発明の名称 ： フロントライ トおよび読取装置

技術分野

[0001 ] 本開示は、 撮像される対象物に光を照射するフロントラ イ トと、 そのフロ ントライ トを用いて対象物を撮像して読取処理を行う 読取装置に関する。 背景技術

[0002] パスポートやチケッ トなどの帳票の表示面を撮影し、 文字や画像などの情 報を読み取る読取装置が知られている。 たとえば、 特許文献 1 に記載の読取 装置は、 帳票を照明する照明部と表示内容を撮影する 撮影部とからなる。 照 明部としては、 ！-日 0などの光源で直接表示面を照らす直接照明� �式が一般 的である。 また特許文献 2に記載の画像読取装置のように、 楔形状の導光板 を用いたフロントライ ト方式の照明方式も提案されている。

先行技術文献

特許文献

[0003] 特許文献 1 :特開 2 0 1 0 _ 2 5 1 9 3 0号公報

特許文献 2 :特開平 1 0— 2 5 7 2 4 7号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004] 特許文献 1のように !_巳 0などの光源で直接照明する場合、 帳票を設置す る透明板や帳票自身の保護層などでの鏡面反 射によるハレーシヨン回避する ために、 撮影部と正反射の位置から外れるように光源 を配置する必要がある ため、 装置が大型化するという問題がある。 また、 特許文献 2のように、 楔 形状の導光板を用いた方式では光の利用効率 が低いという問題がある。 課題を解決するための手段

[0005] 本開示のフロントライ トは、 撮像される対象物に光を照射するためのフロ ントライ トであって、 前記対象物側に設けられる第 1主面、 前記第 1主面と 対向する第 2主面、 および前記第 1主面と前記第 2主面とを接続する側面を 〇 2020/174757 2 卩（：171?2019/043435

有する導光板と、 前記側面に対向して配置され、 前記側面から前記導光板内 に光を入射する第 1光源と、 を備え、 前記第 1主面には、 複数の凸状構造体 が設けられている。

発明の効果

［0006］ 本開示によると、 光の利用効率が高いフロントライ トおよび読取装置を提 供することができる。

図面の簡単な説明

［0007］ ［図 1］本開示の実施の形態 1 にかかるフロントライ トを備えた読取装置を示す 図である。

［図 2］図 1のフロントライ トの一部を拡大した図である。

［図 3］図 1のフロントライ トの平面図である。

［図 4］図 1のフロントライ トの導光板に設けられた凸状構造体を拡大し た図で ある。

［図 5］図 4の凸状構造体の形状の例を示す図である。

［図 6］図 4の凸状構造体の形状の例を示す図である。

［図 7］図 4の凸状構造体の形状と光の射出方向を示す� �である。

［図 8］図 4の凸状構造体の取り出し角度と光の取り出� �効率との関係を示すグ ラフである。

［図 9］図 4の凸状構造体の取り出し角度における射出� �度と光の取り出し効率 との関係を示すグラフである。

［図 10］図 4の凸状構造体のルーフ角度と光の取り出し� �率との関係を示すグ ラフである。

［図 1 1］図 1のフロントライ トの変形例を示す図である。

［図 12］図 1のフロントライ トの凸状構造体の変形例を示す図である。

［図 13］本開示の実施の形態 2にかかるフロントライ トに設けられた凸状構造 体の断面図である。

［図 14］図 1 3の凸状構造体の形状の例を示す図である。

［図 15］本開示の実施の形態 3にかかるフロントライ トに設けられた凸状構造 〇 2020/174757 3 卩（：171?2019/043435

体の断面図である。

発明を実施するための形態

[0008] （本開示に至った経緯）

特許文献 1のように !_巳 0などの光源で直接照明する場合、 帳票を設置す る透明板や帳票自身の保護層などでの鏡面反 射によるハレーション回避する ために、 撮影部と正反射の位置から外れるように光源 を配置する必要がある ため、 装置が大型化するという問題がある。 そこで、 パスポートやチケッ ト 等の読取装置の照明にフロントライ トを採用することで、 読取装置の小型化 および薄型化を実現する方法が知られている 。 たとえば、 特許文献 2では、 導光板と光源とにより、 フロントライ トとして照明部が形成されている。 こ のように、 導光板の側面に光源を配置したフロントライ トは、 読取装置の他 、 液晶パネル等の照明にも用いられている。

[0009] 導光板による照明は、 透明材料の平板において、 その 1つの面である入射 面から入射した光が、 それと直交する面では全反射して射出できな いという 性質を利用して導光板 2内に光を伝搬させ、 その一部を全反射条件から逸脱 させて取り出すことを基本とする。 楔形状の導光板を用いる方式では全反射 を繰り返すたびに面への入射角度が小さくな って全反射条件を逸脱する光の 成分が発生し、 この光の成分を導光板外に取り出すことによ り、 撮像対象物 を照明する。

[0010] また、 平板状の導光板を用いる場合、 導光板の側面である光の入射面と直 交する面のうち、 射出面と反対側の面に部分的に構造体が設け られた反射型 構造体方式が知られている。 この場合、 射出面に対する入射角が小さくなる 様にプリズム状の反射型構造体を離散的に設 けることにより、 射出面におい て全反射から逸脱させて撮像対象物を照明す る。 しかし、 この場合、 反射型 構造体に入射する光の全ての成分を反射型構 造体で透過することなく全反射 させ、 かつ射出面からは全反射させずに射出させる ことはできない。

[001 1 ] _方、 本開示では、 導光板の射出面に構造体を設ける透過型構造 体方式を 採用している。 透過型構造体方式によれば、 透過型構造体に入射する光の全 〇 2020/174757 4 卩（：171?2019/043435

ての成分を全反射させることなく透過させ て照明光として取り出すことが可 能になる。 これらの理由について以下詳述する。

[0012] 導光板の屈折率を _n 、 導光板の内部を進む光が全反射する場合の臨 界角を とすると、 スネルの法則により、 数 1の式の関係が成立する。

[0013] [数 1 ]

