DE112020007020T5

DE112020007020T5 - Beleuchtungseinrichtung und bildscanner

Info

Publication number: DE112020007020T5
Application number: DE112020007020.4T
Authority: DE
Inventors: Taisuke Makita; Hiroyuki Kawano; Shigeru Takushima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2023-04-13
Also published as: CN115336241A; WO2021199422A1; CN115336241B; US20230144125A1; JP7341319B2; JPWO2021199422A1

Abstract

Eine Beleuchtungseinrichtung (200) umfasst eine Vielzahl von Lichtquellen und ein Lichtleiterelement (3) und das Lichtleiterelement (3) umfasst ein Einfallteil (3a), das Licht, das von der Vielzahl von Lichtquellen emittiert wird und durch eine Einfallfläche (11) eintritt, in Richtung einer Mitte des Lichtleiterelements (3) in seiner Hauptachsenrichtung leitet, und ein Mittelteil (3b), das eine Streufläche (4) zum Emittieren des geleiteten Lichts in Richtung eines Beleuchtungszielkörpers aufweist. Die Vielzahl von Lichtquellen umfassen eine erste Lichtquelle (1a), deren Lichtemissionsfläche der Einfallfläche (11) zugewandt ist, und eine zweite Lichtquelle (1b), deren Lichtemissionsfläche der Einfallfläche (11) zugewandt ist, und die auf der Seite des Mittelteils (3B) relativ zur ersten Lichtquelle (1a) angeordnet ist. Das Einfallteil (3a) weist eine erste gekrümmte Fläche (12a) auf, die das durch die Einfallfläche (11) eintretende Licht zum Mittelteil (3) reflektiert, und eine zweite gekrümmte Fläche (12b), die auf der Seite des Mittelteils (3b) relativ zur ersten gekrümmten Fläche (12a) angeordnet ist und das durch die Einfallfläche (11) eintretende Licht in Richtung des Mittelteils (3) reflektiert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Beleuchtungseinrichtung und einen Bildscanner.
HINTERGRUND ZUM STAND DER TECHNIK
Als Beleuchtungseinrichtung für einen Bildscanner, der in einer Bildleseeinrichtung für Finanzen oder dergleichen installiert ist, wurde üblicherweise eine Beleuchtungseinrichtung verwendet, die eine Konfiguration aufweist, bei der LED-Licht dazu gebracht wird, in ein Lichtleiterelement in einer stabartigen Form durch seine Endfläche einzutreten, und ein Bereich zum Reflektieren des Lichts in einer Hauptachsenrichtung des Lichtleiterelements vorgesehen ist. Ein Bild wird erhalten, indem die Fotorezeptorelemente das von einem mit der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Zielobjekt reflektierte Licht empfangen. Als Verfahren, um Licht in das Innere des Lichtleiterelements eindringen zu lassen, wird üblicherweise ein Verfahren verwendet, bei dem eine Endfläche des Lichtleiterelements als Einfallfläche dient und die Lichtemissionsfläche der LED parallel zur Endfläche des Lichtleiterelements angeordnet ist. Verringert sich jedoch der Durchmesser des Lichtleiterelements, so verringert sich der Bereich der Endfläche und damit verringert sich die Eintrittseffizienz des von der Lichtemissionsfläche der LED emittierten Lichts. Insbesondere in einer Bildleseeinrichtung für Finanzen, die die Authentifizierung von Banknoten durchführt, ist es notwendig, die Banknote mit Licht mehrerer Wellenlängen zu beleuchten, indem eine Vielzahl von LEDs verwendet wird, die sichtbares Licht (RGB-Licht), Infrarotlicht (IR), ultraviolettes Licht (UV) usw. emittieren. Dadurch besteht die Gefahr, dass die Lichtemissionsflächen einiger LEDs von einer Region abweichen, in der sich die Endfläche des Lichtleiterelements befindet, und die Nutzungseffizienz von Licht sinkt.
Eine Technologie zur effizienten Leitung des von den Lichtemissionsflächen einer Vielzahl von LEDs emittierten Lichts in Richtung der Hauptachse ist beispielsweise in Patentliteratur 1 beschrieben. In Patentliteratur 1 wird der Lichteinfall in das Lichtleiterelement dadurch bewirkt, dass eine Seitenfläche des Lichtleiterelements als Einfallfläche verwendet wird und die Lichtemissionsflächen der LEDs so angeordnet werden, dass sie der Seitenfläche des Lichtleiterelements gegenüberliegen. Bei diesem Verfahren wird das eintretende Licht durch Ausbilden einer Endfläche des Lichtleiterelements als gekrümmte Fläche durch die gekrümmte Fläche reflektiert und in Richtung der Hauptachse geleitet. Da der Bereich der Seitenfläche des Lichtleiterelements größer ist als der Bereich der Endfläche, ist der Anteil des auf die Einfallfläche als Seitenfläche des Lichtleiterelements einfallenden Lichts an dem von den Lichtemissionsflächen der LEDs emittierten Licht hoch.
REFERENZEN ZUM STAND DER TECHNIK
PATENTREFERENZ
Patentreferenz 1: Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2010-193360
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABE
In der Bildleseeinrichtung für Finanzen wird ein Bild mit Hilfe einer Vielzahl von Einzelwellenlängen-LEDs erhalten. Für eine Banknote wird eine Tinte verwendet, die ausschließlich Licht mit einer bestimmten Wellenlänge reflektiert. Fünf Bilder, die jeweils durch separates Beleuchten der Banknote mit fünf verschiedenen Lichtarten, wie z. B. R, G, B, IR und UV, entstanden sind, unterscheiden sich in bestimmten Merkmalen wie dem Muster. Die Authentifizierung der Banknote wird auf der Grundlage einer Vielzahl von Bildern, die jeweils bei einer Vielzahl von Wellenlängen erhalten werden, durchgeführt.
In dem Fall, dass eine Banknote in der Bildleseeinrichtung für Finanzen beleuchtet wird, ist es wünschenswert, die Beleuchtungsstärkeverteilung in einem Lesebereich zu vereinheitlichen und die Beleuchtungsstärke hoch einzustellen. Um das Beleuchtungsstärkelevel für die Banknote hoch einzustellen, ist es notwendig, die Lichtleitereffizienz zu erhöhen.
In der in Patentreferenz 1 vorgeschlagenen Konfiguration wird die Lichtleitereffizienz für eine LED, die sich näher an einem Endteil des Lichtleiterelements befindet, höher, und die Lichtleitereffizienz wird für eine LED, die sich näher an der Mitte des Lichtleiterelements befindet, niedriger. Bei einer LED, die sich näher an der Mitte des Lichtleiterelements befindet, ist die Neigung der gekrümmten Fläche, die das von der LED einfallende Licht reflektiert, kleiner. Wenn das von der gekrümmten Fläche reflektierte Licht anschließend auf eine Grenze zwischen dem Lichtleiterelement und Luft trifft, wird der Einfallswinkel entsprechend groß und der Anteil von Licht, das die Bedingung der Totalreflexion nicht erfüllt, steigt. Obwohl die Schwankungen in der Lichtleitereffizienz zwischen den LEDs abnehmen, wenn der LED-Abstand in Richtung der Hauptachse verringert wird, kann der LED-Abstand aufgrund der Verdrahtung um die LEDs und der Wärmeabstrahlung der LEDs nicht verringert werden. Insbesondere wenn versucht wird, das Lichtleiterelement zu verkleinern, verringert sich auch die Länge der gekrümmten Fläche in Richtung der Hauptachse, wodurch der Einfluss des LED-Abstands relativ zunimmt.
Wie oben beschrieben, hat das Verfahren, bei dem das Licht durch die Seitenfläche in das Lichtleiterelement eintritt, das Problem, dass es eine Schwankung in der Lichtleitereffizienz zwischen einer LED, die auf der Seite des Endteils des Lichtleiterelements in Richtung der Hauptachse angeordnet ist, und einer LED, die auf der mittleren Seite angeordnet ist, gibt, und daher gibt es auch eine Schwankung im Beleuchtungsstärkelevel.
Ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, die gemacht wurde, um das oben beschriebene Problem zu lösen, ist es, die Schwankung in der Lichtleitereffizienz des von einer Vielzahl von Lichtquellen emittierten Lichts zu reduzieren.
MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Eine Beleuchtungseinrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Vielzahl von Lichtquellen und ein Lichtleiterelement, um das nach innen eintretende Licht weiterzuleiten, während es das Licht reflektiert. Das Lichtleiterelement umfasst ein Einfallteil, das eine Einfallfläche aufweist, die es dem von der Vielzahl von Lichtquellen emittierten Licht ermöglicht, einzutreten und das eingetretene Licht in Richtung eines Zentrums des Lichtleiterelements in Richtung seiner Hauptachse zu leiten, und ein Mittelteil, das eine Streufläche zum Emittieren des vom Einfallteil geleiteten Lichts in Richtung eines Beleuchtungszielkörpers aufweist. Die Vielzahl von Lichtquellen umfassen eine erste Lichtquelle, deren Lichtemissionsfläche der Einfallfläche zugewandt ist, und eine zweite Lichtquelle, deren Lichtemissionsfläche der Einfallfläche zugewandt ist und die auf der Seite des Mittelteils relativ zur ersten Lichtquelle angeordnet ist. Das Einfallteil weist eine erste gekrümmte Fläche auf, die das durch die Einfallfläche eintretende Licht zum Mittelteil reflektiert, und eine zweite gekrümmte Fläche, die auf der Seite des Mittelteils relativ zur ersten gekrümmten Fläche angeordnet ist und das durch die Einfallfläche eintretende Licht Richtung Mittelteil reflektiert.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Schwankung der Lichtleitereffizienz des von der Vielzahl von Lichtquellen emittierten Lichts verringert werden.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die die Konfiguration eines Bildscanners gemäß einer ersten Ausführungsform schematisch darstellt.
