A比原稿支撑体18的原稿侧表面位置稍微浮起。在离开透镜阵列12的位置上使来自2个系统的照明装置的光聚光。即，透镜阵列12的景深增加。通过设置成这样的构造，在纸张馈送型的图像读取装置中，可以避免伴随走纸速度高速化的原稿和原稿支撑体之间的接触摩擦过大的现象，另外，在平板型图像读取装置中，可以容易读取在表面上有凹凸的原稿。
在专利文献1中，提出了通过使来自光源的照明光的峰值位置比透镜阵列的原稿一方焦点稍微浮起，即使在原稿纸张从原稿支撑体上浮起的情况下也可以以稳定的光量进行读取的构成。
如果采用从该相对的2个方向照射原稿的方法，则在照明原稿的光量增加的同时，可以减小与原稿上的凹凸等表面状态对应产生的阴影的发生，以提高读取图像的品质。
但是，在这样的以往技术中存在以下问题。
为了可以进行更高速的读取，需要进一步提高来自光源的光利用效率，需要通过将来自导光体的光射出单元的光进行聚光来增加光量。因而，在专利文献1中，在使用多个照明装置增加照明原稿的光量时，使2个光源的焦点位置一致增加光量。但是，在该构成中，提高导光体的聚光性的结果，照明光的合成光量分布尖锐，产生以下那样的副作用。
图9是展示使用了以往的CIS单元的高速纸张馈送型的图像读取装置的断面图。在该图像读取装置中和原稿支撑体18相对地设置压板27，原稿支撑体18和压板27之间的空间成为纸张传送路28。另外，夹着纸张传送路28设置原稿输送滚轮25，用原稿输送滚轮25在纸张传送路28内传送原稿26。压板27的高度被设定成原稿侧焦点A位置纸张传送路28的中央。
在使用了这样的CIS单元的高速纸张馈送型图像读取装置中，在原稿26通过纸张传送路28时，相对透镜阵列12的光轴方向原稿26的位置以原稿侧焦点A为基准在远近两方向(透镜阵列12的光轴方向)上变动。纸张传送路28的宽度P表示原稿26摆动其位置变动的最大宽度。而后，如果原稿26的位置在透镜阵列12的光轴方向上变动，因为原稿26的表面相对透镜阵列12的光轴垂直，所以原稿26的表面上的照明光量变化。因此，原稿26的浓度即使均匀，也容易在读取装置的输出图像上产生依赖于读取位置的高度变动的浓度变动。
另外，即使在以往的平板型的图像读取装置中，如上所述，通常，透镜阵列12的原稿侧焦点位置A被设定在原稿支撑体18的原稿侧表面位置的上方以使表面上具有凹凸的原稿容易地被读取。因此，原稿的位置在透镜阵列12的光轴方向变动的情况下容易发生浓度变动。
为了抑制这样的浓度变动，在透镜的景深范围内，要求把照明光的光量变动的允许范围设置在10％以内。
因而，在专利文献2(专利第2848477号公报)上，记载了配置2个系统的光源，通过使各光源的照射位置在受光元件的光轴上在上下方向偏移，使得在成像装置的景深范围内原稿面的照明大致一定。在这样的构成中，合成光量分布被平坦化，即使产生原稿位置偏移，也可以抑制读取光量的变动。
但是，在该构成中，虽然光量分布的均匀性得到改善，但合成光量自身未增加，不能说适合于高速的读取。
这样，当使用了多个光源的情况下，在增大合成光量，和使其光量分布均匀之间存在折中选择的关系。即，如果重视均匀性则合成光量分布的尖锐性减少峰值光量减少。
发明内容
本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种在可以得到高的照射光量的同时，可以抑制伴随原稿高度变动的读取光量变动的图像传感器单元以及图像读取装置。
本发明的图像传感器单元具有照明原稿的第1以及第2照明装置；将来自原稿的反射光进行成像的成像装置；具备许多把上述反射光变换为电信号的像素的传感器阵列的图像传感器单元，其特征在于上述第1以及第2照明装置被配置在上述成像装置的两侧相互相对，如果把成像装置的有效景深设置为a，则沿着上述成像装置的光轴的各照明装置的光量分布曲线的90％值宽度都大于等于a，来自上述第1照明装置的射出光的光轴和上述成像装置的光轴的第1交点在比上述成像装置的原稿侧焦点还靠近上述成像装置的位置上，来自上述第2照明装置的射出光的光轴和上述成像装置的光轴的第2交点在比上述成像装置的原稿侧焦点更远离上述成像装置的位置上，上述第1以及第2交点和上述原稿侧焦点的距离都小于等于a/2。