5111

[0014] したがって、 臨界角 数 2の式で表される。

[0015] [数 2] 1 1

= 通

71

[0016] 導光板の材料として一般的なアクリル樹脂等 の屈折率は約 1 . 5であるた め、 臨界角 の式で表される。

[0017] [数 3]

[0018] したがって、 導光板の入射面に空気から入射した光は、 入射面の法線方向 から 4 1 . 8 ° 以上にはなり得ず、 入射面と直交する射出面に媒体側から 4 1 . 8 ^° 以上の角度で入射した光線は全反射して導光 板外に射出できない。 平板状の導光板の側面から入射した光線は導 光板内で側面の法線方向から 4 1 . 8 ° 以下となり、 側面と直交する主面の法線方向からは 4 8 . 2 ° 以上 となるため、 主面では必ず全反射して導光板内に閉じ込め られ伝搬する。

[0019] 特許文献 2に記載の導光板のように、 入射面と交差する 2つの主面が平行 ではない楔形状の導光板では、 全反射を繰り返すたびに主面に対する角度が 小さくなって、 全反射条件から逸脱した時点で透過光として 導光板外に取り 出される。 この場合、 どちらの主面でも全反射から逸脱する角度に なる確率 は同じなので、 照明光として有効になる光の割合は全射出光 の 5 0 %になり 〇 2020/174757 5 卩（：171?2019/043435

、 半分は無効な光の成分となり利用できない。

[0020] また、 導光板の射出面と反対側の面に反射型構造体 を設ける場合、 主面の 法線から最小で 4 1 . 8 ^° で入射した光線を透過させることなく対向す る射 出面に向けて全反射するために、 反射型構造体の傾斜角は全反射角 4 1 . 8 。 との差分である 6 . 4 ° 以下である必要がある。 一方、 最大 9 0 ° で入射 する光を対向する射出面で射出可能な 4 1 . 8 ^° 以下の角度で反射するため に、 傾斜角は ( 9 0— 4 1 . 8 ) / 2 = 2 4 . 1 ° 以上である必要がある。

[0021 ] したがって、 反射型構造体では構造体に入射する光の全て を対向する射出 面で全反射したい角度になるよう反射するこ とはできず、 構造体から照明方 向とは逆方向に透過する光の成分が発生する 。 特にフロントライ トでは帳票 を照明して視認可能となった映像を、 導光板を介して取得するため、 導光板 には透明が求められる。 プリズム状となる構造体部分では光が屈折し 直進で きないため、 平坦部を透過した光のみが映像取得に寄与す る。 したがって、 導光板の透明性を維持するために、 構造体の射出面に対する面積率は一定以 下、 たとえば 3 0 %以下であることが望ましい。

[0022] 反射型構造体では、 射出面において入射面側から順次光が取り出 され、 場 所ごとに構造体への入射角分布が異なること から構造体の反射面の角度分布 設定を最適化することにより、 単純楔形状の導光板の場合よりも光の取り出 し効率、 すなわち光の利用効率を高めることが期待で きる。 しかしながら、 上述した射出面に対する構造体の面積率の制 限により、 反射型構造体を用い て光の利用効率を高めるには限界がある。

[0023] そこで、 本発明者は、 これらの課題を解決するためのフロントライ トおよ び読取装置を検討し、 以下の構成を考案した。

[0024] 本開示の一態様にかかるフロントライ トは、 撮像される対象物に光を照射 するためのフロントライ トであって、 前記対象物側に設けられる第 1主面、 前記第 1主面と対向する第 2主面、 および前記第 1主面と前記第 2主面とを 接続する側面を有する導光板と、 前記側面に対向して配置され、 前記側面か ら前記導光板内に光を入射する第 1光源と、 を備え、 前記第 1主面には、 複 〇 2020/174757 6 卩（：171?2019/043435

数の凸状構造体が設けられている。

[0025] この構成によると、 導光板の側面から入射した光は、 第 1主面の平坦部お よび第 2主面では全反射して反光源方向へ伝搬する� �ともに、 凸状構造体に 入射した光線の全てを全反射させることなく 導光板外に射出させて取り出す ことができる。 このように、 光源から入射した光が導光板の第 2主面から射 出するのを抑制し、 第 1主面からの透過光として導光板から光を取� �出して 対象物を照射することができるため、 光の利用効率が向上する。

[0026] 前記複数の凸状構造体は、 前記第 1主面に垂直な方向から見たときに、 前 記第 1光源から前記導光板に入射する光の伝搬方� �と交差する方向に長手方 向を有していてもよい。

[0027] この構成によると、 光の伝搬方向と交差する方向に長手方向を有 する凸状 構造体を設けることで、 凸状構造体に入る光量が増えるため、 光の利用効率 が向上する。

[0028] 前記複数の凸状構造体は、 前記第 1光源側に設けられた第 1面と、 前記第

1面よりも前記第 1光源から離れた位置に設けられ前記第 1面と前記長手方 向で交差する第 2面と、 を有するプリズム形状を有していてもよい。

[0029] この構成によると、 鏡面反射による迷光が回避されて光の利用効 率が向上 する。

[0030] 前記第 1主面に対する、 前記第 1面の第 1傾斜角度が 1 0 ^° 以上 4 5 ^° 以 下であり、 前記第 1主面に対する、 前記第 2面の第 2傾斜角度が 4 5 ^° 以上 9 0 ^° 以下であってもよい。

[0031 ] この構成によると、 対象物を照射しない無効光が抑制され、 光の利用効率 が向上する。

[0032] 前記複数の凸状構造体は、 前記光の伝搬方向に沿って配列され、 前記第 1 光源から離れるにつれて前記複数の凸状構造 体の前記第 2傾斜角度が大きく なってもよい。

