JP2009117186A - 導光体、およびこれを用いたイメージセンサモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】全体として直線状に延びており、長手方向ｘ端部に設けられた光入射面３ａと、上記長手方向に延びており、光入射面３ａ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３ｃと、光反射面３ｃから進行してきた光を長手方向ｘに延びる線状光として出射させる光出射面３ｄと、を備える導光体であって、光反射面３ｃは、長手方向ｘに沿って交互に配置された複数の平面部３２ａと複数の凹面部３２ｂとで構成されており、複数の平面部３２ａは複数の凹面部３２ｂよりも光を散乱させる面に形成されている。
【選択図】 図８

Description

本発明は、たとえばスキャナや紙幣識別装置に用いられるイメージセンサモジュール、およびこれに用いられる導光体に関する。

図１２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、ケース９１、導光体９３、基板９５、複数のセンサチップ９６、およびＬＥＤモジュール９７を備えている。基板９５は、絶縁基板であり、複数のセンサチップ９６が主走査方向ｘに配列されている。ＬＥＤモジュール９７は、赤色光、緑色光、青色光を発するＬＥＤチップを備えている。

導光体９３は、主走査方向（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９３には、光入射面９３ａ、光反射面９３ｃ、および光出射面９３ｄが形成されている。光入射面９３ａからは、ＬＥＤモジュール９７が発した光が入射する。光反射面９３ｃは、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、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９３内を進行してきた光は、光反射面９３ｃのこれらの凹面部によって光出射面９３ｄに向けて反射される。光出射面９３ｄからは、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チップ９６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。

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９３ｃ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９３ｄ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。

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。

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、上記複数の平面部は上記複数の凹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。

このような構成によれば、上記複数の凹面部が上記複数の平面部よりも上記光出射面に向けて光を反射し易くなっている一方で、上記複数の平面部が上記複数の凹面部よりも乱反射を起こしやすくなっている。このため、上記複数の平面部と上記複数の凹面部とが反射する光量に差が生じにくく、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。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記複数の平面部は、微細粗面とされている。この場合、たとえば上記複数の凹面部を凹凸のない滑らかな曲面とすると、上記複数の平面部は、上記複数の凹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、上記複数の平面部には、白色塗装が施されている。この場合においても、上記複数の凹面部を凹凸のない滑らかな曲面とすると、上記複数の平面部は、上記複数の凹面部よりも光を散乱させる面となる。

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、光源と、第１の側面によって提供される導光体と、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。

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〜図１０は、本発明にかかる導光体の第１実施形態と、これを用いたイメージセンサモジュールの実施形態の一例とを示している。本実施形態のイメージセンサモジュールＡは、ケース１、リフレクタ２、導光体３、レンズユニット４、基板５、ＬＥＤモジュール６、センサチップ７、および金具８を備えている。イメージセンサモジュールＡは、１００ｍｍ程度の読み取り幅を有しており、紙幣識別装置に用いられるのに適した構成とされている。なお、図７においては、理解の便宜上、リフレクタ２、導光体３、基板５、およびＬＥＤモジュール６のみを示している。

ケース１は、リフレクタ２、導光体３、レンズユニット４、基板５、ＬＥＤモジュール６、およびセンサチップ７を内蔵しており、空洞が形成された方向ｘに延びる略直方体形状とされている。ケース１は、たとえば黒色の樹脂によって形成されている。

リフレクタ２は、導光体３内を進行する光が不当に漏れることを防ぐためのものであり、たとえば白色の樹脂によって形成されている。図１に示すように、リフレクタ２は、方向ｘに延びており、図６に示すようにケース１に収容されている。図６に示すように、リフレクタ２は、導光体３を抱え込むように収容している。

リフレクタ２には、開口２ａが形成されている。開口２ａは、導光体３からの線状光を出射させるとともに、紙幣などの読取対象Ｐによって反射された線状光をレンズユニット４に到達するように通過させるために設けられている。