2 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die ein Einfallteil eines Lichtleiterelements und eine Vielzahl von Lichtquellen in einer Beleuchtungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
3A ist ein Diagramm, das ein Beispiel für optische Pfade von Licht zeigt, das von der Vielzahl von Lichtquellen emittiert, durch das Lichtleiterelement geführt und in Richtung eines Beleuchtungszielkörpers in der Beleuchtungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform emittiert wird, und 3B ist ein Diagramm, das eine Beleuchtungsstärkeverteilung in einem Bilderfassungsbereich zeigt.
4 ist eine Querschnittsansicht, die das Einfallteil des Lichtleiterelements der Beleuchtungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
Die 5A bis 5C sind Diagramme, die optische Pfade von Licht, das von einem Paraboloid reflektiert wird, zeigen.
6 ist eine Querschnittsansicht, die das Einfallteil mit einer gekrümmten Fläche in einer parabolischen Form im Lichtleiterelement der Beleuchtungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
7A und 7B sind Querschnittsansichten, die optische Pfade von Licht im Einfallteil des Lichtleiterelements der Beleuchtungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigen.
8A und 8B sind Querschnittsansichten, die optische Pfade von Licht im Einfallteil des Lichtleiterelements der Beleuchtungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigen.
9A und 9B sind Querschnittsansichten, die Bereiche eines Lichtleitungsemissionswinkels im Einfallteil des Lichtleiterelements der Beleuchtungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigen.
10A und 10B sind Querschnittsansichten, die optische Pfade von Licht im Einfallteil des Lichtleiterelements der Beleuchtungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigen.
11A bis 11C sind Querschnittsansichten, die optische Pfade von Licht in einem Einfallteil mit einer einstufig gekrümmten Fläche in einem Lichtleiterelement einer Beleuchtungseinrichtung als Vergleichsbeispiel zeigen.
12A und 12B sind Querschnittsansichten, die Bereiche des Lichtleitungsemissionswinkels im Einfallteil mit der einstufig gekrümmten Fläche im Lichtleiterelement der Beleuchtungseinrichtung als das Vergleichsbeispiel zeigen.
13A bis 13C sind optische Simulationsdiagramme, die optische Pfade im Einfallteil mit einer zweistufig gekrümmten Oberfläche im Lichtleiterelement der Beleuchtungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigen.
14A und 14B sind optische Simulationsdiagramme, die Pfade im Einfallteil mit der einstufig gekrümmten Fläche im Lichtleiterelement der Beleuchtungseinrichtung als das Vergleichsbeispiel zeigen.
15 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die ein Einfallteil eines Lichtleiterelements und eine Vielzahl von Lichtquellen in einer Beleuchtungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
16 ist eine Querschnittsansicht, die das Einfallteil des Lichtleiterelements der Beleuchtungseinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
17A und 17C sind Querschnittsansichten, die Bereiche des Lichtleitungsemissionswinkels im Einfallteil des Lichtleiterelements der Beleuchtungseinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigen.
18 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die ein Einfallteil eines Lichtleiterelements und eine Vielzahl von Lichtquellen in einer Beleuchtungseinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
19 ist eine Querschnittsansicht, die das Einfallteil des Lichtleiterelements der Beleuchtungseinrichtung gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.

MODUS ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Eine Beleuchtungseinrichtung und ein Bildscanner gemäß jeder Ausführungsformen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die folgenden Ausführungsformen sind nur Beispiele und es ist möglich, Ausführungsformen in geeigneter Weise zu kombinieren und jede Ausführungsform in geeigneter Weise zu modifizieren. Während die Beleuchtungseinrichtung und der Bildscanner gemäß jeder Ausführungsform in einer Bildleseeinrichtung für Finanzen installiert ist, die beispielsweise eine Banknote oder ähnliches scannt, können die Beleuchtungseinrichtung und der Bildscanner auch in einem anderen Gerätetyp wie einem Kopiergerät, einem Faxgerät oder einem Scanner installiert werden.
In den Zeichnungen stellen Komponenten, die den gleichen Bezugszeichen zugeordnet sind, die gleiche Komponente dar. Ferner sind in den Zeichnungen die Koordinatenachsen eines orthogonalen XYZ-Koordinatensystems als dreidimensionales orthogonales Koordinatensystem angegeben. Eine X-Richtung parallel zu einer X-Achse ist eine Richtung entlang einer Längsrichtung des Lichtleiterelements (auch als „Hauptachsenrichtung“ bezeichnet), und eine Y-Richtung parallel zu einer Y-Achse ist eine Richtung entlang einer kurzen Seitenrichtung des Lichtleiterelements (auch als „Nebenachsenrichtung“ bezeichnet). Ferner ist eine Z-Richtung parallel zu einer Z-Achse eine Richtung, die von einem Sensorsubstrat zu einem Beleuchtungszielkörper führt (auch als „Höhenrichtung“ bezeichnet).
Darüber hinaus werden in den Zeichnungen auch ein X'Z'-Koordinatensystem (z. B. in 6 und 7, die später erläutert werden), ein X"Z"-Koordinatensystem (z. B. in 6 und 7, die später erläutert werden) und ein X'''Z'''-Koordinatensystem (z. B. in 16 und 17, die später erläutert werden) verwendet. Diese Koordinatensysteme sind Koordinatensysteme, die durch Drehen eines Koordinatensystems mit einer X-Achse und einer -Z-Achse um die Winkel θ_a, θ_b und θ_c erhalten werden.
In der vorliegenden Anwendung ist der Beleuchtungszielkörper ein Objekt, das von der Beleuchtungseinrichtung gemäß jeder Ausführungsform mit Licht beleuchtet wird. Der Beleuchtungszielkörper ist ein Zielobjekt als das Ziel des Lesens im Bildscanner gemäß jeder Ausführungsform.
Erste Ausführungsform
1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die die Konfiguration eines Bildscanners 100 gemäß einer ersten Ausführungsform schematisch darstellt. Wie in 1 gezeigt, umfasst der Bildscanner 100 eine Lichtquelleneinheit 1 mit einer Vielzahl von Lichtquellen, ein LED-Substrat 2, das mit LEDs (Light Emitting Diodes) als Lichtquellen vorgesehen ist, Leitungsdrähte 22, ein Lichtleiterelement 3 in stabartiger Form, das Licht leitet, eine Streufläche 4, die Licht streut, einen Halter 5, ein durchlässiges Element 6, ein optisches Bilderfassungssystem 7, eine Fotorezeptorelementeinheit 8 als Bildsensor und ein Sensorsubstrat 9, auf dem die Fotorezeptorelementeinheit 8 angebracht ist.
Die Lichtquelleneinheit 1 umfasst beispielsweise eine Vielzahl von LEDs, die sichtbares Licht in Form von weißem Licht oder Licht in den Farben Rot, Grün und Blau (RGB) emittieren, eine Vielzahl von LEDs, die unsichtbares Licht in Form von IR-Licht oder UV-Licht emittieren, und so weiter. Die Lichtquelleneinheit 1 umfasst z. B. Gehäuse-LEDs, die durch Gießen von LED-Chips mit Harz erhalten werden, LEDs mit Nacktchips oder dergleichen, organische EL-Elemente (Elektrolumineszenz) oder dergleichen.
Das LED-Substrat 2 ist mit einer oder mehreren Lichtquelleneinheiten 1 vorgesehen. In dem Beispiel von 1 sind zwei LED-Substrate 2 dargestellt, und auf jedem LED-Substrat 2 sind zwei Lichtquelleneinheiten 1 angebracht. Jede Lichtquelleneinheit 1 umfasst eine Vielzahl von Lichtquellen. Die Vielzahl von Lichtquellen sind zum Beispiel eine erste Lichtquelle 1a und eine zweite Lichtquelle 1b, die in 2 dargestellt sind, die später noch erläutert wird. Die Anzahl und die Anordnung der Lichtquelleneinheiten 1 sind nicht auf die im in 1 gezeigten Beispiel beschränkt. Die Anzahl von in jeder Lichtquelleneinheit 1 enthaltenen Lichtquellen kann außerdem drei oder mehr sein. Darüber hinaus umfassen die Leitungsdrähte 22 flexible Kabel oder ähnliches für die Stromversorgung der Lichtquelleneinheiten 1.
Das Lichtleiterelement 3 ist aus einem transparenten Material gebildet. Bei dem transparenten Material handelt es sich beispielsweise um transparentes Harz wie Acryl oder Polycarbonat, Glas oder ähnliches. Das Lichtleiterelement 3 umfasst zwei Einfallteile 3a und ein Mittelteil 3b, das zwischen den Einfallteilen 3a angeordnet ist. Die Anzahl der Einfallteile 3a kann jedoch auch eins sein. Außerdem sind in 1 zwei Lichtleiterelemente 3 in Y-Richtung nebeneinander angeordnet. Die Anzahl und die Anordnung der Lichtleiterelemente 3 sind nicht auf die im in 1 gezeigten Beispiel beschränkt.
Das Einfallteil 3a hat eine Funktion, das von der Vielzahl von Lichtquellen der Lichtquelleneinheit 1 einfallende Licht auf das Mittelteil 3b zu leiten. Im Mittelteil 3b ist ein Teil oder der gesamte Querschnitt in einer Ebene parallel zur YZ-Ebene mit einer Krümmung vorgesehen. Den Querschnitt mit einer Krümmung bereitzustellen bedeutet, dass zumindest ein Teil eines äußeren Umfangs der Querschnittsansichtsform eine gekrümmte Linie ist. In der ersten Ausführungsform ist die Querschnittsansichtsform des Mittelteils 3b kreisförmig, elliptisch oder ähnliches.
