專利名稱：用于圖像讀取設備的條形導光件和線狀照明裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及照明設備，具體是一種傳真機、復印機、掃描儀等圖像讀取設備用的條形導光件以及線狀照明裝置。
背景技術：
圖像讀取設備中用于線性讀取方向導光、給原文檔提供照明的線狀照明裝置種類較多，如采用直方導光體加反光外罩的線狀光源方案，具有細長光閥的體積較大的導光體線狀光源，以及采用簡單V字形的導光體的線狀光源等等。
圖1所示為采用直方導光體加反光外罩的線狀光源典型結構，中國發明專利申請“一種線性發光裝置”(申請號為00117884.9)和“線型照明裝置和圖像傳感裝置”(申請號為0317865209)等，其導光件截面呈矩形，導光件沒有光傳輸部份和光出射部分之分，當光源部分12發出的光141入射到導光件13中時，由于其某一側面上的光散射圖案131會將射到光散射圖案上的光散射開，散射光144會在導光件中從各個角度發射出去，很多光會因為相對導光件的表面成小于全反射角度而直接射出導光體外部，這就需要靠反射罩11將這些射到導光件外部的光發射回導光件內形成毫無規律的反射光142。這種方式帶來的問題是增加了線性光源的零件數量，從而增加了產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，同樣會增加產品的制造成本。導光件13上的光散射層131是尺寸精度要求非常高的非規則印刷圖案，極大的提高了制作上工藝的要求，這樣就會降低產品的合格率，從而增加了產品的制造成本。導光件13的光出射窗口132沒有使光會聚的光學設計，所以出射光143從出光窗口132出來后呈發散狀態，而實際被照明目標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是發散的，被照明目標的光照度對于出光窗口面離被照明的目標面的距離非常敏感，微小的距離變化都會引起被照明目標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分，所以導光體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光方向的均勻性產生很大的影響。
圖2所示為國外一帶細長光閥的線狀光源產品，其整個導光體2的體積很大，導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進入的直射的光線25在導光體內反復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，其作用是用來調節光的縱向均勻性。但這樣會使模具的成本成幾倍的增加，而且使模具的維護和產品的檢驗費用大大增加，模具的可重復加工能力大為減小，故不是最經濟實用的辦法。
美國專利US 6,206,534公開了一種圖3所示線狀照明裝置結構。該產品沒有明顯的光傳輸部分和光出射部分，設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，一些原始設置的參數不夠準確，以至于會出現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來調節光的散射量和傳輸量會造成沒有足夠的光能量傳輸到線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光方向上的均勻性的很大變化，如圖3c所示其線性發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光件是塑料注塑件的話很難保證形位尺寸的精度，導光件32會向出光面322方向凹曲，即325面會比322面在線性發光方向稍稍長一點，不利于后續的裝配。
發明內容
為了解決現有技術存在的上述問題，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備的條形導光件。
本實用新型同時提供一種采用該實用新型條形導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過條形導光件得到線狀的且在線狀發光方向上均勻的出射光，滿足傳真機、復印機、掃描儀等高精度設備的需求。
本實用新型用于圖像讀取設備的條形導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，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，兩側為外、內反射面，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節反射面連接，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。
用于圖像讀取設備的線狀照明裝置包括條形導光件和設置于該條形導光件一端的發光源，該條形導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，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，兩側為外、內反射面，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節反射面連接，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光件，其條形導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節反射面能在線性發光方向上有效地調節的出射光均勻性，使點狀光源或面積很小的面狀光源經過該條形導光件轉變成線狀的出射光，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有與該光入射面成大于90度夾角的光折轉面。使產品在線性發光方向上光強均勻性和光的利用率進一步提高。
圖1a、b是傳統直方導光體加反光外罩的線狀光源結構示意圖；圖2a、b是采用較大體積和細長光閥的導光體的線狀光源結構示意圖；圖3a、b是美國專利US 6,206,534線狀照明裝置的結構示意圖；圖3c是圖3a、b線狀照明裝置線性發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構示意圖；圖5是圖4線狀照明裝置整體出光結構示意圖；圖6是圖4線狀照明裝置截面出光光路示意圖；圖7a是其條形導光件截面的結構示意圖圖7b是其條形導光件入光端側視示意圖圖7c、d是其條形導光件主視圖方向具有光折轉面及沒有光折轉面的光路對比示意圖；圖7e、f是其條形導光件俯視圖方向具有光折轉面及沒有光折轉面的光路對比示意圖圖7g、h是其條形導光件具有光折轉面及沒有光折轉面的光路對比立體示意圖；圖7i是采用帶光折轉面的條形導光件和及沒有光折轉面的條形導光件構成的線狀照明裝置在線性發光方向上光強均勻性對比曲線圖。
具體實施方式
以下結合實施例對本實用新型詳細描述。
參照圖4-7，本實用新型線狀照明裝置包括條形導光件41和設置于該條形導光件一端的發光源42。該條形導光件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，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4124，兩側為外、內反射面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節反射面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。
線狀照明裝置的發光源42采用發光面積很小的面光源，所述條形導光件41之光傳輸部分的光入射端的光入射面414與發光源42緊密相接。通過條形導光件把很小面積的面光源轉變成需要的線形光源。實施例中發光源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，通過引出電極與驅動器連接。發光源可采用一個或多個發射同一波長的LED芯片，可采用多個發不同波長也ED芯片，如紅、綠、藍、紅外、紫外LED芯片等。多個LED芯片串聯或并聯連接。
