專利名稱：用于圖像讀取設(shè)備的條形導(dǎo)光件和線狀照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及照明設(shè)備，具體是一種傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、掃描儀等圖像讀取設(shè)備用的條形導(dǎo)光件以及線狀照明裝置。
背景技術(shù)：
圖像讀取設(shè)備中用于線性讀取方向?qū)Ч?、給原文檔提供照明的線狀照明裝置種類較多，如采用直方導(dǎo)光體加反光外罩的線狀光源方案，具有細(xì)長光閥的體積較大的導(dǎo)光體線狀光源，以及采用簡單V字形的導(dǎo)光體的線狀光源等等。
圖1所示為采用直方導(dǎo)光體加反光外罩的線狀光源典型結(jié)構(gòu)，中國發(fā)明專利申請“一種線性發(fā)光裝置”(申請?zhí)枮?0117884.9)和“線型照明裝置和圖像傳感裝置”(申請?zhí)枮?317865209)等，其導(dǎo)光件截面呈矩形，導(dǎo)光件沒有光傳輸部份和光出射部分之分，當(dāng)光源部分12發(fā)出的光141入射到導(dǎo)光件13中時，由于其某一側(cè)面上的光散射圖案131會將射到光散射圖案上的光散射開，散射光144會在導(dǎo)光件中從各個角度發(fā)射出去，很多光會因為相對導(dǎo)光件的表面成小于全反射角度而直接射出導(dǎo)光體外部，這就需要靠反射罩11將這些射到導(dǎo)光件外部的光發(fā)射回導(dǎo)光件內(nèi)形成毫無規(guī)律的反射光142。這種方式帶來的問題是增加了線性光源的零件數(shù)量，從而增加了產(chǎn)品的材料成本和模具成本，同時由于光的反射和散射的次數(shù)增加，光的能量損失也大大增加。其中反光罩11看似簡單，實際其形狀和尺寸精度要求非常高，同樣會增加產(chǎn)品的制造成本。導(dǎo)光件13上的光散射層131是尺寸精度要求非常高的非規(guī)則印刷圖案，極大的提高了制作上工藝的要求，這樣就會降低產(chǎn)品的合格率，從而增加了產(chǎn)品的制造成本。導(dǎo)光件13的光出射窗口132沒有使光會聚的光學(xué)設(shè)計，所以出射光143從出光窗口132出來后呈發(fā)散狀態(tài)，而實際被照明目標(biāo)面上的有效位置的寬度很窄，以至于出光口132的光看似很亮，實際有用的卻很少，整個光的利用率很低。同時出光窗口132沒有會聚光的功能會帶來更大的問題，由于出光窗口132出來的光143是發(fā)散的，被照明目標(biāo)的光照度對于出光窗口面離被照明的目標(biāo)面的距離非常敏感，微小的距離變化都會引起被照明目標(biāo)上的光照度很大的變化。由于沒有光傳輸部分和光出射部分的明顯區(qū)分，所以導(dǎo)光體13對于光源121的位置要求很苛刻，光源121的位置由于裝配誤差引起的稍微變化都會對整個光源的線形發(fā)光方向的均勻性產(chǎn)生很大的影響。
圖2所示為國外一帶細(xì)長光閥的線狀光源產(chǎn)品，其整個導(dǎo)光體2的體積很大，導(dǎo)光部分到尾端的截面21還有較大面積，這樣會使從光入射面24進(jìn)入的直射的光線25在導(dǎo)光體內(nèi)反復(fù)反射或直接從端面直接射出而完全被消耗掉，根本不能將其利用起來從所需要的光出射面22處射出，所以光的利用率不高。其導(dǎo)光體上表面還有一條從光入射端到尾端漸變的非常狹小的縫23，其作用是用來調(diào)節(jié)光的縱向均勻性。但這樣會使模具的成本成幾倍的增加，而且使模具的維護(hù)和產(chǎn)品的檢驗費用大大增加，模具的可重復(fù)加工能力大為減小，故不是最經(jīng)濟(jì)實用的辦法。
