CN1147673C - 导光棒及使用该导光棒的线状光源 - Google Patents

Abstract

一种导光棒，它采用圆柱面或旋转正圆锥面作传输面，并在此传输面上连接有为二次柱面或旋转锥面的偏转面、带有表面纹理和反射层且基面为平面或二次柱面的反射面以及为二次柱面的出射面，具有体积小、光能利用率高、光均匀性好和可裁短以获得更短的导光棒的优点。一种线状光源，它由上述导光棒和光源组件组成，除上述导光棒带来的优点外，还具有易分时产生所需不同波长的单色光、可拼长以获得更长的线状光源以及成本低的优点。

Description

导光棒及使用该导光棒的线状光源

技术领域

本发明涉及一种导光棒及使用该导光棒的线状光源，特别是涉及一种扫描仪、传真机、复印机等图像读取装置与液晶模块所用的使用该导光棒的线状光源。

背景技术

在扫描仪、传真机、复印机等图像读取装置中，需用线状光源来对目标进行照明。在液晶模块中，需对液晶背景进行照明，所用的一种方法为：利用线状光源，再结合能将线状光源变换为面状光源的导光板，即可为液晶板提供背光。

用于图像读取装置与液晶模块的线状光源的现有技术有：如图1所示，采用冷阴极管的线状光源1；如图2所示，采用LED阵列的线状光源2；如图3所示，采用LED阵列加柱面透镜的线状光源3；如图4所示，采用柱面导光棒的线状光源4；如图5A、图5B所示，采用柱面导光棒加外壳的线状光源5；如图6、图7、图8A、图8B、图9A、图9B所示，采用由柱面与斜面相交构成的导光棒的线状光源6。

图1所示的线状光源1由冷阴极管11和转换电路12组成。冷阴极管11的发光原理与普通的荧光管(热阴极管)基本一样，但电极部分因没有灯丝构造，既简单又使电极小型化，故适合细管径化。该现有技术由于需配置转换电路12，故体积大；由于冷阴极管11为圆柱体发光，故光能利用率低；且不能分时产生不同波长的光，易破碎，寿命短。

图2中，在基板21上安装有许多个LED 22，比如40个。该现有技术由于LED 22的辐射立体角可大至半空间，故光能利用率低；由于LED 22之间存在间距与发光强度不一致，故光均匀性差；由于采用许多个LED 22，故成本高。

图3中，在基板21上安装有许多个LED 22，比如40个，同时设置有柱面透镜31。与图2相比，该现有技术改善了光能利用率与光均匀性，但仍存在光能利用率不高、光均匀性不好及成本高的缺点。

图4所示的现有技术，见美国专利第5,400,224号。由柱面构成的导光棒71的截面为圆形，也可为矩形、三角形、椭圆形或不规则形状等。当入射光41射入后，在导光棒71内，对于入射角大于临界角的光线将按无光通量损失的全反射方式进行传播，最终从另一端面射出，形成出射光42；当光线落至表面纹理771后，对于入射角小于临界角的光线将从该表面折射出去，形成从表面纹理折射出来的光线43；同时，与该表面相对的光滑表面也有入射角小于临界角的光线折射出去，形成从光滑表面折射出来的光线44。该现有技术由于光线从三面射出，故光能利用率低；由于导光棒71仅为简单的柱面、表面纹理771仅为简单的带状，故光均匀性差。

图5A、图5B所示的现有技术，见日本专利申请公开号：特开平8-163320。线状光源5由导光棒71、光源组件72、外壳51组成。由柱面构成的导光棒71的截面为矩形去掉一个角后形成的五角形，也可为矩形去掉两个角或两个以上角后形成的多角形。去掉一个角后所形成的平面即为出射面78。导光棒71在除与出射面78相邻的两侧面以外的其他至少一个侧面上设置有反射层772；在除出射面78及设置有光源组件72的端面以外的至少一个面上，隔着薄空气层设置有外壳51。该现有技术由于需采用外壳51，故增加了体积与成本；由于导光棒71的截面为矩形去掉若干角所形成的多角形，较易产生入射角小于临界角的光线，而对从导光棒71表面折射出来的光线，仅能部分经外壳51内壁反射后重新折射进入导光棒71内，故光能利用率不够高；由于仅靠反射层772来调节输出光通量分布，故光均匀性不够好。

