JP7154937B2 - イメージセンサ用照明装置及びイメージセンサ - Google Patents

Description

本発明は、イメージセンサ用照明装置及びイメージセンサに関する。より詳しくは、紙葉類の光学画像情報を取得するイメージセンサに好適に用いられるイメージセンサ用照明装置及びイメージセンサに関するものである。

イメージセンサ（光学ラインセンサ）に用いられる照明装置には、棒状の導光体を用いて点光源を線光源とするものがある。導光体の長手方向の端面には、点光源からの光が入射する入射面が設けられ、導光体の側面には、照射対象に向けて光を出射する帯状の出射面が設けられる。

例えば、特許文献１には、棒状の導光体と、導光体を装着するための位置決め部を有するフレームとを備えた密着イメージセンサユニットが開示されている。

また、特許文献２には、断面形状が長方形の２角以上を除去した多角形を有する柱状である透明ロッドと、透明ロッドの光出斜面以外の少なくとも１側面を覆うカバーとを有する棒状照明装置が開示されている。

また、特許文献３には、導光部と、出光部と、それらの間の対向する位置に配置された２つの溝とを有する導光体が開示されている。

特許第４８６５９３５号 特開平８－１６３３２０号公報 特開２００６－２８７９２３号公報

図１４に、比較形態に係る照明装置に用いられる導光体における光の進み方をシミュレーションした結果を示す。図１４に示す導光体１１０のように、出射面１１２と、その隣の平面（側面）との間に角があると、これらの面から出射される光線が２方向に分かれてしまい、導光体１１０からの出射光の副走査方向Ｘでの均一性が低下してしまう。

また、導光体１１０の出射面１１２のように、出射面１１２を平面にすると、照射対象である媒体からの反射光が出射面１１２で反射して再度媒体を照射しやすくなる。また、出射面１１２を平面にすると、媒体からの反射光が導光体１１０に再入射して後方の光拡散部に入射し、光拡散部で散乱した光が再度媒体を照射しやすくなる。したがって、反射率が高い媒体はより明るくなり、イメージセンサの出力のリニアリティに悪影響を与えてしまう。

これらの課題は、特許文献１の図１１に記載の導光体１１ｂでも同様に発生し得る。

また、現在、イメージセンサの光源において高出力な照明が求められている。しかしながら、導光体を用いて照明を行う場合、多くの光損失が発生する。この損失の一つの原因として、導光体の端面からＬＥＤ等の発光素子で導光体へ入射させた光が、光を出射面へ導くための構造体である光拡散部に入射しないまま導光体内を長手方向に進行し、反対側の端面から抜けてしまうことが挙げられる。特に長方形をベースとした構造の導光体では側面に対向する面があるため、入射した光が対向する面で反射しながら導光体の長手方向に進行し、光拡散部へ入射せずに、入射面と反対側の端面へ損失として抜けてしまう。

また、特許文献２の図４（ｂ）や特許文献３の図１Ａに記載のように、鋭角となる断面形状の場合、導光体の成型が困難となる。更に、特許文献２の棒状照明装置のカバーように、光を反射する反射部材で導光体１０を覆うことによって、導光体から出ていく光を再度導光体に入射させることはできるが、その分だけ部品点数が増え、コストアップとなるため、反射部材を必須の部材とするのは好ましいものではない。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、副走査方向において均一性の高い光を出射することができるイメージセンサ用照明装置及びイメージセンサを提供することを目的とするものである。

本発明は、光源と、主走査方向に延設された導光体と、を備えるイメージセンサ用照明装置であって、前記導光体は、前記主走査方向における前記導光体の両端部の少なくとも一方を構成し、かつ、前記光源からの光が入射される入射面と、前記光源から入射された光を照射対象に向けて出射する出射面と、前記出射面の反対側に位置する平面状の対向面と、前記出射面と前記対向面とを繋ぐ２つの側面と、前記出射面及び前記対向面の少なくとも一方に設けられた光拡散領域と、を有し、前記出射面は、前記主走査方向に延設された少なくとも３つの出射面部を含み、前記少なくとも３つの出射面部のうちの隣接する出射面部が曲面で繋がることを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記出射面は、前記出射面部を３以上、かつ奇数個含み、前記３以上、かつ奇数個の出射面部のうちの中央の出射面部にＲを付けたことを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記導光体の前記主走査方向に直交する断面において、前記出射面、前記対向面及び前記２つの側面は全て、互いに非平行であることを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記対向面及び前記各側面を覆い、かつ、光を反射する反射部材を更に備えることを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記導光体の前記主走査方向に直交する断面は、前記対向面を水平にした状態で前記主走査方向に沿って見たとき、左右対称であることを特徴とする。

また、本発明は、上記イメージセンサ用照明装置を備えることを特徴とするイメージセンサである。

本発明のイメージセンサ用照明装置及びイメージセンサによれば、副走査方向において均一性の高い光を出射することができるイメージセンサ用照明装置及びイメージセンサを実現することができる。

