WO2014061274A1

WO2014061274A1 - イメージセンサ及びイメージセンサ装置

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Publication number: WO2014061274A1
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Inventors: 太田　章; 卓松澤
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Abstract

　被読取物の両面の反射光情報と被読取物の両面からの透過光情報とが得られ、搬送品質を確保しつつ搬送方向寸法が短く、小型で汎用性の高い、イメージセンサ及びイメージセンサ装置を得るために、被読取物に光を照射する主走査方向に延在する照明部と、被読取物からの光を結像するロッドレンズアレイと、このロッドレンズアレイで結像された光を電気信号に変換する受光部とを備え、照明部は、被読取物の第１照射領域を照射する被読取物の法線方向からの法線光と第１照射領域から副走査方向に離れた第２照射領域を照射する被読取物の法線方向から所定の角度だけ傾斜させた傾斜光とを照射する。

Description

イメージセンサ及びイメージセンサ装置

　本発明は、光を反射する部分と透過する部分を有する読み取り対象（被読取物）の画像を読み取るイメージセンサ及びイメージセンサ装置に関するものである。

　光を反射する部分と透過する部分を有する被読取物である紙幣等の紙葉や有価証券等は、光学センサを用いて読み取られる。例えば、光学センサを用いた紙葉の読取装置では、以下の動作によって読み取り処理を行っている。まず、紙葉に対して互いに波長の異なる複数の光を照射する。次に、照射された光が紙葉に反射した反射光から反射光情報や透過光情報を読み取ることによって紙葉の光学情報を検出する。検出された光学情報から紙葉の真偽札判別や流通劣化度合いの判別等を行うものである。このような光学情報を読取装置に提供する光学検出部は、紙葉を照明する照明系、紙葉からの反射光あるいは透過光を結像する結像系、結像された光情報を電気信号に変換する光電変換素子などから構成される。近年、紙幣判別需要増等を背景に光学検出部に要求される検出情報量が飛躍的に高まっている。

特許第４４２４３６０号公報

　光学情報を読取装置に提供する光学検出部に要求される光学仕様は様々である。すなわち被読取物の片面情報および両面情報、あるいは反射光情報および透過光情報の組み合わせによって検出仕様が決定される。様々な読取仕様に対して個別に専用開発を行う場合、開発費が嵩みコストアップするという問題がある。特に、被読取物の反射光情報と透過光情報の両方を検出する必要がある場合は、反射情報および透過情報各々に対応した専用の検出機構を設ける必要があり、光学センサを用いた他の用途（例えば、反射情報のみを検出すればよい複写機など）に比べ、検出部の大型化やコストアップを招く傾向があった。

　そのため、例えば、特許文献１には、被読取物の一方の面側には反射光情報読み取りのための照明系、結像系および光電変換素子等を備えたイメージセンサを配したものが開示されている。加えて、このイメージセンサと共に、被読取物の他方の面側には、上記イメージセンサ（すなわち、被読取物の一方の面側に配置されたイメージセンサ）の結像光軸に一致した照射光軸を有する専用照明ユニットが配されることが開示されている。上記イメージセンサは、自らの照明系により被読取物を照明し、被読取物からの反射光を光電変換素子上に結像させることによって反射光情報を得る。加えて、上記イメージセンサは、上記専用照明ユニットが被読取物を照明する光のうち被読取物を透過、散乱した光が上記イメージセンサの結像レンズを経由し光電変換素子に至ることで透過光情報をも得られるよう工夫された例が示されている。これらの例では、反射光情報と透過光情報の両方を得るために、各々に対応した専用の照明系を有する一方、結像系および光電変換素子等は共用とする。この構成によって、スペースファクターが良く汎用性の高い光学検出部を得ることができる。

　しかしながら、特許文献１に記載の構造で、被読取物の両面の反射光情報と被読取物の両面からの透過光情報とが必要な場合は、イメージセンサおよび透過用専用光源が被読取物の両側に各々１台ずつ必要となり、光学検出部の占有面積が大きくなる。そのため、読取装置全体の大型化を招くという問題がある。また各々の側のイメージセンサと照明専用ユニットとの間に、間隙もしくは段差が避けられない。そのため、被読取物の先端に折れや皺がある場合には、被読取物の搬送途中に被読取物の先端が上記間隙あるいは段差部分に引っ掛かり、紙詰まりによって搬送困難に陥ったり、紙葉あるいは搬送装置にダメージを与えたりする問題がある。

　本発明の目的は、上記のような問題点を解決するためになされたものである。すなわち、被読取物の両面の反射光情報と被読取物の両面からの透過光情報とが得られ、搬送品質を確保しつつ搬送方向寸法が短く、小型で汎用性の高い、イメージセンサ及びイメージセンサ装置を得ることを目的としている。

　被読取物に光を照射する主走査方向に延在する照明部と、前記被読取物からの光を結像するロッドレンズアレイと、このロッドレンズアレイで結像された光を電気信号に変換する受光部とを備え、前記照明部は、前記被読取物の第１照射領域を照射する前記被読取物の法線方向からの法線光と前記第１照射領域から副走査方向に離れた第２照射領域を照射する前記被読取物の法線方向から所定の角度だけ傾斜させた傾斜光とを照射する。

