专利名称：棒状导光体、照明单元及图像读取装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将从一端面入射的光线从沿着长度方向设置的射出面射出的棒状导光体、组合有该导光体和光源的照明单元、组装了该照明单元的图像读取装置。
背景技术：
传真、复印机、扫描装置等的图像读取装置的一部分中所使用的棒状导光体中，多数情况是只在棒状导光体的一端设置LED之类的发光单元。这样只在一端侧上配置发光单元的情况下，虽然发光单元的数量变少对发热问题和成本等有利，但是必需要有从射出面射出均匀且照度不低的光的对策。
因此，在特许文献1中公开了如下技术方案，即与入射端面相反侧的端面成镜面，并在该相反侧端面的外侧上配置反射效率高的构件，从而由一端面侧入射进入导光体内部并到达相反测端面的光朝向入射侧反射，通过反复进行该操作，将入射光线全部作为来自光散射图形的照射光而耗尽。
在特许文献2中公开了如下技术方案，即一方面通过将入射面和相反侧端面作为原样使用截面的粗面来降低成本，另一方面通过扩大该端面附近部分的光散射图形，由此大部分入射光线到达所述相反侧的端面时作为散射光而耗尽。
在特许文献3中公开如下技术方案，即在入射端面和相反侧的端面上涂覆白色涂料，由此使到达该端面的光散射。此外，虽然棒状导光体没有相关联的技术领域，但是在特许文献4中公开了用于循环反射的直角棱镜型反射镜。
另外，作为在传真、复印机、扫描装置等的图像读取装置的一部分中所使用的线性照明装置(照明单元)，多数情况是棒状导光体收纳在白色壳体内。而且，作为一经收纳后防止棒状导光体从壳体中掉出来并在内部咯噔咯噔响的构造，公知的有所述特许文献2、3中公开的构造。
特许文献2(图6)、特许文献3(图4)中公开的构造中，在除了形成了棒状导光体光散射图形的侧面以外的侧面上形成凹形部，可以在该凹形部中组装了在外壳内表面上形成的卡止爪。
特许文献1特开平8-163320号公报特许文献2特开平10-126581号公报特许文献3特开平11-84544号公报特许文献4特许第2954709号公报上述导光体收纳在白色外壳中，使得射出面露出来，并以这种方式安装在图像读取装置中。此外，作为导光体的材料，可以使用透明度高的丙烯酸树脂，外壳材料可以使用价咯低廉的树脂。
另外，因为传真、复印机、扫描装置等的图像读取装置在输送时、保管时等会引起温度升高，所以即使导光体已经收纳在外壳中，也有必要考虑热膨胀差。但是，线性照明装置放置在高温中后一经冷却就会因上述材料的不同而使导光体的收缩率很大，在导光体的端面上尤其是与设置了发光单元一侧相反侧的端面和外壳内表面之间形成间隙。此外除热膨胀率的差别之外，因为制作误差等也容易形成间隙。
这样形成间隙时，即使在没有间隙的情况，通过反射返回到一端侧的光在相反侧的端面不反射地透过，在外壳内表面散射，经过散射的光从相反测的端面附近射出。为此，相反侧的端面附近与其它地方相比照度变得异常地高。在如特许文献1所示的与发光单元相反侧的端面成镜面的情况下这种倾向很明显。
另外，根据特许文献2以及特许文献3中公开的构造，使照明效率变差。
图12示出在特许文献2、3等现有导光体中形成的凹形部，凹形部的形状可以为矩形或者梯形，并且侧面和底面由平面构成。由此，在从导光体的端面入射且在导光体内传播的光线一碰撞到所述侧面或底面上时就容易沿同一方向反射。
图13为借助主扫描方向位置和光输出之间关系对每种颜色(红、蓝、绿)作比较的曲线图，其中线段(P1)、(P2)、(P3)示出在主扫描方向120mm的位置上形成凹形部的现有导光体中各种颜色的光输出，从该曲线图中可以明显看出，在形成矩形或者梯形凹形部的情况下，在主扫描方向中120mm位置附近，光输出急剧上升，在主扫描方向中产生照度不均匀。
发明内容
为了解决上述问题，第1技术方案所涉及的棒状导光体中是从一端面入射的光线在内表面通过反射经由沿着长度方向设置的射出面射出的棒状导光体，该导光体的与入射面相反侧的端面是将平行于长度方向地进入导光体内的光线全部朝向所述一端面反射的直角棱镜形状。
