JP2007060653A - 光線収束範囲を増加させる線状光源 - Google Patents

Abstract

【課題】光線収束範囲を増加させる線状光源を提供する。
【解決手段】本発明は、光線収束範囲を増加させる線状光源を提出し、光源素子上に導光バーを連接する。導光バー外縁は反射スリーブに被覆される。導光バーは一面が光出射面で、この面は反射作用を有し、残りの面は反射面である。光出射面の表面は段階式に変化する鋸歯状で、光線の屈折率と反射率を調整して光を均一に出力する。導光バー外を被覆する反射スリーブは、主に、光線反射作用を増強し、光の輝度を増加させる。反射スリーブが相対する導光バー出射面箇所に透光開口を有して光を射出させ、且つ、透光開口一側は、反射板を有し、導光バーの鋸歯状の光出射面設計と合わせて、光線の輝度と均一性を大幅に増加させ、且つ、光線の集束範囲を増加させる。
【選択図】図１０B

Description

本発明は、線状光源に関するものであって、特に、鋸歯状の導光バーと反射スリーブを有する線状光源に関し、光束の輝度、均一性を増加させ、集束範囲を増加する線状光源に関するものである。

スキャナー、ファクシミリ、及び、多機能周辺機器は、日常生活には欠かせないものである。これらの設備は主に、線状光源を利用して標的を照射する。反射された光線は明暗の感応により出力画像を得る。出力画像の品質がスキャン光源と大きく関係し、出射光線の輝度、均一性が好ましくない場合、出力される画像は正確ではない。特定の状況下で、第二標的が固定集束範囲内ではなく、光源の効果的な集束範囲を超過する場合、出力画像は不明瞭である。よって、光源の設計に対し、いかにして、輝度、均一性を改善し、明晰度を増加させると共に、異なる使用目的、例えば、イメージスキャン、コピー等の異なる功能に対し、出力効果を強化するかが、業者の研究開発の大きな目標となっている。

公知の線形光源は、主に、円柱状か四角柱状であり、射出成型は容易であるが、光線拡散や屈折計算、輝度、或いは、均一性制御、及び、効果に限りがあり、よって、後に異なる発明が提出されている。まず、本発明者が研究開発した「反射面を有する線状光源」技術が図１で示されるように、線状光源１は、導光バー４０’と光源素子５０’を有し、導光バー４０’は弧状出射面４２’を有する多辺形柱体で、弧状出射面４２’の相対箇所に、反射面４４’、入射面４６’と複数の反射層４８’を有する。このような設計で、導光バー４０’の反射面４４’は、光源素子５０’上の発光ダイオードによる光線は均一な光を形成し、且つ、弧状射出面４２’による光線の集光作用は、光の輝度を増加させると共に、好ましい光線出力を得て、画像感知の品質を向上させる。

前述の技術は、導光バーの表面処理を実行して光線の均一性を向上させ、導光バーの構造を改善することにより、集光効果を増加させ、光線の輝度を向上させて、非常に良好な効果を達成しているが、研究開発上、技術向上への追及はエンドレスであり、如何にして、光線の進行過程のエネルギー減衰を抑制し、また、光線集光の集束範囲を増加させるかが、業界における研究趨勢である。よって、本発明は、反射スリーブを有する線状光源を提供し、光線出力の輝度と均一性を増加させる以外に、スリーブと反射板の設計が、更に、光線の再度反射を導引し、拡散と散乱の損失を低下させ、光線の集束範囲を増加させる。

本発明は、線状光源を提供し、画像スキャン上に応用し、スキャンの明晰度を増加させ、出力画像を更に精確にすることを目的とする。

本発明は、光線の集束範囲を増進する線状光源を提供し、集束範囲の増加により、距離が遠い標的も精確に検知することをもう一つの目的とする。

本発明は、光の均一性が好ましい線状光源を提供し、均一に標的を感知し、光線の輝度の不足による出力ロスを回避することを更なる目的とする。

本発明は、高輝度の線状光源を提供し、射出光線を再度反射させ、光線エネルギーを収集させ、光線輝度を大幅に増加させることを最後の目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明は、線状光源を提出し、光源素子上に導光バーを連接する。導光バー外縁は反射スリーブに被覆されて光線を反射させ、また、導光バーは一面が光出射面で、この面は反射作用を有し、残りの面は反射面である。光出射面の表面は鋸歯状で、光線の屈折率と反射率を調整して光を均一に出力し、導光バー外を被覆する反射スリーブが相対する光出射面箇所に、透光開口を有して光を射出させる。且つ、透光開口一側は、反射板を有し、射光線を反射板から導引して反射させ、これにより、拡散、散乱のロスを抑制し、出力光線の輝度を更に増加させ、且つ、光線の集束範囲を増加させる。

