JP2016197810A - イメージセンサおよび画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】読取対象の媒体の画像を読み取るイメージセンサにおいて、画素密度を保ったまま、かつ、搬送速度を変えることなく画質を落とさず、受光面積を広げることを可能にする。【解決手段】読取対象の媒体の画像を読み取るイメージセンサ１は、レンズ１１およびセンサＩＣ１３を備える。レンズ１１は、読取対象の媒体からの反射光および透過光の少なくとも一方を結像する。センサＩＣ１３上では、一定の間隔で主走査方向に一列に並べた受光素子が、読取対象の媒体の搬送速度にあわせて副走査方向に複数列になるように配置されている。センサＩＣ１３上の受光素子は、レンズ１１が結像した反射光を電気信号に変換する。【選択図】図１

Description

本発明は、媒体の画像を読み取るイメージセンサおよび画像読取装置に関する。

一般的に、媒体の画像を読み取る画像読取装置が備えるイメージセンサのセンサＩＣは、主走査方向に読み取り幅に相当する画素数の受光素子を１列に並べた構成になっている。高速に搬送される媒体の読み取りを行う場合、センサＩＣの受光感度が低いと十分な出力を得ることができずＳＮ比（signal-to-noise ratio）が低下してしまう。これを回避するためには、センサＩＣの受光素子自体の光電効率を上げるか、受光素子に入射される光量を上げる必要がある。また、イメージセンサの高解像度化にともない、センサＩＣの高感度化が必要となっている。

特許文献１には、受光素子の面積を大きくすることで入射される光量を増加させることが可能となり、センサの受光感度を向上させる方法が記載されている。

特開平０７−２３１０７７号公報

しかしながら、従来の技術では、受光素子は主走査方向に画素密度にあわせて並べられており、画素密度を保ったまま主走査方向に受光面積を広げることは困難である。また、副走査方向に受光面積を広げる場合は、画素密度の比率に応じて搬送速度を遅くする必要が生じる。また、画素の値が受光面積内の移動平均の値になってしまうので画質が落ちる。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、読取対象の媒体の画像を読み取るイメージセンサにおいて、画素密度を保ったまま、かつ、搬送速度を変えることなく画質を落とさず、受光面積を広げることを可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るイメージセンサは、読取対象の媒体の画像を読み取るイメージセンサである。イメージセンサは、レンズと複数の受光素子とを備える。レンズは、読取対象の媒体からの反射光および透過光の少なくとも一方を結像する。複数の受光素子は、主走査方向に一列に並べられた配列が、読取対象の媒体の搬送速度と読み取り周期との積を正の整数で除した値の間隔で副走査方向に複数列配置され、レンズが結像した光を電気信号に変換する。

この発明によれば、読取対象の媒体の画像を読み取るイメージセンサにおいて、主走査方向に一列に並べられた受光素子の配列を、読取対象の媒体の搬送速度と読み取り周期との積を正の整数で除した値の間隔で副走査方向に複数列並べることで、画素密度を保ったまま、かつ、搬送速度を変えることなく画質を落とさず、受光面積を広げることが可能になる。

本発明の実施の形態に係るイメージセンサの斜視図である。 実施の形態に係る画像読取装置の断面図である。 実施の形態に係るセンサＩＣの配置図および拡大図である。 実施の形態に係るセンサＩＣ上の受光素子の配列状態の一例を示す図である。 実施の形態に係るｎ番目の画素における読取位置の時間推移の一例を示す図である。 実施の形態に係るｎ番目の画素における読取位置の時間推移の他の例を示す図である。

以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中同一または相当する部分には同じ符号を付す。

図１は、本発明の実施の形態に係るイメージセンサの斜視図である。イメージセンサ１は、レンズ１１、ガラス板１２、センサＩＣ１３、センサ基板１４、フレーム１５で構成される。レンズ１１は、読取対象の媒体からの反射光を結像する。ガラス板１２は、レンズ１１と読取対象の媒体との間に設置されるガラス板であり、異物の侵入を防ぐために設けられている。センサＩＣ１３には、受光素子が配列されており、レンズ１１が結像した反射光を電気信号に変換する。センサ基板１４は、センサＩＣ１３を搭載した基板である。フレーム１５は、これらの部材を保持する筐体である。

