CN102022696A - 光导、光源装置及读取装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了光导、光源装置和读取装置。所述光导包括入射面、出射面、反射面和导光部。所述入射面接收来自于至少在第一方向上排列着的多个发光元件的光。所述出射面把来自于所述入射面的入射光射出。所述反射面包括在所述第一方向及与所述第一方向不同的第二方向上具有光焦度的多个透镜，并被设置成与所述入射面相对。所述导光部包括设置着所述入射面、所述出射面和所述反射面的表面，并使从所述入射面进入的光被所述反射面的所述多个透镜反射，由此将该光引导至所述出射面。根据本发明的实施例，即使当读取光泽性照射对象或者具有相对较高反射率的照射对象时也能降低不均匀照度。

Description

光导、光源装置及读取装置
相关申请的交叉参考
本申请包含与2009年9月17向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-215547所公开的内容相关的主题，在此将该日本优先权专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及用于对来自于发光用发光元件的光进行引导的光导、以及使用该光导的光源装置和读取装置。
背景技术
近年来，作为用于读取图像等的扫描仪或复合机的光源，已经使用了发光二极管(light emitting diode，LED)。与过去使用的冷阴极荧光照明(灯)(cold cathode fluorescent lighting，CCFL)相比，使用LED作为光源能够提供更小型化的装置(参见，例如日本专利公开公报特开2008-123766号；以下称作专利文件1)。
在日本专利公开公报特开2009-80173号(以下称作专利文件2)所公开的设有多个LED的图像读取装置中，用于把来自这些LED的光引导至读取面(工作台)的导光光学系统具有多个在LED排列方向上周期性设置着的光学面。这些光学面在LED排列方向上具有光焦度。因此，抑制了不均匀照度(例如，参见专利文件2，第[0031]段，图1)。
在专利文件1的装置情况下，其缺点是：当读取光泽性照射对象(glossy object)或者具有相对较高反射率的照射对象时，会导致不均匀照度。
在专利文件2的装置情况下，当读取光泽性照射对象等时，降低了不均匀照度。然而，由于导光光学系统的光学面在LED排列方向上的周期性结构，因而导致的缺点是：在LED排列方向上会发生不均匀照度。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是期望提供一种即使在读取光泽性照射对象或者具有相对较高反射率的照射对象时也能降低不均匀照度的光导，并提供包括该光导的光源装置以及包括该光源装置的读取装置。
本发明实施例提供了一种光导，其包括入射面、出射面、反射面和导光部。所述入射面接收来自于至少在第一方向上排列着的多个发光元件的光。所述出射面把来自所述入射面的入射光射出。所述反射面包括在所述第一方向及与所述第一方向不同的第二方向上具有光焦度的多个透镜，并被设置成与所述入射面相对。所述导光部包括设置着所述入射面、所述出射面和所述反射面的表面，并使从所述入射面进入的光被所述反射面的所述多个透镜反射，以便将该光引导至所述出射面。
利用所述多个透镜，使得来自所述入射面的入射光在所述第一方向和所述第二方向上均能发生扩散。因此，即使当读取光泽性照射对象或者具有相对较高反射率的照射对象时也能降低不均匀照度。
所述多个透镜可以按二维的方式排列着。
所述光导可以进一步包括底面。所述底面设置在所述入射面与所述反射面之间，并被设置成与所述出射面相对。在此情况下，通过把所述多个透镜的二维排列面与所述底面之间的角度和所述多个透镜的表面与所述多个透镜的二维排列面之间的最大倾斜角度相加而得到的角度为120°以上。
