CN104219416A

CN104219416A - 线状光源装置及图像读取装置

Info

Publication number: CN104219416A
Application number: CN201410234195.6A
Authority: CN
Inventors: 水木庸介; 木村圭介; 高畠昌尚; 青野宗右
Original assignee: PFU Ltd; Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: PFU Ltd; Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2014-05-29
Publication date: 2014-12-17
Also published as: JP6243143B2; JP2014236416A; US20140354867A1; US9435509B2

Abstract

本发明提供线状光源装置及图像读取装置。线状光源将一个发光元件的光转换为扩散成线状的光并射出。透镜(2)使从发光元件(1)入射来的光中的、包含发光元件(1)的光轴(20)的规定区域(13)的光束以规定的扩散角在第2方向(x方向)上扩散。使外侧的区域(14)的光束以小的扩散角扩散。使光在第1方向(y方向)上收敛。由此，将一个发光元件(1)的光转换为扩散成线状的光并射出。在第2方向(x方向)上，能够在规定区域(13)中使光束稀疏，在其外侧的区域(14)中使光束密集，因此，通过光束的密度的控制，能够实现用作图像读取装置的光源时的线状的长度方向(x方向)的光量分布。

Description

线状光源装置及图像读取装置

技术领域

本发明涉及发出扩散成线状的光的光源装置，特别涉及适合于从原稿的上方照射线状的光来读取图像的顶置式图像读取装置的线状光源。

背景技术

在复印机等图像读取装置中，已知如下结构：对载置于接触玻璃上的原稿照射线状的光，利用CCD对由原稿反射的光进行感光，由此进行读取。作为照射线状的光的光源装置，已知如下结构：在导光体的端部配置LED，一边利用导光体引导来自LED的放射光，一边以规定间距的滚花形状朝向原稿表面射出放射光。在这样的线状光源装置中，由于在导光体中损失一部分光，所以存在光的利用效率低的问题。并且，在向原稿表面照射的光中，产生与导光体的滚花形状的间距对应的光量不均。并且，在为了向原稿照射强度大的光而使用高输出的LED的情况下，由于LED发出的热，还存在搭载有LED的部件和导光体被加热的问题。而且，导光体的宽度需要等于或大于原稿的宽度，因此光源装置的尺寸依赖于原稿尺寸，无法使光源比原稿尺寸小型化。

另一方面，在专利文献1中，公开了如下顶置式图像读取装置，其利用准直透镜和扩散板将LED这样的点光源的光扩散成线状，并从原稿的上方进行照射，利用透镜使被原稿向上方反射的光会聚，并利用一维排列的感光元件进行读取。在该装置中，能够使光源和感光元件的宽度比原稿宽度小，因此能够将光源和感光元件排列配置于原稿的上方，从而能够使图像读取装置小型化。

专利文件1：日本特开2011-254330号公报

在专利文献1中，公开了利用准直透镜将LED的光形成为“直线光”，进而利用扩散板形成“与读取方向平行的方向上的线状照射光”(段落0041、0042等)，但对于准直透镜和扩散板的具体形状和光学特性未作公开。并且，关于线状照射光的光量分布，虽然也公开了使其光亮分布成为将图像读取部(感光元件)感光时的感光量分布补充完整的分布(段落0016、0053、0061等)，但不知道利用什么样的准直透镜和扩散板才能够实现这样的光量分布。

发明内容

本发明的目的在于提供将发光元件的光转换为扩散成线状的光并射出的线状光源。

为了达成上述目的，根据本发明，提供一种线状光源装置，其具有发光元件和用于射出扁平的光束的透镜，所述透镜使所述发光元件发出的光在第1方向上收敛，并在与第1方向垂直的第2方向上扩散成线状而形成扁平的光束。透镜使从发光元件入射来的光中、包含发光元件的光轴的规定区域的光束以规定的扩散角在第2方向上扩散，并使比包含光轴的规定区域靠外侧的区域的光束以比包含光轴的规定区域的光束的扩散角小的扩散角在第2方向上扩散。由此，使透镜的光轴处的出射光量低于在第2方向上比光轴靠外侧的区域的出射光量。

