CN101355629B - 用于原稿读取的光源装置 - Google Patents

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Abstract

将线光源附着到辐射体，将棒状透镜附着到该线光源之上。附着有线光源和棒状透镜的辐射体和设置在棒状透镜前面的直线带状反射镜容纳在托架中。该托架支撑在玻璃罩下方，并可以在与线光源的纵向方向垂直的方向上移动。所述透镜在与透镜的纵向方向垂直的平面上具有截面，在该截面中，透镜的面向线光源的表面具有朝向光源扩张的曲线。透镜的背向光源的表面具有多个复合曲线，所述复合曲线包括具有不同曲率半径的多个连续曲线。所述多个复合曲线位于包含LED的光轴的平面两侧，并且在背离光源的方向上扩张。

Description

用于原稿读取的光源装置
技术领域
本发明涉及一种用于原稿读取的光源装置，更具体而言，涉及用作在诸如扫描仪之类的原稿读取器中的光源的一种用于原稿读取的光源装置。
背景技术
在使用收缩式光学系统或接触式光学系统的扫描器中读取原稿的常规过程中，可以将具有一定宽度的线状扫描光施加在原稿图像上。然后，通过包含镜面和透镜的光路，在线阵固态成像器件(线阵CCD)上对反射光或透射光成像。对来自线阵固态成像器件(线阵CCD)的输出信号进行处理，以读取原稿图像。
此外，已经提出了一种结构如图7中所示的照射光学系统，其将从光源发出的光施加到原稿图像上。
该系统包括托架50，其容纳了诸如卤素灯之类的线光源51以及布置在该线光源51附近的反射镜52。来自线光源51的直射光以及从光源51发出并在反射镜52上反射的光被收集，并且在穿过玻璃罩53之后，施加到原稿图像54上。在原稿图像54上被反射并穿过玻璃罩53的光经由同样容纳在托架50中的镜面55传导至通往线阵CCD的光路中(例如，参见专利文献1)。
在以上配置的原稿图像读取方法中，在20％的光量波动以内的、施加到原稿图像上的线形光的宽度被确定为是线阵CCD中成像区域宽度的1.5倍甚至更大。在该情况下，就可能会发生光学移动部件(托架)的附着精度误差以及由于移动(扫描)中的振动引起的被照射位置的位移。即使是在这种情况下，也可以抑制在线阵CCD中成像区域内、在原稿图像上的光量波动。
[专利文献1]   JP 11-27458A
在上述原稿图像读取方法中，从光源发出的光被分到两个光路中：第一光路和第二光路。在第一光路中，光直接穿过玻璃罩53并到达原稿图像54。在第二光路中，光从反射镜52反射，反射光穿过玻璃罩53并到达原稿图像54.
在这种情况下，在光源51中使用宽指向性卤素灯，并且反射镜52位于光源51附近，以提高光收集效果。然而，经过第二光路到达原稿图像54的光量少于经过第一光路到达原稿图像54的光量。
因此，在运动方向(子扫描方向)上，施加到原稿图像54上的线形光的宽度上的照射强度分布变得不均匀，并导致读取原稿图像54时的变化。
宽指向性光源提供了大量的不能用于读取原稿图像54的光(光损失)，并且来自光源的光未被充分利用。使用具有的总光束比卤素灯少很多的LED光源来实现与卤素灯相等的照射光量则会需要大量的LED光源。
