JP2009094935A - イメージセンサモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光源装置の構成を容易に変更可能としつつ、光源装置を基板に対して適切に取り付けることが可能なイメージセンサモジュールを提供すること。
【解決手段】主走査方向ｘに延びる長矩形状の基板１と、光源装置２と、主走査方向ｘに延びており、光源装置２に正対する光入射面、および上記光入射面から入射した光を主走査方向に延びる線状光として読取対象物に対して出射させる光出射面を有する導光体と、基板１上に主走査方向ｘに沿って配列されており、上記読取対象物からの反射光を受光する複数のセンサＩＣチップ３と、を備えたイメージセンサモジュールＡ１であって、光源装置２は、基板１の面内方向に直角である方向に延びる光源基板２０と、この光源基板２０に実装された光源とを備えており、光源基板２０は、基板１に対し、基板１の厚さ方向において重なる部分を有する状態で接続されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、イメージセンサモジュールに関する。

原稿に記載された内容を画像データとして読み取るには、たとえばスキャナが用いられている。多くの場合、スキャナには、光源装置と導光体と受光素子とを備えるイメージセンサモジュールが搭載されている（たとえば特許文献１参照）。図１３は、そのようなイメージセンサモジュールの一例を示している。同図に示されたイメージセンサモジュールＸは、基板９１、光源装置９２、および複数のセンサＩＣチップ９３を備えている。イメージセンサモジュールＸは、光源装置９２からの光を導光体（図示略）によって主走査方向ｘに延びる線状光として原稿に照射する。この原稿からの反射光を複数のセンサＩＣチップ９３によって受光することにより、上記原稿の記載内容を画像データとして読み取る。

基板９１は、たとえばガラスエポキシ樹脂からなる。基板１には、複数の端子９１ａが形成されている。端子９１ａは、基板９１に設けられた貫通孔の内面に金属膜が形成されたものである。光源装置９２は、金型成形された樹脂パッケージ９２ａを有している。樹脂パッケージ９２ａ内には、リードフレーム（図示略）とこのリードフレームに搭載されたＬＥＤチップ（図示略）が格納されている。このＬＥＤチップからの光がレンズ９２ｂを透して上記導光体へと出射される。樹脂パッケージ９２ａからは複数のリード９２ｃが突出している。光源装置９２を基板９１に対して取り付けるには、各リード９２ｃを各端子９１ａに挿通させた状態でハンダ付けを行う。

しかしながら、イメージセンサモジュールＸをスキャナなどの様々な機器に搭載するには、上記機器の仕様に応じて光源装置９２の構成変更が強いられる場合がある。樹脂パッケージ９２ａは金型成形されたものであるため、金型を新たに作り変える必要がある。このため、光源装置９２の構成を変更することは、多額のコスト増を生じていた。

特開平９−２７５４６９号公報

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、光源装置の構成を容易に変更可能としつつ、光源装置を基板に対して適切に取り付けることが可能なイメージセンサモジュールを提供することをその課題とする。

本発明によって提供されるイメージセンサモジュールは、主走査方向に延びる長矩形状の基板と、光源装置と、主走査方向に延びており、上記光源装置に正対する光入射面、および上記光入射面から入射した光を主走査方向に延びる線状光として読取対象物に対して出射させる光出射面を有する導光体と、上記基板上に主走査方向に沿って配列されており、上記読取対象物からの反射光を受光する受光センサと、を備えたイメージセンサモジュールであって、上記光源装置は、上記基板の面内方向に直角である方向に延びる部分を有する光源基板と、この光源基板に実装された光源とを備えており、上記光源基板は、上記基板に対し、上記基板の厚さ方向において重なる部分を有する状態で接続されていることを特徴としている。