Die Streufläche 4 ist auf einer Fläche des Mittelteils 3b vorgesehen. Die Streufläche 4 weist ein Streumuster auf, das sich periodisch in der X-Richtung als Hauptachsenrichtung ändert. Das Streumuster der Streufläche 4 hat eine Funktion, das in das Mittelteil 3b geleitete Licht zu streuen, während es total reflektiert wird und dadurch das Licht von der Seitenfläche des Lichtleiterelements 3 emittiert wird. Durch die Streufläche 4 wird der Beleuchtungszielkörper 10, der sich in +Z-Richtung vom Lichtleiterelement 3 befindet, mit Licht beleuchtet.
Das durchlässige Element 6 ist ein Deckglas des Bildscanners 100. Das durchlässige Element 6 ist zum Beispiel aus einem transparenten Element in plattenartiger Form gebildet. Das durchlässige Element 6 ermöglicht die Übertragung von Licht, während es den Beleuchtungszielkörper 10, z. B. ein Manuskript oder eine Banknote, trägt.
Das optische Bilderfassungssystem 7 ist ein optisches Lesesystem, das ein optisches Bild des Beleuchtungszielkörpers 10 durch Konvergieren des vom Beleuchtungszielkörper 10 reflektierten Lichts bildet. Das optische Bilderfassungssystem 7 ist beispielsweise eine Stablinsenanordnung mit einer Vielzahl von Stablinsen. Die Fotorezeptorelementeinheit 8 umfasst eine Vielzahl von Fotorezeptorelementen, die auf dem Sensorsubstrat 9 in einer Linie in der X-Richtung angebracht sind, und bildet einen Zeilensensor. Die Fotorezeptorelementeinheit 8 weist eine Funktion auf, das von dem optischen Bilderfassungssystem 7 gebildete Bild in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Der Halter 5 beherbergt und hält das Lichtleiterelement 3, das durchlässige Element 6, das optische Bilderfassungssystem 7 usw. und fixiert diese Komponenten auf dem Sensorsubstrat 9.
Die Fotorezeptorelementeinheit 8, die mit einer Vielzahl von Fotorezeptorelementen gebildet ist, die in einer Reihe in der X-Richtung angeordnet sind, beschafft ein Bild einer Zeile in einer Belichtung. Ein Bild (d.h. Bilddaten) wird beschafft durch Beschaffen einer Vielzahl von Linienbildern durch Befördern des Beleuchtungszielkörpers 10 in der Y-Richtung und dann durch Ausrichten der Vielzahl von beschafften Linienbildern. In Fällen des Beschaffens von Bildern in drei RGB-Farben, um ein Farbbild zu beschaffen, werden Zeilenbilder in jeder der RGB-Farben durch Beleuchten der LEDs zum Emittieren von Licht in jeder der RGB-Farben synchron mit der Belichtungszeit jeder Farbe beschafft.
2 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die das Einfallteil 3a des Lichtleiterelements 3 und die Lichtquelleneinheit 1 in einer Beleuchtungseinrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Der Querschnitt des Einfallteils 3a in einer zur YZ-Ebene parallelen Ebene hat eine viereckige Form. Eine Fläche (untere Fläche in 2) der Seitenflächen des Einfallteils 3a ist eine Einfallfläche 11, die der ersten Lichtquelle 1a und der zweiten Lichtquelle 1b der Lichtquelleneinheit 1 zugewandt ist. Eine der Einfallfläche 11 gegenüberliegende Fläche (obere Fläche in 2) des Einfallteils 3a des Lichtleiterelements 3 ist ein gekrümmter Flächenteil 12 mit einer Vielzahl von Stufen gekrümmter Flächen, die einen Punkt aufweisen, an dem sich die Neigung diskontinuierlich ändert. Der gekrümmte Flächenteil 12 umfasst eine erste gekrümmte Fläche 12a und eine zweite gekrümmte Fläche 12b. Ein Querschnitt des gekrümmten Flächenteils 12 des Einfallteils 3a in einer zur XZ-Ebene parallelen Ebene hat eine zur Außenseite des Lichtleiterelements 3 hin konvex gekrümmte Form. Zum Beispiel ist die erste gekrümmte Fläche 12a eine Fläche, die in einer normalen Richtung der Lichtemissionsfläche der ersten Lichtquelle 1a und nach außen konvex ist, und die zweite gekrümmte Fläche 12b ist eine Fläche, die in einer normalen Richtung der Lichtemissionsfläche der zweiten Lichtquelle 1b und nach außen konvex ist. In der ersten Ausführungsform ist die Form des Querschnitts des Einfallteils 3a in einer zur YZ-Ebene parallelen Ebene eine viereckige Form. Bei dieser Form kann es sich jedoch auch um eine Form mit Krümmung handeln, wie z. B. eine kreisförmige oder elliptische Form, eine polygonale Form, eine Form als Kombination aus einer gekrümmten Linie und einer geraden Linie oder ähnliches. Außerdem kann eine andere Fläche als die der Einfallfläche 11 gegenüberliegende Seitenfläche in X-Richtung gekrümmt sein. Um die Lichtleitungseffizienz zu erhöhen, ist es wünschenswert, dass der gekrümmte Flächenteil 12 als die der Einfallfläche 11 gegenüberliegende Seitenfläche in der X-Richtung gekrümmt ist.
2 zeigt eine Positionsbeziehung zwischen dem Einfallteil 3a des Lichtleiterelements 3, der Lichtquelleneinheit 1 und dem LED-Substrat 2. Die Lichtquelleneinheit 1 umfasst eine Vielzahl von LEDs als eine Vielzahl von Lichtquellen (d.h. die erste Lichtquelle 1a und die zweite Lichtquelle 1b). Die Vielzahl von LEDs sind in der X-Richtung in einer Reihe angeordnet und so angeordnet, dass ihre Lichtemissionsflächen der Einfallfläche 11 zugewandt sind. Die Vielzahl von LEDs kann auch in einer Reihe in Richtung der Nebenachse angeordnet sein. In diesem Fall ist es wünschenswert, den Abstand in der Höhenrichtung (Z-Richtung) zwischen der Lichtemissionsfläche jeder LED und der Einfallfläche 11 so weit wie möglich zu verringern und dadurch die Eintrittseffizienz des nach innen des Lichtleiterelements 3 eintretenden Lichts zu erhöhen. Die Lichtemissionsfläche jeder LED und die Einfallfläche 11 können einander am nächsten liegen, indem das LED-Substrat 2 auf dem Sensorsubstrat 9 fixiert und die Dicke des LED-Substrats 2 angepasst ist. Alternativ ist es auch möglich, separat eine Vorrichtung zur Anpassung der Position des LED-Substrats 2 in der Z-Richtung vorzubereiten. Während das LED-Substrat 2 und das Sensorsubstrat 9 in der ersten Ausführungsform getrennte Substrate sind, ist es im Übrigen auch möglich, die LEDs auf dem Sensorsubstrat 9 anzubringen, indem die Position des Lichtleiterelements 3 in der Z-Richtung angepasst wird.
In der ersten Ausführungsform ist jede LED als Nacktchip ausgebildet. Die Größe der Nacktchip-LED beträgt z. B. 0,3 mm in der Breite, 0,3 mm in der Länge und 0,2 mm in der Höhe. In diesem Fall muss der LED-Abstand mit Rücksicht auf die Wärmeabstrahlung und die Verkabelung 0,6 mm oder mehr betragen. Außerdem muss der Abstand zwischen der LED und der Einfallfläche 11 in einem Fall, in dem ein Draht für die Energiezufuhr 0,2 mm in der Höherichtung von der Fläche der LED vorsteht, bei 0,2 mm oder mehr eingestellt sein.
Die Lichtquelleneinheit 1 kann auch aus mit Harz vergossenen LEDs oder LEDs mit Linse bestehen. Eine Verengung des Abstands zwischen den LEDs ist jedoch schwierig, so dass die Verkleinerung des Lichtleiterelements 3 behindert wird. Außerdem wird bei der Verwendung von mit Harz vergossenen LEDs der Abstand zwischen der Lichtemissionsfläche der LED und der Einfallfläche 11 weit, und somit nimmt Licht, das nicht in das Lichtleiterelement 3 gelangt, zu.
3A ist ein Diagramm, das ein Beispiel für optische Pfade von Licht zeigt, das von der Lichtquelleneinheit 1 emittiert, durch das Lichtleiterelement 3 geführt und in Richtung des Beleuchtungszielkörpers 10 in der Beleuchtungseinrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform emittiert wird, und 3B ist ein Diagramm, das eine Beleuchtungsstärkeverteilung in einem Bilderfassungsbereich zeigt. 3A zeigt die optischen Pfade des von der ersten Lichtquelle 1a und der zweiten Lichtquelle 1b der Lichtquelleneinheit 1 emittierten Lichts. Das von der ersten Lichtquelle 1a und der zweiten Lichtquelle 1b emittierte Licht tritt in das Lichtleiterelement 3 ein, wird von dem gekrümmten Flächenteil 12 reflektiert und breitet sich ungefähr in der X-Richtung aus. Ein Teil des sich ausbreitenden Lichts fällt auf die Streufläche 4 und wird gestreut, tritt aus dem Lichtleiterelement 3 aus und beleuchtet den Beleuchtungszielkörper 10. Wie in 3B dargestellt, ist es wünschenswert, dass die Beleuchtungsstärkeverteilung im Bilderfassungsbereich gleichmäßig sind. In einem Fall, in dem die ersten Lichtquellen 1a und die zweiten Lichtquellen 1b auf beiden Seiten des Lichtleiterelements 3 in der X-Richtung angeordnet sind und die ersten Lichtquellen 1a und die zweiten Lichtquellen 1b gleichzeitig beleuchtet werden, kann die Beleuchtungsstärkeverteilung im Bilderfassungsbereich gleichmäßig gemacht werden, indem das Streumuster der Streufläche 4 in der Nähe der Mitte des Mittelteils 3b des Lichtleiterelements 3 dicht ausgebildet wird und das Streumuster der Streufläche 4 auf der Seite des Endteils des Mittelteils 3b des Lichtleiters 3 spärlich ausgebildet wird. Ferner kann in einem Fall, in dem die ersten Lichtquellen 1a und die zweiten Lichtquellen 1b nur auf einer Seite in der X-Richtung platziert und beleuchtet sind, die Beleuchtungsstärkeverteilung gleichmäßig gemacht werden, indem das Streumuster der Streufläche 4 auf einer Seite nahe den ersten Lichtquellen 1a und den zweiten Lichtquellen 1b spärlich ausgebildet wird und das Streumuster der Streufläche 4 auf einer entfernten Seite dicht ausgebildet wird.
