CN103634500A - 照明装置和图像读取装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种照明装置和图像读取装置。照明装置包括光源、光导，以及被配置成保持光源并通过固定部件保持所述光导的保持部件。在包括光源的出射表面的平面法线方向和光导的入射表面的平面法线方向的截面内，光导的入射表面的平面法线方向或接触固定部件的光导的表面内的方向以及光源的出射表面的平面法线方向或光源的光发射的最大强度方向相对于彼此倾斜，使得来自光源的最大强度方向的光线在光导的入射表面处在离开固定部件的方向被折射。

Description

照明装置和图像读取装置

技术领域

本公开涉及照明装置以及使用该照明装置的图像读取装置。此处所公开的概念特别适于图像扫描仪、复印机，以及传真机。

背景技术

诸如图像扫描仪、复印机以及传真机之类的图像读取装置在对文档的目标表面照明的同时按行顺次读取图像。通常，在这样的图像读取装置中所使用的文档照明装置使用诸如荧光灯之类的管状（线状）光源来对文档的目标表面照明。最近，由于发光二极管（LED）的光发射利用效率已经提高，因此，开发了使用多个LED来代替线性光源的照明装置。

当使用诸如LED之类的接近点状的光源时，多个LED被排列在主扫描方向（文档的纵向方向），以优化主扫描方向上的光量分布和光量本身。进一步地，为高效地将来自LED的光引导到要照明的表面上的读取区域，使用利用内部反射和折射的光导。

在这样的文档照明装置中，需要准确地设置作为光源的LED的光发射角度中的最大强度方向和光导的入射表面之间的位置关系，以尽可能地提高光利用效率。在美国专利No.7,760,403中，上面安装了LED的基板充当保持LED和光导体的保持部件。此外，基板的一区域，即保持光导的区域，被用作反射面，从而防止光利用效率的降低。

然而，在美国专利No.7,760,403中，当光导利用诸如插入在光导和基板之间的双面胶带之类的固定部件固定到基板上时，入射到光导的入射表面上的某些光线进入该固定部件。难以使用诸如双面胶带的固定部件作为反射面。因此，即使使用具有高反射率的白色双面胶带，进入固定部件的光线也会被不规则地反射，从而光利用效率降低。

发明内容

本公开涉及能够防止光利用效率降低而同时保持光源和光导之间的位置关系的照明装置和图像读取装置。

根据本公开的一个方面，照明装置包括光源，具有入射表面和出射表面的光导，以及被配置成保持所述光源和通过固定部件保持所述光导的保持部件，来自所述光源的光线入射到所述入射表面上，并且穿过所述入射表面的光线从出射表面朝向要照明的表面出射。在包括光源的出射表面的平面法线方向和光导的入射表面的平面法线方向的截面内，光导的入射表面的平面法线方向或光导的接触固定部件的表面内的方向，以及光源的出射表面的平面法线方向或光源的光发射的最大强度方向，相对于彼此倾斜，使得来自光源的最大强度方向的光线在光导的入射表面处在离开固定部件的方向上折射。

通过下列参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得明显。

附图说明

图1是示出了配备有照明装置的图像读取装置的图示。

图2A是根据第一示例性实施例的照明装置的示意配置图示。

图2B是根据第一示例性实施例的其中进入固定部件的光量减少的照明装置的光导中的光线跟踪图。

图3是当改变光导的入射表面的倾斜角θ时照明装置的示意配置图示。

图4是示出了当改变光导的入射表面的倾斜角θ时的相对光量的图示。

图5是示出了根据第一示例性实施例的用于形成光导的方法的图示。

图6是照明装置的光导中的光线跟踪图。

图7是照明装置的光导中的光线跟踪图。

图8是常规照明装置的光导中的光线跟踪图。

具体实施方式

下面将参考附图详细地描述本发明的各种示例性实施例、特征以及方面。

图1是示出了根据第一示例性实施例的配备有照明装置的图像读取装置的图示。该图像读取装置配备有支撑架200和文档定位板202。支撑架200整体地保持光源204、光导205，以及成像光学系统208。文档定位板202由玻璃制成，文档203被放在其上。在图像读取装置中，支撑架200在通过图1中的箭头A来表示的副扫描方向，相对于被放在文档定位板202上的文档203移动，以读取文档203的图像信息。如此读取的图像信息通过接口（未示出）被发送到位于装置内部的图像处理单元或诸如个人计算机之类的外部装置。

