CN1298125A - 棒状光导器和含有棒状光导器的照射装置 - Google Patents

棒状光导器和含有棒状光导器的照射装置 Download PDF

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Abstract

一个光分散光栅设置在一个作为凹镜面的曲面焦点附近。被曲面反射和从一平面发射的分散光在一预先确定的聚焦点会聚。如果该预先确定的聚焦点和被读取的图象表面相互成直线排列,那么从光分散光栅来的分散光没有损失地全部落在图象表面上,这样使得空间光强度在辅助扫描方向上均匀分布。

Description

棒状光导器和含有棒状光导器的照射装置
本发明涉及一种用于传真机、复印机、扫描仪等的棒状光导器，并且涉及一种含有该棒状光导器的照射装置。
传真机、复印机、扫描仪等采用一个像图象传感器那样的图象读取装置读取对象。一种这样的图象读取装置包括一个光通路长度较短的接触式图象传感器，使图象传感器容易地插入那些机器和扫描仪中。
接触式图象传感器读取对象的一部分，该部分被一个照射装置照亮到读取对象所需要的亮度。该部分对象在一条形范围内被照射，该范围在主扫描方向即它的纵向上相当长，而在垂直于主扫描方向的辅助扫描方向上较短。
为了照亮这样一个窄的条形范围，迄今为止，这种照射装置包括通过电线连接或焊接形式安装在印刷线路板上的一排LEDs(发光二极管)。该排发光二极管往往对照射光造成浪费，因为需要的有效光只是作用在需要读取的那部分对象上的光。另外，在印刷线路板上安装多个LEDs成本高、费力和耗时。
日本特开专利公开号8-163320和10-126581的专利公开了一种有棒状光导器的图象传感器。
如附图7所示，公开的图象传感器包括安装在保护套100里的棒状光导器101。棒状光导器101在垂直于它的纵向上有一个基本为矩形的截面形状，该纵向在图7中垂直于纸面。棒状光导器101在角上有一个作为出口平面的斜面102。图象传感器还有一个例如发光二极管的发光元件(图中未示出)安装在棒状光导器101的一个纵向端。从发光元件发出的光作为照射光从它的纵向端引入棒状光导器101内。当照射光经过棒状光导器101传播时被形成在棒状光导器101一侧的光分散光栅103分散。分散光从出口表面102发射并穿过一个支撑对象的玻璃盖板104，到达放在玻璃盖板104上的对象图象表面。从图象表面反射的光被一个棒透镜组105会聚在一个读取对象图象的光电转送器106上。
在上述传统装置中，光分散光栅103的形状是为了减小光强度沿棒状光导器101纵向即主扫描方向的不一致性。但是，在辅助扫描方向上的空间光强度分布依然有待改进。
具体地说，除了由光分散光栅产生的分散光外，从具有矩形或类似形状截面的棒状光导器的出口平面发出的照射光还包含多个通路反射或在光导器分散的光，如附图8所示。因此，这种照射光不能在辅助扫描方向上在被读取图形对象上达到最佳照亮状态。
更具体地说，没有凝聚作用和调节空间光强度分布峰值作用的传统棒状光导器，容易产生多重反射光和比从光分散光栅分散的光强度更大的分散光。这样，在辅助方向上的空间光强度分布的峰值向棒状光导器转换，即向图8中的右边转换，偏离棒透镜组正上方上的位置。
上述缺陷可以通过缩短棒状光导器101和棒透镜组105之间距离得到一定程度的改善。但是，如果缩短棒状光导器和棒透镜组之间距离，那么来自棒状光导器的照射光可以直接被玻璃盖板104的表面反射，或被对象表面反射，假如对象是光亮的，结果光从被读取图象反射。
另一个解决方法是倾斜棒状光导器101，使空间光强度分布的峰值移动到与棒透镜组正上方的位置点成直线排列，也就是图8中向右移。但是，这个方法效果不好，因为它增加了空间光强度分布的范围。
使出口平面凸出以便会聚被发射的照射光是已知的。但是，基于这个打算，将空间光强度分布的峰值调节到与棒透镜组正上方的点成直线排列的位置是很困难的，而且图象传感器内的可利用空间由凸出的出口平面限制。