美國專利US 6,206,534公開了一種圖3所示線狀照明裝置結(jié)構(gòu)。該產(chǎn)品沒有明顯的光傳輸部分和光出射部分，設(shè)計也過于簡單和理論化，不能很好地解決光的均勻性和效率等基本問題。該設(shè)計從理論計算和一些電腦的模擬上是可以通過的，但由于理論計算和電腦里的一些模擬的公式不能完全真實的反映線性光源各個零部件的情況，一些原始設(shè)置的參數(shù)不夠準(zhǔn)確，以至于會出現(xiàn)諸多問題如實際的線性光源的光入射端出射的光太強，無法減弱；僅靠散射面325來調(diào)節(jié)光的散射量和傳輸量會造成沒有足夠的光能量傳輸?shù)骄€性光源的尾端而使線性光源的線性方向的光強均勻性不好；光由于入射端的出射太多而使光的利用率降低；最大的問題是光源31相對于入光面321的位置稍有變化就會引起線性光源在線性發(fā)光方向上的均勻性的很大變化，如圖3c所示其線性發(fā)光方向的光強均勻性不理想。另外由于其截面形狀的特殊性如果導(dǎo)光件是塑料注塑件的話很難保證形位尺寸的精度，導(dǎo)光件32會向出光面322方向凹曲，即325面會比322面在線性發(fā)光方向稍稍長一點，不利于后續(xù)的裝配。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本實用新型提供一種體積小、光能利用率高及線性方向光均勻性好用于圖像讀取設(shè)備的條形導(dǎo)光件。
本實用新型同時提供一種采用該實用新型條形導(dǎo)光件的線狀照明裝置，能使點狀光源或面積很小的面狀光源經(jīng)過條形導(dǎo)光件得到線狀的且在線狀發(fā)光方向上均勻的出射光，滿足傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、掃描儀等高精度設(shè)備的需求。
本實用新型用于圖像讀取設(shè)備的條形導(dǎo)光件具有明顯的光傳輸部分和光出射部分，所述的光出射部分傾斜連接于光傳輸部分的一側(cè)，光出射部分具有縱向延伸的出射弧面，出射弧面相對的一面為光散射面，兩側(cè)為外、內(nèi)反射面，截面大致呈扇形；所述的光傳輸部分具有上反射面、下反射面及下斜反射面，上、下反射面的外邊沿通過調(diào)節(jié)反射面連接，下斜反射面連接在下反射面與光出射部分的小反射面之間，上反射面與光出射部分的出射弧面連接，從光入射端起到條形導(dǎo)光件末端或近末端處止，光傳輸部分的截面沿其縱向方向逐漸減小。
用于圖像讀取設(shè)備的線狀照明裝置包括條形導(dǎo)光件和設(shè)置于該條形導(dǎo)光件一端的發(fā)光源，該條形導(dǎo)光件包括明顯的光傳輸部分和光出射部分，該光出射部分傾斜連接于光傳輸部分的一側(cè)，光出射部分具有縱向延伸的出射弧面，出射弧面相對的一面為光散射面，兩側(cè)為外、內(nèi)反射面，截面大致呈扇形；光傳輸部分具有上反射面、下反射面及下斜反射面，上、下反射面的外邊沿通過調(diào)節(jié)反射面連接，下斜反射面連接在下反射面與光出射部分的小反射面之間，上反射面與光出射部分的出射弧面連接，從光入射端起到條形導(dǎo)光件末端或近末端處止，光傳輸部分的截面沿其縱向方向逐漸減小。
本實用新型線狀照明裝置采用條形導(dǎo)光件，其條形導(dǎo)光件包括明顯的光傳輸部分和光出射部分，從光入射端起到條形導(dǎo)光件末端或近末端處止，光傳輸部分的截面沿其縱向方向逐漸減小至零，通過光傳輸部分的調(diào)節(jié)反射面能在線性發(fā)光方向上有效地調(diào)節(jié)的出射光均勻性，使點狀光源或面積很小的面狀光源經(jīng)過該條形導(dǎo)光件轉(zhuǎn)變成線狀的出射光，體積小，光能利用率高，線性方向光均勻性好。
