WO2021199422A1 - 照明装置及びイメージスキャナ - Google Patents

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WO2021199422A1
WO2021199422A1 PCT/JP2020/015302 JP2020015302W WO2021199422A1 WO 2021199422 A1 WO2021199422 A1 WO 2021199422A1 JP 2020015302 W JP2020015302 W JP 2020015302W WO 2021199422 A1 WO2021199422 A1 WO 2021199422A1
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WO
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light
incident
curved surface
light source
light guide
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PCT/JP2020/015302
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English (en)
French (fr)
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泰介 牧田
河野　裕之
秀 多久島
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Priority to US17/912,857 priority patent/US20230144125A1/en
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • G02B6/0055—Reflecting element, sheet or layer
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N1/00—Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/024—Details of scanning heads ; Means for illuminating the original
    • H04N1/028—Details of scanning heads ; Means for illuminating the original for picture information pick-up
    • H04N1/02815—Means for illuminating the original, not specific to a particular type of pick-up head
    • H04N1/0282—Using a single or a few point light sources, e.g. a laser diode
    • H04N1/02835—Using a single or a few point light sources, e.g. a laser diode in combination with a light guide, e.g. optical fibre, glass plate
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N1/00—Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/04—Scanning arrangements, i.e. arrangements for the displacement of active reading or reproducing elements relative to the original or reproducing medium, or vice versa

Definitions

  • This disclosure relates to a lighting device and an image scanner.
  • a lighting device used in an image scanner mounted on a financial image reader or the like a region in which LED light is incident on a rod-shaped light guide body from an end face and the light is reflected in the long axis direction of the light guide body is formed.
  • a lighting device having the provided configuration is used.
  • An image is acquired by receiving the reflected light from the object illuminated by the lighting device with the light receiving element.
  • a method of injecting light into the light guide body a method in which the end surface of the light guide body is an incident surface and the light emitting surface of the LED is opposed to the end face of the light guide body in parallel is common.
  • the diameter of the light guide is reduced, the area of the end face is reduced, so that the incident efficiency of the light emitted from the light emitting surface of the LED is lowered.
  • a financial image reader that determines the authenticity of a bill, it is illuminated at multiple wavelengths using a plurality of LEDs that emit visible light (RGB light), infrared (IR) light, ultraviolet (UV) light, and the like.
  • RGB light visible light
  • IR infrared
  • UV ultraviolet
  • Patent Document 1 describes a technique for efficiently guiding light emitted from light emitting surfaces of a plurality of LEDs in the long axis direction.
  • the side surface of the light guide body is an incident surface
  • the light emitting surface of the LED is opposed to the side surface of the light guide body, and light is incident on the light guide body.
  • this method by making the end face of the light guide body a curved surface, the incident light is reflected by the curved surface and the light is guided in the long axis direction. Since the area of the side surface of the light guide body is larger than the area of the end surface, the proportion of the light emitted from the light emitting surface of the LED that is incident on the incident surface of the side surface of the light guide body is high.
  • an image is acquired using a plurality of single wavelength LEDs.
  • Ink that reflects only light of a specific wavelength is used for banknotes.
  • the five images obtained by separately illuminating the banknotes with, for example, five types of light, R, G, B, IR, and UV, have different characteristics such as patterns.
  • the authenticity of banknotes is determined based on a plurality of images acquired at each wavelength.
  • the LED closer to the end of the light guide has a higher light guide efficiency
  • the LED closer to the center of the light guide has a lower light guide efficiency.
  • the closer the LED is to the center of the light guide the smaller the inclination of the curved surface on which the light incident from the LED is reflected. Therefore, when the light reflected by the curved surface is next incident on the boundary between the light guide and the air, the incident angle becomes large and the proportion of light that does not satisfy the total reflection condition increases.
  • the narrower the LED spacing in the long axis direction the smaller the variation in the light guide efficiency between the LEDs, but the LED spacing cannot be narrowed due to the wiring around the LEDs and the heat dissipation of the LEDs.
  • the length of the curved surface in the long axis direction is also reduced, so that the influence of the LED spacing is relatively large.
  • the light guide efficiency varies between the LEDs arranged on the end side and the center side in the long axis direction of the light guide body, so that the illuminance level is adjusted. There is a problem that there are variations.
  • the present disclosure has been made to solve the above problems, and an object of the present disclosure is to reduce variations in light guide efficiency of light emitted from a plurality of light sources.
  • the lighting device includes a plurality of light sources and a light guide body that propagates while reflecting light incident on the inside, and the light guide body incidents light emitted from the plurality of light sources.
  • An incident portion having an incident surface and guiding the incident light toward the center in the long axis direction of the light guide body, and emitting the light guided from the incident portion toward the irradiated body.
  • a central portion having a scattering surface for the light is provided.
  • the plurality of light sources have a first light source having a light emitting surface facing the incident surface and a second light source having a light emitting surface facing the incident surface and arranged on the central portion side of the first light source. With a light source.
  • the incident portion includes a first curved surface that reflects light incident from the incident surface toward the central portion, and the incident portion is arranged on the central portion side of the first curved surface, and the light incident from the incident surface is referred to. It is characterized by having a second curved surface that reflects toward the central portion.
  • FIG. 1 It is an exploded perspective view which shows schematic structure of the image scanner which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is an enlarged perspective view which shows the incident part of the light guide body of the lighting apparatus which concerns on Embodiment 1, and a plurality of light sources.
  • (A) is a diagram showing an example of an optical path of light emitted from a plurality of light sources, guided by a light guide body, and irradiated to an irradiated body in the lighting device according to the first embodiment
  • (B) is a diagram showing an example.
  • It is a graph which shows the illuminance distribution of an imaging range.
  • It is sectional drawing which shows the incident part of the light guide body of the lighting apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. (A) to (C) are diagrams showing an optical path of light reflected by a paraboloid. It is sectional drawing which shows the incident part which has the curved surface of the parabolic surface shape of the light guide body of the lighting apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. (A) and (B) are cross-sectional views showing an optical path of light in an incident portion of a light guide body of the lighting device according to the first embodiment.
  • (A) and (B) are cross-sectional views showing an optical path of light in an incident portion of a light guide body of the lighting device according to the first embodiment.
  • (A) and (B) are sectional views which show the range of the light guide emission angle in the incident part of the light guide body of the lighting apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. 1 A) and (B) are cross-sectional views showing an optical path of light in an incident portion of a light guide body of the lighting device according to the first embodiment.
  • FIG. 1 A) to (C) are cross-sectional views showing an optical path of light in an incident portion having a one-step curved surface of a light guide body of a lighting device of a comparative example.
  • (A) and (B) are cross-sectional views showing the range of the light guide emission angle in the incident portion having the one-step curved surface of the light guide body of the lighting device of the comparative example.
  • FIG.) to (C) are optical simulation diagrams showing an optical path in an incident portion having a two-stage curved surface of the light guide body of the lighting device according to the first embodiment.
  • FIG. (A) and (B) are optical simulation diagrams showing an optical path at an incident portion of a one-step curved surface of a light guide body of a lighting device of a comparative example. It is an enlarged perspective view which shows the incident part of the light guide body of the lighting apparatus which concerns on Embodiment 2, and a plurality of light sources. It is sectional drawing which shows the incident part of the light guide body of the lighting apparatus which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. (A) to (C) are cross-sectional views showing the range of the light guide emission angle at the incident portion of the light guide body of the lighting device according to the second embodiment.
  • FIG. 1 It is an enlarged perspective view which shows the incident part of the light guide body of the lighting apparatus which concerns on Embodiment 3, and a plurality of light sources. It is sectional drawing which shows the incident part of the light guide body of the lighting apparatus which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. 1 It is an enlarged perspective view which shows the incident part of the light guide body of the lighting apparatus which concerns on Embodiment 3, and a plurality of light sources. It is sectional drawing which shows the incident part of the light guide body of the lighting apparatus which concerns on Embodiment 3.
  • the lighting device and the image scanner according to the embodiment will be described below with reference to the drawings.
  • the following embodiments are merely examples, and it is possible to appropriately combine the embodiments and change the embodiments as appropriate.
  • the lighting device and the image scanner according to the embodiment are mounted on, for example, a financial image reader for reading banknotes and the like, but can also be mounted on devices such as copiers, facsimiles, and scanners.
  • the drawing shows the coordinate axes of the XYZ Cartesian coordinate system, which is a three-dimensional Cartesian coordinate system.
  • the X direction parallel to the X axis is a direction along the longitudinal direction of the light guide body (also referred to as a "major axis direction")
  • the Y direction parallel to the Y axis is a direction along the lateral direction of the light guide body. (Also called "minor axis direction").
  • the Z direction parallel to the Z axis is a direction from the sensor substrate toward the irradiated body (also referred to as a "height direction”).
  • the X'Z'coordinate system for example, FIGS. 6 and 7 described later
  • the X ′′ Z ′′ coordinate system for example, FIGS. 6 and 7 described later
  • X ′′ ′′ Z ′′ ′′ Coordinate systems
  • the irradiated body is an object to which light is irradiated by the lighting device according to the embodiment.
  • the irradiated body is an object to be read by the image scanner according to the embodiment.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of the image scanner 100 according to the first embodiment.
  • the image scanner 100 guides light by a light source unit 1 having a plurality of light sources, an LED substrate 2 provided with an LED (Light Emitting Diode) as a light source, a lead wire 22, and light.
  • a rod-shaped light source 3, a scattering surface 4 for scattering light, a holder 5, a transmitter 6, an imaging optical system 7, a light receiving element 8 as an image sensor, and a light receiving element 8 are mounted. It has a light source 9 and a light source 9.
  • the light source unit 1 has, for example, a plurality of LEDs that emit visible light that is white light or red-green-blue (RGB) color light, a plurality of LEDs that emit invisible light that is IR light or UV light, and the like. ..
  • the light source unit 1 includes, for example, a package LED in which an LED chip is resin-molded, a bare chip LED composed of a bare chip, or an organic EL (Electroluminescence).
  • One or more light source units 1 are installed on the LED substrate 2.
  • two LED boards 2 are shown, and each LED board 2 is equipped with two light source units 1.
  • Each light source unit 1 has a plurality of light sources.
  • the plurality of light sources are, for example, a first light source 1a and a second light source 1b shown in FIG. 2 described later.
  • the number and arrangement of the light source units 1 are not limited to those in the example of FIG. Further, the number of light sources provided in each light source unit 1 may be three or more.
  • the lead wire 22 is a flexible cable or the like that supplies electric power to the light source unit 1.
  • the light guide body 3 is made of a transparent material.
  • the transparent material is, for example, a transparent resin such as acrylic or polycarbonate, glass, or the like.
  • the light guide body 3 has two incident portions 3a and a central portion 3b arranged between the incident portions 3a.
  • the number of incident portions 3a may be one.
  • two light guide bodies 3 are arranged side by side in the Y direction.
  • the number and arrangement of the light guide bodies 3 are not limited to those in the example of FIG.
  • the incident portion 3a has a function of guiding light incident from a plurality of light sources of the light source unit 1 toward the central portion 3b.