　被読取物の両面の反射光情報および両面からの透過光情報を得ることが出来るとともに、被読取物の搬送品質を確保しつつ搬送方向寸法が短く、小型で汎用性の高い、イメージセンサ及びイメージセンサ装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１および４に係るイメージセンサ装置の断面図である。本発明の実施の形態１～４に係る照明手段の側断面図である。本発明の実施の形態１および４に係るフレキシブルプリント基板図である。本発明の実施の形態１および４に係る導光体の断面図である。本発明の実施の形態１に係る全体ブロック図である。本発明の実施の形態１に係るイメージセンサのタイミング図である。本発明の実施の形態１に係るイメージセンサのタイミング図である。本発明の実施の形態２に係る切れ込みのない導光体の短手方向への光路図である。本発明の実施の形態２に係る導光体の短手方向への光路図である。本発明の実施の形態２に係る切れ込みのない導光体の短手方向への光路図である。本発明の実施の形態２に係る切れ込みを２つ入れた導光体の短手方向への光路図である。本発明の実施の形態２に係る切れ込みの方向を調整した導光体の短手方向への光路図である。本発明の実施の形態２に係る切れ込みの方向を調整した導光体の短手方向への光路図である。本発明の実施の形態２に係る切れ込みに遮光部材を入れた導光体の短手方向への光路図である。本発明の実施の形態３に係るイメージセンサ装置の断面図である。本発明の実施の形態３に係るイメージセンサ装置の断面図である。本発明の実施の形態４に係る全体ブロック図である。本発明の実施の形態４に係るイメージセンサのタイミング図である。本発明の実施の形態４に係るイメージセンサのタイミング図である。本発明の実施の形態４に係る分光透過スペクトルフィルタを持つ３列からなる光電変換素子アレイの図である。

　本発明の実施の形態においては、イメージセンサ及びイメージセンサ装置の読み取り対象（被読取物）が、紙幣、有価証券、小切手などの紙葉の場合を一例として説明を行うが、読み取り対象（被読取物）は、光を反射する部分と透過する部分を有するものであれば本発明は実施可能である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

実施の形態１．
　以下、この発明の実施の形態１に係るイメージセンサおよびイメージセンサ装置について説明する。図１は、実施の形態１に係るイメージセンサ装置の断面図である。本発明の実施の形態において、１７はイメージセンサ装置の外部にある、読み取られるべき紙幣、有価証券、小切手などの紙葉であって、反射光情報と透かしなどの透過光情報を有するものである。

　図１に示すように、イメージセンサ装置は、紙葉１７を上下から挟むように、２台の同一外形、同一構造のイメージセンサ９１ａおよび９１ｂは、互いに主走査方向を軸に１８０度回転し、かつ各々の天板ガラス１ａおよび１ｂが一定の間隔を隔てて対面するように配置されている。また、紙葉１７は、上記２枚の天板ガラス１ａおよび１ｂで作られた間隙を、搬送方向上流側および下流側に設置されたローラー２０を用いた搬送系によって、図１上で左右方向（副走査方向）に搬送することができるように構成してある。紙葉１７の画像の読み取りは、紙葉１７を一定速度で搬送しながら、上下のイメージセンサ９１ａおよび９１ｂを同時に駆動・走査させることで実現する。

　図１に示す２台のイメージセンサ９１ａおよび９１ｂは、基本的な構成に関しては、同一外形、同一構造である。よって、図１の下側のイメージセンサ９１ａを中心にその構造について述べる（以下、（　）内の符号は上側のイメージセンサ９１ｂの構成部品を示す）。イメージセンサ９１ａ（９１ｂ）において、１ａ（１ｂ）は天板ガラス、２ａ（２ｂ）および３ａ（３ｂ）はガラス板１ａ（１ｂ）越しに紙葉１７を照明する断面が円形の導光体、２１ａ（２１ｂ）、２２ａ（２２ｂ）および２３ａ（２３ｂ）は、導光体２ａ（２ｂ）および３ａ（３ｂ）の外周面の一部かつ略読取幅に亘って設けられた光を反射および散乱させる光散乱部、５ａ（５ｂ）は紙葉１７からの反射光および透過光を結像するロッドレンズアレイ、６ａ（６ｂ）は結像された光情報を電気信号に変換する一次元光電変換素子アレイ、７ａ（７ｂ）は一次元光電変換素子アレイを実装するプリント基板、５１ａ（５１ｂ）はプリント基板７ａ（７ｂ）に実装された信号処理部、８ａ（８ｂ）はこれらの部材を保持する筐体である。

　次に、照明手段について説明する。図２に、実施の形態１に係る照明手段の側断面図を示す。図２において９ａ（９ｂ）および１１ａ（１１ｂ）は、光源（ＬＥＤ）を実装したフレキシブルプリント基板、１０ａ（１０ｂ）および１２ａ（１２ｂ）は、各々導光体２ａ（２ｂ）および３ａ（３ｂ）とフレキシブルプリント基板９ａ（９ｂ）および１１ａ（１１ｂ）の間にあって両者を保持するホルダである。図３（ａ）および図３（ｂ）においてＬＥＤは、フレキシブルプリント基板９ａ（９ｂ）および１１ａ（１１ｂ）の実装領域４１ａ～４４ａ（４１ｂ～４４ｂ）に、その光軸が導光体２ａ（２ｂ）および３ａ（３ｂ）の軸方向を向くように実装されるが、実装領域４２ａ（４２ｂ）および４４ａ（４４ｂ）が導光体２ａ（２ｂ）に、実装領域４１ａ（４１ｂ）および４３ａ（４３ｂ）が導光体３ａ（３ｂ）に対応している。また、ＬＥＤの発光波長は、上記一次元光電変換素子アレイが感度を有する波長範囲であり、検出仕様に応じて、一種類あるいは互いに波長の異なる複数種類のＬＥＤが実装されており、フレキシブルプリント基板９ａ（９ｂ）および１１ａ（１１ｂ）を介して、信号処理部５１ａ（５１ｂ）により、種類毎に点灯／消灯制御される。なお、図３（ａ）は、フレキシブルプリント基板９ａ（９ｂ）を示している。図３（ｂ）は、フレキシブルプリント基板１１ａ（１１ｂ）を示している。

　ここで、実施の形態１の作用・効果を説明する。図３は、この発明の実施の形態１に係るフレキシブルプリント基板図である。図２および図３（ａ）（図３（ｂ））において、フレキシブルプリント基板９ａ（９ｂ）および１１ａ（１１ｂ）の実装領域４１ａ～４４ａ（４１ｂ～４４ｂ）に実装されたＬＥＤから出射された光が、ホルダ１０ａ（１１ｂ）および１２ａ（１２ｂ）によって光源に近接するように保持された導光体２ａ（２ｂ）および３ａ（３ｂ）に入光する。

