一种线型发光器的制作方法

专利名称：一种线型发光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于或安装于如传真机、复印机或图象扫描仪等的图象阅读装置中的线型发光器，在如传真机、复印机、图象扫描仪等这种作为用于阅读原稿或图象的机器中，应用一种如图象传感器等的阅读装置。已知类型的图象传感器有简化型、密接型、完全接触型等。在它们中，接触型图象传感器通常由一个发光器、一个用于成象或等倍量成象的相当功率的光学装置、一个传感器等构成。
一般，密接型传感器与简化型传感器相比有短的光路，因此可以用于小尺寸的装置，从而无需麻烦的光学调整，所以，这样的传感器有容易装入装置中的长处或优点。由于这些原因，它已应用于很多装置中，代替简化型传感器。
安装在密接型图象传感器中的发光器必须以比传感器能阅读或读取图象更高的照明强度照射原稿。被发光器照射的区域是呈线形的形状，特别是在主扫描方向非常长(即长度方向)，而在垂直于主扫描方向的副扫描方向非常窄。例如，在应用于传真机使用A4尺寸的装置的发光器中，长度方向的长度必须是216mm或更长。发光器进一步必需的特性是照明均匀。原稿表面照射强度的不均匀，特别是在长度方向的不均匀可能导致阅读错误，因此，理想的是照明强度尽可能均匀或一致。
传统的这样的发光器，已经知道的是LED阵列型发光器，其中几个或几十个(例如30个)LED(发光二极管)通过导线焊接或焊接成一条线安装在印刷线路板上。在安装有这样的发光器的密接型图象传感器中，从发光器发出的光通过对原稿起支撑作用的玻璃盖，入射到要阅读的原稿上，然后，从原稿表面反射的光通过一个杆状透镜阵列由光电传感器元件接收，以作为图象阅读。
在这种传统的装置中，排列着很多LED，在阅读原稿图象的过程中，实际应用的光只是入射到要被阅读的原稿的窄阅读线的一部分，而落在这部分外的光没有被利用。并且这种方法是使发光器尽可能与要被阅读的原稿接近，以使原稿线的照明亮度尽可能亮，以减少所需安装的LED的数量，然而，在这种情况下，会出现照明强度非常不均匀的问题，并且，在具有这种结构的发光器中，出现的强度不均匀的程度随安装的LED的间距改变。另外，由于生产的不均匀性，出现个别LED相对亮度不均匀。因而，如果减少安装到一个发光器的LED的数量，照射到要被阅读的原稿阅读线上的光的亮度和分布的不均匀性就会变大。
根据以上方面图象阅读设备的设计和生产，由本发明相同发明人提出一项技术，根据这项技术，在一个杆状透明体的两个端部安装光发射元件(即LED)，其中透明体的表面的一部分形成为光散射表面，例如，在日本专利公开平或/6-148435(1994)和日本专利公开平或/7-14414(1995)中所公开的。
在这些文献中公开的线发光装置中，由于发光元件安装在杆状的透明体的两个端部，可以去除所设的光发射元件之一。本发明相同的发明人也提出一种光发射元件只安装在杆状透明体的一端的线发光装置，例如，在日本专利公开平或/8-163320(1996)和日本专利公开平或/8-172512(1996)所公开的。这些文献中公开的线发光装置通过仅在杆状透明体的一端设置发光元件，并同时使从发光元件发出的光在杆状透明体表面形成的，光散射图形的形状，从光入射的一端向光散射图形区域的另一端逐渐扩展，以便沿着长度方向获得均匀或一致的照明强度，从而降低了成本。
以前，在日本专利公开平或/7-183994(1995)中，公开了一种具有照明装置的图形阅读仪器，该装置至少有两个光源，每一个光源的光发射波长不同，其中光源设置成它们的连线偏离通过散射和反射区的中心的法线，这样光在长度方向以均匀的亮度入射到散射和反射区。
另外，本发明的相同发明人在日本专利公开平或/10-126581(1998)中公开了以下内容。
即，在一端安装有光源的线型发光器，光导的另一端是粗糙表面，光散射图形设计成使得入射光用作照明光束直到它到达另一(不发射)端部，因此能够使照明强度保持很高并一致。
然而，对于上面提到的线型发光器，没有研究其特别是在彩色原稿阅读上的固有的问题。