導光体３は、たとえばメタクリル酸メチル樹脂 (ＰＭＭＡ)などの透明な樹脂からなり、ＬＥＤモジュール６からの光を方向ｘに延びる線状光として出射するためのものである。図８に示すように、導光体３は、角錐部３１と扁平部３２とが組み合わされた構造とされており、光入射面３ａ、傾斜面３ｂ、光反射面３ｃ、および光出射面３ｄを有している。本実施形態においては、図６および図８に示すように、角錐部３１と扁平部３２とは互いの中心線が４０°程度の角度をなす配置とされている。本実施形態においては、角錐部３１の方向ｙ寸法が３．８ｍｍ程度、方向ｚ寸法が４．７ｍｍ程度、方向ｘ寸法が６０ｍｍ程度とされている。また、扁平部３２の厚さが１．７ｍｍ程度、高さが８ｍｍ程度とされている。

図７および図８に示すように、光入射面３ａは、方向ｚを向いており、ＬＥＤモジュール６の正面に位置する。傾斜面３ｂは、光入射面３ａから入射した光を反射することにより、方向ｘに進行させるための面である。本実施形態においては、傾斜面３ｂは、楕円形の輪郭の一部を方向ｙに押し出した形状とされている。本実施形態においては、光入射面３ａの方向ｘ寸法が４ｍｍ程度、傾斜面３ｂの方向ｘ寸法が７．３ｍｍ程度とされている。

図８および図１０に示すように、光反射面３ｃは、方向ｘに延びており、交互に並ぶ複数の平面部３２ａと複数の凹面部３２ｂとによって構成されている。図８および図９に示すように、光反射面３ｃは、扁平部３２の下端に位置しており、導光体３内を方向ｘに進行してきた光を光出射面３ｄへと反射する。本実施形態においては、図１０に示すように、複数の平面部３２ａは微細粗面に形成されている。この微細粗面は、たとえば、導光体３を成形するための金型の一部に５０〜１５０μｍのビーズを用いてシボ加工を施すことにより形成することができる。このとき、ｘ方向に沿って傾斜面３ｂから遠ざかるにつれてより大きなビーズを用いて微細粗面を形成する。このようにすると、ｘ方向に沿ってＬＥＤモジュール６から遠ざかるにつれて微細粗面がより粗くなり、光を反射しやすくなるため、光出射面３ｄから発せられる線状光の各所の光量の均一化に好ましい。凹面部３２ｂは、滑らかな曲面によって形成されており、たとえば方向ｘに沿って１ｍｍごとに配置されている。図８および図９に示すように、光出射面３ｄは、方向ｘに延びており、扁平部３２の上端に設けられている。本実施形態においては、光反射面３ｃの幅が０．６ｍｍ程度、光出射面３ｄの幅が、１．６ｍｍ程度とされている。

なお、複数の凹面部３２ｂが、傾斜面３ｂからの距離が遠いものほどそのサイズが大となるように形成されていてもよい。このようにすると、ＬＥＤモジュール６から遠い凹面部３２ｂほど光を反射しやすくなり、光出射面３ｄから発せられる線状光の各所の光量を均一化するのに好ましい。

レンズユニット４は、読取対象Ｐによって反射された線状光をセンサチップ７に結像させる光学部品である。レンズユニット４は、たとえば方向ｘに配列された複数の円柱状のレンズが樹脂製のハウジングに保持された構成とされている。

基板５は、たとえばセラミックまたはガラスエポキシ樹脂からなり、ＬＥＤモジュール６およびセンサチップ７が実装されている。図４および図６に示すように、基板５は、ケース１の下部にはめ込まれており、複数の金具８によって固定されている。基板５には、コネクタ５１が設けられている。コネクタ５１は、イメージセンサモジュールＡをたとえば紙幣識別装置に接続するために用いられる。

ＬＥＤモジュール６は、イメージセンサモジュールＡの光源であり、たとえば赤色光、青色光、緑色光を出射するＬＥＤチップを内蔵している。ＬＥＤモジュール６は、光入射面３ａに正対するように、基板５に実装されている。

センサチップ７は、方向ｘに延びる配置とされており、受けた光に応じた起電力を生じ、さらにこの起電力から画素ごとの輝度信号を出力可能に構成されている。読取対象Ｐによって反射された光をセンサチップ７によって受光することにより、読取対象Ｐの記載内容を画像データとして読み取ることができる。