4 ist eine Querschnittsansicht, die das Einfallteil 3a des Lichtleiterelements 3 der Beleuchtungseinrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 4 zeigt einen Querschnitt des Einfallteils 3a in einer zur YZ-Ebene parallelen Ebene. In der ersten Ausführungsform werden zwei Lichtquellen aus der Vielzahl der in der Lichtquelleneinheit 1 enthaltenen Lichtquellen beschrieben. Bei den zwei Lichtquellen handelt es sich um die erste Lichtquelle 1a, die auf der Seite des Endteils des Lichtleiterelements 3 in der X-Richtung angeordnet ist, und um die zweite Lichtquelle 1b, die auf der mittleren Seite des Lichtleiterelements 3 in der X-Richtung angeordnet ist. Unter der Annahme, dass der Brechungsindex des Materials des Lichtleiterelements 3 als Substanz der Einfallsquelle n ist und der Brechungsindex von Luft als Substanz des Ziels des Lichts 1 ist, wird der kritische Winkel θ₀ des Lichts, das von der Innenseite des Lichtleiterelements 3 auf die Grenzfläche zwischen dem Lichtleiterelement 3 und Luft einfällt, durch den folgenden Ausdruck (1) dargestellt:
$θ_{0} = arcsin (\frac{1}{n})$
Das Licht geht durch die Grenzfläche zwischen dem Lichtleiterelement 3 und Luft hindurch, wenn der Einfallswinkel ϕ des von der Innenseite des Lichtleiterelements 3 auf die Grenzfläche einfallenden Lichts kleiner ist als der kritische Winkel θ₀, oder es wird total reflektiert, wenn der Einfallswinkel ϕ größer oder gleich dem kritischen Winkel θ₀ ist.
Im Fall von Acryl beispielsweise beträgt der Brechungsindex n 1,49 und der kritische Winkel θ₀ 42,2°. Wenn ϕ_a und ϕ_b jeweils Einfallswinkel des Lichts darstellen, das von der ersten Lichtquelle 1a und der zweiten Lichtquelle 1b in das Innere des Lichtleiterelements 3 eintritt und von dem gekrümmten Flächenteil 12 reflektiert wird, wenn das Licht anschließend auf eine Seitenfläche des Lichtleiterelements 3 fällt, wird Licht, das ϕ_a > θ₀ und Licht, das ϕ_b > θ₀ erfüllt, in das Innere des Lichtleiterelements 3 geleitet. Die Form eines Querschnitts des gekrümmten Flächenteils 12 in einer Ebene parallel zur XZ-Ebene kann auch kreisförmig, elliptisch oder dergleichen sein. Wenn der Querschnitt jedoch eine solche Form aufweist, ist es schwierig, die Richtung des von der gekrümmten Fläche 12 reflektierten Lichts zu begrenzen. Daher ist in der ersten Ausführungsform die Form des Querschnitts jeder der ersten gekrümmten Fläche 12a und der zweiten gekrümmten Fläche 12b des gekrümmten Flächenteils 12 in der Ebene parallel zur XZ-Ebene eine Parabel. Konkret bedeutet dies, dass jede der ersten gekrümmten Fläche 12a und der zweiten gekrümmten Fläche 12b Teil eines Paraboloids als Rotationskörper einer Parabel ist. Wenn ferner jede der ersten gekrümmten Fläche 12a und der zweiten gekrümmten Fläche 12b Teil eines Paraboloids sind, kann die Höhe des gekrümmten Flächenteils 12 in der Z-Richtung gering eingestellt werden.
Die 5A bis 5C sind Diagramme, die optische Pfade von Licht, das von einem Paraboloid reflektiert wird, zeigen. Wenn O den Ursprung in einem xy-Koordinatensystem darstellt, wird eine Parabel y, deren Scheitelpunkt im Ursprung O liegt, durch den folgenden Ausdruck (2) dargestellt, indem ein Krümmungsradius R am Scheitelpunkt verwendet wird:
$y = \frac{1}{2 R} x^{2}$
In diesem Fall wird, wie in 5A gezeigt, das von einer Lichtquelle 51, die in einem Brennpunkt F der Parabel y platziert ist, emittierte Licht an der Parabel reflektiert und breitet sich parallel zur Parabelachse (d. h. zur y-Achse) aus (nämlich in der +y-Richtung). Wie in 5B gezeigt, wird ferner das von der Lichtquelle 51, die auf der +y-Seite relativ zum Brennpunkt F platziert ist, emittierte Licht an der Parabel y reflektiert und nähert sich dann der Parabelachse (d. h. der y-Achse). Wie in 5C gezeigt, wird ferner das von der Lichtquelle 51, die auf der -y-Seite relativ zum Brennpunkt F platziert ist, emittierte Licht an der Parabel y reflektiert und bewegt sich dann von der Parabelachse (d. h. der y-Achse) weg. Wie oben beschrieben, ist die gekrümmte Fläche in der parabolischen Form in der Lage, den Winkel des reflektierten Lichts in Abhängigkeit von der Lagebeziehung zwischen der Lichtquelle 51 und dem Brennpunkt F zu begrenzen, wodurch die Gestaltung erleichtert wird.
Im Übrigen gibt es in der ersten Ausführungsform Fälle, in denen ein Teil des von der Lichtquelleneinheit 1 emittierten und in den gekrümmten Flächenteil 12 eintretenden Lichts zur Außenseite des Lichtleiterelements 3 entweicht, ohne reflektiert zu werden. Daher ist es auch möglich, die Lichtleitereffizienz zu erhöhen und die Lichtnutzungseffizienz zu erhöhen, indem eine reflektierende Beschichtung auf dem gekrümmten Flächenteil 12 mittels Aluminiumverdampfung oder ähnlichem gebildet wird.
6 ist eine Querschnittsansicht, die das Einfallteil 3a mit einer gekrümmten Fläche in parabolischer Form im Lichtleiterelement 3 der Beleuchtungseinrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 6 zeigt einen Querschnitt des Einfallteils 3a in einer zur YZ-Ebene parallelen Ebene. In der ersten Ausführungsform wird das gekrümmte Flächenteil 12 der ersten gekrümmten Fläche 12a und der zweiten gekrümmten Fläche 12b gebildet. Jede der ersten gekrümmten Fläche 12a und der zweiten gekrümmten Fläche 12b ist eine Parabel auf dem Querschnitt in der Ebene parallel zur XZ-Ebene. Die erste gekrümmte Fläche 12a und die zweite gekrümmte Fläche 12b sind an einem Diskontinuitätspunkt 13 miteinander verbunden. Im Übrigen ist der Diskontinuitätspunkt 13 zwar ein Punkt auf dem Querschnitt, aber in Wirklichkeit ist der Diskontinuitätspunkt 13 eine Grenzlinie zwischen der ersten gekrümmten Fläche 12a und der zweiten gekrümmten Fläche 12b.
Die Parabel auf dem Querschnitt der ersten gekrümmten Fläche 12a wird auf Grundlage einer X'-Achse und einer Z'-Achse erhalten, indem ein Endpunkt 14 in einem Endteil des Lichtleiterelements 3 als der Ursprung definiert wird und eine Achse, die in die +X-Richtung zeigt, und eine Achse, die in die -Z-Richtung zeigt, als die Höhenrichtung auf der Ebene parallel zur XZ-Ebene um den Winkel θ_a gedreht wird, nämlich das X'Z'-Koordinatensystem. In diesem Fall, wenn der Krümmungsradius am Ursprung R_a ist, ist die Brennweite L_a gleich 2R_a und die Gleichung der Parabel Z', die von der ersten gekrümmten Fläche 12a gebildet wird, wird durch den folgenden Ausdruck (3) dargestellt:
$Z' = \frac{1}{2 R_{a}} X'^{2} (Z' \geq 0)$
Die Parabel auf dem Querschnitt der zweiten gekrümmten Fläche 12b wird auf Grundlage einer X''-Achse und einer Z''-Achse erhalten, indem der Diskontinuitätspunkt 13 als der Ursprung definiert wird und eine Achse, die in die +X-Richtung zeigt, und eine Achse, die in die -Z-Richtung zeigt, als die Höhenrichtung auf der Ebene parallel zur XZ-Ebene um den Winkel θ_b gedreht wird. In diesem Fall, ist, unter der Annahme, dass der Krümmungsradius am Ursprung R_b ist, die Brennweite L_b gleich 2R_b und die Gleichung der Parabel Z'', die von der zweiten gekrümmten Fläche 12b gebildet wird, wird durch den folgenden Ausdruck (4) dargestellt:
$Z'' = \frac{1}{2 R_{b}} X''^{2} (Z'' \geq 0)$
Die zweite gekrümmte Fläche 12b geht in eine Ebene über, die parallel zur XY-Ebene verläuft, wenn sie eine obere Fläche des Lichtleiterelements 3 in der Z-Richtung erreicht. Die Länge des Lichtleiterelements 3 in der Z-Richtung ist in 6 durch H dargestellt. Zum Beispiel gilt H = 2 mm. Ferner wird die Länge des gekrümmten Flächenteils 12 in der X-Richtung in 6 durch L dargestellt. Zum Beispiel gilt L = 2 mm.