因此本发明的一个目的是提供一种棒状光导器，该光导器能够使辅助扫描方向的空间光强度分布的峰值与被读取图象表面成直线排列。
本发明的另一目的是提供一种包括这种棒状光导器的照射装置。
根据本发明，提供一种棒状光导器，反射从其具有内表面的一端进入的照射光，发射从位于其纵向上的一个出口平面反射的照射光，棒状光导器具有在它的纵向上延伸的侧面，该侧面包括一个平坦的出口平面、一个其上设置有光分散光栅的平面、和一个从光分散光栅向出口平面反射分散光的反射曲面，该反射曲面有一个垂直于纵向并包括部分椭圆形的截面形状，光分散光栅布置在椭圆形的一个焦点附近。
根据上述装置，光分散光栅和被来自光分散光栅的分散光照射的图象表面相互成聚焦关系，也就是说，来自光分散光栅的分散光可以会聚在被读取图象表面上。
照射光可以从棒状光导器两个相对端被引入。光分散光栅可以是任意需要的形状。
布置有光分散光栅的平面可以包括椭圆形的主轴，出口平面可以包括椭圆形的辅轴。
布置有光分散光栅的平面可以包括椭圆形的主轴，出口平面可以包括一个倾斜于椭圆形辅轴的侧边。
布置有光分散光栅的平面可以包括一个平行于椭圆形辅轴的侧边，出口平面可以包括椭圆形的辅轴。
布置有光分散光栅的平面和出口平面可以是一个平面。
根据本发明，还提供一种照射装置，包括一个保护套；一个棒状光导器，反射从其具有内表面的一端进入的照射光，并发射从布置在其纵向出口平面反射的照射光，棒状光导器具有沿其纵向延伸的侧面，该侧面包括一个出口平面、一个其上布置有光分散光栅的平面和一个从光分散光栅向出口平面反射分散光的反射曲面，该反射曲面有一个垂直于纵向并包括部分椭圆形的截面，光分散光栅布置在椭圆形的一个焦点附近，棒状光导器装在保护套内并有露在外面的出口平面和发射光的光发射装置，光发射装置安装在棒状光导器的一端，光分散光栅从棒状光导器的端部向另一端逐渐变宽或光分散光栅包括多个至少在棒状光导器端部附近的离散元件。
当结合附图描述本发明的作为例子的较佳实施例时，本发明的上述和其他目的、特点和优点将从下面描述中更加显然。
图1是本发明的一个含有照射装置的图象读取装置的断面图；
图2是本发明的一个棒状光导器的透视图；
图3是棒状光导器侧视图，表明照射光是怎样被反射的；
图4是与图3相似的图，表示本发明另一实施例的棒状光导器；
图5是与图3相似的图，表示本发明又一实施例的棒状光导器；
图6是与图3相似的图，表示本发明再一实施例的棒状光导器；
图7是传统图象读取装置的断面图；和
图8是表示传统图象读取装置中空间光强度分布的图。
如图1所示，本发明的一个含有照射装置的图象读取装置包括一个在其相对表面确定有凹槽2、3的框架1、一个设置在凹槽2内并包含一透明棒状光导器4的保护外套5、一个设在凹槽2内并盖在凹槽开口端的玻璃盖板6、一个设在凹槽3内并盖住其开口端和支撑一传感器7的底板8，和一个安在框架1内并位于凹槽2、3之间的棒透镜组9。
棒状光导器4最好由高的光传送性的合成树脂制成，例如丙烯酸树脂、聚碳酸酯等，或由高的光传送性的光学玻璃制成。
如图2和3所示，棒状光导器4在垂直于它的轴向方向上是部分椭圆截面形。尤其是，棒状光导器4的截面形状包括四分之一椭圆形，而棒状光导器4具有的侧面包括一个将椭圆的主轴的包括在内平面10、一个将椭圆辅轴包括在内的平面11、和一个包含椭圆的一个周边的曲面12。平面10、11相互邻接并有90度空间夹角。
一个光分散光栅布置在平面10上。由于曲面12形成椭圆的一部分，如果将曲面12看作一个凹面镜，那么曲面12的焦点呈现在平面10上。光分散光栅13与曲面12的焦点成直线排列而形成。尤其是，因为光分散光栅13有一宽度，所以它在曲面12焦点附近形成。
光分散光栅13通过印刷一种白色涂料形成。但是，光分散光栅13可以根据使用的光的波长由除白色以外的各种任意颜色形成。例如，如果图象读取装置用于传真机，那么由于许多传真机用570nm波长的光，所以光分散光栅13应当用有该波长的颜色形成。光分散光栅13可以由在平面10上粘一层所要求的颜色的薄膜而形成。