本発明の実施形態１に係る照明装置の平面模式図である。 本発明の実施形態１に係る照明装置に用いられる導光体に関する図であり、（ａ）は入射面側から見た模式図であり、（ｂ）は出射面側から見た模式図であり、（ｃ）は対向面側から見た模式図であり、（ｄ）は側面側から見た模式図である。 本発明の実施形態１に係る照明装置に用いられる導光体の主走査方向に直交する断面の模式図である。 本発明の実施形態１の変形例に係る照明装置に用いられる導光体の主走査方向に直交する断面の模式図である。 本発明の実施形態１に係る照明装置の有効領域と導光体との関係を示す模式図であり、（ａ）は、主走査方向における光量の変動を模式的に示すグラフであり、（ｂ）は、導光体及び光源を側面側から見た図である。 本発明の実施形態１に係る照明装置に用いられる導光体を、対向面側から見た拡大模式図である。 本発明の参考形態に係る照明装置に用いられる導光体の端部における光の進み方をシミュレーションした結果を示す図であり、（ａ）は側面側から見た主走査方向における光の拡散の様子を表した図であり、（ｂ）は入射面側から見た副走査方向における光の拡散の様子を表した図である。 本発明の参考形態に係る照明装置に用いられる導光体の中央部における光の進み方をシミュレーションした結果を示す図であり、（ａ）は側面側から見た主走査方向における光の拡散の様子を表した図であり、（ｂ）は入射面側から見た副走査方向における光の拡散の様子を表した図である。 本発明の実施形態１に係る照明装置に用いられる導光体の端部付近に関する図であり、（ａ）は対向面側から見た拡大模式図であり、（ｂ）は側面側から見た拡大断面模式図であり、（ｃ）は導光体に形成された窪みの拡大断面模式図である。 本発明の実施形態１に係る照明装置に用いられる導光体の中央部に関する図であり、（ａ）は対向面側から見た拡大模式図であり、（ｂ）は側面側から見た拡大断面模式図であり、（ｃ）は導光体に形成された窪みの拡大断面模式図である。 本発明の実施形態１に係る照明装置を用いたイメージセンサに関する図であり、（ａ）は副走査方向の断面模式図であり、（ｂ）はイメージセンサの下部をＺ軸正方向側から見た平面模式図であり、（ｃ）はイメージセンサの上部をＺ軸負方向側から見た平面模式図である。 本発明の実施形態２に係る照明装置に用いられる導光体を、対向面側から見た拡大模式図である。 本発明の実施形態２に係る照明装置に用いられる導光体に関する図であり、（ａ）及び（ｂ）は導光体の端部付近に形成された窪みの拡大断面模式図であり、（ｃ）は導光体の中央部に形成された窪みの拡大断面模式図である。 変形形態１に係る照明装置を用いたイメージセンサの、副走査方向の断面模式図である。 変形形態２に係る照明装置に用いられる導光体の主走査方向に直交する断面の模式図である。 比較形態に係る照明装置に用いられる導光体における光の進み方をシミュレーションした結果を示す。

（実施形態１）
以下、図面を参照して、本発明に係るイメージセンサ用照明装置及びイメージセンサの好適な実施形態を詳細に説明する。本発明に係るイメージセンサ用照明装置及びイメージセンサは様々な分野で利用できるものであるが、紙葉類を走査して、その光学画像情報を取得するイメージセンサ用照明装置及びイメージセンサに好適であるため、本実施形態では、本発明をそれらに適用した例について説明を行う。

図１に示すように、本実施形態に係るイメージセンサ用照明装置１は、２つの光源２０と、光源２０間に位置する導光体１０とを備える。

導光体１０は、両光源２０からの光を導いて照射対象（照明対象）である紙葉類に向けて線状の光を照射するものであり、両光源２０が発する光を線光源化する光学部材である。導光体１０は、イメージセンサの主走査方向Ｙに延設された、細長い棒状の形状を有し、アクリル系樹脂等の透明樹脂からなる。

各光源２０は、主走査方向Ｙにおける導光体１０の端面に隣接して設けられており、導光体１０の端面から導光体１０へ向けて光を入射するものである。光源２０からの光が入射される各端面は入射面１１として機能している。

各光源２０は、例えば互いに異なる波長域の光を照射可能な複数のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子（図示せず）によって構成され、互いに異なる波長域の光（例えば、緑色の光及び赤外光）を照射できるようになっている。光源２０はそれぞれ、入射面１１の中央部に対応する位置に１つ又は複数の発光素子を有している。各発光素子は、正の電圧が印加されるリードフレーム及び負の電圧が印加されるリードフレーム（いずれも図示せず）に電気的に接続されている。

次に導光体１０について詳細に説明する。図２（ａ）～（ｄ）に示すように、導光体１０は、主走査方向Ｙに延設された、断面が６角形以上の多角形（例えば略１２角形）である細長い棒状（例えば略１２角柱）の形状を有している。図２（ａ）～（ｄ）に示すように、導光体１０の両端面にはそれぞれ、光源２０からの光が入射する略平面状の入射面１１が設けられており、略角柱の導光体１０の側面には、出射面１２と、出射面１２の反対側に位置する対向面１３とが形成されている。また、導光体１０は、出射面１２及び対向面１３以外に、出射面１２及び対向面１３を連結する２つの側面１４ａ及び１４ｂを有し、側面１４ａ及び１４ｂは、それぞれ、少なくとも２つ（例えば４つ）の側面部１５ａ及び１５ｂから構成される。なお、本実施形態では、イメージセンサの主走査方向Ｙ及び副走査方向Ｘに直交する方向を、高さ方向Ｚとしている。

出射面１２は、光源２０から入射された光を紙葉類に向けて出射する面である。図２（ｂ）に示すように、出射面１２は、主走査方向Ｙに沿って延び、かつ、副走査方向Ｘに所定の幅を持って形成された帯状の面である。また、図３に示すように、出射面１２は、主走査方向Ｙに延設された少なくとも３つ（例えば３つ）の出射面部１２ａから構成される。各出射面部１２ａも、主走査方向Ｙに沿って延び、かつ、副走査方向Ｘに所定の幅を持って形成された帯状の面である。出射面１２は、図２（ａ）及び３に示すように、少なくとも３つの出射面部１２ａから構成される凸状である。

そして、少なくとも３つの出射面部１２ａのうちの隣接する出射面部１２ａが曲面で繋がっている。これにより、これらの出射面部１２ａが繋がる領域から出射される光線の進行方向を緩やかに変化させることが可能となり、隣接する出射面部１２ａからの出射光が２方向に分かれることを抑制することができる。その結果、出射面１２からの出射光の副走査方向Ｘにおける出力のムラを小さくでき、副走査方向Ｘにおける均一性を向上することができる。