このような構成によれば、上記光源装置には、たとえば金型成形された樹脂パッケージによって上記光源を収容する必要がない。上記光源基板に対する上記光源の配置は、配線パターンの形状を変更することにより比較的容易に変更することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記基板には、厚さ方向に貫通する１以上の貫通孔が形成されており、上記光源基板は、上記光源基板の面内方向に延びる凸部を有するとともに、当該凸部が上記貫通孔に対して上記基板の上記受光センサが搭載される第１の面側から嵌挿されることにより、上記重なる部分が構成されている。このような構成によれば、上記光源基板を上記基板に取り付ける際には、容易に位置合わせすることができ、その取り付け作業が容易となる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記光源基板は、上記凸部の一部を覆う金属膜からなる１以上の第１の端子を有しており、上記基板は、上記貫通孔の内面および上記基板の上記第１の面とは反対側の第２の面の一部を覆う金属膜からなる１以上の第２の端子を有しており、上記基板と上記光源基板とは、上記基板の上記第２の面側において上記第１および第２の端子がハンダ接合されることによって接続されている。このような構成によれば、上記光源基板を上記基板に対して容易かつ確実に接続固定することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１の端子と上記第２の端子とは、略面一状とされている。このような構成によれば、上記第１の端子と上記第２の端子とに跨るようにハンダ接合すればよく、ハンダ付け作業が容易となる。

本発明の好ましい他の実施の形態においては、上記凸部は、その先端面が上記基板の上記第２の面から突出しており、上記第１の端子と上記第２の端子とは、上記光源基板の厚さ方向の両側においてハンダ接合されている。このような構成は、上記光源基板と上記基板との接合強度を高めるのに適している。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記光源基板は、ガラスエポキシ樹脂またはポリイミド樹脂を含んでいる。このような構成によれば、上記光源装置を比較的安価に作成することができる。また、ガラスエポキシ樹脂などからなる光源基板は所定の強度を有するので、上記凸部が上記基板の貫通孔に嵌挿された構成においては、上記光源基板と上記基板との接合強度を高めるのに適している。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記光源基板は、フレキシブル基板を含んでいる。このような構成によれば、振動や衝撃に対する接合部の信頼性を高めることができる。

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。

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。

図１および図２は、本発明に係るイメージセンサモジュールの第１実施形態を示している。本実施形態のイメージセンサモジュールＡ１は、基板１、光源装置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Ａ１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。

基板１は、たとえばガラスエポキシ樹脂製であり、主走査方向ｘに延び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の上面１ａには、複数のセンサＩＣチップ３が搭載されている。基板１の主走査方向ｘにおける一端寄りには、基板１の厚さ方向に貫通する貫通孔１ｃが形成されている。貫通孔１ｃは、図３に表れているように、副走査方向ｙに延びる長孔状とされている。図５によく表れているように、基板１の下面１ｂには、複数の端子１１が形成されている。これら端子１１は、基板１上の適所に形成された配線パターン（図示略）に繋がっている。

図１〜図４に示すように、光源装置２は、光源基板２０、複数の端子２１、配線パターン２２、３つのＬＥＤチップ２３、リフレクタ２４、および透光部材２５を具備して構成されている。光源基板２０は、略矩形状であり、たとえばガラスエポキシ樹脂からなる。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からなる。光源基板２０は、図３および図５に示すように、基板１の面内方向（ｘｙ平面）に対して直角である平面に沿う姿勢で配置されている。この光源基板２０には、その下部において面内方向に延びる凸部２０ａが形成されている。凸部２０ａは、光源基板２０の主要部分の幅よりも小さい一定幅を有する。複数の端子２１は、基板１と電気的導通をとる部分であり、凸部２０ａの下端縁にそれぞれが半円断面形状とされた凹部２０ｂの内面を覆う金属膜として形成されている。このような構成の光源基板２０は、図４に示すように、たとえば、光源基板２０を構成する基板材料２０Ａを切断線ＣＬに沿って切断することによって得ることができる。基板材料２０Ａには、貫通孔２０ｃと、この貫通孔２０ｃの内面を覆う、たとえばＣｕからなる金属膜２１ｄとが形成されており、この基板材料２０Ａに対し、貫通孔２０ｃを上下に分割するように切断することによって凹部２０ｂの内面を覆う端子２１が形成される。なお、図３においては導光体４およびケース６を省略している。