  • the central portion 3b is provided with a curvature in a part or the whole of a cross section cut by a plane parallel to the YZ plane. Providing a curvature in the cross section means that at least a part of the outer circumference of the cross-sectional shape is a curved line.
  • the cross-sectional shape of the central portion 3b is circular, elliptical, or the like.
  • a scattering surface 4 is provided on the surface of the central portion 3b.
  • the scattering surface 4 has a scattering pattern that changes periodically along the X direction, which is the long axis direction.
  • the scattering pattern of the scattering surface 4 has a function of scattering the light to be guided while totally reflecting the inside of the central portion 3b and emitting the light to the outside from the side surface of the light guide body 3.
  • the scattering surface 4 irradiates the irradiated body 10 in the + Z direction of the light guide body 3 with light.
  • the transparent body 6 is a cover glass of the image scanner 100.
  • the transmissive body 6 is composed of, for example, a plate-shaped transparent member.
  • the transmissive body 6 allows the passage of light and supports the irradiated body 10 such as a document or a banknote.
  • the imaging optical system 7 is a reading optical system that focuses the reflected light from the irradiated body 10 to form an optical image of the irradiated body 10.
  • the imaging optical system 7 is, for example, a rod lens array having a plurality of rod lenses.
  • the light receiving element unit 8 has a plurality of light receiving elements mounted in a line in the X direction on the sensor substrate 9, and constitutes a line sensor.
  • the light receiving element unit 8 has a function of converting an image formed by the imaging optical system 7 into an electric signal.
  • the holder 5 houses and holds the light guide body 3, the transmissive body 6, the imaging optical system 7, and the like, and fixes them on the sensor substrate 9.
  • the light receiving element unit 8 composed of a plurality of light receiving elements arranged in the X direction acquires one line of images with one exposure.
  • a single image (that is, image data) is acquired by transporting the irradiated body 10 in the Y direction, acquiring a plurality of line images, and arranging the acquired plurality of line images.
  • the line image of each color of RGB is formed by turning on the LED that emits the light of each color of RGB according to the exposure time of each color. To be acquired.
  • FIG. 2 is an enlarged perspective view showing an incident portion 3a and a light source portion 1 of the light guide body 3 of the lighting device 200 according to the first embodiment.
  • the cross section of the incident portion 3a cut by a plane parallel to the YZ plane is a quadrangle.
  • One surface (lower surface in FIG. 2) of the side surface of the incident portion 3a is an incident surface 11 facing the first light source 1a and the second light source 1b of the light source unit 1.
  • the surface (upper surface in FIG. 2) of the incident portion 3a of the light guide body 3 facing the incident surface 11 is a curved surface portion 12 having a plurality of steps of curved surfaces having points at which the inclination changes discontinuously.
  • the curved surface portion 12 has a first curved surface 12a and a second curved surface 12b.
  • the cross section of the incident portion 3a that cuts the curved surface portion 12 in a plane parallel to the XZ plane has a shape that is curved so as to be convex toward the outside of the light guide body 3.
  • the first curved surface 12a is a surface that is convex in the normal direction of the light emitting surface of the first light source 1a and toward the outside
  • the second curved surface 12b is the light emitting surface of the second light source 1b. It is a surface that is convex in the normal direction and toward the outside.
  • the shape of the cross section obtained by cutting the incident portion 3a in a plane parallel to the YZ plane is a quadrangle.
  • this shape may be a shape having a curvature such as a circle or an ellipse, a polygon, a shape in which a curved line and a straight line are combined, and the like.
  • a surface other than the side surface facing the incident surface 11 may be curved in the X direction. In order to improve the light guide efficiency, it is desirable that the curved surface portion 12 which is a side surface facing the incident surface 11 is curved in the X direction.
  • FIG. 2 shows the positional relationship between the incident portion 3a of the light guide body 3, the light source portion 1, and the LED substrate 2.
  • the light source unit 1 has a plurality of LEDs that are a plurality of light sources (that is, a first light source 1a and a second light source 1b).
  • the plurality of LEDs are arranged in the X direction so as to have a light emitting surface facing the incident surface 11.
  • the plurality of LEDs may be arranged in the minor axis direction. At this time, it is desirable to narrow the distance between the light emitting surface of the LED and the incident surface 11 in the height direction (Z direction) as much as possible to improve the incident efficiency of light into the light guide body 3.
  • the LED substrate 2 By fixing the LED substrate 2 on the sensor substrate 9 and adjusting the thickness of the LED substrate 2, the light emitting surface of the LED and the incident surface 11 can be brought closest to each other.
  • a jig for adjusting the position of the LED substrate 2 in the Z direction may be separately prepared.
  • the LED substrate 2 and the sensor substrate 9 are separate substrates, but the LED may be mounted on the sensor substrate 9 by adjusting the position of the light guide body 3 in the Z direction. ..
  • the LED is a bare chip.
  • the size of the bare chip LED is, for example, 0.3 mm in width, 0.3 mm in length, and 0.2 mm in height.
  • the distance between the LEDs needs to be 0.6 mm or more due to heat dissipation and wiring.
  • the energizing wire protrudes 0.2 mm in the height direction from the surface of the LED, the distance between the LED and the incident surface 11 needs to be 0.2 mm or more.
  • the light source unit 1 may be a resin-molded LED or an LED with a lens. However, since it is difficult to narrow the distance between the plurality of LEDs, it hinders the miniaturization of the light guide body 3. Further, when a resin-molded LED is used, the distance between the light emitting surface of the LED and the incident surface 11 becomes wide, so that the light that does not enter the light guide body 3 increases.
  • FIG. 3A is a diagram showing an example of an optical path of light emitted from the light source unit 1 and guided by the light guide body 3 and irradiated to the irradiated body 10 in the lighting device 200 according to the first embodiment.
  • FIG. 3B is a graph showing the illuminance distribution in the imaging range.
  • FIG. 3A shows the path of the light emitted from the first light source 1a and the second light source 1b of the light source unit 1. The light emitted from the first light source 1a and the second light source 1b is incident on the light guide body 3, reflected by the curved surface portion 12, and propagates substantially in the X direction.
  • a part of the propagating light is incident on the scattering surface 4 and scattered, and is emitted to the outside of the light guide body 3 to irradiate the irradiated body 10.
  • it is desirable that the illuminance distribution in the imaging range is uniform.
  • the central portion 3b of the light guide body 3 By densely forming the scattering pattern of the scattering surface 4 provided near the center of the light source 3 and sparsely forming the scattering pattern of the scattering surface 4 on the end side of the central portion 3b of the light guide body 3, the illuminance in the imaging range. It is possible to make the distribution uniform.
  • the scattering of the scattering surface 4 on the side close to the first light source 1a and the second light source 1b is scattered.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an incident portion 3a of the light guide body 3 of the lighting device 200 according to the first embodiment.
  • FIG. 4 shows a cross section of the incident portion 3a cut by a plane parallel to the XZ plane.
  • the two light sources are a first light source 1a arranged on the end side of the light guide body 3 in the X direction and a second light source 1b arranged on the center side of the light guide body 3 in the X direction. ..
  • the critical angle ⁇ 0 of the light is expressed by the following equation (1).
  • the incident angle ⁇ of the light incident on the interface with the air from the inside of the light guide 3 is smaller than the critical angle ⁇ 0 , the light passes through the interface, and if the incident angle ⁇ is the critical angle ⁇ 0 or more, the light is transmitted. Total internal reflection.
  • the refractive index n is 1.49 and the critical angle ⁇ 0 is 42.2 °.
  • the incident angles when the light incident on the inside of the light guide body 3 from the first light source 1a and the second light source 1b is reflected by the curved surface portion 12 and then incident on the side surface of the light guide body 3 are ⁇ a , respectively.
  • ⁇ b the light having ⁇ a > ⁇ 0 and the light having ⁇ b > ⁇ 0 guide the inside of the light guide body 3.
  • the shape of the cross section obtained by cutting the curved surface portion 12 with a plane parallel to the XZ plane may be a shape such as a circle or an ellipse.
  • the shape of the cross section obtained by cutting the first curved surface 12a and the second curved surface 12b of the curved surface portion 12 with a plane parallel to the XZ plane is a parabola. That is, each of the first curved surface 12a and the second curved surface 12b is a part of a parabolic surface which is a rotating body of a parabola. Further, when each of the first curved surface 12a and the second curved surface 12b is a part of the paraboloid, the height of the curved surface portion 12 in the Z direction can be lowered.
  • 5 (A) to 5 (C) are diagrams showing an optical path of light reflected by a paraboloid. Assuming that the origin is O in the xy coordinate system, the parabola y having the origin O as the apex is expressed by the following equation (2) using the radius of curvature R at the apex.
  • the light emitted from the light source 51 placed at the focal point F of the parabola y is reflected by the parabola and is parallel to the parabola axis (that is, the y-axis) (that is, that is). , + Y direction).
  • the light emitted from the light source 51 placed on the + y side of the focal point F travels closer to the parabolic axis (that is, the y-axis) when reflected by the parabola y.
  • the light emitted from the light source 51 placed on the ⁇ y side of the focal point F travels away from the parabolic axis (that is, the y-axis) when reflected by the parabola y. ..
  • the parabolic curved surface can be easily designed because the angle of the reflected light can be limited by the positional relationship between the light source 51 and the focal point F.
  • a part of the light emitted from the light source unit 1 and incident on the curved surface portion 12 may leak to the outside of the light guide body 3 without being reflected. Therefore, the light guide efficiency may be improved and the light utilization efficiency may be improved by forming a reflective film on the curved surface portion 12 by vapor deposition of aluminum or the like.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an incident portion 3a having a parabolic curved surface of the light guide body 3 of the lighting device 200 according to the first embodiment.
  • FIG. 6 shows a cross section of the incident portion 3a cut by a plane parallel to the XZ plane.
  • the curved surface portion 12 is composed of a first curved surface 12a and a second curved surface 12b.
  • the first curved surface 12a and the second curved surface 12b are parabolas in a cross section cut by a plane parallel to the XZ plane.
  • the first curved surface 12a and the second curved surface 12b are connected by a discontinuity point 13. Although the discontinuity point 13 is a point in the cross section, it is actually a boundary line between the first curved surface 12a and the second curved surface 12b.
  • the parabolic line in the cross section of the first curved surface 12a has the end point 14 at the end of the light guide body 3 as the origin, and the XZ plane has an axis oriented in the + X direction and an axis oriented in the ⁇ Z direction, which is the height direction.
  • the X'axis and the Z'axis obtained by rotating the angle ⁇ a on a plane parallel to the X'axis, that is, the X'Z' coordinate system is used as a reference.
  • the equation of the parabola Z'by the first curved surface 12a is expressed by the following equation (3).
  • the parabola in the cross section of the second curved surface 12b has the discontinuity point 13 as the origin, and the angle between the axis facing the + X direction and the axis facing the ⁇ Z direction, which is the height direction, on a plane parallel to the XZ plane.
  • the X ′′ axis and the Z ′′ axis rotated by ⁇ b are used as a reference.