このような観点から、隣接する出射面部１２ａは、凸状の曲面で繋がることが好ましく、隣接する出射面部１２ａが交わる角部１２ａ１にはＲを付けることが好ましい。角部１２ａ１のＲの大きさは、特に限定されないが、例えば、導光体１０の主走査方向Ｙに直交する断面（以下、垂直断面とも言う。）における導光体１０の最大外径の１／５０～１／２（好ましくは１／２０～１／５）とすることができる。なお、本明細書において、垂直断面における導光体１０の最大外径とは、後述する有効領域における最大外径を意味する。

同様の観点から、導光体１０の主走査方向Ｙに延在する角部のうち、照射対象である紙葉類側に位置する角部にはＲを付けることが好ましい。具体的には、例えば、出射面１２に隣接する側面部１５ａが出射面１２及び隣の側面部１５ａとそれぞれ交わる角部１５ａ１及び１５ａ２にはＲを付けることが好ましく、同様に、出射面１２に隣接する側面部１５ｂが出射面１２及び隣の側面部１５ｂとそれぞれ交わる角部１５ｂ１及び１５ｂ２にはＲを付けることが好ましい。各角部１５ａ１、１５ａ２、１５ｂ１、１５ｂ２のＲの大きさは、特に限定されないが、角部１２ａ１と同様に、例えば、垂直断面における導光体１０の最大外径の１／５０～１／２（好ましくは１／２０～１／５）とすることができる。

また、出射面１２は、出射面部１２ａを３以上、かつ奇数個含み、３以上、かつ奇数個の出射面部１２ａのうちの中央の出射面部１２ａにＲを付けることが好ましい。これにより、出射面１２からの出射光が紙葉類で反射して出射面１２で再反射したり、導光体１０に再入射して後述する光拡散部で拡散したりして、再度紙葉類を照射することを抑制することができる。したがって、イメージセンサの出力のリニアリティを向上することができる。他方、この中央の出射面部１２ａのＲが小さすぎると、入射面１１から入射して中央の出射面部１２ａで初めて反射した光が集光してしまい、充分に広がった状態で対向面１３を照射しないため、局所的に出射光の光強度が高くなる可能性がある。したがって、この反射光の集光を防ぎ、局所的に出射光の光強度が高くなることを防止する観点からは、中央の出射面部１２ａは、平面であることが好ましい。そして、このような相反する２つの条件のバランスを取った形状として、中央の出射面部１２ａは緩やかなＲを付けた形状であることが好ましい。より具体的には、中央の出射面部１２ａのＲは、垂直断面における導光体１０の最大外径の１／２～６倍であることが好ましく、１～３倍であることがより好ましい。他方、中央の出射面部１２ａ以外の出射面部１２ａは、同様の緩やかなＲが付けられていてもよいし、平面状であってもよいが、平面状であることが好ましい。

対向面１３は、導光体１０の内部を伝搬する光を出射面１２に向けて反射する面である。図２（ｃ）に示すように、対向面１３は、主走査方向Ｙに沿って延び、かつ、副走査方向Ｘに所定の幅を持って形成された帯状かつ平面状の面である。

図２（ａ）及び３に示すように、側面１４ａは、出射面１２の副走査方向Ｘにおける一方端と対向面１３の副走査方向Ｘにおける一方端とを繋ぎ、側面１４ｂは、出射面１２の副走査方向Ｘにおける他方端と対向面１３の副走査方向Ｘにおける他方端とを繋ぐ。また、側面１４ａ及び１４ｂは、それぞれ、主走査方向Ｙに延設された少なくとの２つ（例えば４つ）の側面部１５ａ及び１５ｂから構成される。各側面部１５ａ、１５ｂは、所定の幅を持って形成された帯状の単一平面から構成されている。

ただし、図４に示すように、側面部１５ａの少なくとも１つ、及び、側面部１５ｂの少なくとも１つは、曲面から構成されるものであってもよい。図４では、出射面１２及び対向面１３に隣接しない側面部１５ａ及び１５ｂが凸状の単一曲面から構成されている。各側面１４ａ、１４ｂが側面部１５ａ、１５ｂとして複数の曲面を含む場合、複数の曲面の曲率半径は互いに異なっていてもよい。

なお、本実施形態では、側面部１５ａ及び１５ｂの数は、それぞれの側面１４ａ及び１４ｂにおいて２つ以上である場合について説明するが、各側面１４ａ、１４ｂを構成する側面部１５ａ、１５ｂの数は１つのみであってもよい。

図３に示すように、垂直断面において、出射面１２、対向面１３及び２つの側面１４ａ、１４ｂは全て、互いに非平行である。これにより、入射面１１から入射した光を導光体１０内で様々な方向に反射させることができる。その結果、例え光を反射する反射部材で導光体１０を覆わなくとも、光利用効率を向上でき、高出力な照明を実現することができる。

また、本実施形態では、側面１４ａ及び１４ｂが、それぞれ、少なくとも２つの側面部１５ａ及び１５ｂを含んでいることから、導光体１０内を反射しながら進行する光の進行方向をより多様にすることが可能であり、光利用効率を更に向上することができる。

また、本実施形態では、導光体１０は、垂直断面において鋭角部分が発生しないように形成することができるため、例えば射出成型といった方法により容易に形成可能である。したがって、導光体１０を備えるイメージセンサ用照明装置１の製造も容易となる。

このような観点から、上記垂直断面において、導光体１０の隣り合う面がなす内角の大きさは、各々、９０°を超えて１８０°未満であることが好ましい。このように、導光体１０が垂直断面に鋭角部分を含まないことによって、少なくとも垂直断面を含む部分の成型性に優れた導光体１０を実現できる。

