CN101182914A - 光导,光源装置及电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种光导、光源装置及电子装置。光导包括入射面、出射面和光导部分。从沿直线设置的多个发光装置所发出的光从入射面进入。出射面形成为使得光集中的形状。从入射面已经进入的光从出射面出射。光导部分是弯曲的。光导的体积沿入射面到出射面的方向逐渐增加。

Description

光导，光源装置及电子装置

技术领域

本发明涉及一种引导发光装置发出的光并使光线性射出的光导。本发明还涉及使用上述光导的光源装置和电子装置。

背景技术

作为用于扫描仪，阅读图像等的多功能机械等的光源，已经使用CCFL(冷阴极荧光发光)灯。近年来，为了薄化或最小化装置的主体，在图像阅读部分(如日本专利申请未公开No.2004-72152中段落“0026”，图1中所披露的)已经使用了CIS(接触图像传感器)。CIS将LED(发光二极管)用作光源以最小化装置。替代CCFL的LED的使用允许减少启动时间和功耗。另外，因为LED不含汞，能够有助于防止环境污染。

发明内容

当诸如LED的固态发光装置用作光源时，很明显使用将发光装置均匀引导到阅读目标的光导。在此情况中，光导被线性构造是有用的。当包含线性构造的光导的光源装置移动时，光被照射到整个阅读目标上。

这样，当发光装置的光从光导的一端侧或两端侧进入时，很难使光均匀地从光导出射到阅读目标并为阅读目标提供足量的光。当使用许多发光装置来增加光量时，装置将变大。另外，光会不均匀地照射在阅读目标上。

根据前述，期望提供一种其能够均匀地照射光的光源装置，用在光源装置中的光导，以及配有上述光源装置的电子装置。

另外，期望小型化或薄化诸如扫描仪的电子装置。

根据本发明的实施例，提供一种光导。光导包括入射面、出射面和光导部分。沿直线设置的多个发光装置所发出的光从入射面进入。出射面形成为使得光集中的形状。从入射面进入的光从出射面出射。光导部分是弯曲的。光导的体积沿从入射面到出射面的方向逐渐增加。

根据本发明的该实施例，因为光导部分的体积逐渐增加，能够有效地引导从入射面进入的光并扩散、会聚光，以及使会聚光从出射面出射。当光导部分以适当角度弯曲时，从入射面进入的光以所需角度弯曲并且光从出射面出射。因此，虽然光路长度被保持得尽可能的大，但光能被扩散和均匀照射。另外，光导和配置光导的电子装置可被最小化或薄化。

“光导部分是弯曲的”可以指光导部分按照清晰弯曲线弯曲的状态。或者，“光导部分是弯曲的”可以指光导部分在没有弯曲线的情况下逐渐弯曲的状态。

在本发明的实施例中，出口表面被喷砂加工(blast-finished)。因此，当光在出射面会聚和散射时，光从出射面出射。进而，光能够比不是喷砂加工的平面更均匀地照射在照射目标上。

在本发明的实施例中，光导部分设置在照射目标的远侧上，并具有以120°至150°范围内的角度弯曲的侧面。当侧面在上述范围内弯曲时，能够抑制光从侧面的泄漏。因此，能够增加从出射面出射的光量。

在本发明的实施例中，出射面在多个发光装置设置的方向上具有多个光会聚表面。因此，多个光会聚表面有助于从出射面出射的光的均匀性。

在本发明的实施例中，光入射面形成为使得光扩散的形状。因此，进入入射面的入射光被有效扩散。这种结构有助于光的均匀。

根据本发明的实施例，提供一种光导。光导包括入射面、出射面和光导部分。沿直线设置的多个发光装置所发出的光从入射面进入。出射面形成为使得光集中的形状。从入射面进入的光从出射光出射到光照射目标。光导部分具有设置在光照射目标近侧的第一侧面以及设置在光照射目标远侧并以第一角度从第一侧面弯曲的第二侧面，以及将光从入射面引导到出射面。

根据该实施例，因为第二侧面被形成得使其以第一角度弯曲，光路长度被保持得尽可能大。因此，从入射面进入的光被均匀化。另外，因为从入射面进入并以预定角度弯曲的光从出射面出射，光导和电子装置被小型化。另外，可使光会聚并从出射面出射。因此，能使线性光有效出射。

