(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
請求項1から請求項7の何れかに記載のライン光源と、そのライン光源から出射され前記紙葉類を反射又は透過した光を導くためのレンズアレイと、前記レンズアレイにより収束された光を受光し、電気信号に変換する受光部と、を備える光ラインセンサユニット。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図されている。
<イメージセンサユニット>
図1は、本発明の実施の形態におけるイメージセンサユニットの構成を示す概略断面図である。
【0014】
このイメージセンサユニットは、
図1の上半分に示すように、ライン光源10から紙葉類Dに向けて出射され紙葉類Dを反射した光を受光する反射型のイメージセンサユニットと、
図1の下半分に示すように、ライン光源10Aを、焦点面20を基準にして、受光部12と反対の位置に置いて、ライン光源10Aから紙葉類Dに向けて光を出射する透過型のユニットとを含んでいる。ライン光源10の点灯時刻とライン光源10Aの点灯時刻とは異なっており、両方が同時点灯することはない。
【0015】
イメージセンサユニットは、筐体16,16Aと、紙葉類Dを照明するためのライン光源10,10Aと、そのライン光源10,10Aから焦点面20に向けて出射され紙葉類Dを反射又は透過した光を導くためのレンズアレイ11と、基板13に実装されレンズアレイ11により導かれた光を受光する受光部12とを備えている。紙葉類Dは焦点面20に沿って一方向(紙面右から左への方向又はその逆方向)に搬送される。
【0016】
これらの筐体16,16A、ライン光源10,10A、受光部12、レンズアレイ11は、主走査方向、すなわち紙面の垂直な方向に延びていて、
図1はその断面を示している。
ライン光源10,10Aは、焦点面20にある紙葉類Dに向けて光を出射するユニットである。ライン光源10,10Aから焦点面20に向けて出射される光をB1,B2で示している。出射される光の種類は可視光と紫外光であり、さらに赤外光が出射されることもある。
【0017】
この紫外光は波長ピークが300nm〜400nmを有するもので、赤外光は波長ピークが1500nmまで有するものである。
これらの光のうち少なくとも紫外光は、他の光と時間的に重ならないようにして(すなわち時間的にスイッチングされながら)発光される。赤外光は、可視光と時間的に重なって発光されることもあり、時間的に重ならないようにして発光されることもある。
【0018】
ライン光源10,10Aから出射された光B1,B2は、保護ガラス14を透過して焦点面20に集光される。保護ガラス14は、使用中のごみの飛散や傷つきからライン光源10,10Aやレンズアレイ11を保護するために設置される。
保護ガラス14の材質はライン光源10,10Aから出射される光を透過させるものであれば良く、例えばアクリル樹脂やシクロオレフィン系樹脂などといった透明の樹脂であってもよい。ただ、本発明の実施の形態では、白板ガラス、ホウケイ酸ガラスなど特に紫外光を透過させるものを使用するのが好ましい。
【0019】
ライン光源10,10Aの底面に対向して、ライン光源10,10Aの両端に設置された第2の光源部3、第1の光源部4(
図3参照)を固定するための基板5,13が設置されている。この基板5,13はフェノール、ガラスエポキシなどで形成された薄い絶縁板であり、その裏面に銅箔からなる配線パターンが形成されている。第2の光源部3、第1の光源部4の端子を基板5,13の各所に形成された孔に挿入し、基板の裏面において半田などで配線パターンと接合することにより、第2の光源部3及び第1の光源部4を基板5,13に搭載し固定することができるとともに、所定の駆動電源(図示せず)から基板裏面の配線パターンを通して第2の光源部3及び第1の光源部4に電力を供給してその発光を駆動・制御することができる。
【0020】
レンズアレイ11は、紙葉類Dで反射された光を受光部12に結像する光学素子であり、セルフォックレンズアレイ(登録商標:日本板硝子製)などのロッドレンズアレイを用いることができる。本発明の実施の形態では、レンズアレイ11の倍率は1(正立)に設定されている。
焦点面20から受光部12までの任意の位置に、受光部12に紫外光が入らないように、紫外光を反射又は吸収することにより遮断するフィルタとして、紫外光遮断フィルタ膜15を設けることが好ましい。本発明の実施の形態では、レンズアレイ11の表面に紫外光遮断フィルタ膜15を取り付け、紫外光を遮断する機能を持たせている。本明細書で「光を遮断する」とは、光を反射又は吸収して、透過させないことをいう。