在这里，直角棱镜形状为能够如所述特许文献4中示出的那样使入射光线朝向光源循环反射的形状，具体而言，可以考虑山形形状、角锥形状或圆锥形状。而且，本发明适用的场合需要使构成直角棱镜形状的面经过镜面精加工。
另外，第2技术方案所涉及的棒状导光体中是从一端面入射的光线在内表面通过反射经由沿着长度方向设置的射出面射出的棒状导光体，该导光体以除了与入射面相反侧端的面之外露出射出面的方式收纳在外壳中，而且以与所述外壳分体的形式安装有覆盖所述与入射面相反侧的端面的罩。
该第2技术方案的具体构成为，安装了所述罩的导光体端部从外壳中突出，或者安装了所述罩的导光体整体收纳在外壳内。
另外，在本申请第3技术方案所涉及的照明单元中，棒状导光体收纳在外壳内，使从该棒状导光体端面入射的光线经棒状导光体内表面反射，经由从外壳中露出的长度方向射出面而射出，在使光散射到除所述棒状导光体的射出面之外的一侧面上形成使光散射的光散射图形，在除了形成所述棒状导光体的射出面、入射面以及光散射图形的面之外的侧面上形成凹形部，该凹形部卡合外壳中形成的卡止爪，在形成该凹形部的面中，对进入棒状导光体内的光线进行反射的面为曲面。
根据所述构成，因为凹形部使光线散射而反射，所以不会因凹形部而仅使特定的主扫描方向位置变得明显。
虽然作为所述光散射图形也可以印刷白色涂料，但如果由连续的或者部分不连续的凹凸部构成光散射图形，则对本发明的使用是有利的。即，在凹凸部形成光散射图形的情况下，注射模塑成形而成形出导光体，但是残留了在注射模塑成形时的脱模过程中所使用的推顶杆的痕迹，这个痕迹引起一定方向的反射，如果将推顶杆的痕迹作为凹形部，则能够消除那种不利。
进一步地，在本发明涉及的照明单元中，在棒状导光体的一端安装光源，另外本发明中涉及的图像读取装置具备所述照明装置、由光电转换元件组成的线性图像传感器、使来自所述照明装置的照射光中来自原稿的反射光朝向所述线性图像传感器聚光的正立等倍成像系统。
在第1技术方案所涉及的棒状导光体中，来自于沿长度方向设置的射出面的照度变得均匀。特别是，只在一端侧配置发光单元的现有导光体中，虽然由于因温度变化而收缩的原因，在与设置了发光单元的端部相反侧的端部存在照度异常变高的倾向，但是在本发明中，因为进入到相反侧端部的照射光没有在那散射而是又返向一端侧，所以通过设置在导光体的底面等上的光散射图形使得照射光在长度方向上均匀散射。
另外，在第2技术方案所涉及的棒状导光体中，即使产生温度变化，因为在棒状导光体的端面和外壳之间没有形成间隙，所以也能够防止与发光单元相反侧的端面上照度变得极高。
另外，在第3技术方案中，可将引起在现有主扫描方向上的光量不均匀的卡止用凹形部积极地用于使现有主扫描方向上的光量均匀。
图1为组装了本发明所涉及的棒状导光体的图像读取装置截面图。
图2为组装了第1发明所涉及的棒状导光体的照明单元整体视图。
图3为图2中照明单元的分解斜视图。
图4为棒状导光体中形成直角棱镜形状的端部放大图。
图5(a)-(c)为各实施例中所涉及的棒状导光体的端部示意图。
图6为组装了第2发明所涉及的棒状导光体的照明单元的端部示意图。
图7为第2发明另一实施例的示意图。
图8为照明单元的分解图。
图9为导光体的放大图。
图10为凹形部的放大剖视图。
图11(a)-(c)为凹形部其他实施例的示意图。
图12为现有技术中导光体中形成的凹形部示意图。
图13为根据主扫描方向位置和光输出之间的关系，对本发明所涉及的照明单元和现有技术中照明单元的颜色进行比较的曲线图。
具体实施例方式
下面根据附图对本发明的实施例进行说明。图1为组装了本发明所涉及的棒状导光体的图像读取装置截面图，图像读取装置在框架1中形成的凹部1a中配置线状照明装置10，在底部安装具有光电转换元件(线性图像传感器)2的传感器基板3，进一步地在框架1的中央部分上安装用于使来自于照明装置10的照射光中源自于原稿的反射光朝向所述光电转换元件2聚光的等倍成像用透镜阵列4，从照明装置10射出的照明光通过原稿台照射原稿，其反射光通过透镜阵列4由线性图像传感器2检出，由此读取原稿。而且，虽然图中只示出一个照明装置10，但是也可以成对设置。
虽然所述透镜阵列4可以使用杆状透镜阵列，但是也可以使用透镜阵列，其中多块透镜板堆叠构成的正立等倍透镜，并且在各透镜板中多个微小透镜能够以规定间距排列成规则的二维形状。
