CN105450895B - 导光单元、使用该导光单元的照明装置和图像读取设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种导光单元、使用该导光单元的照明装置和图像读取设备。导光单元使用在用于读取原稿的图像读取设备中，其包括：导光构件，其包括入射面、在第一方向上延伸的出射面以及与出射面相对的导光面；以及漫射构件，其与导光面相对；其中，从入射面射入导光构件的光经由导光面和漫射构件引导至出射面，并且从出射面射出以照明原稿，导光构件还包括在导光构件的与漫射构件相对的一侧上沿第一方向配置的多个棱镜，多个棱镜各自在包括第一方向并且与导光面垂直的第一截面中具有矩形形状，以及多个棱镜各自满足以下条件：Wtan(sin‑1(1/n))≤H≤2W，其中W表示多个棱镜各自在第一截面中的宽度，H表示多个棱镜各自的高度，n表示导光构件的折射率。

Description

导光单元、使用该导光单元的照明装置和图像读取设备
技术领域
本发明涉及导光单元以及使用该导光单元的照明装置和图像读取设备。特别地，本发明适用于用于照明原稿表面从而以线性方式依次读取图像的诸如图像扫描仪、复印机和传真机等的图像读取设备。
背景技术
至今，已知一种使用发光二极管(LED)作为原稿照明装置的光源的技术，该原稿照明装置是图像读取设备中的照明装置。可以将该照明装置分类成将多个LED配置在主扫描方向上的阵列配置型照明装置和将LED配置在由树脂等构成的半透明的导光构件的长边端部的端部配置型照明装置，由此通过导光构件来传播从光源所射出的光通量。
最近，LED的发光效率增强了，因而存在对可以减少LED的使用数量的端部配置型照明装置的需求。与阵列配置型相比，端部配置型存在原稿读取面上被照亮的部分区域中靠近LED光射入的端面(入射面)的照度不容易增强的问题。该问题归因于从LED发出、射入导光构件、利用形成在导光构件的长边方向(主扫描方向)上的漫射面反射以穿过导光构件的出射面并到达原稿面的光束的光路长度以及该漫射面所反射的光束的角度。
特别地，在漫射面具有锯状三棱柱或梯形棱柱形状的情况下，光束向原稿面行进的角度趋于指向光束远离端面(入射面)的方向，因而不容易增强端面(入射面)附近的照度。
另外，在要读取的对象具有很大的厚度的情况下，存在三维对象的阴影趋于仅生成在长边方向(主扫描方向)的一个方向上的问题。也就是说，与不容易增强端面(入射面)附近的照度的问题类似，光束向原稿面行进的角度趋于指向光束远离端面(入射面)的方向，因而存在由于要读取对象的厚度而生成阴影的问题。
作为解决这些问题的方案，在日本特开2011-71696中，公开了一种用于通过在主扫描方向上扩展导光构件来改善主扫描照度以使导光构件的漫射面(锯状三棱柱形状)所完全反射的光束照明预定的照明区域的技术。
另外，在日本特开2009-37746中，公开了一种用于通过将配置成与导光构件(锯状三棱柱形状)的漫射面相对的反射板的表面形成凹凸形状来抑制三维对象的阴影的技术。
小型化的图像读取设备需求巨大。与这种需求相反，在日本特开2011-71696中，在主扫描方向上扩展导光构件，这不适于小型化。特别地，在端部配置型中，在导光构件的长边方向(主扫描方向)上配置有诸如导光构件、LED光源以及散热构件等的构件，因而在导光构件的长边方向(主扫描方向)上扩展导光构件与设备的大型化密切相关。
另外，在日本特开2009-37746中，反射板的表面形成凹凸形状，但是在导光构件的漫射面的节距或者形状与反射板的凹凸形状的节距或者形状之间的相对位置在长边方向(主扫描方向)上未对准的情况下，可能生成三维对象的阴影。因此，除了导光构件与反射板的高位置精度需求外，存在由于LED光源所生成的热量引起的热膨胀可能使导光构件的漫射面的节距或者形状发生移位的担忧。
发明内容
本发明的目标在于提供一种能够在不要求高位置精度的状态下，在抑制在长边方向上增大导光构件的同时、增加导光构件的甚至端面(入射面)附近的照度并抑制三维对象的阴影的导光构件以及使用该导光构件的照明装置和图像读取设备。
为了实现上述目标，根据本发明的实施例，提供一种导光单元，使用在用于读取原稿的图像读取设备中，所述导光单元包括：导光构件，其包括入射面、在第一方向上延伸的出射面以及与该出射面相对的导光面；以及漫射构件，其与所述导光面相对；其中，从所述入射面射入所述导光构件的光经由所述导光面和所述漫射构件引导至所述出射面，并且从所述出射面射出以照明所述原稿，所述导光构件还包括在所述导光构件的与所述漫射构件相对的一侧上沿所述第一方向配置的多个棱镜，所述多个棱镜的各棱镜在包括所述第一方向并且与所述导光面垂直的第一截面中具有矩形形状，以及所述多个棱镜的各棱镜满足以下条件：Wtan(sin-1(1/n))≤H≤2W，其中W表示所述多个棱镜的各棱镜在所述第一截面中的宽度，H表示所述多个棱镜的各棱镜的高度，n表示所述导光构件的折射率。