【0021】
この紫外光遮断フィルタ膜15は、特に限定するものではなく、紫外光が、受光部12へ入るのを防止することができれば、材質・構造を問わない。例えば有機系の紫外光吸収剤を透明フィルムに混入あるいはコーティングした紫外光吸収フィルム、ガラス表面に酸化チタン、酸化珪素など透過率や屈折率の異なる金属酸化物もしくは誘電体の薄膜を多層蒸着することで得られる干渉波フィルタ(バンドパスフィルタ)などが好ましい。
【0022】
なお、紫外光遮断フィルタ膜15はレンズアレイ11の光出射側面に取り付けていたが、保護ガラス14から受光部12までの任意の位置に取り付けてもよい。例えばレンズアレイ11の入射面又は中間部に取り付けてもよい。要するに、紙葉類Dで反射された紫外光や保護ガラス14で反射された紫外光が、受光部12へ入るのを防止することができればよい。
【0023】
受光部12は基板13に実装され、反射光を受けて光電変換により電気出力として画像を読取る受光素子を含んで構成されている。受光素子の材質・構造は特に規定されるものではなく、アモルファスシリコン、結晶シリコン、CdS、CdSeなどを用いたフォトダイオードやフォトトランジスタを配置したものであってもよい。またCCD(Charge Coupled Device)リニアイメージセンサであってもよい。さらに受光部12として、フォトダイオードやフォトトランジスタ、駆動回路及び増幅回路を一体としたIC(Integrated Circuit)を複数個並べた、いわゆるマルチチップ方式のリニアイメージセンサを用いることもできる。また、必要に応じて基板13上に駆動回路、増幅回路などの電気回路、あるいは信号を外部に取り出すためのコネクタなどを実装することもできる。さらに基板13上にマイクロコンピュータ、記憶素子、A/Dコンバータ、各種補正回路、画像処理回路、ラインメモリ、I/O制御回路などを同時に実装してデジタル信号として外部に取り出すこともできる。
【0024】
<ライン光源>
図2は、
図1に示されるイメージセンサユニットにおけるライン光源10の外観を概略的に示す斜視図である。
図3はライン光源10の各構成部材の分解斜視図である。なお、ライン光源10,10Aともに同一のユニットであるので、以下、 ライン光源10の構造のみを説明する。
【0025】
ライン光源10は、長手方向Lに沿って延びる透明な導光体1と、長手方向Lの一方の端面付近に設けられた第2の光源部3と、長手方向Lの他方の端面付近に設けられた第1の光源部4と、導光体1の各長手側面(底側面1a及び左右側面1b,1c)を保持するための保持部材2と、底側面1aに形成された、第2の光源部3及び第1の光源部4から導光体1の端面1e,1fに入射され導光体1の中を進む光を拡散・屈折させて、導光体1の光出射側面1dから出射させるための光拡散パターンPとを有している。また好ましくは、導光体1の端面1e,1fにそれぞれ形成された第2のフィルタ6、第1のフィルタ7を有している。
【0026】
導光体1は、アクリル樹脂などの光透過性の高い樹脂、あるいは光学ガラスで形成してもよいが、本発明の実施の形態では、紫外光を発光する第1の光源部4を用いるので、導光体1の材料として、紫外光に対する減衰が比較的少ないフッ素系樹脂あるいはシクロオレフィン系樹脂が好ましい。
導光体1は、細長い柱状であり、その長手方向Lに直交する断面は、長手方向Lのどの切り口においても、実質的に同じ形状、同じ寸法をしている。また導光体1のプロポーション、すなわち導光体1の長手方向Lの長さL1と、その長手方向Lに直交する断面の高さとの比率は10よりも大きく、好ましくは30よりも大きい。例えば導光体1の長さL1が200mmであれば、その長手方向Lに直交する断面の高さは5mm程度である。
【0027】
導光体1の側面は、底側面1a(光拡散パターン形成面に相当)、左右側面1b,1c、光出射側面1d(
図3において導光体1の上面に相当)の4つの側面からなる。底側面1a、左右側面1b,1cは平面形状であり、光出射側面1dはレンズの集光効果を持たせるために外向きに滑らかな凸の曲線状に形成されている。しかし光出射側面1dは必ずしも凸状に形成されていなくてもよく、平面形状であってもよい。この場合、平面1dに対向するように、導光体1から出射した光を集光するレンズを配置するとよい。
【0028】
