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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Bildsensor, der in solchen Geräten, wie z. B. komplexen Maschinen und Banknoten-Scannern verwendet wird.
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Einschlägiger Stand der Technik
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Ein Bildsensor strahlt Licht auf ein zu lesendes Objekt ab, und zwar unter Verwendung von Bestrahlungslicht, das von einer in ein Gehäuse integrierten Lichtquelle emittiert wird, wobei von dem zu lesenden Objekt reflektiertes Licht durch ein optisches Fokussiersystem, wie z. B. eine Linse, auf einem photoelektrischen Wandlerelement fokussiert wird und Bilddaten ermittelt werden (siehe z. B. Patentliteratur 1).
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Der in der Patentliteratur 1 beschriebene Bildsensor ist mit einem ersten Gehäuseelement, in dem eine Linse und eine Sensorplatte angebracht sind, sowie mit einem zweiten Gehäuseelement ausgestattet, in dem eine Lichtquellenplatte und ein Glaselement angebracht sind.
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Liste des Standes der Technik
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Kokai JP 2006-237 977 A
- Patentliteratur 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Kokai JP 2008-140 632 A .
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Technisches Problem
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Gemäß dem in der Patentliteratur 1 beschriebenen Bildsensor ist das optische Fokussiersystem durch das zweite Gehäuseelement abgedichtet eingeschlossen, jedoch nicht durch das erste Gehäuseelement als einziges Gehäuseelement abgedichtet eingeschlossen. Hierdurch kann das optische Fokussiersystem kontaminiert werden.
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Die vorliegende Erfindung ist zum Lösen des vorstehend geschilderten Problems entwickelt worden und stellt einen Bildsensor bereit, der in der Lage ist, eine Kontamination des optischen Fokussiersystems zu unterdrücken.
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Lösung des Problems
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Der Bildsensor gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: ein optisches Fokussiersystem, einen Lichtempfänger, ein erstes Gehäuseelement und einen Halter. Das optische Fokussiersystem ist dazu ausgebildet, Licht zu fokussieren, nachdem dieses durch ein Bestrahlungsobjekt hindurchgegangen ist oder von diesem reflektiert worden ist sowie durch einen ersten Abdeckplattenbereich hindurchgegangen ist. Der Lichtempfänger ist entlang einer Hauptabtastrichtung angeordnet und dazu ausgebildet, das von dem optischen Fokussiersystem fokussierte Licht zu empfangen.
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Das erste Gehäuseelement dient zur Festlegung eines ersten Abdeckplattenbereichs und enthält das optische Fokussiersystem und den Lichtempfänger oder hält diese fest. Der Halter ist in Hauptabtastrichtung an einem Endbereich des ersten Gehäuseelements angeordnet und dazu ausgebildet, das in dem ersten Gehäuseelement enthaltene oder von diesem festgehaltene optische Fokussiersystem dicht einzuschließen.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das optische Fokussiersystem durch das erste Gehäuseelement abgedichtet eingeschlossen, und hierdurch kann ein Bildsensor geschaffen werden, der eine Kontamination des optischen Fokussiersystems unterdrücken kann.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Explosionsdarstellung eines Bildsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Außenansicht des Bildsensors gemäß Ausführungsbeispiel 1;
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3 eine Seitenansicht des Bildsensors gemäß Ausführungsbeispiel 1 bei Betrachtung in der Hauptabtastrichtung;
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4 eine in einer Nebenabtastrichtung betrachtete Schnittdarstellung des Bildsensors gemäß Ausführungsbeispiel 1;
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5 eine vergrößerte Darstellung einer Platten-Halterungsplatte der 4;
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6 eine Darstellung zur Erläuterung eines exemplarischen Lichtwegs des Bildsensors gemäß Ausführungsbeispiel 1;
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7 eine Explosionsdarstellung eines Bildsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung;
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8 eine Perspektivansicht des Bildsensors gemäß Ausführungsbeispiel 2;
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9 eine Seitenansicht des Bildsensors gemäß Ausführungsbeispiel 2 bei Betrachtung in der Nebenabtastrichtung;
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10 eine Seitenansicht des Bildsensors gemäß Ausführungsbeispiel 2 bei Betrachtung in der Hauptabtastrichtung;
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11 eine in der Hauptabtastrichtung betrachtete Seitenansicht des Bildsensors gemäß Ausführungsbeispiel 2 nach dem Entfernen der Dichtungsplatte des Bildsensors;
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12 eine in der Hauptabtastrichtung betrachtete Seitenansicht des Bildsensors gemäß Ausführungsbeispiel 2 nach dem Entfernen der Halter des Bildsensors;
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13 eine in der Nebenabtastrichtung betrachtete Schnittdarstellung des Bildsensors gemäß Ausführungsbeispiel 2;
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14 eine in der Hauptabtastrichtung betrachtete Schnittdarstellung des Bildsensors gemäß Ausführungsbeispiel 2; und
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15 eine Darstellung zur Erläuterung eines exemplarischen Lichtwegs des Bildsensors gemäß Ausführungsbeispiel 2.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Ausführungsbeispiel 1
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Im Folgenden werden die Konfiguration und ein Verfahren zum Herstellen des Bildsensors gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung erläutert. In der vorliegenden Beschreibung ist unter dem Begriff ”zu lesendes Objekt” das bestrahlte Objekt zu verstehen, das von dem Bildsensor als Bild gelesen wird, indem er von einer Lichtquelle abgestrahltes Bestrahlungslicht empfängt.
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In der vorliegenden Beschreibung beinhaltet der Ausdruck ”Befördern des zu lesenden Objekts” zusätzlich zu dem Transportieren des eigentlichen zu lesenden Objekts auch den Fall der Bewegung des eigentlichen Bildsensors in der Nebenabtastrichtung in Relation zu dem zu lesenden Objekt.
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Das Ausführungsbeispiel 1 wird nachfolgend anhand der 1 bis 5 erläutert. Das bei dem in dem Ausführungsbeispiel 1 verwendete orthogonale X-Y-Z-Koordinatensystem ist folgendermaßen definiert. Die Hauptabtastrichtung des Bildsensors 100 ist als X-Achse angenommen, und die Nebenabtastrichtung ist als Y-Achse angenommen. Die Z-Achse ist als die Richtung orthogonal zu der X-Achse und der Y-Achse angenommen. Das zu lesende Objekt ist in der Z-Achsen-Richtung des Bildsensors 100 angeordnet.
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Die Richtung von dem Bildsensor 100 zu dem zu lesenden Objekt ist als positive Richtung der Z-Achse definiert. Im Folgenden wird die Hauptabtastrichtung als X-Richtung bezeichnet, und die Nebenabtastrichtung wird als Y-Richtung bezeichnet. Die Z-Richtung ist die Richtung der Schärfentiefe. Die Seite des Bildsensors 100, auf der sich das zu lesende Objekt befindet, wird als +Z-Seite bezeichnet, und die gegenüberliegende Seite wird als –Z-Seite bezeichnet.
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In ähnlicher Weise wird die Seite in der einen Richtung entlang der Hauptabtastrichtung als +X-Seite bezeichnet, und die Seite in der anderen Richtung wird als –X-Seite bezeichnet. Ferner wird die Seite in der einen Richtung entlang der Nebenabtastrichtung als +Y-Seite bezeichnet, und die Seite in der anderen Richtung wird als –Y-Seite bezeichnet. Darüber hinaus bezieht sich bei Ausführungsbeispiel 1 der Ausdruck ”Abtastbreite des Bildsensors 100” auf die lineare Länge, die von dem Bildsensor 100 abgetastet werden kann. Insbesondere handelt es sich bei der ”Abtastbreite” um die lineare Distanz entlang der Hauptabtastrichtung. In den Zeichnungen sind identische oder einander entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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1 zeigt eine Explosionsdarstellung des Bildsensors gemäß Ausführungsbeispiel 1. 2 zeigt eine Außenansicht des Bildsensors gemäß Ausführungsbeispiel 1. 3 zeigt eine Seitenansicht des Bildsensors gemäß Ausführungsbeispiel 1 bei Betrachtung in der Hauptabtastrichtung. 4 zeigt eine in der Nebenabtastrichtung betrachtete Schnittdarstellung des Bildsensors gemäß Ausführungsbeispiel 1.
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Der Ausdruck ”Schnittdarstellung in Nebenabtastrichtung” bezieht sich auf eine Ebene orthogonal zu der Hauptabtastrichtung. Das bedeutet, bei der ”Schnittdarstellung in Nebenabtastrichtung” handelt es sich um eine Schnittdarstellung entlang der Y-Z-Ebene. 5 zeigt eine vergrößerte Ansicht einer Platten-Halterungsplatte der 4.
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Der Bildsensor 100 weist ein erstes Gehäuseelement 1, eine erste transparente Platte 2, eine Linse 4 (optisches Fokussiersystem), einen Sensor 6 (Lichtempfänger), eine Sensorplatte 7, ein plattenförmiges Plattenhalteelement bzw. eine Platten-Halterungsplatte 9, eine Signalverarbeitungsplatte 10 und Halter 11 auf.
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Bei dem ersten Gehäuseelement 1 handelt es sich um einen Rahmen, der durch ein solches Verfahren, wie z. B. Stranggießen, Spritzgießen oder spanende Bearbeitung unter Verwendung eines leicht formbaren Materials, wie z. B. ein Metall oder Harz, hergestellt ist. Eine Öffnung 1f ist in der Oberfläche auf der +Z-Seite des ersten Gehäuseelements 1 gebildet. Ein Stufenbereich 1g zum Abstützen der ersten transparenten Platte 2 ist in dem Randbereich der Öffnung 1f gebildet. Die Stufe des Stufenbereichs 1g ist zumindest als Stufenform entlang der X-Richtung ausgebildet.
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Die Öffnung 1f bildet einen Lichtweg für die Passage von Licht. Die Länge der Öffnung 1f in X-Richtung ist somit größer als die Abtastbreite, und die Länge in Y-Richtung ist größer als die Länge der Linse 4 in Y-Richtung. Ferner ist eine in X-Richtung verlaufende Öffnung in dem ersten Gehäuseelement 1 gebildet. Die Längen dieser Öffnung in der Y-Richtung und der Z-Richtung sind größer als die jeweiligen Längen der Linse 4 und der Linsenabstützplatte 5 in der Y-Richtung und der Z-Richtung.
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Das erste Gehäuseelement 1 ist derart ausgebildet, dass es in der Schnittdarstellung in der Y-Z-Ebene eine konvexe Form aufweist. Das erste Gehäuseelement 1 weist einen planen Bereich 1h und einen vorstehenden Bereich 1i auf. Ein Linsenaufnahmebereich 1e zum Aufnehmen der Linse 4 ist in dem vorstehenden Bereich 1i ausgebildet. Der distale Endbereich des vorstehenden Bereichs 1i trägt die erste transparente Platte 2.
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Eine Halterungsnut zum Festhalten der Sensortreiberplatte 8 und der Platten-Halterungsplatte 9 ist in der Oberfläche des ersten Gehäuseelements 1 auf der –Z-Seite gebildet. Die Halterungsnut ist entlang der X-Richtung linear ausgebildet. Die Halterungsnut ist an einer in der Y-Richtung versetzten Position gebildet.
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Ferner ist eine tiefe Nut in der Z-Richtung in der Oberfläche des ersten Gehäuseelements 1 auf der –Z-Seite gebildet. Diese Nut ist in der Y- und der Z-Richtung mit einer größeren Länge ausgebildet als auf der Sensorplatte 7 angebrachte Komponenten, so dass es zu keiner Beeinträchtigung des ersten Gehäuseelements 1 mit den angebrachten Komponenten kommt.