即，当阅读彩色原稿时，光发射元件(例如LED)每个以不同波长(例如对应于红绿蓝)发射的光一个接一个地被激发，以通过传感器检测相应波长的反射光强。
考虑到最小彩色光源，可以认为一个光源由三个LED片构成，每个LED具有不同发射波长，这是使图象阅读装置最小化所必须的。因此，也必须使用于其中的线型发光器最小化。
如果在上述提到的日本专利公开平或/10-126581(1998)中公开的线型发光器中，应用上述具有不同发射波长的三个LED的光源，可以进一步改进以下方面。
根据单独激发的LED的配置，必须提高照明强度的一致性，特别是在光源附近。
这是因为在光源附近要发光的LED和照明光散射图形之间的位置和角度关系以及LDE与光出射表面之间的关系会发生变化。由于LED片无实际尺寸，因此不可能将它们定位在基本相同的位置。
根据本发明的目的，提供了一种线型照明装置，它采用多个光源，各具有不同的光发射波长，光源仅位于照明装置的一端，从而提供了一种在其长度方向上保持均匀照度的廉价光照明装置。
根据本发明，提供一种线型发光器，具有沿长度方向的扫描方向，和沿垂直于该扫描方向且宽度窄的副扫描方向，它包括；一个由多个光源组成，每个光源被独立激发的光源单元；一个杆状透明光导，在长度方向的一端具有正对光源单元的反射表面；一个箱体，杆状透明光导容纳其中，其中杆状透明光导形成有多边形的横截面，并沿长度方向在其一角形成有作为光发射表面的倒角部分，主光散射图形形成在与光发射表面的法线相交和正对的部分，其中，在主光散射图形和光源单元之间提供有一个辅助光散射图形，辅助光散射图形在长度方向上偏离主光散射图形的中心线，并且辅助光散射图形区域的法线与多个光源中的任何一个沿长度方向上延伸的中心线相交。
并且，根据本发明，可以认为上面提到的辅助光散射图形，形成有沿杆状透明光导的宽度方向单独设置的两个斑状图形。然而斑状图形的数量可以总共是三个。
并且，根据本发明，上述杆状透明光导的另一端表面可以有粗糙的表面。这种粗糙的表面容易生产，然而入射到粗糙端表面的光由于表面粗糙很难反射，在粗糙表面使用白色涂料能更有效地反射，因而能进一步利用光源发射的光。
另外，根据本发明，沿长度方向的主光散射图形的中心线从杆状透明光导的中心线向所述的倒角部分偏移，主光散射图形可以有一个第一部分、一个第二部分和一个第三部分，第一部分的宽度是从光源单元所处的位置的一端从最小逐渐向另一端增加到相对最大，第二部分与所述的第一部分是连续的，并增加了宽度，该宽度与第一部分的宽度增加方向相同，且比第一部分宽度增加的速度快；第三部分与所述的第二部分是连续的并以与所述第二部分的最大宽度相等的宽度向另一端延伸。
采用这种结构，可能保持高的照明强度，和得到高度的均匀和一致性。
另外，根据本发明，上面提到的所述主光散射图形的第一部分形成有不连续或分散的光散射图形部分，并且形成有光散射图形连续的另一部分。特别是，在杆状透明光导一部分形成有凹形和凸形的接合部分的情况下，通过设置对应于凹和凸接合部分的图形省略部分，可以保持照明均匀。


图1是根据本发明的线型发光器的剖面图，是沿垂直于其扫描方向剖开的；图2是构成该线型发光器一部分的容纳杆状透明光导的箱体的透视图；图3是沿扫描方向剖开的容纳杆状透明光导的箱体的剖面图；图4是容纳杆状透明光导的箱体的一端表面视图；图5表示形成有杆状透明光导光散射图形的表面；图6是杆状透明光导主要部分的放大视图；图7是说明与图6所示的同样部分的另一个实施例的视图；图8是杆状透明光导主要部分的放大视图；图9是说明实施例中照明强度和光散射图形关系的曲线图；图10是说明一个比较实例中照射强度和光散射图形关系的曲线图；以下，参考附图给出本发明实施例的详细说明。这里，图1是根据本发明的线型发光器的剖面图，是沿垂直于扫描方向剖开的；图2是构成该线型发光器一部分的容纳杆状透明光导的箱体的透视图；图3是沿扫描方向剖开的容纳杆状透明光导的箱体的剖面图；图4是容纳杆状透明光导的箱体的一端表面视图；图5表示形成有杆状透明光导光散射图形的表面；图6是杆状透明光导主要部分的放大视图；图8是杆状透明光导主要部分的放大视图。