図２は、実施の形態に係る画像読取装置の断面図である。画像読取装置１０は、イメージセンサ１に加え、ＬＥＤ光源ユニット１６、信号処理ＩＣ１７および信号処理基板１８を備える。ＬＥＤ光源ユニット１６は、読取対象の媒体に光が照射されるように配置されている。ＬＥＤ光源ユニット１６から照射された光は、読取対象の媒体で反射し、ガラス板１２を透過して、レンズ１１に入射する。信号処理ＩＣ１７は、センサＩＣ１３から出力された電気信号をデジタル変換する。信号処理ＩＣ１７は、デジタル変換された電気信号に対して、演算および並べ替えなどの処理を行い、外部に出力する。信号処理基板１８は、信号処理ＩＣ１７を搭載した基板である。

図３は、実施の形態に係るセンサＩＣの配置図および拡大図である。センサＩＣ１３はセンサ基板１４上で、主走査方向を長手方向とし直線状に配置されている。センサＩＣ１３上では、主走査方向に一列に並べた受光素子１９が、副走査方向に３列になるように配置されている。受光素子１９は、主走査方向の画素密度にあわせて間隔Ｐｈで配列されている。

ここでは、主走査方向に一列に並べた受光素子１９が、副走査方向に３列になるように配置されている場合について説明するが、これに限らない。センサＩＣ１３上で主走査方向に一列に並べた受光素子１９が副走査方向にｍ列（ｍは２以上の整数）になるように配置すればよい。

受光素子１９は、副走査方向に間隔Ｐｖで配列されている。読取対象の媒体の搬送速度をＶ（ｍｍ／ｓｅｃ）とし、読み取り周期をＴ（ｓｅｃ／ｄｏｔ）とすると、間隔Ｐｖ（ｍｍ／ｄｏｔ）は、Ｐｖ＝Ｖ×Ｔ／ｋで表すことができる。ここではｋ＝１であるとし、Ｐｖ＝Ｖ_１×Ｔとする。

図４は、実施の形態に係るセンサＩＣ上の受光素子の配列状態の一例を示す図である。センサＩＣ１３上の受光素子１９のＡ列、Ｂ列およびＣ列からそれぞれ、１画素目からＸ画素目までの電気信号が信号処理ＩＣ１７に順次出力される。Ａ列、Ｂ列およびＣ列の受光素子１９の配列は、同じ配列であれば等間隔に配列されていなくてもよい。

図５は、実施の形態に係るｎ番目の画素における読取位置の時間推移を示す図である。図５の例では、ある読み取りタイミング（時刻ｔ）で読み取ったｎ画素目の電気信号を（Ｄ（ｎ_Ａ（ｔ））、Ｄ（ｎ_Ｂ（ｔ））およびＤ（ｎ_Ｃ（ｔ））、ひとつ前の読み取りタイミング（時刻ｔ−１）で読み取ったｎ画素目の電気信号をＤ（ｎ_Ａ（ｔ−１））、Ｄ（ｎ_Ｂ（ｔ−１））およびＤ（ｎ_Ｃ（ｔ−１））、ひとつ後の読み取りタイミング（時刻ｔ＋１）で読み取ったｎ画素目の電気信号をＤ（ｎ_Ａ（ｔ＋１））、Ｄ（ｎ_Ｂ（ｔ＋１））およびＤ（ｎ_Ｃ（ｔ＋１））とする。

Ｐｖ＝Ｖ_１×Ｔである場合、電気信号Ｄ（ｎＢ（ｔ））は、電気信号Ｄ（ｎＡ（ｔ−１））に対して、ひとつ後の読み取りタイミングで読取対象の媒体の同じ箇所を読み取った電気信号であり、電気信号Ｄ（ｎＣ（ｔ＋１））は、電気信号Ｄ（ｎＢ（ｔ））に対して、ひとつ後のタイミングで読取対象の媒体の同じ箇所を読み取った電気信号である。したがって、Ｄ（ｎＡ（ｔ−１））とＤ（ｎＢ（ｔ））とＤ（ｎＣ（ｔ＋１））とは読取対象の媒体の同じ箇所を異なる読み取りタイミングで読み取った電気信号となる。