根据本发明，能够提供将发光元件的光转换为扩散成线状的光并射出的线状光源。

附图说明

图1是实施方式的线状光源装置的立体图。

图2的(a)是在x方向上示出从实施方式的线状光源装置射出的光线的说明图，图2的(b)是在y方向上示出从实施方式的线状光源装置射出的光线的说明图。

图3的(a)是示出实施方式的线状光源装置在焦点4的距离处，出射光量在x面内的出射角方向和y面内的出射角方向上的分布的说明图，图3的(b)是示出实施方式的线状光源装置在x面内的各个出射角方向的出射光量比的线图，图3的(c)是示出实施方式的线状光源装置在y面内的各个出射角方向的出射光量比的线图。

图4的(a)是示出实施方式的透镜2的通过光轴20且平行于x方向的截面形状和光线的说明图，图4的(b)是示出实施方式的透镜2的通过光轴20且平行于y方向的截面形状和光线的说明图。

图5的(a)是实施方式的透镜2的俯视图，图5的(b)是实施方式的透镜2的侧视图，图5的(c)是实施方式的透镜2的仰视图。

图6的(a)是实施方式的透镜2在图1的位置Y1处的平行于y方向的截面图，图6的(b)是实施方式的透镜2在位置Y2处的平行于y方向的截面图，图6的(c)是实施方式的透镜2在位置Y3处的平行于y方向的截面图。

图7的(a)是示出实施方式的透镜2的从光轴向x方向的倾斜角度θ不同的面A、B、C的说明图，图7的(b)是示出包含光轴的面A的截面形状和光线的说明图，图7的(c)是示出面B的截面形状和光线的说明图，图7的(d)是示出面C的截面形状和光线的说明图。

图8是示出从实施方式的线状光源装置的发光元件1以某倾斜角射出的光线的说明图。

图9是示出实施方式的线状光源装置的出射光量随着出射角θ变化的线图。

标号说明

1：发光元件；2：透镜；2a：入射面；2b：出射面；3：基板。

具体实施方式

使用附图对本发明的实施方式的线状光源装置进行说明。

如图1中示出的立体图所示，本发明的线状光源装置具备发光元件1和透镜2。如图2的(a)、图2的(b)中示出的光线(光束分布)所示，透镜2使发光元件1发出的光11在第1方向(y方向)上收敛，从而射出沿垂直于第1方向的第2方向(x方向)扩散成线状的扁平的光束12。

如图2的(a)所示，透镜2构成为使从发光元件1入射来的光中的包含发光元件1的光轴20的规定区域13的光束以规定的扩散角沿第2方向(x方向)扩散。并且，构成为使比包含光轴20的规定区域13靠外侧的区域14的光束以比规定区域13的光束的扩散角小的扩散角扩散。由此，如图3的(a)、图3的(b)中示出的第2方向(x方向)的光量分布所示，使在透镜2的光轴20处的光量低于在第2方向(x方向)上比光轴靠外侧的区域的光量。

根据上述结构，在本发明中，能够实现能够将发光元件1的光转换为扩散成线状的光并射出的线状光源。并且，在第2方向(x方向)上，能够使光束分布在包含光轴20的规定区域13中稀疏，使光束分布在其外侧的区域14中密集，因此能够通过光束密度的控制来实现用作图像读取装置的光源时的线状的长度方向(x方向)的光量分布。

作为发光元件1，优选使用LED，特别期望是射出扩散光的LED。发光元件1的数量可以是1个，也可以是将2个以上的发光元件相邻配置的结构。在本实施方式中，以发光元件1的数量为1个的情况为例，在下面进行说明。并且，透镜2的材质例如使用塑料。