　入光した光線は導光体内面を全反射しながら進むうちに、その一部が導光体の外周面の一部かつロッドレンズアレイ５ａ（５ｂ）の光軸上にある紙葉１７上の領域１７ａおよび１７ｂに対向した位置に設けられた読取幅方向（図１紙面の奥行き方向）に亘る光散乱部２１ａ～２３ａ（２１ｂ～２３ｂ）で散乱する。図４に導光体２ａ（２ｂ）および３ａ（３ｂ）の断面図を示すが、光散乱部２１ａ～２３ａ（２１ｂ～２３ｂ）で散乱した光は、光の反射、屈折の法則に従って、光散乱部と断面中心に対して反対側の方向へ一定の集光効果を得つつ放射され、図１における紙葉１７を照明する。なお、図４（ａ）は、導光体２ａ（２ｂ）を示している。図４（ｂ）は、導光体３ａ（３ｂ）を示している。

　図１において、下側のイメージセンサ９１ａの導光体２ａおよび３ａは、各々の光散乱部２１ａおよび２２ａが、紙葉１７上かつロッドレンズアレイ５ａの光軸上の領域１７ａをおよそ斜め４５度の角度で効率よく照明できる位置に設けられている。これに加えて、導光体３ａにおいて、光散乱部２２ａとは別に設けられた光散乱部２３ａが、紙葉１７上かつ上側のイメージセンサ９１ｂのロッドレンズアレイ５ｂの光軸上の領域１７ｂを紙葉の法線方向から効率よく照明できる位置に設けられている。

　また、上側のイメージセンサ９１ｂの導光体２ｂおよび３ｂは、各々の光散乱部２１ｂおよび２２ｂが、紙葉１７上かつロッドレンズアレイ５ｂの光軸上の領域１７ｂをおよそ斜め４５度の角度で効率よく照明できる位置に設けられている。これに加えて、導光体３ｂの光散乱部２２ｂとは別に設けられた光散乱部２３ｂが、紙葉１７上かつ下側のイメージセンサ９１ａのロッドレンズアレイ５ａの光軸上の領域１７ａを紙葉の法線方向から効率よく照明できる位置に設けられている。

　さて、上述のように構成されているので、下側のイメージセンサ９１ａの一次元光電変換素子アレイ６ａは、下側のイメージセンサ９１ａの導光体２ａおよび３ａによって照明された紙葉１７上の領域１７ａからの反射光情報と、上側のイメージセンサ９１ｂの導光体３ｂによって照明された紙葉１７上の領域１７ｂからの透過光情報とを受光することが出来る。一次元光電変換素子アレイ６ｂは、受光した光を光電変換し、その電気情報は、信号処理部５１ａを経由して外部に出力することが出来る。

　一方、また、上側のイメージセンサ９１ｂの一次元光電変換素子アレイ６ｂは、上側のイメージセンサ９１ｂの導光体２ｂおよび３ｂによって照明された紙葉１７上の領域１７ｂからの反射光情報と、下側のイメージセンサ９１ａの導光体３ａによって照明された紙葉１７上の領域１７ａからの透過光情報とを受光することが出来る。一次元光電変換素子アレイ６ｂは、受光した光を光電変換し、その電気情報は、信号処理部５１ｂを経由して外部に出力することが出来る。

　なお、各々の一次元光電変換素子アレイは、自身の有する分光感度スペクトルと各々が受光する反射情報および透過情報の有するスペクトルとの畳み込み積分値に比例した電気信号を出力することになる。一次元光電変換素子アレイ自身の有する分光感度スペクトルは、（装置により）固定されているので、互いに発光スペクトルの異なる照明を切り替えながら走査することによって、異なるスペクトルの反射および透過情報を得ることが出来る。

　ところで、導光体３ａおよび３ｂには、光散乱部が２箇所設けられているため、光散乱部の面積は導光体２ａおよび２ｂのそれの約２倍となる。従って、導光体２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ全てに入射する光源の強度が同一である場合、導光体３ａおよび３ｂが紙葉１７上の領域１７ａおよび１７ｂをそれぞれ斜め４５度から照明する照度は、導光体２ａおよび２ｂのそれに比較して約１／２となる。よって、領域１７ａあるいは１７ｂを斜め４５度から左右均等に照明する必要がある場合には、導光体３ａおよび３ｂに対応する光源の強度を導光体２ａおよび２ｂに対応する光源の強度の２倍に設定する必要がある。具体的には、実装領域４１ａ（４１ｂ）および４３ａ（４３ｂ）に実装するＬＥＤの個数を実装領域４２ａ（４２ｂ）および４４ａ（４４ｂ）に実装するＬＥＤの個数の約２倍に設定する、あるいは実装領域４１ａ（４１ｂ）および４３ａ（４３ｂ）に実装されたＬＥＤの駆動電流を実装領域４２ａ（４２ｂ）および４４ａ（４４ｂ）に実装されたＬＥＤの駆動電流の約２倍に設定することで補正が可能である。

　次に、光源の点灯タイミングとイメージセンサの出力との関係を説明する。図６はイメージセンサ９１ａの動作タイミングを表したものである。図６において、ＳＳＩＧは副走査同期信号を示している。ＯＮＳＩＧ（Ｒ１）は、点灯信号（反射色１）を示している。同じく、ＯＮＳＩＧ（Ｒ２）およびＯＮＳＩＧ（Ｒ３）は、それぞれ点灯信号（反射色２）および点灯信号（反射色３）を示している。ＯＮＳＩＧ（Ｔ１）は、点灯信号（透過色１）を示している。同じく、ＯＮＳＩＧ（Ｔ２）およびＯＮＳＩＧ（Ｔ３）は、それぞれ点灯信号（透過色２）および点灯信号（透過色３）を示している。ＯＴＳＩＧ（Ｒ１）は、出力信号（反射色１）を示している。同じく、ＯＴＳＩＧ（Ｒ２）およびＯＴＳＩＧ（Ｒ３）は、それぞれ出力信号（反射色２）および出力信号（反射色３）を示している。ＯＴＳＩＧ（Ｔ１）は、出力信号（透過色１）を示している。同じく、ＯＴＳＩＧ（Ｔ２）およびＯＴＳＩＧ（Ｔ３）は、それぞれ出力信号（透過色２）および出力信号（透過色３）を示している。なお、反射色や透過色とは、光源の波長を意味している。ＯＮ２ａ３ａは導光体２ａおよび３ａに対応する波形を示している。ＯＮ２ｂ３ｂは導光体２ｂおよび３ｂに対応する波形を示している。ＯＵＴ９１ａは、イメージセンサ９１ａの出力に対応する波形を示している。