图6、图7所示的现有技术，见台湾专利公告号：326931。图6所示线状光源6由导光棒71和光源组件72组成。图6中由柱面与斜面相交构成的导光棒71，柱面截面为矩形；斜面为斜平面61；与斜平面61相对的为出射面78；在斜平面61上，设置有表面纹理771与反射层772。图7所示的线状光源6由导光棒71和位于导光棒71二端的光源组件72组成。图7中由柱面与斜面相交构成的导光棒71，柱面截面为矩形；斜面由二个倾斜方向相反的斜平面61组成；与斜平面61相对的为出射面78；其余设置与图6同。该现有技术由于导光棒71的截面为矩形，较易产生入射角小于临界角的光线而造成光通量损失，故光能利用率不高；由于仅靠呈线性变化的斜平面61及反射层772来调节输出光通量分布，故光均匀性不好。

图8A、图8B所示的线状光源6，由导光棒71和位于二端的光源组件72组成。由柱面与斜面相交构成的导光棒71，柱面截面为不规则形状；斜面由位于导光棒71两侧的两对倾斜方向相反的斜平面61组成；出射面78为非圆柱面的其他柱面；与出射面78相对的为涂有反射层772的表面纹理771。该现有技术由于导光棒71的该种不规则截面形状，较易产生入射角小于临界角的光线而造成光通量损失，故光能利用率不是很高；由于反射层772为简单的带状，仅靠呈线性变化的斜平面61来调节输出光通量分布，故光均匀性不是很好。

图9A、图9B所示线状光源6，由导光棒71、光源组件72组成。由柱面与斜面相交构成的导光棒71，柱面截面为不规则形状；斜面为斜曲面62；出射面78为不规则柱面；与出射面78相对的为涂有反射层772的表面纹理771；此外，尚设置有由二斜面构成的沟槽63。该现有技术由于导光棒71的该种不规则截面形状，较易产生入射角小于临界角的光线而造成光通量损失，故光能利用率不很理想；由于反射层772为简单的带状，仅靠斜曲面62、沟槽63来调节输出光通量分布，故光均匀性不很理想。

发明内容

本发明的一个目的，是提供一种体积小、光能利用率高、光均匀性好的导光棒。

本发明的另一个目的，是提供一种导光棒，该导光棒可截短成为更短的导光棒。

本发明的再一个目的，是提供一种使用本发明导光棒的线状光源，该线状光源由点状光源或经变换后所得到的点状光源发光，经本发明导光棒获得线状出射光。

本发明的又一个目的，是提供一种使用本发明导光棒的线状光源，该线状光源可分时产生所需不同波长的单色光，并可拼长成为更长的线状光源。

使用本发明导光棒的线状光源特别适用于扫描仪、传真机、复印机等图像读取装置所需的目标照明和液晶模块所需的背景照明。

为了实现上述目的，在本发明的第一个方面，提供了一种导光棒，它包括传输面以及与传输面相连的反射面和出射面，反射面带有表面纹理和反射层且基面为平面或二次柱面，出射面为二次柱面，其中，传输面为圆柱面或旋转正圆锥面，导光棒还包括偏转面，偏转面为二次柱面或旋转锥面并与传输面相连，使得落至偏转面上的光线被集中反射到反射面上。

上述本发明的导光棒还可以包括至少一个入射面、至少一个会聚面、尾端面和连接面，并为一用光学材料成型的实心光棒，其中，入射面为垂直于传输面之光轴的第一平面，用以与外界光源组件的出光面紧密连接；会聚面是旋转曲面或旋转锥面，其旋转轴与传输面的光轴相同，并连接在入射面和传输面之间，用以将大于一定入射角的光有效地朝背离外界光源组件的方向传播；传输面可以对光进行无光通量损失的全反射传输；偏转面是母线平行于传输面光轴的二次柱面或旋转轴平行于传输面光轴的旋转锥面，用以将光有效地偏转到反射面；垂直于第一平面并包含传输面光轴的平面称第二平面，反射面的基面为法线平行于第二平面的平面或母线平行于第二平面的二次柱面，用以将光有效地反射到出射面；出射面的母线平行于第二平面，用以将光有效地会聚射出；尾端面是涂有反射层且垂直于传输面光轴的平面，用以将抵达此面的光线重新反射回导光棒中去；连接面为平面或曲面，用以将偏转面、反射面和出射面连接在传输面之上，并利用其全反射能力减小光通量损失。

