CN101994960A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

提供一种光源装置，可从一个导光体向2个方向出射光，提高取出光的效率并进一步增大光输出，并且光量的峰值部分附近的剖面配光分布在峰值部分附近是平坦的。该光源装置的特征在于具备：透明的棒状导光体，具有在长边方向上延伸的第1光变向面及第2光变向面，分别与其相对地形成第1光出射面及第2光出射面；以及光源，配置在该导光体的至少一方的端面，上述导光体由相对于上述第1光变向面在长边方向上延伸的垂直面互相交叉而形成，在第1光变向面与第2光变向面之间形成有在该导光体的长边方向上延伸的槽。另外，优选在上述导光体中，形成上述槽的面在该导光体的剖面中为抛物状。

Description

光源装置

技术领域

本发明涉及在传真机、复印机、图像扫描机、条形码读取机等所使用的画像读取装置中用作照明用的光源等的光源装置，尤其涉及形成2分支线状光源的光源装置。

背景技术

近年来，在个人传真机等画像读取装置中，通过提高发光二极管(以下，称为LED)的输出以及作为受光元件的CCD型传感器的高感度化，使得小型且低耗电的LED能够作为读取光源装置的光源使用。在作为光源具有这种LED的光源装置中，以减低光源的个数、且得到均匀的照明强度为目的，存在使用导光体来构成线状光源的结构。具体而言，将从光源放射的光入射至导光体并将光向着所期望的方向导光。

在专利文献1中记载了一种照明单元，其具有在导光体的长边方向的端部安装有光源而成的两个光源装置，该两个光源装置配置成互相相对。导光体由丙烯或聚碳酸酯等透光性高的树脂或透光性高的光学玻璃构成，在长边方向上延伸的一个侧面部分上具有光出射面。光源上安装有一个或多个LED，从LED放射并入射到导光体的一端部的光在导光体的内表面反射的同时向长边方向上被引导，并且在由棱镜面构成的光变向面上被反射，将光从光出射面出射。各光源装置配置成从这些光出射面所出射的光照射原稿面的原稿读取面，分别照射同一领域的原稿读取面。根据这种照明单元，将光从2个方向照射原稿读取面，因而即使在纸面上存在折痕或由于贴合而产生的高度差部分，也不会产生阴影，可实现良好的读取。

然而，在该照明单元中，为了照射一个照射面，必须具有两个光源装置。而且，配置于光源装置的导光体基本上是相同形状，因而必须在分离预定距离的状态下配置两个光源装置以使光的出射方向对称。结果，照明单元整体的大小会变大。

鉴于这种情形，本案申请人提案一种能够从2个方向对原稿读取面照射光，而且可实现照明单元的小型化的导光体及2分支线状光源装置。专利文献2中公开了这种技术。

图8是为了说明本案申请人所提案的专利文献2的光源装置的基本构造的说明用剖视图。导光体81整体是φ5～6mm，全长为320mm的棒状，在相当于底面部分的在长边方向上延伸的侧面具有由两个棱镜构成的光变向面82a、82b，在从光变向面82a、82b放射的光的行进方向的正上方具备由共用的曲面构成的光出射面83a、83b。

如该图所示，两个光变向面82a、82b构成为光行进的方向互相地交叉，亦即，构成为连接一方的光变向面82a的中心与该一方的光出射面83a的中心的线段84a与连接另一方的反射面82b的中心与该另一方的光出射面83b的中心的线段84b交叉。

光源构成为例如由发光二极管(LED)构成，在导光体81的一方的端面，刚好配置于线段84a、84b交叉的位置，当从光源放射的光入射到导光体81的端面，则被向着其长边方向引导，高效地入射到光变向面82a、82b。

在该图的例子中，在光变向面82a上被反射的光透过导光体81内并从光出射面83a被放射，向箭头P所示的方向出射，照射到原稿读取面，即照射区域86。并且，在光变向面82b上被反射的光透过导光体81内并从光出射面83b被放射，向箭头Q所示的方向出射。