光分散光栅13包括一连串间隔的不连续光带，该光带从光照装置14例如发光二极管所处的棒状光导器4的一端向另一端逐渐变小。这种构造的光分散光栅13能够将棒状光导器4的轴向的分散光量保持不变。光照装置14固定在保护外套5内。
为了在轴向保持不变的分散光量而由此减低光强度的不规则性，光分散光栅13可以包括一个伸长的光带，该光带从棒状光导器4的一端向另一端逐渐变宽。另一方面，光分散光栅13可以包括一连串有间隔的不连续光带，该间隔从棒状光导器4的一端向另一端逐渐变小，该光带从棒状光导器4的一端到另一端逐渐变宽。
图1到图3所示的图象读取装置按如下操作：由光照装置14产生的光进入透明棒状光导器4，被设置在平面10上的光分散光栅13分散，被曲面12反射，最后被从作为一个出口平面的平面11发射出去。被发射出去的光然后通过玻璃盖板6被转送，并作用在被读取的对象15的图象表面16上。从图象表面16被反射的光被棒透镜组9会聚到传感器7上，该传感器读取对象15的图象。
由于光分散光栅13设置在作为凹面镜的曲面12的焦点附近，被曲面12反射并从平面11发射的分散光在一个预定的会聚位置会聚。如果预定会聚点和图象表面16相互成直线排列，那么，如图3所示，来自光分散光栅13的分散光完全落入图象表面16上而没有一点浪费，这样使得在辅助扫描方向的空间光强度分布均匀。
图4到6类似于图3，表示本发明其他实施例的棒状光导器。
根据图4中的实施例，一个棒状光导器4具有一个包括椭圆的一部分的部分椭圆形截面。棒状光导器4有一个将椭圆的主轴包括在内的平面10、一个从椭圆的辅轴转动一角度的平面11、和一个包含椭圆周边的曲面12。光分散光栅13放在表面10上。平面11作为一出口平面。平面10、11相互邻接并成小于90度的夹角。这样与平面10成空间角度的平面11能够依靠被读取的图象表面位置变换焦点位置。
根据图5中的实施例，一棒状光导器4有一个包括椭圆的一部分的部分椭圆截面形状。棒状光导器4有一个平行于椭圆辅轴设置的平面17和一个包括椭圆周边的曲面12。光分散光栅13放在平面17上，该平面也是作为一个出口平面。椭圆形的焦点呈现在平面17上，该椭圆形的一部分形成曲面12，光分散光栅13安置在曲面12的焦点附近。被光分散光栅17分散并从平面17发射的照射光会聚在棒状光导器4外部的某一会聚点。如果图象表面与会聚点成直线排列，那么图象表面能够以不变的光强度分布被有效地照射。
根据图6所示的实施例，一个棒状光导器4有一个包含椭圆的一部分的部分椭圆截面形状。棒状光导器4有一个平行于椭圆辅轴并作为一个出口平面的平面11、一个包含椭圆一个周边的曲面12、和一个平行于椭圆辅轴设置并支撑光分散光栅13的平面18。椭圆的焦点呈现在平面18上，该椭圆的一部分形成曲面12，平面18相当于图5中的平面17。
上述实施例可以按不同方式改变。在图3和4的实施例中，平面10与椭圆的主轴成直线排列。但是，在光分散光栅13位于椭圆焦点附近的范围内时，平面10和椭圆的主轴不需要相互成直线排列。
在图5的实施例中，当光分散光栅13位于包括曲面12作为其一部分的椭圆的焦点附近的范围内时，平面17不需要平行于椭圆辅轴延伸。
在图6的实施例中，平面18和平面11不需要平行于椭圆辅轴延伸。平面18可以有斜的或圆的端部，或不需要由单一平面组成。
如上所述，根据本发明，由于在棒状光导器一侧上的光分散光栅和被分散光从光分散光栅照射的被读取图象表面相互保持聚焦关系，所以使得空间光强度分布的峰值与直接位于棒透镜组上方的被读取图象表面成直线排列。
因为分散光会聚的位置点可以通过改变棒状光导器的反射曲面来调整，所以通过使光分散光栅和图象表面相互成聚焦关系就很容易做到这样的调整。
由于光分散光栅和图象表面相互保持聚焦关系，因此可以通过改变光分散光栅宽度很容易地调整图象表面被分散光照射的区域。
虽然上面具体说明和描述了本发明的某些较佳实施例，但是应当推定在其上所做的各种改变和修改均不背离权利要求书的范围。