对于一个线型发光器，凹部2和3形成在框架1中，在凹部2中放置容纳杆状透明光导4的箱体5，一个玻璃板6遮盖凹部2的开口部分。在凹部3中固定着上面有传感器7的基座8，并且在框架1中容纳有杆透镜阵列9。
因此，从固定在箱体5一端的光源单元10发出的光进入杆状透明光导4，通过使形成在杆状透明光导4一侧表面的主光散射图形11散射，作为散射光从杆状透明光导4发出。发射出的光照射在原稿13上。从原稿13反射的光通过杆透镜阵列9，然后由传感器7检测，借此阅读或扫描原稿。
在杆状透明光导4的一部分形成有一个凹部4d，凸部5d形成在箱体5的内表面，以便装入凹部4d，从而光导4没有任何部分可以突出到箱体外，这样可以不使用粘接剂。
这里，上述杆状透明光导4的材料最好是具有高的光透明度的树脂，如丙烯酸树脂或聚碳酸脂、或具有高的透光度的光学玻璃或类似材料。
并且，杆状透明光导4的截面形状最好是五边形，其中倒角部分4a作为光发射表面形成在一个本来是在矩形的一角，然而，也可以是六边形，倒角部分形成在基本矩形彼此相对的两角上。另外杆状透明光导4截面形状可以通过切掉矩形截面的任意三个角形成七边形，或切掉所有的角形成八边形，每种变化中起作用的是原始的四边形柱体的彼此相对的两对保留的侧表面。
容纳杆状透明光导4的箱体5最好由具有高的光反射率的材料制成，因此，它是由混合有高反射率的白色素的白色树脂形成，或由其他颜色的材料在表面涂以白色涂料形成。当然，颜色并不仅限于白色，而是根据所使用光的波长选择不同的颜色。另外，也可包括具有固有高反射率的金属板，如铝板或平钢板，构成平面镜形式。
采用这种结构，由箱体5内表面反射的光重新进入透明光导4，在透明光导4中传播。这样，用具有尽可能高反射率的材料覆盖透明光导4，有助于实现发光器的更高效率。
并且，如图3所示，在杆状透明光导4的端部光源单元10的侧面形成突出部分4b，在箱体5上形成凹部5a，突出部分4b装入或插入其内。这样，将端部精确地定位在光源单元10的侧面，由光源单元10的光源14和杆状透明光导4的端面之间限定的空气层15的厚度保持不变。
另外，在箱体5由聚碳酸脂制成和杆状透明光导4由透明的丙烯酸树脂制成的情况下，材料在高温下能持续保持一段时间。例如在80℃保持24小时，箱体很少收缩，但杆状透明光导可能收缩，在箱体的内壁和杆状透明光导4的另一端粗糙表面4e之间产生缝隙19。如果产生这样的缝隙，则到达粗糙表面的光进入缝隙，并从箱体5的内表面反射又返回到粗糙表面。与没有产生缝隙的情况相比，上述的情况中在杆状透明光导4反射回的光量要少。
如果在粗糙表面4e使用白色涂料，能阻止特别在粗糙表面附近照明强度的降低，限使在元件处于高温的情况下。
光源(LED片)14a、14b和14c通过导线粘合技术安装到印刷线路板16上，并进一步由透明的环氧树脂17保护其上。参考标号18代表其接线端。
在本发明中，光源14a是一个蓝光源，光源14b是一个红光源，光源14c是一个绿光源。光源14a、14b和14c根据发光强度顺序或依次排列安装。特别是，具有最弱发光强度的蓝光源14a位于离主光散射图形11最近的位置，具有最强发光强度的绿光源14c离主光散射图形11最远。
从每个光源14a、14b和14c发出的光从一端进入杆状透明光导4，然而如果入射角度太宽，一部分光射出透明光导4。由于具有上面提到的空气层15，抑制了向透明光导端部反射的光的角度变宽，因而提高了照明效率。
又如图2所示，与杆状透明光导4的倒角部分4a面对的箱体5的上边部分5b，从底边部分缩回，以不阻止光溢出。然而，在正对光源单元10的另一端部的附近，上边部分5c进入倒角部分4d的侧部，以不从此处射出杂光。
下面，说明形成在杆状透明光导4的一侧表面的光散射图形，参考图5至图8。图5是表示形成有杆状透明光导的光散射图形的一个表面视图；图6是杆状透明光导主要部分的放大视图；图8是杆状透明光导主要部分的放大视图。