可替代地，文档203可以相对于支撑架200移动，以读取文档203的图像信息。

在支撑架200中，包括光源204和光导205的照明装置从在支撑架200中所提供的读取窗口206的附近照射文档203上的读取区域。进一步地，成像光学系统208通过读取窗口206和折叠式反射镜207a到207d在行传感器（光接收单元）209上收集来自文档203的反射光或散射光。

图2A中所示出的光源101包括排列在X方向（主扫描方向）的多个LED。光源101通过光导110照射在X方向延伸的线性读取区域（未示出）。光导110配备有面向光源101的入射表面111。光导110透射和内部反射（全反射）来自光源101的光，以将光定向到出射表面113。然后，从出射表面113直接或通过反射镜等等照射读取区域。

光源101安装在基板103上并被基板103保持。光导110由丙烯酸树脂制成，并通过插入在光导110和基板103之间的固定部件102（在本示例性实施例中是白色双面胶带）固定到基板103上。换言之，作为保持部件的基板103整体地保持光源101和光导110。

如图8所示的光源301称为侧视LED，该光源301是具有垂直于基板303的出射表面302的LED。侧视LED在诸如液晶显示器的背光之类的各种领域被用作光源。下面所描述的示例性实施例中也使用侧视LED。一般而言，LED根据朗伯定律从出射表面302发光，即，发光使得亮度是均匀的，不管视角如何。LED在出射表面302的法线方向的±90°范围内宽范围地发射光线，而在出射表面302的法线方向取得光的最大强度。

为通过使用这样的侧视LED光源301和光导300来配置高效的照明装置，需要放置光导300和光源301以防止其相对位置的偏离。因此，为有效地定位侧视LED光源301和光导300，上面安装了光源301的基板303被附接到或接合到光导300的入射表面310的附近。

然而，在这样的配置中，从光源301发出的然后进入光导300的入射表面310的某些光线朝向将光导300固定在其上的固定部件304传播。

由于双面胶带或接合剂一般被用作固定部件304，因此，在固定部件304和光导300之间没有界面空间。结果，界面中的全反射的条件变得严格。更具体而言，全反射所需的入射角变大。因此，在如图8所示的常规配置中，在固定部件304处吸收或散射没有被全反射的光线。结果，定向到要被照射的区域（读取区域）的光线减少，从而，光利用效率降低。

鉴于此，在根据本示例性实施例的照明装置中，如图2B所示，光导400的入射表面410在YZ截面内倾斜。YZ截面包括光源401的出射表面402的平面法线方向，以及光导400的入射表面410的平面法线方向。具体而言，在YZ截面内，光导400的入射表面410的法线方向相对于光源401的出射表面402的法线方向倾斜，使得来自光源401的最大强度方向的光线在光导400的入射表面410处在离开固定部件404的方向被折射。最大强度方向表示，在从光源401发出的光线的光发射角度之中，具有最大强度的光线传播的方向。换言之，光导400的入射表面410在允许进入入射表面410的最大强度方向的光线，通过折射在离开诸如双面胶带之类的固定部件404的方向传播的方向倾斜。因此，在接触固定部件404的光导400的表面和其入射表面410之间形成的角度是钝角。结果，由于朝向固定部件404传播的光线减少，因此，可以防止照明的光利用效率的降低。

下面，将描述由入射表面的倾斜所引起的效果。通过执行从光导510的出射表面513发出的光线的总量的模拟来估计效果。通过在-8°到8°的范围内改变光导510的入射表面511相对于LED光源501的出射表面504的倾斜角θ，来执行模拟，如图3所示。LED光源501的出射表面504具有宽度（X方向）为2mm而高度（Y方向）为0.5mm的大体矩形形状。光导510由丙烯酸树脂制成，并具有厚度（Y方向）为1mm而长度（Z方向）为大致10mm的长方体形状。