上述本发明的导光棒也可以有二个入射面和二个会聚面，分别位于导光棒的二端，而尾端面则被取消。

在上述本发明导光棒垂直于传输面光轴的各截面中，偏转面弧线对传输面光轴之截点所张的角度沿传输面光轴变化，在需要向反射面偏转较多光线而向传输面传播较少光线的地方设置较大的张角，在需要向反射面偏转较少光线而向传输面传播较多的地方设置较小的张角，通过改变传输面光轴不同位置处的张角，可以有效地调节各处的输出光通量。

在上述本发明的导光棒中，反射面的表面纹理垂直于传输面光轴、不等距且为斜齿形，而其反射层呈不规则形状，斜齿形向背离外界光源组件的方向倾斜，以有利于反射光向背离光源组件的方向传播，在不需要反射面具有较佳漫反射性能的地方，设置较小的表面纹理密度和较小的反射层面积，而在需要反射面具有较佳的漫反射性能的地方，设置较大的表面纹理密度和较大的反射层面积，通过改变传输面光轴不同位置处的表面纹理密度和反射层面积，可有效地调节各处的输出光通量。

在上述本发明的导光棒中，截取导光棒的一部分，重新确定被截取导光棒中反射面之反射层的面积，以获得更短的导光棒。

在本发明的第二个方面，提供了一种线状光源，它包括上述本发明的导光棒和至少位于导光棒一端的光源组件，光源组件的出光面构成发光强度集中于其法线的点状光源，出光面与导光棒的入射面隔着空气或透明胶对中紧密连接。

在上述本发明的线状光源中，光源组件可以使用一个或多个半导体发光器件作为其光源，用以发出所需波长的单色光。

在上述本发明的线状光源中，光源组件可以使用白光光源作为其光源，并且光源组件还包括用于从白光产生单色光的分光装置，以及用于将单色光传导到导光棒之入射面的光纤。

在上述本发明的线状光源中，光源组件可以使用非点状光源作为其光源，并且光源组件还包括用于将非点状光源变换成点状光源的聚光装置，以及将点状光源的光传导到导光棒之入射面的光纤。

本发明的导光棒，由于传输面为圆柱面或旋转正圆锥面，而偏转面、反射面和出射面通过连接面连接在传输面上，故具有体积小的特征，从而可使应用该导光棒的图像读取装置与液晶模块进一步小型化；由于采用旋转曲面或旋转锥面作会聚面、采用圆柱面或旋转正圆锥面作传输面、采用二次柱面或旋转锥面作偏转面、采用带有表面纹理和反射层的平面或二次柱面作反射面、采用二次柱面作出射面、采用涂有反射层的平面作尾端面，故具有光能利用率高和光均匀性好的特征，从而可降低电功耗、热耗散和成本，并当应用于图像读取装置和液晶模块时，可提高图像读取质量和液晶视觉质量；由于反射面之反射层的面积可重新确定，故具有可截短以获得更短的导光棒的特征，从而可以灵活应用并避免导光棒重新开模支出。

本发明的线状光源，由于采用本发明的导光棒，故可使用发光波长和发光强度能满足应用要求的任何点状光源或经变换后所得到的点状光源作光源。并且，本发明的线状光源可分时产生所需不同波长的单色光，当应用于图像读取装置和液晶模块时，有利于读取图像目标关于不同波长的特征以及变换液晶的目视效果。由于尾端面为涂有反射层的平面，故可将二支分立的线状光源在尾端面处进行拼接，以获得更长的线状光源，从而可以灵活应用并避免导光棒重新开模支出。