主光散射图形11通过在其上施加白色涂料而形成，然而，颜色并不仅限于白色，而是可以根据所要使用的光的波长选择不同的颜色。例如波长为570nm的光主要用在传真机中，因此，在这样的装置中可以使用对应于这种波长的颜色。而且可以通过在其上施加涂料形成光散射图形，也可以通过附着既事实上颜色的薄膜来形成。
主光散射图形11的形状包括一个第一部分11a，一个第二部分11b和一个第三部分11c；第一部分11a的区域(扫描方向的宽度)从安装有光源单元10的一端向另一端逐渐增加；第二部分11b与第一部分11a是连续的，并且向另一端区域(宽度)增加的速度比第一部分快；第三部分11c与第二部分11b是连续的，并且以与第二部分最大宽度相等的宽度向另一端延伸。
第一部分11a的中心线C2相对于杆状透明光导4的中心线C1向倒角部分4a一侧偏移。采用这种结构，光散射图形11逐渐位于倒角部分4a(即光导4的发光表面)的法线n上，从而增加了倒角部分4a出射光的照明强度。
另外，第一部分11a的区域根据离邻近光源单元10的端部的距离逐渐增加。且区域增加的速率是这样确定的，使得大部分入射光在到达另一端前散射，使在长度方向的照射强度均匀或一致，因而满足光通过倒角部分4a所必需的条件。
在本发明的实施例中，第一部分11a不是连续的带形形状，而是具有多个块状光散射部分11a′，如同虚线或系列部分，并在正对光源单元10的一端和第一部分或第一部分11a的块状光散射部分11a′的部分之间进一步设有不形成光散射图形的区域D。
第一部分11a的另一端部是连续的并呈带形的形状，然而其中一部分具有图形省略部分11a″，这个图形省略部分11a″是设置在对应杆状透明光导4的凹部4d的位置。
如果那里具有凹部4d，由于从凹部4d反射光部分地增加了照明强度，然而由于提供了图形省略部分11a″，可能降低了强度，以使照明强度均匀。
另外，图形省略部分11a″可以设置在第一部分11a、第二部分11b和第三部分11c中的任何一个之中，或者使整个第一部分11a连续并呈带形。
如上所述，当第一部分11a区域逐渐增加时，不可能使第一部分11a的侧边部分扩大超出由偏心的中心线C2所限定的极限。在这个不能扩展的部分，在与之正对的图形边缘部分增加一个附加部分，以保持图形所必需的区域，因此，使该部分成为光散射图形的第二部分11b。
第二部分11b增加了一个虚构的扩展区域，因此，该区域向杆状透明光导4的另一端扩大，最终达到可印刷最大宽度。并且，从达到可印刷最大宽度的该部分至杆状透明光导4的另一端，以最大宽度形成第三部分11c。
另外，根据本发明，在杆状透明光导4的相同表面形成主光散射图形11，在最接近光源单元10的部分形成辅助光散射图形21。
辅助光散射图形21形成有两个点状图形21a和21b，它们沿宽度方向分开，位于离开上述主光散射图形11的长度中心线的位置。
将构成辅助光散射图形21的两个斑状图形21a和21b的法线设置成，上述多个光源14a、14b和14c中的任何一个沿长度方向延伸的中心线与它们相交。在本发明的实施例中，红光光源14a和绿光光源14c的中心线与斑状图形21a和21b的法线相交。
斑状图形的数目取决于相应的光源，如图7所示，斑状图形21a、21b和21c设置成它们的法线与相应光源的中心线相交。
下面，说明沿光散射图形的整个长度所获得的相对照明强度的实验结果，将实施例和一个比较例作一比较。(实施例)实验条件如下辅助光散射图形有；光散射图形的整个长度172.8mm；入射光的照射强度650μW。(评估)在图9中，垂直轴表示相对照明强度(V电压)，水平轴表示光散射图形离光源的距离。可以认为从杆状透明光导的一端到另一端获得均匀或一致的照明强度。
对于红色光源，其相对照明强度最大值是1.443V，最小值是1.175V，平均值是1.324V；绿光源的相对照射强度的最大值是1.968V，最小值是1.694V，平均值是1.850V；蓝光源的相对照射强度的最大值是1.054V，最小值是0.912V，平均值是0.982V。(比较例)实验条件如下辅助光散射图形无；光散射图形的整个长度172.8mm；入射光的照射强度650μW。(评估)在图10中，如在图9中一样，垂直轴表示相对照明照度(V电压)，水平轴表示光散射图形离光源的距离。对于红色光源，其相对照射强度最大值是1.801V，最小值是1.463V，平均值是1.590V；绿光源的相对照射强度的最大值是2.053V，最小值是1.673V，平均值是1.851V；蓝光源的相对照射强度的最大值是1.522V，最小值是1.188V，平均值是1.306V。