以下，对透镜2的具体形状的一个例子进行说明。

在图4的(a)、图4的(b)中，分别示出透镜2的通过光轴20且平行于x方向和y方向的截面图。透镜2具有供来自发光元件1的光射入的入射面2a和将光射出的出射面2b。在第2方向(x方向)上，出射面2b在以光轴20为中心的区域具备凹形状30。利用该凹形状30的整体或中心部，使上述规定区域13的光束以规定的扩散角在x方向上扩散。

并且，在第2方向(x方向)上，出射面2b在凹形状30的两侧分别具有凸形状31。这样，通过将凸形状31配置在凹形状30的两侧，能够使比包含光轴20的规定区域13靠外侧的区域14(图2)的光束以比规定区域13的光束的扩散角小的扩散角扩散。

利用这样的出射面2b的形状，能够使在透镜2的光轴20处的光量低于在第2方向(x方向)上靠外侧的区域的光量，从而如图3的(a)、图3的(b)所示那样产生期望的光量分布。

另外，外侧的区域14的最外周部15(图2的(a))的光束也可以不扩散而形成为平行光或收敛光。由此，能够进一步增大第2方向(x方向)的最外侧的区域15的光量。

出射面2b在第1方向(y方向)上是凸形状。由此，能够使发光元件1发出的光11在第1方向(y方向)上收敛。

出射面2b的第1方向(y方向)上的凸形状的曲率在光轴20处最大，并且随着远离光轴20而变小。通过这样设定y方向的曲率，能够如图3的(a)、图3的(c)中示出的光量分布所示那样，在y方向上形成光量分布相同的区域50。

另一方面，如图4的(a)所示，入射面2a在第2方向(x方向)上是凹形状。通过在第2方向(x方向)上将入射面2a形成凹形状，能够使从发光元件1扩散并射出的光11以接近法线的角度入射到入射面2a，从而使光大致沿直线前进。因此，能够使光在第2方向(x方向)上大致维持发光元件1处的扩散角而入射到出射面2b，并在出射面2b产生期望的扩散角的分布。由此，出射面2a只要调节扩散角使得在第2方向(x方向)产生光的扩散角并使光束产生疏/密即可，从而能够使第2方向(x方向)的出射面2b的曲率比较小，并能够进行精细的控制。与此相对，在入射面2a为平面或凸形状的情况下，从发光元件1入射来的光在入射面2a暂时收敛，因此在出射面2b，不得不使在入射面2a暂时收敛的光再次扩散。因此，出射面2b的曲率变大并且出射面2b的高度变高，精细的控制变得困难，因而出射面2b的设计变得困难。因此，期望入射面2a在第2方向(x方向)上是凹形状。

并且，如图4的(b)所示，入射面2a在平行于第1方向(y方向)的截面中的形状是与光轴垂直的直线。这样，通过使入射面2a在第1方向(y方向)上形成为直线形状，能够使从发光元件1扩散并射出的光11在第1方向(y方向)上以某种程度收敛并射向出射面2b。因此，出射面2b只要在第1方向(y方向)上使在入射面2a以某种程度收敛的光进一步收敛即可，因此，能够将出射面2b的第1方向(y方向)的曲率抑制得比较小，能够使装置小型化。另一方面，在入射面2a在第1方向(y方向)是凹形状的情况下，入射面2a的入射光不收敛，因此不得不增大出射面2b的曲率，导致装置大型化。并且，在入射面2a在第1方向(y方向)是凸形状的情况下，能够进一步使入射光收敛，但要维持第1方向(y方向)的透镜形状就必须减小透镜直径，从而使入射到入射面2a的光量减少，光的利用效率降低。因此，期望入射面2a在第1方向(y方向)上是直线形状。

如图1所示，发光元件1搭载于基板3上。在透镜2的外周连接有用于在基板3上支承透镜2的脚部5。脚部5通过热焊接等固定于基板3。透镜2借助脚部5，与发光元件1隔开规定的间隔而支承在发光元件2的上部。这样，通过在透镜2上设置脚部5，能够实现紧凑的线状光源装置。