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Halterbefestigungsöffnungen 1a sind in den auf der +X-Seite und der –X-Seite angeordneten Oberflächen des ersten Gehäuseelements 1 gebildet. Abdeckungsbefestigungsöffnungen 1b sind in den auf der +Y-Seite und der –Y-Seite angeordneten Oberflächen des ersten Gehäuseelements 1 gebildet. Lichtquellenbefestigungsöffnungen 1c sind in einer Lichtquellenbefestigungs-Standardfläche 1d gebildet.
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Eine relativ zu der X-Z-Ebene geneigte Fläche 1j ist zwischen der Lichtquellenbefestigungs-Standardfläche 1d des ersten Gehäuseelements 1 und der Oberfläche zum Platzieren und Halten der ersten transparenten Platte 2 gebildet. Die entlang der Y-Z-Ebene gebildete Querschnittsfläche des vorstehenden Bereichs 1i ist somit in Richtung auf die +Z-Seite schmaler werdend ausgebildet.
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Die erste transparente Platte 2 ist aus einem solchen Material, wie z. B. Glas oder Harz gebildet. Die erste transparente Platte 2 hat die Funktion einer Abdeckung zum Bedecken der Öffnung 1f. Die erste transparente Platte 2 ist aus einem transparenten Material gebildet, um eine Dämpfung von Licht zu unterdrücken, das von dem zu lesenden Objekt reflektiert wird. Die Position, an der das zu lesende Objekt angeordnet ist, befindet sich auf der +Z-Seite und ist von der ersten transparenten Platte 2 getrennt. Licht tritt durch die erste transparente Platte 2 hindurch in die Linse 4 ein.
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Ferner kann die erste transparente Platte 2 aus UV-Licht blockierendem Glas oder aus Infrarotlicht blockierendem Glas gebildet sein. Durch das Bilden aus solchem Glasmaterial kann die erste transparente Platte 2 eine Funktion zum Auswählen einer optischen Wellenlänge aufweisen, indem sie UV-Licht und Infrarotlicht blockiert.
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Die Dichtung 3, bei der beide Oberflächen als haftende Oberflächen ausgebildet sind, ist aus einem Flächenkörpermaterial gebildet. Die Längen der Dichtung 3 in der X- und der Y-Richtung sind geringer als die des Stufenbereichs 1g. Ein Öffnungsbereich ist in dem zentralen Bereich der Dichtung 3 gebildet, um die Passage von Licht durch die erste transparente Platte 2 hindurch nicht zu blockieren.
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Bei der Linse 4 handelt es sich um eine optische Komponente zum Fokussieren von Licht, wie z. B. eine Stablinsenanordnung oder eine Mikrolinsenanordnung, oder um eine Anordnung von solchen optischen Komponenten, wie z. B. ein optisches Fokussiersystem, bei dem eine Linse und eine Gruppe von Spiegeln kombiniert sind. Bei dem Sensor 6 handelt es sich um eine Sensorgruppe, die aus Sensor-ICs (Lichtempfängerelementen) zum Empfangen von durch die Linse 4 hindurchgehendem Licht gebildet ist.
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Bei der im Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen Linse 4 handelt es sich um eine Stablinsenanordnung. Eine Stablinsenanordnung ist durch solche Komponenten, wie z. B. einen Rahmen und zahlreiche in der X-Richtung angeordnete Stablinsen gebildet sowie dazu ausgebildet, ein aufrechtes, unvergrößertes Bild zu fokussieren. Zur Vereinfachung zeigen die Darstellungen des Ausführungsbeispiels 1 nur die Linse 4 als ein Element mit einer länglichen kastenartigen äußeren Formgebung, die sich in der X-Richtung erstreckt.
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Bei der Linsenabstützplatte 5 handelt es sich um eine sich in der X-Richtung erstreckende Platte zum Verstärken der Linse 4.
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Die Sensorplatte 7 ist eine Platte zum Anbringen des Sensors 6 und besitzt eine Größe entsprechend der Länge der Abtastbreite des Sensors 6 in der X-Richtung. Die Sensorplatte 7 erstreckt sich in der X-Richtung. Bei dem Sensor 6 handelt es sich um ein photoelektrisches Wandlerelement. Der Sensor 6 ist mit der Sensortreiberplatte 8 durch ein solches Verfahren, wie z. B. Drahtbonden elektrisch verbunden.
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Der Sensor 6 empfängt von der Linse 4 fokussiertes Licht und führt eine photoelektrische Umwandlung aus. Der Sensor 6 wird durch eine elektrische Verbindung mit der Sensortreiberplatte 8 von der Sensortreiberplatte 8 betrieben bzw. angesteuert. Das photoelektrisch umgewandelte elektrische Signal wird von dem Sensor 6 an die Sensortreiberplatte 8 abgegeben.
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Bei der Sensortreiberplatte 8 handelt es sich um eine Leiterplatte, die sich in der X-Richtung erstreckt. Die Sensortreiberplatte 8 weist einen Verbinder 8a auf, der mit der Signalverarbeitungsplatte 10 verbunden werden kann. Die Sensortreiberplatte 8 weist eine Passöffnung 8b zur Befestigung an dem ersten Gehäuseelement 1 auf. Die Sensortreiberplatte 8 weist solche Komponenten, wie z. B. eine Schaltung zum Ansteuern des Sensors 6 sowie eine Anschlussfläche für Verbindungen mit der Ansteuerschaltung auf.
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Bei der Platten-Halterungsplatte 9 handelt es sich um eine Platte, die sich in der X- und der Y-Richtung erstreckt. Wie bei Betrachtung aus der +Z-Richtung zu sehen ist, weist die Platten-Halterungsplatte 9 eine Gehäuseelement-Befestigungsfläche 9a, eine Sensorplattenbefestigungs-Standardfläche 9b, eine Verstärkungskonstruktion 9d, eine Passöffnung 9e sowie eine Passöffnung 9f auf. Die Gehäuseelement-Befestigungsfläche 9a ist an dem in Y-Richtung gelegenen Randbereich gebildet.
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Die Gehäuseelement-Befestigungsfläche 9a ragt von der +Z-Seite weg. Bei der Sensorplattenbefestigungs-Standardfläche 9b handelt es sich um eine Fläche, die zwischen der Gehäuseelement-Befestigungsfläche 9a und der Hauptfläche 9g gebildet ist. Die Verstärkungskonstruktion 9d ragt von der –Z-Seite der Platten-Halterungsplatte 9 weg. Die Verstärkungskonstruktion 9d erstreckt sich in der X-Richtung.
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Der Sensor 6 ist auf der +Z-Seite der Verstärkungskonstruktion 9d angeordnet. Die Gehäuseelement-Befestigungsfläche 9a erstreckt sich in der X-Richtung. Die Gehäuseelement-Befestigungsfläche 9a ist parallel zu der Hauptfläche 9g. Die Sensorplattenbefestigungs-Standardfläche 9b ist rechtwinklig zu der Hauptfläche 9g. Bei der Passöffnung 9e handelt es sich um eine Öffnung zum Befestigen der Platten-Halterungsplatte 9 an dem ersten Gehäuseelement 1.
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Die Passöffnung 9e ist in der Gehäuseelement-Befestigungsfläche 9a angeordnet. Bei den Passöffnungen 9f handelt es sich um Öffnungen zum Befestigen der Platten-Halterungsplatte 9 und der Sensortreiberplatte 8 an dem ersten Gehäuseelement 1. Die Passöffnungen 9f sind in der ersten Hauptfläche 9g angeordnet.
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Weiterhin erstreckt sich die Verstärkungskonstruktion 9d in der X-Richtung. Dadurch können Verdrehungen und Belastungen unterdrückt werden, die beim Befestigen der Platten-Halterungsplatte 9 an dem ersten Gehäuseelement 1 unter Verwendung von Schrauben 14 in der Platten-Halterungsplatte 9 auftreten. Außerdem kann eine in der Platten-Halterungsplatte 9 in der X-Richtung auftretende Biegung unterdrückt werden. Hierdurch kann eine relativ hohe positionsmäßige Genauigkeit des Sensors 6 und des ersten Gehäuseelements 1 sichergestellt werden.
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Bei der Signalverarbeitungsplatte 10 handelt es sich um eine Leiterplatte. Diese Platte weist einen Verbinder 10a, der mit der Sensortreiberplatte 8 verbunden werden kann, einen Lichtquellen-Ansteuerverbinder 10b, einen Verbinder 10c sowie Passöffnungen 10d und 10e auf. Bei dem Verbinder 10a handelt es sich um einen Verbinder zur Verbindung mit der Sensortreiberplatte 8. Der Verbinder 10c ist nicht dargestellt. Bei dem Verbinder 10c handelt es sich um einen Verbinder zur Verbindung mit externen Gerätschaften.
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Die Signalverarbeitungsplatte 10 weist Passöffnungen 10e zur Befestigung an dem ersten Gehäuseelement 1 auf. Ferner weist die Sensortreiberplatte 8 eine Stromversorgungsschaltung zum Betreiben einer Lichtquelle 20 sowie eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) auf, bei der es sich um eine Signalverarbeitungsschaltung handelt. Bei Bedarf können die Signalverarbeitungsschaltung 10 und die Sensortreiberplatte 8 kombiniert sein.
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Bei den Haltern 11 handelt es sich um in etwa L-förmige Komponenten, die eine Fläche parallel zu der Y-Z-Ebene und eine Fläche parallel zu der X-Y-Ebene aufweisen. Die Halter 11 sind aus einem plattenförmigen Material, beispielsweise einer Metallplatte, gebildet. Die Halter 11 weisen Gehäuseelement-Passöffnungen 11a und Dichtungsplatten-Passöffnungen 11b in der zu der Y-Z-Ebene parallelen Fläche auf. Die zu der Y-Z-Ebene parallele Fläche der Halter 11 ist in einem Oberflächenbereich mit dem gleichen Ausmaß oder einem größeren Ausmaß als der Flächenbereich der in der +X-Seite und der –X-Seite des ersten Gehäuseelements 1 gebildeten Öffnungen ausgebildet.
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Während der Montage an dem ersten Gehäuseelement 1 kann somit die zu der Y-Z-Ebene parallele Oberfläche der Halter 11 die Öffnungen auf der +X-Seite und der –X-Seite des ersten Gehäuseelements 1 blockieren. Die grundlegende Konstruktion der Halter 11 ist in etwa L-förmig, und zum Erreichen der erforderlichen Festigkeit kann eine Verstärkungskonstruktion vorgesehen sein, wie z. B. eine kastenartige Konstruktion.
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Bei der Dichtungsplatte 12 handelt es sich um eine plattenförmige Komponente mit einer Oberfläche parallel zu der Y-Z-Ebene. Die Dichtungsplatte 12 ist aus einem solchen Material, wie z. B. Metallplattenmaterial gebildet. Die Dichtungsplatte 12 weist eine Passöffnung 12a zur Befestigung an dem Halter 11 auf.
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Eine Abdeckung 13 ist kastenförmig ausgebildet und besitzt eine Öffnung auf ihrer +Z-Seite. Die Abdeckung 13 ist aus einem solchen Material, wie z. B. Metallplattenmaterial oder aus einem Formgegenstand gebildet. Die Abdeckung 13 weist eine Passöffnung 13a auf.