为了解决上述问题，可以在玻璃罩下并排地设置两个卤素灯，以便从这两个卤素灯施加对称光给玻璃罩上的原稿图像，从而实现了照射光的照射强度的良好分布。
在该情况下，通过在光源中使用两个卤素灯能够获得良好的照射强度光学分布，但带来了材料开支，并造成了生产成本的提高。
本发明是考虑到以上问题而作出的，并且其目的是提高一种低成本的用于原稿读取的光源装置，其在光利用率方面表现良好，到原稿图像的照射强度高，并且能够施加具有良好照射强度分布的光。
发明内容
为了解决以上问题，如权利要求1所阐述的本发明提供了一种在原稿读取器中使用的用于原稿读取的光源装置，所述原稿读取器将光施加到原稿表面，并接收从所述原稿表面反射的光，以读取原稿。所述用于原稿读取的光源装置包括：线光源；棒状透镜，其位置与所述线光源平行，并且具有第一光轴平面和第二光轴平面，所述第一光轴平面包含穿过第一直线形线状焦点组的多个光轴，所述第一直线形线状焦点组包含多个第一焦点，所述第二光轴平面包含穿过第二直线形线状焦点组的多个光轴，所述第二直线形线状焦点组包含多个第二焦点；以及直线形反射镜，其位于所述棒状透镜的与所述线光源相对的一侧，并且在与所述棒状透镜的所述第二光轴平面相交的位置处与所述棒状透镜平行。所述第一直线形线状焦点组和所述第二直线形线状焦点组位于从所述线形反射镜反射之后的所述第二光轴平面与所述第一光轴平面相交的位置附近。
如与权利要求1相关联的权利要求2所阐述的本发明，其中，所述第一光轴平面与从所述线形反射镜反射后的所述第二光轴平面以80-100°的角度相交。
如与权利要求1相关联的权利要求3所阐述的本发明，其中，所述第一直线形线状焦点组位于与所述第二直线形线状焦点组相距2-5mm处。
如与权利要求1-3中任一项相关联的权利要求4所阐述的本发明，其中，所述棒状透镜在面向所述线光源一侧上以及相反的一侧上都具有表面，当沿着与所述棒状透镜的纵向方向垂直的平面切割时，所述表面所具有的截面形状为多条复合曲线，所述复合曲线包括多个具有不同曲率半径的连续曲线，所述多条复合曲线位于所述线光源的穿过所述棒状透镜的第三光轴的两侧，并且在背向所述线光源的方向上扩张，其中，所述多条复合曲线之间具有交接部，其是与所述第三光轴平行的直线。
如与权利要求1-4中任一项相关联的权利要求5所阐述的本发明，其中，所述第一光轴平面和在被所述直线形反射镜反射之前的所述第二光轴平面形成40°角。
如与权利要求1-5中任一项相关联的权利要求6所阐述的本发明，其中，所述线光源包括按直线排列的多个白色LED。
如与权利要求1-6中任一项相关联的权利要求7所阐述的本发明，其中，所述用于原稿读取的光源装置在与所述线光源的纵向方向垂直的方向上可移动地附着到所述原稿读取器上，同时，所述棒状透镜的所述第一光轴平面和从所述直线形反射镜反射后的所述第二光轴平面保持与所述原稿表面的法平面呈40-50°角。
在本发明中，所述棒状透镜具有用于传导从线光源发出的光的光出射面。该光出射面具有的截面形状为多个复合曲线，所述复合曲线包括多个具有不同曲率半径的连续曲线。所述复合曲线位于包含所述线光源的光轴X的平面的两侧，并且在背向所述线光源的方向上扩张。
作为结果，在原稿表面上的焦点区域内的照射强度分布均匀。