次に、導光体３およびイメージセンサモジュールＡの作用について説明する。

本実施形態によれば、ＬＥＤモジュール６から発せられて導光体３内を進行する光は、光反射面３ｃによって反射され、光出射面３ｄから出射される。光反射面３ｃは、光を乱反射させ易い微細粗面である平面部３２ａと、光を光出射面３ｄに向けて反射させ易い凹面部３２ｂとが交互に配置されている。同様に平面部と凹面部とが交互に配置されていた従来の導光体９３では、凹面部のピッチ相当で複数の光量のピークが形成されていた。これに対して導光体３では、平面部３２ａを微細粗面とすることによって、平面部３２ａによる反射光量を増加させている。このため、導光体３では、平面部３２ａによる反射光量と、凹面部３２ｂによる反射光量との差が縮まっている。この結果、光出射面３ｄから出射される線状光は、方向ｘの全長域にわって各所の光量が均一な状態に近づいている。したがって、導光体３を備えたイメージセンサモジュールＡは、読取対象Ｐの記載内容をより均一に近い色調の画像データとして読み取ることができる。

さらに、本実施形態の導光体３は、その製造時に凹面部３２ｂの深さを調整することにより、光出射面３ｄから出射される線状光の光量分布を均一とすることが可能である。このとき、光出射面３ｄから出射される線状光は、方向ｘ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、導光体３を備えたイメージセンサモジュールＡは、読取対象Ｐ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。

本実施形態によれば、導光体３からの線状光は、開口２ａを通過する。この線状光が方向ｘに広がりすぎている場合、読取対象Ｐの読み取り対象領域ではない領域を線状光が照らしてしまうおそれがある。しかし、リフレクタ２によって広がる傾向にある線状光を反射することにより、読取対象Ｐの読み取り対象領域を適切に照らすことが可能である。したがって、読取対象Ｐが受ける線状光の方向ｘに沿う各所の光量を均一とするのに適している。

図１１は、本発明にかかる導光体の第２実施形態を示している。なお、本図において、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。

本実施形態の導光体３’は、平面部３２ａを上述の第１実施形態のように微細粗面とするかわりに、滑らかな平面に形成した後に白色塗装３２ｃが施されている。白色塗装３２ｃを形成することによって、微細粗面を形成した場合と同様に、平面部３２ａによる反射光量を増加させることができる。白色塗装３２ｃ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、比較的容易に形成することができる。

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。

上記の実施形態においては、導光体３を形成するための金型にシボ加工を施すことによって平面部３２ａに微細粗面を形成しているが、平面部３２ａを滑らかな平面に形成した後に、たとえば、エッチングを施すことにより微細粗面を形成してもよい。

本発明にかかるイメージセンサモジュールの一例を示す平面図である。 本発明にかかるイメージセンサモジュールの一例を示す要部拡大平面図である。 本発明にかかるイメージセンサモジュールの一例を示す正面図である。 本発明にかかるイメージセンサモジュールの一例を示す底面図である。 本発明にかかるイメージセンサモジュールの一例を示す側面図である。 図２のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。 図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う要部断面図である。 本発明にかかる導光体の第１実施形態を示す要部斜視図である。 図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。 図９のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 本発明にかかる導光体の第２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断面図である。

符号の説明

Ａ イメージセンサモジュール
１ ケース
２ リフレクタ
２ａ 開口
３，３’ 導光体
３ａ 光入射面
３ｂ 傾斜面
３ｃ 光反射面
３ｄ 光出射面
４ レンズユニット
５ 基板
６ ＬＥＤモジュール（光源）
７ センサチップ（受光手段）
８ 金具
３１ 角錐部
３２ 扁平部
３２ａ 平面部
３２ｂ 凹面部
３２ｃ 白色塗装
５１ コネクタ

Claims (4)

1. 全体として直線状に延びており、
   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、上記複数の平面部は上記複数の凹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。
2. 上記複数の平面部は、微細粗面とされている、請求項１に記載の導光体。
3. 上記複数の平面部には、白色塗装が施されている、請求項１に記載の導光体。
4. 光源と、請求項１ないし３のいずれかに記載の導光体と、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、イメージセンサモジュール。

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