光拡散パターンPの短手方向(長手方向Lに直角な方向)の幅WPは、底側面1aの幅W1の1/2以下であることが好ましい。例えば底側面1aの幅W1が4mmで、光拡散パターンの幅WPが0.6mmである。光拡散パターンの幅WPが導光体の幅W1に対して小さい方が光の出射する範囲を絞ることができるので光の出射効率が良い。
さらに底側面1a上の光拡散パターンPは、一定の幅WPを維持して、導光体1の長手方向Lに沿って一直線状に延びている。この光拡散パターンPの長手方向Lに沿った寸法は、イメージセンサの読取長(つまり受光部12の読取領域の幅)よりも長くなるように形成されている。
【0029】
この光拡散パターンPは公知の各種パターンが用いられるが、例えば
図4に導光体1の縦断面図を示すように、導光体の長手方向Lに対して直角方向に稜線を有している凹部ピッチv凸部が配列形成されたパターンが好ましい。より具体的には導光体1の底側面1aに彫刻された複数のV字状の溝である。
この光拡散パターンPにより、導光体1の端面1e,1fから入射され、導光体1の内部を長手方向Lに伝搬する光を屈折・拡散させ、長手方向Lに沿ってほぼ一様の明るさで光出射側面1dから照射することができる。
【0030】
なお、長手方向Lでの照度均一性を持たせるために、光拡散パターンPのピッチv、開口幅u、高さ(ピッチv深さ)dの少なくとも1つが可変であることが望ましい。例えば、光源から遠ざかるに従いピッチvを細かくする、ピッチv開口幅uを狭くする、ピッチv高さd(ピッチv深さ)を高く(ピッチv深く)することにより照度を均一にすることが出来る。これにより、導光体1の長手方向Lの全体において紙葉類Dに照射される光をほぼ一定とすることができ、照度むらを無くすことができる。
【0031】
<保持部材>
保持部材2は導光体1の底側面1a及び左右側面1b,1cをカバーして、導光体1から抜けた光を再び導光体1内に反射させるための部材である。
保持部材2は、導光体1の長手方向Lに沿った細長い形状であり、
図3に示すように、導光体1の底側面1a及び左右側面1b,1cを覆うことができるように、導光体1の底側面1aに対向する底面2a、導光体1の右側面1bに対向する右側面2b、及び導光体1の左側面に対向する左側面2cを有している。これらの3つの側面はそれぞれ平面をなしており、これらの3つの内面で断面がほぼ「コ」の字状の凹部を形成するので、導光体1をこの凹部の中に挿入することができる。この覆った状態で、保持部材2の底面2aが導光体1の底側面1aに当接し、保持部材2の右側面2bが導光体1の右側面1bに当接し、左側面2cが導光体1の左側面1cに当接する。このため、保持部材2で導光体1を保護することができる。
【0032】
保持部材2は半透明、又は不透明な材質であってもよい。
保持部材2は単一の材質で形成されていてもよい。例えば保持部材2は、導光体1の光出射側面以外の側面より漏れ出す光を再び導光体1内に反射させるために、反射率の高い白色樹脂の成形品であってもよい。保持部材2をステンレスやアルミニウムなどの金属体で形成してもよい。
【0033】
また保持部材2は、外面と内面とが異なる材質で積層して形成されていても良い。この場合、導光体1から抜けた光を再び導光体1内に反射させるために、保持部材2の内面の光学的性質が重要である。例えば保持部材2は、反射率の高い白色樹脂を、内面に塗布した樹脂の成形品であってもよい。樹脂でできた保持部材2の内面に、ステンレスやアルミニウムなどの金属層を蒸着やメッキで形成してもよい。樹脂でできた保持部材2の内面にステンレスやアルミニウムなどの金属体を嵌め込む構造であっても良い。
【0034】
本発明において、保持部材2は、前記導光体1の光拡散パターンPが形成された底側面1aを保持する底面2aにおいて、前記光拡散パターンPに対向する領域を光反射領域Rとしている。以下、光反射領域Rの具体的な形状例を説明する。
図5は、本発明の一実施の形態における保持部材2の断面図である。保持部材2は、導光体の底側面1aを覆う底面2aにおいて、光拡散パターンPに対向する光反射領域Rを有している。また、前記光反射領域R以外の領域に光吸収処理を施す光吸収領域Aを有している。
【0035】
光反射領域Rにおいては、保持部材2の底面2aの材質である反射率の高い白色樹脂や金属がそのまま用いられる。
光吸収領域Aは、保持部材2の底面2aを追加工して形成することができる。この追加工の例としては、例えば黒色のテープを張り付けたり、黒色の塗料などを塗布する処理などが考えられる。光吸収領域Aを追加工する範囲は、光反射領域R以外の領域である。
【0036】