并且，在与导光体81相对的位置上配置反射镜85，将箭头Q所示的方向的光，折回成箭头R所示的方向的光，成为能够以通过照射面的轴L对称地从2个方向(P方向、R方向)照射光，虽然是一个光源装置，但对于光照射面86可以实现来自2个方向的光的照射。结果，能够实现高精度的读取，并且能够实现照明单元的小型化。

专利文献1：日本特开2005-229647号公报

专利文献2：日本特开2008-216409号公报

然而，在上述的光源装置中，将导光体设为1个的量，所安装的LED的个数会减少。所以，整体上有光量不足的问题。

尤其在图8所表示的导光体81的情况下，存在着从光变向面82a、82b向着其垂直线84a、84b的方向的光中角度成分大的光被光源装置的基材遮光，无法从光出射面83a、83b有效地放射的问题。

为了补充光量不足，简单地提升对于光源(LED)的输入电力就可解决，但仅增大电力时，光源(LED)变热，会产生导光体过热到其耐热温度以上的问题，或者光源的劣化变快，光源的效率变差，并不是充分的解决对策。

并且，在现有的光源装置中，在第1、第2光变向面上反射的光在光出射面83a、83b被放射，因而可在效率优异的中央部分得到最高的照度。结果，光量的峰值部分附近的剖面配光分布成为山形的突出的形状。这在峰值部分可实现高效的聚光，但另一方面，将光源装置组装于原稿读取用的实际机器时，即使照度的峰值部分稍微偏离照明区域的情况下也会产生极端地变暗的问题。

发明内容

因此，本发明要解决的第1课题是提供一种在能够从一个导光体向2个方向出射光的光源装置中，可以提高取出光的效率并进一步增大光输出的光源装置。

并且，本发明要解决的第2课题是提供一种光量的峰值部分附近的剖面配光分布在峰值部分附近平坦，组装于装置的实际设备时的位置精度的容许范围变大、容易安装的光源装置。

因此，本发明的一种光源装置，具备：

透明的棒状导光体，具有：在长边方向上延伸的第1光变向面及第2光变向面、以及分别与上述第1、第2光变向面相对地形成的第1光出射面及第2光出射面；以及

光源，配置于上述导光体的至少一方的端面，

该光源装置的特征在于，

上述导光体形成为相对于上述第1光变向面在长边方向上延伸的第1垂直面以及相对于上述第2光变向面在长边方向上延伸的第2垂直面与第1及第2光变向面相比分别在光出射面侧交叉，

在第1光变向面与第2光变向面之间形成有在该导光体的长边方向上延伸的槽。

并且，本发明优选在上述导光体中，形成上述槽的面在该导光体的剖面中为抛物状。

根据本发明，在第1光变向面与第2光变向面之间以在导光体的长边方向上延伸的方式形成有槽，因而可将入射到构成槽的侧面部分的光向着光出射面反射，可将更多的光从光出射面放射，可提供效率优异的光源装置。

并且，在构成槽的侧面中，在剖面为抛物线状，可使入射到该侧面的光成为对于光变向面向着垂直方向行进的光，可使光出射面的峰值部分的剖面配光分布平坦。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的导光体的说明用立体图。

图2是本发明的第1实施方式的导光体的说明用投影图。

图3是从横方向观察本发明的其它实施方式的光源装置的说明图。

图4是将本发明的其它实施方式的光源装置装载于原稿照明用装置时的说明用立体图。

图5是将本发明的其它实施方式的光源装置装载于原稿照明用装置时的说明用剖视图。

图6是说明本发明的其它的实施方式的导光体内部的光路的图。

图7是表示实施例及比较例的光的剖面配光分布的一例的图。

图8是说明现有技术的2分支线状光源装置的图，是说明将该光源装置装载于原稿照明用装置时的光路的图。

具体实施方式

参照图1至图5对本发明的第1实施方式进行说明。

图1是说明装载于本实施方式的光源装置的导光体的立体图。图2是从长边方向的一方端面观察图1所示的导光体的投影图。图3是从图1所示的导光体的第1光变向面的中心以沿着长边方向的垂直面来切断本实施方式的光源装置的剖视图。