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Eine Schraube 14 oder eine Distanzschraube 31 wird bei Ausführungsbeispiel 1 als Befestigungselement verwendet. Das bedeutet, die Schrauben 14 oder die Distanzschrauben 31 werden zum Befestigen der Linsenabstützplatte 5, der Sensortreiberplatte 8, der Platten-Halterungsplatte 9, der Signalverarbeitungsplatte 10, der Abdeckung 13 und des Halters 11 an dem ersten Gehäuseelement 1 verwendet.
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Die Schraube 14 oder die Distanzschraube 31 wird auch zum Befestigen des Halters 11 und der Dichtungsplatte 12 aneinander verwendet. Es versteht sich von selbst, dass vorzugsweise eine optimale Anzahl von Befestigungselementen sowie eine geeignete Befestigungskraft der Schraube 14 oder der Distanzschraube 31 nach Bedarf für jede Befestigungsstelle verwendet werden.
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Als nächstes wird das Verfahren zum Herstellen des Bildsensors 100 gemäß Ausführungsbeispiel 1 erläutert.
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Die Dichtung 3 wird zum Festlegen der ersten transparenten Platte 2 an der Öffnung 1f verwendet.
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Die Linsenabstützplatte 5 und die Linse 4 werden beispielsweise mittels eines Klebstoffs oder doppelseitigen Klebebands festgeklebt. Weder bei der Linsenabstützplatte 5 noch bei der Linse 4 handelt es sich notwendigerweise um eine einzelne Komponente, und es kann eine Konstruktion verwendet werden, die mehrere solche Komponenten miteinander verbindet.
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Die die Linse 4 stützende Linsenabstützplatte 5 wird in das erste Gehäuseelement 1 eingesetzt und von diesem festgehalten. Aufgrund einer derartigen Konfiguration kann der Brennpunkt der Linse 4 mit der Position der transportierten Oberfläche des zu lesenden Objekts in Übereinstimmung gebracht werden.
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Die Sensorplatte 7 und die Sensortreiberplatte 8 werden an der Platten-Halterungsplatte 9 angebracht. Durch diese Befestigung sind die Sensorplatte 7 und die Sensortreiberplatte 8 auf der +Z-Seite der Platten-Halterungsplatte 9 festgehalten. Die Sensorplatte 7 ist an der Platten-Halterungsplatte 9 beispielsweise mittels eines Klebstoffs oder Klebebands festgeklebt. Während des haftenden Anbringens der Sensorplatte 7 an der Platten-Halterungsplatte 9 werden die Sensorplatte 7 und die Platten-Halterungsplatte 9 mit relativ hoher positionsmäßiger Genauigkeit in der Y- und der Z-Richtung angebracht, da die auf der +Y-Seite angeordnete Fläche der Sensorplatte 7 mit der Sensorplattenbefestigungs-Standardfläche 9b in Kontakt tritt.
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Der Sensor 6 wird auf der Sensorplatte 7 angebracht. Die Sensortreiberplatte 8 wird aufgrund des Kontakts mit der Hauptfläche 9g der Platten-Halterungsplatte 9 parallel zu der Sensorplatte 7 angeordnet. Ferner wird, nachdem die Passöffnungen 9f und die Passöffnungen 8b in der Z-Richtung stapelartig übereinander angeordnet sind, die Sensortreiberplatte 8 beispielsweise unter Verwendung von einem Klebstoff oder Klebeband haftend angebracht.
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Die Sensortreiberplatte 8 wird durch das erste Gehäuseelement 1 festgehalten, indem die Distanzschrauben 31 in die Passöffnungen 8b und die Passöffnungen 9f eingesetzt werden. Selbst wenn der Verbinder 8a an dem Lichtquellen-Ansteuerverbinder 10b angebracht und von diesem gelöst wird, bleibt der montierte Zustand der Sensortreiberplatte 8 und des ersten Gehäuseelements 1 unverändert.
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Der montierte Zustand der Sensortreiberplatte 8 und des ersten Gehäuseelements 1 ist somit stabil. Die Platten-Halterungsplatte 9 wird an dem ersten Gehäuseelement 1 befestigt, indem die Distanzschrauben 31 in die Passöffnung 9e und die Passöffnungen 9f eingesetzt werden.
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Die Passöffnung 9e ist auf der +Y-Seite des Sensors 6 gebildet. Die Passöffnung 9f ist auf der –Y-Seite des Sensors 6 gebildet. In der Y-Richtung ist der Sensor 6 in einer mittleren Position zwischen der Passöffnung 9e und der Passöffnung 9f angeordnet. Die Platten-Halterungsplatte 9 ist aufgrund der in die Passöffnung 9e eingesetzten Distanzschraube 31 unter Spannung. Die Platten-Halterungsplatte 9 ist aufgrund der in die Passöffnungen 9f eingesetzten Distanzschrauben 31 unter Spannung.
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Die Platten-Halterungsplatte 9 ist somit zur +Z-Seite weisend festgehalten. Dadurch ist der Sensor 6 durch die Platten-Halterungsplatte 9 der +Z-Seite zugewandt festgehalten. Obwohl die Sensorplatte 7 und die Platten-Halterungsplatte 9 durch die Distanzschrauben 31 an dem ersten Gehäuseelement 1 befestigt sind, wird der Sensor 6 während der Befestigung der Distanzschrauben 31 kaum durch Spannungen beeinflusst.
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Somit werden die Eigenschaften des Sensors 6 während der Befestigung nicht durch Spannungen verändert. Der Sensor 6 wird somit stabil festgehalten. Darüber hinaus sind die Mittel zum Befestigen der Sensorplatte 7 und der Platten-Halterungsplatte 9 an dem ersten Gehäuseelement 1 nicht auf die Distanzschrauben 31 beschränkt, und es kann auch eine solche Befestigung, wie z. B. z. B. mittels Nieten oder Kleben verwendet werden.
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Durch Einpassen des Verbinders 10a in den Verbinder 8a wird die Signalverarbeitungsplatte 10 mit der Sensortreiberplatte 8 elektrisch verbunden. Die Passöffnung 10d und die Passöffnung 9e werden in der Z-Richtung übereinander gestapelt. Durch Einsetzen der Schraube 14 in die Passöffnung 10d und die Schraubenöffnung der in die Passöffnung 9e eingesetzten Distanzschraube 31 werden die Platten-Halterungsplatte 9 und die Signalverarbeitungsplatte 10 aneinander befestigt.
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Ferner werden die Passöffnungen 10e und die Passöffnungen 9f in der Z-Richtung übereinander gestapelt. Durch Einsetzen der Schrauben 14 in die Passöffnungen 10e und die Schraubenöffnungen der in die Passöffnungen 9f eingesetzten Distanzschrauben 31 werden die Platten-Halterungsplatte 9 und die Signalverarbeitungsplatte 10 fest aneinander montiert.
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Somit ist die Signalverarbeitungsplatte 10 in indirekter Weise an dem ersten Gehäuseelement 1 befestigt. Wenn die Signalverarbeitungsplatte 10 und die Sensortreiberplatte 8 in Form einer einzigen Platte integriert ausgebildet sind, wäre die Signalverarbeitungsplatte 10 selbstverständlich durch Befestigen der Signaltreiberplatte 8 an dem ersten Gehäuseelement 1 befestigt.
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Die Halter 11 werden an dem ersten Gehäuseelement 1 durch Einsetzen der Schrauben 14 in die Gehäuseelement-Passöffnungen 11a und die Halterbefestigungsöffnungen 1a des ersten Gehäuseelements 1 befestigt.
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Die Dichtungsplatte 12 wird an dem Halter 11 befestigt, indem die Schrauben 14 in die Passöffnungen 12a und die Dichtungsplatten-Passöffnungen 11b des Halters 11 eingesetzt werden.
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Die Abdeckung 13 wird an dem ersten Gehäuseelement 1 befestigt, indem die Schrauben 14 in die Passöffnungen 13a und die Abdeckungsbefestigungsöffnungen 1b des ersten Gehäuseelements 1 eingesetzt werden.
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Als nächstes wird der Fluss von Bildinformation bei dem Ausführungsbeispiel 1 erläutert. 6 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung eines exemplarischen Lichtwegs bei dem Bildsensor gemäß Ausführungsbeispiel 1. Die Lichtquelle 20 ist dem Bildsensor 100 zugewandt gegenüberliegend derart angeordnet, dass das zu lesende Objekt 30 sandwichartig dazwischen angeordnet ist. Licht von der Lichtquelle 20 tritt durch das zu lesende Objekt 30 hindurch und trifft auf den Bildsensor 100 auf. Das auf den Bildsensor 100 auftreffende Licht tritt durch die erste transparente Platte 2 hindurch und wird durch die Linse 4 auf dem Sensor 6 fokussiert. Somit wird Bildinformation des zu lesenden Objekts 30 als Licht auf dem Sensor 6 fokussiert.
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Das photoelektrisch umgewandelte Licht wird von dem Sensor 6 weg durch die Sensortreiberplatte 8 hindurch geschickt und kommt an der Signalverarbeitungsplatte 10 an, passiert den Verbinder 10c und wird an die extern von dem Bildsensor 100 vorgesehenen Gerätschaften abgegeben. Auf diese Weise wird die Bildinformation des zu lesenden Objekts 30 als elektrisches Signal an die extern von dem Bildsensor 100 vorgesehenen Gerätschaften abgegeben.
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Obwohl eine Anordnung der Lichtquelle 20 relativ zu dem zu lesenden Objekt 30 auf der gleichen Seite wie der Bildsensor 100 den Unterschied hat, dass das von der Lichtquelle 20 abgestrahlte Licht von dem zu lesenden Objekt 30 reflektiert wird und auf den Bildsensor 100 auftrifft, ist die Arbeitsweise nach dem Eintritt in den Bildsensor 100 die gleiche.
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Als nächstes wird die Wirkungsweise von Ausführungsbeispiel 1 erläutert. Die Platten-Halterungsplatte 9 steht aufgrund der in die Passöffnungen 9e eingesetzten Distanzschrauben 31 unter Spannung. Die Platten-Halterungsplatte 9 steht aufgrund der in die Passöffnungen 9f eingesetzten Distanzschrauben 31 unter Spannung. Dadurch wird die Platten-Halterungsplatte 9 festgehalten sowie in Richtung auf die +Z-Seite orientiert.
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Somit sind die Sensorplatte 7 und der Sensor 6 durch die Platten-Halterungsplatte 9 festgehalten und in Richtung auf die +Z-Seite orientiert. Selbst wenn die Sensorplatte 7 und die Platten-Halterungsplatte 9 mittels der Distanzschrauben 31 an dem ersten Gehäuseelement 1 befestigt werden, wird der Sensor 6 wenig durch Spannungen beeinflusst, während die Distanzschrauben 31 festgezogen werden. Die auf der +Y-Seite angeordnete Oberfläche der Sensorplatte 7 steht mit der Sensorplattenbefestigungs-Standardfläche 9b in Kontakt.
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Die Distanzschrauben 31 sind in die Passöffnungen 9e und die Passöffnungen 9f eingesetzt. Dadurch werden die Sensorplatte 7 und die Platten-Halterungsplatte 9 mit relativ hoher positionsmäßiger Genauigkeit in der Y- und der Z-Richtung festgehalten. Effektiv werden die Sensorplatte 7 und der Sensor 6 durch das erste Gehäuseelement 1 und die Platten-Halterungsplatte 9 in einem Zustand festgehalten, in dem die Positionen in der Y- und der Z-Richtung mit hoher Genauigkeit befestigt sind.