ここで光反射領域Rの短手方向の幅は、光拡散パターンPの短手方向の幅WPと同じであるか、幅WPより若干広く設定する。光反射領域Rの長手方向Lの長さは、光拡散パターンPの長手方向Lに沿った寸法と同じか、それよりも若干長く設定する。これにより、光拡散パターンPの形成領域に対向する光反射領域Rを設けることができ、光反射領域Rによって光拡散パターンPの全体を覆うことができる。
【0037】
図6は保持部材2の別の実施例を示す斜視図である。保持部材2の底面2aは、導光体1の底側面1aの全面に対向するものではなく、光拡散パターンPに対応する領域で対向するように、リッジ状に形成されている。このリッジ状の底面2aの幅は、光拡散パターンPの短手方向の幅WPと同じであるか、幅WPより若干広く設計する。これにより、このリッジ状の底面2aが光拡散パターンPの形成領域に対向する光反射領域Rとなる。リッジ状の底面2a以外の部分は光吸収領域Aとなる。
【0038】
保持部材2の右側面2bとリッジ状の底面2aとの間、及び保持部材2の左側面2cとリッジ状の底面2aとの間は、保持部材2の形状を維持するためリブ2dで橋渡しされ、支持されている。
図7(a)はリブ2dの存在しない面で保持部材2を切断した断面図であり、
図7(b)はリブ2dの存在する面で保持部材2を切断した断面図である。
導光体1の長手方向Lの長さL1が200mmであるのに対して、リブ2dの1個あたりの長さtは、0.5mm〜1mm程度である。リブ2dの高さhは、リッジ状の底面2aの高さよりも低ければよく、限定されない。
【0039】
リブ2dの断面形状、材質は、リッジ状の底面2aを保持することができるものであれば限定されない。
保持部材2の一側面あたりのリブ2dの個数nが多く、平面視したリブ2dの長手方向Lの長さtが長く、この結果、積ntが、光拡散パターンPの長手方向Lの長さに近くなれば、リブ2dが実質的に光を反射する反射領域になってしまうので、積ntが、光拡散パターンPの長手方向Lの長さよりも十分小さくなるように設計する。例えば、積ntは、光拡散パターンPの長手方向Lの長さに対して、その5%以下とすることが好ましい。すなわち、
積nt<光拡散パターンPの長手方向Lの長さ×5(%) (式1)
あるいは、前記光拡散パターンPの長手方向Lの長さを、導光体1の長手方向Lの長さL1と読み替えてもよい。
【0040】
積nt<導光体1の長手方向Lの長さL1×5(%) (式2)
図8は、保持部材2のさらに別の実施例を示す斜視図である。保持部材2の底面2aは、光学特性の違う複数種類の材質で形成されている。すなわち、保持部材2の底面2aは、光反射領域Rにおいては、反射率の高い白色樹脂や金属がそのまま用いられるが、光吸収領域Aにおいては、相対的に反射率の低い黒色樹脂や反射率が低くなるように表面加工をした金属が用いられる。
【0041】
これらの複数種類の部材の接合は、樹脂どうしの場合は熱融着、接着又は2色成型で行うことができる。金属同士の場合はろう付けや溶接で行うことができる。
第2の光源部3は可視光、又は可視から赤外にわたる波長の光を発光する光源であり、例えば近赤外、赤、緑、青の各波長の光を発する複数のLED(Light Emitting Diode)が用いられる。また、赤、緑、青を混在した白色光を発する場合、赤、緑、青の3色を同時点灯してもよいし、LED光源の封止剤に蛍光剤を混入し、蛍光による白色光を出してもよい。
【0042】
第1の光源部4は、導光体1に対して紫外光を発光する光源であり、300nm〜400nmの紫外光LED光源等が使用可能である。好ましくは330nm〜380nmの範囲にピーク発光波長を有する紫外発光ダイオードが用いられる。
第2の光源部3、第1の光源部4の両方を用いてもよく、いずれか一方のみを用いても良い。
【0043】
第2の光源部3と第1の光源部4には、基板5に実装されるための端子31が形成されていて、この端子31を基板5に差込み、半田付けなどで接合することにより、それぞれ駆動電源(図示せず)に電気的に接続される。駆動電源は、第2の光源部3に電圧を印加する電極端子と第1の光源部4に電圧を印加する電極端子とを選択することにより、第2の光源部3及び第1の光源部4を同時に、若しくは時間的に切り替えて発光させることができる回路構成となっている。また第2の光源部3に内蔵された複数のLEDのうち任意のLEDを選択して同時に、若しくは時間的に切り替えて発光させることもできる。
【0044】