在图1中，导光体11由细长棒状的透明的丙烯树脂构成，半径是例如φ5～6，全长是大约320mm。

导光体11在至少一方的长边方向的端面上设有光入射面12，而在长边方向延伸的在纸面上位于前侧的侧面部分上，隔着槽18相邻地形成有第1光变向面14a与第2光变向面14b。并且，在与第1、第2光变向面14a、14b相反侧的侧面部分与第1光变向面14a相对地形成有光出射面15a，与第2光变向面14b相对地形成有光出射面15b。在本实施方式中，光变向面15a、15b由共用的面构成，剖面是大致半圆形。

另外，在该导光体11的光变向面14a与光出射面15b之间，为了容易且确实地固定保持在照明单元的基材上，设有突起部16。

在图2的投影图中，第1光变向面14a及第2光变向面14b表示为线段14a、14b。在投影图中，将相对于表示为线段的第1光变向面14a垂直、且将从第1光变向面14a的中央向着光出射面15a行进的线作为第1垂直线25a。同样地，在投影图中，将相对于表示为线段的第2光变向面14b垂直、且将从第2光变向面14b的中央向着光出射面15b行进的线作为第2垂直线25b。该两个垂直线、第1垂直线25a与第2垂直线25b构成为以形成交叉角度θ1(θ1≤90°)的方式交叉。换言之，第1光变向面14a及第2光变向面14b形成为相对于第1光变向面14a的在长边方向上延伸的垂直面与相对于第2光变向面14b的在长边方向上延伸的垂直面在光的进行方向上在光取出方向上形成交叉。

在导光体11的第1光变向面14a与第2光变向面14b之间，在该导光体11的长边方向上延伸地形成有槽18。通过形成这种槽18，在第1光变向面14a与第2光变向面14b之间形成有侧面170a、170b。在此，在邻接于第1光变向面14a所形成的侧面170a，随着从第1光变向面14a向着光出射面15a，以从垂直线25a远离的方式，换言之，以宽度a1逐渐变大的方式形成。并且，另一方面在邻接于第2光变向面14b形成的侧面170b，也随着从第2光变向面14b向着光出射面15b，以从垂直线25b远离的方式，换言之，以宽度b1逐渐变大的方式形成。

如此地，在第1光变向面14a与第2光变向面14b之间形成槽18，从而可在特定的侧面170a、170b的表面形成反射面，因而从第1或第2光变向面14a、14b向着特定的侧面170a、170b反射光时，则光在特定的侧面170a、170b被反射，能够向着光出射面15a、15b的方向放射。

在这种特定的侧面170a、170b中，可以由平面、剖面为圆形或椭圆构成的曲面、剖面为抛物线构成的曲面的任意面构成，也可以由上述面适当地组合构成。更优选的是在导光体11的剖视图中，具备在垂直线25a、25b上具有焦点的抛物线构成的曲面而构成。

并且，在第1光变向面14a或第2光变向面14b中，相对于槽18形成于相反侧的侧面171a、171b部分可以分别是具备将光向着与第1垂直线25a或第2垂直线25b的方向平行的方向反射的成分的抛物形状。

如此地，在沿着第1光变向面14a或第2光变向面14b形成的特定的侧面上具备剖面由抛物线构成的曲面，从而在各光出射面的光量的峰值部分附近能够放射与第1垂直线25a或第2垂直线25b平行的成分的光，因而可使峰值部分的剖面配光分布大致平坦。

在光源装置10的导光体11上，在第1光变向面14a及第2光变向面14b所形成的部分上，由图3的第1光变向面的剖面形状可了解，多个山形的凹凸槽在长边方向上排列形成，单一的第1光变向面14a及第2光变向面14b由一个平面构成。如果表示具体的数值，则第1光变向面14a与第2光变向面14b的短边方向的长度为0.5mm～2mm，例如，形成1mm宽的平面状，交叉角度θ1为45°～65°，例如配置成55°。并且，第1光变向面14a与第2光变向面14b构成为使得第1垂直线25a与第2垂直线25b在导光体11的光出射面15a、15b侧的半圆形的曲率中心线交叉。通过这样，可使来自光出射面15a、15b的出射光的会聚性变优良。