在本发明的实施例中，第一侧面具有与入射面相连的第一反射面，以及以第二角度与第一反射面相连并与出射面相连的第二反射面，所述第二角度小于第一角度。当出射面的光会聚状态、第一角度和第二角度被适当设定时，传输到出射面的光适当地伸展。因此，所述线基本对准在形成以光会聚形状的出射面上。因此，能够照射良好定形的光，及准确线性定形的光。

在本发明的实施例中，第二侧面具有第三反射面，其与入射面相连，并且随着所述第三反射面远离所述入射面，所述第三反射面逐渐远离所述第一反射面。因此，能够在没有光量损耗的情况下引导从入射面进入的光。

在本发明的实施例中，光导部分具有光闸部分，其阻挡从入射面经过到达出射面的部分光并形成在第一反射面和第二反射面之间，使得光闸部分从第一侧面凹陷。因此，引起倾向于传播并从出射面端部区域出射的过量光从出射面中心区域出射。

根据本发明的实施例，提供一种光源装置。光源装置包括多个发光装置和光导。多个发光装置沿直线设置。光导具有多个发光装置发出的光从其进入的入射面，形成为使得光集中的形状并且已经从入射面进入的光从其出射的出射面，以及弯曲且其体积沿着入射面到出射面的方向逐渐增加的光导部分。

根据本发明的实施例，提供一种电子装置。电子装置包括多个发光装置，光导和光电转换装置。多个发光装置沿直线设置。光导具有多个发光装置所发出的光从其进入的入射面，形成为使得光集中的形状并且已经从入射面进入的光从其出射的出射面，以及弯曲并且其体积沿着入射面到出射面的方向逐渐增加的光导部分。光电转换装置接收已经从出射面出射并被光照射目标反射的光，并将反射光转换成电信号。

因此，根据本发明的实施例，光被均匀照射到照射目标上。另外，光导、光源装置和电子装置可被最小化或薄化。

本发明的这些和其他目标、特征和优点将通过以下对优选实施方式的详细描述而变得更加显见，所述优选实施方式如附图中所示。

附图说明

参照附图，根据以下详细描述能够更充分理解本发明，其中相似参考标记表示相似的元件，其中：

图1是示出了根据本发明实施例的光源装置的透视图；

图2是示出了沿着图1中所示箭头A的方向观看的光源装置的示意图；

图3是示出了部分光源装置的平面图；

图4是示出了其中已经构建有光源装置的托架的截面图；

图5是示出了作为配有托架的示例性电子装置的扫描装置的透视图；

图6是示出了设置在托架内的光学系统的原理的示意图；

图7是示出了通过光导的光束模拟的示意图；

图8是示出了根据本发明实施例的光源装置的照明分布特性的示意图；

图9是示出了发光装置设置在光导板两端的情况下照明分布的示意图；

图10是示出了多个发光装置直接设置在光导板下方的情况下照明分布的示意图；

图11A和11B是示出了现有技术的CCFL和LED的启动时间的图表；

图12是示出了根据本发明另一实施例的光源装置的侧视图；

图13是示出了经过图1 2中所示光导的光束模拟的示意图；

图14是描述根据光源装置的光闸部分功能的示意图；

图15A是示出了光束模拟的示意图，所述光束在角度θ2已经被设定成大于150°的情况下通过光导；

图15B是示出了光束模拟的示意图，所述光束在角度θ2已经被设定成小于120°的情况下通过光导；

图16是示出了根据本发明另一实施例的部分光源装置的平面图；

图17是示出了根据本发明另一实施例的部分光源装置的平面图；

图18是示出了根据本发明另一实施例的部分光源装置的平面图；

图19A是示出了图18中所示光源装置的左半部分的照明分布的示意图；和

图19B是示出了图3中所示光源装置的照明分布的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图描述本发明的实施例。

图1是示出了根据本发明实施例的光源装置10的透视图。图2是示出了沿着图1中所示箭头A方向观看的光源装置10的透视图。图3是示出了部分光源装置10的平面图。

如图1和图3所示，光源装置10包括多个发光装置2和光导3。发光装置2沿直线设置(沿图1和图3中所示的X方向)。光导3沿着预定方向引导从发光装置2发出的光。发光装置2例如设置在印刷线路板8上。每个发光装置2是具有红色、绿色和蓝色(RGB)的三个发光源的LED。发光装置2发射混合三种颜色光的白光。

替代地，每个发光装置2可包括单色的发光源或多个单色发光源。在此情况中，每个发光装置2发射RGB的单色光。光导3混合RGB不同颜色的光。发光装置2可以是无机发光装置或有机发光装置。