以上の構成により、コンパクトな構成で、第2の光源部3が設置される端面1eから可視光又は可視光から赤外光までを含む波長範囲の光を導光体1に入射することができ、第1の光源部4が設置される端面1fから紫外光を導光体1に入射することができる。これにより、第1の光源部4から発光される光、又は第2の光源部3から発光される光を、導光体1の光出射側面1dから出射することができる。
【0045】
好ましくは、導光体1の第2の光源部3が設置される端面1eには、420nm以上の赤外光及び可視光を透過させ、400nm未満の紫外光を反射又は吸収することにより遮断する第2のフィルタ6が設けられている。また、導光体1の第1の光源部4が設置される端面1fには、400nm未満の紫外光を透過させ、420nm以上の赤外光及び可視光を反射又は吸収することにより遮断する第1のフィルタ7が設けられている。
【0046】
第2のフィルタ6、第1のフィルタ7は、特に限定するものではなく目的とする波長域を遮断するものであれば材質・構造を問わない。例えば反射させるフィルタであれば、ガラス表面に透過率や屈折率の異なる金属酸化物もしくは誘電体の薄膜を多層蒸着することで得られる干渉波フィルタ(バンドパスフィルタ)が好ましい。
反射させる干渉波フィルタとしては、例えば、酸化珪素と五酸化タンタルなどを採用し、それぞれの透過率や屈折率及び膜厚を調整して多層蒸着することにより所望のバンドパスフィルタ特性を確保することで得られる。なお、当然ながら通常の光学関連産業用に従来から生産されているバンドパスフィルタで、要求性能を満足するものであれば採用に際して特に制限はない。
【0047】
第2のフィルタ6、第1のフィルタ7に干渉波フィルタを用いる場合、前記干渉波フィルタのみでは目的とする透過域を調整できない場合は、さらにその上に金属又はその酸化物、窒化物、フッ化物の薄膜を用いたフィルムを重ねることで所望の波長特性を確保することが可能である。
第2のフィルタ6が紫外光を吸収するフィルタであれば、有機系の紫外光吸収剤を透明フィルムに混入あるいはコーティングした紫外光吸収フィルムであってもよい。また、干渉波フィルタで、例えば、酸化珪素と酸化チタンなどを採用し、それぞれの透過率や屈折率及び膜厚を調整して多層蒸着することにより紫外光を反射、吸収両機能により遮断することで所望波長特性を確保してもよい。
【0048】
また第1のフィルタ7が可視光、赤外光を吸収するフィルタであれば、紫外光を通過させ可視光、赤外光をカットする物質をフィルムの中に添加してもよい。
なお、第2のフィルタ6、第1のフィルタ7の導光体1への設置方法は任意であり、導光体1の端面1e,1fに塗布又は蒸着により被覆してもよい。またフィルム状もしくは板状の第2のフィルタ6、第1のフィルタ7を用意し、導光体1の端面1e,1fに密着させて、もしくは端面1e,1fから一定の距離をおいて取り付けてもよい。
【0049】
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、以上の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
【実施例】
【0050】
導光体1の長さL1を200mmとし、導光体1の幅W1を4mmとし、光拡散パターンPの長さをL1とほぼ同じとし、光拡散パターンPの幅WPを0.6mmとして、ライン光源10から可視光を照射し、受光部12の受光光量を測定した。
図9A(a)は、保持部材2の底面2aの全体を、反射率の高い白色樹脂で形成した比較例(a)を表し、
図9A(b)は、保持部材2の底面2aをなくした比較例(b)を表し、
図9A(c)は、光拡散パターンPに対向する領域を底面2aの存在しない光吸収領域とし、それ以外の領域を反射率の高い白色樹脂で形成した比較例(c)を表す。
【0051】
これに対して、
図9A(d)は、保持部材2の底面2aの光拡散パターンPに対向する領域を反射率の高い白色樹脂で形成して光反射領域とし、それ以外の領域を底面2aのない光吸収領域とした実施例を表す。
図9Bは、紙葉類Dを搬送間距離S内で上下に動かしたときの、保護ガラス14のガラス面からの距離に対して、受光部12の受光素子の出力変化を表すグラフである。
【0052】
図9Bより、比較例(a),(c)では、ガラス面からの距離が増えるにしたがって、受光光量の低下が著しい。比較例(b)では、ガラス面からの距離が増えても受光光量の変化は少ないが、受光光量自体が低い。実施例ではガラス面からの距離が増えても受光光量の変化は少なく、受光光量も多い。したがって、紙葉類が搬送間隙を上下に動いても紙葉類を均一に照明することのできるという、本発明の効果を確認することができた。