基板503是具有1mm的厚度（Y方向）的平板。假设基板503的反射率为0%，即，假设基板503为吸收部件。进一步地，具有0.05mm的厚度（Y方向）和5mm的宽度（Z方向）的白色双面胶带被用作固定部件502。在光线在由固定部件502的反射中根据朗伯定律散射，且反射率是50%、70%以及90%的条件下，执行计算。

图4示出了在上面的条件下的计算结果。在图4中，利用当倾斜角θ是0°时，即，当LED光源的出射表面直接面向光导的入射表面时，光导的出射表面上的光量来执行规范化。当LED光源501的出射表面504直接面向光导510的入射表面511时，光导510的入射表面511在逆时针方向旋转的方向被定义为正（+），而光导510的入射表面511在顺时针方向旋转的方向被定义为负（-）。

图4示出了，当光导510的入射表面511向顺时针方向旋转时，照明光的量基本上均匀地减小。另一方面，当光导510的入射表面511向逆时针方向旋转时，曾经减小的照明光量趋向于再次增大。这是因为，来自LED光源501的光线在光导510的入射表面511处在Z+方向折射，因此，朝向具有散射或吸收效应的固定部件502传播的光线减少。

当入射表面511继续向逆时针方向旋转时，光量以与顺时针旋转的情况同样的方式减小。这是因为，LED光源501的出射表面504和光导510的入射表面511之间的间隔扩大，而光线通过间隔泄露。

上面的结果示出了，当LED光源的出射表面的法线和光导的入射表面的法线彼此平行时，照明的光利用效率变得最大。然而，当通过注模来制造光导时，由于模具的结构，这样的状况是不理想的。更具体而言，当LED光源的出射表面的法线和光导的入射表面的法线彼此平行时，光导的入射表面和其光导部分的底表面（面向固定部件的表面）变得彼此垂直。然而，这样的状况在注模时是不理想的。

上面的原因如下。在图像照明装置中所使用的诸如光导之类的组件在主扫描方向（X方向）长，相对于Z方向在Y方向（厚度方向）短。当通过注模来制造这样的组件时，一般以使得模制的组件在Y方向从模具中移除这样的方式设计模具，如图5所示。在这样的模具结构中，在入射表面701中具有叫做“脱模角”的倾斜是有效的，即，形成光导表面和入射表面701以便不彼此垂直。形成脱模角，以当从模具中移除模制的光导时防止可能导致模制的光源的形状异常的入射表面701卡在模具上的情形。

已知脱模角一般而言大致是1°到3°。然而，本示例性实施例的特征在于，脱模角的方向被定义为入射光通过折射离开固定部件传播的方向，并且脱模角是3°或更大，这大于常规脱模角。更具体而言，为提高光利用效率而同时防止在脱模时模制的光导的形状发生异常，虽然取决于固定部件的反射率，光导的入射表面在图3中的逆时针方向倾斜大致3°到5°。

将参考图6来描述根据第二示例性实施例的照明装置。在本示例性实施例的照明装置中，第一示例性实施例的光导的入射表面的一部分被形成为具有弧形截面。更具体而言，入射表面810的上部810a（第一部分）被形成为平面，上部810a位于远离固定部件804处。进一步地，上部810a的法线在入射光通过折射离开固定部件804而传播的方向倾斜。另一方面，入射表面810的下部810b（第二部分）被形成为曲面，下部810b位于靠近固定部件804处。在曲面中，法线的角度连续地变化，其相对于光源801的光发射角度中的最大强度方向的倾斜变得更大。

穿过光导800的入射表面810的下部810b的光线可能朝向固定部件804传播。然而，在本示例性实施例中，穿过下部810b的光线可以在Z+方向折射。结果，可以改善照明的光利用效率。另外，由于在光导800中有较少的锐利的部分，因此，可以进一步地减少光导800在脱模时卡住的情况发生。结果，形状异常不可能会发生。

将参考图7来描述根据第三示例性实施例的照明装置。在本示例性实施例的照明装置中，使用与第一示例性实施例的光导的形状相同的光导900。另外，LED光源901的出射表面902与光导900的入射表面910平行地排列。更具体而言，在YZ截面内，光源901的出射表面902的平面法线方向或光发射角度中的最大强度方向相对于接触固定部件904的光导900的表面内的方向（Z方向）倾斜。出射表面902的法线方向和入射表面910的法线方向彼此相同。