條形導(dǎo)光件的光入射面主要在光傳輸部分上，光入射面與其至少兩個外表面之間設(shè)有與該光入射面成大于90度夾角的光折轉(zhuǎn)面。使產(chǎn)品在線性發(fā)光方向上光強均勻性和光的利用率進(jìn)一步提高。


圖1a、b是傳統(tǒng)直方導(dǎo)光體加反光外罩的線狀光源結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a、b是采用較大體積和細(xì)長光閥的導(dǎo)光體的線狀光源結(jié)構(gòu)示意圖；圖3a、b是美國專利US 6,206,534線狀照明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3c是圖3a、b線狀照明裝置線性發(fā)光方向的光強均勻性示意圖；圖4是本實用新線狀照明裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖4線狀照明裝置整體出光結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖4線狀照明裝置截面出光光路示意圖；圖7a是其條形導(dǎo)光件截面的結(jié)構(gòu)示意圖圖7b是其條形導(dǎo)光件入光端側(cè)視示意圖圖7c、d是其條形導(dǎo)光件主視圖方向具有光折轉(zhuǎn)面及沒有光折轉(zhuǎn)面的光路對比示意圖；圖7e、f是其條形導(dǎo)光件俯視圖方向具有光折轉(zhuǎn)面及沒有光折轉(zhuǎn)面的光路對比示意圖圖7g、h是其條形導(dǎo)光件具有光折轉(zhuǎn)面及沒有光折轉(zhuǎn)面的光路對比立體示意圖；圖7i是采用帶光折轉(zhuǎn)面的條形導(dǎo)光件和及沒有光折轉(zhuǎn)面的條形導(dǎo)光件構(gòu)成的線狀照明裝置在線性發(fā)光方向上光強均勻性對比曲線圖。
具體實施方式
以下結(jié)合實施例對本實用新型詳細(xì)描述。
參照圖4-7，本實用新型線狀照明裝置包括條形導(dǎo)光件41和設(shè)置于該條形導(dǎo)光件一端的發(fā)光源42。該條形導(dǎo)光件41包括明顯的光傳輸部分411和光出射部分412，該光出射部分412傾斜連接于光傳輸部分411的一側(cè)，光出射部分412具有縱向延伸的出射弧面4121，出射弧面4121相對的一面為光散射面4124，兩側(cè)為外、內(nèi)反射面4122、4123，截面大致呈扇形；光傳輸部分具有上反射面4111、下反射面4113及下斜反射面4114，上、下反射面的外邊沿通過調(diào)節(jié)反射面4112連接，下斜反射面4114連接在下反射面4113與光出射部分的小反射面4123之間，上反射面4111與光出射部分的出射弧面4121連接，從光入射端起到條形導(dǎo)光件末端或近末端處止，光傳輸部分的截面面積沿其縱向方向逐漸減小至零。
線狀照明裝置的發(fā)光源42采用發(fā)光面積很小的面光源，所述條形導(dǎo)光件41之光傳輸部分的光入射端的光入射面414與發(fā)光源42緊密相接。通過條形導(dǎo)光件把很小面積的面光源轉(zhuǎn)變成需要的線形光源。實施例中發(fā)光源42包括至少一個LED芯片421和一電極引出安裝板422，LED芯片421粘貼在安裝板422的小腔內(nèi)，通過引出電極與驅(qū)動器連接。發(fā)光源可采用一個或多個發(fā)射同一波長的LED芯片，可采用多個發(fā)不同波長也ED芯片，如紅、綠、藍(lán)、紅外、紫外LED芯片等。多個LED芯片串聯(lián)或并聯(lián)連接。