  • the radius of curvature at the origin is R b
  • the focal length L b is 2 R b
  • the equation of the parabola Z ′′ by the second curved surface 12 b is expressed by the following equation (4).
  • the length of the light guide body 3 in the Z direction is represented by H in FIG.
  • H 2 mm.
  • L 2 mm.
  • 7 (A) and 7 (B) are cross-sectional views showing an optical path of light in an incident portion 3a of the light guide body 3 of the lighting device 200 according to the first embodiment.
  • the focal length 15a of the first curved surface 12a is determined to be a point having a focal length La in the Z'direction from the end point 14. As shown in FIG. 7A, the first light source 1a is placed at the focal point 15a. For ease of understanding of the description, the first light source 1a is drawn as a point. Actually, it is necessary to place the first light source 1a at a virtual focal position in consideration of the refraction of light on the incident surface 11. However, in this embodiment, it is assumed that there is no refraction on the incident surface 11.
  • the second light source 1b is a point for easy understanding of the explanation.
  • the light beam 16bA in FIG. 7B is a light beam emitted from the second light source 1b and reflected by the first curved surface 12a.
  • ⁇ b ⁇ 0
  • the light is guided in the + X direction.
  • 8 (A) and 8 (B) are cross-sectional views showing an optical path of light in the incident portion 3a of the light guide body 3 of the lighting device 200 according to the first embodiment.
  • 9 (A) and 9 (B) are cross-sectional views showing a range of light guide emission angles at the incident portion 3a of the light guide body 3 of the lighting device 200 according to the first embodiment.
  • FIG. 8A shows light rays other than the light rays 16aA (shown in FIG. 7A) emitted from the first light source 1a placed at the focal point 15a of the first curved surface 12a.
  • the light beam 16aB is a light ray that does not enter the incident surface 11, and increases as the first light source 1a approaches the end side of the light guide body 3 (here, in the ⁇ X direction).
  • the light ray 16aC is a light ray that is incident on the light guide body 3 and is reflected by the second curved surface 12b. Since the light beam 16aC is incident on the second curved surface 12b at a large incident angle, it is guided in the + X direction.
  • the light beam 16aD is a light ray that is directly incident on the flat surface portion on the + X direction side of the end point 17 of the second curved surface 12b, and leaks to the outside of the light guide body 3 without total internal reflection. Since rays 16aA and light 16aB light guide satisfies among the light emitted from the first light source 1a, is released into the range of the angle [psi a shown in FIG. 9 (A) (i.e., the range hatched) The light is guided inside the light guide body 3.
  • FIG. 8B shows light rays other than the light rays 16bA (shown in FIG. 7A) emitted from the second light source 1b placed at the focal point 15b of the second curved surface 12b.
  • the light beam 16bB is a light ray that does not enter the incident surface 11, and increases as the first light source 1a approaches the end side of the light guide body 3 (here, in the ⁇ X direction).
  • the light ray 16bC is a light ray reflected by the first curved surface 12a. Since the light beam 16bC is incident on the second curved surface 12b at a small incident angle, it leaks to the outside of the light guide body 3.
  • the light beam 16bD is a light ray that is directly incident on the flat surface portion on the + X direction side of the end point 17 of the second curved surface 12b, and leaks to the outside of the light guide body 3 without total internal reflection. Since been only light 16bA light guide satisfies among the light emitted from the second light source 1b, the range of the angle [psi b shown in FIG. 9 (B) (i.e., the range hatched) light emitted in Is guided inside the light guide body 3.
  • the first light source 1a is placed at the focal point 15a of the first curved surface 12a and the case where the second light source 1b is placed at the focal point 15b of the second curved surface 12b have been described.
  • the refraction generated at the incident surface 11 and that the first light source 1a and the second light source 1b are not points but surfaces having a width in the X direction, they are around the focal position, that is, the focal point.
  • the light source may be arranged at a position slightly deviated from the position.
  • FIG. 10A and 10 (B) are cross-sectional views showing an optical path of light in an incident portion 3a of the light guide body 3 of the lighting device 200 according to the first embodiment.
  • the first light source 1a is arranged closer to the end of the light guide body 3 than the focal point 15a. Since the light ray 16aE emitted from the first light source 1a and reflected by the first curved surface 12a intersects the Z'axis between the end point 14 and the focal point 15a, the light ray 16aE is from the intersection 18a on the Z'axis. Proceeds in the same way as the emitted light. Therefore, as described in FIG.
  • the light reflected by the first curved surface 12a travels outward from the direction parallel to the Z'axis, and ⁇ a > ⁇ 0 .
  • the first light source 1a and the second light source 1b are arranged closer to the end of the light guide body 3 than the focal point 15a and the focal point 15b, respectively, the light guide body similar to the angle ⁇ a and the angle ⁇ b. It is possible to obtain an emission angle range that makes it possible to guide the inside of 3.
  • the first light source 1a and the second light source 1b are brought closer to the end side of the light guide body 3, they do not enter the incident surface 11 such as the light rays 16aB and the light rays 16bB in FIGS. 8A and 8B. Since the light increases and the angle ⁇ a and the angle ⁇ b become smaller, the light source efficiency decreases. Therefore, it is desirable that the first light source 1a is arranged closer to the center of the light guide 3 than the end point 14, and the second light source 1b is arranged closer to the center of the light guide 3 than the discontinuity 13.
  • refraction occurs at the incident surface 11, or because the first light source 1a and the second light source 1b have a certain width in the X direction.
  • ⁇ a > ⁇ 0 , ⁇ b > ⁇ 0 Therefore, it is desirable that the reflected light of the curved surface portion 12 has a margin with respect to the light guide condition.
  • the angles ⁇ a and ⁇ b of the inclination of the parabolic axis may be set to ⁇ a ⁇ 0 and ⁇ b ⁇ 0.
  • the first light source 1a and the second light source 1b are arranged at the focal points 15a and 15b, light that does not guide the light appears even if it is reflected by the curved surface portion 12, so that the light guide efficiency is improved. It is desirable to bring the light source 1a of 1 and the second light source 1b closer to the end side of the light guide body 3.
  • the lighting device 200 of the first embodiment with a comparative example in which the curved surface portion 12 does not have the discontinuity point 13 and is composed of one curved surface, the light is emitted from two light sources arranged in the X direction. It will be described that the variation in the light guide efficiency of the light is reduced by the first embodiment.
  • 11 (A) to 11 (C) are cross-sectional views showing an optical path of light in an incident portion 31a having a one-step curved surface of a light guide body of a lighting device of a comparative example.
  • 12A and 12B are cross-sectional views showing a range of light guide emission angles in the incident portion 31a having a one-step curved surface 12d of the light guide body of the lighting device of the comparative example.
  • the one-step curved surface 12d is one curved surface having no discontinuity.
  • FIG. 11A shows a cross section of a light guide body having one curved surface 12d cut by a plane parallel to the XZ plane.
  • the curved surface 12d is an end point 14 at the end of the first curved surface 12a as well as the light guide as the origin, the angle theta 0 rotating the parabola axis on the plane parallel to the XZ plane.
  • the length L'of the curved surface 12d in the X direction is equal to the length L of the first curved surface 12a and the second curved surface 12b of the first embodiment in the X direction.
  • the relationship between the radius of curvature R d of the curved surface 12d and the radius of curvature R a of the first curved surface 12a is R d > R a . Therefore, the focal length L d of the curved surface 12d becomes L d> L a.
  • the focal point of the curved surface 12d is 15d.
  • the light ray 17a in FIG. 11B is a light ray emitted from the first light source 1a and reflected by the curved surface 12d. Since the first light source 1a is on the end point 14 side of the focal point of the curved surface 12d, as shown in FIG. 5C, the light ray 17a is outside the line parallel to the Z'axis when reflected by the curved surface 12d.
  • FIG. 11C shows the light guiding state of the light beam emitted from the second light source 1b.
  • Whether or not the light emitted from the second light source 1b guides the inside of the light guide body depends on the position of the intersection with the Z'axis when the light ray is extended toward the Z'axis side.
  • the ray 17bA intersects the Z'axis at an intersection 18. Since the intersection 18 is on the + Z'side of the focal point 15c, as described in FIG. 5 (B), when reflected by the first curved surface 12a, it advances inward from parallel to the Z'axis. Therefore, ⁇ b ′ of the light ray 17 bA becomes ⁇ b ′ ⁇ 0 , and the inside of the light guide body is not guided.
  • the ray 17bB intersects the Z'axis at the intersection 19. Since the intersection 19 is on the end point 14 side of the focal point 15c, as described in FIG. 5 (C), when reflected by the first curved surface 12a, it advances to the outside of the Z'axis parallel. Therefore, ⁇ b ′′ of the light ray 17 bA becomes ⁇ b ′′> ⁇ 0 , and the inside of the light guide body is guided. Therefore, in the case of the second light source 1b, when light is emitted within the range of the angle ⁇ b ′ in FIG. 12 (B), this light is guided inside the light guide body.
  • ⁇ a ⁇ a ′, ⁇ b > ⁇ b ′
  • the magnitude relationship of the emission angle range for guiding light matches the magnitude relationship of the luminous efficiency.
  • 13 (A) to 13 (C) are optical simulation diagrams showing an optical path in an incident portion 3a having a two-stage curved surface of the light guide body 3 of the lighting device 200 according to the first embodiment.
  • 13 (A) to 13 (C) show a state in which the light emitted from the first light source 1a and the second light source 1b is guided in the X direction in the first embodiment.
  • the size of the light source is 0.3 mm ⁇ 0.3 mm, and the distance t between the incident surface 11 and the light emitting surface is 0.3 mm.
  • the light guide body 3 has a thickness H of 2 mm and a width W of 2 mm.
  • the first curved surface 12a and the second curved surface 12b have angles ⁇ a and ⁇ b of inclination of the parabolic axis of 45 °, which are larger than the critical angle ⁇ 0.
  • the total length of the curved surface portion 12 in the X direction is, for example, 4.2 mm.
  • the first light source 1a and the second light source 1b are arranged near the parabolic axes of the first curved surface 12a and the second curved surface 12b, respectively, and the distance between the first curved surface 12a and the second curved surface 12b in the X direction. Is 0.7 mm.
  • the curved surface portion 12 is subjected to aluminum vapor deposition processing. At this time, the light guiding efficiency of the light emitted from the first light source 1a shown in FIG. 13 (A) is 78%, and the light emitted from the second light source 1b shown in FIG. 13 (B). The light source efficiency of is 77%. As described above, there is little variation in the light guide efficiency of the light emitted from the first light source 1a and the light guide efficiency of the light emitted from the second light source 1b.
  • 14 (A) and 14 (B) are optical simulation diagrams showing the optical path at the incident portion 31a of the curved surface 12d of the first stage of the light guide body of the lighting device of the comparative example.
  • 14 (A) and 14 (B) show the state of the light guide when the curved surface 12d does not have the discontinuity point 13 and is composed of one curved surface.
  • the parameters other than the curved surface 12d are the same as those in the first embodiment.