如图1所示，可以在透镜2的整周上将脚部5设成框状。由此，发光元件1由框状的脚部5和透镜2包围，从而能够使配置有发光元件1的空间与外部空间隔绝。由此，灰尘等难以从外部附着到发光元件1，能够使发光元件1长时间稳定地动作，提高可靠性。

透镜2和脚部5可以由相同材料形成为一体。由此，能够削减部件数量，能够简化制造工序，同时进一步提高可靠性。

以下，使用图5等对透镜2的具体形状进行说明。在图5的(a)、图5的(b)、图5的(c)中，分别示出本实施方式的透镜2的一个例子的俯视图、侧视图及仰视图。图6的(a)、图6的(b)、图6的(c)是透镜2在图1中示出的位置Y1、Y2、Y3处平行于第1方向(y方向)的截面图。如图5的(b)所示，本实施方式的透镜2的出射面2b在x方向上具备以光轴20为中心的凹形状30，在其两外侧具备凸形状31。

在y方向上，如图6的(a)～图6的(c)所示，透镜2的出射面2b无论哪个位置Y1、Y2、Y3的截面都是凸形状。由图6的(a)～图6的(c)可知，与靠近光轴20的位置Y1相比，在x轴方向上越是远离光轴20的位置Y3，入射面2a越低(靠近发光元件1)。这是因为，如图7的(b)～图7的(d)所示，由于光从发光元件1扩散而射出，因此各扩散角的出射光在离透镜2大致相等的距离处收敛。具体而言，沿着图7的(a)的面A(包含光轴20的面)从发光元件1射出的光(图7的(b))、沿着从面A倾斜15度左右的面B从发光元件1射出的光(图7的(c))、和沿着从面A倾斜30度左右的面C从发光元件1射出的光(图7的(d))由于从发光元件1到透镜2的距离不同，因此光的扩散程度也不同。透镜2被设计为使这些光以各自的倾斜角，如图8所示那样在离透镜2大致相等的距离处收敛。由此，形成了在x方向上延伸较长且在y方向上收敛的线状的光束。

并且，在本实施方式中，作为一个例子，将透镜2的形状设计为：第2方向(x方向)的面内(包含光轴20且平行于x方向的面内：x面内)的光轴20方向(θ＝0)的出射光量与最大出射角(θ＝约35度)的出射光量的比约为1：5，并且，如图3的(b)所示，从光轴20到最大出射角，出射光量连续地变化。而且设计为：相对于x面内的到光轴20的出射角θ，该连续的出射光量的变化与I＝1/(I₀×cos⁴θ)的曲线大致一致。(其中，I是透镜2的出射光量，I₀是θ＝0时的透镜2的出射光量。)这样设计透镜2的形状的原因是，在用于后述的图像读取装置时，由于感光装置采用会聚光学系统，因此向感光元件入射的光的光量I’根据向感光装置的入射角而变化，其变化曲线由表示。(其中，I’表示向感光元件的入射光量，I₁表示感光装置的光轴方向处的入射光量，表示与感光装置的光轴所成的角。)这样，通过对线状光源装置的出射光量分布进行控制，能够将感光装置的特性补充完整。

并且，上述本实施方式的线状光源装置可以用在图像读取装置中。本实施方式的图像读取装置具备向原稿照射扩散成线状的光束的线状光源装置和感光装置。感光装置通过使来自原稿的反射光收敛并进行感光，来读取图像。例如，感光装置包括会聚光学系统和排列成线状的感光元件。本实施方式的线状光源装置是紧凑的，因此可以沿着透镜2的第2方向(x方向)排列配置线状光源装置和感光装置。此时，感光装置的感光元件的排列方向与线状光源装置的透镜的第2方向平行。由此，线状光源装置能够利用感光装置的会聚光学系统使向原稿照射的线状的光束的反射光会聚，高效地入射到感光元件的阵列并进行感光。另外，原稿配置在线状光源装置的焦点4的前后的任意一个位置上或焦点4上。由此，能够向原稿照射在第1方向(y方向)上具有规定的宽度且在第2方向(x方向)上延伸较长的线状的光。