或者，通过把所述多个透镜的二维排列面与所述底面之间的角度和所述多个透镜的表面与所述多个透镜的二维排列面之间的最大倾斜角度相加而得到的角度为130°以上。
所述多个透镜可以被排列得形成蜂窝状结构。这使得这些透镜能够以在相互之间不会出现间隙的方式排列在所述反射面上，从而降低不均匀照度。
本发明另一实施例提供了一种光源装置，其包括多个发光元件和上述光导。
所述多个发光元件还在不同于所述第一方向的第三方向上排列着。因此，这能降低由于光源排列所导致的不均匀照度。
本发明又一实施例提供了一种读取装置，其包括多个发光元件、上述光导、以及转换元件，该转换元件把来自于接收到从所述出射面射出的光的照射对象的反射光转换成电信号。
如上所述，根据本发明的各实施例，即使当读取光泽性照射对象或者具有相对较高反射率的照射对象时也能降低不均匀照度。
根据下面参照附图对本发明最佳实施例的详细说明，本发明的这些及其他目的、特征和优点将更加明显。
附图说明
图1是图示了本发明实施例的光源装置的立体图。
图2是图示了沿图1所示的箭头A方向看到的该光源装置的图。
图3是图示了该光源装置的一部分的俯视图。
图4是图示了从反射面侧看到的光导的立体图。
图5是图示了从反射面的正面看到的该反射面的一部分的图。
图6是图2中所示光导的底面及反射面附近的放大图。
图7是用于说明反射面的角度设定原因的图。
图8是图示了现有技术的光导以及本发明实施例的光导的光照度分布的示意图。
图9是图示了安装有上述光源装置的托架的截面图。
图10是图示了作为装配有上述托架的读取装置的扫描仪装置的立体图。
图11A和图11B是通过模拟而得出的本实施例光导的光线追迹图；图11C是图示了光均匀性的图。
图12A～图12C是图示了不具有微透镜(反射面是平面)的光导的图，并且分别对应于图11A～图11C。
图13是通过其中使用了本实施例光导的扫描仪装置而实际读取到的光盘记录媒介的图像。
图14是通过其中使用了不具有微透镜(反射面是平面)的光导的扫描仪装置而实际读取到的光盘记录媒介的图像。
图15是通过其中使用了上述专利文件2的导光光学系统的装置而读取到的光盘记录媒介的图像。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施例。
图1是图示了本发明实施例的光源装置的立体图。图2图示了沿图1所示的箭头A方向看到的光源装置10的图。图3是光源装置10的一部分的俯视图。
如图1和图3所示，光源装置10包括：例如以直线方式在一个方向(X方向)上设置着的多个发光元件2；以及在预定方向上对从发光元件2发射的光进行引导的光导3。发光元件2都设置在例如印刷电路板8上。该多个发光元件2中的每一者都使用具有红色、绿色和蓝色(RGB)三种发光光源的LED。发光元件2发出通过组合各种颜色而得到的白光。
然而，一个发光元件2也可被配置成具有一个单色发光光源或者多个单色发光光源。在此情况下，每一个发光元件2发射出每种颜色例如R、G或B的光，并且该各种颜色的光通过光导3而混合在一起。LED可以是无机LED或有机LED。
如图2所示，光导3包括入射面7、出射面6、反射面(主反射面)61以及设置着那些面7、6和61的导光部5。光从上述多个发光元件2进入入射面7。导光部5反射已从入射面7进入的光，并使该光被与入射面7相对的反射面61反射，从而将该光引导至出射面6。然后，该光从出射面6射出。光导3(导光部5)被设为在从入射面7至出射面6的中间位置处是弯曲的。上述用词“是弯曲的”应该包括图2所示的具有清晰折叠线的形状或者具有不清晰折叠线的曲线形状。
光导3是通过一体成型来予以形成的。光导3可以典型地由丙烯酸树脂制成，但也可由玻璃、聚碳酸酯或其他透明树脂制成。