[0033] この構成によると、 角度抑制が必要な第 1光源付近の凸状構造体では第 2 傾斜角度を大きく し、 角度抑制が不要な第 1光源から遠い凸状構造体では第 〇 2020/174757 7 卩（：171?2019/043435

2傾斜角度を小さくすることで、 さらに光の利用効率が向上する。

[0034] 前記複数の凸状構造体は、 前記光の伝搬方向を横断する断面が円弧であ る シリンドリカル形状を有してもよい。

[0035] この構成によると、 対象物に向かわない無効光を抑制することが できるた め、 光の利用効率が向上する。

[0036] 前記複数の凸状構造体は、 前記第 1光源側と反対側に、 前記導光板の前記 第 1主面に対して直交する第 3面を有してもよい。

[0037] この構成によると、 凸状構造体に第 3面を設けることにより、 第 1主面に 対して垂直に近い光を抑制することができる ため、 鏡面反射を抑制して光の 利用効率が向上する。

[0038] 前記複数の凸状構造体は、 直方体形状を有してもよい。

[0039] この構成によると、 導光板の透過効率が向上し、 光の利用効率が向上する

[0040] 前記複数の凸状構造体は、 前記光の伝搬方向に沿って配列され、 前記第 1 光源から離れるにつれてその面積占有率が大 きくなってもよい。

[0041 ] この構成によると、 光源近傍から順次光が取り出されるため、 光源から離 れるほど密度が小さくなる光を効果的に取り 出して、 照明照度分布の均一性 を向上することができる。

[0042] また、 前記第 1光源は、 可視光および赤外光の少なくともいずれかを 射出 してもよい。

[0043] この構成によると、 可視光および赤外光により、 対象物を照射することが できる。

[0044] また、 本開示の一態様にかかる読取装置は、 上記のいずれかのフロントラ イ トと、 前記第 2主面側に配置され、 前記導光板を介して前記対象物を撮像 する撮像装置と、 を備える。

[0045] この構成によると、 光の利用効率が向上した読取装置を提供する ことがで きる。

[0046] さらに前記導光板の前記第 2主面側に配置され、 前記導光板を介して前記 〇 2020/174757 8 卩（：171?2019/043435

対象物に紫外光を照射する第 2光源を備え、 前記導光板は紫外線透過性を有 してもよい。

[0047] この構成によると、 光の利用効率が向上し、 さらに紫外光照射機能を有す る読取装置を提供することができる。

[0048] （実施の形態 1）

[全体構成]

図 1は、 実施の形態 1 にかかるフロントライ トを備える読取装置を示す図 、 図 2は、 図 1のフロントライ トの一部を拡大した図、 図 3はフロントライ 卜の平面図である。

[0049] 図 1 に示すように、 読取装置 1は、 フロントライ ト 4と、 撮像装置 5と、 第 2光源 6と、 ガラス 7とを備える。 読取装置 1は、 フロントライ ト 4によ り対象物 8に光を照射して、 撮像装置 5により対象物 8を撮像し、 対象物 8 に記載されている画像または文書等の情報を 読み取るものである。 対象物 8 は、 たとえば、 パスポートまたはチケッ ト等である。 また、 フロントライ ト 4は、 導光板 2および第 1光源 3を備え、 対象物 8に光を照射するものであ る。 本実施の形態では、 一例として、 フロントライ ト 4は、 読取装置 1 に用 いられている。

[0050] ＜導光板＞

図 1及び図 2に示すように、 導光板 2は、 対象物側に設けられる第 1主面 2 13、 第 1主面 2匕と対向する第 2主面 2〇、 および第 1主面 2匕と第 2主 面 2〇とを接続する側面 2 ₃ を有する。 導光板 2は、 アクリル樹脂等の透明 樹脂、 またはガラス等の透明材料により平板状に形 成されている。 以後、 導 第 1主面 2匕を射出面 2匕、 第 2主面 2〇 を下面 2〇と称することもある。 第 1光源 3から射出された光干 1が、 導光 板 2の入射面 2 ₃ より導光板 2内に進入する。 導光板 2内に進入した光† 1 が、 導光板 2の射出面 2匕から射出して、 対象物 8を照射する。

[0051 ] 導光板 2の射出面 2匕には、 複数の凸状構造体 9が形成されている。 本実 施の形態においては、 図 2に示すように、 凸状構造体 9は断面が三角形の三 〇 2020/174757 9 卩（：171?2019/043435

角柱形状を有している。 すなわち、 凸状構造体 9は第 1光源 3側に傾斜する 第 1面 9 3と、 第 1面 9 3よりも第 1光源 3より離れた位置に配置され第 1 面 9 3と凸状構造体 9の長手方向で交差する第 2面 9匕とを有するプリズム 形状である。 導光板 2内に進入した光のうち、 凸状構造体 9に進入した光†

1が、 凸状構造体 9の第 2面 9匕より透過光として取り出されて射出して� � 対象物 8を照射する。

[0052] このとき、 光は図 2の矢印の方向に伝搬するので、 透過光として取り出さ れた光は、 図 2の左側方向に向かって射出する。 なお、 フレネル反射を経て 逆方向に向かって射出する光の成分も発生す るが十分小さいため無視できる

[0053] また、 図 3に示すように、 導光板 2の射出面 2匕に垂直な方向から見たと きに、 凸状構造体 9は、 矢印で示される第 1光源 3からの光の伝搬方向八と 交差する方向に長手方向を有する形状である 。 光の伝搬方向 は、 導光板 2 の入射面 2 3から入射面 2 3に対向する面に向かう方向である。 なお、 図 3 では、 凸状構造体 9の長手方向は、 光の伝搬方向 に対してほぼ直交してい るが、 凸状構造体 9の長手方向は、 光の伝搬方向 と交差していれば、 必ず しも光の伝搬方向八に対して直交していなく てもよい。