根据本发明的实施例，提供一种照明装置，包括：光源；以及上述导光单元。
根据本发明的实施例，提供一种图像读取设备，包括：上述照明装置；图像读取光学系统；以及配置在所述图像读取光学系统的像面内的图像读取单元。
参考附图根据对典型实施例的以下说明，本发明的其它特征将变得明显。
附图说明
图1是使用根据本发明的第一实施例的导光单元的图像读取设备的主体示意图。
图2是用作使用根据第一实施例的导光单元的照明装置的原稿照明装置的主体示意图。
图3A是来自光源的光在根据第一实施例的导光单元中的棱镜处被折射的情形的说明图。
图3B是光在根据第一实施例的导光单元中的棱镜处不被折射而被反射的情形的说明图。
图4是根据第一实施例的导光单元的第二侧面以及漫射/反射构件的主体放大图。
图5是根据第一实施例的导光单元的端面(入射面)附近的区域的主体放大图。
图6是使用根据本发明的第二实施例的导光单元的原稿照明装置的主体示意图。
图7是根据第二实施例的导光单元的第二侧面以及漫射/反射构件的主体放大图。
图8是使用根据本发明的第三实施例的导光单元的原稿照明装置的主体示意图。
图9是根据第三实施例的导光单元的第二侧面以及漫射/反射构件的主体放大图。
具体实施方式
以下，将参考附图说明本发明的实施例。
第一实施例
图像读取设备
图1是其上安装有根据本发明的实施例的导光单元和用作照明装置的原稿照明装置的图像读取设备100的副扫描截面图。这里，将“主扫描方向”、“副扫描方向”、“主扫描截面”和“副扫描截面”定义如下。即，主扫描方向指的是与图1的图页相垂直的方向(作为长边方向的第一方向)，副扫描方向指的是图页中的A方向(第二方向)，主扫描截面指的是包括第一方向和第二方向的截面，以及副扫描截面指的是图1的图页的截面。
在图1中，集成的扫描光学系统单元(滑架)107包括：读取单元(线传感器或图像传感器)105，用于读取来自被原稿照明装置103照明的原稿101的光通量，该原稿照明装置103用于对放置在原稿台玻璃(原稿台)102上的原稿101进行照明。另外，滑架107包括多个折叠镜104a到104d，用于将来自原稿101的光通量引导到读取单元105，以及用作图像读取光学系统的缩小的光学系统(成像透镜)106，用于基于来自原稿101的图像信息将光通量成像在作为像面的读取单元105的面上。
通过用作驱动单元的驱动马达(副扫描马达)108在图1所示的箭头A的方向上(副扫描方向)对上述配置的滑架107进行扫描。在进行原稿扫描时，滑架107所包括的元件不改变它们的相对位置关系。
在图1中，多个折叠镜包括有序地沿着从原稿101侧开始的光路的第一折叠镜104a、第二折叠镜104b、第三折叠镜104c和第四折叠镜104d。配置各折叠镜以使得来自原稿101的光通量从第一折叠镜104a行进到达第二折叠镜104b，进一步从第二折叠镜104b行进到达第三折叠镜104c，以及进一步从第三折叠镜104c行进到达第四折叠镜104d。
然后，通过成像光学系统106将已经到达第四折叠镜104d的光通量成像在读取单元105的面上。在这种结构中，将读取单元105所读取的原稿的图像信息作为电信号发送到特定的图像处理单元(没有示出)，经过特定的信号处理后输出。另外，图像读取设备100还包括用于对该设备进行驱动的电源单元(没有示出)。
照明装置
将更详细地说明根据本发明第一实施例的用作照明装置的原稿照明装置103。图2是根据本实施例的原稿照明装置103的长边(主扫描)截面图。该原稿照明装置103包括作为高亮度白色LED的光源109a和109b、以及用作下面将详述的导光单元的导光构件110和用作漫射构件的漫射/反射构件116。
一个光源109a和一个光源109b分别配置在导光构件110的长边方向(主扫描方向)上的两个端部。漫射/反射构件116例如包括白色薄片，在本实施例中，白色薄片为混有微细的二氧化钛粒子的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET树脂)所形成的白色薄片。导光构件110包括玻璃材料或者利用诸如塑料等的合成树脂制成的光学构件。在本实施例中，使用为容易成型的塑料材料的丙烯酸树脂(PMMA)。
导光单元
根据本实施例的导光单元包括导光构件和漫射构件。导光构件具有入射面、第一方向为长边的出射面以及与该出射面相对的导光面。漫射构件与导光面相对。经由导光面和漫射构件将从入射面射入导光构件的光引导至出射面。也就是说，通过从原稿照明装置103中排除光源109a和109b所获取的导光单元包括导光构件110和用作漫射构件的漫射/反射构件116。并且，如图2所示，导光构件110具有端面(入射面)111，其中来自配置在长边方向(第一方向、主扫描方向)上的两个端部的光源109a和109b的光射入该端面111。