參照圖5，條形導光件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的截面沿著線性發光的方向面積呈變小的趨勢發展，即從光傳輸部分411的光入射端起到條形導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的調節反射面4112與光出射部分的出射弧面4121沿著線性發光方向由分開到逐漸靠攏到最終相接。
LED發光源42發出的光首先通過條形導光件41的光入射面414進入其光傳輸部分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到光出射部分412，進而通過光出射弧面4121出射出去；另外大部分的光會在光傳輸部份411中沿導光件的線性發光方向傳輸，由于光在傳輸過程中會有能量損耗，為了讓導光元件的線性發光方向后部的光出射的光能量與前部相當，故光傳輸部分411的截面沿著線性發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。
條形導光件41的光出射部分412在整個導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4124，兩側為外、內反射面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也可是有規則或不規則的紋理面，該紋理面上可以涂覆有高反射涂層圖案。當光線進入光出射部分412時，光線如果首先是遇到反射面4123和4122，則光線會按照全發射定律繼續向線性發光的方向反射傳輸，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，則光線會按照全發射定律繼續向線性發光的方向反射傳輸。當光線射在光散射面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，本實用新型條形導光件的出射弧面4121會將出射出來的光會聚到預先設計好的位置，參見圖6。本實用新型條形導光件的出射弧面4121的半徑為0.8mm-1.2mm，根據設計需要選取。
參照圖4、5、7，條形導光件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有與該光入射面成大于90度夾角的光折轉面，主要視實際應用的效果來確定，實施例中有三個這樣的光折轉面4131、4132、4133。實際的LED發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發光源的出光窗口相對于導光件的光入射面是一個面光源，同時LED本身的發光角度絕大部分是接近150°，這就造成即使光通過入射面414進入導光件，但仍有一部分光會由于與導光件各個面的法線角度小于全反射角而直接出射到導光件外面去，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°的光折轉面，其好處在于能改變該一部分入射光線相對于導光面的法線角度，而使一進入導光件內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面4131、4132、4133的實施例比無光折轉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面能夠有效的減少一部分光反射的次數而讓光傳輸到后面，由于反射的次數減少當然能量損失就更少。圖7i是采用帶光折轉面的條形導光件和沒有光折轉面的條形導光件構成的線狀照明裝置在線性發光方向上靠近發光源部分的光強均勻性對比曲線圖。其中實線部分曲線S表示帶光折轉面的產品的光強均勻性曲線，虛線部分曲線X表示無光折轉面的產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，可見帶光折轉面的條形導光件設計能減小光出射面靠近發光源部分的光出射能量，更好的滿足光均勻性的要求。
條形導光件在線性發光的方向的光出射均勻性主要是靠光傳輸部分411的面4112的變化來調節。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的光向反射部分輸送，當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。
條形導光件的光入射平面414是一個垂直于條形導光件的線性發光方向的平面，光入射面414絕大部分是在條形導光件的光傳輸部分411端面，發光源與光入射面414緊貼相接，這樣的好處在于即使發光源與導光件連接時存在一些加工和組裝上的誤差或者是發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生較大的影響。
條形導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，以減少光線在導光件中傳輸的能量損失。
條形導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。
權利要求1.一種用于圖像讀取裝置的條形導光件，其特征是所述條形導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，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，兩側為外、內反射面，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節反射面連接，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.根據權利要求1所述的用于圖像讀取裝置的條形導光件，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.根據權利要求1所述的用于圖像讀取裝置的條形導光件，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，或是有規則或不規則的紋理面，該紋理面可以涂覆有高反射涂層圖案。
4.根據權利要求1所述的用于圖像讀取裝置的條形導光件，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.根據權利要求1所述的用于圖像讀取裝置的條形導光件，其特征是所述的條形導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有與該光入射面成大于90度夾角的光折轉面。
6.用于圖像讀取設備的線狀照明裝置，包括條形導光件和設置于該條形導光件一端的發光源，其特征是所述條形導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，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，兩側為外、內反射面，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節反射面連接，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.根據權利要求6所述的用于圖像讀取設備的線狀照明裝置，其特征是所述條形導光件之光傳輸部分的光入射端的光入射面與發光源相接。
8.根據權利要求6所述的用于圖像讀取設備的線狀照明裝置，其特征是所述發光源為LED芯片。
9.根據權利要求6所述的用于圖像讀取設備的線狀照明裝置，其特征是所述發光源采用至少一個發射同一波長的LED芯片，所述LED芯片串聯或并聯連接。
10.根據權利要求6所述的用于圖像讀取設備的線狀照明裝置，其特征是所述發光源采用多個發射不同波長LED芯片。
專利摘要一種用于圖像讀取設備的線狀照明裝置，包括條形導光件和發光源，條形導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，兩側為外、內反射面；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節反射面連接，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節反射面能在線性發光方向上有效地調節出射光均勻性，使點狀光源或面積很小的面狀光源經過該條形導光件轉變成線狀的出射光，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 優先權日2005年2月25日
發明者顧成武 申請人:顧成武