　動作について説明する。ＳＳＩＧに同期して、ＯＮＳＩＧ（Ｒ１）、ＯＮＳＩＧ（Ｔ１）、ＯＮＳＩＧ（Ｒ２）、ＯＮＳＩＧ（Ｔ２）、ＯＮＳＩＧ（Ｒ３）、ＯＮＳＩＧ（Ｔ３）の順に反射色、透過色の点灯を繰り返す。したがって、イメージセンサ９１ａの出力信号は、ＯＴＳＩＧ（Ｒ１）、ＯＴＳＩＧ（Ｔ１）、ＯＴＳＩＧ（Ｒ２）、ＯＴＳＩＧ（Ｔ２）、ＯＴＳＩＧ（Ｒ３）、ＯＴＳＩＧ（Ｔ３）の順に出力される。ＯＮＳＩＧ（Ｒ１）およびＯＮＳＩＧ（Ｔ１）について、図１も参照して、詳しく説明する。ＯＮＳＩＧ（Ｒ１）の点灯信号に従いイメージセンサ９１ａの導光体２ａ、３ａが点灯し、光散乱部２１ａおよび光散乱部２２ａで散乱・反射し、導光体２ａ、３ａから出射したおよそ斜め４５度の角度の光が領域１７ａで反射し、光電変換素子アレイ６ａで受光され、ＯＴＳＩＧ（Ｒ１）の出力信号としてイメージセンサ９１ａから出力される。次に、ＯＮＳＩＧ（Ｔ１）の点灯信号に従いイメージセンサ９１ｂの導光体２ｂ、３ｂが点灯し、光散乱部２３ｂで散乱・反射し、導光体２ａ、３ａから出射したおよそ法線方向の光が領域１７ａを透過し、光電変換素子アレイ６ａで受光され、ＯＴＳＩＧ（Ｔ１）の出力信号としてイメージセンサ９１ａから同時出力される。反射色２、３および透過色２、３についても同様の動作を行う。

　ここでは、導光体２ａおよび３ａに対応した光源として計３種の単波長を有するものを、また導光体２ｂおよび３ｂに対応した光源として計３種の単波長を有するものを実装した場合を説明している。もちろん、合計６種類の光源を走査信号に同期しつつ、順次点灯・消灯を繰り返すことにより、走査信号に同期し、かつ点灯光源種類に対応した一次元光電変換素子アレイの出力が時系列に得ることができる。同様に、図７に示すようにイメージセンサ９１ｂについても同様のタイミングで出力を得ることが出来る。なお、図７において、ＯＵＴ９１ｂは、イメージセンサ９１ｂの出力に対応する波形を示している。図６と図７との省略記号の違いは、ＯＵＴ９１ａとＯＵＴ９１ｂとである。

　このように、上下のイメージセンサ９１ａおよび９１ｂを同期制御することによって、例えば、イメージセンサ９１ａの導光体２ａおよび３ａのある波長の光源を点灯させるタイミングでは、イメージセンサ９１ｂの導光体２ｂおよび３ｂは消灯していることになる。このため、光電変換素子６ａから、紙葉１７上の所定の領域からの照明波長に対応した反射情報が得られるのと同一タイミングで、光電変換素子６ｂからは、紙葉１７上の所定の領域から一定距離離れた領域からの、照明波長に対応した透過情報が得られることになる。

　図５は、この発明の実施の形態１に係る全体ブロック図である。図５において、ＯＮＳＩＧは、点灯信号を示している。ＭＳＩＧは、主走査方向同期信号及び副走査方向同期信号を示している。信号処理部５１ａおよび５１ｂは図５のように構成されており、一次元光電変換素子アレイ６ａおよび６ｂから出力されたアナログ画素順次出力は、ＡＤコンバータでデジタル変換された後、一次元光電変換素子アレイの有する黒出力不均一特性が均一になるようにデジタル演算する黒補正処理および一次元光電変換素子アレイの有する感度不均一特性や照明系および結像系による出力不均一特性が均一になるようにデジタル演算する白補正処理などの信号処理を経て外部に出力される。

　実施の形態１に係るイメージセンサ（イメージセンサ装置）は、下側のイメージセンサ９１ａおよび上側のイメージセンサ９１ｂともに、３種の異なる波長のＬＥＤを搭載した例を示したが、波長の種類はこれに限らず、上下で異なる個数のＬＥＤや異なる波長のＬＥＤを用いることも可能である。

　以上のように、実施の形態１に係るイメージセンサ（イメージセンサ装置）は、一個の筐体に反射読取用光源および透過読取用光源を収めたイメージセンサを対向一対で使用することにより、紙葉の両面の反射光情報および透過光情報を検出できるとともに、搬送品質を犠牲にすることなく、読取装置内における光検出部を小型化することが出来る。