另外，导光构件110具有用作来自光源的光射出至原稿101的出射面的第一侧面112、以及用作导光面的与第一侧面相对的第二侧面115。第二侧面115包括第一区域和第二区域，并且在长边方向(主扫描方向)上延伸。另外，导光构件110具有与第一侧面112和第二侧面115彼此连接的两个相对的反射侧面113。
在这种情况下，反射面形成在第二侧面115的第一区域中。另外，在第二侧面115的第二区域中，在包括长边方向并且与第二侧面垂直的第一截面中具有矩形形状的棱镜114作为朝向远离第一侧面的一侧(外侧)的突起而形成。然后，在第二侧面115中，在长边方向(第一方向)上交替地形成多个第一区域和多个第二区域。如上所述，在用作导光面的第二侧面115的与漫射/反射构件116相对的侧面上，形成在长边方向(第一方向)上配置的多个棱镜114。
在本实施例，“矩形形状”不仅指代矩形，也指代大体上矩形的形状。优选地，在第一方向上，棱镜的侧面相对于棱镜的底面的角度为θ的情况下，棱镜的侧面相对于导光面的倾斜角度(180°-θ)为90°≤180°-θ≤100°(即，80°≤θ≤90°)。
导光构件110在本实施例的主扫描方向上的长度为320mm，并且从第二侧面115到第一侧面112的高度T为6mm。
第二侧面115
以下，参考图2、图3A和图3B说明第二侧面115。如上所述，在第二侧面115中，反射面形成在第一区域中，其中该反射面用作对入射角在临界角以上的入射光进行反射的反射部(但是对于入射角小于临界角的入射光用作透射部)。另外，在第二侧面115的第二区域中，在包括长边方向并且与第二侧面垂直的第一截面以及与该第一截面垂直的第二截面中具有矩形形状的棱镜(长方体棱镜)114作为远离第一侧面的一侧上的突起部而形成。
在沿长边方向(主扫描方向)，棱镜114的中心间隔(节距)用P表示并且棱镜114的宽度用W表示的情况下，在本实施例中，棱镜114的节距P在主扫描方向的整个320mm的区域中是恒定的。另一方面，棱镜114的棱镜宽度W以在长边方向(主扫描方向)的端部(来自光源109a的光的入射面111)附近具有最小宽度Wmin以及在长边方向(主扫描方向)的中心部附近具有最大宽度Wmax的方式变化。
注意，在来自与光源109a相对侧的光源109b的光所射入的端面(入射面)111附近的棱镜的宽度W同样在长边方向(主扫描方向)上从Wmin变化为长边方向(主扫描方向)中心部附近的Wmax。
在棱镜114的长边宽度用W表示(倾斜角为90°，因而与棱镜的平均宽度W相匹配)、与长边方向垂直的方向上的高度用H表示以及棱镜114的折射率用n表示的情况下，将棱镜114成形为满足以下表达式。
Wtan(sin-1(1/n))≤H≤2W…(1)
条件表达式(1)定义了棱镜114的高度。通过在条件表达式(1)的范围内定义棱镜高度H，可以获得足够的长边(主扫描)照度分布，可以抑制在长边照度分布中生成局部不均匀。以下将长边(主扫描)照度分布中的不均匀称为“长边波动(主扫描波动)”。
在高度低于条件表达式(1)的下限值的情况下，生成局部主扫描波动，因而不能获取足够的主扫描照度分布。现参考图3A和图3B说明主扫描波动。图3A是用于说明本实施例的反射面的示意图，以及图3B是用于说明高度低于条件表达式(1)的下限值的情况下反射面的示意图。
在到达棱镜114的光束A1之中，棱镜114的侧面与光束A1所形成的角α的最大值αmax为大体上对应于垂直光的90°，以及角α的最小值αmin为对应于临界角的sin-1(1/n)°。到达棱镜114的光束A1的角α落入以下范围。
sin-1(1/n)≤α<90
因此，如图3A所示，在棱镜114的高度H相对于棱镜的宽度W设置为等于或者大于Wtan(sin-1(1/n))的情况下，到达棱镜114的光束能够有效地射出到外部。在本实施例中，导光构件110的材料为丙烯酸树脂(PMMA)，因而折射率n为1.49。因此，相同材料所组成的棱镜114的高度H为0.9W或者更大。
接着，参考图3B，说明高度低于条件表达式(1)的下限值Wtan(sin-1(1/n))的情形。在棱镜的高度H小于0.9W的情况下，光完全在棱镜114的底面和侧面反射，使得如图3B中的光束A1所示，光向作为出射面的第一侧面112行进而没有从棱镜114射出到外部。在到达第一侧面112的光束之中，不满足全反射角的光从第一侧面112射出，导致意想不到的局部主扫描波动。
在高度超过条件表达式(1)的上限值2W的情况下，棱镜114相对于宽度W变长且薄。因此，在使导光构件成型时，会引起树脂在模具中不容易流动的问题。因此，希望棱镜高度H在2W以内。