关于感光装置，可以在线状光源装置的单侧配置1台，也可以在线状光源装置的两侧分别配置。

根据本发明，能够实现小型的线状光源装置，其利用紧凑的透镜2使从一个发光元件射出的光在第2方向(x方向)上扩散，并在第1方向(y方向)上收敛，来形成线状的光束。

Claims

1.一种线状光源装置，其特征在于，该线状光源装置具有发光元件和用于射出扁平的光束的透镜，其中，所述透镜使所述发光元件发出的光在第1方向上收敛，并在与所述第1方向垂直的第2方向上扩散成线状而形成扁平的光束，

所述透镜使从所述发光元件入射来的光中、包含所述发光元件的光轴的规定区域的光束以规定的扩散角在第2方向上扩散，并使比包含所述光轴的规定区域靠外侧的区域的光束以比包含所述光轴的规定区域的光束的扩散角小的扩散角在所述第2方向上扩散，使所述透镜的所述光轴处的出射光量低于在所述第2方向上比所述光轴靠外侧的区域的出射光量。

2.根据权利要求1所述的线状光源装置，其特征在于，所述透镜具有：入射面，其供来自所述发光元件的光入射；和出射面，其用于射出光，

所述出射面的包含所述光轴的区域在所述第2方向上是凹形状。

3.根据权利要求2所述的线状光源装置，其特征在于，在所述第2方向上，所述出射面在所述凹形状的两侧分别具有凸形状。

4.根据权利要求2或3所述的线状光源装置，其特征在于，所述出射面在所述第1方向上是凸形状。

5.根据权利要求4所述的线状光源装置，其特征在于，所述出射面在所述第1方向上的所述凸形状的曲率在所述光轴处最大，并且随着远离所述光轴而变小。

6.根据权利要求2～5中任意一项所述的线状光源装置，其特征在于，所述透镜的所述入射面在所述第2方向上是凹形状。

7.根据权利要求2～6中任意一项所述的线状光源装置，其特征在于，所述入射面在平行于所述第1方向的截面中的形状是垂直于所述光轴的直线。

8.根据权利要求1～7中任意一项所述的线状光源装置，其特征在于，所述线状光源装置还具有用于搭载所述发光元件的基板，

在所述透镜的外周连接有用于将所述透镜支承在所述基板上的脚部，所述脚部被固定于所述基板，所述透镜借助所述脚部，与发光元件隔开间隔而被支承在所述发光元件的上部。

9.根据权利要求8所述的线状光源装置，其特征在于，所述脚部在所述透镜的整周被设成框状，配置有所述发光元件的空间与外部空间隔绝。

10.根据权利要求8或9所述的线状光源装置，其特征在于，所述透镜和所述脚部由相同材料形成为一体。

11.一种图像读取装置，其特征在于，该图像读取装置具有：线状光源装置，所述线状光源装置向原稿照射扩散成线状的光束；和感光装置，所述感光装置使来自所述原稿的反射光收敛并进行感光，

所述线状光源装置是权利要求1～10中任意一项所述的线状光源装置。

12.根据权利要求11所述的图像读取装置，其特征在于，所述感光装置包括会聚光学系统和排列成线状的感光元件，并且所述图像读取装置与所述线状光源装置沿着所述透镜的所述第2方向排列配置，

所述感光装置的所述感光元件的排列方向平行于所述线状光源装置的所述透镜的所述第2方向。

13.根据权利要求11或12所述的图像读取装置，其特征在于，所述感光装置为2台，并沿着所述线状光源装置的所述第2方向配置于所述线状光源装置的两侧。