  • the inclination of the parabolic axis of the curved surface 12d is also 45 °, which is the same as that of the first embodiment, and the length L of the curved surface 12d in the X direction is the total length of the first curved surface 12a and the second curved surface 12b of the first embodiment.
  • the light guiding efficiency of the light emitted from the first light source 1a shown in FIG. 14 (A) is 78%
  • the guidance of the light emitted from the second light source 1b shown in FIG. 14 (B) is The light efficiency is 61%.
  • the variation in the light guide efficiency of the light emitted from the first light source 1a and the light guide efficiency of the light emitted from the second light source 1b is larger than that in the case of the first embodiment. Moreover, the light source efficiency is reduced.
  • the first light source 1a and the second light source 1b arranged in the X direction facing the side surface of the light guide body 3 have a second light source.
  • the first light source 1a and the second light source 1b arranged in the X direction facing the side surface of the light guide body 3 have a second light source.
  • the two light sources (that is, the first light source 1a and the second light source 1b) are arranged side by side in the X direction, which is the long axis direction, and the two-stage curved surface portion 12 (that is, the first light source 1b) is arranged.
  • the curved surface 12a and the second curved surface 12b) are formed so as to be aligned in the X direction, and the light emitted from a plurality of light sources arranged in the X direction and incident on the inside of the light guide body 3 is guided in the X direction. ..
  • a financial image reader it may be necessary to irradiate IR light and UV light in addition to irradiating visible light of each color of red (R) green (G) blue (B) as a plurality of light sources.
  • R red
  • G green
  • B blue
  • four LEDs are required to increase the amount of UV light. Therefore, there is a demand for a structure in which a maximum of eight LEDs can be arranged.
  • FIG. 15 is an enlarged perspective view showing an incident portion 3a and a light source portion 1 of the light guide body 3 of the lighting device 200a according to the second embodiment.
  • the curved surface portion 12 is composed of a three-stage curved surface, that is, a first curved surface 12a, a second curved surface 12b, and a third curved surface 12c.
  • three LEDs that is, three light sources are arranged side by side in the X direction, which is the long axis direction of the light guide body 3
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing an incident portion 3a of the light guide body 3 of the lighting device 200a according to the second embodiment.
  • FIG. 16 shows a cross section of the incident portion 3a cut by a plane parallel to the XZ plane.
  • the curved surface portion 12 has two discontinuities, that is, a discontinuity point 13 and a discontinuity point 20.
  • the curved surface portion 12 is composed of a first curved surface 12a, a second curved surface 12b, and a third curved surface 12c.
  • the discontinuity point 13 indicates a boundary line between the first curved surface 12a and the second curved surface 12b.
  • the discontinuity point 20 indicates a boundary line between the second curved surface 12b and the third curved surface 12c.
  • each of the first curved surface 12a, the second curved surface 12b, and the third curved surface 12c is a paraboloid.
  • the three light sources arranged in the X direction are the first light source 1a, the second light source 1b, and the third light source 1c from the end side of the light guide body 3. Is. It is desirable that the first light source 1a, the second light source 1b, and the third light source 1c are arranged near the focal points 15a, 15b, and 15c, respectively.
  • 17 (A) to 17 (C) are cross-sectional views showing a range of light guide emission angles at the incident portion 3a of the light guide body 3 of the lighting device 200a according to the second embodiment.
  • the 1a, the second light source 1b, and the third light source 1c are arranged at the focal point 15a, the focal point 15b, and the focal point 15c, respectively, the light emitted in the angular range shown in FIGS.
  • Light emitted from the first light source 1a is since it is reflected by either of the curved surface, light emitted in the range of the angle [psi a in FIG. 17 (A) is guided. Since the light emitted from the second light source 1b is reflected by the second curved surface 12b and the third curved surface 12c to guide the light, the light emitted in the range of the angle ⁇ b in FIG. 17B is guided. do. Since the light emitted from the third light source 1c is reflected by the third curved surface 12c to guide the light, the light emitted in the range of the angle ⁇ c in FIG. 17C is guided.
  • the light guide efficiency of the light emitted from the first light source 1a, the second light source 1b, and the third light source 1c is higher than that in the case where the curved surface portion 12 is composed of one curved surface. Variation can be reduced.
  • the three light sources arranged in the X direction facing the side surface of the light guide body 3 are reflected by three curved surfaces and guided. By illuminating, it becomes possible to reduce the variation in the light guide efficiency between the LEDs arranged in the X direction.
  • the second embodiment is the same as the first embodiment.