在本实施例中，具体的数值如下。配置在长边方向(主扫描方向)上的多个棱镜114的中心间隔(节距)P在主扫描方向的整个320mm的区域中是恒定的(P＝1.5mm)。另外，在来自光源109a或者光源109b的光所射入的端面(入射面)111附近，棱镜114具有0.15mm的最小宽度Wmin和0.15mm的最小高度Hmin。另外，在导光构件110的长边方向(主扫描方向)的中心部附近，棱镜114具有0.30mm的最大宽度Wmax和0.30mm的最大高度Hmax。
在端面(入射面)111附近，条件表达式(1)的下限值为Wtan(sin-1(1/n))＝0.14，条件表达式(1)的上限值为2W＝0.30。因此，Hmin＝0.15满足条件表达式(1)。另外，在长边方向(主扫描方向)的中心部附近，条件表达式(1)的下限值为Wtan(sin-1(1/n))＝0.27，条件表达式(1)的上限值为2W＝0.60。因此，Hmax＝0.3满足条件表达式(1)。
漫射/反射部116
接着，参考图4和图5说明漫射/反射构件116。与第二侧面115相对的漫射/反射构件116具有对已经从棱镜114的侧面折射的光进行朗伯(Lambert)反射以使光射入第二侧面115的反射面(第一区域)，从而使这种透射光从第一侧面112射出的功能。
在棱镜114的最大高度用Hmax表示，从第二侧面115到漫射/反射构件116的高度(空气层距离)用D表示的情况下，将漫射/反射构件116配置成满足以下表达式(2)。注意，如上所述，从第二侧面115到第一侧面112的高度用T表示。
Hmax≤D≤T/3…(2)
优选将漫射/反射构件116配置成满足以下表达式。
1.1Hmax≤D≤T/3…(2a)
条件表达式(2)定义了漫射/反射构件116的配置。通过在条件表达式(2)的范围内定义空气层距离D，可以适当地配置导光构件110和漫射/反射构件116。
条件表达式(2)的下限值为Hmax(在这种情况下，导光构件110和漫射/反射构件116产生彼此间的接触)，并且更理想地为1.1Hmax。在空气层距离低于下限值1.1Hmax的情况下，棱镜114的高度Hmax与漫射/反射构件116间的间隔是密集的，这将增加棱镜114和漫射/反射构件116由于导光构件110的位置未对准而产生彼此间的接触的可能性。由于该接触，棱镜114容易损坏，因而理想的情况为空气层距离D大于1.1Hmax。
在空气层距离超过条件表达式(2)的上限值T/3的情况下，发生以下情况。也就是说，导光构件110与漫射/反射构件116的间隔大，漫射/反射构件116所漫射的光A2在再次到达第二侧面115之前作为漏光从导光构件110与漫射/反射构件116之间的间隙射出至外部。
在本实施例中，空气层距离D为0.6mm，条件表达式(2)的下限值为Hmax＝0.3(更优选地，1.1HMax＝0.33)，并且条件表达式(2)的上限值为T/3＝2.0。因此，D＝0.6满足条件表达式(2)。
接着，说明棱镜114的侧面的倾斜角。在棱镜114的倾斜角用θ表示的情况下(图4)，将棱镜114成形为满足以下表达式(3)。
80°≤θ≤90°…(3)
条件表达式(3)定义棱镜114的倾斜角。通过在条件表达式(3)的范围内定义棱镜的倾斜角θ，光可以从棱镜114射出。
在倾斜角低于条件表达式(3)的下限值80°的情况下，棱镜114的倾斜角是浅的，因而透射光的量减少。另外，在倾斜角超过条件表达式(3)的上限值90°的情况下，成型的导光构件110具有底面宽度大于根部宽度的棱镜114，因而无法从模具中移出导光构件110。
射入棱镜114的光束A1(图5)在棱镜114的侧面折射(透射穿过)，并且通过配置在与第二侧面115相隔距离D的漫射/反射构件116进行漫射。漫射的反射光A2(图4和图5)变为朗伯光以射入导光构件的第二侧面115的反射部(第一区域)，进一步射入第一侧面112，并且从第一侧面112射出以照明原稿101。由于朗伯光的特性，垂直于漫射/反射构件116的光为具有最高密度的光。因此，垂直光的存在可以增大导光构件的端面(入射面)111附近的照度分布。
在本实施例中，倾斜角θ为90°，条件表达式(3)的下限值为80°，并且条件表达式(3)的上限值为90°。因此，θ＝90°满足条件表达式(3)。因此，在将导光构件110的长边方向(主扫描方向)的长度抑制至320mm的情况下，可以增大导光构件在端面(入射面)111附近的照度，并且可以抑制三维对象的阴影。
第二实施例
本实施例中的图像读取设备的基本结构与第一实施例的结构相同，其中在本实施例的图像读取设备中改变了导光构件的材料和棱镜的配置结构。现说明与第一实施例不同的部分。在本实施例中，将导光构件210的材料改为与第一实施例中的所使用的丙烯酸树脂(PMMA)相比具有更高的耐燃性的聚碳酸酯(PC)。聚碳酸酯的折射率为1.59。注意，除其材料外，导光构件210的元件与第一实施例的元件相同。