图4是示出了其中构建有图1至3中所示的光源装置10的托架的截面图。图5是示出了作为配有托架21的示例性电子装置的扫描装置的透视图。扫描装置100包括主体24和盖25。主体24具有其上放置有作为示例性光照射目标22的文档片、图片等的压板23(参照图2和4)。盖25设置在主体24上，以便盖25可从压板23打开或与其闭合。压板23例如由具有高光透射率的玻璃或树脂制成。电机(未示出)等设置在主体24内，其是沿直线方向(图1至图5中所示的Y方向)移动托架21以便阅读放置在压板23上的光照射目标22的整个表面。另外，引导移动的托架21的导轨19设置在主体24内。导轨19与托架21的下部相连，例如，如图4中所示。扫描装置100的结构不限于图1至图5中所示的实例。因此，扫描装置100在必要时可被设计成任何适合的结构。

如图4所示，前述光源10，多个反射镜11、12、13、14和15，聚焦目标的透镜系统16，光路长度调节装置17，以及图像传感器(光电转换装置)18设置在托架21中。将所述多个反射镜11、12、13、14和15设置成使得光源装置10至图像传感器18的光路长度变得尽可能大。反射镜11、12、13、14和15沿X方向延伸(如图4所示)。透镜系统16可包括多个透镜。光路长度调节装置17调节例如红外光和常规光之间的光路差。图像传感器18例如是CCD(电荷耦合装置)。图像传感器18可以是取代CCD的CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器。根据图像传感器18的类型，设置在托架21中的光学系统可被设计成任何适合的结构。

图6是示出了设置在托架21中的光学系统原理的示意图。从光导3的出射面6(随后予以描述)出射的线性光照射在光照射目标22上。从光照射目标22反射的光被反射镜11、12、13、14和15反射(参照图4)。反射镜11、12、13、14和15的反射光通过透镜系统16进入图像传感器18。

如图2所示，光导3包括多个发光装置2所发出的光从其进入的入射面7，使从入射面7已经进入的光会聚并使会聚光出射的前述出射面6，以及引导已经从入射面7进入的光到达出射面6的光导部分9。

入射面7例如是平面形。入射面7在Z方向上的宽度w1(高度方向上的宽度)被设计成基本与每个发光装置2的发光平面的宽度相同或略小。这种结构防止从出射面6出射的光与黑线相混合。因此，这种结构有助于光的均匀。

光导部分9是弯的，使其体积沿着入射面7到出射面6的方向逐渐增加。“光导部分9是弯的”可清楚地由弯曲线表示，如图2所示。取代地，“光导部分9是弯的”可以是没有弯曲线的曲形状态。

光导部分9具有形成在光照射目标22近侧的第一侧面4以及形成在第一侧面4的远侧的第二侧面5。第一侧面4包括第一反射表面4a和第二反射表面4b。第二侧面5包括第三反射表面5a和第四反射表面5b。第三反射表面5a和第四反射表面5b所形成的角度由角度θ1表示，并且，第一反射表面4a和第二反射表面4b所形成的角度由角度θ2表示。角度θ1和角度θ2满足θ1＞θ2的关系。换句话说，这种关系引起光导部分9的体积沿入射面7到出射面6的方向逐渐增加。换句话说，光导部分9形成为使得第一反射表面4a离入射面7越远，第一反射表面4a离第三反射表面5a就越远，以及第二反射表面4b离入射面7越远，第二反射表面4b离第四反射表面5b就越远。在该实例中，角度以平面X-Y为基础。

具体地说，θ1被设定在从120°到150°的范围内。优选地，θ1被设置成142°。相反，θ2不受限制，只要它比θ1小。换句话说，θ1和θ2被设定成使得出射面6的曲率半径(将在下文中予以说明)变得适合，即具有所需光通量和光量的光从出射面6出射。

出射面6具有沿图2绘图方向观看的圆柱形截面。取代地，出射面6可具有椭圆形截面或双曲线形截面。出射面可被喷砂加工(blast-finished)。当出射面6被喷砂加工时，从出射面6出射的光会聚并散射在出射面6上。因此，光能够比未被喷砂加工的出射面6更均匀地照射在光照射目标22上。如图3所示，当相邻发光装置2之间的间距p1大于图2中虚线所表示的光路长度h时，很明显发生色彩发暗。可是，当出射面6被喷砂加工时，促进均匀化光。因此，允许光路长度h比间距p1更小。由此，光导3能够被薄化或小型化。尽管间距p1被设定在9至12mm范围内，但根据发光装置的尺寸和其他设计条件，间距可被设计成任何适合的数值。尽管出射面6的曲率半径被设定在2至4mm的范围内，但在必要时可被设定成任何适合的数值。

