JP2009092742A - Light guide element and image sensor module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、たとえばフラットベッドスキャナなどに用いられる導光体、およびイメージセンサモジュールに関する。 The present invention relates to a light guide used for, for example, a flatbed scanner and an image sensor module.
図8は、従来の導光体およびこれを用いたイメージセンサモジュールの一例を示している(たとえば特許文献1参照)。同図に示されたイメージセンサモジュールXは、基板91、光源モジュール92、複数のセンサICチップ93、導光体94、およびケース95を備えている。基板91は、絶縁基板であり、複数のセンサICチップ93が主走査方向xに配列されている。光源モジュール92は、赤色光、緑色光、青色光を発するLEDチップ92aを備えている。
FIG. 8 shows an example of a conventional light guide and an image sensor module using the same (for example, see Patent Document 1). The image sensor module X shown in the figure includes a
導光体94は、主走査方向xに延びる棒状であり、たとえば透明なアクリル樹脂からなる。導光体94には、光入射面94a、光反射面94b、および光出射面94cが形成されている。光入射面94aからは、光源モジュール92が発した光が入射する。光反射面94bは、主走査方向xと直角である方向にそれぞれが延びている複数のテーパ状の凹面部が、主走査方向xに所定のピッチで配列された構成とされている。導光体94内を進行してきた光は、光反射面94bのこれらの凹面部によって光出射面94cに向けて反射される。光出射面94cからは、主走査方向xに延びる線状光が出射される。この線状光を読取対象物に照射することにより、その反射光をセンサICチップ93によって受光する。これにより、読取対象物に記載された内容を電子データとして取り込むことができる。
The
上記構成のイメージセンサモジュールXにおいては、光反射面94bの上記凹面部に到達した光は、当該凹面部のテーパ面で反射されて略一定の方向に向かう。そうすると、光出射面94cから出射される線状光は、凹面部のピッチ相当で複数の光量のピークを有することになる。このような線状光を読取対象物に照射すると、読取対象物における主走査方向xの全長域の照度に大きなバラつきが生じてしまい、たとえば読取対象物を読み取って得られる画像に縦筋が生じることがあった。
In the image sensor module X having the above configuration, the light reaching the concave surface portion of the
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、光出射面から発せられる線状光の各所の光量がより均一に近くなるような導光体、およびこの導光体を備えたイメージセンサモジュールを提供することを課題とする。 The present invention has been conceived under the circumstances described above, and a light guide body in which the amount of light of the linear light emitted from the light emitting surface is made more uniform, and the light guide body It is an object of the present invention to provide an image sensor module including the above.
本発明の第1の側面によって提供される導光体は、全体として直線状に延び、かつ略円柱形状に形成されており、長手方向端部に設けられた光入射面と、上記長手方向に延びており、上記光入射面から入射した光を対向する出射方向に向けて反射させる光反射面と、上記光反射面から進行してきた光を上記長手方向に延びる線状光として出射させる光出射面と、を備える導光体であって、上記光反射面は、上記長手方向に沿って交互に配置された複数の平面部と複数の凹面部とで構成されており、上記複数の凹面部は上記複数の平面部よりも光を散乱させる面に形成されていることを特徴とする。 The light guide provided by the first aspect of the present invention extends linearly as a whole and is formed in a substantially cylindrical shape, and has a light incident surface provided at a longitudinal end portion thereof and the longitudinal direction. A light reflecting surface that extends and reflects light incident from the light incident surface toward an opposite emitting direction, and light emission that emits light traveling from the light reflecting surface as linear light extending in the longitudinal direction And the light reflecting surface is composed of a plurality of plane portions and a plurality of concave portions alternately arranged along the longitudinal direction, and the plurality of concave portions. Is formed on a surface that scatters light rather than the plurality of flat portions.