也就是说，在图6中，通过从原稿照明装置203中除去光源209a和209b所获得的导光单元包括导光构件210和漫射/反射构件216。该导光构件210具有端面(入射面)211，其中来自配置在长边方向(主扫描方向)上的两个端部的光源209a和光源209b的光射入该端面211。另外，导光构件210具有用作来自光源的光射出至原稿的出射面的第一侧面212和与第一侧面相对的第二侧面215。第二侧面215包括第一区域和第二区域，并且在长边方向(主扫描方向)上延伸。另外，导光构件210具有与第一侧面212和第二侧面215彼此连接的两个相对的反射侧面213。
在这种情况下，反射面形成在第二侧面215的第一区域中。另外，在第二侧面215的第二区域中，在包括长边方向并且与第二侧面垂直的第一截面中具有矩形形状的棱镜形成在与第一侧面远离的一侧。在第二侧面215中，在长边方向上交替地形成多个第一区域和多个第二区域。
在本实施例中，该“矩形形状”指代的不仅是矩形，也指代大体上矩形的形状。优选地，在第一方向上，棱镜的侧面相对于棱镜的底面的角度为θ的情况下，棱镜的侧面相对于导光面的倾斜角度(180°-θ)为90°≤180°-θ≤100°(即，80°≤θ≤90°)。
在第二侧面215中，反射面形成在第一区域，其中该反射面用作对入射角在临界角以上的入射光进行反射的反射部(但是对于入射角小于临界角的入射光用作透射部)。另外，在第二侧面215的第二区域中，在包括长边方向且与第二侧面垂直的第一截面内和与第一截面垂直的第二截面内具有矩形形状的棱镜(长方体棱镜)214在远离第一侧面的一侧形成为突出部。在本实施例中，棱镜214的宽度W在长边方向(主扫描方向)上的整个320mm的区域中是恒定的。
在棱镜214的中心间隔(节距)具有用Pmin表示的最小节距以及用Pmax表示的最大节距的情况下，节距P在长边方向上从来自光源209a的光所射入的端面211附近的Pmax变为长边方向上中心部附近的Pmin。在来自与光源209a相对的光源209b的光所射入的端面211附近的节距P同样在长边方向(主扫描方向)从Pmax变化为长边方向中心部附近的Pmin。
在棱镜214的宽度用W表示、其高度用H表示并且导光构件的折射率用n表示的情况下，棱镜214满足以下条件表达式。
Wtan(sin-1(1/n))≤H≤2W…(4)
在本实施例中，具体的数值如下。棱镜214的宽度W在长边方向(主扫描方向)上的整个320mm区域中是恒定的(W＝0.2mm)，并且棱镜的高度H在长边方向(主扫描方向)上的整个320mm区域中是恒定的(H＝0.3mm)。在来自光源209a或者光源209b的光所射入的端面211附近，棱镜214的最大的节距Pmax为2.5mm。在长边方向上的中心部附近，棱镜214的最小的节距Pmin为0.5mm。条件表达式(4)的下限值为Wtan(sin-1(1/n))＝0.16，并且条件表达式(4)的上限值为2W＝0.4。因此，H＝0.30满足条件表达式(4)。
漫射/反射部
接着，参考图7说明漫射/反射构件216。与第二侧面215相对的漫射/反射构件216具有对已经从棱镜214的侧面折射的光进行朗伯反射以使光射入第二侧面215的反射面(第一区域)，从而使这种透射光从第一侧面212射出的功能。
在棱镜214的最大高度用Hmax表示、从第二侧面215到漫射/反射构件216的高度(空气层距离)用D表示、以及从第二侧面215到第一侧面212的高度用T表示的情况下，将漫射/反射构件216配置成满足以下表达式(5)。
Hmax≤D≤T/3…(5)
优选将漫射/反射构件216配置成满足以下表达式。
1.1Hmax≤D≤T/3…(5a)
在本实施例中，空气层距离D为1.0mm，条件表达式(5)的下限值为Hmax＝0.3，更优选地1.1Hmax＝0.33，并且条件表达式(5)的上限值为T/3＝2.0。因此，D＝1.0满足条件表达式(5)。
接着，说明棱镜214的侧面的倾斜角。在棱镜114的倾斜角用θ表示的情况下(图7)，将棱镜214成形为满足以下表达式(6)。
80°≤θ≤90°…(6)
注意，在本实施例中，棱镜214的底面的拐角被去角。因此，棱镜的宽度W对应于除去被去角部分的范围内的宽度，倾斜角θ对应于除去被去角部分的范围内的角。在本实施例中，倾斜角θ为90°，条件表达式(6)的下限值为80°，条件表达式(6)的上限值为90°。因此，θ＝90°满足条件表达式(6)。因此，在将导光构件210在长边方向(主扫描方向)上的长度抑制至320mm的情况下，可以增大端面(入射面)211附近的照度，并且可以抑制三维对象的阴影。
第三实施例
在第一实施例和第二实施例中，说明了包括与导光构件在长边方向上的两个端部相对的光源的照明装置，但是在本实施例中，照明装置包括与导光构件在长边方向上的一端(一侧)相对的光源。也就是说，如图8所示，在本实施例中，为高亮度白色LED的光源309针对导光构件310在长边方向(主扫描方向)上的一个端部配置。另外，在本实施例中，改变了棱镜314的配置结构，并且将倾斜角θ(图9)设置为85°而不是90°。注意，图像读取设备的基本结构同第一实施例的基本结构相同。