入射面7例如形成为平面。入射面7在Z方向上具有宽度w1(在高度方向上的宽度)，该宽度w1被设计成这样的宽度：它与从发光元件2发出的光所穿过的表面的宽度基本上相同、或者比从发光元件2发出的光所穿过的表面的宽度略小。通过如上所述的结构，能够防止从出射面6射出的光与暗线混合，从而有助于光的均匀化。出射面6也形成为平面。
图4是图示了从反射面61侧看到的光导3的立体图。图5是图示了从反射面61的正面看到的该反射面61的一部分的图。反射面61包括多个微透镜62，这些微透镜62作为至少在发光元件2的排列方向上及与该排列方向不同的方向上具有光焦度的多个透镜。
在具体示例中，各个微透镜62被形成得具有朝着光导3外侧凸起的球面或非球面形状，并且这些微透镜62以二维的方式排列着。因此，各个微透镜62在各个微透镜62光轴周围的方向上具有光焦度。各个微透镜62具有这样的功能：使已穿过入射面7而进入的光在光导3中均匀地扩散并反射。
以二维方式排列着的微透镜62典型地形成蜂窝结构。这种结构使得这些微透镜62能够以相互之间无间隙的方式排列在反射面61上，从而降低不均匀照度。
图6是图2中的底面63(它是设置在入射面7与反射面61之间、并被设置成与出射面6相对的表面)和反射面61的放大图。在图6中，通过把各个微透镜62的二维排列面相对于底面63的角度θ1(°)和各个微透镜62的表面相对于该二维排列面的最大倾斜角度θ2(°)相加而得到的角度为120以上。具体地，应满足关系式θ1+θ2≥120。更优选θ1+θ2≥132这样的关系式。原因如下。
图7是用于解释该原因的图。图7示出了在光导3的媒介中从左向右穿过的光B被反射面61反射。在图7中，将反射面61的角度图示成是包括了微透镜62的最大倾斜角度θ2的角度，并假设成θ1+θ2。穿过光导3的入射面而进入的光B的大部分以与底面63实质上平行的方式传播直至到达反射面61。该光以入射角θ4入射到反射面61上。随着入射到反射面61上的入射角θ4变得越来越接近要产生全反射的角度(临界角)，光导3中的光利用率就变得越来越高。
从图7可知，满足关系式θ3＝180-θ1-θ2，并得到下面的结果。
θ4＝90-θ3
＝θ1+θ2-90
如果入射角θ4等于或者大于光导3的临界角42°，则光在反射面61处发生全反射。这是诸如聚丙烯或玻璃等透明树脂的临界角。换句话说，在满足θ1+θ2≥132这样的关系式时能够得到最高的光利用率。θ1+θ2的上限值可以是180°。虽然如上所述θ1+θ2的典型示例可以是120°以上，但θ1+θ2也可以是130°以上或135°以上。
如上所述，利用本实施例的光导3，来自入射面7的入射光通过多个微透镜62能够在光导3中均匀地扩散。因此，如图8的右侧所示，能使来自于出射面6的光的照度分布均匀化。在图8中，左侧示出了使用过去的光导时的照度分布，在该过去的光导中，反射面具有平面或柱面。
另外，由于光能够在本实施例光导3中的反射面61上均匀地扩散，因此可将光程长度h(参见图2)做成得比专利文件1中所公开的已知产品的光程长度短。在该已知产品的情况下，当间距p(参见图3)比光程长度h长时，就要担心会增大不均匀照度。然而，在本实施例中，光程长度h与发光元件2的排列间距p的关联性极小，因此为光导3的设计提供了更大的自由度。
可以考虑这样的方法：在反射面61上不形成微透镜62，而是在该反射面上形成例如银的镜面层。然而，这种方法需要通过气相沉积来形成镜面层这一步骤，从而产生了附加成本。与此相反，本实施例能够提供通过模制形成的具有微透镜62的光导3。