また、本実施形態では、導光体１０は、両端面を除く面が、少なくとも３つの出射面部１２ａから構成される出射面１２と、対向面１３と、２以上の側面部１５ａを有する側面１４ａと、２以上の側面部１５ｂを有する側面１４ｂとを含む少なくとも８面以上から構成されることから、対向面１３の副走査方向Ｘにおける幅を小さくしつつ、垂直断面を広くすることができる。対向面１３の副走査方向Ｘにおける幅を小さくすることによって、副走査方向Ｘにおいて光が必要以上に拡散されてしまうことを防止できる。また、垂直断面を広くすることによって、各光源２０から対応する入射面１１への光の入射効率を向上することができる。したがって、両端面を除く面が８面以上から構成されるという特徴もまた、光利用効率の向上に寄与している。

上記垂直断面は、対向面１３を水平にした状態で主走査方向Ｙに沿って導光体１０を見たとき、左右非対称であってもよいが、製造の容易性の観点からは、図３及び４に示したように、左右対称であることが好ましい。なお、ここで、「左右対称」とは、実質的に左右対称である場合を含むものとする。

図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、イメージセンサ用照明装置１は、必要な光量が確保される有効領域を有しており、この領域が照射対象と重なるように配置されて使用される。上述の垂直断面は、導光体１０の有効領域に対応する部分の少なくとも一部の断面であればよいが、好ましくは、導光体１０の有効領域に対応する部分の全部の断面である。すなわち、導光体１０の有効領域に対応する部分全体において上述の断面形状のいずれかを有することが好ましい。

なお、イメージセンサ用照明装置１の有効領域の主走査方向Ｘにおける長さは、イメージセンサの出力全てが必要出力となるように設定される。導光体１０の主走査方向Ｘにおける長さＬｘは、有効領域内で均一な光量分布が得られるように、通常、有効領域の主走査方向Ｘにおける長さよりも長い。

以下、対向面１３について詳細に説明する。図２（ｃ）に示すように、主走査方向Ｙにおける導光体１０の両方の端部１１Ａにおいて対向面１３には、主走査方向Ｙ及び副走査方向Ｘの両方に光を拡散する第一光拡散領域Ａが設けられ、主走査方向Ｙにおける導光体１０の中央部１１Ｂ（両端部１１Ａを除く中間部に相当）において対向面１３には、主に主走査方向Ｙに光を拡散する第二光拡散領域Ｂが設けられている。第一及び第二光拡散領域Ａ及びＢには、それぞれ、各々が窪み（凹み）である複数の光拡散部ＳＡ及びＳＢが形成されているが、これらの光拡散部ＳＡ及びＳＢは、互いに異なる構造をしており、その結果として、第一及び第二光拡散領域Ａ及びＢは上述のように互いに異なる光拡散特性を有する。なお、本明細書において「光を拡散する」とは、光を反射させることであって、かつ、その反射光が、導光体の巨視的な面（例えば巨視的な対向面１３）、すなわち光拡散部を無視した場合の導光体の面（例えば第一及び第二光拡散領域Ａ及びＢを無視した場合の対向面１３）への入射角θｉに等しい反射角方向（θｒ＝θｉ）への反射成分（正反射成分）のみならず、入射角θｉと異なる反射角方向（θｒ≠θｉ）への反射成分を含むことをいう。

図６－１に示すように、主走査方向Ｙにおける第一光拡散領域Ａの中央部１１Ｂ側のエッジから、対応する入射面１１までの幅Ｗは、３ｍｍ以上、３０ｍｍ以下であることが好ましい。他方、第二光拡散領域Ｂは、２つの第一光拡散領域Ａの間の領域全体に設けられており、主走査方向Ｙにおける第二光拡散領域Ｂの長さは、照射対象である紙葉類の幅等に応じて適宜設定可能である。

次に、導光体１０の対向面１３に形成された光拡散部ＳＡ及びＳＢについて説明する。

図６－１に示すように、第一光拡散領域Ａには、複数の光拡散部ＳＡとして、複数の椀状の窪み１０Ａが形成されており、第二光拡散領域Ｂには、複数の光拡散部ＳＢとして、副走査方向Ｘに延設された窪み１０Ｂが、主走査方向Ｙに沿って複数配置されている。

なお、本明細書において、椀状とは、球冠状、すなわち、球面を、これと交わる平面で切り取った空間図形の形状であり、理想的な球冠や、理想的な球冠と同視できるもの（実質的な球冠）等を含み、更には、曲率が変化する場合も含むものとする。

光源２０からの光は、両端部１１Ａ付近では、光源２０に近いため、導光体１０内で充分に広がっておらず、特に副走査方向Ｘには充分に広がっていないと考えられる。そこで本実施形態では、両端部１１Ａに複数の椀状の窪み１０Ａを含む第一光拡散領域Ａを設けることにより、図６－２（ａ）及び（ｂ）に示すように、光源２０からの光Ｌは、第一光拡散領域Ａにおいて主走査方向Ｙだけではなく、副走査方向Ｘにも拡散反射するため、導光体１０の両端部１１Ａにおける光Ｌの均一性、特に副走査方向Ｘにおける均一性をより高めることが可能である。なお、図６－２（ｂ）に示したように、図６－２のシミュレーションでは、導光体１０の両端部１１Ａに位置決め用の突起１９を設けた。また、図６－２及び図６－３に示す参考形態では、出射面が単一平面から構成され、出射面と、その隣の平面（側面）との間に角が存在するが、対向面での光の反射の挙動は、実施形態１の場合と同様である。