光源基板２０は、図３および図５に示すように、凸部２０ａが基板１の貫通孔１ｃに対して上面１ａ側から嵌挿された状態で固定されている。この状態においては、図５に示すように、光源基板２０の凸部２０ａは、基板１に対し、この基板１の厚さ方向（方向ｚ）において重なっている。このとき、光源基板２０の端子２１と基板１の端子１１とは、略面一状となっている。そして端子２１と端子１１とは、ハンダ７によって接合されている（図１および図２においてはハンダ７を省略）。このようにして、光源基板２０は、基板１に対して接続固定されている。なお、ハンダ７の全体を覆う樹脂（図示略）をさらに設けてもよい。

３つのＬＥＤチップ２３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、図４に示すように、配線パターン２２のパッド２２ａにそれぞれボンディングされている。３つのＬＥＤチップ２３は、図２に示すように、導光体４の出射方向に沿って直列配置されている。図４に示すように、リフレクタ２４は、たとえば白色樹脂製であり、３つのＬＥＤチップ２３を囲っている。図１に示すように、透光部材２５は、たとえば透明なエポキシ樹脂製であり、３つのＬＥＤチップ２３を覆っている。なお、図４においては透光部材２５を省略している。

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の上面１ａ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。

図１および図２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）からなる透明度が高い部材であり、断面略円形状とされている。導光体４は、光入射面４ａ、光反射面４ｂ、および光出射面４ｃを有している。図１に示すように、光入射面４ａは、光源装置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、光源装置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。

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光出射面４ｃに向けて反射するための面である。図２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一定幅の帯状とされている。本実施形態では、凸部４１の先端は平面状とされ、この先端部分に白色塗装が施されることによって光散乱機能を有する光反射面４ｂが形成されている。白色塗装を施す手法としては、ホットスタンプやスクリーン印刷などが挙げられる。本実施形態においては、凸部４１は、幅が０．８ｍｍ程度、高さが０．２ｍｍ程度とされている。

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は、断面円弧状とされており、主走査方向ｘに直交する面における集光効果を発揮する。これにより、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。導光体４は、スペーサ６１を介してケース６に取付けられている。スペーサ６１には、導光体４の断面形状に略沿った内部空間が形成されている。スペーサ６１は、導光体４をケース６に対して適切な位置に固定する役割を果たす。これにより、導光体４の主走査方向ｘおよび副走査方向ｙにおける位置決めがなされる。なお、このスペーサ６１は、ケース６と一体に形成されたものとしてもよい。

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、ホルダ５１と複数のレンズ５２とを備えている。ホルダ５１は、主走査方向ｘに延びるブロック状であり、たとえば合成樹脂製である。複数のレンズ５２は、主走査方向ｘに沿って配列されており、ホルダ５１によって保持されている。

ケース６は、合成樹脂製であり、主走査方向ｘに延びる略ブロック状である。ケース６は、基板１、光源装置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１に示すように、ケース６の主走査方向ｘにおける一端寄りには、矩形状の開口６ａが形成されている。開口６ａには光源装置２のリフレクタ２４および光源基板２０の一部が収容されている。

次に、イメージセンサモジュールＡ１の作用について説明する。

本実施形態によれば、ガラスエポキシ樹脂などからなる光源基板２０は、比較的安価に作成可能である。また、光源基板２０に搭載するＬＥＤチップ２３の配置変更は、配線パターン２２の形状を変更することによって容易に行うことができる。一方、本発明とは異なり、たとえば金型成形された樹脂パッケージを備える光源装置を用いた構成においては、ＬＥＤチップの配置変更を行うには、金型を新たに作成する必要がある。それに対して、本実施形態によれば、イメージセンサモジュールＡ１が用いられるスキャナの仕様などに応じて、光源装置２の構成を容易に変更することができる。

本実施形態のイメージセンサモジュールＡ１においては、光源基板２０の端子２１と基板１の端子１１とをハンダ付けすることにより、光源基板２０を基板１に対して容易かつ確実に接続固定することができる。また、端子２１および端子１１は面一状とされているので、これら端子２１，１１に跨るようにハンダ接合すればよく、ハンダ付け作業が容易となる。

また、ガラスエポキシ樹脂などからなる光源基板２０は所定の強度を有している。このため、光源基板２０の凸部２０ａが基板１の貫通孔１ｃに嵌挿された構成によれば、光源基板２０と基板１との接合強度を適切に高めることができる。

図６〜図１２は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。なお、図６以降の図面においては、導光体４およびケース６を省略している。