附图说明

以下结合附图说明本发明的较佳实施例，其中附图包括：

图1是现有技术中采用冷阴极管的线状光源的平面示意图；

图2是现有技术中采用LED阵列的线状光源的平面示意图；

图3是现有技术中采用LED阵列加柱面透镜的线状光源的截面示意图；

图4是现有技术中采用柱面导光棒的线状光源的立体示意图；

图5A是现有技术中采用柱面导光棒加外壳的线状光源的立体示意图；

图5B是图5A所示的线状光源的截面示意图；

图6是现有技术中采用由柱面与斜面相交构成的导光棒的一种线状光源的立体示意图；

图7是现有技术中采用由柱面与斜面相交构成的导光棒的一种线状光源的平面示意图；

图8A是现有技术中采用由柱面与斜面相交构成的导光棒的一种线状光源的平面示意图；

图8B是图8A所示的线状光源的截面示意图；

图9A是现有技术中采用由柱面与斜面相交构成的导光棒的一种线状光源的平面示意图；

图9B是图9A所示的线状光源的截面示意图；

图10是本发明第一实施例的导光棒及使用该导光棒的线状光源的立体示意图；

图11是本发明线状光源中会聚面采用旋转正圆锥面的光线传播示意图；

图12是本发明线状光源中传输面采用圆柱面的光线传播示意图；

图13A是本发明线状光源中偏转面采用旋转正圆锥面的截面示意图；

图13B是图13A所示的偏转面的设计示意图；

图14A是本发明线状光源中反射面采用圆柱面的平面示意图；

图14B是图14A所示的反射面的光线传播示意图；

图15是本发明线状光源中出射面采用圆柱面的设计示意图；

图16是本发明第二实施例的导光棒及使用该导光棒的线状光源的立体示意图；

图17是本发明第三实施例的导光棒及使用该导光棒的线状光源的平面示意图；

图18是本发明第四实施例的导光棒及使用该导光棒的线状光源的平面示意图。

具体实施方式

图10为本发明第一实施例的导光棒及使用该导光棒的线状光源的立体示意图。本发明的线状光源7由本发明导光棒71和光源组件72组成。

导光棒71为一实心光棒，其用来成型的光学材料对光源组件72发出的光的波长，透明率越高越好、雾度越小越好、折射率越大越好；且该光棒的表面粗糙度越小越好。

图10所示的导光棒71，z＝0～z₁部分由入射面73和会聚面74构成；z＝z₁～z₄部分由传输面75、偏转面76、反射面77、出射面78、尾端面79和连接面710构成；z＝0处为入射面73；z＝z₂～z₃为出射面78的均匀出光区域；z＝z₄处为尾端面79。

图10所示的入射面73，由垂直于z轴的平面构成。将入射面73设置为平面的目的，是便于光源组件72的出光面与导光棒71的入射面73紧密连接。

图10所示的会聚面74，由以z轴为旋转轴的旋转曲面(旋转球面、旋转椭球面、旋转双曲面、旋转抛物面)或旋转锥面(旋转正圆锥面、旋转椭圆锥面)构成。可根据光源组件72的发光强度分布，选取不同的旋转曲面或旋转锥面；为方便设计与加工，一般可采用简单的旋转正圆锥面。将会聚面74设置为旋转曲面或旋转锥面的目的，是将光源组件72发出的大于一定入射角的光有效地向尾端面79方向会聚，以提高光能利用率与光均匀性。图11中，会聚面74为旋转正圆锥面，对一定入射角的入射光，经会聚面74无光通量损失的全反射后，成为平行于z轴的光，向尾端面79方向传播。

图10所示的传输面75，由以z轴为中心线的圆柱面或以z轴为旋转轴的旋转正圆锥面构成，这里圆柱面的中心线和旋转正圆锥面的旋转轴可统称为传输面的光轴。当z₄较小时，为方便设计与加工，一般可采用简单的圆柱面；当z₄较大时，为有利于尾端面79方向的光通量收集，一般采用旋转正圆锥面。将传输面75设置为圆柱面或旋转正圆锥面的目的，是将光源组件72发出的光有效地进行无光通量损失的全反射传输，以提高光能利用率与光均匀性。图12中，传输面75为圆柱面，当导光棒71所用光学材料的折射率大于一定值时，对入射角为0～90°的所有入射光均可以按无光通量损失的全反射方式进行传输。