  • Embodiment 3 In the first embodiment, an example is described in which the LED substrate 2 on which a plurality of light sources are mounted and the sensor substrate 9 on which the light receiving element portion 8 is mounted are separate components. If the LED substrate 2 and the sensor substrate 9 can be integrated, the cost will be reduced and the assembly will be easy. However, the position of the light guide body 3 in the Z direction is limited by the positional relationship between the imaging optical system 7 and the irradiated body 10. When the LED substrate 2 and the sensor substrate 9 are integrated, the distance between the incident surface 11 and the light emitting surfaces of the plurality of light sources is widened, and the light utilization efficiency is lowered. Therefore, in the third embodiment, the light guide body 3 so that the incident surface 11 of the incident portion 3a of the light guide body 3 protrudes in the ⁇ Z direction from the position of the end portion of the central portion 3b in the ⁇ Z direction. Is formed.
  • FIG. 18 is an enlarged perspective view showing an incident portion 3a and a plurality of light sources of the light guide body 3 of the lighting device 200b according to the third embodiment.
  • the incident portion 3a has a shape in which the incident surface 11 extends in the ⁇ Z direction so that the distance between the incident surface 11 and the light emitting surfaces of the plurality of light sources is minimized, for example, 0.3 mm. With such a shape, it is possible to reduce the amount of light emitted from a plurality of light sources that does not enter the incident surface 11.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view showing an incident portion 3a of the light guide body 3 of the lighting device 200b according to the third embodiment.
  • FIG. 19 shows a cross section of the incident portion 3a cut by a plane parallel to the XZ plane.
  • the incident surface 11 protrudes in the ⁇ Z direction by a length J from the end portion of the central portion 3b in the ⁇ Z direction.
  • the length J is, for example, 1 mm.
  • the incident surface 11 and the surface at the end of the central portion 3b in the ⁇ Z direction are connected by a surface 21.
  • the light emitted from the second light source 1b may leak from the surface 21 formed by extending the incident surface 11 in the ⁇ Z direction after being reflected by the second curved surface 12b, and the light guide efficiency may decrease. ..
  • two light sources arranged in the X direction facing the side surface of the light guide body 3 are reflected by two curved surfaces and guided. By illuminating, it becomes possible to reduce the variation in the light guide efficiency between the LEDs arranged in the X direction.
  • two LEDs arranged in the X direction facing the side surface of the light guide body 3 are reflected by two curved surfaces to guide the light. It is possible to reduce variations in light guide efficiency between LEDs arranged in the X direction.
  • the distance between the light emitting surface of the first light source 1a and the second light source 2a and the incident surface 11 of the light guide body 3 can be narrowed, so that the incident surface 11 can be narrowed. It is possible to increase the light incident on the light source. As a result, the efficiency of light utilization is improved.
  • the second embodiment is the same as the first embodiment.
  • 1 light source unit 1a first light source, 1b second light source, 1c third light source, 2 LED substrate, 22 lead wire, 3 light guide body, 3a incident part, 3b central part, 4 scattering surface, 5 holder, 6 Transmitter, 7 Imaging optical system, 8 Light receiving element, 9 Sensor substrate, 10 Irradiated body, 11 Incident surface, 12 Curved surface, 12a 1st curved surface, 12b 2nd curved surface, 12c 3rd curved surface, 100 Image scanner, 200, 200a, 200b lighting device.

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Abstract

照明装置（２００）は、複数の光源と導光体（３）とを備え、導光体（３）は、複数の光源から放出され入射面（１１）から入射した光を導光体（３）の長軸方向の中央へ向けて導光する入射部（３ａ）と、導光された光を被照射体に向けて出射させるための散乱面（４）を有する中央部（３ｂ）とを備える。複数の光源は、入射面（１１）に対向する発光面を有する第１の光源（１ａ）と、入射面（１１）に対向する発光面を有し、第１の光源（１ａ）より中央部（３ｂ）側に配置された第２の光源（１ｂ）とを備える。入射部（３ａ）は、入射面（１１）から入射した光を中央部（３）に向けて反射する第１の曲面（１２ａ）と、第１の曲面（１２ａ）より中央部（３ｂ）側に配置され、入射面（１１）から入射した光を中央部（３）に向けて反射する第２の曲面（１２ｂ）とを備える。

Description

照明装置及びイメージスキャナ
　本開示は、照明装置及びイメージスキャナに関する。
　従来、金融用の画像読取装置などに搭載されるイメージスキャナに用いられる照明装置として、棒状の導光体に端面からＬＥＤ光を入射させ、導光体の長軸方向に光を反射させる領域を設けた構成を有する照明装置が用いられている。照明装置で照明された対象物からの反射光を受光素子で受光することにより、画像が取得される。導光体の内部に光を入射させる方式としては、導光体の端面を入射面とし、ＬＥＤの発光面を導光体の端面に平行に対向させる方式が一般的である。しかし、導光体の径を小さくすると端面の面積が減少するため、ＬＥＤの発光面から放出された光の入射効率が低下する。特に、紙幣の真贋判定を行う金融用の画像読取装置では、可視光（ＲＧＢ光）、赤外（ＩＲ）光、紫外（ＵＶ）光などを放出する複数のＬＥＤを用いて、多波長で照明する必要がある。このため、一部のＬＥＤの発光面が導光体の端面が存在する領域から外れて、光の利用効率が低下するおそれがある。
　複数のＬＥＤの発光面から放出された光を効率よく長軸方向に導光させる技術が、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１では、導光体の側面を入射面とし、ＬＥＤの発光面を導光体の側面に対向させて、光を導光体に入射させる。この方式では、導光体の端面を曲面とすることで、入射した光を曲面で反射させ、長軸方向に導光する。導光体の側面の面積は端面の面積よりも大きいため、ＬＥＤの発光面から放出された光のうちの導光体の側面の入射面に入射する光の割合は高い。
特開２０１０－１９３３６０号公報
　金融用の画像読取装置では、複数の単波長ＬＥＤを用いて画像を取得する。紙幣には、特定波長の光のみを反射するインクが用いられている。紙幣を、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂ、ＩＲ、ＵＶの５種類の光で別々に照明して取得した５枚の画像は、互いにの模様などの特徴が異なる。各波長で取得した複数の画像に基づいて紙幣の真贋判定が行われる。
　金融用の画像読取装置において紙幣を照明する場合、読取領域の照度分布を均一にすること及び照度レベルが高いことが望ましい。紙幣に対する照度レベルを高くするためには、導光効率を向上させることが必要である。
　特許文献１で提案されている構成では、導光体の端部に近いＬＥＤほど導光効率は高くなり、導光体の中央に近いＬＥＤほど導光効率は低い。導光体の中央に近いＬＥＤほど、ＬＥＤから入射した光が反射する曲面の傾きは小さい。そのため、曲面で反射した光が次に導光体と空気の境界に入射する際、入射角が大きくなり、全反射条件を満たさない光の割合が増加する。また、長軸方向のＬＥＤ間隔を狭めるほど、ＬＥＤ間の導光効率のばらつきは、小さくなるがＬＥＤまわりの配線及びＬＥＤの放熱などにより、ＬＥＤ間隔を狭くできない。特に、導光体を小型化しようとする場合、曲面の長軸方向の長さも小さくなるためＬＥＤ間隔の与える影響は、相対的に大きくなる。
　以上のように、導光体の側面から光を入射する方式では、導光体の長軸方向の端部側と中央側に配置したＬＥＤ間で導光効率にばらつきがあるため、照度レベルにもばらつきがあるという問題がある。
　本開示は、上記問題点を解決するためになされたものであり、複数の光源から放出された光の導光効率のばらつきを低減することを目的とする。
　本開示に係る照明装置は、複数の光源と、内部に入射した光を反射しながら伝播する導光体と、を備え、前記導光体は、前記複数の光源から放出された光を入射させる入射面を有し、入射した前記光を前記導光体の長軸方向の中央へ向けて導光する入射部と、前記入射部から導光された前記光を被照射体に向けて出射させるための散乱面を有する中央部と、を備える。前記複数の光源は、前記入射面に対向する発光面を有する第１の光源と、前記入射面に対向する発光面を有し、前記第１の光源より前記中央部側に配置された第２の光源と、を備える。前記入射部は、前記入射面から入射した光を前記中央部に向けて反射する第１の曲面と、前記第１の曲面より前記中央部側に配置され、前記入射面から入射した光を前記中央部に向けて反射する第２の曲面と、を備えることを特徴とする。
　本開示によれば、複数の光源から放出された光の導光効率のばらつきを低減することが可能である。