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Die Sensortreiberplatte 8 wird durch das erste Gehäuseelement 1 durch die in die Passöffnungen 8b und die Passöffnungen 9f eingesetzten Distanzschrauben 31 festgehalten. Selbst wenn der Verbinder 8a mit dem Lichtquellen-Ansteuerverbinder 10b verbunden und von diesem getrennt wird, gibt es somit keine Veränderung bei dem montierten Zustand der Sensortreiberplatte 8 und des ersten Gehäuseelements 1. Der montierte Zustand der Sensortreiberplatte 8 und des ersten Gehäuseelements 1 ist somit stabil.
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Wenn die Signalverarbeitungsplatte 10 mittels der Distanzschrauben 31 an der Platten-Halterungsplatte 9 befestigt ist, erstreckt sich ferner die Signalverarbeitungsplatte 10 weiter in Richtung auf die +Y-Seite als die Platten-Halterungsplatte 9. Dies resultiert in einer Konstruktion, bei der elektrische Komponenten, einschließlich des Verbinders 10a, auf der +Y-Seite der Signalverarbeitungsplatte 10 entweder an der Vorderseite oder an der Rückseite angebracht werden können.
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Außerdem steht die Verstärkungskonstruktion 9d zur –Z-Seite der Platten-Halterungsplatte 9 vor. Obwohl eine kompakte Ausbildung vorliegt, kann hierdurch die Platten-Halterungsplatte 9 ausreichend steif sein, um den Sensor 6 mit guter Genauigkeit in der Z-Richtung festzuhalten.
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Als nächstes wird die Staubdichtheit des Bildsensors 100 von Ausführungsbeispiel 1 erläutert. Die Öffnung 1f ist durch die erste transparente Platte 2 dicht verschlossen. Die auf der –Z-Seite angeordnete Öffnung des ersten Gehäuseelements 1 ist durch die Sensortreiberplatte 8 und die Platten-Halterungsplatte 9 dicht verschlossen. Die in der X-Richtung vorhandenen Öffnungen des ersten Gehäuseelements 1 sind durch die Halter 11 und die Dichtungsplatten 12 dicht verschlossen.
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Da somit eine abgedichtete Konfiguration für alle in dem ersten Gehäuseelement 1 ausgebildeten Öffnungen verwendet wird, kann für die Linse 4 und den Sensor 6 im Inneren des ersten Gehäuseelements 1 eine hohe Staubdichtheit erzielt werden.
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Die Lichtquelle 20 ist in Kontakt mit der Lichtquellenbefestigungs-Standardfläche 1d, die Lichtquellen-Befestigungsöffnungen 1c aufweist, und der auf der +Z-Seite angeordneten Oberfläche des planen Bereichs 1h angebracht. Die Fläche 1j ist relativ zu der X-Z-Ebene geneigt. Somit ist der vorstehende Bereich 1i derart ausgebildet, dass eine in der Y-Z-Ebene gebildete Querschnittsfläche in Richtung auf die +Z-Seite schmaler wird.
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Hierdurch kann der Einfallswinkel des von der Lichtquelle 20 abgestrahlten Lichts auf dem zu lesenden Objekt 30 vergrößert werden, und dadurch kann die Lichtquelle 20 mit größerer Freiheit positioniert werden. Wenn z. B. eine direkte Bestrahlung mit Licht erforderlich ist, kann die Lichtquelle 20 in der Nähe des ersten Gehäuseelements 1 platziert werden, um den Einfallswinkel zu vermindern. Wenn dagegen eine Beleuchtung mit Streulicht erforderlich ist, kann die Lichtquelle 20 von dem ersten Gehäuseelement 1 entfernt positioniert werden, um den Einfallswinkel zu vergrößern.
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Ferner kann, wenn eine Erhöhung der Beleuchtungsstärke der Lichtquelle 20 erforderlich ist, die Lichtquelle 20 in der Nähe des zu lesenden Objekts 30 positioniert werden. Ferner kann bei Auftreten von Welligkeit (Abweichungen), wenn in matrixartiger Weise angeordnete Lichtquellen verwendet werden, die Lichtquelle 20 von dem zu lesenden Objekt 30 entfernt positioniert werden.
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Ausführungsbeispiel 2
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Die Konstruktion des Bildsensors sowie das Verfahren zum Herstellen des Bildsensors werden nun für das Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung erläutert.
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Das Ausführungsbeispiel 2 wird im Folgenden anhand der 7 bis 14 erläutert. Das bei dem im Ausführungsbeispiel 2 verwendete orthogonale X-Y-Z-Koordinatensystem ist folgendermaßen definiert. Die Hauptabtastrichtung des Bildsensors 200 ist als X-Achse angenommen, und die Nebenabtastrichtung ist als Y-Achse angenommen. Die Z-Achse ist als die Richtung orthogonal zu der X-Achse und der Y-Achse angenommen. Das zu lesende Objekt ist in der Z-Achsen-Richtung des Bildsensors 200 angeordnet.
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Die Richtung von dem Bildsensor 200 zu dem zu lesenden Objekt ist als positive Richtung der Z-Achse definiert. Im Folgenden wird die Hauptabtastrichtung als X-Richtung bezeichnet, und die Nebenabtastrichtung wird als Y-Richtung bezeichnet. Die Z-Richtung ist die Richtung der Schärfentiefe. Die Seite des Bildsensors 200, auf der sich das zu lesende Objekt befindet, wird als +Z-Seite bezeichnet, und die gegenüberliegende Seite wird als –Z-Seite bezeichnet.
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In ähnlicher Weise wird die Seite in der einen Richtung entlang der Hauptabtastrichtung als +X-Seite bezeichnet, und die Seite in der anderen Richtung wird als –X-Seite bezeichnet. Ferner wird die Seite in der einen Richtung entlang der Nebenabtastrichtung als +Y-Seite bezeichnet, und die Seite in der anderen Richtung wird als –Y-Seite bezeichnet.
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Darüber hinaus bezieht sich bei Ausführungsbeispiel 2 der Ausdruck ”Abtastbreite des Bildsensors 200” auf die lineare Länge, die von denn Bildsensor 200 abgetastet werden kann. Insbesondere handelt es sich bei der ”Abtastbreite” um die lineare Distanz entlang der Hauptabtastrichtung. In den Zeichnungen sind identische oder einander entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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7 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Bildsensors gemäß Ausführungsbeispiel 2. 8 zeigt eine geneigte Perspektivansicht des Bildsensors gemäß Ausführungsbeispiel 2. 9 zeigt eine Seitenansicht des Bildsensors gemäß Ausführungsbeispiel 2 bei Betrachtung in der Nebenabtastrichtung. 10 zeigt eine Seitenansicht des Bildsensors gemäß Ausführungsbeispiel 2 bei Betrachtung in der Hauptabtastrichtung.
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11 zeigt eine Seitenansicht bei Betrachtung in der Hauptabtastrichtung des Bildsensors gemäß Ausführungsbeispiel 2 nach dem Entfernen der Dichtungsplatte des Bildsensors. 12 zeigt eine Seitenansicht bei Betrachtung in der Hauptabtastrichtung des Bildsensors gemäß Ausführungsbeispiel 2 nach dem Entfernen der Halter des Bildsensors. 13 zeigt eine in der Nebenabtastrichtung betrachtete Schnittdarstellung des Bildsensors gemäß Ausführungsbeispiel 2. Der Ausdruck ”Schnittdarstellung in Nebenabtastrichtung” bezieht sich auf eine Ebene orthogonal zu der Hauptabtastrichtung.
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Das bedeutet, bei der ”Schnittdarstellung in Nebenabtastrichtung” handelt es sich um eine Schnittdarstellung entlang der Y-Z-Ebene. 14 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Hauptabtastrichtung von dem Bildsensor gemäß Ausführungsbeispiel 2. Die Ausdrucksweise ”Schnittdarstellung in Hauptabtastrichtung” bezieht sich auf die Ebene orthogonal zu der Nebenabtastrichtung. Das bedeutet, bei der ”Schnittdarstellung in Hauptabtastrichtung” handelt es sich um eine Schnittdarstellung entlang einer X-Z-Ebene.
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Der Bildsensor 200 weist ein erstes Gehäuseelement 1, eine erste transparente Platte 2, eine Linse 4 (optisches Fokussiersystem), einen Sensor 6 (Lichtempfänger), eine Sensorplatte 7, ein plattenförmiges Plattenhalteelement bzw. eine Platten-Halterungsplatte 9, eine Signalverarbeitungsplatte 10, Halter 41, Dichtungsplatten 42, zweite Gehäuseelemente 15 mit einer Wärmeabführfläche 15e (Wärmeabführrippe), eine zweite transparente Platte 16 und eine Lichtquelle 20 auf.
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Bei dem ersten Gehäuseelement 1 handelt es sich um einen Rahmen, der durch ein solches Verfahren, wie z. B. Stranggießen, Spritzgießen oder spanende Bearbeitung unter Verwendung eines leicht formbaren Materials, wie z. B. ein Metall oder Harz, hergestellt ist. Eine Öffnung 1f ist in der Oberfläche auf der +Z-Seite des ersten Gehäuseelements 1 gebildet. Ein Stufenbereich 1g zum Abstützen der ersten transparenten Platte 2 ist in dem Randbereich der Öffnung 1f gebildet. Die Stufe des Stufenbereichs 1g ist zumindest als Stufenform entlang der X-Richtung ausgebildet. Die Öffnung 1f bildet einen Lichtweg für die Passage von Licht.
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Die Länge der Öffnung 1f in X-Richtung ist somit größer als die Abtastbreite, und die Länge in Y-Richtung ist größer als die Länge der Linse 4 in Y-Richtung. Ferner ist eine in X-Richtung verlaufende Öffnung bzw. Aussparung in dem ersten Gehäuseelement 1 gebildet. Die Längen dieser Öffnung in der Y-Richtung und der Z-Richtung sind größer als die jeweiligen Längen der Linse 4 und der Linsenabstützplatte 5 in der Y-Richtung und der Z-Richtung.
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Das erste Gehäuseelement 1 ist derart ausgebildet, dass es in der Schnittdarstellung in der Y-Z-Ebene eine konvexe Form aufweist. Das erste Gehäuseelement 1 weist einen planen Bereich 1h und einen vorstehenden Bereich 1i auf. Ein Linsenaufnahmebereich 1e zum Aufnehmen der Linse 4 ist in dem vorstehenden Bereich 1i ausgebildet. Der distale Endbereich des vorstehenden Bereichs 1i trägt die erste transparente Platte 2.
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Eine Halterungsnut zum Festhalten der Sensortreiberplatte 8 und der Platten-Halterungsplatte 9 ist in der Oberfläche des ersten Gehäuseelements 1 auf der –Z-Seite gebildet. Die Halterungsnut ist entlang der X-Richtung linear ausgebildet. Die Halterungsnut ist an einer in der Y-Richtung versetzten Position gebildet. Ferner ist eine tiefe Nut in der Z-Richtung in der Oberfläche des ersten Gehäuseelements 1 auf der –Z-Seite gebildet.
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Diese Nut ist in der Y- und der Z-Richtung mit einer größeren Länge ausgebildet als auf der Sensorplatte 7 angebrachte Komponenten, so dass es zu keiner Beeinträchtigung des ersten Gehäuseelements 1 mit den angebrachten Komponenten kommt.