也就是说，在图8中，通过从原稿照明装置303中除去光源309所获得的导光单元包括导光构件310和漫射/反射构件316。该导光构件310具有端面(入射面)311，其中来自配置在长边方向(主扫描方向)上的一个端部的光源309的光射入该端面311。另外，导光构件310具有用作来自光源的光射出至原稿的出射面的第一侧面312以及与该第一侧面相对的第二侧面315。第二侧面315包括第一区域和第二区域，并且在长边方向(主扫描方向)上延伸。另外，导光构件310具有与第一侧面312和第二侧面315彼此连接的两个相对的反射侧面313。
在这种情况下，反射面形成在第二侧面315的第一区域中。另外，在第二侧面315的第二区域中，在包括长边方向并且与第二侧面垂直的第一截面中具有矩形形状的棱镜形成在与第一侧面远离的一侧上。在第二侧面315中，在长边方向(第一方向)上交替地形成多个第一区域和多个第二区域。
在第二侧面315中，反射面形成在第一区域中，其中该反射面用作对入射角在临界角以上的入射光进行反射的反射部(但是对于入射角小于临界角的入射光用作透射部)。另外，在第二侧面315的第二区域中，在包括长边方向并且与第二侧面垂直的第一截面以及与该第一截面垂直的第二截面中具有矩形形状的棱镜(长方体棱镜)314作为远离第一侧面的一侧上的突起部而形成。
在本实施例中，在棱镜314的中心间隔(节距)P具有用Pmin表示的最小节距以及用Pmax表示的最大节距，并且棱镜314的宽度W具有用Wmin表示的最小宽度以及用Wmax表示的最大宽度的情况下，形成以下结构。也就是说，节距P和宽度W在长边方向上从端面(入射面)311附近的Pmax和Wmin变为长边方向(主扫描方向)上另一端部附近的Pmin和Wmax。
如图9所示，在一个棱镜314(倾斜角θ为85°而不是90°)中的作为平均宽度的宽度(半值宽度)用W表示、高度用H表示、以及导光构件的折射率用n表示的情况下，棱镜314满足以下条件表达式(7)。
Wtan(sin-1(1/n))≤H≤2W…(7)
在本实施例中，具体的数值如下。在端面(入射面)311附近，棱镜314具有1.5mm的最大节距Pmax、0.2mm的最小宽度Wmin以及0.2mm的最小高度Hmin。另外，在长边方向(主扫描方向)的另一端部附近，棱镜314具有0.5mm的最小节距Pmin、0.3mm的最大宽度Wmax以及0.3mm的最大高度Hmax。
在端面(入射面)311附近，条件表达式(7)的下限值为Wtan(sin-1(1/n))＝0.18，条件表达式(7)的上限值为2W＝0.4。因此，H＝0.20满足条件表达式(7)。另外，在长边方向(主扫描方向)上的另一端部附近，条件表达式(7)的下限值为Wtan(sin-1(1/n))＝0.27，以及条件表达式(7)的上限值为2W＝0.6。因此，H＝0.30满足条件表达式(7)。
漫射/反射部
接着，参考图9说明漫射/反射构件316。与第二侧面315相对的漫射/反射构件316具有对已经从棱镜314的侧面折射的光进行朗伯(Lambert)反射以使光射入第二侧面315的反射面(第一区域)，从而使这种透射光从第一侧面312射出的功能。
在棱镜314的最大高度用Hmax表示、从第二侧面315到漫射/反射构件316的高度(空气层距离)用D表示、以及从第二侧面315到第一侧面312的高度用T表示的情况下，将漫射/反射构件316配置成满足以下表达式(8)。
Hmax≤D≤T/3…(8)
优选将漫射/反射构件316配置成满足以下表达式。
1.1Hmax≤D≤T/3…(8a)
在本实施例中，空气层距离D为0.5mm，条件表达式(8)的下限值为Hmax＝0.3，更优选地1.1Hmax＝0.33，以及条件表达式(8)的上限值为T/3＝2.0。因此，D＝0.5满足条件表达式(8)。
接着，说明棱镜314的侧面的倾斜角。在本实施例中，倾斜角θ为85°，设置5°的拔模角以使得可以容易地从模具中移出成型的导光构件310。棱镜宽度W为一个棱镜314的最小宽度和最大宽度的平均值(平均宽度)。
将本实施例中的棱镜314成型为满足以下表达式(9)。
80°≤θ≤90°…(9)
在本实施例中，θ＝85°满足条件表达式(9)。因此，在将导光构件310在长边方向(主扫描方向)的长度抑制为320mm的情况下，可以增大端面(入射面)311附近的照度，并且可以抑制三维对象的阴影。
变形实施例
如上说明了本发明的典型实施例，但是本发明不限于这些实施例并且可以在本发明的主旨范围内进行各种修改和变形。
变形实施例1
在上述实施例中，将LED用作光源，但是即使使用有机电致发光(有机EL)元件或者灯泡也可以获取相同的效果。
变形实施例2