画像読取装置１０の信号処理ＩＣ１７は、Ｄ（ｎＡ（ｔ−１））、Ｄ（ｎＢ（ｔ））およびＤ（ｎＣ（ｔ＋１））の電気信号を合算して１つの画素の電気信号とする。これにより、ｎ画素目におけるセンサ感度を擬似的に３倍とみなすことが可能となる。

続いて、ｋ＝１でない場合について説明する。例えば、ｋ＝３である場合、Ｐｖ＝Ｖ_２×Ｔ／３である。図４に示すような、センサＩＣ１３上の受光素子１９の配列状態である場合、Ｐｖ＝Ｖ_２×Ｔ／３であると、Ａ列、Ｂ列およびＣ列全ての画素を同じ読み取りタイミングで読み取ることとなる。ある読み取りタイミング（時刻ｔ）で読み取ったｎ画素目の電気信号をＤ（ｎＡ（ｔ））、Ｄ（ｎＢ（ｔ））およびＤ（ｎＣ（ｔ））とする。これらは、読取対象の媒体のほぼ同じ箇所を同じ読み取りタイミングで読み取った電気信号となる。

画像読取装置１０の信号処理ＩＣ１７は、Ｄ（ｎＡ（ｔ））、Ｄ（ｎＢ（ｔ））およびＤ（ｎＣ（ｔ））の電気信号を合算し、ｎ画素目の電気信号として処理する。Ｐｖ＝Ｖ_２×Ｔ／３（ｋ＝３）である場合、間隔Ｐｖと読み取り周期Ｔが固定値であれば、搬送速度Ｖ_２は搬送速度Ｖ_１の３倍になる。搬送速度が３倍になったことで、各列の受光素子に入射される光量は、搬送速度Ｖ_１の場合の１／３となるが、信号処理ＩＣ１７がＤ（ｎＡ（ｔ））、Ｄ（ｎＢ（ｔ））およびＤ（ｎＣ（ｔ））の電気信号を合算し、ｎ画素目の電気信号として処理することで３倍となり、搬送速度Ｖ_１の場合と同等のセンサ出力を得ることが可能となる。これにより、センサ感度を落とさず、より早く読取対象の媒体の画像を読み取ることが可能になる。

つまり、ｍ＞ｋの場合、画像読取装置１０の信号処理ＩＣ１７が読取対象の媒体の同じ箇所を異なる読み取りタイミングで読み取った電気信号を合算して１つの画素の電気信号とすることで、センサ感度を擬似的にｍ／ｋ倍とみなすことが可能となる。また、ｍ＝ｋである場合、間隔Ｐｖと読み取り周期Ｔが固定値であれば、搬送速度Ｖの場合と同等のセンサ出力を得ることが可能となる。

図６は、実施の形態に係るｎ番目の画素における読取位置の時間推移の他の例を示す図である。図５の例では、ｋ＝１、ｍ＝３の場合について説明したが、図６の例では、ｋ＝２、ｍ＝４の場合について説明する。ある読み取りタイミング（時刻ｔ）で読み取ったｎ画素目の電気信号を（Ｄ（ｎ_Ａ（ｔ））、Ｄ（ｎ_Ｂ（ｔ））、Ｄ（ｎ_Ｃ（ｔ））およびＤ（ｎ_Ｄ（ｔ））、ひとつ後の読み取りタイミング（時刻ｔ＋１）で読み取ったｎ画素目の電気信号をＤ（ｎ_Ａ（ｔ＋１））、Ｄ（ｎ_Ｂ（ｔ＋１））Ｄ（ｎ_Ｃ（ｔ＋１））およびＤ（ｎ_Ｄ（ｔ＋１））とする。