他方、導光体１０の中央部１１Ｂへは、光源２０からの光が広がって到達するため、中央部１１Ｂでは光を副走査方向Ｘに拡散反射させる必要性は低い。そのため、仮に中央部１１Ｂにも第一光拡散領域Ａを設けた場合、中央部１１Ｂで光Ｌが副走査方向Ｘへ広がり過ぎ、光Ｌの出力ロスが生じて光利用効率が低下してしまう。そこで、本実施形態では、副走査方向Ｘに延設された窪み１０Ｂを含む第二光拡散領域Ｂを中央部１１Ｂに設け、第二光拡散領域Ｂでは、図６－３（ａ）及び（ｂ）に示すように、光源２０からの光Ｌが副走査方向Ｘではなく主に主走査方向Ｙへ拡散反射されるようにしている。その結果、光源２０からの光Ｌが副走査方向Ｘへも広がった状態で到達する中央部１１Ｂにおいて、第二光拡散領域Ｂで拡散反射された光Ｌが副走査方向Ｘへ広がり過ぎることを抑制しつつ、光Ｌを出射面１２から効率的に出射させることができる。

以上より、本実施形態では、主走査方向Ｙ及び副走査方向Ｘの広域で均一性の高い出射光を得ることができる。

なお、光源２０は、両端面の一方のみに対して設けられてもよく、入射面１１を１箇所のみとしてもよいが、その場合は、入射面１１と反対側の端部１１Ａには、第一光拡散領域Ａではなく第二光拡散領域Ｂを設けることが好ましい。

第一光拡散領域Ａにおける複数の光拡散部ＳＡについて更に説明する。複数の光拡散部ＳＡは、各々が突起又は窪みであれば特に限定されず、どのように配置されていてもよいが、図７（ａ）に示すように、複数の光拡散部ＳＡは、主走査方向Ｙにおいて一定のピッチで配置され、かつ、副走査方向Ｘにおいて一定のピッチで配置されることが好ましい。主走査方向Ｙにおけるピッチと副走査方向Ｘにおけるピッチとは、互いに同一であっても異なっていてもよい。

また、図７（ａ）に示すように、複数の光拡散部ＳＡは、六角格子状に互いに隣接して配置されることがより好ましい。これにより、第一光拡散領域Ａにより多くの光拡散部ＳＡを形成することが可能となり、副走査方向Ｘへの光の拡散を増加させることができる。ここで、六角格子状に配置されるとは、辺の長さが互いに等しい複数の正三角形が、各々の辺を隣接する正三角形の一辺と共有するよう配列した図形において、各正三角形の頂点に対応する位置（六角格子の格子点に対応する位置）に光拡散部ＳＡが配置されることをいう。六角格子状は、正三角格子状又は６０°千鳥状ともいう。本実施形態では、複数の光拡散部ＳＡが六角格子状に互いに隣接して配置される態様について説明したが、複数の光拡散部ＳＡの配置はこれに限定されない。

複数の光拡散部ＳＡは、各々、突起であってもよいし、窪み及び突起の両方を含むものであってもよい。例えば、複数の光拡散部ＳＡは、図７（ｂ）及び（ｃ）に示すように、底面部Ｄ及び上面部Ｅを各々有する、深さＣ及び直径Ｆの複数の椀状の窪み１０Ａであってもよい。

本実施形態では、第一光拡散領域Ａにおける光拡散部ＳＡを椀状の窪み１０Ａとしたが、光拡散部ＳＡは、円錐状、円錐台状、円柱状、角錐状、ピラミッド状、主走査方向Ｙ及び副走査方向Ｘに対して傾斜して延設されたプリズム形状（以下、斜めプリズム形状ともいう。）等の、主走査方向Ｙ及び副走査方向Ｘに光Ｌを拡散することができる形状であってもよい。

本明細書において、円錐状とは、理想的な円錐であってもよいし、本発明の効果の観点から理想的な円錐と同視できるもの（実質的な円錐）であってもよいし、更には、底面が楕円である理想的な楕円錐、及び、本発明の効果の観点から理想的な楕円錐と同視できるもの（実質的な楕円錐）も含むものである。円錐台状とは、理想的な円錐台であってもよいし、発明の効果の観点から理想的な円錐台と同視できるもの（実質的な円錐台）であってもよく、例えば、底面と直交する断面視において側面の深さ方向における少なくとも一部が曲線となった形状等であってもよい。また、角錐状とは、理想的な角錐であってもよいし、本発明の効果の観点から理想的な角錐と同視できるもの（実質的な角錐）であってもよく、例えば、角錐の一部の角が丸みを帯びた形状等であってもよい。上記角錐における角の数は３以上であり、光源２０からの光を主走査方向Ｙ及び副走査方向Ｘの両方により効果的に広げる観点から、上記角錐における角の数は多い方が好ましく、４以上であることがより好ましく、円錐に近い形状になるほど更に好ましい。このように、光拡散部ＳＡは、等方的な形状を有することが好ましい。

また、光拡散部ＳＡは、椀状、円錐状、円錐台状、円柱状、角錐状、斜めプリズム形状等の突起であってもよく、これによっても、主走査方向Ｙ及び副走査方向Ｘに光を拡散することができる。

しかしながら、光拡散部ＳＡは、突起より窪みであることが好ましい。このような態様とすることにより、導光体１０内部へより多くの光Ｌを拡散することが可能となり、出射面１２からの出射光量を高めることが可能となる。

次に、第二光拡散領域Ｂにおける複数の光拡散部ＳＢについて更に説明する。図８（ａ）に示すように、第二光拡散領域Ｂには、複数の光拡散部ＳＢとして、副走査方向Ｘに延設された窪み１０Ｂが、主走査方向Ｙに沿って複数配置されている。複数の窪み１０Ｂは、互いに略等しい深さを有しており、略一定のピッチで形成されている。このように、光拡散部ＳＢは、異方的な形状を有することが好ましい。