図６および図７は、本発明に係るイメージセンサモジュールの第２実施形態を示している。本実施形態のイメージセンサモジュールＡ２においては、光源装置２の光源基板２０の凸部２０ａは、下端縁が平面状とされているとともに、方向ｚにおける突出量が上記第１の実施形態の場合に比べて大とされている。そして、複数の端子２１は、それぞれ凸部２０ａの下端面を挟んで光源基板２０の両面に繋がる金属膜によって構成されている。また、図７に示すように、凸部２０ａが基板１の貫通孔１ｃに嵌挿された状態においては、凸部２０ａの下端は基板１の下面１ｂよりも下方に突出している。光源基板２０の端子２１と基板１の端子１１とは、光源基板２０の厚さ方向（主走査方向ｘ）の両側においてハンダ７によって接合されている。このような構成によれば、ハンダ接合による接合強度を高めることができ、光源基板２０と基板１との接続を、確実なものとすることができる。

図８は、本発明に係るイメージセンサモジュールの第３実施形態を示している。本実施形態のイメージセンサモジュールＡ３は、光源基板２０の凸部２０ａ、および基板１の貫通孔１ｃの構成が上述した実施形態と異なっている。本実施形態においは、光源基板２０はフォーク状に分離した複数の凸部２０ａを有しており、基板１には、これら凸部２０ａを挿し込むための複数ずつの貫通孔１ｃおよび凹部１ｄが形成されている。各凸部２０ａには端子２１が設けられている。そして、この端子２１と基板１の下面に形成された端子（図示略）とをハンダ付けすることにより、光源基板２０は基板１に対して接続固定される。

図９は、本発明に係るイメージセンサモジュールの第４実施形態を示している。本実施形態のイメージセンサモジュールＡ４は、基板１における光源基板２０の取付部位の構成が上記したイメージセンサモジュールＡ３と異なっている。本実施形態においては、基板１の一端縁に複数の凹部１ｄが形成されており、これら凹部１ｄに光源基板２０の複数の凸部２０ａがそれぞれ挿し込まれる。そして、凸部２０ａに設けられた端子２１と基板１の下面に形成された端子（図示略）とをハンダ付けすることにより、光源基板２０は基板１に対して接続固定される。

図１０および図１１は、本発明に係るイメージセンサモジュールの第５実施形態を示している。本実施形態のイメージセンサモジュールＡ５は、光源基板２０の構成および、光源基板２０の基板１に対する接続方法が上述した実施形態と異なっている。本実施形態においては、光源基板２０は、フレキシブル基板２０１および補強板２０２を具備して構成されている。フレキシブル基板２０１は、所定の配線パターン２２が軟質な合成樹脂で被覆された構成であり、薄肉で可撓性に富むものである。配線パターン２２の一端のそれぞれには、端子２１が設けられており、他端にはＬＥＤチップ２３搭載用などのパッド（図示略）が設けられている。端子２１および上記パッドは露出している。補強板２０２は、たとえばガラスエポキシ樹脂などのフレキシブル基板２０１よりも硬質な部材によって形成されている。この補強板２０２は、フレキシブル基板２０１に対して、ＬＥＤチップ２３が搭載された面とは反対の面に接着剤などを介して接合されており、ＬＥＤチップ２３およびリフレクタ２４の実装箇所をバックアップする機能を有する。

光源基板２０は、フレキシブル基板２０１の下端を基板１の貫通孔１ｃから挿入し、当該フレキシブル基板２０１を折り曲げた状態で基板１に接続されている。光源基板２０と基板１との接続は、フレキシブル基板２０１の端子２１と基板１の端子１１とを、たとえばクリームハンダや異方性導電フィルムなどの接続部材８を介して導通接続することによって行う。また、本実施形態においては、補強板２０２の一部が、図１を参照して上述したケース６の開口６ａに収容されることにより、ケース６に対する光源装置２の位置決めがなされている。本実施形態の構成によれば、イメージセンサモジュールＡ５に振動や衝撃が作用しても、フレキシブル基板２０１によって振動等を吸収することができる。これにより、端子１１，２１の導通接続の信頼性を高めることができる。