　実施の形態２．
　以下、実施の形態２に係るイメージセンサおよびイメージセンサ装置について説明する。図８は、実施の形態２に係る切れ込みのない導光体の短手方向への光路図である。図９は、実施の形態２に係る導光体の短手方向への光路図である。図１０は、実施の形態２に係る切れ込みのない導光体の短手方向への光路図である。図１１は、実施の形態２に係る切れ込みを２つ入れた導光体の短手方向への光路図である。図１２は、実施の形態２に係る切れ込みの方向を調整した導光体の短手方向への光路図である。図１３は、実施の形態２に係る切れ込みの方向を調整した導光体の短手方向への光路図である。図１４は、実施の形態２に係る切れ込みに遮光部材を入れた導光体の短手方向への光路図である。図８から図１４において、図４と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

　実施の形態１で筐体８に搭載されていた導光体２の断面は円形であった。この断面の形状が異なる実施の形態が実施の形態２である。光散乱部２１が１本の導光体２または導光体３の断面の直径に対して光散乱部２２、２３の散乱角度が小さい場合は特に問題はない。しかし、散乱角度が大きい場合は光散乱部２２、２３から散乱反射された光が導光体３から出射され紙葉１７に対して垂直に入射する光束１４とある角度を持って入射する光束１５が紙葉１７上で重なって照射される。このとき、照射角度の異なる光によって照明が行われているため、紙葉１７に皺がある場合や搬送時にばたついたりすることでガラス板１と紙葉１７の距離が変化すると照明光量が大きく変化する問題が発生する。

　図８は光散乱部２２の散乱角度が大きい場合であり、光束１４と光束１５が重なって紙葉１７に照射される。そこで図９のように導光体３の主走査方向に延在して切れ込み（凹部）１８を入れることで光束１５が広がる原因となっていた光路を遮断し、光束１４と光束１５の重なりを防止することができる。すなわち、導光体３は、光束１４の光出射領域と光束１５の光散乱部２２との間の側面に、副走査方向から見た側面が交差する２つの平面で構成され、主走査方向に延在する切れ込み１８（凹部）を備えている。なお、切れ込み１８は、交差する平面状の側壁１８ａ、１８ｂで形成され、側壁１８ａと側壁１８ｂとは直交しており、切れ込み１８の側壁１８ａは、光束１４の光軸に平行となっている。なお、図示しないが、同様に、光散乱部２３の散乱角度が大きい場合は、導光体３は、光束１５の光出射領域と光束１４の光散乱部２３との間の側面に、副走査方向から見た側面が交差する２つの平面で構成され、主走査方向に延在する切れ込み１８（凹部）を備える。なお、切れ込み１８は、交差する平面状の側壁１８ａ、１８ｂで形成され、側壁１８ａと側壁１８ｂとは直交しており、切れ込み１８の側壁１８ａは、光束１５の光軸に平行となる。

　図１０は光散乱部２２と２３両方の散乱角度が大きい場合である。このときも同様に主走査方向に延在する切れ込み１８、１９を図１１のように２本入れることで光束１４と１５の重なりを防止することができる。すなわち、導光体３は、光束１４の光出射領域と光束１５の光散乱部２２との間の側面及び光束１５の光出射領域と光束１４の光散乱部２３との間の側面に、それぞれ副走査方向から見た側面が交差する２つの平面で構成され、主走査方向に延在する切れ込み１８、１９（凹部）を備えている。なお、切れ込み１８は、交差する平面状の側壁１８ａ、１８ｂで形成され、側壁１８ａと側壁１８ｂとは直交しており、切れ込み１８の側壁１８ａは、光束１４の光軸に平行となっている。切れ込み１９は、交差する平面状の側壁１９ａ、１９ｂで形成され、側壁１９ａと側壁１９ｂとは直交しており、切れ込み１９の側壁１９ａは、光束１５の光軸に平行となっている。

　ここで、導光体製造について考慮すると図１１の形状では金型の継ぎ目が光束１４と１５が出射されている導光体側面の中央と光散乱部２２と２３の中央を結ぶように入る。そのため、導光体３の光出射部に継ぎ目線が入り光束１４、１５の一部を屈折させてしまうことがある。そこで、変形例として、図１２のように主走査方向に延在する切れ込み１８、１９の一方の角度を変えることで金型が光束１４と平行な方向に抜けるため、光出射部を避けて継ぎ目線を入れることができる。すなわち、切れ込み１８の側壁１８ａと切れ込み１９の側壁１９ｂとが、光束１４の光軸に平行となるように、切れ込み１８、１９を形成している。

　図１２に示す導光体３では、光路１４ａが発生し光束１４が広がり、光束１５と重なってしまうことがある。そこで図１３のように導光体３の側面に延在する切れ込み１８、１９に対してある角度をつけることで屈折方向を調整し光束１４と１５の重なりを防止することができる。すなわち、側壁１８ａと側壁１８ｂとは鈍角で交差し、側壁１９ａと側壁１９ｂとは、鈍角で交差するように、切れ込み１８、１９を形成している。なお、切れ込み１８の側壁１８ａと切れ込み１９の側壁１９ｂとが、光束１４の光軸に平行となるように、切れ込み１８、１９を形成している。

　また、図１４のように導光体３の切れ込み１８、１９に対して主走査方向に延在する遮光部材１３を設置して光路を遮断しても良い。このとき、遮光部材１３は白樹脂や金属のような反射率の高い材質で作製することで導光体３からもれた光を導光体内に戻すことができるため光をより効率的に紙葉１７に照射することができる。実施の形態１と実施の形態２との違いは、導光体の形状である。なお、図１５、図１６に示すように筐体８の形状を変更して遮光部材１３の機能を持たせても良い。図１５および図１６に示すイメージセンサ（イメージセンサ装置）の詳細は、次の実施の形態３にて説明を行う。

実施の形態３．
　以下、この発明の形態３に係るイメージセンサおよびイメージセンサ装置について説明する。図１５は、実施の形態３係るイメージセンサ装置の断面図である。図１６は、実施の形態３係るイメージセンサ装置の断面図である。図１５、図１６において、図１と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