[0054] また、 図 3に示すように、 凸状構造体 9は、 第 1光源 3からの光の伝搬方 向八に沿って配列されている。

[0055] 導光板 2の射出面 2 の面積に対する複数の凸状構造体 9の面積の総和の 比率が最大 3 0 %を超えない値となるように、 それぞれの凸状構造体 9が配 置されるとよい。 導光板 2を介して撮像装置 5により対象物 8を撮像するた め、 導光板 2には高い透明性が求められる。 導光板 2の射出面 2匕の面積に 対する複数の凸状構造体 9の面積の総和の比率が 3 0 %以下となるように、 それぞれの凸状構造体 9が配置されていると、 撮像に必要な透明性を確保し つつ、 効率よく対象物 8に光を照射することができる。

[0056] <光源 >

第 1光源 3は、 導光板 2の側面 2 ₃ に配置され、 側面 2 ₃ から導光板 2内 〇 2020/174757 10 卩（：171?2019/043435

に光を入射する。 本実施の形態においては、 第 1光源 3は可視光および赤外 光の少なくともいずれかを射出し、 たとえば、 ！_巳 0光源である。 また、 第 1光源 3は、 導光板 2の入射面 2 ₃ に対向するように配置され、 入射面 2 ₃ から導光板 2内に可視光および赤外光の少なくともいず� �かを入射させる。 また、 複数の第 1光源 3が配置されていてもよく、 たとえば、 可視光を照射 する第 1光源 3、 および赤外光を照射する第 1光源 3の両方が配置されてい てもよい。

[0057] パスポート等を読み取る読取装置の場合、 可視光による撮像だけでなく、 赤外光もしくは紫外光等を照射して情報を取 得する場合がある。 第 1光源 3 に赤外光を用いると、 可視光反射成分を除去して、 文字等のコードをコント ラスト高く画像化して解析精度を高めること ができる。

[0058] 第 2光源 6は、 導光板 2の第 2主面 2〇に対向して配置され、 導光板 2を 介して対象物 8に紫外光を照射する。 第 2光源 6は、 たとえば、 ！_巳 0光源 である。 第 2光源 6は、 導光板 2の下面 2〇側の、 撮像装置 5の画角《に入 らない位置に配置される。 本実施の形態では、 第 2光源 6は、 撮像装置 5に 並べて配置されている。 また、 複数の第 2光源 6が配置されていてもよい。

[0059] 紫外光を射出する第 2光源 6を配置することにより、 蛍光体インク等で書 き込まれた一般照明下では視認できない情報 を、 励起光となる紫外光を照射 して可視光として画像表示させて撮像するこ とが可能になる。

[0060] なお、 一般的に透明樹脂材料には紫外線を含む太陽 光に曝される屋外使用 にも耐えられるよう、 紫外線吸収剤が添加されているものが多く、 一般照明 用導光板も紫外線を透過しない材料で構成さ れているものが多い。 たとえば 、 蛍光体インク等で記した情報を読み取るため に、 第 2光源 6により紫外光 を照射して対象物 8を撮像する場合、 導光板 2は紫外線透過性を有する材料 により形成されているとよい。 たとえば、 励起用光源として、 波長 3 5 0门 程度の紫外 1_巳 0を用いることができる。 この波長帯の紫外 光に有意な透過率を有する導光板 2の材料として、 たとえば、 II V吸収剤を 添加していない 八を用いることができる。 〇 2020/174757 1 1 卩（：171?2019/043435

[0061 ] <撮像装置 >

撮像装置 5は、 導光板 2の第 2主面 2〇側に配置され、 導光板 2を介して 対象物 8を撮像する。 撮像装置 5は、 撮像センサ、 広角レンズ、 撮像センサ を駆動する回路等で構成される。 撮像装置 5が広角レンズを備えることによ り、 導光板 2と撮像装置 5との間の距離を大きくすることなく、 対象物 8を 画角《に収めるよう撮像装置 5を配置することができる。

[0062] <ガラス >

ガラス 7は、 その上面に対象物 8を載置するためのものであり、 導光板 2 の上方に配置される。 ガラス 7は、 光透過性のガラス、 または有機ガラス等 の樹脂によって形成される。 ガラス 7の表面には、 反射防止シート、 反射防 止膜、 または飛散防止シート等が張り合わされてい てもよい。

[0063] [動作]

上述した構成を有する読取装置 1の動作を説明する。

[0064] ( 1 ) ガラス 7の上面に載置された対象物 8に、 可視光、 赤外光、 および 紫外光を照射する。 具体的には、 第 1光源 3から導光板 2の側面に入射した 可視光および赤外光の少なくともいずれかは 、 導光板 2内を伝搬し、 射出面 2匕から射出されて対象物 8を照射する。 また、 第 2光源 6から射出された 紫外光が導光板 2を介して対象物 8を照射する。

[0065] ( 2 ) 撮像装置 5により、 対象物 8を撮像して画像を取得する。

[0066] ( 3 ) 取得した画像を送信、 解析する。 たとえば、 読取装置 1 に設けられ た通信部 (図示省略) により、 撮像した画像を外部装置に送信し、 外部装置 は、 撮像した画像を受信すると、 当該画像を種々の解析に使用する。

[0067] [凸状構造体の形状]

本実施の形態では、 図 2に示すように、 凸状構造体 9は、 光の伝搬方向八 を横断する断面が三角形のプリズム形状であ る。 導光板 2の射出面 2匕に対 する、 凸状構造体 9の第 1面 9 3の第 1傾斜角度 と、 導光板 2の射出面 2 匕に対する、 凸状構造体 9の第 2面 9匕の第 2傾斜角度 とにより、 導光板 2の射出面 2 13からの取り出し効率が変化する。 以後、 第 1傾斜角度 0 ₁ をル 〇 2020/174757 12 卩（：171?2019/043435