图2为照明单元10的整体图，图3为照明单元10的分解斜视图，照明单元10将通过注射模塑成形丙烯酸脂等透明树脂而得到的棒状导光体12容纳在白色外壳11内，同时在其一端安装发光单元13。该发光单元13可以将三原色的LED保持在树脂板上，三原色的各个LED位于棒状导光体12底面的法线上。
棒状导光体12从白色外壳11中露出射出面12a，同时设置使光散射/反射到与射出面对置的底面上的图形14。该图形14由白色涂料或细微的凹凸形成。
更进一步，棒状导光体12的与入射侧相反侧的端面15为直角棱镜形状。即如图4所示，端面15为经过镜面精加工的平面15a、15b形成的山形形状，这些平面15a、15b的倾斜角可以倾斜成使平行于棒状导光体12的长度方向而进入棒状导光体12内的光线入射角θ比临界角更小的角度。例如平面15a、15b形成为90o。
图5(a)至(c)为各实施例中涉及的导光体端部的端面形状示意图，(a)示出的实施例中端面15为四角锥形，(b)示出的实施例中端面15为圆锥形，(c)示出的实施例中端面15为多个山形。这样一来，端面15的形状有多种考虑，但是端面15优选为经过镜面精加工并且使到达端面15的光线又再全部反射回一端侧的形状。
图6示出组装了第2发明所涉及的导光体的照明单元的端部，在该第2发明中，棒状导光体12的与入射侧相反侧的端部上形成卡止部16，罩17卡在该卡止部16中并且覆盖端面15。罩17是由白色树脂构成的，或者在内表面设置反射层18，该反射层18紧贴经过镜面精加工的端面15。
进一步地，在收纳棒状导光体12的外壳11的端部和所述罩17之间形成了间隙19。在照明单元10暴露于高温中之后再进行冷却时棒状导光体12的收缩率比外壳11大的情况下，该间隙19能够防止罩17强硬地顶压外壳11。
图7示出第2发明的另一实施例，在该实施例中罩17也可以收纳在外壳11中。在这种情况下，即使冷却引起棒状导光体12的长度变短，由于罩17固定在棒状导光体12的端部，所以也能够防止由现有棒状导光体的端面和外壳内表面之间产生的间隙而引起在光散射的端部照度异常变高这种缺点。
图8至图11说明了第3发明中涉及的照明单元，该照明单元组装在组装了在图1所示的上述图像读取装置中。在此，图8为照明单元的分解图，图9为导光体的放大图，图10为凹形部的放大截面图，照明单元103将通过注射模塑成形丙烯酸脂等透明树脂而得到的棒状导光体120容纳在白色外壳110内，同时在一端安装保持三原色LED的光源111。
棒状导光体120的表面由从外壳110中露出的射出面120a、与该射出面120a对置的底面120b、在射出面120a和底面120b之间的左右侧面120c、120d以及两个端面120e、120f构成。
棒状导光体120的底面120b上形成使从端面120e或120f入射的光经反射沿着长度方向均匀分开的光散射图形121。因为该光散射图形121的形成区域为光源111附近侧的岛形不连续区域，所以使主扫描方向的光强度变得均匀。
所述光散射图形121的各个形成区域由多个连续的半管状凹面122构成。该半管状凹面122的轴线与导光体的长度方向(主扫描方向)垂直。在形成了该半管状凹面122的情况下，从端面120e入射的光线均匀地朝向射出面120a反射。
一方面，半管状凹面122也可以替换为细微凹球面的集合体。在这种情况下，由端面入射的光线不仅反射到成为射出面的上面120a上，也反射到左右侧面120c、120d上。
在所述左右侧面中的一个侧面120c上形成凹形部123。在棒状导光体120收纳在外壳110中的情况下，通过该凹形部123卡止在外壳110中形成的卡止爪112，可以防止棒状导光体120的晃动或脱落。
在形成上述凹形部123的面中对进入棒状导光体120内部的光线进行反射的面为曲面123a。这样一来发射面变成曲面123a，由此即使以一定角度入射到曲面123a的光线，如果只是一点点的小角度，反射方向也有很大的变化。为此，从曲面123a发出的反射光被分散，使主扫描方向上的光量变得均匀。