　実施の形態１に係るイメージセンサ（イメージセンサ装置）の説明に用いた図１に示すように、実施の形態１では筐体８には光散乱部２１が１つ設置された導光体２と２つ設置された導光体３の２種類が搭載されていた。一方、実施の形態３では光散乱部２２、２３が２つ設置された導光体３が２つ搭載された場合である。図１５は筐体８に収められた導光体３から出射される２本の光が反射読取位置と紙葉１７に対して垂直な方向に出射させた場合である。また、図１６は一方の導光体３の放射方向が反射読取位置と透過読取位置、他方の導光体の放射方向が反射読取位置とロッドレンズアレイ５方向に設置した場合である。

　実施の形態１に係るイメージセンサ（イメージセンサ装置）では、図１のように反射読取専用の導光体２を搭載した時は導光体２と導光体３から照射される光量を光源に流す電流や点灯時間、光源の設置数で調整する必要があった。一方、実施の形態３に係るイメージセンサ（イメージセンサ装置）では、図１５、図１６が同じ導光体３を搭載しているため、細かい調整をすることなくロッドレンズアレイ５に対して左右から同光量を照射できる。そのため、紙葉１７に皺などの凹凸がある場合に発生する読取画像の影を簡単に抑制できるメリットがある。また、反射専用の導光体２を作成する必要がないためコスト削減が行える。

実施の形態４．
　以下、この発明の形態４に係るイメージセンサおよびイメージセンサ装置について説明する。図１７は、実施の形態４に係る全体ブロック図である。図１８、図１９は、実施の形態４に係るイメージセンサのタイミング図である。図２０は、実施の形態４に係る分光透過スペクトルフィルタを持つ３列からなる光電変換素子アレイの図である。図１７から図２０において、図５から図７と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

　実施の形態４においては、この発明の実施の形態１の一次元光電変換素子アレイの代わりに、図２０に示すような、読取幅方向と垂直な方向に、３列からなる一次元光電変換素子アレイを有する光電変換素子アレイを搭載する。各々の列の画素受光部上には互いに異なる分光透過スペクトル（ここでは各々赤、緑、青）を持つフィルタを形成してあるので、各々の列の光電変換素子アレイは各々が受光する光情報のうち、対応する分光透過スペクトルを有する光情報のみを電気信号に変換することが出来る。

　図５、図６、図７と同じく、図１７、図１８、図１９において、ＯＮＳＩＧは、点灯信号を示している。ＭＳＩＧは、主走査方向同期信号及び副走査同期信号を示している。ＳＳＩＧは副走査同期信号を示している。ＯＮＳＩＧ（Ｒ１）は、点灯信号（反射色１）を示している。同じく、ＯＮＳＩＧ（Ｒ２）およびＯＮＳＩＧ（Ｒ３）は、それぞれ点灯信号（反射色２）および点灯信号（反射色３）を示している。ＯＮＳＩＧ（Ｔ１）は、点灯信号（透過色１）を示している。同じく、ＯＮＳＩＧ（Ｔ２）およびＯＮＳＩＧ（Ｔ３）は、それぞれ点灯信号（透過色２）および点灯信号（透過色３）を示している。ＯＴＳＩＧ（Ｒ１）は、出力信号（反射色１）を示している。同じく、ＯＴＳＩＧ（Ｒ２）およびＯＴＳＩＧ（Ｒ３）は、それぞれ出力信号（反射色２）および出力信号（反射色３）を示している。ＯＴＳＩＧ（Ｔ１）は、出力信号（透過色１）を示している。同じく、ＯＴＳＩＧ（Ｔ２）およびＯＴＳＩＧ（Ｔ３）は、それぞれ出力信号（透過色２）および出力信号（透過色３）を示している。なお、反射色や透過色とは、光源の波長を意味している。ＯＮ２ａ３ａは導光体２ａおよび３ａに対応する波形を示している。ＯＮ２ｂ３ｂは導光体２ｂおよび３ｂに対応する波形を示している。ＯＵＴ９１ａは、イメージセンサ９１ａの出力に対応する波形を示している。ＯＵＴ９１ｂは、イメージセンサ９１ａの出力に対応する波形を示している。

　実施の形態４においても、実施の形態１と同様、光源として互いに発光波長の異なる複数のＬＥＤを搭載しているが、その点灯タイミングが実施の形態１とは異なる。すなわち、実施の形態１においては、波長の異なるＬＥＤを時系列に順次点灯・消灯を繰り返し、各々の波長に対応した出力信号を得ている。一方、実施の形態４においては、波長の異なるＬＥＤを同時に点灯する。

　図１８に、イメージセンサ９１ａの動作タイミングを示す。ここでも、導光体２ａおよび３ａに対応した光源として計３種の単波長を有するＬＥＤを、また導光体２ｂおよび３ｂに対応した光源として計３種の単波長を有するＬＥＤを実装している。導光体２ａおよび３ａに対応した３種類の光源を同時に点灯、また導光体２ｂおよび３ｂに対応した３種類の光源を同時に点灯し、かつ前者と後者が、走査信号に同期しつつ一走査期間毎に交互に点灯・消灯を繰り返すように制御される。互いに異なる分光透過スペクトルを有する各々の一次元光電変換素子アレイは、自身の有する分光感度スペクトルと自身が受光する反射情報および透過情報の有するスペクトルとの畳み込み積分値に比例した電気信号を出力する。結果、異なる３種の光源波長によって照明され、乱反射した光情報を、各々の異なる３種のフィルタを通して分光した出力を同時に得ることができる。