—フ角度 0 _! 、 第 2傾斜角度 0 ₂ を取り出し角度 0 ₂ と称することもある。 導光 板 2の入射面 2 3に入射する光の入射面 2 3に対する角度を入射角度 0 _; „と し、 導光板 2の射出面 2匕から射出された光の射出面 2匕の法線に対する角 度を射出角度 0。^とする。 射出角度 0。^は、 射出面 2匕の法線を 0 ° とし て、 光の伝搬方向 側をプラス、 光の伝搬方向 と反対側をマイナスで表す 。 なお、 図 4においては、 光干 2の入射角度を〇 \ n 2 _\ 射出角度を 光干 2の入射角度を 0 _; „ ₃ 、 射出角度を として示す。 また、 図 4にお いては、 凸状構造体 9の第 2面 9匕の第 2傾斜角度 0 ₂ が 9 0 ^° であるため、 射出角度 0。 が第 2面 9匕に対する角度として図示されている。

[0068] 図 4は、 ルーフ角度 0 ₁ が 4 5 ° であり、 取り出し角度 が 9 0 ° である 凸状構造体 9を示す図、 図 5は、 ルーフ角度 が 4 5 ° であり、 取り出し角 度 0 ₂ が 9 0 ° である凸状構造体 9における光の射出方向を示す図、 図 6は、 ルーフ角度 が 4 5 ° であり、 取り出し角度 が 4 5 ° より小さい場合の 凸状構造体 9における光の射出方向を示す図である。 図 4に示すような形状 の凸状構造体 9を導光板 2の射出面 2匕に設ける場合、 導光板 2から凸状構 造体 9に入射した光チ 2および光チ 3は、 凸状構造体 9の第 1面 9 3に当た ることなく、 凸状構造体 9の第 2面 9匕に到達する。 導光板 2の入射面 2 ₃ と凸状構造体 9の第 2面 9匕とは平行であるので、 凸状構造体 9の第 2面 9 匕に到達した光干 2および干 3は、 入射面 2 3への入射角度 0 と等しい射 出角度 0。 で全反射することなく第 2面 9匕から射出する。

[0069] 図 4のように、 取り出し角度 が 9 0 ° である場合は、 凸状構造体 9に入 射したすべての光を、 凸状構造体の第 1面 9 3において全反射させることな く取り出せる。 しかし、 図 5に示すように、 導光板 2の射出面 2匕に対して 垂直に近い角度の光チ 4が発生してしまう可能性がある。 このような光は、 鏡面反射として撮像装置 5に入射してしまうため、 撮像障害となる場合があ る。 また、 図 6に示すように、 取り出し角度 を 4 5 ^° よりも小さくすると 、 導光板 2の射出面 2匕に対して垂直に近い光を抑制することが� �きるが、 対象物 8の方向に向かわない無効な光チ 5が発生してしまう可能性がある。 〇 2020/174757 13 卩（：171?2019/043435

[0070] また、 図 7は、 ルーフ角度 0 ₁ が導光板 2の臨界角である 4 1 . 8 ° よりも 小さい場合の凸状構造体 9を示す図である。 ルーフ角度 0 _! が臨界角である 4 1 . 8 ° よりも小さい場合、 図 7に示すように、 凸状構造体 9の第 1面 9 ₃ において全反射する光チ 6が発生し、 第 1面 9 3で全反射した光チ 6は、 導 光板 2の入射面 2 ₃ へ入射する角度 0 ₃ よりも小さい角度で凸状構造体 9の第 2面 9 匕に入射し、 さらに小さい角度 で第 2面 9 匕から射出する。

[0071 ] ここで、 ルーフ角度 0 ₁ と取り出し角度 0 ₂ の最適な値を検討するため、 以 下の条件でシミュレーシヨンを行った。

[0072] ＜シミュレーシヨン条件＞

厚さ 1 〇!〇!の導光板 2の入射面に、 厚さ〇. 8〇!〇!の第 1光源 3を配置す る。 第 1光源 3は、 空間分布が均 ^_ であり、 配光がランパーシアンである。 また、 底面幅〇. リズム形状の凸状構造体 9を〇. 5 間隔で 配置する。 このとき、 導光板 2の射出面 2 に対する凸状構造体 9の面積率 は 2 0 %となるようにする。 これらの条件で、 入射面

囲での射出光量を算出する。 ルーフ角度 0 ₁ が 4 5 ^° および取り出し角度 0 ₂ が 9 0 ^° の場合を基準として、 射出光量を規格化して取り出し効率を算出し た。

[0073] まず、 取り出し角度 について検討する。 図 8は、 ルーフ角度 を 4 5 ° に固定したときに、 取り出し角度 が 9 0 ^° の場合の取り出し効率を 1 と して、 取り出し角度 0 ₂ と取り出し効率との関係を示すグラフで ある。 また、 図 9は各取り出し角度 0 ₂ における射出配光特性を示すグラフであ り、 横軸に 射出角度 0。^、 縦軸にその方向に射出される光の相対光度を ピーク光度で規 格化した相対光度を示す。 図 8に示すように、 取り出し角度 が 9 0 ^° に近 いほど、 取り出し効率が高くなる。

[0074] 図 8のグラフに示すように、 取り出し角度 が 4 5 ° 程度より大きい場合 、 取り出し効率が〇. 5を超える。 取り出し効率が〇. 5を超えていれば、 対象物 8を照明するのに十分な光量が得られる。 したがって、 取り出し角度 0 ₂ は、 4 5 ° 以上 9 0 ° 以下であるとよい。 〇 2020/174757 14 卩（：171?2019/043435

[0075] なお、 対象物 8を照明する光がガラス 7の表面で鏡面反射して撮像装置 5 に入射すると、 ハレーションを生じて画像の取得、 解析に支障をきたす。 そ こで、 たとえば、 導光板 2の射出面 2匕において、 入射面 2 ₃ 付近では射出 光の射出角度 0。^が画角《の 1 / 2以下となる光の成分を含まないことが望 ましい。 一方、 射出面 2匕の中央付近より入射面 2 ₃ から離れた位置では、 射出角度 0 ₁ が 0 ^° 以下となる光の成分が含まれなければよい。