如图10所示，在不包括距离杆状透明光导一端直至10mm部分的区域可以获得均匀或一致的照明强度，然而在从设置光源的一端并沿着该装置延伸10mm的区域(图中由圆圈包围的曲线部分)，红色光和蓝色光是不均匀或一致的。这对应于如本发明所述没有设置辅助光散射图形的部分。
如上所全部说明的，根据本发明的线型发光器，在杆状透明光导的预定位置提供主光散射图形，并在主光散射图形与多个光源之间提供辅助光散射图形，即使在杆状透明光导宽度方向上分开设置光源，也能使装置保持均匀或一致的照度。
权利要求
1.一种具有沿长度方向的扫描方向，以及沿垂直于所述扫描方向且宽度窄的副扫描方向的线型发光器，包括一个由多个光源组成，每个光源能被独立激发的光源单元；一个杆状透明光导，在其长度方向的一端具有正对所述光源单元的反射表面；一个箱体，杆状透明光导容纳其中，其中所述杆状透明光导形成为具有多边形的横截面，并沿长度方向在其一角形成有作为光发射表面的倒角部分，和一个形成在与光发射表面的法线交叉并正对部分的主光散射图形，其中，在所述主光散射图形和所述光源单元之间提供有一个辅助光散射图形，所述辅助光散射图形偏离所述主光散射图形长度方向的中心线，并且辅助光散射图形区域的法线与所述多个光源中的任何一个沿长度方向延伸的的中心线相交。
2.根据权利要求1的线型发光器，其中所述的辅助光散射图形形成为光散射离散斑图形成，并位于对应于所述多个光源的位置。
3.根据权利要求1的线型发光器，其中多个光源包括三个光源，所述辅助光散射图形形成有两个或三个沿所述杆状透明光导宽度方向分开的斑状图形。
4.根据权利要求1至3中任何一项所述的线型发光器，其中所述主光散射图形的杆状透明光导有一个凹凸形的接合部分，并设有与之对应的图形省略部分。
5.根据权利要求1至3中任何一项所述的线型发光器，其中沿长度方向的所述主光散射图形的中心线相对于所述杆状透明光导的中心线向所述的倒角部分偏移，其中所述主光散射图形有一个第一部分、一个第二部分和一个第三部分；第一部分的宽度逐渐增加，其宽度在最靠近光源单元所在一端的部分最小，在另一端最大；第二部分与所述的第一部分是连续的，并增加了宽度，该宽度的增加与第一部分宽度增加的方向相同，且比第一部分宽度增加的速度快；第三部分与所述第二部分是连续的，并以与所述第二部分的最大宽度相等的宽度向与光源端正对的另一端延伸。
6.根据权利要求5的线型发光器，其中所述主光散射图形的第一部分形成有光散射图形不连续的部分，和光散射图形连续的部分。
7.根据权利要求6所述的线型照明装置，其中所述透明光导有一个凹凸形的接合部分，并提供有相应的图形省略部分，并在所述的主光散射图形的所述第一部分的一部分设有对应于所述凹凸形的接合部分的图形省略部分，该部分与主光散射图形是连续的。
8.根据权利要求1至7中任何一项所述的线型发光器，其中在所述杆状透明光导的端面形成有粗糙表面。
9.根据权利要求8的线型发光器，其中在所述杆状透明光导的端面施加白色涂料。
全文摘要
一种在杆状透明光导的一端侧具有多个光源的 线型发光器,其中形成有两个斑状辅助光散射图形,位于偏离长 度方向的主光散射图形中心线的位置,它们沿宽度方向上分离, 以保持在长度方向上照明强度的均匀或一致。这两个斑状图形 的法线和多个光源的任何一个沿长度方向上延伸的中心线彼 此相交。特别是,红光光源和绿光光源沿长度方向的中心线与斑 状图形21a和21b的相应法线相交。
文档编号G03B27/54GK1277370SQ0011788
公开日2000年12月20日 申请日期2000年4月16日 优先权日1999年4月16日
发明者古泽聪, 齐藤富久 申请人:日本板硝子株式会社