图10所示的偏转面76，由母线平行z轴的二次柱面(圆柱面、椭圆柱面、双曲柱面、抛物柱面)或旋转轴平行z轴的旋转锥面(旋转正圆锥面、旋转椭圆锥面)构成，它通过连接面710连接至传输面75。当z₄较小时，为方便设计与加工，一般可采用简单的圆柱面；当z₄较大时，为方便设计与加工，并有利于尾端面79方向的光通量收集，一般可采用简单的旋转正圆锥面。将偏转面76设置为二次柱面或旋转锥面的目的，是将光源组件72发出的光有效地偏转至反射面77，以提高光能利用率与光均匀性。如图13A所示，偏转面76设置在y≥0区间；在导光棒71垂直于z轴的各截面内，偏转面76的下边沿为y＝0，上边沿与各截面坐标原点的连线与x轴所张锐角α随坐标z作非线性变化，角α大时，此处偏转光线能力大、传输光线能力小，角α小时，此处偏转光线能力小、传输光线能力大，故通过改变不同坐标z的角α，即可有效地调节输出光通量分布，从而获得最佳光能利用率与光均匀性；对于x＞0区间与x＜0区间二分立的偏转面76，相对y轴既可为对称形式，也可为不对称形式，但为方便设计与加工，一般可采用简单的对称形式。图1 3B以旋转正圆锥面的偏转面76为例，阐述偏转面76的一种简化的设计方法。图13B中，x＞0区间与x＜0区间内的二偏转面76为对称形式，故偏转面76所用旋转正圆锥面的平行z轴的旋转轴与y轴相交于点I；首先，在图13B所示的导光棒71垂直于z轴且角α为最大的截面内进行初始设计；初始设计要求是使由该截面坐标原点A发出的光线，如光线AB、光线AC、光线AD，均经圆弧BD全反射后落至圆弧EG上，或先落在斜线GH上，再由斜线GH全反射落至圆弧EG上，最佳设计是直接落至圆弧EG上，并集中于点F附近；初始设计目的是求出圆弧BD的半径及其圆心I的坐标；其中，点C为圆弧BD的中点，斜线GH的设计要结合圆弧BD的设计一道进行，以获得有效的偏转效果；一旦定下角α为最大时圆弧BD的初始设计参数，则可用与传输面75所用旋转正圆锥面相同的锥度来定出偏转面76所用旋转正圆锥面的最终设计参数；最后，根据光源组件72的发光强度分布、导光棒71所用光学材料的透明率、雾度与折射率、导光棒71的尺寸与结构，利用光线追迹计算机软件来确定不同坐标z的角α。若偏转面76采用不对称形式或其他二次柱面与旋转锥面，其设计方法可参照前述。

图10所示反射面77，由法线平行yoz平面的平面或母线平行yoz平面的二次柱面(圆柱面、椭圆柱面、双曲柱面、抛物柱面)构成，并以此平面或二次柱面为基面，设置有平行x轴、不等距且斜齿形的表面纹理771和呈不规则形状的反射层772，该平面或二次柱面通过连接面710连接至传输面75。为方便设计与加工，并有利于出射面78收集光线，一般反射面77可采用母线平行z轴的圆柱面。使反射面77带有表面纹理771和反射层772并将其基面设置为平面或二次柱面的目的，是将光源组件72发出的光有效地反射至出射面78，以提高光能利用率与光均匀性。图14A中，在z＝z₁端纹理密度与反射层面积最小，并朝z＝z₄方向逐渐增大。纹理密度和反射层面积小时，此处漫反射光线能力小，反之则大，故通过改变不同坐标z的纹理密度和反射层面积，即可有效地调节输出光通量分布，从而获得最佳光能利用率与光均匀性；确定不同坐标z的纹理密度与反射层面积，可按前述确定不同坐标z处角α的方法进行。图14B所示的表面纹理771的斜齿形，有利于反射光向尾端面79方向传播。截取导光棒71的一部分，重新确定所截取的导光棒71的反射层772的面积，即可方便地获得更短的导光棒。

图10所示的出射面78，由母线平行yoz平面的二次柱面(圆柱面、椭圆柱面、双曲柱面、抛物柱面)构成，它通过连接面710连接至传输面75。为方便设计与加工，一般可采用简单的圆柱面。将出射面78设置为二次柱面的目的，是将光源组件72发出的光有效地会聚射出，以提高光能利用率与光均匀性。图15中，出射面78为圆柱面，其中心线平行z轴，与y轴相交于点L；设计圆弧NP时，物点为点K，像点R宜落在照明区域点Q以外，以保证光均匀性；斜线MN的设计要结合圆弧NP的设计一道进行，以充分利用斜线MN的全反射，更多地收集出射光。