另外，在包含光轴X的平面两侧的复合曲线之间具有交接部，其是与包含LED的光轴X的平面平行的直线。
作为结果，能够将用于原稿读取的光源装置配置为，传导通过透镜的光具有较小的损耗、较高的光利用率、以及有较大的光量施加到原稿表面。
透镜的两个光轴形成40°角，并且在附着到原稿读取器上时，原稿表面的法线与一个光轴形成45°角。
作为结果，在用于感测从原稿表面反射的光的线阵CCD中，所感测的噪声光的量比读取光小。相应地，能够实现具有较高S/N比的用于原稿读取的光源装置。
以上效果是通过对棒状透镜的形状优化实现的，其能够通过低成本方法来实现。
附图说明
图1示出了本发明的实施例中所使用的线光源中所包含的LED的指向性；
图2是示出了在与本发明的实施例相关联的线光源与棒状透镜之间的关系的截面视图；
图3是在本发明的实施例中所使用的棒状透镜的局部截面视图；
图4是示出了附着在一个设备上的本发明的实施例的图示；
图5是示出了附着在一个设备上的比较例1的图示；
图6是示出了附着在一个设备上的比较例2的图示；以及
图7是示出现有技术的图示。
具体实施方式
现在将参考图1-6详细描述本发明的优选实施例(相同的参考数字指示了相同的元件)。下述各个实施例是本发明的合适的具体实例，并且在技术上优选地给出了各种限定。然而，本发明的范围并不局限于这些实施例，除非在以下描述中存在用于限定本发明的任何具体声明。
本发明的用于原稿读取的光源装置包括线光源，其包含按按直线排列的多个LED。每个LED都是白色LED，其发出的光所具有的光谱包括在光的三基色中所包含的红光、绿光和蓝光的波长成分。
可以将发蓝色光的蓝色LED元件(芯片)用作发光源。在该情况下，白色LED的具体结构包括：蓝色LED元件、在被蓝色光激发时提供经波长变换的红色光的红色荧光物质、以及类似地在被蓝色光激发时提供经波长变换的绿色光的绿色荧光物质。
因此，利用从蓝色LED元件发出的蓝色光来激发红色和绿色荧光物质，能够通过对经波长变换的红色光和绿色光以及从蓝色LED元件发出的蓝色光进行加成混合，产生白色光。
可以将发UV光的UV LED元件(芯片)用作发光源。在该情况下，白色LED包括：UV LED元件、在被UV光激发时提供经波长变换的红色光的红色荧光物质、类似地在被UV光激发时提供经波长变换的绿色光的绿色荧光物质、以及类似地在被UV光激发时提供经波长变换的蓝色光的蓝色荧光物质。
因此，利用从UV LED元件发出的UV光来激发红色、绿色和蓝色荧光物质，能够通过对经波长变换的红色光、绿色光和蓝色光进行加成混合，产生白色光。
可以将发红色光的红色LED元件(芯片)、发绿色光的绿色LED元件(芯片)以及发蓝色光的蓝色LED元件(芯片)结合用作发光源。这种情况不需要荧光物质。
因此，从红色、绿色和蓝色LED元件所发出的红色光、绿色光和蓝色光可以通过其加成混合产生白色光。
白色LED可以包括用作发光源的发蓝色光的蓝色LED元件(芯片)，以及在被蓝色光激发时提供经波长变换的黄色光的黄色荧光物质。在该情况下，白色光同样包括红色光和蓝色光的波长成分。因此，这种配置也是可行的。
在以上任何一种配置中，如果不配置诸如透镜之类的聚光器件，则白色LED具有约120°的半强度角(见图1).