このような構成によれば、上記複数の凹面部によって反射される光が散乱によって分散されるために、上記光出射面から発せられる線状光の各所の光量が均一に近くなる。 According to such a configuration, since the light reflected by the plurality of concave portions is dispersed by scattering, the amount of light at each place of the linear light emitted from the light emitting surface becomes nearly uniform.
本発明の好ましい実施の形態においては、上記複数の凹面部には、白色塗装が施されている。この場合、たとえば上記複数の平面部を鏡面状とすると、上記複数の凹面部は、上記複数の平面部よりも光を散乱させる面となる。また、本発明の他の好ましい実施の形態においては、上記複数の凹面部は、微細粗面とされている。この場合においても、上記複数の平面部を鏡面状とすると、上記複数の凹面部は、上記複数の平面部よりも光を散乱させる面となる。 In preferable embodiment of this invention, white coating is given to the said several concave surface part. In this case, for example, if the plurality of plane portions are mirror-like, the plurality of concave portions become surfaces that scatter light more than the plurality of plane portions. Moreover, in other preferable embodiment of this invention, the said several concave surface part is made into the fine rough surface. Even in this case, when the plurality of flat surface portions are mirror-like, the plurality of concave surface portions are surfaces that scatter light more than the plurality of flat surface portions.
本発明の好ましい実施の形態においては、上記導光体は、上記出射方向を挟む両側面のそれぞれにおいて、上記長手方向に対して直角、かつ上記出射方向と異なる方向に突出する凸片がさらに設けられている。 In a preferred embodiment of the present invention, the light guide is further provided with protruding pieces that are perpendicular to the longitudinal direction and project in a direction different from the emission direction on both side surfaces sandwiching the emission direction. It has been.
本発明の第2の側面によって提供されるイメージセンサモジュールは、本発明の第1の側面によって提供される導光体と、上記光入射面に正対する光源モジュールと、上記導光体を収容するケースと、上記長手方向に沿って配列され、読取対象物によって反射された線状光を受光する受光センサと、を備えることを特徴とする。このような構成によれば、読取対象物の内容を比較的均一な光によって読み取ることができる。また、好ましくは、導光体に上記凸片が設けられている場合、上記ケースには、上記長手方向に延びており、上記導光体の上記凸片と嵌合する溝部が形成されている。このような構成によれば、導光体を上記ケースへ組み付ける際に、容易に位置決めすることができる。 The image sensor module provided by the second aspect of the present invention accommodates the light guide provided by the first aspect of the present invention, the light source module facing the light incident surface, and the light guide. A case; and a light receiving sensor that is arranged along the longitudinal direction and receives linear light reflected by the reading object. According to such a configuration, the content of the reading object can be read with relatively uniform light. Preferably, when the convex piece is provided on the light guide, the case extends in the longitudinal direction and is formed with a groove that fits the convex piece of the light guide. . According to such a configuration, the light guide can be easily positioned when assembled to the case.
さらに、別の好ましい実施の形態においては、上記光源モジュールは、赤色光、緑色光、および青色光を発する3つのLEDチップを備えており、上記3つのLEDチップは、上記出射方向に直列配置されている。このような構成によれば、上記光源モジュールから出射される赤色光、緑色光、青色光の照射範囲が、上記出射方向および上記長手方向の双方と直交する方向に沿って不当にばらついてしてしまうことを防止することができる。 Furthermore, in another preferable embodiment, the light source module includes three LED chips that emit red light, green light, and blue light, and the three LED chips are arranged in series in the emission direction. ing. According to such a configuration, the irradiation range of the red light, the green light, and the blue light emitted from the light source module is unduly dispersed along a direction orthogonal to both the emission direction and the longitudinal direction. Can be prevented.