Hier wird ein Prinzip beschrieben, das darauf basiert, welche ausreichende Lichtleitereffizienz durch die erste Ausführungsform erhalten wird. 7A und 7B sind Querschnittsansichten, die optische Pfade von Licht im Einfallteil 3a des Lichtleiterelements 3 der Beleuchtungseinrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform zeigen. Der Neigungswinkel θ_a der Parabelachse (d.h. Z'-Achse) der ersten gekrümmten Fläche 12a in Bezug auf die -Z-Richtung und der Neigungswinkel θ_b der Parabelachse (d.h. Z''-Achse) der zweiten gekrümmten Fläche 12b in Bezug auf die -Z-Richtung werden dem kritischen Winkel θ₀ gleich gemacht. Die erste gekrümmte Fläche 12a und die zweite gekrümmte Fläche 12b sind in Formen ausgebildet, die θ_a = θ_b = θ₀ erfüllen.
Ein Brennpunkt 15a der ersten gekrümmten Fläche 12a wird als ein Punkt bestimmt, der die Brennweite L_a vom Endpunkt 14 in der Richtung Z' entfernt darstellt. Wie in 7A gezeigt, ist die erste Lichtquelle 1a im Brennpunkt 15a platziert. Die erste Lichtquelle 1a ist als Punkt gezeichnet, um das Verständnis der Beschreibung zu erleichtern. In der Praxis ist es notwendig, die erste Lichtquelle 1a in einer virtuellen Brennpunktposition unter Berücksichtigung von Lichtbrechung an der Einfallfläche 11 zu platzieren. In dieser Ausführungsform wird jedoch davon ausgegangen, dass an der Einfallfläche 11 keine Brechung auftritt. Ein Strahl 16aA in 7A ist ein Strahl, der von der ersten Lichtquelle 1a emittiert und von der ersten gekrümmten Fläche 12a reflektiert wird. Der Strahl 16aA, der von der ersten gekrümmten Fläche 12a reflektiert wird, verläuft parallel zur Parabelachse und erfüllt somit die Bedingung ϕ_a = θ₀ und wird in die Richtung +X geführt.
Ein Brennpunkt 15b der zweiten gekrümmten Fläche 12b wird ferner als ein Punkt bestimmt, der die Brennweite L_b vom Diskontinuitätspunkt 13 in der Z''-Richtung entfernt darstellt. Wie in 7B gezeigt, ist die zweite Lichtquelle 1b im Brennpunkt 15b platziert. Die zweite Lichtquelle 1b wird als Punkt angenommen, um das Verständnis der Beschreibung zu erleichtern. Ein Strahl 16bA in 7B ist ein Strahl, der von der zweiten Lichtquelle 1b emittiert und von der ersten gekrümmten Fläche 12a reflektiert wird. Wenn es von der zweiten gekrümmten Fläche 12b reflektiert wird, wird das von der zweiten Lichtquelle 1b emittierte Licht parallel zur Parabelachse und erfüllt somit die Bedingung ϕ_b = θ₀ und wird in die Richtung +X geleitet.
8A und 8B sind Querschnittsansichten, die optische Pfade von Licht im Einfallteil 3a des Lichtleiterelements 3 der Beleuchtungseinrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform zeigen. 9A und 9B sind Querschnittsansichten, die Bereiche eines Lichtleitungsemissionswinkels im Einfallteil 3a des Lichtleiterelements 3 der Beleuchtungseinrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform zeigen.
8A zeigt Strahlen, die von der ersten Lichtquelle 1a, die im Brennpunkt 15a der ersten gekrümmten Fläche 12a platziert ist, emittiert werden, und zwar andere als der Strahl 16aA (in 7A gezeigt). Ein Strahl 16aB ist ein Strahl, der nicht auf die Einfallfläche 11 auftrifft und der zunimmt, wenn sich die erste Lichtquelle 1a der Seite des Endteils des Lichtleiterelements 3 nähert (in diesem Beispiel in der Richtung -X). Ein Strahl 16aC ist ein Strahl, der in das Lichtleiterelement 3 eintritt und von der zweiten gekrümmten Fläche 12b reflektiert wird. Der Strahl 16aC fällt unter einem großen Einfallwinkel auf die zweite gekrümmte Fläche 12b und wird somit ungefähr in +X-Richtung geführt. Ein Strahl 16aD ist ein Strahl, der direkt auf einen flachen Flächenteil auf der Seite der +X-Richtung relativ zu einem Endpunkt 17 der zweiten gekrümmten Fläche 12b fällt und ohne Totalreflexion zur Außenseite des Lichtleiterelements 3 austritt. Bei dem von der ersten Lichtquelle 1a emittierten Licht erfüllen der Strahl 16aA und der Strahl 16aB eine Lichtleitbedingung und somit wird das innerhalb eines Bereichs eines Winkels ψ_a (d.h. schraffierter Bereich) emittierte Licht wie in 9A gezeigt in das Lichtleiterelement 3 geleitet.
8B zeigt Strahlen, die von der zweiten Lichtquelle 1b, die im Brennpunkt 15b der zweiten gekrümmten Fläche 12b platziert ist, emittiert werden, und zwar andere als der Strahl 16bA (in 7A gezeigt). Ein Strahl 16bB ist ein Strahl, der nicht auf die Einfallfläche 11 auftrifft und der zunimmt, wenn sich die erste Lichtquelle 1a der Seite des Endteils des Lichtleiterelements 3 nähert (in diesem Beispiel in der Richtung -X). Ein Strahl 16bC ist ein Strahl, der von der ersten gekrümmten Fläche 12a reflektiert wird. Der Strahl 16bC fällt unter einem klein Einfallwinkel auf die zweite gekrümmte Fläche 12b und tritt somit aus dem Lichtleiterelement 3 nach außen aus. Ein Strahl 16aD ist ein Strahl, der direkt auf den flachen Flächenteil auf der Seite der +X-Richtung relativ zu dem Endpunkt 17 der zweiten gekrümmten Fläche 12b fällt und ohne Totalreflexion zur Außenseite des Lichtleiterelements 3 austritt. Bei dem von der zweiten Lichtquelle 1b emittierten Licht erfüllt nur der Strahl 16aA die Lichtleitbedingung und somit wird das innerhalb eines Bereichs eines Winkels Ψ_b (d.h. schraffierter Bereich) emittierte Licht wie in 9B gezeigt in das Lichtleiterelement 3 geleitet.
Die obige Beschreibung bezieht sich auf den Fall, in dem die erste Lichtquelle 1a im Brennpunkt 15a der ersten gekrümmten Fläche 12a angeordnet ist, und auf den Fall, in dem die zweite Lichtquelle 1b im Brennpunkt 15b der zweiten gekrümmten Fläche 12b angeordnet ist. In der Realität kann jedoch jede Lichtquelle um die Brennpunktposition herum angeordnet sein, d. h. an einer von der Brennpunktposition leicht abweichenden Position, unter Berücksichtigung der an der Einfallfläche 11 auftretenden Brechung und der Tatsache, dass die erste Lichtquelle 1a und die zweite Lichtquelle 1b keine Punkte, sondern Flächen sind, die jeweils eine Breite in der X-Richtung aufweisen.
10A und 10B sind Querschnittsansichten, die optische Pfade von Licht im Einfallteil 3a des Lichtleiterelements 3 der Beleuchtungseinrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform zeigen. In der Realität ist die erste Lichtquelle 1a auf der Seite des Endteils des Lichtleiterelements 3 in Bezug auf den Brennpunkt 15a platziert, wie in 10A gezeigt. Ein von der ersten Lichtquelle 1a emittierter und von der ersten gekrümmten Fläche 12a reflektierter Strahl 16aE schneidet die Z'-Achse in einem Punkt zwischen dem Endpunkt 14 und dem Brennpunkt 15a und somit bewegt sich der Strahl 16aE in der gleichen Weise wie von dem Schnittpunkt 18a emittiertes Licht auf der Z'-Achse. Wie in 5C erläutert, bewegt sich das von der ersten gekrümmten Fläche 12a reflektierte Licht relativ zur Richtung parallel zur Z'-Achse nach außen und erfüllt ϕ_a > θ₀. Dasselbe gilt für die zweite Lichtquelle 1b und die zweite gekrümmte Fläche 12b, wie in 10B gezeigt, und ein Strahl 16bE erfüllt ϕ_b > θ₀.
Wie oben beschrieben, ist es durch Anordnen jeweils der ersten Lichtquelle 1a und der zweiten Lichtquelle 1b an der Seite des Endteils des Lichtleiterelements 3 relativ zum Brennpunkt 15a und zum Brennpunkt 15b möglich, Emissionswinkelbereiche zu erhalten, die die Lichtleitung innerhalb des Lichtleiterelements 3 ermöglichen, wie der Winkel und der Winkel ψ_b. Wenn jedoch die erste Lichtquelle 1a und die zweite Lichtquelle 1b in Richtung der Seite des Endteils des Lichtleiterelements 3 verschoben werden, nimmt das nicht auf die Einfallfläche 11 einfallende Licht, wie der Strahl 16aB und der Strahl 16bB in den 8A und 8B, zu und der Winkel und der Winkel Ψ_b werden kleiner, und somit nimmt die Lichtleitereffizienz ab. Daher ist es wünschenswert, die erste Lichtquelle 1a auf der mittleren Seite des Lichtleiterelements 3 in Bezug auf den Endpunkt 14 und die zweite Lichtquelle 1b auf der mittleren Seite des Lichtleiterelements 3 in Bezug auf den Diskontinuitätspunkt 13 zu platzieren.