图10所示的尾端面79，由涂有反射层并垂直于z轴的平面构成。将尾端面79设置为涂有反射层的平面的目的，是将抵达尾端面79的光线重新反射回导光棒71中去，以提高光能利用率与光均匀性；也便于将二支分立的线状光源7在尾端面79处进行拼接，以获得更长的线状光源。

图10所示的导光棒71，为减小光通量损失，对于入射面73、会聚面74、传输面75、偏转面76、反射面77、出射面78、尾端面79和连接面710，各面在相互连接处应以光滑的弧面过渡。连接面710既可为平面，也可为曲面，但为方便设计与加工，一般可采用简单的平面。

图10所示的光源组件72可以使用发光波长和发光强度能满足应用要求的任何点状光源；平行xoy平面的出光面的中心越接近坐标原点o越好；出光面的最大尺寸较导光棒71在z＝z₁处垂直于z轴的截面最大尺寸越小越好；发光强度分布越集中于z轴越好。光源组件72的出光面与导光棒71的入射面73的连接方式为：隔着空气二者尽量靠近；隔着透明胶二者尽量靠近，该透明胶对由光源组件72发出的光的波长，透明率越高越好、雾度越小越好、折射率越接近导光棒71所用光学材料的折射率越好，以减小界面反射光通量的损失。当把发光波长不同的半导体发光器件(如LED、LD等)组合起来一道作为点状光源时，通过电气控制半导体发光器件的通断，即可方便地分时发出所需不同波长的单色光；当采用白光光源时，可在白光光源出光处加一分光装置，在分光装置出光处接一光纤以将光传导至入射面73，通过控制分光装置，即可方便地分时产生所需不同波长的单色光，此时，白光光源、分光装置、光纤共同组成光源组件72。当采用各类会聚装置对所用光源发出的光进行会聚，并用光纤将光传导至入射面73时，所用光源、会聚装置与光纤共同组成光源组件72。

以下，在上述对本发明第一实施例的描述基础上作进一步的阐述。

导光棒71所用光学材料，对由光源组件72发出的光的波长，厚度为10mm时的透明率大于85％；厚度为10mm、偏角大于2.5°时的雾度小于3％；折射率大于1.414。它可为光学玻璃、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、CR-39树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯等光学材料。导光棒71的表面粗糙度Ra小于0.012μm。

用于A4规格图像读取装置时，导光棒71总长z₄为224mm、z₂为4mm、z₄-z₃为4mm，于是出射面78的均匀出光长度z₃-z₂为216mm。

为方便设计与加工，会聚面74采用简单的以z轴为旋转轴的旋转正圆锥面，在z＝0处垂直于z轴的截面直径为2.5mm、在z＝z₁处垂直于z轴的截面直径为5mm。

为有利于尾端面79方向的光通量收集，传输面75采用以z轴为旋转轴的旋转正圆锥面，在z＝z₁处垂直于z轴的截面直径为5mm、在z＝z₄处垂直于z轴的截面直径为3mm。

为方便设计与加工，并有利于尾端面79方向的光通量收集，偏转面76采用简单的旋转轴平行z轴的旋转正圆锥面，且为对称形式。在z＝z₁端，角α最小，并朝z＝z₄方向逐渐增大，角α随坐标z作非线性变化，用如下方程来描述：α＝ab^z-c，其中，α单位为°，z单位为mm，z取值范围为z₁～z₄，a、b、c为大于0的系数。

为方便设计与加工，并有利于出射面78收集光线，反射面77采用母线平行z轴的圆柱面，并以此圆柱面为基面，设置平行x轴、不等距且斜齿形的表面纹理771和呈不规则形状的反射层772。如图14A、图14B所示，在z＝z₁端，表面纹理771的斜齿距d最大，并朝z＝z₄方向逐渐减小，斜齿距d随坐标z作非线性变化，用如下方程来描述：d＝-en+f，其中，d单位为mm，n为1、2、3…，在z＝z₁端n为1，在z＝z₄端n为最大，e、f为大于0的系数。表面纹理771在导光棒71成型时形成。在z＝z₁端，反射层772的面积最小，并朝z＝z₄方向逐渐增大，其形状从间隙大的细短线段变为间隙小的粗长线段再变为宽度越来越宽的一条实线。反射层772是通过丝网印刷方法将一种涂料涂覆在表面纹理771上而形成的，所述涂料对发光组件72发出的光的波长具有高反射率与良好漫反射性能，诸如丙烯系树脂加二氧化钛或粉状硫酸钡、白色紫外油墨等，