本発明の構造は、全体の光線出力の輝度と均一性を増加させる以外に、光線の集束範囲に対しても増進の効果を有し、スキャン、コピー機等の画像装置の応用上、好ましい出力効果を達成する。

まず、本発明の線状光源１の立体構造は、図２で示されるように、主に、光源素子１０、導光バー２０、及び、導光バー２０外を包覆する反射スリーブ３０、からなり、導光バー２０の光線は、反射スリーブ３０の透光開口３２から投射される。

本発明の構造を分かりやすくするため、図３の構造分解図を参照する。線状光源１の光源素子１０は、導光バー２０と一体に形成され、その上に、導光バー形状に対応する装着孔座１２を設置し、導孔バー２０を固定する。光源素子１０の装着孔座１２内に、少なくとも一つの発光ダイオード（LED）１４を設置し、本発明の最も根本的な光源とする。導光バー２０は対称、且つ、多辺形の柱体で、ここでは八角形を実施例とする。導光バー２０の主要用途は、発光ダイオード１４で生成される点状光源を線状光源に転換することで、よって、導光バー２０の一面が出射面２２で、光を線状射出し、残りの面は反射面２４で、光線輝度を反射させる。また、導光バー２０の任意の一端は入射面２６で、光源素子１０と導光バー２０を一体に装着する時、入射面２６は光源素子１０上に設けられた発光ダイオード１４と対応し、これにより、発光ダイオード１４が発射する光線は、入射面２６から導光バー２０に進入し、導光バー２０の構造により光線を線状で発射させる。

続いて、反射スリーブ３０は導光バー２０外を包覆し、これにより、反射効果を増加し、光射出の輝度を増加する。導光バー２０の出射面２２に対応する反射スリーブ３０に、透光開口３２を形成し、線性光線を射出させ、他の面は反射面２４で、反射スリーブ３０により覆蓋される。導光バー２０に進入する光線は反射面２４と反射スリーブ３０により反射した後、光の輝度を増加させ、出射面２２から、透光開口３２を経て出射する。構造設計上、反射スリーブ３０は、上スリーブ３４としたスリーブ３６を有し、導光バー２０を上スリーブ３４と下スリーブ３６中間に置き、上下スリーブ３４、３６を組み合わせて、導光バー２０を反射スリーブ３０中に包覆する。反射スリーブ３０の作用は主に、光線の反射であり、よって、白色、銀色、或いは、銀白色等、反射効果が好ましい色を選択することができる。

図４Aを合わせて参照すると、反射効果を更に強化するため、光線を更に集中させ、下スリーブ３６上で、且つ、透光開口３２の一側に、更に反射板３８を設置し、反射板３８と透光開口３２の垂直軸は約３０度〜６０度であるが、反射板３８の設置角度、長さと幅は、必要に応じて変更できる。導光バー２０の内部反射の後、出射面２２から射出した光線は、その射出角度の範囲が非常に大きく、希望する標的４０に完全に向いているのではないので、反射板３８の設計により、一部の光線をもう一度反射作用させ、これにより、光線を集中させ、射出光を増加させて、光線輝度を増加する。

図４Bを参照すると、その他の実施例中、反射スリーブ３０は、一つ、或いは、二つのスリーブから形成され、応用上、光源素子１０、導光バー２０、及び、上下スリーブ３４、３６は、大きい搭載ベース４００上に定位する。

図４Cを参照すると、その他の実施例中、搭載ベース４００は、白色、銀色、或いは、銀白色の反射材質からなり、これにより、搭載ベース４００が反射ハウジングとなり、光源素子１０、導光バー２０を直接その中に装着し、分離スリーブを組み合わせ定位しなくてもよいので、生産工程とコストが抑制される。

図４Dを参照すると、搭載ベース４００は、導光バー２０を装着後、その頂端に頂部３４Bを有し、搭載ベース４００の反射効果を向上させる。図５で示されるように、発光ダイオード１４は、赤色発光ダイオード、青色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、或いは、その他の発光ダイオードから選択し、使用者の必要に応じて設置し、単色光源が必要な時、光源素子１０上に一種の色のLEDだけを設置するだけでよい。カラー光源が必要な時、可視光スペクトル内の一つ、或いは、複数の有色発光ダイオードか、或いは、可視光に近い、例えば、赤外線、紫外線等を利用し、この実施例中、三個の発光ダイオードを有するが、設置する発光ダイオードの数量、及び、色は必要に応じて設定ができる。