在本发明中，因为第1以及第2交点以原稿侧焦点为基准在相互不同的方向上错位，所以可以抑制沿着成像装置的光轴的合成光量的变动。另外，因为适意地规定了偏移的大小以及各照明装置的光量分布区域，所以在成像装置的有效景深a的范围内的光量变动量在10％以内的同时，合成光量的峰值大于等于当照明装置为1时的180％。因而，在可以得到高的照射光量的同时，可以抑制伴随原稿高度变动的读取光量的变动。
图1是展示涉及本发明实施方式1的CIS单元构成的断面图。
图2是展示光轴以及照明装置5的光量分布曲线的90％值宽度的模式图。
图3是展示距离原稿支撑体18表面的高度dL和各种相对光量关系的曲线图。
图4是展示距离原稿支撑体18的表面的高度dL和把1个照射装置的照射光量作为基准时的相对光量关系的曲线图。
图5是展示涉及本发明实施方式2的CIS单元构成的断面图。
图6是展示涉及本发明实施方式3的CIS单元构成的断面图。
图7是展示涉及本发明实施方式4的平板型图像扫描器的外观斜视图。
图8是以往的CIS单元构成的断面图。
图9是展示使用了以往的CIS单元的高速纸张馈送型图像读取装置的断面图。
图10是展示在专利文献2中所述的构成(以往技术)的模式图。
图11是展示在图10所示构成中所得到的光量分布曲线的曲线图。
具体实施例方式
以下，参照附图具体地说明本发明的实施方式。
(实施方式1)首先，说明本发明的实施方式1。图1是展示涉及本发明实施方式1的CIS单元构成的断面图。在本实施方式中，在框架1上支撑有照明原稿的照明装置5以及6。在框架1的下方安装着装载有传感器阵列3的传感器底板4，该传感器阵列3具备多个把原稿的光学像光电变换为电信号的受光单元，在框架1上还支撑有把原稿的光学像成像在传感器阵列3上的透镜阵列(成像装置)2。传感器阵列3位于透镜阵列2的传感器侧焦点上。另外，在传感器底板4的下方安装有连接传感器阵列3和外部机器的端子7。进而，在照明装置5以及6上设置LED(未图示)作为光源。
照明装置5以及6相互夹着透镜阵列2相对配置。另外，透镜阵列2的光轴Z1和照明装置5的光轴Z2的基点5a的水平距离x1比光轴Z1和照明装置6的光轴Z3的基点6a的水平距离x2还短。进而，在本实施方式中，照明装置5被配置成其光轴Z2和光轴Z1的交点B与透镜阵列2的原稿侧焦点A相比接近透镜阵列2。另一方面，照明装置6被配置成其光轴Z3和光轴Z1的交点C与透镜阵列2的原稿侧焦点A相比远离透镜阵列2。
另外，配置照明装置5以及6使焦点A和交点B的距离，以及焦点A和交点C的距离相互实际上相等。进而，如果把透镜阵列2的有效景深设置为a，则焦点A和交点B的距离以及焦点A和交点C的距离都小于等于a/2。
进而，沿着透镜阵列2的光轴的照明装置5以及6的光量分布曲线的90％值宽度都在a以上。在此，参照图2说明光轴以及照明装置5的光量分布曲线的90％值宽度。
所谓透镜阵列2的光轴Z1是指联结透镜阵列2的原稿侧焦点A和传感器侧焦点D的直线。另外，所谓照明装置5的光轴Z2也是来自照明装置5的射出光的光轴，如图2所示，是指在改变原稿面O距离原稿支撑体(未图示)的高度把射出光投射导原稿面O上时，联结对和原稿面O正交方向的反射光的光量分布曲线S的峰值位置的线。进而，传感器阵列3被配置在传感器侧焦点D上。
另外，所谓照明装置5的光量分布曲线的90％值宽度，是指在表示照明光强度分布的分布曲线I(Z)中，该照明光强度成为大于等于峰值90％的原稿面O的移动范围的宽度W，这里所说的照明光强度分布是沿着透镜阵列2的光轴Z1使原稿面O移动时的光轴Z1和原稿面O的交点(读取点)中的照明光强度。
照明装置6的光轴Z3以及光量分布曲线的90％值宽度也一样。
进而，基点5a以及5b在透镜阵列2的光轴方向上的高度相互一致。
这样的CIS单元被安装在支撑原稿的透明原稿支撑体8的下方使用。
在这样构成的实施方式1的CIS单元中，在原稿位于焦点A附近时，来自照明装置5以及6的照明光量相互大致相等，它们的总和被照射在原稿上。