如图2的截面视图中所示，提供了一种LED线光源(以下简称为“光源”)2。在该光源中包含的每个LED 1的光轴X(以下简称为“光轴X”)上，与光源2平行地配置了棒状透镜(以下简称为“透镜”)3。当在与透镜3的纵向方向相垂直的平面中切割透镜3时，透镜3展现出以下形状。
该在截面中，透镜3面向光源2的表面4具有朝向光源2扩张的曲线4a。在该截面中透镜的背向光源2的表面5具有复合曲线5a、5b，复合曲线5a、5b包含多个具有不同曲率半径的连续曲线。这些复合曲线位于包含光轴X的平面两侧并在背向光源2的方向上扩张。在包含光轴X的平面两侧的复合曲线5a、5b之间具有交接面6。该交接面是与包含光轴X的平面平行的一个平面(作为截面形状，是与包含光轴X的平面平行的直线6a)。
从包含在光源2中的LED 1所发出的光射向透镜3的面向光源2的表面4中在光轴X一侧上的表面上(以下称为光入射面7a)。然后，光在该光入射面7a处发生折射，并射向透镜3的背向光源2的表面5中与该光入射面7a位于光轴X同一侧上的表面上(以下称为光出射面8a)。
类似地，从包含在光源2中的LED 1所发出的光射向透镜3的面向光源2的表面4中在光轴X的另一侧上的表面上(以下称为光入射面7b)。然后，光在该光入射面7b处发生折射，并射向透镜3的背向光源2的表面5中与该光入射面7b位于光轴X同一侧上的表面上(以下称为光出射面8b)。
从透镜3的光入射面7a、7b射向光出射面8a、8b的光传导通过透镜3并到达光出射面8a、8b。然后，光在光出射面8a、8b处发生折射，并射出到透镜3外部。在透镜3的光轴X两侧的光出射面8a、8b的形状被设置为，当光射出到外部时，在特定方向上对所接收的光进行会聚。所希望的是，将会聚的方向确定为沿着LED 1的光轴X两侧上的光轴La和Lb，光轴La和Lb经过LED 1的发光点P并且夹角α为40°。
可以以40°为基础来微调该夹角α，以便满足在以下所述的玻璃罩上的光学特性。
在透镜3的光出射面8a、8b之间的交接面6是与包含光轴X的平面平行地形成的一个平面。从LED 1发出并进入透镜3、然后传导通过透镜3并在光出射面8a、8b的交接部附近的某个位置处被接收的光，在该交接处几乎全部射出透镜3而没有反射(全反射)。因此，该透镜的形状被设置为在所传导的光中损耗较小。
作为对比，在透镜3的光出射面8a、8b之间的交接面和所接收的光的光路可以形成一个比如图3中所示的临界角大的角度。在该情况下，所接收的光在交接处被反射(全部被反射)，并且其光路从某个特定方向发生偏转，造成了使被传导光具有较大损耗的透镜。具体而言，在光出射面8a、8b之间的交接部是一个所接收的光具有较大密度光束的区域。在该交接部的所传导的光的损耗使得光的总量损失了较高比例。
如图4的截面视图中所示，本实施例由上述白色LED 1、棒状透镜3以及LED 1与透镜3之间的位置关系配置。具体而言，将多个白色LED 1按直线安装在基板9上，形成线光源2，其附着到辐射体10，辐射体10由具有良好的导热性的部件构成，例如金属。棒状透镜3设置在线光源2的上方。
附着有光源2和透镜3的辐射体10和直线带板状反射镜11容纳在托架12中。该托架支撑在玻璃罩13下方，与玻璃罩13的表面平行，并且可以在与线光源2的纵轴方向垂直的方向上移动。附着有光源2和透镜3的辐射体10被设置为，使得LED 1的光轴X和原稿14的表面形成的角度β为25°。
在以上配置中，从LED 1发出的光L1通过位于透镜3光轴X的靠近玻璃罩13一侧上的光入射面7a进入透镜3。光L1传导通过透镜3，并且通过类似地位于透镜3光轴的靠近玻璃罩13一侧上的光出射面8a射出透镜3。然后光L1沿着光轴La传播经过玻璃罩13，聚焦在原稿14的表面上。
