JP5137000B2 - 光線の収束範囲を増大させる線状光源 - Google Patents

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、光線の収束範囲を従来の装置より増大させ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、標的が光線の収束範囲内ではなく、光源からの効果的な光線の収束範囲を越える場合、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、明瞭度を増大させると共に、異なる使用目的、例えば、イメージスキャン、コピー等の異なる機能に対し、光源からの光線の出力を大きくするかが、業者の研究開発の大きな目標となっている。

公知の線状光源は、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」技術では、図１で示されるように、線状光源１は、導光バー４０’と光源５０’とを有し、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５０’上の発光ダイオードによる光線が均一になる光を形成し、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、集光効果を増大させ、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、光線の収束範囲が大きい線状光源を開発するかが、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において、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、光線の収束範囲を増大させる。

本発明は、線状光源を提供し、画像スキャンに応用し、スキャンによる画像感知の明瞭度を増加させ、出力画像を更に精確にすることを目的とする。

本発明は、光線の収束範囲を増大させる線状光源を提供し、収束範囲の増大により、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束させ、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、光源上に導光バーを連接した線状光源を開示する。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、導光バーは一辺面が光出射面で、この面は透光作用を有し、光入射面である一端面を除き、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、透光開口側には、第二の反射板を有し、出射光線を反射板に導引して反射させ、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、光線の収束範囲を増大させる。

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、光線の収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１０は、導光バー２０と一体になるように組み合わされ、その上に、導光バーの入射面の形状に対応する装着孔座１２を設置し、導光バー２０を固定する。光源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、本発明の最も基本的な光源とする。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、出射面２２と入射面２６を除く他の面は反射面２４で、光線を反射させる。また、導光バー２０の一端は入射面２６で、光源１０と導光バー２０を一体に装着する時、入射面２６は光源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、反射効果を増大し、出射光の輝度を増大させる。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、線状光線を射出させ、出射面２２と入射面２６を除く他の面は反射面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、光の輝度を増大させ、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と下スリーブ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、更に第二の反射板３８を設置し、第二の反射板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、第二の反射板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、射出光を増大させて、光線輝度を増大させる。

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には、光源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には、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、紫外線等を発光するダイオードを利用する。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中心点から直径で１．１２±０．１センチの円内の範囲に配置し、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、入射した光線が出射面に達しないで無効となる反射領域を減少させる。

図６、図７を参照すると、本発明では、光線輝度を増大させると共に、均一性を増させ、更に、出射面２２の表面を処理し、鋸歯状突起の大きさが、導光バー２０の入射面の位置から導光バー２０に沿って小さくなるような連続鋸歯を形成するが、本願発明での鋸歯状処理は、出射面２２の外表面で形成され、従来の光射出面が対応する段階式鋸歯設計と異なる。従来の鋸歯は内表面に形成されているので、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すことができるが、一定範囲を超過すると、鋸歯が生成する反射と屈折効果が次第に目立ち、出射した線状光線に鋸歯状のムラを生じる。これに対して、本願発明では、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、鋸歯処理を施すので、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、異なる傾斜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、鋸歯状のムラを生じる問題が目立たず、反射板３８の光線に対する集光作用もあって、射出光線の収束範囲を増大させることができる。なお、図６の“ａ”は、図３の“ａ”の部分を拡大して表したものである。

本願発明中、鋸歯の設計と光均一の程度は密接な関係がある。本願発明の鋸歯はその傾斜角（θ）範囲が０．０３〜０．１５度間で、導光バー２０の入射面と反対側の面から入射面に向かい導光バー２０に沿って徐々に増える、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からの光が出射する導光バーの全長であり、各鋸歯の形状は相似で、ｎは計算したい鋸歯からＬＥＤからの光が出射する導光バーの領域（“Ｉ”および“ＩＩ”）底面の長さで、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）でそれぞれの鋸歯の高度が計算でき、更に、上式（２）でそれぞれの鋸歯の斜面長さを求め、ｎとφを変化させることにより鋸歯の斜面長さを変更して、光線の屈折の大きさと反射の強さ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、第二の反射板３８の効果を検証するもので、同様に、緑色光の光源下で、第二の反射板３８を装着していない輝度出力は約０．９２８８Ｖであるのに対して、第二の反射板３８を設置している出力輝度は１．５４３２Ｖまで増大できる。ここから分かるように、本発明は、第二の反射板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、光線収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、一端面を除く他の面は反射面となる。導光バー１０００は、その軸に対称な形状で、１８０度回転することにより、投射面が発光表面に設置されない場合、投射面は発光表面に相対して、発光表面の反対側に設置できる。例えば、投射面が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。

１０ 光源
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 第二の反射板
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 (8)

1. 線状光源であって、
   該線状光源から出射する光線の収束範囲を従来の装置より増大させるために、
   多辺形柱体で、一つの辺面が出射面で、一端が入射面で、その他の複数の面が反射面であり、前記出射面が鋸歯状表面であり、さらに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、
   前記導光バーの前記入射面に連接され、且つ、少なくとも一つの発光ダイオードを有する光源と、
   前記導光バー外を包覆し、前記出射面に対向して透光開口を有し、且つ、前記透光開口の一側に第二の反射板を有し、前記反射面での光線の反射を増加させて、前記出射面の方向に投射する反射板としての反射スリーブと、
   からなることを特徴とする光線の収束範囲を増大させる線状光源。
2. 前記鋸歯状表面の鋸歯状突起の大きさが前記導光バーの前記光源の位置から前記導光バーにそって段階的に小さくなる形状で、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に記載の光線の収束範囲を増大させる線状光源。
3. 前記光源上に、前記導光バーの前記入射面の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に記載の光線の収束範囲を増大させる線状光源。
4. 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、赤外線または紫外線を含むことを特徴とする請求項１２に記載の光線の収束範囲を増大させる線状光源。
5. 前記発光ダイオードは、前記装着孔座の中心点から直径で１．１２±０．１センチの範囲の円内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光線の収束範囲を増大させる線状光源。
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に記載の光線の収束範囲を増大させる線状光源。
7. 前記鋸歯状表面の傾斜角は、前記光源の位置から前記導光バーにそって徐々に減少し、その角度は０．０３〜０．１５度であることを特徴とする請求項１に記載の光線の収束範囲を増大させる線状光源。
8. 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に記載の光線の収束範囲を増大させる線状光源。