如果从该状态原稿与焦点A相比更向透镜阵列2侧偏移，则在来自照明装置5的照明光量增加的同时，来自照明装置6的照明光量减少，它们的总和被照射在原稿上。
另一方面，如果原稿与焦点A相比向离开透镜阵列2的方向偏移，则在来自照明装置5的照明光量减少的同时，来自照明装置6的照明光量增加，它们的总和被照在原稿上。
因而，即使原稿从焦点A沿着透镜阵列2的光轴Z1向某一方向移动，即原稿距离原稿支撑体8的高度变动，来自照明装置5以及6的照射光量的变动也相互抵消，照射在原稿上的合成光量几乎没有变化。其结果，如果采用本实施方式，则可以减轻在图像读取装置的输出图像上发生的浓度变动。
以下，说明实际上本发明者制作具备和实施方式1同样构造的CIS单元的纸张馈送型图像读取装置，测定光量分布的结果。
在该纸张馈送型图像读取装置中，把透镜阵列2的有效景深a设置为±0.3mm，把纸张传送时的位置变动宽度P设置为0.6mm，把透镜阵列2的原稿侧焦点A的位置设置为从原该制成体18的表面离开0.3mm。
这种情况下，在透镜阵列2的光轴方向上的原稿的位置变动以原稿侧焦点A为基准最大发生±0.3mm。因而，要求在该范围中照明光量分布的变动小。
另外，把光轴Z1和照明装置5内的基准点5a的距离x1设置为比光轴Z1和照明装置6内的基点6a的距离x2还小0.3mm。
图3展示如上述那样制作的纸张馈送型图像读取装置(实施例)以及采用图8所示构造的纸张馈送型图像读取装置(以往例)的景深特性(照明深度特性)。图3是展示距离原稿支撑体18的表面的高度dL和各种相对光量的关系的曲线图。
在以往例的相对光量分布曲线(●和实线)中，在作为原稿位置变动宽度P的±0.3mm范围内，产生约5％的光量变动。与此相对，在实施例的相对光量分布曲线(○和实线)中的光量变动约为2％而非常地小。
在此，实施例的光量分布可以从采用照明装置5的相对光量分布和采用照明装置6的相对光量分布的合成得到。
另外，图3所示的相对光量对于来自照明装置5的照明光的光量分布、来自照明装置6的照明光量分布、在实施例中得到的光量分布以及在以往例子中得到的光量分布，是以各自最大的光量为基准时的相对的光量。
图4是展示距离原稿支撑体18的表面的高度dL和把1个照明装置的照射光量作为基准时的相对光量的关系的曲线图。
在以往例子中，因为使2个照明装置的焦点位置一致，所以合成它们得到的光量分布的峰值光量大到2.0，且光量分布的尖锐性大。因此，因原稿的位置偏移光量急剧变动。
与此相反，在实施例中，峰值光量(1.91)虽然比以往例子小一些，但光量分布曲线的尖锐性小，在透镜阵列2的景深内的光量变化显著降低。即，即使产生原稿的位置偏移，光量的变动也小。因而，读取光量的误差也小。另外，如果峰值光量是1.9，则可以进行充分的高速读取。
如果采用实施方式1，因为从透镜阵列2的原稿侧焦点A将交点B以及C错开，所有可以得到平稳的光量分布曲线。
另外，因为在把透镜阵列2的景深设置为a时，在把原稿侧焦点A和交点B以及C的偏差大小设定为小于等于a/2的同时，把来自照明装置5以及6的各照明光的光量分布曲线的90％值宽度设置为大于等于a，所以如果把来自照明装置5以及6的各照射光的峰值光量设置为1，则照射在原稿上的光的峰值光量至少为1.8。因而，可以得到充分的光量，可以进行高速读取。与此相反，如果偏差大小超过a/2，或者光量分布曲线的90％值宽度不足a，则即使补充来自照明装置5的照射光和来自照明装置6的照射光，也存在不能得到充分的峰值光量的可能。
偏移的大小如上所述在把景深设置为a时，理想的是在±a/2以内，但即使在该范围内有一些变动也可以得到同样的效果。
即，在本实施方式1中，因为不仅从透镜阵列2的原稿侧焦点A将交点B以及C错开，而且适宜地规定其偏移大小以及来自照明装置5以及6的照射光的光量分布曲线，所以在确保充分的合成光量的同时，可以得到平稳的光量分布曲线。
(实施方式2)以下，说明本发明的实施方式2。图5是展示本发明实施方式2的CIS单元构成的断面图。进而，在和图1所示的实施方式1相同的构成要素上标注同一符号。