実施の形態１に係るイメージスキャナの構成を概略的に示す分解斜視図である。 実施の形態１に係る照明装置の導光体の入射部及び複数の光源を示す拡大斜視図である。 （Ａ）は、実施の形態１に係る照明装置において、複数の光源から放出され導光体で導光され被照射体に照射される光の光路の例を示す図であり、（Ｂ）は、撮像範囲の照度分布を示すグラフである。 実施の形態１に係る照明装置の導光体の入射部を示す断面図である。 （Ａ）から（Ｃ）は、放物面によって反射する光の光路を示す図である。 実施の形態１に係る照明装置の導光体の放物面形状の曲面を有する入射部を示す断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態１に係る照明装置の導光体の入射部における光の光路を示す断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態１に係る照明装置の導光体の入射部における光の光路を示す断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態１に係る照明装置の導光体の入射部における導光出射角度の範囲を示す断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態１に係る照明装置の導光体の入射部における光の光路を示す断面図である。 （Ａ）から（Ｃ）は、比較例の照明装置の導光体の１段曲面を有する入射部における光の光路を示す断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、比較例の照明装置の導光体の１段曲面を有する入射部における導光出射角度の範囲を示す断面図である。 （Ａ）から（Ｃ）は、実施の形態１に係る照明装置の導光体の２段曲面を有する入射部における光路を示す光学シミュレーション図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、比較例の照明装置の導光体の１段曲面の入射部における光路を示す光学シミュレーション図である。 実施の形態２に係る照明装置の導光体の入射部及び複数の光源を示す拡大斜視図である。 実施の形態２に係る照明装置の導光体の入射部を示す断面図である。 （Ａ）から（Ｃ）は、実施の形態２に係る照明装置の導光体の入射部における導光出射角度の範囲を示す断面図である。 実施の形態３に係る照明装置の導光体の入射部及び複数の光源を示す拡大斜視図である。 実施の形態３に係る照明装置の導光体の入射部を示す断面図である。
　以下に、実施の形態に係る照明装置及びイメージスキャナを、図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態は、例にすぎず、実施の形態を適宜組み合わせること及び各実施の形態を適宜変更することが可能である。実施の形態に係る照明装置及びイメージスキャナは、例えば、紙幣などを読み取る金融用の画像読取装置に搭載されるが、複写機、ファクシミリ、スキャナなどの機器にも搭載可能である。
　図面において、同一の符号が付された構成は、同様の構成を表す。また、図面には、３次元直交座標系であるＸＹＺ直交座標系の座標軸が示されている。Ｘ軸に平行なＸ方向は、導光体の長手方向に沿う方向（「長軸方向」とも言う。）であり、Ｙ軸に平行なＹ方向は、導光体の短手方向に沿う方向（「短軸方向」とも言う。）である。また、Ｚ軸に平行なＺ方向は、センサ基板から被照射体へ向かう方向（「高さ方向」とも言う。）である。
　また、図面において、Ｘ´Ｚ´座標系（例えば、後述の図６及び図７）、Ｘ″Ｚ″座標系（例えば、後述の図６及び図７）、及びＸ´´´Ｚ´´´座標系（例えば、後述の図１６及び１７）も用いられている。これらの座標系は、Ｘ軸と－Ｚ軸とを有する座標系を角度θａ、θｂ、θｃ回転させることによって得られたものである。
　本願において、被照射体は、実施の形態に係る照明装置によって光が照射される物体である。被照射体は、実施の形態に係るイメージスキャナにおいて読み取り対象となる対象物である。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係るイメージスキャナ１００の構成を概略的に示す分解斜視図である。図１に示されるように、イメージスキャナ１００は、複数の光源を有する光源部１と、光源としてのＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）が備えられたＬＥＤ基板２と、リード線２２と、光を導光する棒状の導光体３と、光を散乱させる散乱面４と、ホルダ５と、透過体６と、撮像光学系７と、イメージセンサとしての受光素子部８と、受光素子部８が搭載されたセンサ基板９とを有している。
　光源部１は、例えば、白色光又は赤緑青（ＲＧＢ）色の光である可視光を発する複数のＬＥＤ、ＩＲ光又はＵＶ光である非可視光を発する複数のＬＥＤ、などを有している。光源部１は、例えば、ＬＥＤチップを樹脂モールドしたパッケージＬＥＤ、ベアチップなどで構成されたベアチップＬＥＤ、又は有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）などを有している。
　ＬＥＤ基板２には、１つ以上の光源部１が設置されている。図１の例では、２つのＬＥＤ基板２が示されており、各ＬＥＤ基板２には、２つの光源部１が搭載されている。各光源部１は、複数の光源を有している。複数の光源は、例えば、後述の図２に示される第１の光源１ａ及び第２の光源１ｂである。ただし、光源部１の数及び配置は、図１の例のものに限定されない。また、各光源部１に備えられる光源の数は、３個以上であってもよい。また、リード線２２は、光源部１に電力を供給するフレキシブルケーブルなどである。
　導光体３は、透明材料で構成される。透明材料は、例えば、アクリル若しくはポリカーボネートなどの透明樹脂、ガラス、などである。導光体３は、２つの入射部３ａと、入射部３ａの間に配置された中央部３ｂとを有している。ただし、入射部３ａの数は、１つであってもよい。また、図１には、２つの導光体３がＹ方向に並んで配置されている。ただし、導光体３の数及び配置は、図１の例のものに限定されない。
　入射部３ａは、光源部１の複数の光源から入射した光を、中央部３ｂへ向けて導光する機能を持つ。中央部３ｂは、ＹＺ面に平行な平面で切る断面の一部又は全体に曲率を設けている。断面に曲率を設けているとは、断面形状の外周の少なくとも一部が曲線であることを意味する。実施の形態１では、中央部３ｂの断面形状は、円形又は楕円形などである。
　中央部３ｂの表面には、散乱面４が設けられている。散乱面４は、長軸方向であるＸ方向に沿って周期的に変化する散乱パターンを有している。散乱面４の散乱パターンは、中央部３ｂ内を全反射しながら導光される光を散乱させて導光体３の側面から光を外に出射させる機能を持つ。散乱面４によって、導光体３の＋Ｚ方向にある被照射体１０に光が照射される。
　透過体６は、イメージスキャナ１００のカバーガラスである。透過体６は、例えば、板状の透明部材で構成される。透過体６は、光の通過を許容するとともに、原稿、紙幣などの被照射体１０を支持する。
　撮像光学系７は、被照射体１０からの反射光を集束させて被照射体１０の光学像を形成する読取光学系である。撮像光学系７は、例えば、複数のロッドレンズを有するロッドレンズアレイである。受光素子部８は、センサ基板９の上にＸ方向にライン状に搭載された複数の受光素子を有し、ラインセンサを構成する。受光素子部８は、撮像光学系７によって結像された像を電気信号に変換する機能を持つ。ホルダ５は、導光体３、透過体６、及び撮像光学系７などを収納、保持し、これらをセンサ基板９上に固定する。
　Ｘ方向に並べられた複数の受光素子から構成される受光素子部８は、１回の露光で１ラインの画像を取得する。被照射体１０をＹ方向に搬送して、複数のライン画像を取得し、取得された複数のライン画像を並べることにより１枚の画像（すなわち、画像データ）が取得される。カラー画像を取得するためにＲＧＢの３色で画像を取得する場合には、ＲＧＢの各色の光を放出するＬＥＤを、各色の露光時間に合わせて点灯することで、ＲＧＢの各色のライン画像が取得される。
　図２は、実施の形態１に係る照明装置２００の導光体３の入射部３ａ及び光源部１を示す拡大斜視図である。入射部３ａをＹＺ面に平行な平面で切る断面は四角形である。入射部３ａの側面のうちの１つの面（図２では、下面）は、光源部１の第１の光源１ａ及び第２の光源１ｂと対向する入射面１１である。導光体３の入射部３ａの入射面１１と対向する面（図２では、上面）は、傾きが不連続に変化する点を持つ複数段の曲面を有する曲面部１２である。曲面部１２は、第１の曲面１２ａと第２の曲面１２ｂとを有している。曲面部１２をＸＺ面に平行な平面で切る入射部３ａの断面は、導光体３の外部に向けて凸となるように湾曲する形状を持つ。例えば、第１の曲面１２ａは、第１の光源１ａの発光面の法線方向に且つ外部に向けて凸状の面であり、第２の曲面１２ｂは、第２の光源１ｂの発光面の法線方向に且つ外部に向けて凸状の面である。実施の形態１では、入射部３ａをＹＺ面に平行な平面で切る断面の形状は、四角形である。ただし、この形状は、円形若しくは楕円形などのような曲率を持つ形状、多角形、曲線と直線が組み合わされた形状、などであってもよい。また、入射面１１に対向する側面以外の面がＸ方向に湾曲してもよい。導光効率を向上させるためには、入射面１１に対向する側面である曲面部１２がＸ方向に湾曲することが望ましい。
　図２には、導光体３の入射部３ａ、光源部１、及びＬＥＤ基板２の位置関係が示されている。光源部１は、複数の光源（すなわち、第１の光源１ａ、第２の光源１ｂ）である複数のＬＥＤを有している。複数のＬＥＤは、Ｘ方向に並べられ、入射面１１と対向する発光面を有するように配置されている。複数のＬＥＤは、短軸方向に並べられてもよい。このとき、ＬＥＤの発光面と入射面１１との高さ方向（Ｚ方向）の間隔をできるだけ狭め、導光体３の内部への光の入射効率を向上させることが望ましい。ＬＥＤ基板２をセンサ基板９上に固定し、ＬＥＤ基板２の厚みを調整することでＬＥＤの発光面と入射面１１とを最接近させることができる。或いは、ＬＥＤ基板２のＺ方向の位置を調整する治具を別途用意してもよい。なお、実施の形態１では、ＬＥＤ基板２とセンサ基板９とは別基板であるが、導光体３のＺ方向の位置を調整することで、センサ基板９上にＬＥＤを実装してもよい。
　実施の形態１では、ＬＥＤをベアチップとしている。ベアチップＬＥＤのサイズは、例えば、横０．３ｍｍ、縦０．３ｍｍ、高さ０．２ｍｍである。この場合には、放熱及び配線の関係上、ＬＥＤの間隔を、０．６ｍｍ以上とする必要がある。また、ＬＥＤの表面から通電用のワイヤが高さ方向に０．２ｍｍ突き出ている場合には、ＬＥＤと入射面１１の間隔は、０．２ｍｍ以上空ける必要がある。
　光源部１は、樹脂モールドされたＬＥＤ又はレンズ付きＬＥＤであってもよい。ただし、複数のＬＥＤの間隔を狭めることは困難であるから、導光体３の小型化に支障をきたす。また、樹脂モールドされたＬＥＤを用いる場合、ＬＥＤの発光面と入射面１１との間隔が広くなるので、導光体３に入射しない光が増加する。
　図３（Ａ）は、実施の形態１に係る照明装置２００において、光源部１から放出され導光体３で導光され被照射体１０に照射される光の光路の例を示す図であり、図３（Ｂ）は、撮像範囲の照度分布を示すグラフである。図３（Ａ）には、光源部１の第１の光源１ａ及び第２の光源１ｂから放出された光の経路が示されている。第１の光源１ａ及び第２の光源１ｂから放出された光は、導光体３に入射し曲面部１２で反射され、概ねＸ方向に伝播する。伝播する光の一部は、散乱面４に入射して散乱され、導光体３の外へ出射し被照射体１０に照射される。図３（Ｂ）に示されるように、撮像範囲における照度分布は、一様であることが望ましい。導光体３のＸ方向の両側に第１の光源１ａ及び第２の光源１ｂを置き、第１の光源１ａ及び第２の光源１ｂを同時に点灯する場合は、導光体３の中央部３ｂの中央付近に備えられた散乱面４の散乱パターンを密に形成し、導光体３の中央部３ｂの端部側の散乱面４の散乱パターンを疎に形成することで、撮像範囲における照度分布を一様にすることが可能である。また、Ｘ方向の片側にのみ第１の光源１ａ及び第２の光源１ｂを配置し、これらを点灯する場合は、第１の光源１ａ及び第２の光源１ｂに近い側の散乱面４の散乱パターンを疎に形成し、遠い側の散乱面４の散乱パターンを密に形成することで、照度分布を一様にすることが可能である。
　図４は、実施の形態１に係る照明装置２００の導光体３の入射部３ａを示す断面図である。図４は、入射部３ａをＸＺ面に平行な平面で切る断面を示している。実施の形態１においては、光源部１に備えられた複数の光源のうちの２個の光源について説明する。２個の光源は、導光体３のＸ方向の端部側に配置された第１の光源１ａと、導光体３のＸ方向の中央側に配置された第２の光源１ｂとである。入射元の物質である導光体３の材料の屈折率をｎとし、光の進行先の物質である空気の屈折率を１とすると、導光体３の内部から空気との境界面へ入射する光の臨界角θ０は、以下の式（１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　導光体３の内部から空気との境界面へ入射する光の入射角φが臨界角θ０より小さければ光は境界面を透過し、入射角φが臨界角θ０以上であれば光は全反射する。
　例えば、アクリルでは、屈折率ｎは１．４９であり、臨界角θ０は４２．２°である。第１の光源１ａ及び第２の光源１ｂから導光体３の内部に入射した光が曲面部１２で反射し、次に導光体３の側面へ入射する際の入射角をそれぞれφａ，φｂとすると、φａ＞θ０となる光と、φｂ＞θ０となる光とは、導光体３の内部を導光する。曲面部１２をＸＺ面に平行な平面で切る断面の形状は、円、楕円などの形状であってもよい。ただし、このような形状の場合、曲面部１２による反射光の方向を制限することは難しい。そこで、実施の形態１では、曲面部１２の第１の曲面１２ａ及び第２の曲面１２ｂをＸＺ面に平行な平面で切る断面の形状は放物線である。すなわち、第１の曲面１２ａ及び第２の曲面１２ｂの各々は、放物線の回転体である放物面の一部である。また、第１の曲面１２ａ及び第２の曲面１２ｂの各々が放物面の一部である場合、曲面部１２のＺ方向の高さを低くすることができる。