图7是示出了经过光导3的光束模拟的示意图。从附图中可以清楚看出，从入射面7进入的大部分光束在第一侧面4和第二侧面5上被全部反射并且从出射面6出射。因此，从出射面6出射的光量增加。当角度θ1和θ2被适当地设定成前述数值，能够获得上述光束。

根据出射面6的形状和θ1与θ2的数值，光导部分9适当地扩展朝出射面6传播的光。因此，形成以光会聚形状的出射面6基本准直光线。进而，能够照射被良好定形的光，及准确的线形光。

图8是示出了根据本发明该实施例的光源装置10的照明分布特性的示意图。在图8中，照明分布d1在光源装置10的纵向上是均匀的。

图9示意性示出了发光装置2被设置在光导板32两端情况下的照明分布。在此实例中，照明分布d2的中心处的照明最强。图10是示出了多个发光装置2例如直接设置在光导板下方的情况下的照明分布的示意图。在该实例中，照明分布d3在每个发光装置2处变化。在图9和10所示的实例中，很难获得均匀的照明分布。

如上所述，根据该实施例，因为设计光导部分9使其体积逐渐增加，光导部分9能有效引导从入射面7进入以及扩散的光，并使光从出射面6出射。换句话说，光引导部分9能够引导从入射面7进入且扩散而没有光损耗的光。

另外，因为光导部分9是弯曲的，从入射面7进入的光以预定角弯曲并随后光从出射面6出射。进而，虽然光导3的光路长度h被保持得尽可能地大，但光可扩散和均匀照射。另外，光导3和配有光导的扫描装置100可被最小化或薄化。可是，如上所述，光路长度h可小于间距p1(参照图3)。

根据该实施例，因为不必使用扩散片等，能够降低光源装置10和扫描装置100的制造成本。另外，这些省略的部分有助于光源装置10和扫描装置100的小型化。

图11A和11B是示出了现有技术的CCFL和LED的启动时间的图表。每个图表垂直轴表示光的强度，在此水平轴表示通电后经过的时间(单位：秒)。因此，尽管LED具有不同强度的RGB，但LED的启动时间要远小于CCFL的启动时间。

图12是示出了根据本发明另一实施例的光源装置30的侧视图。在下文中，与图2中光源装置10相同的结构与功能的描述被简化或省略，并仅说明它们的差别点。

在该实施例中，图12中所示的光导33具有光闸部分34c，其从第一侧面34凹陷并形成在第一反射面34a和第二反射面34b之间。光闸部分34c具有阻挡从入射面37传播到出射面36的部分光束的功能。图13是示出了经过光导33的光束模拟的示意图。尽管光导33具有光闸部分34c，光导33具有与图2中所示的光导相同的作用。除光导33具有光闸部分34c外，第三反射面35a上反射的入射光倾向于扩展并从出射面36的端部区域出射，如图14中虚线所示。相反，该实施例的光导33允许第三反射表面35a上反射的入射光在光闸部分34c上反射以及反射光从出射面36的中心区域而不是端部区域出射。

图15A是示出了经过光导33的光束模拟的示意图，所述光导具有光闸部分34c并且其θ1被设定成150°或更大。图15B是示出了经过光导33的光束模拟的示意图，所述光导具有光闸部分34c并且其θ1被设定成小于120°。因此，可以清楚除非角度θ1处于120°至150°的范围内，光才从光导33增加地泄漏。

图15A和15B示出了经过具有光闸部分34c的光导33的光束模拟。同样，除非角度θ1处于适当的范围，否则光从不具有光闸部分34c的光导泄漏。

图16是示出了根据本发明另一实施例的部分光源装置的平面图。沿多个发光装置2设置的方向所形成的多个光会聚面46a形成在光源装置50的光导43的出射面46上。在该实例中，光会聚面46a按照一对一的关系与发光装置2对应形成。取代地，光会聚面46a可以不是按照一对一的关系与发光装置2对应形成。换句话说，一个光会聚面46a可对应每两个或多个发光装置2形成。光会聚面46a可具有球形部分或环形部分。当光导43从其侧面观看时，其具有与图2中所示的光导3或图12中所示的光导33相同的形状。