　ＳＳＩＧに同期して、反射色のＯＮＳＩＧ（Ｒ１）、ＯＮＳＩＧ（Ｒ２）、ＯＮＳＩＧ（Ｒ３）が同時点灯した後、透過色のＯＮＳＩＧ（Ｔ１）、ＯＮＳＩＧ（Ｔ２）、ＯＮＳＩＧ（Ｔ３）の同時点灯を繰り返す。したがって、イメージセンサ９１ａの出力信号は、ＯＴＳＩＧ（Ｒ１）、ＯＴＳＩＧ（Ｒ２）、ＯＴＳＩＧ（Ｒ３）が同時出力された後、ＯＴＳＩＧ（Ｔ１）、ＯＴＳＩＧ（Ｔ２）、ＯＴＳＩＧ（Ｔ３）が同時出力される。図１も参照して、詳しく説明する。ＯＮＳＩＧ（Ｒ１）、ＯＮＳＩＧ（Ｒ２）、ＯＮＳＩＧ（Ｒ３）の点灯信号に従いイメージセンサ９１ａの導光体２ａ、３ａが点灯し、光散乱部２１ａおよび光散乱部２２ａで散乱・反射し、導光体２ａ、３ａから出射したおよそ斜め４５度の角度の光が領域１７ａで反射し、光電変換素子アレイ６ａで受光され、ＯＴＳＩＧ（Ｒ１）、ＯＴＳＩＧ（Ｒ２）、ＯＴＳＩＧ（Ｒ３）の出力信号としてイメージセンサ９１ａから同時出力される。次に、ＯＮＳＩＧ（Ｔ１）、ＯＮＳＩＧ（Ｔ２）、ＯＮＳＩＧ（Ｔ３）の点灯信号に従いイメージセンサ９１ｂの導光体２ｂ、３ｂが点灯し、光散乱部２３ｂで散乱・反射し、導光体２ａ、３ａから出射したおよそ法線方向の光が領域１７ａを透過し、光電変換素子アレイ６ａで受光され、ＯＴＳＩＧ（Ｔ１）、ＯＴＳＩＧ（Ｔ２）、ＯＴＳＩＧ（Ｔ３）の出力信号としてイメージセンサ９１ａから同時出力される。図１９に示すように、イメージセンサ９１ｂについても同様のタイミングで出力を得ることが出来る。

　このように、上下のイメージセンサ９１ａおよび９１ｂを同期制御することによって、イメージセンサ９１ａの導光体２ａおよび３ａに対応する光源を点灯させるタイミングでは、イメージセンサ９１ｂの導光体２ｂおよび３ｂに対応する光源は消灯している。よって、光電変換素子６ａから、紙葉１７上の所定の領域からの反射情報が得られるのと同一タイミングで、光電変換素子６ｂからは、紙葉１７上の所定の領域から一定距離離れた領域からの透過情報が得られることになる。

　信号処理部５１ａおよび５１ｂは図１７のように構成されており、光電変換素子アレイ６ａおよび６ｂから出力された３種のアナログ画素順次出力は、まずマルチプレクサ部で多重化された後、ＡＤコンバータでデジタル変換され、各々の一次元光電変換素子アレイの有する黒出力不均一特性が均一になるようにデジタル演算する黒補正処理および一次元光電変換素子アレイの有する感度不均一特性や照明系および結像系による出力不均一特性が均一になるようにデジタル演算する白補正処理などの信号処理を経て外部に出力される。

　ここでは、下側のイメージセンサ９１ａおよび上側のイメージセンサ９１ｂともに、３種の異なる波長のＬＥＤを搭載した例を示したが、波長の種類はこれに限らず、上下で異なる個数のＬＥＤや異なる波長のＬＥＤを用いることも可能である。互いに異なる複数のＬＥＤの代わりに、蛍光体励起による白色ＬＥＤに置き換えることも可能である。

　以上のように、実施の形態４に係るイメージセンサ（イメージセンサ装置）では、一個の筐体に反射読取用光源および透過読取用光源を収めたイメージセンサを対向一対で使用することにより、紙葉の両面の反射光情報および透過光情報を検出できるとともに、搬送品質を犠牲にすることなく、読取装置内における光検出部を小型化することが出来る。

　ここで、実施の形態１～４に係るイメージセンサと実施の形態１～４に係るイメージセンサ装置との関係を説明する。実施の形態１～４に係るイメージセンサ装置は、実施の形態１～４に係るイメージセンサの対が主走査方向を軸に点対称に被読取物を挟んで対向して配置され、一方の（実施の形態１～４に係る）イメージセンサの傾斜光が被読取物で反射した反射光の光軸と、他方の（実施の形態１～４に係る）イメージセンサの前記法線光が前記被読取物を透過した透過光の光軸とが一致しているものである。

　また、実施の形態１～４に係るイメージセンサ装置は、実施の形態１～４に係るイメージセンサの対が主走査方向を軸に点対称に被読取物を挟んで対向して配置され、一方の（実施の形態１～４に係る）イメージセンサの第１照射領域は他方の（実施の形態１～４に係る）イメージセンサの第２照射領域の反対側であり、他方の（実施の形態１～４に係る）イメージセンサの第１照射領域は一方の（実施の形態１～４に係る）イメージセンサの第２照射領域の反対側であり、一方の（実施の形態１～４に係る）イメージセンサのロッドレンズアレイは、一方の（実施の形態１～４に係る）イメージセンサの照射部から照射された傾斜光が一方の（実施の形態１～４に係る）イメージセンサの第２照射領域で反射された反射光と他方の（実施の形態１～４に係る）イメージセンサの照射部から照射された法線光が一方の（実施の形態１～４に係る）イメージセンサの第２照射領域を透過してきた透過光との合成光を結像し、他方の（実施の形態１～４に係る）イメージセンサのロッドレンズアレイは、他方の（実施の形態１～４に係る）イメージセンサの照射部から照射された傾斜光が他方の（実施の形態１～４に係る）イメージセンサの第２照射領域で反射された反射光と一方の（実施の形態１～４に係る）イメージセンサの照射部から照射された法線光が他方の（実施の形態１～４に係る）イメージセンサの第２照射領域を透過してきた透過光との合成光を結像するものである。