　図５（Ａ）から（Ｃ）は、放物面によって反射する光の光路を示す図である。ｘｙ座標系において原点をＯとすると、原点Ｏを頂点とする放物線ｙは、頂点における曲率半径Ｒを用いて、以下の式（２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　このとき、図５（Ａ）に示されるように、放物線ｙの焦点Ｆに置かれた光源５１から放出された光は、放物線で反射して放物線軸（すなわち、ｙ軸）に平行に（すなわち、＋ｙ方向に）進む。また、図５（Ｂ）に示されるように、焦点Ｆより＋ｙ側に置かれた光源５１から放出された光は、放物線ｙで反射すると放物線軸（すなわち、ｙ軸）に近づくように進む。また、図５（Ｃ）に示されるように、焦点Ｆより－ｙ側に置かれた光源５１から放出された光は、放物線ｙで反射すると放物線軸（すなわち、ｙ軸）から遠ざかるように進む。このように、放物面形状の曲面は、光源５１と焦点Ｆとの位置関係により反射光の角度を制限できるため、設計が容易になる。
　なお、実施の形態１において、光源部１から放出され曲面部１２に入射した光の一部が、反射されずに導光体３の外へ漏れることがある。そこで、曲面部１２に対してアルミ蒸着などにより反射膜を形成することで、導光効率を向上させ、光の利用効率を向上させてもよい。
　図６は、実施の形態１に係る照明装置２００の導光体３の放物面形状の曲面を有する入射部３ａを示す断面図である。図６には、入射部３ａをＸＺ面に平行な平面で切る断面が示されている。実施の形態１では、曲面部１２は、第１の曲面１２ａと、第２の曲面１２ｂとから構成される。第１の曲面１２ａと第２の曲面１２ｂとは、ＸＺ面に平行な平面で切る断面において、放物線である。第１の曲面１２ａと第２の曲面１２ｂとは、不連続点１３で連結されている。なお、不連続点１３は、断面においては点であるが、実際には第１の曲面１２ａと第２の曲面１２ｂとの境界線である。
　第１の曲面１２ａの断面における放物線は、導光体３の端部にある端点１４を原点とし、＋Ｘ方向を向いた軸と、高さ方向である－Ｚ方向を向いた軸とをＸＺ面に平行な平面上で角度θａ回転させることで得られたＸ′軸とＺ′軸、すなわち、Ｘ´Ｚ´座標系を基準とする。このとき、原点における曲率半径をＲａとすると、焦点距離Ｌａは２Ｒａとなり、第１の曲面１２ａによる放物線Ｚ´の方程式は、以下の式（３）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　第２の曲面１２ｂの断面における放物線は、不連続点１３を原点とし、＋Ｘ方向を向いた軸と、高さ方向である－Ｚ方向を向いた軸とをＸＺ面に平行な平面上で角度θｂ回転させたＸ″軸とＺ″軸を基準とする。このとき、原点における曲率半径をＲｂとすると、焦点距離Ｌｂは２Ｒｂとなり、第２の曲面１２ｂによる放物線Ｚ″の方程式は、以下の式（４）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　第２の曲面１２ｂは、導光体３のＺ方向の上面に達するとＸＹ面に平行な平面となる。導光体３のＺ方向の長さは、図６においてＨで表されている。例えば、Ｈ＝２ｍｍである。また、曲面部１２のＸ方向の長さは、図６においてＬで表されている。例えば、Ｌ＝２ｍｍである。
　ここで、実施の形態１により十分な導光効率が得られる原理を説明する。図７（Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態１に係る照明装置２００の導光体３の入射部３ａにおける光の光路を示す断面図である。第１の曲面１２ａの放物線軸（すなわち、Ｚ´軸）の－Ｚ方向に対する傾きの角度θａと、第２の曲面１２ｂの放物線軸（すなわち、Ｚ″軸）の－Ｚ方向に対する傾きの角度θｂとを、臨界角θ０に等しくする。つまり、第１の曲面１２ａと第２の曲面１２ｂとを、θａ＝θｂ＝θ０を満たす形状とする。
　第１の曲面１２ａの焦点１５ａは、端点１４からＺ´方向に焦点距離Ｌａの点に決まる。図７（Ａ）に示されるように、焦点１５ａに第１の光源１ａを置く。説明の理解を容易にするために、第１の光源１ａは点とし描かれている。実際には、入射面１１での光の屈折を考慮して、第１の光源１ａを仮想的な焦点位置に置く必要がある。ただし、本実施の形態では、入射面１１における屈折は無いと仮定している。図７（Ａ）における光線１６ａＡは、第１の光源１ａから放出され第１の曲面１２ａで反射する光線である。光線１６ａＡは、第１の曲面１２ａで反射されると放物線軸と平行となるためφａ＝θ０となり、ね＋Ｘ方向に導光される。
　また、第２の曲面１２ｂの焦点１５ｂは、不連続点１３からＺ″方向に焦点距離Ｌｂの点に決まる。図７（Ｂ）に示されるように、焦点１５ｂに第２の光源１ｂを置く。説明の理解を容易にするために第２の光源１ｂは点としている。図７（Ｂ）における光線１６ｂＡは、第２の光源１ｂから放出され第１の曲面１２ａで反射する光線である。第２の光源１ｂから放出された光は、第２の曲面１２ｂで反射されると放物線軸と平行となるためφｂ＝θ０となり、＋Ｘ方向に導光される。
　図８（Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態１に係る照明装置２００の導光体３の入射部３ａにおける光の光路を示す断面図である。図９（Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態１に係る照明装置２００の導光体３の入射部３ａにおける導光出射角度の範囲を示す断面図である。
　図８（Ａ）は、第１の曲面１２ａの焦点１５ａに置いた第１の光源１ａから放出される光線１６ａＡ（図７（Ａ）に示される）以外の光線を示している。光線１６ａＢは、入射面１１に入射しない光線であり、第１の光源１ａが導光体３の端部側に（ここでは、－Ｘ方向に）近づくほど増加する。光線１６ａＣは、導光体３に入射し、第２の曲面１２ｂで反射する光線である。光線１６ａＣは、第２の曲面１２ｂに対し大きな入射角で入射するため、概ね＋Ｘ方向に導光される。光線１６ａＤは、第２の曲面１２ｂの終点１７よりも＋Ｘ方向側の平面部に直接入射する光線であり、全反射することなく導光体３の外へ漏れる。第１の光源１ａから放出された光のうち光線１６ａＡ及び光線１６ａＢが導光条件を満たすため、図９（Ａ）に示す角度ψａの範囲（すなわち、斜線が付された範囲）に放出された光は導光体３の内部を導光される。
　図８（Ｂ）は、第２の曲面１２ｂの焦点１５ｂに置いた第２の光源１ｂから放出される光線１６ｂＡ（図７（Ａ）に示される）以外の光線を示している。光線１６ｂＢは、入射面１１に入射しない光線であり、第１の光源１ａが導光体３の端部側に（ここでは、－Ｘ方向に）近づくほど増加する。光線１６ｂＣは、第１の曲面１２ａで反射する光線である。光線１６ｂＣは、第２の曲面１２ｂに対し小さな入射角で入射するため、導光体３の外へ漏れる。光線１６ｂＤは、第２の曲面１２ｂの終点１７よりも＋Ｘ方向側の平面部に直接入射する光線であり、全反射することなく導光体３の外へ漏れる。第２の光源１ｂから放出された光のうち光線１６ｂＡのみが導光条件を満たすため、図９（Ｂ）に示す角度ψｂの範囲（すなわち、斜線が付された範囲）に放出された光は導光体３の内部を導光される。
　以上では、第１の曲面１２ａの焦点１５ａに第１の光源１ａを置いた場合及び第２の曲面１２ｂの焦点１５ｂに第２の光源１ｂを置いた場合を説明した。しかし、実際には、入射面１１で生じる屈折並びに第１の光源１ａ及び第２の光源１ｂは点ではなくＸ方向に幅を持つ面であることを考慮すると、焦点位置の周囲、すなわち、焦点位置から少しずれた位置に光源が配置されてもよい。
　図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態１に係る照明装置２００の導光体３の入射部３ａにおける光の光路を示す断面図である。実際は、図１０（Ａ）に示されるように、第１の光源１ａは、焦点１５ａよりも導光体３の端部側へ配置される。第１の光源１ａから放出されて第１の曲面１２ａで反射する光線１６ａＥは、端点１４と焦点１５ａとの間でＺ´軸と交差するため、光線１６ａＥは、Ｚ´軸上の交点１８ａから放出された光と同様に進む。そのため、図５（Ｃ）で説明したように、第１の曲面１２ａで反射した光は、Ｚ´軸に平行な方向より外側に進み、φａ＞θ０となる。これは、図１０（Ｂ）に示されるように、第２の光源１ｂと第２の曲面１２ｂに関しても同様であり、光線１６ｂＥでは、φｂ＞θ０となる。
　このように、第１の光源１ａ及び第２の光源１ｂをそれぞれ焦点１５ａ及び焦点１５ｂよりも導光体３の端部側へ配置すれば、角度ψａ及び角度ψｂと同様の導光体３の内部を導光させることを可能にする出射角度範囲を得ることができる。ただし、第１の光源１ａ及び第２の光源１ｂを導光体３の端部側へ寄せると、図８（Ａ）及び（Ｂ）における光線１６ａＢ及び光線１６ｂＢのような入射面１１に入射しない光が増加し、角度ψａ及び角度ψｂは、小さくなるため、導光効率が低下する。そのため、第１の光源１ａは、端点１４より導光体３の中央側、第２の光源１ｂは、不連続点１３よりも導光体３の中央側へ配置することが望ましい。
　また、ここでは、第１の曲面１２ａ及び第２の曲面１２ｂの放物線軸の傾きの角度θａ及びθｂを、θａ＝θｂ＝θ０とした。実際には、入射面１１での屈折が起こること、又は第１の光源１ａ及び第２の光源１ｂがＸ方向にある程度の幅を持つため、
θａ＞θ０、θｂ＞θ０
とし、曲面部１２の反射光を導光条件に対して余裕を持たせることが望ましい。
　導光体３の高さ方向のサイズを小さくするために、放物線軸の傾きの角度θａ、θｂをθａ＜θ０、θｂ＜θ０としてもよい。この場合、焦点１５ａ及び１５ｂに第１の光源１ａと第２の光源１ｂをそれぞれ配置すると曲面部１２で反射しても導光しない光が現れるため、導光効率を向上させるためには、第１の光源１ａ及び第２の光源１ｂを導光体３の端部側へ寄せることが望ましい。
　次に、実施の形態１の照明装置２００を、曲面部１２が不連続点１３を持たず１つの曲面から構成される比較例と比較することにより、Ｘ方向に並べた２つの光源から放出された光の導光効率のばらつきが実施の形態１により低減することを説明する。
　図１１（Ａ）から（Ｃ）は、比較例の照明装置の導光体の１段曲面を有する入射部３１ａにおける光の光路を示す断面図である。図１２（Ａ）及び（Ｂ）は、比較例の照明装置の導光体の１段の曲面１２ｄを有する入射部３１ａにおける導光出射角度の範囲を示す断面図である。ここで、１段の曲面１２ｄは、不連続点を持たない１つの曲面である。
　図１１（Ａ）は、曲面１２ｄが１つの曲面から構成された導光体を、ＸＺ面に平行な平面で切る断面を示している。この場合、曲面１２ｄは、第１の曲面１２ａと同様に導光体の端部にある端点１４を原点とし、放物線軸をＸＺ面に平行な平面上で角度θ０回転させる。曲面１２ｄのＸ方向の長さＬ´は、実施の形態１の第１の曲面１２ａ及び第２の曲面１２ｂのＸ方向の長さＬと等しくする。このとき、曲面１２ｄの曲率半径Ｒｄと第１の曲面１２ａの曲率半径Ｒａの関係は、Ｒｄ＞Ｒａとなる。このため、曲面１２ｄの焦点距離Ｌｄは、Ｌｄ＞Ｌａとなる。曲面１２ｄの焦点を１５ｄとする。図１１（Ｂ）における光線１７ａは、第１の光源１ａから放出され曲面１２ｄで反射される光線である。第１の光源１ａは、曲面１２ｄの焦点より端点１４側にあるため、図５（Ｃ）に示されるように、光線１７ａは、曲面１２ｄで反射されるとＺ´軸に平行な線より外側に進み、φａ´＞θ０となる。そのため、第１の光源１ａから放出された光は、曲面１２ｄで反射するとすべて導光される。したがって、第１の光源１ａの場合、図１２（Ａ）における角度ψａ′の範囲内に光が放出されると、この光は、導光体の内部を導光される。
　一方、図１１（Ｃ）は、第２の光源１ｂから放出された光線の導光の様子を示している。第２の光源１ｂから放出された光が導光体の内部を導光するか否かは、光線をＺ´軸側へ延長した際のＺ´軸との交点の位置による。光線１７ｂＡは、Ｚ´軸と交点１８で交差する。交点１８は、焦点１５ｃよりも＋Ｚ´側にあるため、図５（Ｂ）で説明したように、第１の曲面１２ａで反射するとＺ´軸平行より内側に進む。そのため、光線１７ｂＡのφｂ′は、φｂ′＜θ０となり、導光体の内部を導光されない。
　一方、光線１７ｂＢは、Ｚ´軸と交点１９で交差する。交点１９は、焦点１５ｃよりも端点１４側にあるため、図５（Ｃ）で説明したように、第１の曲面１２ａで反射するとＺ´軸平行より外側に進む。そのため、光線１７ｂＡのφｂ″は、φｂ″＞θ０となり、導光体の内部を導光する。したがって、第２の光源１ｂの場合、図１２（Ｂ）における角度ψｂ′の範囲内に光が放出されると、この光は、導光体の内部を導光される。
　以上より、入射部３ａの曲面部１２が２段の曲面を有する実施の形態１と、入射部３１ａが１段の曲面１２ｄを有する比較例とを比べると、
　ψａ＝ψａ′、ψｂ＞ψｂ′
となる。導光する出射角度範囲の大小関係は、導光効率の大小関係と一致する。
｜ψａ－ψｂ｜＜｜ψａ′－ψｂ′｜
となるため、実施の形態１では、曲面１２ｄが１つの曲面から構成される比較例の場合に比べて、導光効率のばらつきを、低減されている。