另外，在上述实施例中，棱镜的折射率等于导光构件的折射率(棱镜与导光构件使用相同的材料一体成型)，但是本发明不限于此，并且棱镜的折射率可以与导光构件的折射率不同(棱镜和导光构件可以由不同的材料构成)。
变形实施例3
另外，在上述实施例中，对于第二侧面的第二区域的棱镜，这里使用的棱镜(长方体棱镜)在包括长边方向且与第二侧面垂直的第一截面和与第一截面垂直的第二截面的两个截面中具有矩形形状，但是本发明不限于此。也就是说，在第二侧面的第二区域中，可以使用在包括长边方向且与第二侧面垂直的第一截面中具有矩形形状，并且在与第一截面垂直的第二截面中具有不是矩形形状的任意形状的棱镜。
尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。

Claims (11)

1.一种导光单元，使用在用于读取原稿的图像读取设备中，所述导光单元的特征在于包括：
导光构件，其包括入射面、在第一方向上延伸的出射面以及与该出射面相对的导光面；以及
漫射构件，其与所述导光面相对；
其中，从所述入射面射入所述导光构件的光经由所述导光面和所述漫射构件引导至所述出射面，并且从所述出射面射出以照明所述原稿，
所述导光构件还包括在所述导光面的与所述漫射构件相对的一侧上沿所述第一方向配置的多个棱镜，
所述多个棱镜的各棱镜在包括所述第一方向并且与所述导光面垂直的第一截面中具有矩形形状，以及
所述多个棱镜的各棱镜满足以下条件：
Wtan(sin-1(1/n))≤H≤2W，
其中W表示所述多个棱镜的各棱镜在所述第一截面中的宽度，H表示所述多个棱镜的各棱镜的高度，n表示所述导光构件的折射率。
2.根据权利要求1所述的导光单元，其中，所述多个棱镜的各棱镜在与垂直于所述导光面的第一截面相垂直的第二截面内也具有矩形形状。
3.根据权利要求1所述的导光单元，其中，通过所述多个棱镜的各棱镜折射并且通过所述漫射构件漫射以向所述导光面行进的光透过所述导光面以从所述出射面射出。
4.根据权利要求1所述的导光单元，其中，所述漫射构件经由空气层与所述导光面相对。
5.根据权利要求4所述的导光单元，其中，满足以下表达式：
Hmax≤D≤T/3，
其中D表示从所述导光面到所述漫射构件的空气层的高度，T表示从所述导光面到所述出射面的高度，以及Hmax表示配置在第一方向上的所述多个棱镜的高度中的最大高度。
6.根据权利要求1所述的导光单元，其中，所述多个棱镜在所述第一方向上具有恒定的中心间隔，并且所述多个棱镜的宽度随着与所述入射面的所述第一方向上的距离而增大。
7.根据权利要求1所述的导光单元，其中，所述多个棱镜具有恒定的宽度，并且所述多个棱镜在所述第一方向上的中心间隔随着与所述入射面的第一方向上的距离而减小。
8.根据权利要求1所述的导光单元，其中，所述多个棱镜具有不恒定的宽度和第一方向上的中心间隔。
9.根据权利要求1所述的导光单元，其中，满足以下条件：
80°≤θ≤90°，
其中180°-θ表示所述多个棱镜的各棱镜的侧面相对于所述导光面在所述第一方向上的倾斜角。
10.一种照明装置，包括：
光源，
其特征在于，还包括：
根据权利要求1-9中任一项所述的导光单元。
11.一种图像读取设备，其特征在于，包括：
根据权利要求10所述的照明装置；
图像读取光学系统；以及
配置在所述图像读取光学系统的像面内的图像读取单元。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016171366A (ja) * 2015-03-11 2016-09-23 キヤノン株式会社 画像読取装置
JP2018510468A (ja) * 2015-04-02 2018-04-12 フィリップス ライティング ホールディング ビー ヴィ 光ガイドを用いる照明システム、及び照明方法
DE102016118884A1 (de) * 2016-10-05 2018-04-05 Temicon Gmbh Lichtumlenkvorrichtung, Beleuchtungseinrichtung und Verwendung
JP6689405B2 (ja) * 2016-12-02 2020-04-28 三菱電機株式会社 冷蔵庫

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1750585A (zh) * 2004-09-15 2006-03-22 日本板硝子株式会社 棒状导光体、照明单元及图像读取装置
JP2009037746A (ja) * 2007-07-31 2009-02-19 Ushio Inc 線状光源装置および画像読取装置