Claims (11)

1．一种棒状光导器，反射从其具有内表面的一端进入的照射光，并且发射从它的一个沿纵向设置的出口表面反射的照射光，所述棒状光导器具有沿其纵向延伸的侧面，所述侧面包括一个出口平面，一个布置有一光分散光栅的平面，和一个从所述光分散光栅向所述出口平面反射分散光的反射曲面，所述反射曲面在垂直所述纵向上有一个截面形状，该截面形状由一椭圆形的一部分组成，所述光分散光栅在所述椭圆形的焦点附近布置。
2．根据权利要求1所述的棒状光导器，其特征在于，设置有所述光分散光栅的所述平面包括所述椭圆形的主轴。
3．根据权利要求1所述的棒状光导器，其中，设置有所述光分散光栅的所述平面包括所述椭圆形的主轴，和所述出口平面包括一个倾斜于所述椭圆形的辅轴的一个边。
4．根据权利要求1所述的棒状光导器，其中，设置有所述光分散光栅的所述平面包括一个平行于所述椭圆形的辅轴的一个边。
5．根据权利要求1所述的棒状光导器，其中，设置有所述光分散光栅的所述平面和所述出口平面由一个单一平面组成。
6．一种照射装置包括：
一个保护套；
一个棒状光导器，反射从其具有内表面的一端进入的照射光，并且发射从它的一个沿纵向设置的出口表面反射的照射光，所述棒状光导器具有沿其纵向延伸的侧面，所述侧面包括一个出口平面，一个设置有一光分散光栅的平面，和一个从所述光分散光栅向所述出口平面反射分散光的反射曲面，所述反射曲面在垂直所述纵向上有一个截面形状，该截面形状由一椭圆形的一部分组成，所述光分散光栅在所述椭圆形的焦点附近布置；
有所述外露的出口平面的所述棒状光导器安装在所述保护套内；及
发射光的光发射装置，所述光发射装置安装在所述棒状光导器的一端；
所述光分散光栅从所述棒状光导器的所述端向它的另一端逐渐变宽。
7．一种照射装置，包括：
一个保护套：
一个棒状光导器，反射从其具有内表面的一端进入的照射光，并且发射从它的一个沿纵向设置的出口表面反射的照射光，所述棒状光导器具有沿其纵向延伸的侧面，所述侧面包括一个出口平面，一个布置有一光分散光栅的平面，和一个从所述光分散光栅向所述出口平面反射分散光的反射曲面，所述反射曲面在垂直所述纵向上有一个截面形状，该截面形状由一椭圆形的一部分组成，所述光分散光栅在所述椭圆形的焦点附近布置；
有所述外露的出口平面的所述棒状光导器安装在所述保护套内；及
发射光的光发射装置，所述光发射装置安装在所述棒状光导器的一端；
所述光分散光栅包括多个至少在所述棒状光导器的所述端附近的分散元件。
8．根据权利要求6或7所述的照射装置，其中，设置有所述光分散光栅的所述平面包括所述椭圆形的主轴。
9．根据权利要求6或7所述的照射装置，其中，设置有所述光分散光栅的所述平面包括所述椭圆形的主轴，和所述出口平面包括倾斜于所述椭圆形的一个辅轴的一个边。
10．根据权利要求6或7所述的照射装置，其中，设置有所述光分散光栅的所述平面包括平行于所述椭圆形的辅轴的一个边。
11．根据权利要求6或7所述的照亮装置，其中，设置有所述光分散光栅的所述平面和所述出口平面由一个单一表面组成。
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