为方便设计与加工，出射面78采用简单的中心线平行z轴的圆柱面。

尾端面79为一垂直于z轴的平面，在其表面涂有前述对发光组件72发出的光的波长具有高反射率与良好漫反射性能的涂料。

采用主波长分别为470nm、525nm、640nm的三个LED管芯，按品字形紧凑、居中排列在直径小于2.5mm的光源组件72的圆形出光面内，该出光面与入射面73隔着透明胶尽量靠近地进行连接，二者间隙小于0.2mm。该出光面的中心点法线与z轴重合，它在与z轴所夹平面孔径角为45°的立体角范围内发出的光通量，占在2π立体角半球空间内发出的全部光通量的50％以上。

图16为本发明第二实施例的导光棒及使用该导光棒的线状光源的立体示意图。现就与图10所示的第一实施例的不同之处阐述如下：

用于A8规格图像读取装置时，导光棒71总长z₄为65mm、z₂为4mm、z₄-z₃为5mm，于是出射面78的均匀出光长度z₃-z₂为56mm。

会聚面74，在z＝0处垂直于z轴的截面直径为2mm，在z＝z₁处垂直于z轴的截面直径为3mm。

为方便设计与加工，传输面75采用简单的以z轴为中心线的圆柱面，在z＝z₁、z₄处垂直于z轴的截面直径均为3mm。

为方便设计与加工，偏转面76采用简单的母线平行z轴的圆柱面。

采用主波长为525nm的一个LED管芯，将其居中置于直径小于2mm的光源组件72的圆形出光面内，该出光面与入射面73隔着空气尽量靠近地进行连接，二者间隙小于0.1mm。

图17为本发明第三实施例的导光棒及使用该导光棒的线状光源的平面示意图。现就与图10所示的第一实施例和图16所示的第二实施例的不同之处阐述如下：

采用非半导体发光器件的电光源721，如亮度高、寿命长的金属卤化物灯等，利用呈球面或非球面(旋转椭球面、旋转双曲面、旋转抛物面、菲涅尔透镜)的聚光镜722以及呈旋转曲面(旋转球面、旋转椭球面、旋转双曲面、旋转抛物面)的反光镜723进行聚光，以提高光能利用率，再用光纤724将光传导至入射面73，光纤724出光面与入射面73隔着透明胶725尽量靠近地进行连接，二者间隙小于0.2mm。此时，电光源721、聚光镜722、反光镜723、光纤724、透明胶725共同组成光源组件72。

图18为本发明第四实施例的导光棒及使用该导光棒的线状光源的平面示意图。它与图10所示的第一实施例、图16所示的第二实例、图17所示的第三实施例的不同之处在于：该线状光源7在导光棒71二端各设置一个光源组件72，它可视为由二支图10、图16或图17所述线状光源(或其组合)沿z轴在未涂反射层的尾端面对中连接而成。

尽管以上描述了本发明的具体实施例，但这些实施例仅是说明性的。本领域的技术人员不脱离本发明的范围可以进行各种变化和改变，这些变化和改变都落在所附权利要求书要求保护的本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种导光棒(71)，其特征在于，包括：

传输面(75)；

反射面(77)，所述反射面(77)与所述传输面(75)相连且带有表面纹理(771)和反射层(772)，所述反射面的基面为平面或二次柱面；和

出射面(78)，所述出射面(78)与所述传输面(75)相连，并且所述出射面为二次柱面；

其特征在于，所述传输面(75)为圆柱面或旋转正圆锥面，并且所述导光棒(71)还包括偏转面(76)，其中所述偏转面(76)与所述传输面(75)相连，并且所述偏转面(76)为二次柱面或旋转锥面，用于将落至所述偏转面(76)上的光线集中反射到所述反射面(77)上。

2.如权利要求1所述的导光棒(71)，其特征在于，所述导光棒(71)还包括至少一个入射面(73)、至少一个会聚面(74)、尾端面(79)和连接面(710)，并且所述导光棒(71)是用光学材料成型的实心光棒，其中，