在第1光变向面14a及第2光变向面14b上，如上所述，多个山形的凹凸槽在长边方向上排列形成，因而例如从光入射面12入射的光在导光体11内部反复进行全反射，同时被高效地导光至导光体11的长边方向，即高效地被导光至另一端面13的方向。被导光的长边方向的角度成分的光利用第1光变向面14a及第2光变向面14b，分别向相对的光出射面15a及光出射面15b及朝着约90°方向转变方向，根据斯内尔定律(Snell’s law)从光出射面15a及光出射面15b出射。

在导光体11的入射侧端面，在将光照射到光入射面12的方向上配置有例如LED构成的光源19。在光源19与导光体11接近的状态下，且两者分离的状态下设置，从光源19放射的光被放射至大气中，之后，入射到导光体11的内部。配置有光源19的位置是先前在图2中说明的第1光变向面14a、第2光变向面14b的各垂直线25a、25b交叉的点C的位置，在相当于各光变向面14a、14b的垂直线上的位置配置光源，会增加入射到光变向面14a、14b的直接光，可以改善光的取出效率。

参照图3，说明长边方向的光的路径。从光源19入射到导光体11的光在导光体11的内部全反射，并被导光至长边方向X。在被导光的过程中，入射到光变向面14a的山形的凹凸槽的斜面的光向着导光体11的短边(宽度)方向Y转变方向，从光出射面15a出射。光变向面14a的山形的凹凸槽的斜面能够以使来自光源19的光A1变成相对于光出射面15a向大约垂直方向放射的光A2的方式被调整角度，因而入射到光变向面14a的凹凸槽的斜面的光A1成为从光变向面14a向着光出射面15a的导光体11的宽度方向Y行进的光A2。并且，从光源19入射到光出射面15a的光B1在光出射面15a全反射，成为仍具有入射角的角度并在长边方向X行进的光B2。之后，反射光B2入射到光变向面14a的凹凸槽的斜面，成为从光变向面14a向着光出射面15a的导光体11的短边(宽度)方向Y行进的光B3。

如图3所示，光变向面14a的山形的凹凸槽的顶点间隔形成为在接近光源19的地方宽，在远离光源19的地方窄。亦即，光变向面14a的山形的凹凸槽的顶点间隔被调整成距光源19越远则越小。通过如此地构成，可将从光源19入射的光变向的几率调整为恒定或任意，结果，可得到所期望的照度分布。并且，在形成有光变向面14a的部分的导光体11的外侧面设有未图示的铝的薄膜。铝的薄膜作为反射膜起作用，光不会从光变向面14a出射至导光体11的外部，能够高效地向被照明侧照射，并且可防止杂散光。

图4及图5是表示适用图1至图3所示的导光体的光源装置的一部分的立体图及沿着导光体的短边方向切断的2分支线状光源装置的剖视图。

在外壳20的底面，具备形成为大约コ形状的保持部22，导光体11被保持部22机械地固定，通过一对突起部16卡合于保持部22的卡止爪22a，保持成无法转动。在导光体11的相对侧配置有反射镜21。反射镜21相对于与位于原稿读取面的照射区域30的中心垂直的面，配置在与导光体11大致对称的位置。

并且，在图5中，具有透光性的透明窗23、24设在外壳20的上部。并且，在该图中，符号H是通过具有槽18而形成于与保持部22之间的空气层。其它的构成对应于图3所示的相同符号的构成。

反射镜21是由具有与第1光变向面14a及第2光变向面14b的长边方向的长度相同的长度的槽状的镜构成，例如由光泽铝板或蒸镀膜形成于基材表面的反射镜构成。其形状形成为剖面椭圆状或剖面抛物线状。利用这种构成，可以变更从导光体11的光出射面15b所出射的光的方向，并引导至照射区域30。反射镜21捕捉从导光体11的第2光出射面15b出射的光的大部分，向着照射区域30反射，为此具有从外壳20的上表面到底面为止的程度的大小。并且，为了不遮住反射光，优选将外壳20的相比反射镜21位于导光体11侧作为窗24。