另外，从LED 1发出的光L2通过位于透镜3光轴X的与玻璃罩13相对的一侧上的光入射面7b进入透镜3。光L2传导通过透镜3，并且通过类似地位于透镜3光轴的与玻璃罩13相对的一侧上的光出射面8b射出透镜3。然后光L2沿着光轴Lb传播，并在传播方向上沿着光轴L布置的反射镜11上被反射。所反射的光穿过玻璃罩13并聚焦在原稿14的表面上。在本实施例中，该反射镜11被描述为直线带板状，即，细长的平板状。除了该形状之外，其可以被形成为直线凹陷状，即，在纵向上呈直线形，并且在与纵向方向正交的方向上凹陷。这可以为反射镜11提供会聚功能。
直射光L1从LED 1发出、然后沿着光路传播穿过透镜3和玻璃罩13并聚焦在原稿14的表面上，反射光L2从LED 1发出、然后沿着光路传播经过透镜3、反射镜11和玻璃罩13并聚焦在原稿14的表面上，直射光L1和反射光L2彼此相邻地施加到原稿14的表面上。经由线阵CCD上的读取光学系统(未示出)来检测反射光L2。
在原稿14的表面上所接收的直射光L1和反射光L2具有各自的焦点位置，这些焦点位置设置在与玻璃罩13的表面平行且在与线光源2纵轴方向垂直的方向上的2-5mm范围之内。
在以上配置中，在原稿14表面的法线与光轴La之间所形成的角度θ为45°。然而该角度θ并不局限于45°，而是优选地落入40-50°范围之内。在该情况下，由于在光轴La与光轴Lb之间所形成的角度α为40°，因此在LED 1的光轴X与原稿14的表面之间所形成的角度β落入30-20°范围之内。
优选地，调节反射镜11的位置，以使得在反射镜11上反射后的光L2与原稿14表面的法线之间所形成的角度γ也与角度θ类似地落入40-50°范围之内。这就保持了聚焦在原稿14表面上的直射光和反射光之间的光量平衡，并实现了在焦点位置内的照射强度的均匀分布。如果两个角度θ和γ最优选地具有在40-50°范围之内的相同值，则就能够确保该状态。
图5示出了比较例1的截面视图。该比较例1包括与上述实施例相同的元件。然而，差别是透镜3的光出射面8a、8b的形状发生了改变。该差别是设置沿着光轴La和Lb的会聚方向，光轴La和Lb将光轴X夹在中间，经过LED 1的发光点P，并形成60°的较宽角度α。作为另一差别，将在LED1的光轴X与原稿14的表面之间所形成的角度β设定为15°。
以上两个差别使得在光轴La和Lb之间所形成的角度α较宽，并且光轴Lb相应地变为在方向上背向原稿14。在该情况下，从透镜3射出并沿着光轴Lb传播的光进入读取光学系统，并且变为光噪声而不是原稿14上的反射光，从而降低了在线阵CCD中的S/N比。
在该情况下，即使是在原稿14表面的法线与光轴La和Lb之间所形成的角度θ被调节为在范围40-50°之内，并且在LED 1的光轴X与原稿14的表面之间所形成的角度β被定为20-10°，也不能解决该问题。
图6是比较例2的截面视图。比较例2包括与上述实施例相同的元件。然而，差别是透镜3的光出射面8a、8b的形状发生了改变。该差别是设置沿着光轴La和Lb的会聚方向，光轴La和Lb将光轴X夹在中间，经过LED 1的发光点P，并形成20°的较窄角度α。作为另一差别，将在LED 1的光轴X与原稿14的表面之间所形成的角度β设定为35°。
以上两个差别使得在光轴La和Lb之间所形成的角度α较窄。相应地，用于反射从透镜3射出并沿着光轴Lb传播的光的反射镜11必须位于聚焦在原稿14的表面上的某个位置附近。因此，反射镜11阻挡了在原稿14的表面上所反射的光的传播路径，降低了在原稿14的表面上被反射并在读取光学系统处接收的光量，从而降低了在线阵CCD中所检测到的信号等级。与以上比较例1类似，这种情况也降低了S/N比。
同样在该情况下，即使是在原稿14表面的法线与会聚轴La之间所形成的角度θ被调节为在范围40-50°之内，并且在LED 1的光轴X与原稿14的表面之间所形成的角度β被定为40-30°，也不能解决该问题。