[0076] 図 9に示すように、 取り出し角度 が 9 0 ° に近い場合、 射出角度 0。^ が 3 0 ^° 近傍の小さな角度で射出する光の成分を有す る。 たとえば、 図 1の 構成で装置の厚みを薄くするために、 画角《を 1 0 0 ^° 程度に設定する場合 、 入射面 2 3近傍の光の射出角度 が 5 0 ° 以下になると、 ガラス 7の表 面で鏡面反射した光が撮像装置 5に入射してハレーションとなり撮像を阻害 する。 取り出し角 0 ₂ を小さくすると、 射出角度 0。^の小さな光の成分を抑 制することができる。 したがって、 取り出し角 を 4 5 ^° に設定すると、 射 出角度 が 6 0 ^° 以下となる光の成分がほぼ解消される。

[0077] 次に、 ルーフ角度 0 ₁ について検討する。 ルーフ角度 0 ₁ が 4 1 . 8 ° 以上 の場合、 図 4に示すように、 凸状構造体 9に入射した光干 2は、 第1面9 ₃ に当たることなく、 伝搬角度を維持した状態で第 2面 9匕に入射して、 入射 角度 0 _; ^と等しい射出角度 0。^ ₂ で射出する。 一方、 図 7に示すように、 ルーフ角度 0 ₁ が 4 1 . 8 ° より小さい場合、 第 1面 9 3で全反射する光の成 分干 6が発生する。 第 1面 9 3で全反射した光の成分は、 第 1面 9 3で全反 射されなかった場合に比べ、 第 2面 9 13に対して垂直に近い角度で入射する ため、 フレネル損失が軽減されて効率よく射出する 。 ただし、 ルーフ角度 が 2 0 . 9 ° より小さくなると、 導光板 2の下面 2〇の方向に向かう無効成 分となり、 ルーフ角度 が 2 0 . 9 ^° 以上の場合より取り出し効率が低下す る。

[0078] 図 1 0は、 取り出し角度 を 9 0 ° に固定したときに、 ルーフ角度 0 ₁ が 4 5 ° の場合を 1 とした、 ルーフ角度 と取り出し効率との関係を示すグラ フである。 上述したように、 ルーフ角度 が 2 0 ^° 近傍の場合に相対効率が 〇 2020/174757 15 卩（：171?2019/043435

最大となり、 ルーフ角度 が 1 0 ^° より小さくなるとフレネル損失を軽減す る効果よりも、 下面 2〇に向かう無効成分が増大する副作用が大� �くなるた め、 相対効率は顕著に低下する。 一方、 ルーフ角度 が 4 5 ^° 以上になると 、 取り出し効率が 1 に収束する。 以上を考慮するとルーフ角度 0 ₁ は、 1 0 ^° 以上 4 5 ° 以下であるとよい。 なお、 ルーフ角度 0 ₁ を 4 1 . 8 ° より大きく しても、 凸状構造体 9の第 1面 9 3には光が当たらず、 凸状構造体 9が大き くなるだけであるため、 より好ましくは、 ルーフ角度 0 ₁ は 2 0 . 9 ^° 以上 4 1 . 8 ^° 以下であるとよい。

[0079] すなわち、 凸状構造体 9は、 導光板 2の射出面 2匕に対する第 1面 9 3の 第 1傾斜角度 が 1 0 ^° 以上 4 5 ^° 以下であるとよい。 より好ましくは、 第 1傾斜角度 が 2 0 . 9 ° 以上 4 1 . 8 ° 以下であるとよい。 また、 導光板 2の射出面 2匕に対する第 2面 9匕の第 2傾斜角度 が 4 5 ° 以上 9 0 ° で あるプリズム形状であるとよい。

[0080] [効果]

本開示のフロントライ ト 4によると、 導光板 2の射出面 2匕に複数の凸状 構造体 9を設けることにより、 第 1光源 3から凸状構造体 9に入射した光を 全反射させることなく射出して対象物 8を照射することができる。 したがつ て、 導光板 2の第 2主面 2〇に反射型構造体を設ける場合に比べ、 導光板 2 の射出面 2 に対する凸状構造体 9の面積の総和の比率を小さく して、 効率 よく対象物 8側へ光を取り出すことができ、 明るく鮮明な画像取得が可能に なる。

[0081 ] また、 導光板 2の射出面 2匕に複数の凸状構造体 9を設けることにより、 凸状構造体 9に進入したすべての光を導光板 2の射出面 2匕から取り出すこ とができるため、 光の利用効率を向上することができる。 さらに、 導光板 2 内に進入した光は導光板 2の下面 2〇では全反射するため、 下面 2〇からの 光の射出を抑制して、 光の利用効率を向上することができる。 光の利用効率 が向上することにより、 省電力のフロントライ ト 4を提供することができる 。 また、 凸状構造体 9が光の伝搬方向 を横断する断面にプリズム形状を有 \¥02020/174757 16 卩（：17 2019/043435

することにより、 対象物 8を照射しない無効光を抑制することができ� �。

[0082] さらに、 平板状の導光板 2を備えるフロントライ ト 4は、 小型化が容易で ある。 したがって、 省電力で小型のフロントライ ト 4を実現することができ る。

[0083] また、 本開示のフロントライ ト 4を備えることにより、 光の利用効率が向 上した読取装置 1 を提供することができる。

[0084] [変形例 1 ]

図 1 1は、 凸状構造体 9 1〜 93の配置の変形例を示す図である。 図 1 1 に示すように、 第 1光源 3から距離が近い凸状構造体 9 1の取り出し角度 0 _{2 !} は小さく、 第 1光源 3からの距離が離れるにつれて、 凸状構造体 92、 93 の取り出し角度 0 ₂₂ 、 0 ₂₃ が大きくなるように配列されていてもよ い。 すな わち、 凸状構造体 9 1〜 93が光の伝搬方向八に沿って配列され、 第 1光源 3から離れるにつれて、 凸状構造体 9 1〜 93の取り出し角度 0 ₂₁ ~0 ₂₃ が 大きくなる。 すなわち、 凸状構造体 9 1〜 93の取り出し角度 0 ₂₁ ~0 ₂₃ の 大きさが、 0 ₂₁ <0 ₂₂ <0 ₂₃ となる。