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。 Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
図1〜図3は、本発明に係るイメージセンサモジュールの一例を、図4〜図7は、本発明に係る導光体の一例を、それぞれ示している。本実施形態のイメージセンサモジュールAは、基板1、光源モジュール2、複数のセンサICチップ3、導光体4、レンズアレイ5、およびケース6を備えている。イメージセンサモジュールAは、図2に示すように、たとえば原稿載置台St上に置かれた原稿Dcに対して、副走査方向yに相対動させられながら、原稿Dcの記載内容を画像データとして読み取るものとして構成されている。
1 to 3 illustrate an example of an image sensor module according to the present invention, and FIGS. 4 to 7 illustrate an example of a light guide according to the present invention. The image sensor module A of this embodiment includes a substrate 1, a
図1および図2に示すように、基板1は、たとえばアルミナまたは窒化アルミなどのセラミック製であり、主走査方向xを長辺方向、副走査方向yを短辺方向とする長矩形状とされている。基板1は、ケース6の下端に取り付けられており、ケース6に対する位置決めがなされている。基板1には、複数のセンサICチップ3が搭載されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the substrate 1 is made of ceramic such as alumina or aluminum nitride, and has a long rectangular shape with the main scanning direction x as the long side direction and the sub-scanning direction y as the short side direction. Yes. The substrate 1 is attached to the lower end of the
光源モジュール2は、光源基板20、複数の端子21、3つのLEDチップ22、およびケース23を具備して構成されている。光源基板20は、矩形状であり、たとえばセラミック製である。または、光源基板20は、補強部材とポリイミド樹脂との複合材、あるいはガラスエポキシ樹脂からなる。複数の端子21は、光源モジュール2を基板1に接続するためのものである。各端子21は、一端がクリップ状とされている。各端子21は、このクリップ状の部分によって光源基板20に取り付けられている。3つのLEDチップ22は、たとえば赤色光、緑色光、および青色光を発光するものであり、光源基板20に直列に搭載されている。ケース23は、たとえば白色樹脂製であり、3つのLEDチップ22を囲っている。
The
複数のセンサICチップ3は、それぞれが受光部(図示略)を有する平面視長矩形状の半導体チップであり、本発明で言う受光センサの一例である。複数のセンサICチップ3は、主走査方向xに沿って基板1上に搭載されており、図2に示すようにレンズアレイ5の直下に配置されている。センサICチップ3は、光電変換機能を有しており、受光量に対応した出力レベルの画像信号を出力するように構成されている。
The plurality of sensor IC chips 3 are semiconductor chips each having a rectangular shape in plan view, each having a light receiving portion (not shown), and is an example of a light receiving sensor referred to in the present invention. The plurality of sensor IC chips 3 are mounted on the substrate 1 along the main scanning direction x, and are arranged immediately below the
図4〜図7に示すように、導光体4は、たとえば、PMMA(ポリメタクリル酸メチル)などのアクリル樹脂からなる透明度が高い部材であり、全長にわたって断面略円形状を有する略円柱形状とされている。導光体4は、たとえば金型を用いた射出成形によって形成されたものであり、光入射面4A、光反射面4B、および光出射面4Cを有している。光入射面4Aは、図1に示すように光源モジュール2からの光を導光体4内に導入するための面であり、導光体4の主走査方向xにおける一端面によって構成されている。光入射面4Aは、光源モジュール2からの光が散乱することを防止するために、鏡面仕上げとされており、本実施形態においては、図4および図5に示すようにゆるやかな凸状とされている。本実施形態においては、導光体4は、全長が230mm程度、直径が4mm程度とされている。
As shown in FIGS. 4 to 7, the