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Halterbefestigungsöffnungen 1a sind in den auf der +X-Seite und der –X-Seite angeordneten Oberflächen des ersten Gehäuseelements 1 gebildet. Abdeckungsbefestigungsöffnungen 1b sind in den auf der +Y-Seite und der –Y-Seite angeordneten Oberflächen des ersten Gehäuseelements 1 gebildet. Lichtquellenbefestigungsöffnungen 1c sind in einer Lichtquellenbefestigungs-Standardfläche 1d gebildet.
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Eine relativ zu der X-Z-Ebene geneigte Fläche 1j ist zwischen der Lichtquellenbefestigungs-Standardfläche 1d des ersten Gehäuseelements 1 und der Oberfläche zum Halten der ersten transparenten Platte 2 gebildet. Die entlang der Y-Z-Ebene gebildete Querschnittsfläche des vorstehenden Bereichs 1i ist somit in Richtung auf die +Z-Seite schmaler werdend ausgebildet.
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Die erste transparente Platte 2 ist aus einem solchen Material, wie z. B. Glas oder Harz gebildet. Die erste transparente Platte 2 hat die Funktion einer Abdeckung zum Bedecken der Öffnung 1f. Die erste transparente Platte 2 ist aus einem transparenten Material gebildet, um eine Dämpfung von Licht zu unterdrücken, das von dem zu lesenden Objekt reflektiert wird. Die Position, an der das zu lesende Objekt angeordnet ist, befindet sich auf der +Z-Seite und ist von der ersten transparenten Platte 2 getrennt. Licht tritt durch die erste transparente Platte 2 hindurch in die Linse 4 ein.
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Ferner kann die erste transparente Platte 2 aus UV-Licht blockierendem Glas oder aus Infrarotlicht blockierendem Glas gebildet sein. Durch das Bilden aus solchem Glasmaterial kann die erste transparente Platte 2 eine Funktion zum Auswählen einer optischen Wellenlänge aufweisen, indem sie UV-Licht und Infrarotlicht blockiert.
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Die Dichtung 3, bei der beide Oberflächen als haftende Oberflächen ausgebildet sind, ist aus einem Flächenkörpermaterial gebildet. Die Längen der Dichtung 3 in der X- und der Y-Richtung sind geringer als die des Stufenbereichs 1g. Ein Öffnungsbereich ist in dem zentralen Bereich der Dichtung 3 gebildet, um die Passage von Licht durch die erste transparente Platte 2 hindurch nicht zu blockieren.
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Bei der Linse 4 handelt es sich um eine optische Komponente zum Fokussieren und Koppeln von Licht, wie z. B. eine Stablinsenanordnung oder eine Mikrolinsenanordnung, oder um eine Anordnung von solchen optischen Komponenten, wie z. B. ein optisches Fokussiersystem, bei dem eine Linse und eine Gruppe von Spiegeln kombiniert sind. Bei dem Sensor 6 handelt es sich um eine Sensorgruppe, die aus Sensor-ICs (Lichtempfängerelementen) zum Empfangen von durch die Linse 4 hindurchgehendem Licht gebildet ist.
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Bei der im Ausführungsbeispiel 2 beschriebenen Linse 4 handelt es sich um eine Stablinsenanordnung. Eine Stablinsenanordnung ist durch solche Komponenten, wie z. B. einen Rahmen und zahlreiche in der X-Richtung angeordnete Stablinsen gebildet sowie dazu ausgebildet, ein aufrechtes, unvergrößertes Bild zu fokussieren. Zur Vereinfachung zeigen die Darstellungen des Ausführungsbeispiels 2 nur die Linse 4 als ein Element mit einer länglichen kastenartigen äußeren Formgebung, die sich in der X-Richtung erstreckt.
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Bei der Linsenabstützplatte 5 handelt es sich um eine sich in der X-Richtung erstreckende Platte zum Verstärken der Linse 4.
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Die Sensorplatte 7 ist eine Platte zum Anbringen des Sensors 6 und besitzt eine Größe entsprechend der Länge der Abtastbreite des Sensors 6 in der X-Richtung. Die Sensorplatte 7 erstreckt sich in der X-Richtung. Bei dem Sensor 6 handelt es sich um ein photoelektrisches Wandlerelement. Der Sensor 6 ist mit der Sensortreiberplatte 8 durch ein solches Verfahren, wie z. B. Drahtbonden elektrisch verbunden.
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Der Sensor 6 empfängt von der Linse 4 fokussiertes Licht und führt eine photoelektrische Umwandlung aus. Der Sensor 6 wird durch eine elektrische Verbindung mit der Sensortreiberplatte 8 von der Sensortreiberplatte 8 betrieben bzw. angesteuert. Das photoelektrisch umgewandelte elektrische Signal wird von dem Sensor 6 an die Sensortreiberplatte 8 abgegeben.
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Bei der Sensortreiberplatte 8 handelt es sich um eine Leiterplatte, die sich in der X-Richtung erstreckt. Die Sensortreiberplatte 8 weist einen Verbinder 8a auf, der mit der Signalverarbeitungsplatte 10 verbunden werden kann. Die Sensortreiberplatte 8 weist eine Passöffnung 8b zur Befestigung an dem ersten Gehäuseelement 1 auf. Die Sensortreiberplatte 8 weist solche Komponenten, wie z. B. eine Schaltung zum Ansteuern des Sensors 6 sowie eine Anschlussfläche für Verbindungen mit der Ansteuerschaltung auf.
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Bei der Platten-Halterungsplatte 9 handelt es sich um eine Platte, die sich in der X- und der Y-Richtung erstreckt. Wie bei Betrachtung aus der +Z-Richtung zu sehen ist, weist die Platten-Halterungsplatte 9 eine Gehäuseelement-Befestigungsfläche 9a, eine Sensorplattenbefestigungs-Standardfläche 9b, eine Verstärkungskonstruktion 9d, eine Passöffnung 9e sowie eine Passöffnung 9f auf. Die Gehäuseelement-Befestigungsfläche 9a ist an dem in Y-Richtung gelegenen Randbereich gebildet.
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Die Gehäuseelement-Befestigungsfläche 9a ragt von der +Z-Seite weg. Bei der Sensorplattenbefestigungs-Standardfläche 9b handelt es sich um eine Fläche, die zwischen der Gehäuseelement-Befestigungsfläche 9a und der Hauptfläche 9g gebildet ist. Die Verstärkungskonstruktion 9d ragt von der –Z-Seite der Platten-Halterungsplatte 9 weg.
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Die Verstärkungskonstruktion 9d erstreckt sich in der X-Richtung. Der Sensor 6 ist auf der +Z-Seite der Verstärkungskonstruktion 9d angeordnet. Die Gehäuseelement-Befestigungsfläche 9a erstreckt sich in der X-Richtung. Die Gehäuseelement-Befestigungsfläche 9a ist parallel zu der Hauptfläche 9g. Die Sensorplattenbefestigungs-Standardfläche 9b ist rechtwinklig zu der Hauptfläche 9g.
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Bei der Passöffnung 9e handelt es sich um eine Öffnung zum Befestigen der Platten-Halterungsplatte 9 an dem ersten Gehäuseelement 1. Die Passöffnung 9e ist in der Gehäuseelement-Befestigungsfläche 9a angeordnet. Bei den Passöffnungen 9f handelt es sich um Öffnungen zum Befestigen der Platten-Halterungsplatte 9 und der Sensortreiberplatte 8 an dem ersten Gehäuseelement 1. Die Passöffnungen 9f sind in der ersten Hauptfläche 9g angeordnet.
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Weiterhin erstreckt sich die Verstärkungskonstruktion 9d in der X-Richtung. Dadurch können Verdrehungen und Belastungen unterdrückt werden, die beim Befestigen der Platten-Halterungsplatte 9 an dem ersten Gehäuseelement 1 unter Verwendung von Schrauben 14 in der Platten-Halterungsplatte 9 auftreten. Außerdem kann eine in der Platten-Halterungsplatte 9 in der X-Richtung auftretende Biegung unterdrückt werden. Hierdurch kann eine relativ hohe positionsmäßige Genauigkeit des Sensors 6 und des ersten Gehäuseelements 1 sichergestellt werden.
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Bei der Signalverarbeitungsplatte 10 handelt es sich um eine Leiterplatte. Diese Platte weist einen Verbinder 10a, der mit der Sensortreiberplatte 8 verbunden werden kann, einen Lichtquellen-Ansteuerverbinder 10b, einen Verbinder 10c sowie Passöffnungen 10d und 10e auf. Bei dem Verbinder 10a handelt es sich um einen Verbinder zur Verbindung mit der Sensortreiberplatte 8. Der Verbinder 10c ist nicht dargestellt. Bei dem Verbinder 10c handelt es sich um einen Verbinder zur Verbindung mit externen Gerätschaften.
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Die Signalverarbeitungsplatte 10 weist Passöffnungen 10e zur Befestigung an dem ersten Gehäuseelement 1 auf. Ferner weist die Sensortreiberplatte 8 eine Stromversorgungsschaltung zum Betreiben der Lichtquelle 20 sowie eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) auf, bei der es sich um eine Signalverarbeitungsschaltung handelt. Bei Bedarf können die Signalverarbeitungsschaltung 10 und die Sensortreiberplatte 8 kombiniert sein.
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Bei den Haltern 41 handelt es sich um in etwa L-förmige Komponenten, die eine Fläche parallel zu der Y-Z-Ebene und eine Fläche parallel zu der X-Z-Ebene aufweisen. Die Halter 41 sind aus einem plattenförmigen Material, beispielsweise einer Metallplatte, gebildet. Die Halter 41 weisen Gehäuseelement-Passöffnungen 41a und Dichtungsplatten-Passöffnungen 41b in der zu der Y-Z-Ebene parallelen Fläche auf. Bei der Befestigung des zweiten Gehäuseelements 15 an dem ersten Gehäuseelement 1 sind Öffnungen auf der +X-Seite und der –X-Seite des zweiten Gehäuseelements 15 gebildet.
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Die zu der Y-Z-Ebene parallele Fläche der Halter 41 ist in einem Oberflächenbereich mit dem gleichen Ausmaß oder einem größeren Ausmaß als der Flächenbereich der auf der +X-Seite und der –X-Seite des zweiten Gehäuseelements 15 gebildeten Öffnungen ausgebildet. Hierdurch können die Halter 41 die +X- und die –X-Seite des in dem zweiten Gehäuseelement 15 gebildeten Raums blockieren, während die in dem zweiten Gehäuseelement 15 gebildeten Öffnungen 15g unblockiert bleiben. Die Öffnungen 15g sind auf der +X- und der –X-Seite des zweiten Gehäuseelements 15 gebildet.
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Die Öffnungen 15g sind weiter zur +Z-Seite hin als das erste Gehäuseelement 1 gebildet. Zusammen mit der Dichtungsplatte 42 überdecken die Halter 41 die +X-Seite und die –X-Seite des zweiten Gehäuseelements 15. Die grundlegende Konstruktion der Halter 41 ist in etwa L-förmig, und zum Erreichen der erforderlichen Festigkeit kann eine Verstärkungskonstruktion vorgesehen sein, wie z. B. eine kastenartige Konstruktion.
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Bei der Dichtungsplatte 42 handelt es sich um eine etwa L-förmige Komponente mit einer Fläche parallel zu der Y-Z-Ebene und einer Fläche parallel zu der X-Y Ebene. Die Dichtungsplatte 42 ist aus einer Plattenkomponente aus einem Material, wie z. B. Metall oder Harz, gebildet. Die Dichtungsplatte 42 weist Passöffnungen 42a und eine Glas-Druckbeaufschlagungsfläche 42b auf.
