JP4937034B2 - 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

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。

スキャナや紙幣識別装置には、原稿や紙幣に対して線状光を照射する機能と、その反射光を読み取る機能とを備えるイメージセンサモジュールが広く用いられている。図１１は、従来の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、ケース９１にリフレクタ９２、導光体９３、レンズユニット９４、基板９５、センサチップ９６、およびＬＥＤモジュール（図示略）が収容された構成とされており、方向ｙ，ｚの双方に直角である方向に延びた外形を有する。

上記ＬＥＤモジュールからの光は、導光体９３内をその長手方向に進行する。導光体９３には、反射部９３ａおよび出射面９３ｂが形成されている。反射部９３ａは、たとえば等ピッチに配置された複数の溝からなり、導光体９３内を進行する光を、出射面９３ｂに向けて反射する。出射面９３ｂからは、上記長手方向に延びる線状光が出射される。リフレクタ９２は、たとえば白色樹脂などの比較的反射率が高い材質からなり、導光体９３から光が漏れることを防止するためのものである。上記線状光は、原稿や紙幣などの読取対象Ｐに反射された後に、レンズユニット９４によってセンサチップ９６に結像される。センサチップ９６は、上記長手方向に沿って基板９５に配置されている。これにより、読取対象Ｐに印刷された内容を画像データとして読み取ることができる。

しかしながら、イメージセンサモジュールＸによって読み取られた画像データは、上記長手方向端付近のデータが不鮮明となることがある。１つの原因として、線状光の輝度分布が不均一であることが挙げられる。導光体９３からの線状光の輝度分布は、上記長手方向中央寄りにおいては比較的均一であるが、上記長手方向端に向かうほど輝度が不足することが多い。他の原因としては、読取対象Ｐによって反射された線状光が、適切な輝度でセンサチップ９６によって読み取られていないことが挙げられる。たとえば全面が均一な白色とされた読取対象Ｐに対して均一な輝度分布を有する線状光を照射しても、上記長手方向端ではレンズユニット９４に入射する光量に過不足があった。これは、たとえばレンズユニット９４を囲うケース９１の形状によっても左右されていた。

特開２０００−１２５０８０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、均一な輝度分布を有する線状光を出射し、読取対象の記載内容を均一な明るさの画像データとして読み取ることが可能な導光体およびこれを用いた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。

本発明の第１の側面によって提供される導光体は、第１方向に延びており、入射面と、上記入射面から入射した光を上記第１方向と交差する方向に反射する反射部と、上記反射部からの光を上記第１方向に延びる線状光として出射する出射面と、を有する導光体であって、上記入射面は、上記第１方向と直角である第２方向を向いており、上記第２方向視において上記入射面と重なっており、かつ上記入射面から入射した光を上記第１方向に向けて反射する、傾斜面を有しており、上記出射面は、上記第１方向において上記傾斜面と重なる部分を有することを特徴としている。

このような構成によれば、上記出射面のうち上記傾斜面と重なる部分から、上記反射部によって反射された光を線状光の一部として適切に出射することが可能である。これは、上記線状光の上記第１方向における輝度分布を均一化するのに適している。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記反射部は、上記第１方向において上記傾斜面とは重ならない。このような構成によれば、上記反射部によって反射された光のうち上記出射面から適切に出射できない光の割合を小さくすることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記出射面は、上記第１方向視において、上記傾斜面とは重ならない。このような構成によれば、上記傾斜面および上記出射面の面積が不足することを回避できる。

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、本発明の第１の側面によって提供される導光体と、読取対象によって上記第１方向と直角である第２方向に反射された線状光を受光する受光手段と、を備えることを特徴としている。

このような構成によれば、上記第１方向における輝度分布が均一である光を照射することにより、読取対象に記載された内容を画像データとして適切に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７は、本発明にかかる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、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Ａ１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。図２によく表れているように、開口２ａは、方向ｙにおいて導光体３およびレンズユニット４を囲っている。リフレクタ２のうち開口２ａの方向ｘ両端を規定する部分には、傾斜面２１が形成されている。傾斜面２１は、方向ｘおよび方向ｙのいずれに対しても傾いており、方向ｙにおいて導光体３から離間するほど導光体３の方向ｘ中心から離間するように傾斜している。本実施形態においては、傾斜面２１は、方向ｙに対する角度が４５°とされている。

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、入射面３ａ、傾斜面３ｂ、反射部３ｃ、および出射面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、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、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、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９に示すように、反射部３ｃは、方向ｘに延びており、扁平部３２の下端に位置している。反射部３ｃは、導光体３内を方向ｘに進行してきた光を出射面３ｄへと反射する部分である。本実施形態においては、図９に示すように、反射部３ｃは、複数の溝３２ａによって構成されている。複数の溝３２ａは、方向ｘにおいて等ピッチで配置されており、傾斜面３ｂからの距離が遠いものほどそのサイズが大とされている。図８に示すように、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、反射部３ｃの幅が０．６ｍｍ程度、出射面３ｄの幅が、１．６ｍｍ程度とされている。