１　ガラス板
２　導光体
３　導光体
５　ロッドレンズアレイ
６　光電変換素子アレイ
７　プリント基板
８　筐体
９　フレキシブルプリント基板
１０　ホルダ
１１　フレキシブルプリント基板
１２　ホルダ
１３　遮光部材
１４　光束
１４ａ　光束
１５　光束
１６　継ぎ目線
１７　紙葉
１７ａ　紙葉１７の領域
１７ｂ　紙葉１７の領域
１８　切れ込み（凹部）
１８ａ　切れ込み１８の側壁
１８ｂ　切れ込み１８の側壁
１９　切れ込み（凹部）
１９ａ　切れ込み１９の側壁
１９ｂ　切れ込み１９の側壁
２０　ローラー
２１～２３　光散乱部（光反射パターン）
４１～４４　光源実装部
６３　青フィルタ付き一次元光電変換素子アレイ
６４　緑フィルタ付き一次元光電変換素子アレイ
６５　赤フィルタ付き一次元光電変換素子アレイ
５１　信号処理部
９１　イメージセンサ

Claims

　被読取物に光を照射する主走査方向に延在する照明部と、前記被読取物からの光を結像するロッドレンズアレイと、このロッドレンズアレイで結像された光を電気信号に変換する受光部とを備え、
　前記照明部は、前記被読取物の第１照射領域を照射する前記被読取物の法線方向からの法線光と前記第１照射領域から副走査方向に離れた第２照射領域を照射する前記被読取物の法線方向から所定の角度だけ傾斜させた傾斜光とを照射するイメージセンサ。
　前記照明部は、主走査方向に延在する棒状の導光体と、この導光体の主走査方向の端部に設けられ前記導光体の端部に光を照射する光源と、前記導光体の端部から入射した光を反射及び散乱させて主走査方向へ伝搬させると共に前記導光体の光出射領域から光を出射する主走査方向に２列の反射領域を有する光反射パターンとを備え、
　一方の列の前記光反射パターンが前記傾斜光を出射し、他方の列の前記光反射パターンが前記法線光を出射する請求項１に記載のイメージセンサ。
　前記導光体は、前記法線光の光出射領域と前記傾斜光の光反射パターンとの間の側面に、副走査方向から見た側面が交差する２つの平面で構成され、主走査方向に延在する凹部を備えた請求項２に記載のイメージセンサ。
　前記導光体は、前記傾斜光の光出射領域と前記法線光の光反射パターンとの間の側面に、副走査方向から見た側面が交差する２つの平面で構成され、主走査方向に延在する凹部を備えた請求項２に記載のイメージセンサ。
　前記導光体は、前記法線光の光出射領域と前記傾斜光の光反射パターンとの間の側面及び前記傾斜光の光出射領域と前記法線光の光反射パターンとの間の側面に、それぞれ副走査方向から見た側面が交差する２つの平面で構成され、主走査方向に延在する凹部を備えた請求項２に記載のイメージセンサ。
　前記導光体の前記法線光の光出射領域と前記傾斜光の光反射パターンとの間の側面に設けられた主走査方向に延在する凹部の副走査方向から見た側面の一方の平面が、前記法線光の光軸に平行である請求項３又は請求項５に記載のイメージセンサ。
　前記導光体の前記傾斜光の光出射領域と前記法線光の光反射パターンとの間の側面に設けられた主走査方向に延在する凹部の副走査方向から見た側面の一方の平面が、前記傾斜光の光軸に平行である請求項４又は請求項５に記載のイメージセンサ。
　前記導光体の前記法線光の光出射領域と前記傾斜光の光反射パターンとの間の側面に設けられた主走査方向に延在する凹部の副走査方向から見た側面の一方の平面が、前記法線光の光軸に平行であり、前記導光体の前記傾斜光の光出射領域と前記法線光の光反射パターンとの間の側面に設けられた主走査方向に延在する凹部の副走査方向から見た側面の一方の平面が、前記傾斜光の光軸に平行である請求項５に記載のイメージセンサ。
　前記凹部は、交差する平面の交差角度が９０度である請求項８に記載のイメージセンサ。
　前記凹部は、交差する平面の交差角度が鈍角である請求項８に記載のイメージセンサ。
　前記凹部に、遮光部材を配置した請求項９に記載のイメージセンサ。
　互いに波長の異なる複数の前記光源と、主走査方向に複数列の光電変換素子群を有する前記受光部とを備え、
　前記複数列の光電変換素子上には、列毎に互いに異なる透過スペクトルを有するフィルタが形成されるとともに、列単位で光電変換信号を読み出す請求項１から請求項１１のいずれかに記載のイメージセンサ。
　蛍光体励起による白色光源と、主走査方向に複数列の光電変換素子群を有する前記受光部とを備え、
　前記複数列の光電変換素子上には、列毎に互いに異なる透過スペクトルを有するフィルタが形成されるとともに、列単位で光電変換信号を読み出す請求項１から請求項１１のいずれかに記載のイメージセンサ。
　請求項１から請求項１３のいずれかに記載のイメージセンサの対が主走査方向を軸に点対称に被読取物を挟んで対向して配置され、一方のイメージセンサの前記傾斜光が前記被読取物で反射した反射光の光軸と、他方のイメージセンサの前記法線光が前記被読取物を透過した透過光の光軸とが一致しているイメージセンサ装置。
　請求項１から請求項１３のいずれかに記載のイメージセンサの対が主走査方向を軸に点対称に被読取物を挟んで対向して配置され、一方のイメージセンサの第１照射領域は他方のイメージセンサの第２照射領域の反対側であり、他方のイメージセンサの第１照射領域は一方のイメージセンサの第２照射領域の反対側であり、一方のイメージセンサのロッドレンズアレイは、一方のイメージセンサの照射部から照射された傾斜光が一方のイメージセンサの第２照射領域で反射された反射光と他方のイメージセンサの照射部から照射された法線光が一方のイメージセンサの第２照射領域を透過してきた透過光との合成光を結像し、他方のイメージセンサのロッドレンズアレイは、他方のイメージセンサの照射部から照射された傾斜光が他方のイメージセンサの第２照射領域で反射された反射光と一方のイメージセンサの照射部から照射された法線光が他方のイメージセンサの第２照射領域を透過してきた透過光との合成光を結像するイメージセンサ装置。