　図１３（Ａ）から（Ｃ）は、実施の形態１に係る照明装置２００の導光体３の２段の曲面を有する入射部３ａにおける光路を示す光学シミュレーション図である。図１３（Ａ）から（Ｃ）は、実施の形態１で第１の光源１ａ及び第２の光源１ｂから放出された光をＸ方向に導光している状態を示している。光源のサイズは、０．３ｍｍ×０．３ｍｍで入射面１１と発光面の間隔ｔは０．３ｍｍである。導光体３の厚みＨは２ｍｍ、幅Ｗは２ｍｍである。導光体３の材質は、アクリルであり、屈折率は、ｎ＝１．４９であり、臨界角は、θ０＝４２．２°である。第１の曲面１２ａと第２の曲面１２ｂは、放物線軸の傾きの角度θａとθｂとが４５°であり、これらは臨界角θ０よりも大きい。曲面部１２の全体のＸ方向の長さは、例えば、４．２ｍｍである。第１の光源１ａと第２の光源１ｂは、それぞれ第１の曲面１２ａと第２の曲面１２ｂの放物線軸の付近に配置され、第１の曲面１２ａと第２の曲面１２ｂのＸ方向の間隔は、０．７ｍｍとする。曲面部１２は、アルミ蒸着加工を施されている。このとき、図１３（Ａ）に示される第１の光源１ａから放出された光の導光効率は、７８％であり、図１３（Ｂ）に示される第２の光源１ｂから放出された光の導光効率は、７７％である。このように、第１の光源１ａから放出された光の導光効率と第２の光源１ｂから放出された光の導光効率のばらつきは少ない。
　図１４（Ａ）及び（Ｂ）は、比較例の照明装置の導光体の１段の曲面１２ｄの入射部３１ａにおける光路を示す光学シミュレーション図である。図１４（Ａ）及び（Ｂ）は、曲面１２ｄが不連続点１３を持たず、１つの曲面から構成される場合の導光の様子を表している。曲面１２ｄ以外のパラメータは、実施の形態１のものと同じである。曲面１２ｄの放物線軸の傾きも実施の形態１と同じ４５°であり、曲面１２ｄのＸ方向の長さＬは、実施の形態１の第１の曲面１２ａと第２の曲面１２ｂを合わせた長さと同じである。このとき、図１４（Ａ）に示される第１の光源１ａから放出された光の導光効率は、７８％、図１４（Ｂ）に示される第２の光源１ｂから放出された光の導光効率は、６１％である。このように、比較例では、第１の光源１ａから放出された光の導光効率と第２の光源１ｂから放出された光の導光効率のばらつきは、実施の形態１の場合に比べ大きく、且つ、導光効率は低下している。
　以上に説明したように、実施の形態１に係る照明装置２００によれば、導光体３の側面に対向してＸ方向に並べた第１の光源１ａ及び第２の光源１ｂに対して第１の曲面１２ａ及び第２の曲面１２ｂで反射させて導光することによって、Ｘ方向に並べた第１の光源１ａ及び第２の光源１ｂの導光効率のばらつきを低減することが可能となる。
実施の形態２．
　実施の形態１では、２個の光源（すなわち、第１の光源１ａと第２の光源１ｂ）を長軸方向であるＸ方向に並べて配置し、２段の曲面部１２（すなわち、第１の曲面１２ａと第２の曲面１２ｂ）をＸ方向に並ぶように形成し、Ｘ方向に並ぶ複数の光源から放出され導光体３の内部に入射した光をＸ方向に導光させる例を説明した。短軸方向であるＹ方向に複数の光源（例えば、ＬＥＤ）を並べて配置してもよいが、配置可能な光源の個数には限界がある。例えば、導光体３の入射部３ａの幅Ｗが２ｍｍである場合、最大で３個の光源をＹ方向に並べて配置可能であり、合計６個（＝３×２）の光源が配置可能である。金融用の画像読取装置において、複数の光源として赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の各色の可視光の照射の他に、ＩＲ光及びＵＶ光の照射が必要となる場合がある。特に、ＵＶ光の光量を大きくするために、４枚のＬＥＤが必要である。このため、最大８枚のＬＥＤが配置可能な構造が求められている。
　図１５は、実施の形態２に係る照明装置２００ａの導光体３の入射部３ａ及び光源部１を示す拡大斜視図である。曲面部１２は、３段の曲面、すなわち、第１の曲面１２ａ、第２の曲面１２ｂ及び第３の曲面１２ｃから構成される。光源部１では、導光体３の長軸方向であるＸ方向に３個のＬＥＤすなわち３個の光源が並べて配置され、導光体３の短軸方向であるＹ方向に３個のＬＥＤすなわち３個の光源が並べて配置されている。したがって、図１５の例では、合計９個（＝３×３）のＬＥＤが配置されている。
　図１６は、実施の形態２に係る照明装置２００ａの導光体３の入射部３ａを示す断面図である。図１６は、入射部３ａをＸＺ面に平行な平面で切る断面を示している。曲面部１２は、２つの不連続、すなわち不連続点１３と不連続点２０を持つ。曲面部１２は、第１の曲面１２ａ、第２の曲面１２ｂ、第３の曲面１２ｃから構成される。不連続点１３は、第１の曲面１２ａと第２の曲面１２ｂとの境界線を示す。不連続点２０は、第２の曲面１２ｂと第３の曲面１２ｃとの境界線を示す。
　第１の曲面１２ａ、第２の曲面１２ｂ、及び第３の曲面１２ｃの各々は、放物面であることが望ましい。光源部１に備えられた複数の光源のうち、Ｘ方向に並ぶ３個の光源は、導光体３の端部側から第１の光源１ａ、第２の光源１ｂ、及び第３の光源１ｃである。第１の光源１ａ、第２の光源１ｂ、及び第３の光源１ｃは、それぞれ焦点１５ａ、焦点１５ｂ、焦点１５ｃ付近に配置されることが望ましい。
　図１７（Ａ）から（Ｃ）は、実施の形態２に係る照明装置２００ａの導光体３の入射部３ａにおける導光出射角度の範囲を示す断面図である。第１の曲面１２ａ、第２の曲面１２ｂ、第３の曲面１２ｃの放物線軸の傾きの角度θａ，θｂ，θｃをθａ＝θｂ＝θｃ＝θ０とし、第１の光源１ａ、第２の光源１ｂ、第３の光源１ｃをそれぞれ焦点１５ａ、焦点１５ｂ、焦点１５ｃに配置した場合、図１７（Ａ）から（Ｃ）に示した角度範囲に放出される光は、導光体３の内部を導光する。第１の光源１ａから放出された光は、いずれの曲面で反射してもよいため、図１７（Ａ）における角度ψａの範囲に放出された光は導光する。第２の光源１ｂから放出された光は、第２の曲面１２ｂ及び第３の曲面１２ｃで反射すると導光するため、図１７（Ｂ）における角度ψｂの範囲に放出された光は導光する。第３の光源１ｃから放出された光は、第３の曲面１２ｃで反射すると導光するため、図１７（Ｃ）における角度ψｃの範囲に放出された光は、導光する。したがって、実施の形態２は、曲面部１２が１つの曲面から構成される場合に比べて、第１の光源１ａ、第２の光源１ｂ、第３の光源１ｃから放出される光の導光効率のばらつきは低減することができる。
　以上に説明したように、実施の形態２に係る照明装置２００ａによれば、導光体３の側面に対向してＸ方向に並べた３個の光源に対して３つの曲面で反射させて導光することによって、Ｘ方向に並べたＬＥＤ間の導光効率のばらつきを低減することが可能となる。
　上記以外について、実施の形態２は、実施の形態１と同じである。
実施の形態３．
　実施の形態１では、複数の光源が実装されたＬＥＤ基板２と、受光素子部８が実装されたセンサ基板９とが別部品である例が説明されている。ＬＥＤ基板２とセンサ基板９が一体化できれば、コストは削減し、組み立ても容易となる。ただし、撮像光学系７及び被照射体１０との位置関係により導光体３のＺ方向の位置は制限される。ＬＥＤ基板２とセンサ基板９を一体化した場合、入射面１１と複数の光源の発光面との間隔が広がり光の利用効率が低下する。そこで、実施の形態３では、導光体３の入射部３ａの入射面１１が、中央部３ｂの－Ｚ方向の端部の位置よりも－Ｚ方向に突き出ているように、導光体３が形成されている。
　図１８は、実施の形態３に係る照明装置２００ｂの導光体３の入射部３ａ及び複数の光源を示す拡大斜視図である。実施の形態３では、入射面１１と複数の光源の発光面との間隔を最小、例えば、０．３ｍｍとなるように、入射部３ａが入射面１１を－Ｚ方向に伸びた形状である。このような形状とすることで、複数の光源から放出された光のうちの、入射面１１に入射しない光を減らすことができる。
　図１９は、実施の形態３に係る照明装置２００ｂの導光体３の入射部３ａを示す断面図である。図１９は、入射部３ａをＸＺ面に平行な平面で切る断面を示している。入射面１１は、中央部３ｂの－Ｚ方向の端部よりも長さＪだけ－Ｚ方向に突き出ている。長さＪは、例えば、１ｍｍである。入射面１１と中央部３ｂの－Ｚ方向の端部の面とは、面２１で繋がれている。第２の光源１ｂから放出された光は、第２の曲面１２ｂで反射した後、入射面１１を－Ｚ方向へ伸ばしたことによりできる面２１から漏れ、導光効率が低下する可能性がある。導光効率の低下を避けるために第２の曲面１２ｂの傾きθｂを大きくし、第２の曲面１２ｂによる反射光のＸ方向に対する角度を小さくすることが望ましい。
　以上に説明したように、実施の形態３に係る照明装置２００ｂによれば、導光体３の側面に対向してＸ方向に並べた２個の光源に対して２つの曲面で反射させて導光することによって、Ｘ方向に並べたＬＥＤ間の導光効率のばらつきを低減することが可能となる。
　また、実施の形態３に係る照明装置２００ｂによれば、導光体３の側面に対向してＸ方向に並べた２個のＬＥＤに対して２つの曲面で反射させて導光することによって、Ｘ方向に並べたＬＥＤ間の導光効率のばらつきを低減することが可能となる。
　また、実施の形態３に係る照明装置２００ｂによれば、第１の光源１ａ及び第２の光源２ａの発光面と導光体３の入射面１１の間隔を狭めることができるので、入射面１１に入射する光を増加させることが可能となる。その結果、光の利用効率が向上する。
　上記以外について、実施の形態２は、実施の形態１と同じである。
　１　光源部、　１ａ　第１の光源、　１ｂ　第２の光源、　１ｃ　第３の光源、　２　ＬＥＤ基板、　２２　リード線、　３　導光体、　３ａ　入射部、　３ｂ　中央部、　４　散乱面、　５　ホルダ、　６　透過体、　７　撮像光学系、　８　受光素子部、　９　センサ基板、　１０　被照射体、　１１　入射面、　１２　曲面部、　１２ａ　第１の曲面、　１２ｂ　第２の曲面、　１２ｃ　第３の曲面、　１００　イメージスキャナ、　２００、２００ａ、２００ｂ　照明装置。

Claims (11)

  1. 　複数の光源と、
    　内部に入射した光を反射しながら伝播する導光体と、
    　を備え、
    　前記導光体は、
    　前記複数の光源から放出された光を入射させる入射面を有し、入射した前記光を前記導光体の長軸方向の中央へ向けて導光する入射部と、
    　前記入射部から導光された前記光を被照射体に向けて出射させるための散乱面を有する中央部と、
    　を備え、
    　前記複数の光源は、
    　前記入射面に対向する発光面を有する第１の光源と、
    　前記入射面に対向する発光面を有し、前記第１の光源より前記中央部側に配置された第２の光源と、
    　を備え、
    　前記入射部は、
    　前記入射面から入射した光を前記中央部に向けて反射する第１の曲面と、
    　前記第１の曲面より前記中央部側に配置され、前記入射面から入射した光を前記中央部に向けて反射する第２の曲面と、
    　を備える
    　ことを特徴とする照明装置。
  2. 　前記第２の光源は、前記入射面に垂直で前記長軸方向に平行な平面で切る断面において、前記第２の曲面の前記導光体の端部側の端点よりも前記導光体の中央側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  3. 　前記第１の曲面及び前記第２の曲面は、放物面形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
  4. 　前記第１の光源及び前記第２の光源は、放出される光の波長が異なることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の照明装置。
  5. 　前記第１の曲面は、前記第１の光源の前記発光面の法線方向に且つ外部に向けて凸状の面であり、
    　前記第２の曲面は、前記第２の光源の前記発光面の法線方向に且つ外部に向けて凸状の面である、
    　ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の照明装置。
  6. 　前記複数の光源は、前記入射面に対向する発光面を有し、前記第２の光源より前記中央部側に配置された第３の光源を更に備え、
    　前記入射部は、前記第２の曲面より前記中央部側に配置され、前記第３の光源の前記発光面から放出され前記入射面から入射した光を前記中央部に向けて反射する第３の曲面を更に備えた
    　ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の照明装置。
  7. 　前記第３の曲面は、放物面形状を有することを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
  8. 　前記第３の曲面は、前記第３の光源の前記発光面の法線方向に且つ外部に向けて凸状の面であることを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
  9. 　前記複数の光源が搭載された基板を更に有し、
    　前記導光体は、前記基板から前記中央部までの距離が前記基板から前記入射面までの距離よりも長くなるように、形成されている
    　ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の照明装置。
  10. 　前記散乱面は、前記導光体の端からの距離に応じて変化する散乱パターンを有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の照明装置。
  11. 　請求項１から１０のいずれか１項に記載の照明装置と、
    　前記照明装置によって光が照射された被照射体を光学的に読み取る受光素子部と
    　を有することを特徴とするイメージスキャナ。
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