JP2011071696A (ja) * 2009-09-25 2011-04-07 Mitsubishi Electric Corp 照明装置および画像読取装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3362900B2 (ja) * 1993-03-09 2003-01-07 富士通株式会社 面発光装置
EP1341009B1 (en) 1996-09-24 2006-04-19 Seiko Epson Corporation Illumination device and display device using it
US6494586B1 (en) * 2001-07-10 2002-12-17 Umax Data Systems Inc. Back-light module with improved light projecting assembly for image scanning device
JP3919750B2 (ja) * 2004-01-21 2007-05-30 キヤノン株式会社 画像読取装置及びそれを用いた画像形成装置
JP4728688B2 (ja) * 2004-10-13 2011-07-20 Ｎｅｃ液晶テクノロジー株式会社 光源装置、表示装置、端末装置及び光ユニット
JPWO2007046337A1 (ja) * 2005-10-17 2009-04-23 三菱レイヨン株式会社 プリズムシート及びその製造方法並びに面光源装置
WO2008013234A1 (fr) 2006-07-27 2008-01-31 Canon Components, Inc. Appareil d'éclairage linéaire, capteur d'image et lecteur d'image utilisant le capteur d'image
US8011802B2 (en) * 2007-07-24 2011-09-06 Sony Corporation Optical film, lighting device and display unit
JP5336880B2 (ja) * 2009-02-24 2013-11-06 日東光学株式会社 発光装置
KR101331907B1 (ko) * 2009-08-28 2013-11-22 엘지디스플레이 주식회사 백라이트장치 및 이를 구비한 액정표시장치
JP5830442B2 (ja) * 2012-06-26 2015-12-09 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 導光体、照明装置、これを用いた画像形成装置
US20150219831A1 (en) * 2012-09-25 2015-08-06 Sharp Kabushiki Kaisha Optical member, illumination device, and display device
JP2014232982A (ja) 2013-05-29 2014-12-11 ウシオ電機株式会社 読取装置用線状光源装置
KR20150026044A (ko) * 2013-08-30 2015-03-11 엘지디스플레이 주식회사 광학 시트, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 표시장치
JP2015125921A (ja) * 2013-12-26 2015-07-06 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 照明装置及び画像読取装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1750585A (zh) * 2004-09-15 2006-03-22 日本板硝子株式会社 棒状导光体、照明单元及图像读取装置
JP2009037746A (ja) * 2007-07-31 2009-02-19 Ushio Inc 線状光源装置および画像読取装置
JP2011071696A (ja) * 2009-09-25 2011-04-07 Mitsubishi Electric Corp 照明装置および画像読取装置

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Publication number Publication date
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US20160085016A1 (en) 2016-03-24

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