在本实施方式中，距离传感器阵列3的表面的基点5a的高度h1比距离传感器阵列3的基点6a的高度h2还低。进而，即使在本实施方式中，也是照明装置5被配置成其光轴Z2和光轴Z1的交点B比透镜阵列2的原稿侧焦点A接近透镜阵列2，照明装置6被配置成其光轴Z3和光轴Z1的交点C比透镜阵列2的原稿侧焦点A远离透镜阵列2。
另外，即使在本实施方式中，配置照明装置5以及6使焦点A和交点B的距离以及焦点A和交点C的距离相互实际上相等。进而，如果把透镜阵列2的有效景深设置为a，则焦点A和交点B的距离以及焦点A和交点C的距离都小于等于a/2。
即使采用这样构成的实施方式2，也可以得到和实施方式1同样的效果。
(实施方式3)以下，说明本发明的实施方式3。图6是展示本发明实施方式3的CIS单元构成的断面图。进而，在和图1所示的实施方式1同样的构成要素中标注相同的符号。
在本实施方式中，光轴Z1和基点5a以及5b的距离相同，另外，距离传感器阵列3的表面的基点5a以及5b的高度也相同，而支撑框架1的照明装置5的部分向内侧倾斜，支撑框架1的照明装置6的部分向外侧倾斜。因此，如果和实施方式1相比，则照明装置5以及6向顺时针方向旋转，另外，使来自这些照明装置照明光的光轴Z2以及Z3也向顺时针方向转动。因此，光轴Z2和光轴Z1所成角度和光轴Z3和光轴Z1所成角度不同。进而，在本实施方式中，也是把照明装置5配置成使其光轴Z2和光轴Z1的交点B比透镜阵列2的原稿侧焦点A接近透镜阵列2，把照明装置6配置成使其光轴Z3和光轴Z1的交点C比透镜阵列2的原稿侧焦点A远离透镜阵列2。
另外，即使在本实施方式中，也配置照明装置5以及6使焦点A和交点B的距离，以及焦点A和交点C的距离相互实际上相等。进而，如果把透镜阵列2的有效景深设置为a，则焦点A和交点B的距离以及焦点A和交点C的距离都小于等于a/2。
即使采用这样构成的实施方式3，也可以得到和实施方式1同样的效果。
(实施方式4)以下，说明本发明的实施方式4。实施方式4是使用了实施方式1至3之一的平板型图像扫描器(图像读取装置)。图7是展示涉及本发明实施方式4的平板型图像扫描器的外观斜视图。
在实施方式4中，在壳体72的内部收纳CIS单元71，进而在壳体72内设置用于驱动CIS单元71的驱动电机74以及线75。把玻璃板76作为原稿支撑体粘贴在壳体72的上面。另外，在壳体72的端部安装原稿的压板77并可以开关。
在这样构成的本实施方式中，通过驱动驱动电机74机械地驱动线75，CIS单元71可以在读取方向(扫描方向)上移动并读取原稿的图像。CIS单元71把一体地组装有照明单元的传感器单元作为构成，来自用光照射的原稿的反射光由CIS单元71中的透镜阵列(未图示)聚光在光电变换元件上，逐每1扫描行地输出图像信息。这样可以读取图片的图像信息。
在实施方式4的图像扫描器中，因为配备有CIS单元71，所以难以受到由原稿纸的位置变动和凹凸引起的影响，可以输出稳定的图像信息。
本申请人制作了实际上和实施方式4同样构成的图像扫描器，用该图像扫描器得到的读取图像的浓度分布与以往例子相比得到显著改善，即使在原稿上有凹凸的情况下也可以得到良好的读取图像。进而，因为光量提高，所以即使扫描器的读取速度与以往相比提高了约2倍，可以得到良好的图像。
以下，说明采用专利文献2所述的构成(以往技术)的情况下得到的光量。图10展示专利文献2所述构成的模式图。另外，图11是展示用图10所示的构成得到的光量分布曲线的曲线图。
在该构成中，为了可以以最理想地实现专利文献2所述的发明目的，作为照明装置16a以及16b使用照射光的光量分布曲线的半值宽度和透镜阵列12的景深a一致的装置的同时，确定照明装置16a以及16b的高度使来自各照明装置的照射光的光轴在与透镜阵列12的光轴平行的方向上从焦点A开始各偏移a/2。
而后，在这样构成得到的合成光量分布曲线(图11中的实线)中，峰值形状平坦，在景深a中的原稿上的光量变动dI被改善约2％，峰值形状平坦，可以最理想地实现合成光量分布的平坦化。