參照圖5，條形導(dǎo)光件41的光傳輸部分411和光出射部分412是相連的，所述光傳輸部分411的截面沿著線性發(fā)光的方向面積呈變小的趨勢發(fā)展，即從光傳輸部分411的光入射端起到條形導(dǎo)光件末端或近末端處止，光傳輸部分的截面面積沿其縱向方向(即線性發(fā)光的方向)逐漸減小至零。從圖5中可看到光傳輸部分411的調(diào)節(jié)反射面4112與光出射部分的出射弧面4121沿著線性發(fā)光方向由分開到逐漸靠攏到最終相接。
LED發(fā)光源42發(fā)出的光首先通過條形導(dǎo)光件41的光入射面414進(jìn)入其光傳輸部分411，由于光傳輸部份411和光出射部分412是相連的，故有一部分光會直接傳輸?shù)焦獬錾洳糠?12，進(jìn)而通過光出射弧面4121出射出去；另外大部分的光會在光傳輸部份411中沿導(dǎo)光件的線性發(fā)光方向傳輸，由于光在傳輸過程中會有能量損耗，為了讓導(dǎo)光元件的線性發(fā)光方向后部的光出射的光能量與前部相當(dāng)，故光傳輸部分411的截面沿著線性發(fā)光的方向面積逐漸變小，將光盡量多的由光傳輸部分411傳入光出射部分412，最終從光出射弧面4121出射出去。
條形導(dǎo)光件41的光出射部分412在整個導(dǎo)光件中從其起始截面到最終截面的面積幾乎保持一致。這樣可以保證線性發(fā)光的方向上光的會聚位置一樣，同時在模具制作上會更加容易。
參照圖4a、5，條形導(dǎo)光件的光出射部分412具有縱向延伸的出射弧面4121，該出射弧面4121為圓柱面的一部分或菲涅爾柱面，能將散射面散射的光會聚到需要的位置；出射弧面4121相對的一面為光散射面4124，兩側(cè)為外、內(nèi)反射面4122、4123，截面大致呈扇形；光出射部分的光散射面4124包括光滑的平面，且在該光滑的平面上涂覆有高反射率的涂層圖案；該光散射面4124也可是有規(guī)則或不規(guī)則的紋理面，該紋理面上可以涂覆有高反射涂層圖案。當(dāng)光線進(jìn)入光出射部分412時，光線如果首先是遇到反射面4123和4122，則光線會按照全發(fā)射定律繼續(xù)向線性發(fā)光的方向反射傳輸，如果光線遇到出射弧面4121，會有兩種情況如果光線與出射弧面4121的法線夾角小于全反射角，則光線會從出射弧面射出，如果光線與出射弧面4121的法線夾角大于全反射角，則光線會按照全發(fā)射定律繼續(xù)向線性發(fā)光的方向反射傳輸。當(dāng)光線射在光散射面4124上，則光線會散射開，大部分的散射光會通過出射弧面4121出射出去，由于出射弧面4121具有會聚的功能，本實用新型條形導(dǎo)光件的出射弧面4121會將出射出來的光會聚到預(yù)先設(shè)計好的位置，參見圖6。本實用新型條形導(dǎo)光件的出射弧面4121的半徑為0.8mm-1.2mm，根據(jù)設(shè)計需要選取。
參照圖4、5、7，條形導(dǎo)光件41的光傳輸部分411少長于光出射部分412，光傳輸部分的光入射面414與其至少兩個外表面之間設(shè)有與該光入射面成大于90度夾角的光折轉(zhuǎn)面，主要視實際應(yīng)用的效果來確定，實施例中有三個這樣的光折轉(zhuǎn)面4131、4132、4133。實際的LED發(fā)光源并不是一個點光源，由于實際的制作工藝條件往往是LED發(fā)光源的出光窗口相對于導(dǎo)光件的光入射面是一個面光源，同時LED本身的發(fā)光角度絕大部分是接近150°，這就造成即使光通過入射面414進(jìn)入導(dǎo)光件，但仍有一部分光會由于與導(dǎo)光件各個面的法線角度小于全反射角而直接出射到導(dǎo)光件外面去，這些不是通過出射弧面4121出去的光就損失掉了，完全不能利用。