複数の光拡散部ＳＢは、各々、突起であってもよいし、窪み及び突起の両方を含むものであってもよい。例えば、複数の光拡散部ＳＡは、図８（ｂ）及び（ｃ）に示すように、底面部Ｈ及び上面部Ｉを各々有し、ピッチＪで配置された、深さＧの複数の窪み１０Ｂであってもよい。

本実施形態では、主走査方向Ｙにおける窪み１０Ｂの断面の形状を滑らかな凹形状としたが、主走査方向Ｙにおける窪み１０Ｂの断面の形状は、主に主走査方向Ｙに光Ｌを拡散することができるものであれば特に限定されず、例えばＵ字状、Ｖ字状、台形状、円弧状等の形状や、それらの形状が左右非対称となった形状であってもよい。

また、光拡散部ＳＢは、主走査方向Ｙにおける断面の形状がＵ字状、Ｖ字状、台形状、円弧状、それらの形状が左右非対称となった形状等の突起であってもよく、これによっても、主に主走査方向Ｙに光を拡散することができる。

しかしながら、光拡散部ＳＢは、突起より窪みであることが好ましい。このような態様とすることにより、導光体１０内部へより多くの光を拡散することが可能となり、出射面１２からの出射光量を高めることが可能となる。

また、第一光拡散領域Ａ及び第二光拡散領域Ｂは、いずれも、対向面１３ではなく出射面１２に設けられてもよく、出射面１２及び対向面１３の両面に設けられてもよい。また、第一光拡散領域Ａが対向面１３ではなく出射面１２に設けられ、第二光拡散領域Ｂが出射面１２ではなく対向面１３に設けられてもよいし、第一光拡散領域Ａが出射面１２ではなく対向面１３に設けられ、第二光拡散領域Ｂが対向面１３ではなく出射面１２に設けられてもよい。

次に、上記照明装置１を用いた本実施形態に係るイメージセンサについて説明する。

図９（ａ）に示すように、本実施形態に係るイメージセンサ２は、搬送路Ｐ１を副走査方向Ｘに搬送されている紙葉類Ｐの光学画像情報、具体的には透過画像を取得する光学ラインセンサである。イメージセンサ２は、導光体１０及び光源２０を備える照明装置１と、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子３０と、紙葉類Ｐからの光を撮像素子３０へ導くロッドレンズアレイ（透明の筒状の集光レンズのアレイ）４０と、を有している。

イメージセンサ２の下部には、図９（ｂ）に示すように、導光体１０と光源２０を備える照明装置１が配置されている。

イメージセンサ２の上部は、図９（ｃ）に示すように、主走査方向Ｙに延設されたライン形状を有しており、フォトダイオード等の複数の受光素子（画素）３１が主走査方向Ｙに配列されて撮像素子３０を構成している。撮像素子３０に対応するようにロッドレンズアレイ４０が配置されている。

導光体１０が収められたケースの上面は透明材から成る照射窓５０となっており、撮像素子３０が収められたケースの下面は透明材から成る測定窓６０となっている。

光源２０から導光体１０及び照射窓５０を経た光が、紙葉類Ｐに向けて照射される。そして、紙葉類Ｐを透過した光は、測定窓６０及びロッドレンズアレイ４０を経て撮像素子３０によって受光される。

このように、光源２０からの光が導光体１０に入射され、導光体１０が、入射された光を主走査方向Ｙ側へ導きながら高さ方向Ｚ側へ出射することにより、紙葉類Ｐに向けて光を照射するようになっている。

イメージセンサ２は、搬送されている紙葉類Ｐを搬送方向に走査して、紙葉類Ｐの全面を撮像する。より詳細には、イメージセンサ２は、搬送されている紙葉類Ｐに対して、主走査方向Ｙ全体にわたる紙葉類Ｐの直線状の被撮像領域の撮像を採取ライン毎に順次繰り返すことにより、紙葉類Ｐ全体の撮像を行う。

上述のように、上記実施形態では、出射面１２は、主走査方向Ｙに延設された少なくとも３つの出射面部１２ａを含み、少なくとも３つの出射面部１２ａのうちの隣接する出射面部１２ａが曲面で繋がることから、出射面１２からの出射光の副走査方向Ｘにおける均一性を向上することができる。

また、出射面１２は、出射面部１２ａを３以上、かつ奇数個含み、３以上、かつ奇数個の出射面部１２ａのうちの中央の出射面部１２ａにＲを付けたことから、出射面１２からの出射光が照射対象である紙葉類で反射して出射面１２で再反射したり、導光体１０に再入射して光拡散部ＳＡ又はＳＢで拡散したりして、再度紙葉類を照射することを抑制することができる。したがって、イメージセンサ２の出力のリニアリティを向上することができる。

また、垂直断面において、出射面１２、対向面１３及び２つの側面１４ａ、１４ｂは全て、互いに非平行であることから、入射面１１から入射した光を導光体１０内で様々な方向に反射させることができ、一方の入射面１１から導光体１０に入射した光が側面１４ａ及び１４ｂの間で反射を繰り返し、出射面１２又は対向面１３に入射せずに、他方の入射面１２から出てしまうことを抑制することができる。
また、側面１４ａ及び１４ｂは、それぞれ、少なくとも２つの側面部１５ａ及び１５ｂを含んでいることから、導光体１０内で様々な方向に光を反射させることが可能である。
更に、導光体１０は、両端面を除く面が、少なくとも３つの出射面部１２ａから構成される出射面１２と、対向面１３と、２以上の側面部１５ａを有する側面１４ａと、２以上の側面部１５ｂを有する側面１４ｂとを含む少なくとも８面以上から構成されることから、対向面１３の副走査方向Ｘにおける幅を小さくしつつ、垂直断面を広くすることができる。対向面１３の副走査方向Ｘにおける幅を小さくすることによって、副走査方向Ｘにおいて光が必要以上に拡散されてしまうことを防止できる。また、垂直断面を広くすることによって、各光源２０から対応する入射面１１への光の入射効率を向上することができる。
以上より、本実施形態では、例え光を反射する反射部材で導光体１０を覆わなくとも、光利用効率を向上でき、高出力な照明を実現することができる。