由图3可知，导光体11与光源19以稍稍分离的状态配置，并不是抵接状态。导光体11由聚碳酸酯或丙烯树脂构成的情况下，折射率为大约1.5，因而入射到导光体11的光即使在入射角度接近90°时，入射后的导光体内部的角度相对于导光体11的侧面超过临界角度(42°)。因此，没有从导光体11的侧面直接出射的光，而是从光源19入射至导光体11的所有光成为全反射的光。

如在图4所示，通过具备这种结构，入射到导光体11的光经过导光体11内而在第1光变向面14a及第2光变向面14b进行反射，而作为2个方向的光P、Q从光出射面15a、15b分别出射，直接光P与光Q在反射镜21反射的反射光R照射在原稿读取面上的照射区域30。

以下参照图6，针对于本发明的光源装置的导光体的剖面方向的光路详细地说明。

如先前所述地，在导光体11的第1光变向面14a与第2光变向面14b之间形成有槽18，形成有上述的特定的侧面170a、170b。

这些特定的侧面170a、170b可以由平面、剖面由圆或椭圆构成的曲面、剖面由抛物线构成的曲面的任意面构成，或者也可以将其适当组合而构成。在此，以第1光变向面14a为例子加以说明。并且，在该图中，以实线、虚线，点划线所表示的箭头都是假设地表示入射到导光体11并在光变向面14a折射的光的路径的线段。

以实线表示的箭头是经过光变向面14a直接入射到光出射面15a，由导光体11出射的光。此光束是由光变向面14a折射的光中最高效地放射至外部的光。

以虚线表示的箭头是无法直接入射到光出射面15a的光，是向着相邻的第2光变向面行进的光。该光入射到在导光体11中通过在光变向面14a与光变向面14b之间形成槽18而形成的特定的侧面170a部分。在该特定的侧面170a中，有空气层H介在于槽18部分，因而产生全反射，例如该面由抛物状曲面构成，则相对于第1垂直线25a朝平行方向折射，由光出射面15a出射。

假设在第1光变向面14a与第2光变向面14b之间不具有空气层H，通过树脂连续地模塑时，会入射至第2光变向面14b或另一方的特定的侧面171b，成为无法利用的光。然而，通过形成槽18，从第1光变向面14a向着相对的光出射面15a形成有从垂直线25a逐渐远离的面，并且形成有空气层H，因而可将入射到侧面170a的光向着第1光出射面15a反射，而可进一步增大从光出射面放射的光。

接着，针对于该图中点划线所示的箭头进行说明。该点划线所示的光束也是无法直接入射到第1光出射面15a的光。这些光入射到形成在与先前所说明的特定的侧面170a相对的位置上的外侧的侧面171a部分。在该侧面171a部分具备抛物状曲面而构成。入射到特定的侧面171a的光在该侧面171a的表面产生全反射，被变换成相对于垂直线25a大致平行的光，向着第1光出射面15a放射。

假设，特定的侧面171a不具备这种抛物状曲面时，会成为相对于垂直线25a角度成分大的光，因而无法从光出射面15a放射，而无法有效地利用。根据本发明，构成为具备在第1垂直线25a上具有焦点的抛物状曲面，因而能够切实地向着光出射面放射光。

这种设于第1光变向面14a的周围的特定的侧面170a、171a在第2光变向面14b侧也具备同样的结构。特定的侧面170b作为反射面起作用，从而即使是无法直接从光出射面15b取出的光，也可以切实地向着光出射面15b反射，可提升光的利用率。并且，特定的侧面171b构成为具备抛物状曲面，从而可以将入射到该侧面171b的光向着与垂直线25b平行的方向反射光，能够进一步增大光输出。

以上针对于本发明，以实施方式为基础加以说明。本发明的实施方式的光源装置并不限定于上述的实施方式，可增加各种变更。

例如，在连续于第1或第2光变向面的方式设置的特定的侧面中，在以抛物状曲面构成时，在照度峰值部分得到了平坦的剖面配光分布，但并不限定于该例，可以使用平面、剖面由圆形或椭圆构成的曲面、剖面由抛物状的曲面的任意面构成，或者也可以将其适当组合来构成。并且，构成如上所述的抛物状曲面时，使用适当的曲面或平面形成类似抛物形状时，在照度峰值部分也可得到平坦的剖面配光分布。