当光导900的入射表面910倾斜时，在LED光源901的出射表面902和光导900的入射表面910之间生成间隔。然而，在本示例性实施例中，可以使间隔小一些，从而改善照明的光利用效率。在本示例性实施例中，使用被弯曲以在其两端向下折的基板903来允许光线进入入射表面910，使得光线在离开固定部件904的方向进行传播。另外，使得LED光源901的出射表面902和光导900的入射表面910之间的间隔更小。

虽然描述了本发明的示例性实施例，但是，本发明不限于此。可以如下面所描述的那样进行各种修改。

虽然是参考示例性实施例描述本发明的，但是应该理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。下列权利要求的范围应该根据最广泛的解释，以便包含所有这样的修改及等效结构和功能。

在上面的示例性实施例中，在主扫描方向（纵向方向）形成的各个LED之间的距离可以彼此相等。LED还可更紧密地排列，即，被配置为在纵向方向在光源的两端比在其中心处具有更小的距离。可替代地，LED还可在纵向方向只在光源的端部提供。

在图7中，光导900可以替换为图8中所示出的常规光导300。在此情况下，光导300的入射表面310的平面法线方向相对于光源901的出射表面902的平面法线方向（或，光发射角度中的最大强度方向）倾斜。

可替代地，在图7中，在离开固定部件的方向发光的光源可以与常规板状基板303相结合地使用。

进一步地，在图2B中，比光导400具有更高的折射率的介质可以插入在光源401的出射表面402和光导400的入射表面410之间，以便入射表面410不是从右下向左上倾斜，而是从左下向右上倾斜。

Claims (8)

1.一种照明装置，包括：

光源；

具有入射表面和出射表面的光导，来自所述光源的光线入射到所述入射表面上，穿过所述入射表面的光线从所述出射表面朝向要照明的表面出射；以及

被配置成保持所述光源和通过固定部件保持所述光导的保持部件，

其中，在包括光源的出射表面的平面法线方向和光导的入射表面的平面法线方向的截面内，光导的入射表面的平面法线方向或光导的接触固定部件的表面内的方向，与光源的出射表面的平面法线方向或光源的光发射的最大强度方向，相对于彼此倾斜，使得来自光源的最大强度方向的光线在光导的入射表面处在离开固定部件的方向上折射。

2.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述光源的所述出射表面垂直于接触所述光源的所述保持部件的表面。

3.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述光导的所述入射表面包括平面部分以及曲面部分，所述平面部分的平面法线相对于所述光源的光发射的所述最大强度方向倾斜，所述曲面部分的平面法线连续地变化，以及

其中，所述最大强度方向的光线在所述平面部分处在离开所述固定部件的方向上折射。

4.根据权利要求3所述的照明装置，其中，所述曲面部分被定位为比所述平面部分更接近所述固定部件。

5.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述保持部件中保持所述光源的区域相对于所述保持部件中保持所述光导的区域是弯曲的。

6.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述光源包括排列在其纵向方向的多个发光二极管。

7.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述光源包括在其纵向方向只排列在所述光源的端部的发光二极管。

8.一种图像读取装置，包括：

照明装置，包括

光源；

具有入射表面和出射表面的光导，来自所述光源的光线入射到所述入射表面上，穿过所述入射表面的光线从所述出射表面朝向文档出射；以及

被配置成保持所述光源和通过固定部件保持所述光导的保持部件，

其中，在包括光源的出射表面的平面法线方向和光导的入射表面的平面法线方向的截面内，光导的入射表面的平面法线方向或光导的接触固定部件的表面内的方向，与光源的出射表面的平面法线方向或光源的光发射的最大强度方向，相对于彼此倾斜，使得来自光源的最大强度方向的光线在光导的入射表面处在离开固定部件的方向上折射；

被配置成收集由所述照明装置照明的文档的文档表面反射的光束的成像光学系统；以及

被配置成从所述成像光学系统接收光束的光接收单元。

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