Ｐｖ＝Ｖ_３×Ｔ／２であるので、Ｄ（ｎＡ（ｔ））とＤ（ｎＢ（ｔ））とは、読取対象の媒体のほぼ同じ箇所を同じ読み取りタイミングで読み取った電気信号となり、Ｄ（ｎＣ（ｔ＋１））とＤ（ｎ_Ｄ（ｔ＋１））とは、読取対象の媒体のほぼ同じ箇所を同じ読み取りタイミングで読み取った電気信号となる。Ｄ（ｎＡ（ｔ））およびＤ（ｎＢ（ｔ））と、Ｄ（ｎＣ（ｔ＋１））およびＤ（ｎ_Ｄ（ｔ＋１））とは、読取対象の媒体の同じ箇所を異なる読み取りタイミングで読み取った電気信号となる。つまり、Ｄ（ｎＡ（ｔ））、Ｄ（ｎＢ（ｔ））、Ｄ（ｎＣ（ｔ＋１））およびＤ（ｎ_Ｄ（ｔ＋１））は、読取対象の媒体のほぼ同じ箇所を読み取った電気信号となる。

画像読取装置１０の信号処理ＩＣ１７は、Ｄ（ｎＡ（ｔ））、Ｄ（ｎＢ（ｔ））、Ｄ（ｎＣ（ｔ＋１））およびＤ（ｎ_Ｄ（ｔ＋１））の電気信号を合算して１つの画素の電気信号とする。これにより、ｎ画素目におけるセンサ感度を擬似的に２倍とみなすことが可能となり、かつ、搬送速度Ｖ_３を搬送速度Ｖ_１の２倍にすることができる。

以上説明したように、本実施の形態の読取対象の媒体の画像を読み取るイメージセンサ１によれば、主走査方向に一列に並べられた受光素子の配列を、読取対象の媒体の搬送速度と読み取り周期との積を正の整数で除した値の間隔で副走査方向に複数列並べることで、画素密度を保ったまま、かつ、搬送速度を変えることなく画質を落とさず、受光面積を広げることが可能になる。

本発明は、読取対象の媒体からの反射光を受光するイメージセンサに限らず、読取対象の媒体からの透過光を受光するイメージセンサや、読取対象の媒体からの反射光および透過光を受光するイメージセンサに適用してもよい。

上記の実施の形態では、画像読取装置１０の信号処理ＩＣ１７は、ｋが２以上であった場合に、読取対象の媒体のほぼ同じ箇所を同じ読み取りタイミングで読み取った電気信号を合算して１つの画素の電気信号とするが、これに限らない。読取対象の媒体の搬送速度Ｖと間隔Ｐｖに合わせて、受光素子１９の各列の読み取りタイミングをずらしてもよい。これにより、１回の読み取り周期Ｔで、より正確に読取対象の媒体の同じ箇所を読み取ることができる。

上記実施の形態は、いずれも本発明の趣旨の範囲内で各種の変形が可能である。上記実施の形態は本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。本発明の範囲は実施形態よりも添付した請求項によって示される。請求項の範囲内、および発明の請求項と均等の範囲でなされた各種変形は本発明の範囲に含まれる。

１ イメージセンサ、１０ 画像読取装置、１１ レンズ、１２ ガラス板、１３ センサＩＣ、１４ センサ基板、１５ フレーム、１６ ＬＥＤ光源ユニット、１７ 信号処理ＩＣ、１８ 信号処理基板、１９ 受光素子。

Claims (4)

1. 読取対象の媒体の画像を読み取るイメージセンサであって、
   前記読取対象の媒体からの反射光および透過光の少なくとも一方を結像するレンズと、
   主走査方向に一列に並べられた配列が、前記読取対象の媒体の搬送速度と読み取り周期との積を正の整数で除した値の間隔で副走査方向に複数列配置され、前記レンズが結像した光を電気信号に変換する複数の受光素子と、
   を備えるイメージセンサ。
2. 請求項１に記載のイメージセンサと、
   前記複数列それぞれの前記受光素子が変換した、前記読取対象の媒体の同じ箇所に対応する電気信号を合算して１つの画素の電気信号とする信号処理ＩＣと、
   を備える画像読取装置。
3. 前記信号処理ＩＣは、異なる読み取りタイミングで得た、前記読取対象の媒体の同じ箇所に対応する電気信号を合算して１つの画素の電気信号とする請求項２に記載の画像読取装置。
4. 前記信号処理ＩＣは、同じ読み取りタイミングで得た、前記読取対象の媒体の同じ箇所に対応する電気信号を合算して１つの画素の電気信号とする請求項２または３に記載の画像読取装置。

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