（実施形態２）
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、実施形態１と重複する内容については説明を省略する。また、本実施形態と上記実施形態１とにおいて、同一又は同様の機能を有する部材には同一の符号を付し、本実施形態において、その部材の説明は省略する。本実施形態は、以下で説明するように、第一光拡散領域及び第二光拡散領域に設けられる光拡散部の形状が異なる点を除いて、上記実施形態１と実質的に同じである。

図１０に示すように、本実施形態における第一光拡散領域Ａの複数の光拡散部ＳＡは、相対的に小さな光拡散部（以下、単に小さな拡散部とも言う。）ＳＡ１と、相対的に大きな光拡散部（以下、単に大きな拡散部とも言う。）ＳＡ２とを含む。このような態様とすることにより、小さな光拡散部ＳＡ１により様々な方向に光を拡散し、大きな光拡散部ＳＡ２により出射面１２方向に光をより拡散することが可能となり、主走査方向Ｙ及び副走査方向Ｘで均一性の高い出射光を得ながら、出射面１２から出射する光の強度を高めることができる。

より具体的には、第一光拡散領域Ａの複数の光拡散部ＳＡは、小さな光拡散部ＳＡ１と、大きな光拡散部ＳＡ２とをそれぞれ複数含み、大きな光拡散部ＳＡ２と、小さな光拡散部ＳＡ１とは、主走査方向Ｙにおいて交互に配置される。これにより、主走査方向Ｙ及び副走査方向Ｘで更に均一性の高い出射光を得ることができる。また、大きな光拡散部ＳＡ２は、主走査方向Ｙにおいて一定のピッチで配置され、小さな光拡散部ＳＡ１は、大きな光拡散部ＳＡ２の間の領域を埋めるように配置されている。

小さな光拡散部ＳＡ１が配置された各領域では、小さな光拡散部ＳＡ１が主走査方向Ｙ及び副走査方向Ｘにおいて一定のピッチで配置されている。主走査方向Ｙにおけるピッチと副走査方向Ｘにおけるピッチとは、互いに同一であっても異なっていてもよい。本実施形態では、小さな光拡散部ＳＡ１が配置された各領域において、小さな光拡散部ＳＡ１が正方格子状に配置されるが、その配置及び数は特に限定されない。これらの各領域において、小さな光拡散部ＳＡ１は、六角格子状、平行体格子状、矩形格子状、斜方格子状又は六角格子状に配置されてもよい。

大きな光拡散部ＳＡ２は、主走査方向Ｙにおいて一定のピッチで配置され、副走査方向Ｘにおいて２つが互いに隣接して配置されるが、大きな光拡散部ＳＡ２の配置及び数は特に限定されない。

対向面１３側から平面視したとき、大きな光拡散部ＳＡ２の各面積は、小さな光拡散部ＳＡ１の各面積の１．５～５０倍であることが好ましく、３～２０倍であることがより好ましい。

本実施形態の第一光拡散領域Ａに設けられる小さな光拡散部ＳＡ１は、例えば、図１１（ａ）に示すような円錐台状の窪み１０Ａ１であってもよい。図１１（ａ）に示す窪み１０Ａ１は、底面（上底）Ｄ１と、底面Ｄ１に対向し、かつ、底面Ｄ１より直径の大きな底面（下底）Ｆ１と、底面Ｄ１と底面Ｆ１とをつなぐ側面ＥＡ１と、を備える、深さＣ１及び直径Ｆａの円錐台状の形状を有する。側面ＥＡ１は、底面Ｄ１、Ｆ１と直交する断面視において円弧状である。側面ＥＡ１と底面Ｄ１とが交わる部分は、それぞれ、面取りされることにより、なだらかに繋がっていてもよい。

本実施形態の第一光拡散領域Ａに設けられる大きな光拡散部ＳＡ２は、例えば、図１１（ｂ）に示すような円錐台状の窪み１０Ａ２であってもよい。図１１（ｂ）に示す窪み１０Ａ２は、底面（上底）Ｄ２と、底面Ｄ２に対向し、かつ、底面Ｄ２より直径の大きな底面（下底）Ｆ２と、底面Ｄ２と底面Ｆ２とをつなぐ側面ＥＡ２と、を備える、深さＣ２及び直径Ｆｂの円錐台状の形状を有する。側面ＥＡ２は、底面Ｄ２、Ｆ２と直交する断面視において底面Ｆ２側の一部が円弧状である。側面ＥＡ２と底面Ｄ２とが交わる部分は、それぞれ、面取りされることにより、なだらかに繋がっていてもよい。

次に、第二光拡散領域Ｂの複数の光拡散部ＳＢについて説明する。図１１（ｃ）に示すように、第二光拡散領域Ｂには、複数の光拡散部ＳＢとして、断面形状が台形状の窪み１０Ｂ１が、主走査方向Ｙに沿って複数配置されている。複数の窪み１０Ｂ１は、互いに略等しい深さを有しており、略一定のピッチで形成されている。

図１１（ｃ）に示す窪み１０Ｂ１の断面形状は、底面（上底）Ｈ１と、底面Ｈ１に対向し、かつ、底面Ｈ１より幅の広い底面（下底）Ｍ１と、側面ＮＡ１と、を備える、深さＧの台形状の形状を有する。側面ＮＡ１は、断面視において底面Ｈ１側及び底面Ｍ１側のそれぞれ一部が円弧状である。