图9是图示了安装有光源装置10的托架的截面图。图10是图示了作为装配有该托架21的读取装置的扫描仪装置的立体图。该扫描仪装置100包括主体24和盖子25，主体24具有装载面23，在装载面23上放置着诸如文档或照片等照射对象22(参见图2、图9)，盖子25以能够被打开或关闭的状态与主体24连接着。装载面23例如由具有高透光率的玻璃或树脂制成。主体24在其内部包括例如马达(未示出)，该马达用于使托架21沿直线方向(Y方向)移动，以便读取放置在装载面23上的照射对象22的整个表面。此外，主体24在其内部还包括用于引导托架21的移动的导轨19。例如，如图10所示，导轨19与托架21的下部连接。扫描仪装置100的结构不限于所图示的结构，还可以进行适当的设计变化。
如图9所示，该托架21在其内部包括：光源装置10；多个反射镜11、12、13、14和15；用于图像信息的透镜系统16；光程长度调整元件17；以及作为光电转换元件的图像传感器18。以上述方式设置有多个反射镜11～15是为了使从光源装置10至图像传感器18的光程长度最大。这些反射镜11～15具有沿X方向延伸的长条形状。透镜系统16典型地由多个透镜配置而成。光程长度调整元件17调整例如红外光与普通光之间的光程差。图像传感器18例如可以是CCD(电荷藕合器件)。除了可以是CCD之外，图像传感器18还可以是互补型金属氧化物半导体(CMOS)传感器。根据图像传感器18的类型，托架21中的光学系统的结构也可以适当地改变。
如上所述，在本实施例的光导3中，通过多个微透镜62使来自于入射面7的入射光在光导3中均匀地扩散并反射。因此，即使当读取光泽性照射对象22或者具有相对较高反射率的照射对象22时，也能够降低不均匀照度。
图11A和图11B是通过模拟得出的本实施例光导3的光线追迹图。图11A是截面图。图11B是俯视图。图11C是示出了通过模拟得出的本实施例光导的均匀性的图，并对应于图11B的俯视图。在图11C中，水平轴表示X轴方向(例如，参见图1)，垂直轴表示Y轴方向。
图12A～图12C分别对应于图11A～图11C，并图示了不具有微透镜(反射面是平面)的光导。
如这些图所示，对图11A～图11C的光导与图12A～图12C的光导进行比较可知，图11A～图11C的光导能使得入射光在反射面61上均匀扩散，从而降低了不均匀照度。在图11C和图12C中，各发光元件布置在Y轴上的-5mm附近。比较图11C和图12C可知，图11C中出现的白色带状部分以及夹着该白色部分的浅灰色带状部分比图12C中的相应部分宽。这表明了光扩散均匀性即照度均匀性的提高。
图13是通过其中使用了本实施例光导3的扫描仪装置100而实际读取到的光盘记录媒介的图像。图14是通过其中使用了不具有微透镜(反射面为平面)的光导的扫描仪装置而实际读取到的光盘记录媒介的图像。图15是通过其中使用了上述专利文件2的导光光学系统的装置而读取到的光盘记录媒介的图像。在图13～图15中使用了同一个光盘记录媒介。
对图14的图像和图15的图像进行比较可知，通过专利文件2的装置而读取到的图像(图15)表现出了较低的不均匀照度。然而，图13与图15之间的比较表明：图13所示的本实施例提供了更低的不均匀照度。从图15可以看出：特别是在光盘记录媒介的上部和下部，以基本相同的间距出现了明暗线。
本发明的实施例不限于上述实施例。也可以使用各种其他实施例。
发光元件2也可以不是LED而是激光二极管。
可以使用当从光导的主反射面的正面看时具有任何形状的微透镜，只要这些微透镜至少在它们的排列方向以及与该排列方向不同的方向这样两个方向上具有光焦度即可。例如，该形状可以是圆、椭圆、三条边以上的多边形、或者上述这些形状中的至少两种的组合。
或者，微透镜也可形成得具有这样的形状：例如，它们的光焦度至少在上述两个方向上是不同的。微透镜62的这种形状典型为椭圆。在此情况下，该椭圆的长轴(或短轴)与发光元件2的排列方向一致。
通过适当地设定该椭圆的长轴与短轴之间的长度比，能够适当地改变它的照度分布。