如上所述，在本发明中，棒状透镜具有用于传导从线光源发出的光的光出射面，其中，所述线光源具有按行排列的多个LED。所述光出射面所具有的截面形状为多个复合曲线，所述复合曲线包括多个具有不同曲率半径的连续曲线。所述多个复合曲线位于包含LED的光轴X的平面的两侧，并且在背向光源的方向上扩张。相应地，传导通过透镜并在包含LED的光轴X的平面两侧上的光出射面处被接收的光沿着光轴La，Lb会聚。
作为结果，在要聚焦在原稿表面上的光轴La，Lb上的两个焦点处的光量几乎相等，并且在原稿表面上的焦点区域内的照射强度分布均匀。
另外，在包含光轴X的平面两侧上的复合曲线之间的交接面被形成为在与包含LED的光轴X的平面平行的一个平面中(作为截面形状，是与包含光轴X的平面平行的直线)。
作为结果，能够将用于原稿读取的光源装置配置为，传导通过透镜的光具有较小的损耗、较高的光利用率、以及有较大的光量施加到原稿表面。
透镜的两个光轴形成40°角，并且在附着到原稿读取器时，原稿表面的法线与一个光轴形成45°角。
作为结果，在用于感测从原稿表面反射的光的线阵CCD，所感测的噪声光的量比读取光小。相应地，能够实现具有较高S/N比的用于原稿读取的光源装置。
以上效果是通过对棒状透镜的形状优化实现的，其能够通过低成本方法来实现。

Claims (7)

1.一种在原稿读取器中使用的用于原稿读取的光源装置，所述原稿读取器将光施加到原稿表面，并接收从所述原稿表面反射的光，以读取原稿，所述用于原稿读取的光源装置包括：
线光源；
棒状透镜，其位置与所述线光源平行，并且具有第一光轴平面和第二光轴平面，所述第一光轴平面包含穿过第一直线形线状焦点组的多个光轴，所述第一直线形线状焦点组包含多个第一焦点，所述第二光轴平面包含穿过第二直线形线状焦点组的多个光轴，所述第二直线形线状焦点组包含多个第二焦点；以及
直线形反射镜，其位于所述棒状透镜的与所述线光源相对的一侧，并且在与所述棒状透镜的所述第二光轴平面相交的位置处与所述棒状透镜平行，
其中，所述第一直线形线状焦点组和第二所述直线形线状焦点组位于从所述线形反射镜反射之后的所述第二光轴平面与所述第一光轴平面相交的位置附近。
2.如权利要求1所述的用于原稿读取的光源装置，其中，所述第一光轴平面与从所述线形反射镜反射后的所述第二光轴平面以80-100°的角度相交。
3.如权利要求1或2所述的用于原稿读取的光源装置，其中，所述第一直线形线状焦点组位于与所述第二直线形线状焦点组相距2-5mm处。
4.如权利要求1或2所述的用于原稿读取的光源装置，其中，所述棒状透镜在面向所述线光源一侧上以及相反的一侧上都具有表面，当沿着与所述棒状透镜的纵向方向垂直的平面切割时，所述表面所具有的截面形状为多条复合曲线，所述复合曲线包括多个具有不同曲率半径的连续曲线，所述多条复合曲线位于所述线光源的穿过所述棒状透镜的第三光轴的两侧，并且在背向所述线光源的方向上扩张，其中，所述多条复合曲线之间具有交接部，其是与所述第三光轴平行的直线。
5.如权利要求1或2所述的用于原稿读取的光源装置，其中，所述第一光轴平面和在被所述直线形反射镜反射之前的所述第二光轴平面形成40°角。
6.如权利要求1或2所述的用于原稿读取的光源装置，其中，所述线光源包括按直线排列的多个白色LED。
7.如权利要求1或2所述的用于原稿读取的光源装置，其中，所述用于原稿读取的光源装置在与所述线光源的纵向方向垂直的方向上可移动地附着到所述原稿读取器上，同时，所述棒状透镜的所述第一光轴平面和从所述直线形反射镜反射后的所述第二光轴平面保持与所述原稿表面的法平面呈40-50°角度。
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