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Bei den Passöffnungen 42a handelt es sich um Öffnungen zum Befestigen der Dichtungsplatte 42 an der zu der X-Z-Ebene parallelen Fläche des Halters 41, wobei die Y-Z-Koordinaten denen der Dichtungsplatten-Passöffnungen 41b entsprechen. Bei der Glas-Druckbeaufschlagungsfläche 42b handelt es sich um eine Fläche auf der –Z-Seite der Dichtungsplatte 42, die parallel zu der X-Y-Ebene ist. Die Glas-Druckbeaufschlagungsfläche 42b ist kontinuierlich mit der zu der Y-Z-Ebene parallelen Fläche der Dichtungsplatte 42.
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Ferner ist die Länge der Glas-Druckbeaufschlagungsfläche 42b in der Y-Richtung äquivalent zu der Länge der zweiten transparenten Platte 16 in der Y-Richtung. Die Länge der Glas-Druckbeaufschlagungsfläche 42b in Z-Richtung ist gleich den halben Längen der Differenz der zweiten transparenten Platte 16 und der Platte 18 in Z-Richtung.
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Die Abdeckung 13 ist kastenförmig ausgebildet und besitzt eine Öffnung auf ihrer +Z-Seite. Die Abdeckung 13 ist aus einem solchen Material, wie z. B. Metallplattenmaterial oder aus einem Formgegenstand gebildet. Die Abdeckung 13 weist eine Passöffnung 13a auf.
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Bei dem zweiten Gehäuseelement 15 handelt es sich um eine säulenförmige Komponente, die durch ein solches Verfahren, wie z. B. Stranggießen, Spritzgießen oder spanende Bearbeitung unter Verwendung eines leicht formbaren Materials, wie z. B. Metall oder Harz, hergestellt ist. Das zweite Gehäuseelement 15 erstreckt sich in der X-Richtung.
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Das zweite Gehäuseelement 15 weist eine erste Gehäuseelement-Befestigungsfläche 15a, erste Gehäuseelement-Befestigungsöffnungen 15b, eine Lichtquellenplatten-Befestigungsfläche 15c, eine Glas-Befestigungsfläche 15d und eine Wärmeabführfläche 15e auf.
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Die erste Gehäuseelement-Befestigungsfläche 15a ist parallel zu der Lichtquellenbefestigungs-Standardfläche 1d. Die ersten Gehäuseelement-Befestigungsöffnungen 15b sind in der ersten Gehäuseelement-Befestigungsfläche 15a angeordnet. Die ersten Gehäuseelement-Befestigungsöffnungen 15b und die Lichtquellen-Befestigungsöffnungen 1c sind in der Y-Richtung stapelartig angeordnet. Die Lichtquellen-Befestigungsfläche 15c ist mit der ersten Gehäuseelement-Befestigungsfläche 15a kontinuierlich ausgebildet.
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Die Lichtquellenplatten-Befestigungsfläche 15c erstreckt sich in der X-Richtung unter einem Winkel relativ zu der ersten Gehäuseelement-Befestigungsfläche 15a. Wenn der zwischen der Lichtquellenplatten-Befestigungsfläche 15c und der ersten Gehäuseelement-Befestigungsfläche 15a gebildete Winkel mit θ angenommen wird, dann gilt 90° < θ < 180°. Wenn die Abstrahlungsrichtung der Lichtquelle 20 rechtwinklig zu der Lichtquellenplatten-Befestigungsfläche 15c ist, ist der Einfallswinkel auf dem zu lesenden Objekt 180° – θ.
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Die Glas-Befestigungsfläche 15d ist parallel zu der auf der –Z-Seite angeordneten Oberfläche der ersten transparenten Platte 2. Die Glas-Befestigungsfläche 15d ist mit einer ausreichend großen Oberfläche zum Abstützen der zweiten transparenten Platte 16 und der Platte 18 ausgebildet. Um den Lichtweg von der Lichtquelle 20 zu dem zu lesenden Objekt nicht zu blockieren, erstreckt sich die Glas-Befestigungsfläche 15d nicht auf die +Z-Seite der Lichtquellenplatten-Befestigungsfläche 15c.
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Bei der Wärmeabführfläche 15e handelt es sich um eine Fläche, die in Y-Richtung auf der Rückseite der Lichtquellenplatten-Befestigungsfläche 15c angeordnet ist. Bei der Wärmeabführfläche 15e handelt es sich um eine Fläche, die durch rippenförmige vorstehende Bereiche gebildet ist. Die Rippen der Wärmeabführfläche 15e stehen in der Y-Richtung weg. Von der Lichtquelle 20 erzeugte Wärme wird durch die Wärmeabführfläche 15e in die Atmosphäre abgeführt.
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Solche Eigenschaften, wie die Anzahl, Länge, Breite und Beabstandung der Rippen der Wärmeabführfläche 15e können in Abhängigkeit von der von der Lichtquelle 20 erzeugten Wärmemenge sowie in Abhängigkeit von Ausbildungsbedingungen, wie z. B. Einschränkungen bei der Außenform des Bildsensors 200, optimiert werden.
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Die zweite transparente Platte 16 ist z. B. aus Glas oder Harz gebildet. Die zweite transparente Platte 16 hat die Funktion einer Abdeckung zum Bedecken der Öffnung auf der +Z-Seite des zweiten Gehäuseelements 15. Die zweite transparente Platte 16 ist aus einem transparenten Material gebildet, um eine Dämpfung von Licht zu unterdrücken, das von dem zu lesenden Objekt reflektiert wird. Die Anordnungsstelle des zu lesenden Objekts befindet sich auf der +Z-Seite der zweiten transparenten Platte 16.
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Die Dichtung 17, bei der beide Oberflächen als Haftflächen ausgebildet sind, ist aus einem Flächenkörpermaterial gebildet. Die Längen der Dichtung 17 in der X- und der Y-Richtung sind geringer als die der Platte 18. Ein Öffnungsbereich ist in dem zentralen Bereich der Dichtung 17 gebildet, um die Passage von Licht durch die zweite transparente Platte 16 hindurch nicht zu blockieren.
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Die Platte 18 ist durch Formen von Harzmaterial gebildet. Bei der Platte 18 handelt es sich um eine flächenkörperartige oder plattenartige Komponente. Die Platte 18 ist derart ausgebildet, dass die Längen derselben geringer sind als die Längen der Glas-Befestigungsfläche 15d in der X- und der Y-Richtung.
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Ein Öffnungsbereich ist in dem zentralen Bereich der Platte 18 gebildet, um die Blockade von durch die zweite transparente Platte 16 hindurchgehendem Licht zu vermeiden. Der Öffnungsbereich der Platte 18 weist die gleiche Formgebung in der X-Y-Ebene auf wie der Öffnungsbereich der Dichtung 17.
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Die Lichtquellenplatte 19 ist derart ausgebildet, dass die Längen derselben kleiner sind als die Längen der Lichtquellenplatten-Befestigungsfläche 15c in der X- und der Y-Richtung. Bei der Lichtquellenplatte 19 handelt es sich um eine Platte, die sich in der X-Richtung erstreckt. Die Lichtquellenplatte 19 ist aus einer Glas-Epoxy-Platte oder einer Metallplatte, wie z. B. eine Aluminiumplatte oder eine Kupferplatte, gebildet.
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Die Lichtquellenplatte 19 weist einen Verbinder 19a auf, der von einer Stromversorgung zum Betreiben der Lichtquelle 20 gespeist wird. Nach Bedarf kann die Lichtquellenplatte 19 durch separate Platten gebildet sein, die in der X-Richtung seitlich nebeneinander angeordnet sind.
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Bei der Lichtquelle 20 handelt es sich um eine Punktlichtquelle, wie z. B. eine LED. Bei Bedarf kann die Lichtquelle 20 durch eine Kombination von Lichtquellen mit einer Vielzahl von Farben gebildet sein, die farbiges Licht erzeugen, wie z. B. Rot, Blau, Grün, UV-Licht und Infrarotlicht. Anstelle einer Anordnung der Vielzahl von Lichtquellen 20 nur entlang der X-Richtung, kann ferner die Anordnung auf der Lichtquellenplatte 19 auch in der Y-Richtung vorgesehen sein.
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Bei dem Kabelbaum 21 handelt es sich um ein Kabel zum Betreiben der Lichtquelle 20. Der Kabelbaum 21 ist mit einer ausreichenden Länge ausgebildet, um die Lichtquellenplatte 19 und die Signalverarbeitungsplatte 10 miteinander zu verbinden.
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Die Dichtung 22, bei der beide Oberflächen als Haftflächen ausgebildet sind, ist aus einem Flächenkörpermaterial gebildet. Die Haftfläche der Dichtung 22 besitzt die gleiche Formgebung wie die Haftfläche der Lichtquellenplatte 19. Die Dichtung 22 ist vorzugsweise aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit gebildet.
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Als nächstes wird das Verfahren zum Herstellen des Bildsensors 200 gemäß Ausführungsbeispiel 2 erläutert.
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Die erste transparente Platte 2 wird mittels der Dichtung 3 an der Öffnung 1f befestigt.
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Die Linsenabstützplatte 5 und die Linse 4 werden beispielsweise mittels eines Klebstoffs oder doppelseitigen Klebebands festgeklebt. Weder bei der Linsenabstützplatte 5 noch bei der Linse 4 handelt es sich notwendigerweise um eine einzelne Komponente, und es kann eine Konstruktion verwendet werden, die mehrere solche Komponenten miteinander verbindet.
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Die die Linse 4 stützende Linsenabstützplatte 5 wird in das erste Gehäuseelement 1 eingesetzt und von diesem festgehalten. Aufgrund einer derartigen Konfiguration kann der Brennpunkt der Linse 4 mit der Position der transportierten Oberfläche des zu lesenden Objekts in Übereinstimmung gebracht werden.
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Die Sensorplatte 7 und die Sensortreiberplatte 8 werden an der Platten-Halterungsplatte 9 angebracht. Durch diese Befestigung sind die Sensorplatte 7 und die Sensortreiberplatte 8 auf der +Z-Seite der Platten-Halterungsplatte 9 festgehalten. Die Sensorplatte 7 ist an der Platten-Halterungsplatte 9 beispielsweise mittels eines Klebstoffs oder Klebebands festgeklebt. Während des Anbringens der Sensorplatte 7 an der Platten-Halterungsplatte 9 werden die Sensorplatte 7 und die Platten-Halterungsplatte 9 mit relativ hoher positionsmäßiger Genauigkeit in der Y- und der Z-Richtung angebracht, da die auf der +Y-Seite angeordnete Fläche der Sensorplatte 7 mit der Sensorplattenbefestigungs-Standardfläche 9b in Kontakt tritt.
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Der Sensor 6 wird auf der Sensorplatte 7 angebracht. Die Sensortreiberplatte 8 wird aufgrund des Kontakts mit der Hauptfläche 9g der Platten-Halterungsplatte 9 parallel zu der Sensorplatte 7 angeordnet. Ferner wird, nachdem die Passöffnungen 9f und die Passöffnungen 8b in der Z-Richtung stapelartig übereinander angeordnet sind, die Sensortreiberplatte 8 beispielsweise unter Verwendung von einem Klebstoff oder Klebeband haftend angebracht.