本實用新型的靠近發(fā)光源且與光入射面相接的有至少兩個與光入射面成大于90°的光折轉(zhuǎn)面，其好處在于能改變該一部分入射光線相對于導(dǎo)光面的法線角度，而使一進(jìn)入導(dǎo)光件內(nèi)部的光線更多滿足全反射的條件，從圖7c～h可以明顯的看出具有光折轉(zhuǎn)面4131、4132、4133的實施例比無光折轉(zhuǎn)面的實施例能減少更多的光線損失，另一個好處在于光折轉(zhuǎn)面能夠有效的減少一部分光反射的次數(shù)而讓光傳輸?shù)胶竺?，由于反射的次?shù)減少當(dāng)然能量損失就更少。圖7i是采用帶光折轉(zhuǎn)面的條形導(dǎo)光件和沒有光折轉(zhuǎn)面的條形導(dǎo)光件構(gòu)成的線狀照明裝置在線性發(fā)光方向上靠近發(fā)光源部分的光強均勻性對比曲線圖。其中實線部分曲線S表示帶光折轉(zhuǎn)面的產(chǎn)品的光強均勻性曲線，虛線部分曲線X表示無光折轉(zhuǎn)面的產(chǎn)品的光強均勻性曲線，實線部分曲線較平坦，虛線部分曲線起伏較大，可見帶光折轉(zhuǎn)面的條形導(dǎo)光件設(shè)計能減小光出射面靠近發(fā)光源部分的光出射能量，更好的滿足光均勻性的要求。
條形導(dǎo)光件在線性發(fā)光的方向的光出射均勻性主要是靠光傳輸部分411的面4112的變化來調(diào)節(jié)。見圖5光傳輸部分沿著縱向方向截面積越來越小，到后端完全消失，使在光傳輸部分中傳輸?shù)墓庀蚍瓷洳糠州斔?，?dāng)光在反射部分中射到光散射面，則大部分的光就從出射弧面射出。
條形導(dǎo)光件的光入射平面414是一個垂直于條形導(dǎo)光件的線性發(fā)光方向的平面，光入射面414絕大部分是在條形導(dǎo)光件的光傳輸部分411端面，發(fā)光源與光入射面414緊貼相接，這樣的好處在于即使發(fā)光源與導(dǎo)光件連接時存在一些加工和組裝上的誤差或者是發(fā)光源本身制造存在一些制造誤差，也不會對線性光源的縱向的光輸出均勻性產(chǎn)生較大的影響。
條形導(dǎo)光件除散射面外的其他面均為粗糙度Ra值小于0.0125um的光亮面，以減少光線在導(dǎo)光件中傳輸?shù)哪芰繐p失。
條形導(dǎo)光件為一實心的透明度很高的材料如高透過率的高分子材料或玻璃材料，本實施例為透過率大于90％的PMMA塑膠材料。
權(quán)利要求1.一種用于圖像讀取裝置的條形導(dǎo)光件，其特征是所述條形導(dǎo)光件包括光傳輸部分和光出射部分，所述的光出射部分傾斜連接于光傳輸部分的一側(cè)，光出射部分具有縱向延伸的出射弧面，出射弧面相對的一面為光散射面，兩側(cè)為外、內(nèi)反射面，截面大致呈扇形；所述的光傳輸部分具有上反射面、下反射面及下斜反射面，上、下反射面的外邊沿通過調(diào)節(jié)反射面連接，下斜反射面連接在下反射面與光出射部分的小反射面之間，上反射面與光出射部分的出射弧面連接，從光入射端起到條形導(dǎo)光件末端或近末端處止，光傳輸部分的截面沿其縱向方向逐漸減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于圖像讀取裝置的條形導(dǎo)光件，其特征是所述光出射部分的縱向延伸的出射弧面是半徑為0.8-1.2mm的圓柱面的一部分或菲涅爾柱面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于圖像讀取裝置的條形導(dǎo)光件，其特征是所述的光出射部分的光散射面包括光滑的平面且在該光滑的平面上涂覆有高反射涂層圖案，或是有規(guī)則或不規(guī)則的紋理面，該紋理面可以涂覆有高反射涂層圖案。