しかし、各色LEDの色は異なるので、その発光波長も差があり、よって、発光ダイオード１４の発光角度を最も接近させるのには、発光ダイオード１４を装着孔座１２中心点から外に直径で１．１２±０．１センチの範囲に配置し、導光バー２０と装着孔座１２が緊密に接合する時、各色光線は集中して効果的に導光バー中に進入し、無効の反射領域を減少させる。

図６、図７を参照すると、本発明は光線輝度を増加させると共に、均一性を増加させ、更に、出射面２２の表面を処理し、深度が傾斜した連続鋸歯を形成するが、本案の鋸歯状処理は、出射面２２の外表面で形成され、前案の光射出面が対応する段階式鋸歯設計と異なり、前案の鋸歯は内表面に形成され、光線は鋸歯により反射し、屈折後、再射出する。射出光線の均一性を増加することができるが、一定範囲を超過すると、鋸歯が生成する反射と屈折効果は次第に目立ち、鋸歯画像を残留する。これにより、本案は、鋸歯による影響を減少させ、光線を均一に射出するため、出射面２２の外表面に対し、鋸歯処理を施し、光線はまず、導光バー２０の反射面２４と反射スリーブ３０の反射、屈折作用後、最後に、出射面２２から射出する。この時、異なる仰角設計の鋸歯により光線屈折を制御して、光線を均一にし、光線が均一化した後、直接射出するので、鋸歯画像の残留問題が目立たず、反射板３８の光線に対する集光作用もあって、射出光線の集束範囲を増加させることができる。

本発明中、鋸歯の設計と光均一の程度は密接な関係がある。本案の鋸歯はその傾斜角（θ）範囲が０．０３〜０．１５度間で、徐々に増える、或いは、段階的に増加する。例えば、二段増加を例とし（図７を参照する）、第一段傾斜角は０．０３〜０．０９度間の固定値で（例えば、０．０７）、第二段傾斜角は０．０９〜０．１５度間の固定値（例えば、０．１１）である。三段増加を例とすると、その第一段傾斜角は、０．０３〜０．０５度間の固定値で（例えば、０．０４）、第二段傾斜角は０．０５〜０．１０度間の固定値で（例えば、０．０８）、第三段傾斜角は０．１０〜０．１５度間の固定値で（例えば、０．１２）で、以下同様である。

以下は、出射面２２上に形成する鋸歯高度と斜面長さの計算方式で、図６の局部拡大により表示し、一段は同じ傾斜角（θ）を有し、Lはこの段のLED集光焦点の総長さであり、各鋸歯の単位底長は相同で、Nは計算したい鋸歯からLED集光焦点の底面の長さ（１〜１１１の間）で、且つ、鋸歯の底角はφ（３０度〜４０度の間）である。よって、

第一鋸歯の高度X1＝(L-N1)*tanΘ (1)
第二鋸歯の高度X2＝(L-N2)*tanΘ
また、
第一鋸歯の斜面長さY1＝X1/sinφ1 (2)
第二鋸歯の斜面長さY2＝X2/sinφ2
上述の式（１）（２）中、鋸歯の高度が計算でき、更に、鋸歯の斜面長さを求め、Nとφの変化により鋸歯の斜面長さを変更して、光線屈折率、反射率を制御する目的を達成する。

図８と図９は、本発明の光線輝度のテスト図で、主に、反射板３８の効果を検証するもので、同様に、緑色光の光源下で、入力能率（Duty）は０．２４で、反射板３８を装着していない輝度出力は約０．９２８８Vで、反射板３８を設置している出力輝度は１．５４３２Vまで増加できる。ここから分かるように、本発明は、反射板３８の設置により、光出力の輝度を効果的に強化し、鋸歯射出面の設計を合わせて、高輝度、光均一性の光線を得ることが出来るだけでなく、同時に、光線集束範囲を更に大きくし、応用上、品質が好ましく、解像度が良好な図形出力が達成される。

図１０A〜図１０Cを参照すると、本発明の実施例中、導光バー１０００は細長い多辺形体で、出射面１０１０は投射面を有する一面に設置され、他の面は反射面となる。導光バー１０００は対称設置で、１８０度回転することにより、投射面は発光表面に設置しなくても、投射面は発光表面に相対して設置でき、これにより、導光素子はフレキシブルに適合される。例えば、投射面は発光表面に設置される時、低パワーで、高価な発光ダイオードの設置を減少させる。光線が少ない時、導光バーの旋転により、投射面は発光表面と１８０度の相対形態を呈し、これにより、光量は製造者により調整されることができる。