所述入射面(73)为垂直于所述传输面(75)之光轴的第一平面，用以与外界光源组件(72)的出光面紧密连接；

所述会聚面(74)是旋转曲面或旋转锥面，其旋转轴与所述传输面(75)的光轴相同，并连接在所述入射面(73)和所述传输面(75)之间，用以将大于一定入射角的光有效地朝背离所述外界光源组件(72)的方向传播；

所述传输面(75)用于对光进行无光通量损失的全反射传输；

所述偏转面(76)是母线平行于所述传输面光轴的二次柱面，或旋转轴平行于所述传输面光轴的旋转锥面，用以将光有效地偏转到所述反射面(77)；

垂直于所述第一平面并包含所述传输面光轴的平面称第二平面，所述反射面(77)的基面为法线垂直于所述第二平面的平面，或母线平行于所述第二平面的二次柱面，所述反射面(77)用以将光有效地反射到所述出射面(78)；

所述出射面(78)的母线平行于所述第二平面，用以将光有效地会聚射出；

所述尾端面(79)是涂有反射层(772)且垂直于所述传输面光轴的平面，用以将抵达此面的光线重新反射回所述导光棒(71)中去；

所述连接面(710)为平面或曲面，用以将所述偏转面(76)、所述反射面(77)和所述出射面(78)连接在所述传输面(75)之上，并利用其全反射能力减小光通量损失。

3.如权利要求2所述的导光棒(71)，其特征在于，所述导光棒(71)有二个所述入射面(73)和二个所述会聚面(74)，分别位于所述导光棒(71)的二端，所述尾端面(79)被取消。

4.如权利要求1-3中任何一项所述的导光棒(71)，其特征在于，在所述导光棒(71)垂直于所述传输面光轴的各截面中，所述偏转面弧线对所述传输面光轴之截点所张的角度沿所述传输面光轴变化，在需要向所述反射面(77)偏转较多光线而向所述传输面(75)传播较少光线的地方设置较大的张角，在需要向所述反射面(77)偏转较少光线而向所述传输面(75)传播较多的地方设置较小的张角，通过改变所述传输面光轴不同位置处的所述张角，可以有效地调节各处的输出光通量。

5.如权利要求1-3中任何一项所述的导光棒(71)，其特征在于，所述反射面(77)的所述表面纹理(771)垂直于所述传输面光轴、不等距且为斜齿形，而其所述反射层(772)呈不规则形状，所述斜齿形向背离所述外界光源组件(72)的方向倾斜，以有利于反射光向背离所述光源组件(72)的方向传播，在不需要所述反射面(77)具有较佳漫反射性能的地方，设置较小的表面纹理密度和较小的反射层面积，而在需要所述反射面(77)具有较佳漫反射性能的地方，设置较大的表面纹理密度和较大的反射层面积，通过改变所述传输面光轴不同位置处的表面纹理密度和反射层面积，可有效地调节各处的输出光通量。

6.如权利要求1-3中任何一项所述的导光棒(71)，其特征在于，截取所述导光棒(71)的一部分，重新确定被截取导光棒(71)中所述反射面(77)之反射层(772)的面积，以获得更短的导光棒(71)。

7.一种线状光源，它包括导光棒(71)和至少位于所述导光棒(71)一端的光源组件(72)，其特征在于，所述导光棒是如权利要求1所述的导光棒(71)，并且所述光源组件(72)的出光面构成发光强度集中于其法线的点状光源，所述出光面与所述导光棒(71)的入射面(73)隔着空气或透明胶对中紧密连接。

8.如权利要求7所述的线状光源，其特征在于，所述光源组件(72)使用一个或多个半导体发光器件作为其光源，用以发出所需波长的单色光。

9.如权利要求7所述的线状光源，其特征在于，所述光源组件(72)使用白光光源作为其光源，并且所述光源组件(72)还包括用于从所述白光产生单色光的分光装置，以及用于将所述单色光传导到所述导光棒(71)之所述入射面(73)的光纤。

10.如权利要求7所述的线状光源，其特征在于，所述光源组件(72)使用非点状光源作为其光源，并且所述光源组件(72)还包括用于将非点状光源变换成点状光源的聚光装置，以及将所述点状光源的光传导到所述导光棒(71)之所述入射面(73)的光纤。

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