[0085] 第 1光源 3からの距離が近い位置では、 射出される光が導光板 2の射出面

2匕に対して垂直に近い場合、 鏡面反射により迷光となって撮像装置 5に入 り、 撮像障害となってしまう。 そこで、 第 1光源 3からの距離が近い位置に 配置された凸状構造体 9 1では、 取り出し角度 0 ₂₁ を小さくすることで、 導 光板 2の射出面 213に対して垂直に近い光の射出を抑制するこ とができる。 また、 第 1光源 3から距離が離れた位置の凸状構造体 93では、 取り出し角 度 0 ₂₃ が 90° に近くなって、 導光板 2の射出面 2匕に対して垂直に近い光 が射出された場合でも、 その光は撮像装置 5には入らないため撮像障害とは ならない。 このため、 図 1 1 に示すように、 光の伝搬方向八に沿って、 第 1 光源 3に近い位置に配置された凸状構造体 9 1の取り出し角度 0 _{2 !} よりも、 凸状構造体 92の取り出し角度 0 ₂₂ が大きくなっていてもよい。 さらに、 凸 状構造体 92よりも第 1光源 3から離れた位置に配置された凸状構造体 93 の取り出し角度 0 ₂₃ が、 凸状構造体 92の取り出し角度 0 ₂₂ よりも大きくな 〇 2020/174757 17 卩（：171?2019/043435

っていてもよい。 このように、 それぞれの凸状構造体 9 1〜 9 3が、 光の伝 搬方向 に沿って配列され、 第 1光源 3からの距離が離れるにつれて、 凸状 構造体 9 1〜 9 3の第 2傾斜角度 0 _{2 1} ~ 0 _{2 3} が大きくなっていてもよい。

[0086] このような凸状構造体の配置によると、 射出される光の角度抑制をするの が望ましい第 1光源 3の近傍の凸状構造体 9 1では、 取り出し角度 0 _{2 1} を小 さく して、 無効となる光を抑制することができる。 また、 射出される光の角 度抑制をしなくてもよい第 1光源 3から離れた位置に配置された凸状構造体 9 2、 9 3では、 取り出し角度 0 _{2 2} 、 凸状構造体 9 1の取り出し角 度 0 _{2 1} よりも大きくすることにより高い効率を 得ることができる。

[0087] なお、 凸状構造体 9 1〜 9 3の幅およびピッチ等を調整して、 たとえば、 凸状構造体 9 1 と凸状構造体 9 2との間隔は広く配置され、 凸状構造体 9 2 と凸状構造体 9 3との間隔は狭く配置されていてもよい。 たとえば、 導光板 2において、 第 1光源 3からの距離が近い部分では、 射出面 2匕の面積に対 する凸状構造体の面積占有率が小さく配置さ れ、 第 1光源 3から離れるにつ れて、 射出面 2匕の面積に対する凸状構造体の面積占有率� �大きく配置され ていてもよい。 すなわち、 複数の凸状構造体は、 光の伝搬方向 に沿って配 列され、 第 1光源 3から離れるにつれて複数の凸状構造体の面� �率が大きく なってもよい。 なお、 面積率とは、 射出面 2匕に対する単位面積あたりの凸 状構造体の占める割合のことである。 面積率は、 凸状構造体の配置密度、 お よび/または凸状構造体 1つあたりの面積で調整することができる。

[0088] 凸状構造体が導光板 2の射出面 2匕に均一に配置されていると、 第 1光源

3に近い部分ほど照度が高くなってしまうこ� �があるが、 このような配置と することにより、 導光板 2における照度分布を均一にすることができ� �。 な お、 変形例 1 において、 凸状構造体の数は複数であれば、 必ずしも 3つでな くてもよい。

[0089] [変形例 2 ]

図 1 2は、 凸状構造体 9の形状の変形例を示す図である。 図 1 2に示すよ うに、 凸状構造体 9は、 さらに第 3面 9〇を有し、 光の伝搬方向 を横断す 〇 2020/174757 18 卩（：171?2019/043435

る断面が四角形の形状であってもよい。 すなわち、 凸状構造体 9は、 第 1光 源 3からの光の伝搬方向八において、 第 1光源 3側である第 1面 9 3と反対 側に、 射出面 2 と直交する第 3面 9〇を有していてもよい。 図 1 2におい て、 凸状構造体 9の第 1面 9 3および第 3面 9〇と交差する面が第 2面 9匕 である。 この場合、 第 2面 9 13から射出される光干 7および第 3面 9〇より 射出される光チ 8が対象物 8を照射する。

[0090] 図 5のように、 取り出し角度 0 ₂ が大きい、 すなわち、 取り出し角度 0 ₂ が

9 0 ° に近い場合、 凸状構造体 9の第 2面 9匕の上方から射出する光チ 4が 、 導光板 2の射出面 2匕に対して垂直に近い光となり、 無効光となってしま う可能性がある。 また、 図 6のように、 取り出し角度 が小さい、 すなわち 、 取り出し角度 が 4 5 ° に近い場合、 凸状構造体 9の第 2面 9匕の下方か ら射出する光チ 5が、 導光板 2の方向に向かって射出されてしまい、 無効光 となってしまう可能性がある。 そこで、 図 1 2のように、 凸状構造体 9の第 2面 9匕の取り出し角度 0 _{2 4} は小さく、 すなわち、 取り出し角度 0 _{2 4} が 4 5 ° に近く、 第 3面 9〇の取り出し角度 0 _{2 5} は大きく、 すなわち、 取り出し角 度 0 _{2 5} は 9 0 ^° に近くするとよい。 このようにすると、 図 5および図 6にお いて、 無効光となってしまう光干 4、 干 5を抑制することができる。 なお、 変形例 2において、 凸状構造体 9の断面の形状は、 必ずしも四角形でなくて もよい。 たとえば、 凸状構造体 9の断面形状が、 四角形以外の多角形、 また は曲線を含む形状であってもよい。