本発明の実施例中、図１０Aで示されるように、導光バー１０００は、二個の投射面を有する。一面は出射面１０１０で、１８０度反対側は、反射面１０２０である。これにより、導光バーは組み立てが容易で、組み立て方向のミスが生じない。

図１０D、及び、図１０Eは、それぞれ、発光ダイオードパッケージ１０５０A、１０５０Bを説明し、図１０Dで示されるように、発光ダイオードパッケージ１０５０Aは四ピンで、三個の発光ダイオードをパッケージハウジングの装着孔座１０６０内に設置し、四ピン１０７０は発光ダイオードの電源導接、及び、一般接地に用いる。同様に、図１０Eで示されるように、発光ダイオードパッケージ１０５０Bの八ピンは、七個の発光ダイオードに使用する。

図１１A、及び、図１１Bは、本発明のもう一つの実施例を示し、導光バー１１００は五角形柱体で、導光バー１１００は、投射面功能を有する出射面１１１０を有し、出射面１１１０の相対面は反射面１１２０を有する。好ましい実施例中、反射面１１２０は、平滑面、或いは、粗雑面を有し、且つ、反射面１１２０は、出射面１１１０と同じように、投射面功能を有する。

図１２を参照すると、導光バー１２００は、もう一種の多角形直方体で実施され、投射面功能を有する出射面１２１０と反射面１２２０を有する。

注意すべきことは、前述の実施例中、投射面は各種要求に応じて調整でき、例えば、光源に近い位置の導光バーの一端は、前２０、或いは、３０ミリ長さにされ、鋸歯形態は表面粗雑処理方式により代替できる。

更に、光源は、可視光スペクトル範囲内のいかなる色の発光ダイオード、或いは、可視光スペクトルに近い、例えば、赤外線、或いは、紫外線光源を選択でき、例えば、発光ダイオードは緑色、黄色、青色、赤色、白色等で、これは、線性光源の組み合わせに、大きな範囲と光量投射の効果をもたらす。

本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

公知の線状光源技術構造図である。 本発明の立体構造図である。 本発明の構造分解図である。 本発明の断面図である。 本発明の断面図である。 本発明の断面図である。 本発明の断面図である。 本発明の正面図である。 本発明の構造側視図である。 本発明の構造側視図である。 本発明の反射板未設状況下の輝度テスト結果図である。 本発明の反射板設置状況下の輝度テスト結果図である。 本発明の導光バーの断面図である。 本発明の導光バーの立体図である。 本発明の導光バーの側視図である。 ４ピンのLEDパッケージ体を示した説明図である。 ８ピンのLEDパッケージ体を示した説明図である。 本発明の導光バーの断面である。 本発明の導光バーの立体図である。 本発明の導光棒の断面図である。

符号の説明

１０ 光源素子
２０ 導光バー
３０ 反射スリーブ
３２ 透光開口
１２ 装着孔座
１４ LED
２２ 出射面
２４ 反射面
２６ 入射面
３２ 透光開口
３４ 上スリーブ
３６ 下スリーブ
３８ 反射板
４０ 標的
４００ 搭載ベース
３４B 頂部
１０００ 導光バー
１０１０ 出射面
１０２０ 反射面
１０５０A、１０５０B 発光ダイオードパッケージ
１０６０ 装着孔座
１０７０ ピン
１１００ 導光バー
１１２０ 反射面
１２００ 導光バー
１２１０ 出射面
１２２０ 反射面

Claims (30)