但是，尽管使用了2个光源系统，当如图11所示，合成光量不过比光源是1个系统时增加5％。因而，如专利文献2所示的那样，在只考虑平坦化合成光量分布并只偏移光轴之间的照射装置的高度的状态下，为了进行高速读取，原稿上的合成照射光量不充分。
如果采用本发明，则在可以得到高的照射光量的同时，可以抑制伴随原稿高度变动的读取光量变动。因而，可以应对在扫描器等的图像读取装置中的读取速度高速化。另外，在景深范围内可以降低读取图像的浓度分布。因此，对于高速扫描器等的图像读取装置是有用的。
权利要求
1.一种图像传感器单元，具有照明原稿的第1以及第2照明装置；将来自原稿的反射光进行成像的成像装置；具备多个把上述反射光变换为电信号的像素的传感器阵列，其特征在于上述第1以及第2照明装置在上述成像装置的两侧相互相对进行配置，若把成像装置的有效景深设为a，则沿着上述成像装置的光轴的各照明装置的光量分布曲线的90％值宽度都大于等于a，来自上述第1照明装置的射出光的光轴和上述成像装置的光轴的第1交点在比上述成像装置的原稿侧焦点还靠近上述成像装置的位置上，来自上述第2照明装置的射出光的光轴和上述成像装置的光轴的第2交点在比上述成像装置的原稿侧焦点更远离上述成像装置的位置上，上述第1以及第2交点和上述原稿侧焦点的距离都小于等于a/2。
2.权利要求1所述的图像传感器单元，其特征在于在与上述成像装置的光轴垂直的方向上的上述第1以及第2照明装置和上述成像装置的距离不同。
3.权利要求1所述的图像传感器单元，其特征在于在与上述成像装置的光轴平行的方向上的上述第1以及第2照明装置的位置不同。
4.权利要求1所述的图像传感器单元，其特征在于来自上述第1以及第2照明装置的照射光的光轴和上述成像装置的光轴所成角度不同。
5.权利要求1所述的图像传感器单元，其特征在于上述第1以及第2交点和上述原稿侧焦点的距离实际上相等。
6.一种具备图像传感器单元的图像读取装置，该图像传感器单元具有照明原稿的第1以及第2照明装置；将来自原稿的反射光进行成像的成像装置；具备多个把上述反射光变换为电信号的像素的传感器阵列，该图像读取装置的特征在于上述第1以及第2照明装置在上述成像装置的两侧相互相对进行配置，若把成像装置的有效景深设为a，则沿着上述成像装置的光轴的各照明装置的光量分布曲线的90％值宽度都大于等于a，来自上述第1照明装置的射出光的光轴和上述成像装置的光轴的第1交点在比上述成像装置的原稿侧的焦点还靠近上述成像装置的位置上，来自上述第2照明装置的射出光的光轴和上述成像装置的光轴的第2交点在比上述成像装置的原稿侧焦点更远离上述成像装置的位置上，上述第1以及第2交点和上述原稿侧焦点的距离都小于等于a/2。
7.权利要求6所述的图像读取装置，其特征在于在与上述成像装置的光轴垂直的方向上的上述第1以及第2照明装置和上述成像装置的距离不同。
8.权利要求6所述的图像读取装置，其特征在于在与上述成像装置的光轴平行的方向上的上述第1以及第2照明装置的位置不同。
9.权利要求6所述的图像读取装置，其特征在于来自上述第1以及第2照明装置的照射光的光轴和上述成像装置的光轴所成角度不同。
10.权利要求6所述的图像读取装置，其特征在于上述第1以及第2交点和上述原稿侧焦点的距离实际上相等。
全文摘要
本发明提供图像传感器单元以及图像读取装置。照明装置(5，6)被配置在透镜阵列(2)两侧相互相对。如果把透镜阵列(2)的有效景深设置为a，则沿着透镜阵列(2)的光轴的照明装置(5，6)的光量分布曲线的90％值宽度都大于等于a。来自照明装置(5)的照明光的光轴(Z2)和透镜阵列(2)的光轴(Z1)的交点(B)在比透镜阵列(2)的原稿侧焦点(A)还靠近透镜阵列(2)的位置上，来自照明装置(6)的照明光的光轴(Z3)和光轴(Z1)的交点(C)在比原稿一方焦点(A)还远离透镜阵列(2)的位置上。另外，交点(B，C)和原稿侧焦点(A)的距离都小于等于a/2。
文档编号H04N1/10GK1726695SQ20038010061
公开日2006年1月25日 申请日期2003年11月27日 优先权日2003年11月27日
发明者开发隆弘 申请人:佳能组件股份有限公司