[0091 ] （実施の形態 2）

本開示の実施の形態 2にかかるフロントライ トについて説明する。 なお、 実施の形態 2では、 主に実施の形態 1 と異なる点について説明する。 実施の 形態 2においては、 実施の形態 1 と同等の構成については同じ符号を付して 説明する。 また、 実施の形態 2では、 実施の形態 1 と重複する記載は省略す る。

[0092] 図 1 3は、 実施の形態 2にかかるフロントライ ト 4の凸状構造体 9 4の断 面図である。 〇 2020/174757 19 卩（：171?2019/043435

[0093] 実施の形態 2では、 凸状構造体 9 4が光の伝搬方向 を横断する断面が円 弧であるシリンドリカル形状を有するという 点で、 実施の形態 1 と異なる。

[0094] 図 1 3に示すように、 本実施の形態において、 凸状構造体 9 4は半円形の 断面を有する。 すなわち、 凸状構造体 9 4は、 光の伝搬方向 を横断する断 面が円弧であるシリンドリカル形状を有する 。 このような構成により、 凸状 構造体 9 4の頂部付近に進入した光チ 9が、 凸状構造体 9 4から射出される ときに、 導光板 2の射出面 2匕に対して垂直に近い光とはならずに、 効率よ く対象物 8を照射することができる。 また、 凸状構造体 9 4から射出される 光干 1 0のように、 対象物 8に向かわない光を抑制することもできる。 また 、 凸状構造体 9 4がシリンドリカル形状であることにより、 図 1 3において 破線で示す光チ 1 1のような、 導光板 2の射出面 2匕に対して垂直に近い光 を抑制することができる。

[0095] 凸状構造体 9 4がシリンドリカル形状を有する場合、 取り出し角度 0 ₂ が 9

0 ^° のプリズム形状を有する場合と同等の取り出 し効率を実現することがで きる。 また、 凸状構造体がプリズム形状を有する場合と比 較して加工が容易 であるため、 製造コストを抑制することができる。

[0096] なお、 凸状構造体 9 4の断面は、 必ずしも半円でなくてもよい。 たとえば 、 凸状構造体 9 4の断面が半楕円状であってもよい。 また、 図 1 4に示すよ うに、 凸状構造体 9 5のように、 その断面が長方形 9 5 3と半円 9 5匕を組 み合わせた形状であってもよい。 この場合、 導光板 2の射出面 2 13に近い部 分の取り出し角度 0 _{2 6} が 9 0 ° であるため、 対象物 8に向かわない無効な光 を抑制して効率よく対象物 8を照射することができる。

[0097] （実施の形態 3）

本開示の実施の形態 3にかかるフロントライ トについて説明する。 なお、 実施の形態 3では、 主に実施の形態 1 と異なる点について説明する。 実施の 形態 3においては、 実施の形態 1 と同等の構成については同じ符号を付して 説明する。 また、 実施の形態 3では、 実施の形態 1 と重複する記載は省略す る。 〇 2020/174757 20 卩（：171?2019/043435

[0098] 図 1 5は、 実施の形態 3にかかるフロントライ ト 4の凸状構造体 9 6の断 面の拡大図である。

[0099] 実施の形態 3では、 凸状構造体が直方体形状を有するという点で 、 実施の 形態 1 と異なる。

[0100] 図 1 5に示すように、 本実施の形態において、 凸状構造体 9 6は矩形の断 面を有する。 すなわち、 凸状構造体 9 6は、 直方体形状を有する。

[0101 ] 凸状構造体 9 6の天面 9 6 ₃ での全反射を抑制するため、 凸状構造体 9 6 の高さ と幅 が、 数 4の式で表されるように、 凸状構造体 9 6を設けると よい。

[0102] [数 4] 13041.8° ^ 0.89

[0103] 凸状構造体 9 6の天面 9 6 3は、 導光板 2の射出面 2匕と平行である。 こ のため、 図 1 5に示すように、 導光板 2の下面 2〇から導光板 2に入射した 光干 1 2の直進性を阻害しないため、 導光板 2の透明性を高くすることがで きる。

[0104] なお、 上述した各実施の形態では、 フロントライ ト 4は読取装置 1 に搭載 されているが、 フロントライ ト 4は、 たとえば液晶パネルのフロントライ ト として使用することもできる。

[0105] また、 上述した各実施の形態において、 読取装置 1 にはガラス 7および第

2光源 6が設けられているが、 ガラス 7および第 2光源 6は必ずしも設けら れていなくてもよい。

[0106] また、 上述した各実施の形態では、 導光板 2は平板状に形成されているが 、 たとえば、 第 1光源 3から離れるにつれて、 薄くなるような形状であって もよい。 この場合、 第 1光源 3から離れるにつれて反射機会を増やすこと� � できるため、 照度分布を均 ^_ にすることができる。

産業上の利用可能性

[0107] 本開示の各実施の形態におけるフロントライ トは、 読取装置または液晶パ 〇 2020/174757 21 卩（：171?2019/043435

ネル等のフロントライ トとして幅広く利用することが可能である。

符号の説明

[0108] 1 読取装置

2 導光板

2 3 入射面 （側面）

2匕 射出面 （第 1主面）

2〇 下面 （第 2主面）

3 第 1光源

4 フロントライ ト

5 撮像装置

6 第 2光源

8 対象物

9、 9 1 - 9 6 凸状構造体

9 3 第 1面

9匕 第 2面

9〇 第 3面