多个光会聚面46a有助于从出射面46出射的光的均匀性。

图17是示出了根据本发明另一实施例的部分光源装置70的平面图。在光源装置70内，光导53具有形成以使光扩散的形状，例如棱镜形的入射面57。形成在入射面57上的棱镜可被设计成任何适合的尺寸。对于棱镜形状之外的扩散形状，可在每个发光装置2上形成凹平面。因此，光导53能有效扩散从入射面57进入的入射光并有助于入射光的均匀性。

图18是示出了根据本发明另一实施例的部分光源装置90的平面图。在光源装置90中，发光装置2按照以下方式设置，即每个发光装置2相对光导63中心的倾斜角与距光导63中心的距离成比例。换句话说，设置在端部区域63a的发光装置2的倾斜角在所有发光装置2中是最大的。进而，相比于其他结构，能够防止光导63端部区域63a的照明降低。因此，相比于其他结构，能够均匀地保持端部区域63a处的照明。

图19A是示出了图18中所示光源装置90左半部分的照明分布的示意图。光源装置90的右半部分的照明分布与其左半部分对称。进而，可以清楚地看到光没有大量地扩展到左侧和右侧。图19B是示出了图3中所示光源装置10的照明分布的示意图。

本领域技术人员应当理解，根据处于所附权利要求或其等同物的范围内的设计需求和其他因素，可存在各种修改、组合、子组合和替换。

例如，可结合使用至少两个光源装置10、30、50、70和90。

在前述实施例中，按照示例性电子装置描述了扫描装置100。取代地，电子装置可以是复印机或包含打印机功能的多功能机械。

在前述实施例中，发光装置被设置成一行。取代地，发光装置可设置成多行。

相关申请的交叉参考

本发明包含涉及2006年11月10日在日本专利局递交的日本专利申请JP2006-304679的主题，其全部内容在此包含引作参考。

Claims (11)

1.一种光导，其包括：

入射面，沿直线设置的多个发光装置所发出的光从该入射面进入；

出射面，形成为使得光集中并且从入射面进入的光从该出射面出射；以及

光导部分，其是弯曲的，并且该光导部分的体积沿从入射面朝向出射面的方向逐渐增加。

2.根据权利要求1所述的光导，其中，所述出射面被喷砂加工。

3.根据权利要求1所述的光导，其中，所述光导部分具有一侧面，该侧面设置在照射目标的远侧上并以120°至150°范围内的角度弯曲。

4.根据权利要求1所述的光导，其中，所述出射面在沿设置所述多个发光装置的方向上具有多个光会聚表面。

5.根据权利要求1所述的光导，其中，所述光入射面形成为使得光扩散的形状。

6.一种光导，其包括：

入射面，沿直线设置的多个发光装置所发出的光从该入射面进入；

出射面，形成为使得光集中，并且从入射面进入的光由此出射面朝向光照射目标出射；以及

光导部分，其具有设置在光照射目标近侧的第一侧面以及设置在光照射目标远侧并以第一角度从第一侧面弯曲的第二侧面，并且该光导部分将光从入射面引导到所述出射面。

7.根据权利要求6所述的光导，其中，所述第一侧面包括：

与所述入射面相连的第一反射面；和

以小于所述第一角度的第二角度与所述第一反射面相连并与所述出射面相连的第二反射面。

8.根据权利要求7所述的光导，其中，所述第二侧面具有与所述入射面相连的第三反射面，并且随着所述第三反射面远离所述入射面，所述第三反射面逐渐远离所述第一反射面。

9.根据权利要求7所述的光导，其中，所述光导部分具有光闸部分，其阻挡从所述入射面经过到达所述出射面的部分光，并形成在所述第一反射面和第二反射面之间，以使得所述光闸部分从第一侧面凹陷。

10.一种光源装置，其包括：

沿直线设置的多个发光装置；以及

光导，其具有入射面，所述多个发光装置发出的光从该入射面进入；出射面，其形成为使得光集中的形状，并且从入射面进入的光从该出射面出射；以及光导部分，其是弯曲的且其体积沿着从所述入射面到出射面的方向逐渐增加。

11.一种电子装置，其包括：

沿直线设置的多个发光装置；

光导，其具有入射面，多个发光装置所发出的光从所述入射面进入；出射面，其形成为使得光集中的形状，并且从入射面进入的光从该出射面出射；以及光导部分，其是弯曲的，并且其体积沿着从所述入射面到出射面的方向逐渐增加；以及

光电转换装置，其接收从所述出射面出射并被光照射目标反射的光，并将所述反射光转换成电信号。

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