微透镜的排列不限于蜂窝状正六边形。微透镜也可以在横纵方向上呈矩阵的形式排列着，或者可以随意排列着。微透镜也可以在它们相互之间具有间隙。即使在这种情况下，也可使用当从主反射面的正面看时具有任何形状的各个微透镜，只要这些微透镜在至少上述两个方向上具有光焦度即可。
尽管微透镜62是凸透镜，但微透镜62也可以是凹透镜。具体地，主反射面可具有多个向着光导内部的凹面。
在上述实施例中，发光元件2排列成一行。然而，发光元件2也可以在Z轴方向上按照多行排列着。在此情况下，各个发光元件可以彼此交错地(例如，以蜂窝状排列方式)排列着。如果减小发光元件本身的尺寸，则入射面7能够具有与图1所示面积相同的面积，从而增大了发光元件的数量。
光导的出射面可以是球面或非球面的凸起形状。或者，该出射面可以是通过喷射加工(blast processing)而形成的平面。
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其它因素，可以在本发明所附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合及改变。

Claims (8)

1.一种光导，其包括：
入射面，它接收来自于至少在第一方向上排列着的多个发光元件的光；
出射面，它把来自于所述入射面的入射光射出；
反射面，它包括在所述第一方向及与所述第一方向不同的第二方向上具有光焦度的多个透镜，并被设置成与所述入射面相对；以及
导光部，它包括设置着所述入射面、所述出射面和所述反射面的表面，并使从所述入射面进入的光被所述反射面的所述多个透镜反射，由此将该光引导至所述出射面。
2.如权利要求1所述的光导，其中，所述多个透镜以二维的方式排列着。
3.如权利要求2所述的光导，还包括：
底面，它设置在所述入射面与所述反射面之间，并被设置成与所述出射面相对，
在该光导中，通过把所述多个透镜的二维排列面与所述底面之间的角度和所述多个透镜的表面与所述多个透镜的二维排列面之间的最大倾斜角度相加而得到的角度为120°以上。
4.如权利要求3所述的光导，其中，通过把所述多个透镜的二维排列面与所述底面之间的角度和所述多个透镜的表面与所述多个透镜的二维排列面之间的最大倾斜角度相加而得到的角度为135°以上。
5.如权利要求2所述的光导，其中，所述多个透镜被排列得形成蜂窝状结构。
6.一种光源装置，其包括多个发光元件和光导，所述多个发光元件至少在第一方向上排列着，所述光导包括：
入射面，它接收来自于所述多个发光元件的光；
出射面，它把来自于所述入射面的入射光射出；
反射面，它包括在所述第一方向及与所述第一方向不同的第二方向上具有光焦度的多个透镜，并被设置成与所述入射面相对；以及
导光部，它包括设置着所述入射面、所述出射面和所述反射面的表面，并使从所述入射面进入的光被所述反射面的所述多个透镜反射，由此将该光引导至所述出射面。
7.如权利要求6所述的光源装置，其中，所述多个发光元件还在与所述第一方向不同的第三方向上排列着。
8.一种读取装置，其包括多个发光元件、光导和转换元件，所述多个发光元件至少在第一方向上排列着，所述光导包括：
入射面，它接收来自于所述多个发光元件的光；
出射面，它把来自于所述入射面的入射光射出；
反射面，它包括在所述第一方向及与所述第一方向不同的第二方向上具有光焦度的多个透镜，并被设置成与所述入射面相对；以及
导光部，它包括设置着所述入射面、所述出射面和所述反射面的表面，并使从所述入射面进入的光被所述反射面的所述多个透镜反射，由此将该光引导至所述出射面，
并且，所述转换元件把来自于接收到从所述出射面射出的光的照射对象的反射光转换成电信号。
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