作为光源列举了LED，但当然也可以使用其它的光源。

以下，针对于本发明的原稿照明装置的实施例进行说明，但本发明并不限定于这些。

(实施例1)

根据在图3所说明的结构制作了由光源及导光体构成的光源装置。

导光体(11)由折射率为1.5的透明的聚碳酸酯制成，是半径为φ5mm，全长为320mm的杆状。从第1、第2光变向面14a、14b分别向着光出射面(15a、15b)画出的第1、第2垂直线(25a、25b)交叉的角度(θ1)为55°，在该第1光变向面(14a)与第2光变向面(14b)之间在导光体(11)的长边方向的全长上形成有长槽(18)，从而形成以随着越从第1光变向面(14a)向着光的出射方向(第1垂直线(25a)的方向)行进越从该第1垂直线(25a)远离的方式构成的特定的侧面(170a、171a)，而且形成以随着越从第2光变向面(14b)向着光的出射方向(第2垂直线(25b)的方向)行进越从该第2垂直线(25b)远离的方式构成的特定的侧面(170b、171b)。

在本实施例中，针对于形成在第1、第2光变向面(14a、14b)的周围的特定的侧面部分(170a、171a)、(170b、171b)，在靠近第1、第2光变向面(14a、14b)的位置上形成抛物状曲面，在远离第1、第2光变向面(14a、14b)的部分的一部分形成平面，作为整体构成类似方形状的面。

在该导光体(11)的一方端面(12)配置具备放射白色光的LED元件的光源(19)。光源(19)的位置是从第1、第2光变向面(14a、14b)的各个面画出的垂直线(25a、25b)交叉的位置，是相当于以图2所表示的点C的位置。

(比较例1)

使用与上述实施例1同样的材质来制作图8所示的结构的导光体(81)。亦即，对于该导光体(81)，第1光变向面(82a)与第2光变向面(82b)之间连续形成，不具备槽。

与上述实施例1同样地配置光源，制作比较例1的光源装置。

这样一来，构成实施例1及比较例1的光源装置。对于各光源装置，作为代表，测定第1光变向面(14a、84a)正上方的剖面配光分布。将照度计配置在距离第1光出射面(15a、83a)8mm的位置，将第1垂直线(25a、84a)的位置作为0(零)地点，在左右方向±10mm的位置上测定照度。将该结果表示于图7。

图7是表示实施例1、比较例1的光量的剖面配光分布的图表，横轴是表示将测定区域的中心线的位置作为0(mm)时的其左右方向的距离(mm)，纵轴是表示将比较例1的测定区域的位置0(mm)的照度的强度作为1时的相对强度。在图7中(a)表示实施例1的相对强度，(b)表示比较例1的相对强度。

由该图7的结果可知，实施例1的光源装置与比较例1的光源装置相比较，对于与照射区域(30、86)对应的分布，在其位置为0mm的中央区域附近，与比较例1的照度相比可以得到增加了大约20％的大的照度，并且，可将在比较例1作为最高照度(亦即，相对值为1的部分)以上的部分扩展±2mm以上。

因此，能够确认，可将以往无法利用的光高效地聚光到照射部分，增大光量，而且在照度峰值附近可以得到平坦的配光分布。

Claims (2)

1.一种光源装置，具备：

透明的棒状导光体，具有：在长边方向上延伸的第1光变向面及第2光变向面、以及分别与上述第1、第2光变向面相对地形成的第1光出射面及第2光出射面；以及

光源，配置在上述导光体的至少一方的端面，

该光源装置的特征在于，

上述导光体形成为，相对于上述第1光变向面在长边方向上延伸的第1垂直面以及相对于上述第2光变向面在长边方向上延伸的第2垂直面与第1及第2光变向面相比分别在光出射面侧交叉，

在第1光变向面与第2光变向面之间形成有在该导光体的长边方向上延伸的槽。

2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，

在上述导光体中，形成上述槽的面在该导光体的剖面中为抛物状。

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