反射部３ｃと出射面３ｄとは方向ｘ長さがほぼ同じであるが、傾斜面３ｂとの位置関係が異なる。図９に示すように、傾斜面３ｂの方向ｘ右端と反射部３ｃの方向ｘ左端は方向ｘにおいて同じ位置とされている。このため、方向ｘにおいて傾斜面３ｂと反射部３ｃとは重ならない。一方、出射面３ｄの方向ｘ左端は、傾斜面３ｂの方向ｘ右端よりも方向ｘ左方に位置している。すなわち、傾斜面３ｂと出射面３ｄとは、方向ｘにおいて寸法ｓだけ重なっている。本実施形態においては、寸法ｓは、１ｍｍ程度とされている。

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。基板５は、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Ａ１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Ａ１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、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Ａ１の作用について説明する。

反射部３ｃのうち方向ｘ端寄りに位置する部分によって反射された光には、方向ｘにおいて傾斜面３ｂが設けられた領域に進行するものがある。このような光を、出射面３ｄのうち傾斜面３ｂと重なる部分から線状光の一部として適切に出射させることが可能である。これは、線状光の方向ｘにおける輝度分布の均一化に好ましい。

方向ｘにおいて傾斜面３ｂと出射面３ｄが重なっているが、互いの面積を相殺する構成とはなっていない。これは、角錐部３１と扁平部３２との中心線どうしがずれた位置関係とされているからである。したがって、上述した輝度分布の均一化を図りつつ、傾斜面３ｂや出射面３ｄの面積不足を回避することができる。

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における輝度分布を均一とするのに適している。

一方、読取対象Ｐによって反射された線状光も、開口２ａを通過する。反射された線状光が通過する部分には、傾斜面２１が設けられている。傾斜面２１に向かってきた線状光は、レンズユニット４には積極的に向けられない。本実施形態とは異なり、読取対象Ｐによって反射された線状光の一部がリフレクタ２によって過度に反射されてしまうと、レンズユニット４のうち方向ｘ端寄りにあるものに線状光が入射しすぎるおそれがある。本実施形態によれば、このような不具合を回避可能であり、読取対象Ｐの方向ｘ端寄りの部分が不当に明るい部分として読み取られることを防止することができる。

図１０は、本発明にかか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。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。

本実施形態のイメージセンサモジュールＡ２は、リフレクタ２の構成が上述した実施形態と異なっている。本実施形態においては、リフレクタ２に延出部２２が設けられている。延出部２２は、傾斜面２１の端部から方向ｘに延びている。延出部２２の方向ｚ寸法は、傾斜面２１の方向ｚ寸法とほぼ同じとされている。リフレクタ２のうち、図示された部分とは反対側の方向ｘ端寄りの部分に、延出部２２をさらに設けてもよい。

このような実施形態によれば、導光体３から出射された線状光のうち方向ｙに広がる部分が、延出部２２によって反射される。これにより、この光を読取対象Ｐに向かわせることが可能である。したがって、線状光の方向ｘにおける輝度分布が、方向ｘ端寄りほど低くなってしまうことを防止することができる。

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。

角錐部３１と扁平部３２との中心線どうしが一致する構成であってもよい。この場合、たとえば傾斜面３ｂに扁平部３２の一部を食い込ませれば、傾斜面３ｂと出射面３ｄとを方向ｘにおいて互いに重なり合わせることができる。

本発明にかかるイメージセンサモジュールの第１実施形態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第１実施形態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第１実施形態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第１実施形態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第１実施形態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一例を示す要部斜視図である。 図８に示す導光体の要部拡大正面図である。 本発明にかかるイメージセンサモジュールの第２実施形態を示す要部平面図である。 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

Ａ１，Ａ２ イメージセンサモジュール
ｘ （第１）方向
ｙ （第３）方向
ｚ （第２）方向
１ ケース
２ リフレクタ
２ａ 開口
３ 導光体
３ａ 入射面
３ｂ 傾斜面
３ｃ 反射部
３ｄ 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
２１ 傾斜面
２２ 延出部
３１ 角錐部
３２ 扁平部
３２ａ 溝
５１ コネクタ

Claims (4)

1. 第１方向に延びており、
   入射面と、
   上記入射面から入射した光を上記第１方向と交差する方向に反射する反射部と、
   上記反射部からの光を上記第１方向に延びる線状光として出射する出射面と、
   を有する導光体であって、
   上記入射面は、上記第１方向と直角である第２方向を向いており、
   上記第２方向視において上記入射面と重なっており、かつ上記入射面から入射した光を上記第１方向に向けて反射する、傾斜面を有しており、
   上記出射面は、上記第１方向において上記傾斜面と重なる部分を有することを特徴とする、導光体。
2. 上記反射部は、上記第１方向において上記傾斜面とは重ならない、請求項１に記載の導光体。
3. 上記出射面は、上記第１方向視において、上記傾斜面とは重ならない、請求項１または２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、
   読取対象によって上記第１方向と直角である第２方向に反射された線状光を受光する受光手段と、
   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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