1. 光線収束範囲を増加させる線状光源であって、
   多辺形柱体で、一面が出射面で、残りが複数の反射面であり、且つ、前記出射面の表面が鋸歯状表面である導光バーと、
   前記導光バーに連接され、且つ、中間に少なくとも一つの発光ダイオードを有する光源素子と、
   前記導光バー外を包覆し、対応する前記出射面に、前記出射面からの光線を投射する反射板を有する反射スリーブと、
   からなることを特徴とする光線収束範囲を増加させる線状光源。
2. 前記光源素子上に、前記導光バー形状に対応する装着孔座を有して、前記導光バーを固定することを特徴とする請求項１に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
3. 前記発光ダイオードは少なくとも一つの可視光スペクトル、或いは、可視光スペクトルに近いあらゆる色の発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項１に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
4. 前記発光ダイオードは、前記装着孔座の中心点から外に直径で１．１２±０．１センチの範囲に配置されることを特徴とする請求項２に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
5. 前記鋸歯状表面は、前記出射面の外表面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
6. 前記反射スリーブは、更に、上スリーブと下スリーブからなり、前記上スリーブと下スリーブは一体に組み合わされることを特徴とする請求項１に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
7. 前記反射板と前記通光開口の垂直軸は、３０〜６０度であることを特徴とする請求項１に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
8. 前記鋸歯状表面の角度は徐々に増加し、仰角は０．０３〜０．１５度であることを特徴とする請求項５に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
9. 前記鋸歯状表面の仰角は段階式に増加することを特徴とする請求項５に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
10. 前記反射スリーブの色は、白、銀白色、銀色のどれか一色であることを特徴とする請求項１に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
11. 光線収束範囲を増加させる線状光源であって、
    多辺形柱体で、一面が出射面で、残りが複数の反射面であり、且つ、少なくとも一端が入射面で、前記出射面の表面が鋸歯状表面である導光バーと、
    前記導光バーに連接され、且つ、中間に少なくとも一つの発光ダイオードを有する光源素子と、
    前記導光バー外を包覆し、対応する前記出射面に、前記出射面からの光線を投射する反射板を有する反射スリーブと、
    からなることを特徴とする光線収束範囲を増加させる線状光源。
12. 前記鋸歯状表面は段階式の鋸歯状で、且つ、前記出射面の外表面に形成されることを特徴とする請求項１１に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
13. 前記光源素子上に、前記導光バー形状に対応する装着孔座を有して、前記導光バーを固定することを特徴とする請求項１１に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
14. 前記透光開口の一側は、更に、反射板を有することを特徴とする請求項１１に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
15. 前記発光ダイオードは少なくとも一つの可視光スペクトル、或いは、可視光スペクトルに近いあらゆる色の発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項１１に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
16. 前記発光ダイオードは、前記装着孔座の中心点から外に直径で１．１２±０．１センチの範囲に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
17. 前記反射スリーブは、更に、上スリーブと下スリーブからなり、前記上スリーブと下スリーブは一体に組み合わされることを特徴とする請求項１１に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
18. 前記反射板と前記通光開口の垂直軸は、３０〜６０度であることを特徴とする請求項１１に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
19. 前記鋸歯状表面の角度は徐々に増加し、仰角は０．０３〜０．１５度であることを特徴とする請求項１２に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
20. 前記鋸歯状表面の仰角は段階式に増加することを特徴とする請求項１２に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
21. 前記反射スリーブの色は、白、銀白色、銀色のどれか一色であることを特徴とする請求項１１に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
22. 光線収束範囲を増加させる線状光源であって、
    多辺形柱体で、一面が出射面で、残りが複数の反射面であり、且つ、少なくとも一端が入射面で、前記出射面と前記複数の反射面の少なくとも一面が鋸歯状表面である導光バーと、
    前記導光バーに連接され、且つ、中間に少なくとも一つの発光ダイオードを有する光源素子と、
    前記導光バー外を包覆し、対応する前記出射面に透光開口を有し、且つ、前記透光開口の一側に反射板を有する反射スリーブと、
    からなることを特徴とする光線収束範囲を増加させる線状光源。
23. 前記鋸歯状表面は段階式の鋸歯状であることを特徴とする請求項２２に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
24. 前記光源素子上に、前記導光バー形状に対応する装着孔座を有して、前記導光バーを固定することを特徴とする請求項２２に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
25. 前記発光ダイオードは少なくとも一つの可視光スペクトル、或いは、可視光スペクトルに近いあらゆる色の発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項２２に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
26. 前記発光ダイオードは、前記装着孔座の中心点から外に直径で１．１２±０．１センチの範囲に配置されることを特徴とする請求項２４に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
27. 前記反射スリーブは、更に、上スリーブと下スリーブからなり、前記上スリーブと下スリーブは一体に組み合わされることを特徴とする請求項２２に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
28. 前記反射板と前記通光開口の垂直軸は、３０〜６０度であることを特徴とする請求項２２に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
29. 前記鋸歯状表面の角度は徐々に増加し、仰角は０．０３〜０．１５度であることを特徴とする請求項２３に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。
30. 前記反射スリーブの色は、白、銀白色、銀色のどれか一色であることを特徴とする請求項２２に記載の光線収束範囲を増加させる線状光源。