Außerdem sind in diesem Beispiel die Neigungswinkel θ_a und θ_b der Parabelachsen der ersten gekrümmten Fläche 12a und der zweiten gekrümmten Fläche 12b so eingestellt, dass θ_a = θ_b = θ₀ erfüllt ist. In der Realität ist es aufgrund der Tatsache, dass die Brechung an der Einfallfläche 11 auftritt oder die erste Lichtquelle 1a und die zweite Lichtquelle 1b bestimmte Breiten in der X-Richtung haben, wünschenswert, das reflektierte Licht von dem gekrümmten Flächenteil 12 mit einem Spielraum in Bezug auf die Lichtleiterbedingung bereitzustellen, indem die Winkel so eingestellt werden, dass θ_a > θ₀ und θ_b > θ₀ erfüllt sind.
Es ist auch möglich, die Neigungswinkel θ_a und θ_b der Parabelachsen so einzustellen, dass θ_a < θ₀ und θ_b < θ₀ erfüllt sind, um die Größe des Lichtleiterelements 3 in der Höhenrichtung zu verringern. In diesem Fall, wenn die erste Lichtquelle 1a und die zweite Lichtquelle 1b jeweils in den Brennpunkten 15a und 15b angeordnet sind, erscheint Licht, das nicht geleitet wird, selbst wenn es von dem gekrümmten Flächenteil 12 reflektiert wird, und daher ist es wünschenswert, um die Lichtleitereffizienz zu erhöhen, die erste Lichtquelle 1a und die zweite Lichtquelle 1b in Richtung der Seite des Endteils des Lichtleiterelements 3 zu verschieben.
Als nächstes wird die durch die erste Ausführungsform erzielte Verringerung der Schwankung der Lichtleitereffizienz des von den zwei in der X-Richtung in einer Reihe angeordneten Lichtquellen emittierten Lichts beschrieben, indem die Beleuchtungseinrichtung 200 der ersten Ausführungsform mit einem Vergleichsbeispiel verglichen wird, bei dem der gekrümmte Flächenteil 12 keinen Diskontinuitätspunkt 13 aufweist und aus einer einzigen gekrümmten Fläche gebildet ist.
11A bis 11C sind Querschnittsansichten, die optische Pfade von Licht in einem Einfallteil 31a mit einer einstufig gekrümmten Fläche in einem Lichtleiterelement einer Beleuchtungseinrichtung als das Vergleichsbeispiel zeigen. 12A und 12B sind Querschnittsansichten, die Bereiche des Lichtleiteremissionswinkels im Einfallteil 31a mit der einstufig gekrümmten Fläche 12d im Lichtleiterelement der Beleuchtungseinrichtung als das Vergleichsbeispiel zeigen. Hier ist die einstufig gekrümmte Fläche 12d eine gekrümmte Fläche ohne Diskontinuitätspunkt.
11A zeigt einen Querschnitt des Lichtleiterelements, dessen gekrümmte Fläche 12d aus einer gekrümmten Fläche in einer Ebene parallel zur XZ-Ebene gebildet ist. In diesem Fall wird für die gekrümmte Fläche 12d, ähnlich wie bei der ersten gekrümmten Fläche 12a, der Endpunkt 14 im Endteil des Lichtleiterelements als der Ursprung definiert und die Parabelachse auf der Ebene parallel zur XZ-Ebene um den Winkel θ₀ gedreht. Die Länge L' der gekrümmten Fläche 12d in der X-Richtung ist gleich der Länge L der ersten gekrümmten Fläche 12a und der zweiten gekrümmten Fläche 12b in der X-Richtung bei der ersten Ausführungsform. In diesem Fall ist ein Verhältnis zwischen einem Krümmungsradius R_d der gekrümmten Fläche 12d und einem Krümmungsradius R_a der ersten gekrümmten Oberfläche 12a R_d > R_a. Die Brennweite L_d der gekrümmten Fläche 12d erfüllt somit die Bedingung L_d > L_a. Ein Brennpunkt der gekrümmten Fläche 12d wird als 15d dargestellt. Ein Strahl 17a in 11B ist ein Strahl, der von der Lichtquelle 1a emittiert und von der ersten gekrümmten Fläche 12d reflektiert wird. Die erste Lichtquelle 1a befindet sich auf der Seite des Endpunkts 14 relativ zum Brennpunkt der gekrümmten Fläche 12d, und somit, wie in 5C gezeigt, bewegt sich der von der gekrümmten Fläche 12d reflektierte Strahl 17a relativ zu einer Linie parallel zur Z'-Achse nach außen und erfüllt ϕ_a' > θ₀. Dementsprechend wird das gesamte von der ersten Lichtquelle 1a emittierte Licht von der gekrümmten Fläche 12d reflektiert und geleitet. Daher wird im Fall der ersten Lichtquelle 1a, wenn das Licht innerhalb eines Bereichs des Winkels ψ_a' in 12A emittiert wird, das Licht in das Innere des Lichtleiterelements geleitet.
Andererseits zeigt 11C den Zustand der Lichtleitung der von der zweiten Lichtquelle 1b emittierten Strahlen. Ob das von der zweiten Lichtquelle 1b emittierte Licht in das Lichtleiterelement geleitet wird oder nicht, hängt von der Position eines Schnittpunkts der Z'-Achse und des Strahls ab, wenn der Strahl in Richtung der Seite der Z'-Achse verlängert wird. Ein Strahl 17bA schneidet sich mit der Z'-Achse in einem Schnittpunkt 18. Da sich der Schnittpunkt 18 auf der +Z'-Seite relativ zum Brennpunkt 15c befindet, bewegt sich der von der ersten gekrümmten Fläche 12a reflektierte Strahl 17bA relativ zur Richtung parallel zur Z'-Achse nach innen, wie unter Bezugnahme auf 5B erläutert. Daher erfüllt ϕ_b' des Strahls 17bA die Bedingung ϕ_b' < θ₀ und der Strahl 17bA wird nicht ins Innere des Lichtleiterelements geleitet.
Im Gegensatz dazu schneidet ein Strahl 17bB sich mit der Z'-Achse in einem Schnittpunkt 19. Da sich der Schnittpunkt 19 auf der Seite des Endpunkts 14 relativ zum Brennpunkt 15c befindet, bewegt sich der von der ersten gekrümmten Fläche 12a reflektierte Strahl 17bB relativ zur Richtung parallel zur Z'-Achse nach außen, wie unter Bezugnahme auf 5C erläutert. Daher erfüllt ϕ_b" des Strahls 17bA die Bedingung ϕ_b" > θ₀ und der Strahl 17bB wird ins Innere des Lichtleiterelements geleitet. Daher wird im Fall der zweiten Lichtquelle 1b, wenn Licht innerhalb eines Bereichs des Winkels ψ_b' in 12B emittiert wird, das Licht in das Innere des Lichtleiterelements geleitet.
Dementsprechend gelten für den Vergleich der ersten Ausführungsform, bei der der gekrümmte Flächenteil 12 des Einfallteils 3a die zweistufig gekrümmte Fläche aufweist, mit dem Vergleichsbeispiel, bei dem das Einfallteil 31a die einstufig gekrümmte Oberfläche 12d aufweist, die folgenden Beziehungen: $ψ_{a} = ψ_{a}^{τ}, ψ_{b} > ψ_{b}^{τ} .$
Das Größenverhältnis bezüglich des Emissionswinkelbereichs für die Lichtleitung stimmt mit dem Größenverhältnis bezüglich der Lichtleitereffizienz überein. Da |ψ_a - ψ_b| < |ψ_a' - ψ_b'| gilt, ist die Schwankung der Lichtleitereffizienz in der ersten Ausführungsform im Vergleich zu dem Fall des Vergleichsbeispiels, in dem die gekrümmte Fläche 12d aus einer gekrümmten Fläche besteht, geringer.
13A bis 13C sind optische Simulationsdiagramme, die optische Pfade im Einfallteil 3a mit einer zweistufig gekrümmten Oberfläche im Lichtleiterelement 3 der Beleuchtungseinrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform zeigen. 13A bis 13C zeigen einen Zustand, in dem das von der ersten Lichtquelle 1a und der zweiten Lichtquelle 1b in der ersten Ausführungsform emittierte Licht in der X-Richtung geleitet wird. Die Größe der Lichtquelle beträgt 0,3 mm × 0,3 mm und der Abstand t zwischen der Einfallfläche 11 und der Lichtemissionsfläche beträgt 0,3 mm. Die Dicke H des Lichtleiterelements 3 beträgt 2 mm und die Breite W 2 mm. Das Material des Lichtleiterelements 3 ist Acryl, der Brechungsindex ist n = 1,49, und der kritische Winkel ist θ₀ = 42,2°. Bei der ersten gekrümmten Fläche 12a und der zweiten gekrümmten Fläche 12b betragen die Neigungswinkel θ_a und θ_b der Parabelachsen 45° und diese Winkel sind größer als der kritische Winkel θ₀. Die Länge des gesamten gekrümmten Flächenteils 12 in der X-Richtung ist beispielsweise 4,2 mm. Die erste Lichtquelle 1a und die zweite Lichtquelle 1b sind jeweils in der Nähe der Parabelachsen der ersten gekrümmten Fläche 12a und der zweiten gekrümmten Fläche 12b angeordnet, und der Abstand zwischen der ersten gekrümmten Fläche 12a und der zweiten gekrümmten Fläche 12b in der X-Richtung ist auf 0,7 mm eingestellt. Das gekrümmte Flächenteil 12 wurde mit Aluminium bedampft. In diesem Fall beträgt die Lichtleitereffizienz des von der in 13A gezeigten ersten Lichtquelle 1a emittierten Lichts 78 % und die Lichtleitereffizienz des von der in 13B gezeigten zweiten Lichtquelle 1b emittierten Lichts 77 %. Wie vorstehend beschrieben, ist die Schwankung zwischen der Lichtleitereffizienz des von der ersten Lichtquelle 1a emittierten Lichts und die Lichtleitereffizienz des von der zweiten Lichtquelle 1b emittierten Lichts gering.