（変形形態１）
上記実施形態の導光体１０は、導光体１０を傾けても均一性の高い光を得ることができるため、導光体１０を傾けて配置する反射光源としても使用することが可能である。したがって、上記実施形態の導光体１０は、透過光源及び反射光源に共通して用いることができる。

上記実施形態では、搬送路Ｐ１を介して、イメージセンサ用照明装置１を撮像素子３０と対向して配置したが、イメージセンサ用照明装置１は、反射光源としても使用し得ることから、図１２に示すように、イメージセンサ用照明装置１は、搬送路Ｐ１に対して撮像素子３０と同じ側にも配置されてもよい。この場合、撮像素子３０側のイメージセンサ用照明装置１から測定窓６０を経て照射された光が紙葉類Ｐによって反射される。この反射光が測定窓６０及びロッドレンズアレイ４０を経て撮像素子３０によって受光されることとなる。

本変形形態では、イメージセンサ用照明装置１を、搬送路Ｐ１に対して撮像素子３０と同じ側及び反対側の２箇所に設けることにより、通過する紙葉類Ｐの反射画像及び透過画像を取得することが可能となる。もちろん、イメージセンサ用照明装置１を撮像素子３０側のみに設けてもよい。

（変形形態２）
上記実施形態では、光を反射する反射部材で導光体１０を覆わない場合について説明したが、図１３に示すように、対向面１３及び各側面１４ａ、１４ｂとを覆い、かつ、光を反射する反射部材２１を設けてもよい。これにより、更なる光利用効率の向上が可能である。光源２０が導光体１０の両端面の一方のみに対して設けられる場合は、入射面１１と反対側の端面も反射部材２１で覆われていることが好ましい。

反射部材２１は、白色塗料を塗布することによって形成された塗膜であってもよい。白色塗料は、少なくとも１種類の白色顔料を含む。白色顔料には、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等を用いることができる。

以上、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、説明された個々の事項は、すべて本発明全般に対して適用され得るものである。また、各実施形態の構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよいし、変更されてもよい。

以上のように、本発明は、イメージセンサによる光学画像情報の取得に有用な技術である。

１：照明装置
２：イメージセンサ
１０、１１０：導光体
１０Ａ、１０Ａ１、１０Ａ２、１０Ｂ、１０Ｂ１：窪み
１１：入射面
１１Ａ：端部
１１Ｂ：中央部
１２、１１２：出射面
１２ａ：出射面部
１２ａ１：隣接する出射面部が交わる角部
１３：対向面
１４ａ、１４ｂ：側面
１５ａ、１５ｂ：側面部
１５ａ１、１５ｂ１：出射面に隣接する側面部が出射面と交わる角部
１５ａ２、１５ｂ２：出射面に隣接する側面部が隣の側面部と交わる角部
１９：突起
２０：光源
２１：反射部材
３０：撮像素子
３１：受光素子
４０：ロッドレンズアレイ
５０：照射窓
６０：測定窓
Ａ：第一光拡散領域
Ｂ：第二光拡散領域
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２、Ｇ：深さ
Ｄ、Ｈ：底面部
Ｄ１、Ｄ２、Ｆ１、Ｆ２、Ｈ１、Ｍ１：底面
Ｅ、Ｉ：上面部
ＥＡ１、ＥＡ２、ＮＡ１：側面
Ｆ、Ｆａ、Ｆｂ：直径
Ｊ：ピッチ
Ｌ：光
Ｌｘ：導光体の主走査方向における長さ
Ｐ：紙葉類（照射対象）
Ｐ１：搬送路
ＳＡ、ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ：光拡散部
Ｗ：幅
Ｘ：副走査方向
Ｙ：主走査方向
Ｚ：高さ方向

Claims (7)

1. 光源と、主走査方向に延設された導光体と、を備えるイメージセンサ用照明装置であって、
   前記導光体は、前記主走査方向における前記導光体の両端部の少なくとも一方を構成し、かつ、前記光源からの光が入射される入射面と、
   前記光源から入射された光を照射対象に向けて出射する出射面と、
   前記出射面の反対側に位置する平面状の対向面と、
   前記出射面と前記対向面とを繋ぐ２つの側面と、
   前記出射面及び前記対向面の少なくとも一方に設けられた光拡散領域と、を有し、
   前記出射面は、前記主走査方向に延設された少なくとも３つの出射面部を含み、
   前記少なくとも３つの出射面部のうちの隣接する出射面部が曲面で繋がる
   ことを特徴とするイメージセンサ用照明装置。
2. 前記出射面は、前記出射面部を３以上、かつ奇数個含み、
   前記３以上、かつ奇数個の出射面部のうちの中央の出射面部にＲを付けたことを特徴とする請求項１記載のイメージセンサ用照明装置。
3. 前記導光体の前記主走査方向に直交する断面において、前記出射面、前記対向面及び前記２つの側面は全て、互いに非平行であることを特徴とする請求項１又は２記載のイメージセンサ用照明装置。
4. 前記対向面及び前記各側面を覆い、かつ、光を反射する反射部材を更に備えることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のイメージセンサ用照明装置。
5. 前記導光体の前記主走査方向に直交する断面は、前記対向面を水平にした状態で前記主走査方向に沿って見たとき、左右対称であることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のイメージセンサ用照明装置。
6. 前記主走査方向に直交する断面において、前記導光体の隣接する出射面部のなす内角の大きさは、各々、９０°を超えて１８０°未満であることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載のイメージセンサ用照明装置。
7. 請求項１～６のいずれかに記載のイメージセンサ用照明装置を備えることを特徴とするイメージセンサ。

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