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Die Sensortreiberplatte 8 wird durch das erste Gehäuseelement 1 festgehalten, indem die Distanzschraube 31 in die Passöffnung 8b und die Passöffnung 9f eingesetzt wird. Selbst wenn der Verbinder 8a an dem Lichtquellen-Ansteuerverbinder 10b angebracht und von diesem gelöst wird, bleibt der montierte Zustand der Sensortreiberplatte 8 und des ersten Gehäuseelements 1 unverändert. Der montierte Zustand der Sensortreiberplatte 8 und des ersten Gehäuseelements 1 ist somit stabil. Die Platten-Halterungsplatte 9 wird an dem ersten Gehäuseelement 1 befestigt, indem die Distanzschrauben 31 in die Passöffnung 9e und die Passöffnungen 9f eingesetzt werden.
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Die Passöffnung 9e ist auf der +Y-Seite des Sensors 6 gebildet. Die Passöffnungen 9f sind auf der –Y-Seite des Sensors 6 gebildet. In der Y-Richtung ist der Sensor 6 in einer mittleren Position zwischen der Passöffnung 9e und der Passöffnung 9f angeordnet. Die Platten-Halterungsplatte 9 ist aufgrund der in die Passöffnung 9e eingesetzten Distanzschraube 31 unter Spannung. Die Platten-Halterungsplatte 9 ist aufgrund der in die Passöffnungen 9f eingesetzten Distanzschrauben 31 unter Spannung.
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Die Platten-Halterungsplatte 9 ist somit zur +Z-Seite weisend festgehalten. Dadurch ist der Sensor 6 durch die Platten-Halterungsplatte 9 der +Z-Seite zugewandt festgehalten. Obwohl die Sensorplatte 7 und die Platten-Halterungsplatte 9 durch die Distanzschrauben 31 an dem ersten Gehäuseelement 1 befestigt sind, wird der Sensor 6 während der Befestigung der Distanzschrauben 31 kaum durch Spannungen beeinflusst.
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Somit werden die Eigenschaften des Sensors 6 während der Befestigung nicht durch Spannungen verändert. Der Sensor 6 ist somit stabil festgehalten. Darüber hinaus sind die Mittel zum Befestigen der Sensorplatte 7 und der Platten-Halterungsplatte 9 an dem ersten Gehäuseelement 1 nicht auf die Distanzschrauben 31 beschränkt, und es kann auch eine solche Befestigung, wie z. B. z. B. mittels Nieten oder Kleben verwendet werden.
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Durch Einpassen des Verbinders 10a in den Verbinder 8a wird die Signalverarbeitungsplatte 10 mit der Sensortreiberplatte 8 elektrisch verbunden. Die Passöffnung 10d und die Passöffnung 9e werden in der Z-Richtung übereinander gestapelt. Durch Einsetzen der Schraube 14 in die Passöffnung 10d und die Schraubenöffnung der in die Passöffnung 9e eingesetzten Distanzschraube 31 werden die Platten-Halterungsplatte 9 und die Signalverarbeitungsplatte 10 aneinander befestigt.
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Ferner werden die Passöffnungen 10e und die Passöffnungen 9f in der Z-Richtung übereinander gestapelt. Durch Einsetzen der Schrauben 14 in die Passöffnungen 10e und die Schraubenöffnungen der in die Passöffnungen 9f eingesetzten Distanzschrauben 31 werden die Platten-Halterungsplatte 9 und die Signalverarbeitungsplatte 10 fest aneinander montiert.
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Somit ist die Signalverarbeitungsplatte 10 in indirekter Weise an dem ersten Gehäuseelement 1 befestigt. Wenn die Signalverarbeitungsplatte 10 und die Sensortreiberplatte 8 in Form einer einzigen Platte integriert ausgebildet sind, wäre die Signalverarbeitungsplatte 10 selbstverständlich durch Befestigen der Signaltreiberplatte 8 an dem ersten Gehäuseelement 1 befestigt.
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Die Halter 41 werden an dem ersten Gehäuseelement 1 durch Einsetzen der Schrauben 14 in die Gehäuseelement-Passöffnungen 41a und die Halterbefestigungsöffnungen 1a des ersten Gehäuseelements 1 befestigt.
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Die Lichtquelle 20 und der Verbinder 19a werden an der Lichtquellenplatte 19 durch Löten montiert. Die Lichtquellenplatte 19 wird somit zu einer linearen Lichtquelle. Anstelle der Lichtquellenplatte 19 und der Lichtquelle 20 kann ferner auch eine Flächenlichtquelle, wie z. B. eine Lampe oder eine Elektrolumineszenzlichtquelle, verwendet werden.
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Die Dichtung 22 wird zum Festlegen der Lichtquellenplatte 19 an der Lichtquellenplatten-Befestigungsfläche 15c verwendet.
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Das zweite Gehäuseelement 15 wird an dem ersten Gehäuseelement 1 durch Einsetzen der Schrauben 14 in die ersten Gehäuseelement-Befestigungsöffnungen 15b befestigt. In der gleichen Weise wie die Befestigung des zweiten Gehäuseelements 15 an dem ersten Gehäuseelement 1 auf der +Y-Seite erfolgt auch die Befestigung des zweiten Gehäuseelements 15 auf der –Y-Seite.
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Aufgrund der Befestigung des zweiten Gehäuseelements 15 an dem ersten Gehäuseelement 1 tritt die auf der –Z-Seite angeordnete Oberfläche des zweiten Gehäuseelements 15 mit der auf der +Z-Seite angeordneten Oberfläche des planen Bereichs 1h in Kontakt. Die erste Gehäuseelement-Befestigungsfläche 15a tritt mit der Lichtquellenbefestigungs-Standardfläche 1d in Kontakt. Hierdurch werden das zweite Gehäuseelement 15 und das erste Gehäuseelement 1 mit relativ hoher positionsmäßiger Genauigkeit in der Z-Richtung befestigt.
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Aufgrund der Befestigung des zweiten Gehäuseelements 15 an dem ersten Gehäuseelement 1 ist ein konkaver Bereich 15f zwischen dem planen Bereich 1h und der Wärmeabführfläche 15e gebildet. Der konkave Bereich 15f ist in der Y-Richtung konkav. Insbesondere ist der konkave Bereich 15f folgendermaßen definiert: die auf der +Z-Seite angeordnete Oberfläche des planen Bereichs des ersten Gehäuseelements 1, die auf der –Z-Seite angeordnete Oberfläche der rippenförmigen Wärmeabführfläche 15e sowie die zu der X-Z-Ebene parallele Oberfläche des zweiten Gehäuseelements, die zwischen dem planen Bereich des ersten Gehäuseelements 1 und der Wärmeabführfläche 15e angeordnet ist. Der konkave Bereich 15f ist zwischen dem planen Bereich 1h und dem Bereich in der Nähe der Lichtquellenplatten-Befestigungsfläche 15c des zweiten Gehäuseelements 15 gebildet.
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Ein Anschluss an dem einen Ende des Kabelbaums 21 wird in den Verbinder 19a eingesetzt. Der Anschluss an dem anderen Ende des Kabelbaums 21 wird in den Lichtquellen-Ansteuerverbinder 10b eingesetzt. Der Kabelbaum 21 führt von dem planen Bereich 1h zur Außenseite des ersten Gehäuseelements 1, passiert den konkaven Bereich 15f und stellt eine Verbindung mit der an dem zweiten Gehäuseelement 15 befestigten Lichtquellenplatte 19 her.
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Insbesondere erstreckt sich der Kabelbaum 21 nacheinander von dem Lichtquellen-Ansteuerverbinder 10b, dem auf der +X-Seite von dem planen Bereich 1h gebildeten konkaven Bereich, dem konkaven Bereich 15f und dem auf der +X-Seite von dem zweiten Gehäuseelement 15 gebildeten konkaven Bereich in Richtung auf den Verbinder 19a. Selbst wenn sich die Dicke und die Anzahl der Drähte des Kabelbaums 21 ändern, bleiben somit die Längen des Bildsensors 200 in den X-, Y- und Z-Richtungen unverändert, solange der Kabelbaum 21 die verschiedenen konkaven Bereiche passieren kann.
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Die Abdeckung 13 wird an dem ersten Gehäuseelement 1 befestigt, indem die Schrauben 14 in die Passöffnungen 13a und die Abdeckungsbefestigungsöffnungen 1b eingesetzt werden.
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Die zweite transparente Platte 16 wird unter Verwendung der Dichtung 17 an die Platte 18 geklebt. Von der Öffnung 15g her sowie entlang der Glas-Befestigungsfläche 15d wird die zweite transparente Platte 16 in der X-Richtung in Richtung auf das Innere des zweiten Gehäuseelements 15 eingesetzt. Die Länge der Platte 18 in der Y-Richtung ist größer als die Länge der zweiten transparenten Platte 16 in der Y-Richtung und kleiner als die Länge der in der Glas-Befestigungsfläche 15d ausgebildeten Öffnung in der Y-Richtung.
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Somit hat die Platte 18 die Funktion einer Schiene zum Verschieben der zweiten transparenten Platte 16, wenn die zweite transparente Platte 16 in die Öffnung 15g eingesetzt wird. Die Platte 18 blockiert den Spalt zwischen dem zweiten Gehäuseelement 15 und der zweiten transparenten Platte 16 und kann das Eindringen von Fremdkörpern verhindern.
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Die Dichtungsplatte 42 wird an dem Halter 41 angebracht. Die Glas-Druckbeaufschlagungsfläche 42b wird auf der +Z-Seite der Platte 18 positioniert, wird jedoch nicht auf der +Z-Seite der zweiten transparenten Platte 16 positioniert. Hierdurch kann die Dichtungsplatte 42 die zweite transparente Platte 16 nicht direkt mit Druck beaufschlagen. Das bedeutet, die Dichtungsplatte 42 schafft eine indirekte Festlegung der zweiten transparenten Platte 16 in der X- und der Z-Richtung.
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Aufgrund der Tatsache, dass der zwischen dem zweiten Gehäuseelement 15 und der zweiten transparenten Platte 16 gebildete Spalt durch die Positionierung der Dichtungsplatte 42 auf der +Z-Seite der Platte 18 blockiert wird, kann das Eindringen von Fremdkörpern verhindert werden. Ferner sind die Befestigungsmittel zum Befestigen der Dichtungsplatte 42 an dem Halter 41 nicht auf die Schrauben 14 beschränkt, und es kann auch eine Befestigung unter Verwendung von Nieten oder durch Kleben verwendet werden
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Als nächstes wird der Fluss von Bildinformation bei dem Ausführungsbeispiel 2 erläutert.
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15 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung eines exemplarischen Lichtwegs bei dem Bildsensor gemäß Ausführungsbeispiel 2. Die Lichtquelle 20 wird von der Signalverarbeitungsplatte 10 durch den Kabelbaum 21 angesteuert. Licht von der Lichtquelle 20 tritt durch die zweite transparente Platte 16 hindurch und wird auf das zu lesende Objekt 30 abgestrahlt. Das von dem zu lesenden Objekt 30 reflektierte Licht tritt durch die zweite transparente Platte 16 und die erste transparente Platte 2 hindurch und wird durch die Linse 4 auf dem Sensor 6 fokussiert. Somit wird Bildinformation des zu lesenden Objekts 30 als Licht auf dem Sensor 6 fokussiert.
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Das photoelektrisch umgewandelte Licht wird von dem Sensor 6 weg durch die Sensortreiberplatte 8 hindurch geschickt und kommt an der Signalverarbeitungsplatte 10 an, passiert den Verbinder 10c und wird an die extern von dem Bildsensor 200 vorgesehenen Gerätschaften abgegeben. Auf diese Weise wird die Bildinformation des zu lesenden Objekts 30 als elektrisches Signal an die extern von dem Bildsensor 200 vorgesehenen Gerätschaften abgegeben.