14A und 14B sind optische Simulationsdiagramme, die Pfade im Einfallteil 31a mit der einstufig gekrümmten Fläche 12d im Lichtleiterelement der Beleuchtungseinrichtung als das Vergleichsbeispiel zeigen. 14A und 14B zeigen den Zustand der Lichtleitung in dem Fall, in dem die gekrümmte Fläche 12d keinen Diskontinuitätspunkt 13 aufweist und aus einer einzigen gekrümmten Fläche gebildet ist. Andere Parameter als die der gekrümmten Fläche 12d sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform. Die Neigung der Parabelachse der gekrümmten Fläche 12d ist ebenfalls dieselbe wie bei der ersten Ausführungsform (45°), und die Länge L der gekrümmten Fläche 12d in der X-Richtung ist dieselbe wie die Länge der Kombination aus der ersten gekrümmten Fläche 12a und der zweiten gekrümmten Fläche 12b bei der ersten Ausführungsform. In diesem Fall beträgt die Lichtleitereffizienz des von der in 14A gezeigten ersten Lichtquelle 1a emittierten Lichts 78 % und die Lichtleitereffizienz des von der in 14B gezeigten zweiten Lichtquelle 1b emittierten Lichts 61 %. Wie oben beschrieben, ist im Vergleichsbeispiel die Schwankung zwischen der Lichtleitereffizienz des von der ersten Lichtquelle 1a emittierten Lichts und der Lichtleitereffizienz des von der zweiten Lichtquelle 1b emittierten Lichts im Vergleich zu dem im Fall der ersten Ausführungsform groß, und die Lichtleitereffizienz sinkt.
Wie oben beschrieben, wird es mit der Beleuchtungseinrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform möglich, die Schwankung in der Lichtleitereffizienz zwischen der ersten Lichtquelle 1a und der zweiten Lichtquelle 1b, die in einer Reihe in der X-Richtung angeordnet sind, zu reduzieren, indem die Lichtleitung für die erste Lichtquelle 1a und die zweite Lichtquelle 1b, die in einer Reihe in der X-Richtung angeordnet sind, so implementiert wird, dass sie der Seitenfläche des Lichtleiterelements 3 zugewandt sind, indem die Reflexion durch die erste gekrümmte Fläche 12a und die zweite gekrümmte Fläche 12b verwendet wird.
Zweite Ausführungsform
In der ersten Ausführungsform wurde das Beispiel beschrieben, bei dem zwei Lichtquellen (d.h. die erste Lichtquelle 1a und die zweite Lichtquelle 1b) in einer Reihe in der X-Richtung als der Hauptachsenrichtung angeordnet sind, der zweistufig gekrümmte Flächenteil 12 (d.h. die erste gekrümmte Fläche 12a und die zweite gekrümmte Fläche 12b) so ausgebildet ist, dass die zwei gekrümmten Flächen in der X-Richtung hintereinander liegen, und das von einer Vielzahl von in einer Reihe in der X-Richtung angeordneten Lichtquellen emittierte und in das Innere des Lichtleiterelements 3 eintretende Licht in der X-Richtung geleitet wird. Obwohl es auch möglich ist, eine Vielzahl von Lichtquellen (z. B. LEDs) in einer Reihe in der Y-Richtung als der Nebenachsenrichtung anzuordnen, ist die Anzahl von Lichtquellen, die angeordnet werden können, begrenzt. Wenn beispielsweise die Breite W des Einfallteils 3a des Lichtleiters 3 2 mm beträgt, können maximal drei Lichtquellen in der Y-Richtung in einer Reihe angeordnet sein, und es können insgesamt sechs (= 3 × 2) Lichtquellen angeordnet werden. In einer Bildleseeinrichtung für Finanzen gibt es Fälle, in denen eine Vielzahl von Lichtquellen benötigt werden, um neben der Emission von sichtbarem Licht der Farben Rot (R), Grün (G) und Blau (B) auch IR- und UV-Licht zu emittieren. Vor allem, um die Lichtmenge des UV-Lichts zu erhöhen, sind vier LEDs notwendig. Daher ist eine Struktur gefordert, in der bis zu maximal acht LEDs angeordnet werden können.
15 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die das Einfallteil 3a des Lichtleiterelements 3 und die Lichtquelleneinheit 1 in einer Beleuchtungseinrichtung 200a gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt. Der gekrümmte Flächenteil 12 wird aus drei Stufen von gekrümmten Flächen gebildet, nämlich eine erste gekrümmte Fläche 12a, eine zweite gekrümmte Fläche 12b und eine dritte gekrümmte Fläche 12c. In der Lichtquelleneinheit 1 sind drei LEDs, d.h. drei Lichtquellen, in einer Reihe in der X-Richtung als der Hauptachsenrichtung des Lichtleiterelements 3 angeordnet, und drei LEDs, d.h. drei Lichtquellen, sind in einer Reihe in der Y-Richtung als der Nebenachsenrichtung des Lichtleiterelements 3 angeordnet. Im Beispiel von 15 sind also insgesamt neun (= 3 × 3) LEDs angeordnet.
16 ist eine Querschnittsansicht, die das Einfallteil 3a des Lichtleiterelements 3 der Beleuchtungseinrichtung 200a gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. 16 zeigt einen Querschnitt des Einfallteils 3a in einer zur XZ-Ebene parallelen Ebene. Der gekrümmte Flächenteil 12 weist zwei Diskontinuitäten auf, nämlich einen Diskontinuitätspunkt 13 und einen Diskontinuitätspunkt 20. Das gekrümmte Flächenteil 12 wird aus der ersten gekrümmten Fläche 12a, der zweiten gekrümmten Fläche 12b und der dritten gekrümmten Fläche 12c gebildet. Der Diskontinuitätspunkt 13 stellt eine Grenzlinie zwischen der ersten gekrümmten Fläche 12a und der zweiten gekrümmten Fläche 12b dar. Der Diskontinuitätspunkt 20 stellt eine Grenzlinie zwischen der zweiten gekrümmten Fläche 12b und der dritten gekrümmten Fläche 12c dar.
Jede der ersten gekrümmten Fläche 12a, der zweiten gekrümmten Fläche 12b und der dritten gekrümmten Fläche 12c soll ein Paraboloid sein. Unter einer Vielzahl von Lichtquellen, die in der Lichtquelleneinheit 1 enthalten sind, sind drei Lichtquellen, die in einer Reihe in der X-Richtung angeordnet sind, eine erste Lichtquelle 1a, eine zweite Lichtquelle 1b und eine dritte Lichtquelle 1c von der Seite des Endteils des Lichtleiterelements 3. Die erste Lichtquelle 1a, die zweite Lichtquelle 1b und die dritte Lichtquelle 1c sollen jeweils in der Nähe eines Brennpunkts 15a, eines Brennpunkts 15b und eines Brennpunkts 15c angeordnet sein.
17A und 17C sind Querschnittsansichten, die Bereiche des Lichtleitungsemissionswinkels im Einfallteil 3a des Lichtleiterelements 3 der Beleuchtungseinrichtung 200a gemäß der zweiten Ausführungsform zeigen. Wenn die Neigungswinkel θ_a, θ_b und θ_c der Parabelachsen der ersten gekrümmten Fläche 12a, der zweiten gekrümmten Fläche 12b und der dritten gekrümmten Fläche 12c so eingestellt sind, dass θ_a = θ_b = θ_c = θ₀ erfüllt ist, und die erste Lichtquelle 1a, die zweite Lichtquelle 1b und die dritte Lichtquelle 1c jeweils im Brennpunkt 15a, im Brennpunkt 15b und im Brennpunkt 15c angeordnet sind, wird Licht, das innerhalb der in den 17A bis 17C gezeigten Winkelbereiche emittiert wird, in das Innere des Lichtleiterelements 3 geleitet. Da das von der ersten Lichtquelle 1a emittierte Licht von jeder der gekrümmten Flächen reflektiert werden kann, wird das Licht, das innerhalb eines Bereichs eines Winkels in 17A emittiert wird, geleitet. Da das von der zweiten Lichtquelle 1b emittierte Licht geleitet wird, wenn es von der zweiten gekrümmten Fläche 12b oder der dritten gekrümmten Fläche 12c reflektiert wird, wird Licht, das in einem Bereich eines Winkels ψ_b in 17B emittiert wird, geleitet. Da das von der dritten Lichtquelle 1c emittierte Licht geleitet wird, wenn es von der dritten gekrümmten Fläche 12c reflektiert wird, wird das in einem Bereich eines Winkels ψ_c in 17C emittierte Licht geleitet. Dementsprechend kann bei der zweiten Ausführungsform die Schwankung der Lichtleitereffizienz des von der ersten Lichtquelle 1a, der zweiten Lichtquelle 1b und der dritten Lichtquelle 1c emittierten Lichts im Vergleich zu dem Fall, in dem der gekrümmte Flächenteil 12 aus einer gekrümmten Fläche gebildet ist, verringert werden.
Wie oben beschrieben, wird es mit der Beleuchtungseinrichtung 200a gemäß der zweiten Ausführungsform möglich, die Schwankung in der Lichtleitereffizienz zwischen den in einer Reihe in der X-Richtung angeordneten LEDs zu reduzieren, indem die Lichtleitung für die drei in einer Reihe in der X-Richtung angeordneten Lichtquellen so implementiert wird, dass sie der Seitenfläche des Lichtleiterelements 3 zugewandt sind, indem die Reflexion durch die drei gekrümmten Flächen genutzt wird.