光反射面4Bは、光入射面4Aから主走査方向xに沿って進行してきた光を、この光反射面4Bに対向して設けられた光出射面4Cに向けて方向z’(出射方向)に沿って反射させるための面である。なお、この出射方向z’は、3つのLEDチップ22が直列に並ぶ方向と一致している。図4〜図7に示すように、光反射面4Bは、凸部41の先端に設けられている。凸部41は、主走査方向xに延びる断面略矩形の帯状とされている。光反射面4Bは交互に並ぶ複数の平面部43および複数の凹面部44によって構成されている。複数の凹面部44は、主走査方向xに沿って1mmごとに形成されている。本実施形態では、図7に示すように、平面部43が平坦な鏡面となっている一方、凹面部44は微細粗面となっている。この微細粗面は、導光体4を成形するための金型の一部をシボ加工などによりあらしたり、粒径20μm〜200μmの金属粒子を用いてブラスト処理を施すことによって形成される。このような微細粗面であるため凹面部44は、平面部43よりも高い光散乱機能を有している。
The
なお、凹面部44を上述のように微細粗面とするかわりに、凹面部44を平面部43同様の鏡面に形成した後に白色塗装を施してもよい。この場合、白色塗装は、たとえばホットスタンプやスクリーン印刷などによって行われる。
Instead of forming the
図5および図6によく表れているように、導光体4には複数の凸片42が突出形成されている。これら凸片42は、方向z’を挟む両側面において対をなすように設けられ、主走査方向xにおいては複数の対が所定の間隔を隔てるように位置している。凸片42は、主走査方向xに対して直角で、かつ方向z’に対して直角である方向に沿って突出させられ、主走査方向xにおいて所定の長さを有する。なお、凸片42は、主走査方向xに対して直角な方向に突出していればよく、必ずしも方向z’に対して直角な方向に突出していなくもよい。出射方向である方向z’と異なる方向に突出していればよい。
As clearly shown in FIGS. 5 and 6, the
光出射面4Cは、原稿Dcに向けて光を出射する面であり、主走査方向xに延びている。光出射面4Cからは、主走査方向xに延びた線状光が出射される。
The
レンズアレイ5は、原稿Dcによって反射された光を複数のセンサICチップ3に正立等倍で集束するためのものである。レンズアレイ5は、主走査方向xに延びるブロック状のホルダと主走査方向xに沿って配列された複数のレンズとを備えている。これらのレンズは、その光軸が主走査方向xおよび副走査方向yのいずれに対しても直角である方向zに延びている。
The
ケース6は、主走査方向xに延びる略ブロック状とされており、基板1、光源モジュール2、複数のセンサICチップ3、導光体4、およびレンズアレイ5を収容している。図2および図3に表れているように、ケース6には、導光体4を収容するための凹部61と、導光体4の位置決めに利用される溝部62と、導光体4の脱落を防止するストッパ部63とが形成されている。凹部61は、導光体4の直径よりも大きい幅を有しており、主走査方向xの全長にわたって上方に開口している。溝部62は、導光体4の凸片42が嵌合可能な形状とされており、凸片42の嵌合時には、出射方向(方向z’)が垂直方向に対して傾斜する一定の姿勢となるように設けられている。ストッパ部63は、導光体4の一方の凸片42に対応する部位に設けられている。このストッパ部63が凸片42を係止することによって、導光体4が一定の姿勢で保持される。
The
次に、上記構成の導光体4、およびこの導光体4を備えたイメージセンサモジュールAの作用について説明する。
Next, the operation of the
本実施形態によれば、光源モジュール2から発せられて導光体4内を進行する光は、光反射面4Bによって反射され、光出射面4Cから出射される。光反射面4Bは、1mmごとに凹面部44が配置されているため、より多くの光を光出射面4Cへ向けて反射させることができる。しかも、凹面部44が光を散乱させる微細粗面となっているため、凹面部44で反射して光出射面4Cへ向かう光は分散する。このため、光出射面4Cから出射される線状光は、主走査方向xおよび副走査方向yの全長域にわって各所の光量がほぼ均一な状態となっている。したがって、原稿Dcの記載内容を均一な色調の画像データとして読み取ることができる。
According to this embodiment, the light emitted from the
また、本実施形態では、光反射面4Bが凸部41の先端に設けられているため、断面略円形状とされた導光体4においても光反射面4Bとそれ以外の部分との境界を正確に規定することができる。このことは、光出射面4Cから出射する線状光の各所の光量を均一にするうえで好適である。
In the present embodiment, since the
さらに本実施形態では、導光体4を収容するケース6においては、導光体4の凸片42に嵌合する溝部62、および凸片42を係止するストッパ部63が形成されている。これにより、断面円形状の導光体4を、ケース6に対して一定の姿勢で確実に位置決めすることができる。したがって、この導光体4と、ケース6に取り付けられた光源モジュール2とは、常に所望の相対位置関係が維持されることになる。このことは、光出射面4Cからの線状光の各所の光量を均一にするうえで好適である。
Furthermore, in this embodiment, in the
またさらに、本実施形態では、3つのLEDチップ22を方向z’に直列配置されている。このため、線状光が方向z’と直交する方向y’において赤色光、緑色光、青色光の照射範囲が不当にずれてしまうことを抑制することができる。
Furthermore, in this embodiment, three