作为凹形部123的形状，除了图9和图10中所示出的离光源111较远一侧的端面123b为垂直的近似半圆形且曲面123a为朝向光源111拉制成纺锤状的形状之外，可以考虑图11(a)中示出的端面123b为三角形且曲面123a拉制成具有棱线的纺锤状的形状，(b)中示出的端面123b为四角形且曲面123a只朝向棒状导光体120的厚度方向弯曲同时拉制顶端的形状，(c)示出没有端面123b且曲面123a左右合并在一起的形状，以及曲面123a的顶端部分(光源111侧部分)沿途中止的形状。上述图11(c)中示出的凹形部123对在外壳110两端设置光源111的照明单元是有效的。
另外在图示例中凹形部123设置在棒状导光体的主扫描方向的近似中央部分和远离光源111一侧的端部附近这两个地方，但也可以设置在近似中央部分和靠近光源111一侧的端部附近这两个地方、近似中央部分和两个端部这三个地方，只设置在两端部这两个地方，更进一步地也可以只设置在近似中央部分处。
图13是根据主扫描方向位置和光输出之间的关系，对第3发明所涉及的照明单元和现有照明单元的颜色进行比较的曲线图，从该曲线图可以显而易见看到，本发明所涉及的导光体与现有导光体相比，明显在主扫描方向上的照度极为均匀。
另外，第3发明中卡止用的凹形部123也可以适用于端面为直角棱镜的第1发明中的导光体，或者罩覆盖入射面和相反侧端面的第2发明中的导光体。
由此，进一步提高了沿着射出面主扫描方向的光量的均匀性。
本发明中涉及的导光体可以有效地用作复印机、传真机等的图像读取装置。
权利要求
1.一种棒状导光体，从一端面入射的光线在内表面通过反射经由沿着长度方向设置的射出面而射出，其特征在于，该导光体的与入射面相反侧的端面是将平行于长度方向地进入导光体内的光线全部朝向所述一端面反射的直角棱镜形状。
2.权利要求1所述的棒状导光体，其特征在于，所述直角棱镜形状为经过镜面精加工的山形形状、角锥形状或圆锥形状。
3.一种棒状导光体，从一端面入射的光线在内表面通过反射经由沿着长度方向设置的射出面而射出，其特征在于，该导光体以除了与入射面相反侧的端部之外露出射出面的方式收纳在外壳中，而且以与所述外壳分体的形式安装有覆盖所述与入射面相反侧端面的罩。
4.权利要求3所述的棒状导光体，其特征在于，安装了所述罩的导光体端部从外壳中突出，或者安装了所述罩的导光体整体收纳在外壳内。
5.权利要求1-4中任一项所述的棒状导光体，其特征在于，在棒状导光体的一端侧安装有光源。
6.一种照明单元，棒状导光体收纳在外壳内，使从该棒状导光体端面入射的光线经过棒状导光体内表面的反射、经由从外壳中露出的长度方向射出面射出，其特征在于，在使光散射到除所述棒状导光体的射出面之外的一侧面上形成光散射图形，在除了所述棒状导光体的射出面、入射面以及形成光散射图形的面之外的侧面上形成凹形部，该凹形部卡合在外壳内表面上形成的卡止爪，在形成该凹形部的面中，对进入棒状导光体内的光线进行反射的面为曲面。
7.权利要求6所述的照明单元，其特征在于，在棒状导光体中，所述凹形部形成在注射模塑成形出棒状导光体后残留的推顶杆的痕迹处。
8.一种图像读取装置，具有权利要求5-7中任一项所述的照明单元、由光电转换元件构成的线性图像传感器、使来自于所述照明单元的照射光中源自于原稿的反射光朝向所述线性图像传感器聚光的正立等倍成像系统。
全文摘要
提供一种使从沿着长度方向设置的射出面射出的光线照度均匀的棒状导光体。棒状导光体(12)从白色外壳(11)露出射出面(12a)，同时设置使光散射/反射到其与射出面对置的底面上的图形(14)。该图形(14)是由白色涂料或细微的凹凸形成。进一步地，棒状导光体(12)的与入射侧相反侧的端面(15)为直角棱镜形状。即，端面(15)为由经过镜面精加工的平面(15a、15b)形成的山形形状，这些平面(15a、15b)的倾斜角可以倾斜成使平行于棒状导光体(12)的长度方向而进入棒状导光体(12)内的光线的入射角(θ)是比临界角更小的角度。
文档编号G02B6/00GK1750585SQ200510106768
公开日2006年3月22日 申请日期2005年9月15日 优先权日2004年9月15日
发明者齐藤富久, 根本浩之, 池田诚 申请人:日本板硝子株式会社