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于圖像讀取裝置的條形導(dǎo)光件，其特征是從所述的光傳輸部分的光入射端起到條形導(dǎo)光件末端或近末端處止，光傳輸部分的截面面積沿其縱向方向逐漸減小至零。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于圖像讀取裝置的條形導(dǎo)光件，其特征是所述的條形導(dǎo)光件的光入射面主要在光傳輸部分上，光入射面與至少兩個外表面之間設(shè)有與該光入射面成大于90度夾角的光折轉(zhuǎn)面。
6.用于圖像讀取設(shè)備的線狀照明裝置，包括條形導(dǎo)光件和設(shè)置于該條形導(dǎo)光件一端的發(fā)光源，其特征是所述條形導(dǎo)光件包括光傳輸部分和光出射部分，所述光出射部分傾斜連接于光傳輸部分的一側(cè)，光出射部分具有縱向延伸的出射弧面，出射弧面相對的一面為光散射面，兩側(cè)為外、內(nèi)反射面，截面大致呈扇形；所述光傳輸部分具有上反射面、下反射面及下斜反射面，上、下反射面的外邊沿通過調(diào)節(jié)反射面連接，下斜反射面連接在下反射面與光出射部分的小反射面之間，上反射面與光出射部分的出射弧面連接，從光入射端起到條形導(dǎo)光件末端或近末端處止，光傳輸部分的截面沿其縱向方向逐漸減小。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于圖像讀取設(shè)備的線狀照明裝置，其特征是所述條形導(dǎo)光件之光傳輸部分的光入射端的光入射面與發(fā)光源相接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于圖像讀取設(shè)備的線狀照明裝置，其特征是所述發(fā)光源為LED芯片。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于圖像讀取設(shè)備的線狀照明裝置，其特征是所述發(fā)光源采用至少一個發(fā)射同一波長的LED芯片，所述LED芯片串聯(lián)或并聯(lián)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于圖像讀取設(shè)備的線狀照明裝置，其特征是所述發(fā)光源采用多個發(fā)射不同波長LED芯片。
專利摘要一種用于圖像讀取設(shè)備的線狀照明裝置，包括條形導(dǎo)光件和發(fā)光源，條形導(dǎo)光件包括光傳輸部分和光出射部分，后者具有縱向延伸的出射弧面，出射弧面相對的一面為光散射面，兩側(cè)為外、內(nèi)反射面；前者具有上、下反射面及下斜反射面，上、下反射面的外邊沿通過調(diào)節(jié)反射面連接，上反射面與所述出射弧面連接，從光入射端起到條形導(dǎo)光件末端或近末端處止，光傳輸部分的截面沿其縱向方向逐漸減小。其條形導(dǎo)光件具有明顯的光傳輸部分和光出射部分，通過光傳輸部分的調(diào)節(jié)反射面能在線性發(fā)光方向上有效地調(diào)節(jié)出射光均勻性，使點狀光源或面積很小的面狀光源經(jīng)過該條形導(dǎo)光件轉(zhuǎn)變成線狀的出射光，體積小，光能利用率高，線性方向光均勻性好。
文檔編號H04N1/04GK2765227SQ20052005515
公開日2006年3月15日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月25日
發(fā)明者顧成武 申請人:顧成武