本発明に係る導光体、およびイメージセンサモジュールは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る導光体、およびイメージセンサモジュールの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。 The light guide and the image sensor module according to the present invention are not limited to the above-described embodiments. The specific configuration of each part of the light guide and the image sensor module according to the present invention can be variously changed in design.
A イメージセンサモジュール
Dc 原稿(読取対象物)
St 原稿載置台
x 主走査方向(長手方向)
y 副走査方向
y’ 方向
z 方向
z’ 方向(出射方向)
1 基板
2 光源モジュール
3 センサICチップ(受光センサ)
4 導光体
5 レンズアレイ
6 ケース
20 光源基板
21 端子
22 LEDチップ
41 凸部
42 凸片
43 平面部
44 凹面部
4A 光入射面
4B 光反射面
4C 光出射面
62 溝部
A Image sensor module Dc Document (reading object)
St Document placement table x Main scanning direction (longitudinal direction)
y Sub-scanning direction y 'direction z direction z' direction (outgoing direction)
1
4
Claims (7)
長手方向端部に設けられた光入射面と、上記長手方向に延びており、上記光入射面から入射した光を対向する出射方向に向けて反射させる光反射面と、上記光反射面から進行してきた光を上記長手方向に延びる線状光として出射させる光出射面と、を備える導光体であって、
上記光反射面は、上記長手方向に沿って交互に配置された複数の平面部と複数の凹面部とで構成されており、上記複数の凹面部は上記複数の平面部よりも光を散乱させる面に形成されていることを特徴とする、導光体。 It extends in a straight line as a whole and is formed in a substantially cylindrical shape.
A light incident surface provided at an end in the longitudinal direction, a light reflecting surface that extends in the longitudinal direction and reflects light incident from the light incident surface toward an opposite emitting direction, and travels from the light reflecting surface A light emitting surface that emits the emitted light as linear light extending in the longitudinal direction,
The light reflecting surface is composed of a plurality of plane portions and a plurality of concave portions alternately arranged along the longitudinal direction, and the plurality of concave portions scatter light more than the plurality of plane portions. A light guide formed on a surface.
上記ケースには、上記長手方向に延びており、上記導光体の上記凸片と嵌合する溝部が形成されていることを特徴とする、イメージセンサモジュール。 The light guide according to claim 4, a light source module facing the light incident surface, a case accommodating the light guide, and a linear shape arranged along the longitudinal direction and reflected by a reading object A light receiving sensor for receiving light,
The image sensor module according to claim 1, wherein the case is formed with a groove portion that extends in the longitudinal direction and fits with the convex piece of the light guide.
上記3つのLEDチップは、上記出射方向に直列配置されている、請求項5または6に記載のイメージセンサモジュール。 The light source module includes three LED chips that emit red light, green light, and blue light.
The image sensor module according to claim 5, wherein the three LED chips are arranged in series in the emission direction.
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