Mit Ausnahme der oben beschriebenen Merkmale ist die zweite Ausführungsform die gleiche wie die erste Ausführungsform.
Dritte Ausführungsform
In der ersten Ausführungsform wurde das Beispiel beschrieben, bei dem das LED-Substrat 2, auf der eine Vielzahl von Lichtquellen angebracht sind, und das Sensorsubstrat 9, auf dem die Fotorezeptorelementeinheit 8 angebracht ist, separate Komponenten sind. Wenn das LED-Substrat 2 und das Sensorsubstrat 9 zusammen integriert werden können, werden die Kosten gesenkt und die Montage erleichtert. Die Position des Lichtleiterelements 3 in der Z-Richtung ist jedoch in Abhängigkeit von der Positionsbeziehung zwischen dem optischen Bilderfassungssystem 7 und dem Beleuchtungszielkörper 10 eingeschränkt. In dem Fall, in dem das LED-Substrat 2 und das Sensorsubstrat 9 zusammen integriert sind, vergrößert sich der Abstand zwischen der Einfallfläche 11 und den Lichtemissionsflächen der Vielzahl von Lichtquellen und die Lichtausnutzungseffizienz nimmt ab. Daher ist in einer dritten Ausführungsform das Lichtleiterelement 3 so gebildet, dass die Einfallfläche 11 des Einfallteils 3a des Lichtleiterelements 3 in der -Z-Richtung relativ zur Position eines Endteils des Mittelteils 3b in der -Z-Richtung vorsteht.
18 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die das Einfallteil 3a des Lichtleiterelements 3 und eine Vielzahl von Lichtquelleneinheiten in einer Beleuchtungseinrichtung 200b gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. Um den Abstand zwischen der Einfallfläche 11 und den Lichtemissionsflächen der Vielzahl von Lichtquellen zu minimieren, z. B. auf 0,3 mm, hat das Einfallteil 3a in der dritten Ausführungsform eine Form, bei der die Einfallfläche 11 in der -Z-Richtung verschoben ist. Durch die Verwendung einer solchen Form kann in dem von der Vielzahl von Lichtquellen emittierten Licht das nicht auf die Einfallfläche 11 einfallende Licht reduziert werden.
19 ist eine Querschnittsansicht, die das Einfallteil 3a des Lichtleiterelements 3 der Beleuchtungseinrichtung 200b gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. 19 zeigt einen Querschnitt des Einfallteils 3a in einer zur XZ-Ebene parallelen Ebene. Die Einfallfläche 11 steht in der -Z-Richtung um eine Länge J relativ zum Endteil des Mittelteils 3b in der -Z-Richtung vor. Die Länge J beträgt z. B. 1 mm. Die Einfallfläche 11 und eine Fläche des Endteils des Mittelteils 3b in der -Z-Richtung sind durch eine Fläche 21 miteinander verbunden. Das von der zweiten Lichtquelle 1b emittierte Licht wird von der zweiten gekrümmten Fläche 12b reflektiert und kann danach durch die Fläche 21, die durch Verschieben der Einfallfläche 11 in der -Z-Richtung gebildet wird, austreten, und die Lichtleitereffizienz kann abnehmen. Um die Abnahme der Lichtleitereffizienz zu vermeiden, ist es wünschenswert, die Neigung θ_b der zweiten gekrümmten Fläche 12b zu erhöhen und den Winkel des von der zweiten gekrümmten Fläche 12b reflektierten Lichts in Bezug auf die X-Richtung zu verringern.
Wie oben beschrieben, wird es mit der Beleuchtungseinrichtung 200b gemäß der dritten Ausführungsform möglich, die Schwankung in der Lichtleitereffizienz zwischen den in einer Reihe in der X-Richtung angeordneten LEDs zu reduzieren, indem die Lichtleitung für die zwei in einer Reihe in der X-Richtung angeordneten Lichtquellen so implementiert wird, dass sie der Seitenfläche des Lichtleiterelements 3 zugewandt sind, indem die Reflexion durch die zwei gekrümmten Flächen verwendet wird.
Ferner wird es mit der Beleuchtungseinrichtung 200b gemäß der dritten Ausführungsform möglich, die Schwankung in der Lichtleitereffizienz zwischen den in einer Reihe in der X-Richtung angeordneten LEDs zu reduzieren, indem die Lichtleitung für die zwei in einer Reihe in der X-Richtung angeordneten LEDs so implementiert wird, dass sie der Seitenfläche des Lichtleiterelements 3 zugewandt sind, indem die Reflexion durch die zwei gekrümmten Flächen verwendet wird.
Mit der Beleuchtungseinrichtung 200b gemäß der dritten Ausführungsform ist es außerdem möglich, den Lichteinfall auf die Einfallfläche 11 zu erhöhen, da der Abstand zwischen der Einfallfläche 11 des Lichtleiterelements 3 und den Lichtemissionsflächen der ersten Lichtquelle 1a und der zweiten Lichtquelle 1b verringert werden kann. Infolgedessen steigt die Effizienz der Lichtnutzung.
Mit Ausnahme der oben beschriebenen Merkmale ist die zweite Ausführungsform die gleiche wie die erste Ausführungsform.
Bezugszeichenliste

1: Lichtquelleneinheit,
1a: erste Lichtquelle,
1b: zweite Lichtquelle,
1c: dritte Lichtquelle,
2: LED-Substrat,
22: Leitungsdraht,
3: Lichtleiterelement,
3a: Einfallteil,
3b: Mittelteil,
4: Streufläche,
5: Halter,
6: durchlässiges Element,
7: optisches Bilderfassungssystem,
8: Fotorezeptorelementeinheit,
9: Sensorsubstrat,
10: Beleuchtungszielkörper,
11: Einfallfläche,
12: gekrümmter Flächenteil,
12a: erste gekrümmte Fläche,
12b: zweite gekrümmte Fläche,
12c: dritte gekrümmte Fläche,
100: Bildscanner,
200, 200a, 200b: Beleuchtungseinrichtung.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010193360 [0004]

Claims

Beleuchtungseinrichtung, umfassend: eine Vielzahl von Lichtquellen; und ein Lichtleiterelement, um nach innen eintretendes Licht weiterzuleiten, während es das Licht reflektiert, wobei das Lichtleiterelement umfasst: ein Einfallteil, das eine Einfallfläche aufweist, die es dem von der Vielzahl von Lichtquellen emittierten Licht ermöglicht, einzutreten und das eingetretene Licht in Richtung einer Mitte des Lichtleiterelements in Richtung seiner Hauptachse leitet; und ein Mittelteil, das eine Streufläche zum Emittieren des vom Einfallteil geleiteten Lichts in Richtung eines Beleuchtungszielkörpers aufweist, wobei die Vielzahl von Lichtquellen aufweisen: eine erste Lichtquelle, deren Lichtemissionsfläche der Einfallfläche zugewandt ist; und eine zweite Lichtquelle, deren Lichtemissionsfläche der Einfallfläche zugewandt ist und die auf der Seite des Mittelteils relativ zur ersten Lichtquelle angeordnet ist, und das Einfallteil aufweist: eine erste gekrümmte Fläche, die das durch die Einfallfläche eintretende Licht zum Mittelteil reflektiert; und eine zweite gekrümmte Fläche, die auf der Seite des Mittelteils relativ zur ersten gekrümmten Fläche angeordnet ist und das durch die Einfallfläche eintretende Licht in Richtung des Mittelteils reflektiert.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Lichtquelle auf einer mittleren Seite des Lichtleiterelements relativ zu einem Endpunkt der zweiten gekrümmten Fläche auf einer Seite des Endteils des Lichtleiterelements in einem Querschnitt in einer Ebene orthogonal zur Einfallfläche und parallel zur Hauptachsenrichtung angeordnet ist.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede der ersten gekrümmten Fläche und der zweiten gekrümmten Fläche eine parabolische Form aufweist.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich die erste Lichtquelle und die zweite Lichtquelle voneinander in einer Wellenlänge von emittiertem Licht unterscheiden.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste gekrümmte Fläche eine Fläche ist, die in einer normalen Richtung der Lichtemissionsfläche der ersten Lichtquelle und nach außen konvex ist, und die zweite gekrümmte Fläche eine Fläche ist, die in einer normalen Richtung der Lichtemissionsfläche der zweiten Lichtquelle und nach außen konvex ist.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Vielzahl von Lichtquellen ferner umfasst: eine dritte Lichtquelle, deren Lichtemissionsfläche der Einfallfläche zugewandt ist und die auf der Seite des Mittelteils relativ zur zweiten Lichtquelle angeordnet ist, und das Einfallteil ferner eine dritte gekrümmte Fläche aufweist, die auf der Seite des Mittelteils relativ zur zweiten gekrümmten Fläche angeordnet ist und das Licht reflektiert, das von der Lichtemissionsfläche der dritten Lichtquelle emittiert wird und durch die Einfallfläche in Richtung des Mittelteils eintritt.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 6, wobei die dritte gekrümmte Fläche eine parabolische Form aufweist.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 7, wobei die dritte gekrümmte Fläche eine Fläche ist, die in einer normalen Richtung der Lichtemissionsfläche der dritten Lichtquelle und nach außen konvex ist.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner ein Substrat umfassend, auf dem die Vielzahl von Lichtquellen angebracht sind, wobei das Lichtleiterelement so gebildet ist, dass ein Abstand von dem Substrat zu dem Mittelteil größer ist als ein Abstand von dem Substrat zu der Einfallfläche.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Streufläche ein Streumuster aufweist, das sich in Abhängigkeit von einem Abstand von einem Ende des Lichtleiterelements ändert.
Bildscanner, umfassend: die Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10; und eine Fotorezeptorelementeinheit, um den mit der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Zielkörper optisch zu scannen.