図１２は、本発明に係るイメージセンサモジュールの第６実施形態を示している。本実施形態のイメージセンサモジュールＡ６は、基板１における光源基板２０の取付部位の構成が上記したイメージセンサモジュールＡ５と異なっている。本実施形態においては、基板１は貫通孔を有しておらず、フレキシブル基板２０１は、基板１の一端縁１ｅないし下面１ｂに沿って配されている。

本発明に係る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。

本発明に係るイメージセンサモジュールの第１実施形態を示す要部断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 本発明に係るイメージセンサモジュールの第１実施形態を示す要部斜視図である。 本発明の第１実施形態のイメージセンサモジュールを構成する光源装置を示す正面図である。 本発明に係るイメージセンサモジュールの第１実施形態を示す要部断面図である。 本発明に係るイメージセンサモジュールの第２実施形態を示す要部斜視図である。 本発明に係るイメージセンサモジュールの第２実施形態を示す要部断面図である。 本発明に係るイメージセンサモジュールの第３実施形態を示す要部斜視図である。 本発明に係るイメージセンサモジュールの第４実施形態を示す要部斜視図である。 本発明に係るイメージセンサモジュールの第５実施形態を示す要部斜視図である。 本発明に係るイメージセンサモジュールの第５実施形態を示す要部断面図である。 本発明に係るイメージセンサモジュールの第６実施形態を示す要部断面図である。 従来のイメージセンサモジュールの一例を示す要部斜視図である。

符号の説明

Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６ 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
ｙ 副走査方向
ｚ 方向（基板の厚さ方向）
１ 基板
１ａ 上面（第１の面）
１ｂ 下面（第２の面）
１ｃ 貫通孔
２ 光源装置
３ センサＩＣチップ（受光センサ）
４ 導光体
４ａ 光入射面
４ｂ 光反射面
４ｃ 光出射面
５ レンズアレイ
６ ケース
６ａ 開口
７ ハンダ
８ 接合部材
１１ 端子
２０ 光源基板
２０ａ 凸部
２０ｂ 凹部
２１ 端子
２２ 配線パターン
２２ａ パッド
２３ ＬＥＤチップ（光源）
２４ リフレクタ
２５ 透光部材
５１ ホルダ
５２ レンズ
６１ スペーサ
２０１ フレキシブル基板
２０２ 補強板

Claims (5)

1. 主走査方向に延びる長矩形状の基板と、
   光源装置と、
   主走査方向に延びており、上記光源装置に正対する光入射面、および上記光入射面から入射した光を主走査方向に延びる線状光として読取対象物に対して出射させる光出射面を有する導光体と、
   上記基板上に主走査方向に沿って配列されており、上記読取対象物からの反射光を受光する受光センサと、を備えたイメージセンサモジュールであって、
   上記光源装置は、上記基板の面内方向に直角である方向に延びる部分を有する光源基板と、この光源基板に実装された光源とを備えており、
   上記光源基板は、上記基板に対し、上記基板の厚さ方向において重なる部分を有する状態で接続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。
2. 上記基板には、厚さ方向に貫通する１以上の貫通孔が形成されており、
   上記光源基板は、上記光源基板の面内方向に延びる凸部を有するとともに、当該凸部が上記貫通孔に対して上記基板の上記受光センサが搭載される第１の面側から嵌挿されることにより、上記重なる部分が構成されている、請求項１に記載のイメージセンサモジュール。
3. 上記光源基板は、上記凸部の一部を覆う金属膜からなる１以上の第１の端子を有しており、
   上記基板は、上記貫通孔の内面および上記基板の上記第１の面とは反対側の第２の面の一部を覆う金属膜からなる１以上の第２の端子を有しており、
   上記基板と上記光源基板とは、上記基板の上記第２の面側において上記第１および第２の端子がハンダ接合されることによって接続されている、請求項２に記載のイメージセンサモジュール。
4. 上記光源基板は、ガラスエポキシ樹脂またはポリイミド樹脂を含んでいる、請求項１ないし３のいずれかに記載のイメージセンサモジュール。
5. 上記光源基板は、フレキシブル基板を含んでいる、請求項１ないし３のいずれかに記載のイメージセンサモジュール。

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