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Als nächstes wird der Fluss der von der Lichtquelle 20 bei dem Ausführungsbeispiel 2 erzeugten Wärme erläutert.
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Von der Lichtquelle 20 erzeugte Wärme wird über die Oberfläche der Lichtquellenplatte 19, auf der die Lichtquelle 20 montiert ist, zu der Lichtquellenplatte 19 geleitet. Die Wärme der Lichtquellenplatte 19 wird durch Wärmeleitung zu der Dichtung 22 geleitet, die in inniger Berührung mit der rückseitigen Oberfläche steht, die der Montagefläche der Lichtquelle 20 gegenüberliegt.
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Wärme der Dichtung 22 wird durch Wärmeleitung durch die Lichtquellenplatten-Befestigungsfläche 15c zu dem zweiten Gehäuseelement 15 geleitet. Nach dem Verteilen der Wärme innerhalb des zweiten Gehäuseelements 15 von der Lichtquellenplatten-Befestigungsfläche 15c wird die Wärme von dem zweiten Gehäuseelement 15 von den Oberflächen des zweiten Gehäuseelements 15, die die Wärmeabführfläche 15e beinhaltet, an die Atmosphäre freigesetzt.
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Der Kabelbaum 21 erstreckt sich durch den konkaven Bereich 15f als Kabelbaumroute. Der konkave Bereich 15f ist in Richtung auf die Innenseite des zweiten Gehäuseelements 15 konkav. Somit ist der Kabelbaum 21 mit dem Inneren der äußeren Formgebung des zweiten Gehäuseelements 15 verdrahtet. Aufgrund dieser Konfiguration weist der Bildsensor 20 eine einfache Konstruktion auf, und somit kann das Risiko einer Produktbeschädigung aufgrund von Arbeitsfehlern, wie z. B. einem Hängenbleiben des Kabelbaums 21 während solcher Arbeiten, wie z. B. der Befestigung von Komponenten an dem Bildsensor 200 verhindert werden.
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Als nächstes wird die Staubdichtheit des Bildsensors 200 von Ausführungsbeispiel 2 erläutert. Die Öffnung 1f ist durch die erste transparente Platte 2 dicht verschlossen. Die auf der –Z-Seite angeordnete Öffnung des ersten Gehäuseelements 1 ist durch die Sensortreiberplatte 8 und die Platten-Halterungsplatte 9 dicht verschlossen. Die in der X-Richtung vorhandenen Öffnungen des ersten Gehäuseelements 1 sind durch die Halter 41 und die Dichtungsplatten 12 dicht verschlossen. Da somit eine abgedichtete Konfiguration für alle in dem ersten Gehäuseelement 1 ausgebildeten Öffnungen verwendet wird, kann für die Linse 4 und den Sensor 6 im Inneren des ersten Gehäuseelements 1 eine hohe Staubdichtheit erzielt werden.
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Andererseits sind die Platte 18 und die zweite transparente Platte 16 an der Glas-Befestigungsfläche 15d angebracht. Die Längen der Platte 18 in X- und Y-Richtung sind in etwa gleich den Längen der Glas-Befestigungsfläche 15d in X- und Y-Richtung. Ferner ist der eine Bereich der +Z-seitigen Oberfläche der Platte 18 in der Z-Richtung mit der –Z-seitigen Oberfläche der zweiten transparenten Platte 16 gestapelt angeordnet.
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Ferner steht die erste Gehäuseelement-Befestigungsfläche 15a mit der Lichtquellenbefestigungs-Standardfläche 1d in Kontakt. Die –Z-seitige Oberfläche des zweiten Gehäuseelements 15 steht mit der +Z-seitigen Oberfläche des planen Bereichs 1h in Kontakt. Ferner sind auch die +X- und die –X-Seite des zweiten Gehäuseelements 15 von den Haltern 41 und den Dichtungsplatten 42 bedeckt.
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Aufgrund der Abdeckung der Öffnung der Dichtungsplatten 42 durch die Platten 18 auf der +X-Seite und der –X-Seite kann eine hohe Staubdichtheit für die Lichtquelle 20 und die Linse 4 sowie den Sensor 6 im Inneren des ersten Gehäuseelements 1 sichergestellt werden. Das bedeutet, die in dem zweiten Gehäuseelement 15 ausgebildeten Öffnungen sind alle dicht verschlossen, und somit kann hohe Staubdichtheit für die Lichtquelle 20 und die Linse 4 sowie den Sensor 6 im Inneren des ersten Gehäuseelements 1 sichergestellt werden.
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Die Lichtquellenplatte 19 ist an der Lichtquellenplatten-Befestigungsfläche 15c mittels der Dichtung 22 befestigt. Somit ist die Lichtquelle 20 in dem zweiten Gehäuseelement 15 festgehalten. Das zweite Gehäuseelement 15 ist an dem ersten Gehäuseelement 1 durch Einsetzen von Schrauben 14 in die Lichtquellen-Befestigungsöffnungen 1c befestigt.
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Das zweite Gehäuseelement 15 kann in einfacher Weise an dem ersten Gehäuseelement 1 befestigt sowie von diesem gelöst werden, indem die Schrauben 14 angebracht und entfernt werden. Während das erste Gehäuseelement 1 dicht verschlossen bleibt, können die Lichtquellenplatte 19 und die Lichtquelle 20 in dieser Weise durch Anbringen und Lösen der Schrauben 14 ausgetauscht werden.
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Wie ferner in 11 veranschaulicht, bedecken die Halter 41 nicht die +Z-Seite der Glas-Befestigungsfläche 15d. Insbesondere überdecken die Halter 41 nicht die +Z-Seite und die –Z-Seite der Öffnungsbereiche, die sich in der X-Richtung des zweiten Gehäuseelements 15 öffnen. Somit können, während die Halter 41 angebracht bleiben, die zweite transparente Platte 16 und die Platte 18 in der X-Richtung herausgezogen werden.
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Die Staubdichtheit sowie die gewünschten optischen Eigenschaften des Bildsensors 200 werden möglicherweise nicht erreicht, wenn die zweite transparente Platte 16 bricht oder Oberflächenbeeinträchtigungen aufgrund von Zerkratzen aufweist. Selbst bei Auftreten von derartigem Bruch oder derartigen Beeinträchtigungen können die zweite transparente Platte 16 und die Platte 18 in einfacher Weise ersetzt werden, während die Staubdichtheit der Linse 4 im Inneren des ersten Gehäuseelements 1 erhalten bleibt.
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Ferner ist bereits ein Bildsensor bekannt, bei dem ein mit einer Leiterplatte einer organischen Elektrolumineszenzeinheit elektrisch verbundenes Kabel von einer Kabeldurchführung durch eine Durchgangsöffnung zur Außenseite eines Gehäuses geführt ist, wie dies exemplarisch durch die Patentliteratur 2 dargestellt ist.
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Aufgrund der Verdrahtung des Kabels auf der Außenseite des Gehäuses besteht jedoch bei diesem Typ von Bildsensor ein Problem dahingehend, dass sich die äußere Formgebung des Bildsensors in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Kabels, wie z. B. der Dicke und der Anzahl der Drähte, ändert.
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Der Kabelbaum 21 stellt eine Verbindung mit der Lichtquellenplatte 19 durch den nicht vorstehenden Bereich (konkaver Bereich 15f) des zweiten Gehäuseelements 15 her, der zwischen dem planen Bereich 1h und dem Befestigungsbereich der Lichtquellenplatte 19 des zweiten Gehäuseelements 15 gebildet ist, und somit ist die äußere Formgebung des Bildsensors 200 auch dann unverändert, wenn der Kabelbaum 21 den äußeren Bereich des Gehäuseelements durchläuft.
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Vorstehend sind einige exemplarische Ausführungsformen zum Zweck der Erläuterung beschrieben worden. Obwohl die vorstehende Beschreibung spezielle Ausführungsformen erläutert hat, ist für die einschlägigen Fachleute erkennbar, dass Änderungen in der Form und den Details vorgenommen werden können, ohne dass man den weiteren Umfang und Gedanken der Erfindung verlässt.
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Aus diesem Grund sind die Beschreibung und die Zeichnungen als erläuternd und nicht als einschränkend zu verstehen. Die vorliegende ausführliche Beschreibung soll daher nicht einschränkend verstanden werden, und der Umfang der Erfindung ist ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche definiert, und zwar zusammen mit der gesamten Spanne von Äquivalenten, zu denen diese Ansprüche berechtigen.
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil der
japanischen Patentanmeldungen Nr. 2013-056761 und
Nr. 2013-056764 , eingereicht am 19. März 2013, deren gesamte Offenbarung durch Bezugnahme zu einem Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erstes Gehäuseelement
- 1a
- Halterbefestigungsöffnung
- 1b
- Abdeckungsbefestigungsöffnung
- 1c
- Lichtquellenbefestigungsöffnung
- 1d
- Lichtquellenbefestigungs-Standardfläche
- 1e
- Linsenaufnahmebereich
- 1f
- Öffnung
- 1g
- Stufenbereich
- 1h
- planer Bereich
- 1i
- vorstehender Bereich
- 1j
- Fläche
- 2
- erste transparente Platte
- 3
- Dichtung
- 4
- Linse (optisches Fokussiersystem)
- 5
- Linsenabstützplatte
- 6
- Sensor (Lichtempfänger)
- 7
- Sensorplatte
- 8
- Sensortreiberplatte
- 8a
- Verbinder
- 8b
- Passöffnung
- 9
- Platten-Halterungsplatte
- 9a
- Gehäuseelement-Befestigungsfläche
- 9b
- Sensorplattenbefestigungs-Standardfläche
- 9d
- Verstärkungskonstruktion
- 9e
- Passöffnung
- 9f
- Passöffnung
- 9g
- Hauptfläche
- 10
- Signalverarbeitungsplatte
- 10a
- Verbinder
- 10b
- Lichtquellen-Ansteuerverbinder
- 10c
- Verbinder
- 10d
- Passöffnung
- 10e
- Passöffnung
- 11
- Halter
- 11a
- Gehäuseelement-Passöffnung
- 11b
- Dichtungsplatten-Passöffnung
- 12
- Dichtungsplatte
- 12a
- Passöffnung
- 12b
- Glas-Druckbeaufschlagungsfläche
- 13
- Abdeckung
- 13a
- Passöffnung
- 14
- Schraube
- 15
- zweites Gehäuseelement
- 15a
- erste Gehäuseelement-Befestigungsfläche
- 15b
- erste Gehäuseelement-Befestigungsöffnungen
- 15c
- Lichtquellenplatten-Befestigungsfläche
- 15d
- Glas-Befestigungsfläche
- 15e
- Wärmeabführfläche
- 15f
- konkaver Bereich
- 15g
- Öffnung
- 16
- zweite transparente Platte
- 17
- Dichtung
- 18
- Platte
- 19
- Lichtquellenplatte
- 19a
- Verbinder
- 20
- Lichtquelle
- 21
- Kabelbaum
- 22
- Dichtung
- 30
- zu lesendes Objekt
- 31
- Distanzschraube
- 41
- Halter
- 41a
- Gehäuseelement-Passöffnung
- 41b
- Dichtungsplatten-Passöffnung
- 42
- Dichtungsplatte
- 42a
- Passöffnung
- 42b
- Glas-Druckbeaufschlagungsfläche
- 100
- Bildsensor
- 200
- Bildsensor
