CN1842121A - Cvt集成照明器 - Google Patents

Abstract

一种透光等速度传输压板。光源是形成光导照明器的透光压板的组成部分。该等速度传输集成照明器利用该透光压板中的全内反射以及在出射表面处的受阻全内反射，将光从孔引出到由等速度传输系统平移的文件。对于点光源来说，该系统使用偏转器来避免在照明分布中的热点。当在等速度传输集成照明器中使用线光源时不再需要该偏转器。

Description

CVT集成照明器

技术领域

本申请公开了一种在图像扫描仪中使用的具有集成文件照明器的等速度传输(CVT)压板，该图像扫描仪用于记录来自诸如纸的多片材料的图像。

背景技术

扫描仪使用不同类型的光源来照射放在称作压板(platen)的透明表面上的文件。被扫描图像的质量尤其取决于文件照明器(包括光源)通过压板投射到文件上的发光质量。文件照明器以各种方式排列在压板的附近，如在压板的下面，并且这些文件照明器可包括一个或多个灯的部件以及对置的反射器，所述一个或多个灯包括钨丝灯和荧光灯。这些布置可能浪费了扫描仪中相当大量的空间，并且在一些情况下，很难调整从文件照明器到压板底面的距离，从而影响了被扫描图像的质量。

图1中示出与扫描仪相关的文件成像系统。如美国专利US6236470中所述，可以在光透镜扫描系统或数字(图像输入终端)扫描系统中采用该系统，以便为再现、显示、和/或在电子存储器、磁性媒体或光盘中存储而照射文件。图1的照明系统包括压板20，文件10放在该压板上。可以通过等速度传输送文件辊15将这些文件分发到该压板上。玻璃压板20为该压板下面保持静止的成像仪所馈送和扫描的文件提供在该成像位置的图像位置对准，同时这些文件被送到该压板的顶面上。如美国专利US6593995中所述，一些扫描仪具有双重方式的文件成像系统，用以利用在大固定压板上的移动文件成像仪来扫描静止的文件，或者利用同一个保持静止的文件成像仪使文件通过成像位置送到邻近的较小压板上，该专利文献连同美国专利US6236470一起在此整体引入作为参考。

在图1中，光源50照射文件10，该光源提供活动光源(activesource of light)以辐照该文件的照明区域。通常，由线性荧光灯(在用以形成孔65的灯的内表面上具有或不具有孔反射涂层60)或由线性钨丝灯来提供该光源。光源50位于光学中心线40的一侧。成像系统43包括透镜，使紧紧围绕该光学中心线40的那部分文件的图像投射到光敏器件45上，该光敏器件包括光电传感器的线性阵列(全宽度阵列传感器)、CCD传感器或感光体(未示出)。光敏器件45将从光学中心线40附近的文件反射的光变为形成图像数据的电子信号，该图像数据电子地表现该文件，并且可以将该数据存储在记录设备上，如计算机中的记忆存储设备(memory storage device)。

在光学中心线40的另一侧，设置了对置的反射器30。该对置的反射器30通过将通常不照射被扫描文件的光(光在相对于压板20平行或基本上平行的路径中离开光源)重新定向回到该文件的照明区域而对该文件提供间接照明。反射器30将散射光57按照与光源50直接发出的光55的角度相反的角度反射回到文件10(光35)。这种反射抑制了在具有非平面特征的文件上的阴影。

图2说明了具有相当小的外形尺寸和紧凑尺寸的经改进的文件照明器，如第10/995462号申请中所述的文件照明器。图2中所示的文件照明器系统替换了图1的灯/反射器系统。图2的文件照明器100包括嵌有如发光二极管(LED)的小尺寸光源的光导105。如图2中所示，光源区域110发射光，该光被引导到光导外面，如光线120，从而照射在压板20上的文件10。

本领域的技术人员将理解，通常存在与文件照明器的工作相关的复杂性，这种复杂性涉及必须对系统共轭和透镜效率折衷，以便适应该照明器的空间要求。压板底面上文件照明器的接近程度的变化以及压板厚度的变化都导致这种复杂性，可以通过将光源合并到压板本身中来降低这种复杂性，如下面进一步公开的。

发明内容

本文中公开的各个方面包括

一种包括文件保持器的设备；该文件保持器进一步包括透光元件；该透光元件具有第一边缘和相对的边缘；该透光元件进一步具有顶面和底面；在透光元件中接近第一边缘的位置处形成空腔；光源置于该空腔中；在透光元件的顶面上接近该相对的边缘的位置形成孔；光偏转器布置在该光源和该孔之间；在与透光元件顶面上的孔相对的底面上形成一个或多个出射表面(extraction surface)；包围物(surround)将孔周围的透光元件装在其中；其中该光源发出的光横穿该文件保持器到达孔从而照射传输到该文件保持器的文件。

一种包括透光压板的设备，该透光压板具有嵌入的光源、一个或多个出射表面、孔和包围物；其中将该光源发出的光透射到该孔以照射文件；透镜，其适合于接收该文件的反射图像并将该反射图像聚焦在传感器阵列上从而将该图像转变为电子信号；记忆存储设备，用于将该电子信号记录为数字数据。

附图说明

图1是表示灯和反射器相对于引导到恒定传输速度成像仪上的文件的关系的文件照明系统的图；

图2是表示用其中装配有侧发射LED的透光元件来代替通常所用系统的灯和反射器的文件照明系统的图；

图3是一部分等速度传输系统的图，其示出位于等速度传输集成照明器的实施例的通光孔上的等速度传输辊的布置；

图4a是表示等速度传输集成照明器的各个部件的实施例的图，该照明器包括透光压板、光源、光偏转器、一对光出射表面和孔，在该照明器的位置处为成像而照射等速度传输的文件；

图4b是表示在利用与等速度传输集成照明器的孔侧相对的边缘上装配的线性荧光灯来取代侧发射LED时没有图4a的偏转器的另一个实施例的图；

图5是表示在等速度传输集成照明器的光空腔和光偏转器之间的尺寸关系的图。

图6a是表示在等速度传输集成照明器的轮廓线处的轴向照明分布的图解；

图6b是表示在将等速度传输集成照明器装在其中的包围物的表面上0.1mm处的横向照明分布的图解；以及

图7是表示为改进和紧凑成像而由包围物将等速度传输集成照明器装在其中来增大孔处照明分布的强度和均匀性的实施例的图。

具体实施方式

在各个实施例中，说明了集成有文件照明器的文件保持器。

在一个实施例中，公开的文件保持器包括在压板和文件照明器保持静止的等速度传输模式下工作的扫描仪的压板。

等速度传输集成照明器能够扫描在固定压板上通过成像位置的移动文件。图3示出文件保持器系统200，其包括置于压板上的等速度传输辊210，该压板配置为容纳光源220作为压板的组成部分。等速度传输至少可以包括相对于压板240操作上配置的辊210，从而如图3中所示移动在孔230上方的文件纸张205。文件纸张205可以是由送文件器从进纸盒中的一叠纸自动地一张一张地馈送到纸张路径207中，以到达位于230的等速度传输成像位置，在这一位置，等速度传输辊以恒定速度接合并馈送纸张205，同时将纸张205的被成像区压靠在窄透明玻璃成像压板240的上表面，用以通过孔230下面的光栅输入扫描仪成像光学系统来成像。在引用的美国专利US6593995中描述了这种光栅输入扫描仪，该光栅输入扫描仪是已知类型的成像单元的一部分，其具有滑动块，这些滑动块提供低摩擦表面以保持与压板240的表面相接合，从而保持与该压板的上表面的一致焦距，由此保持与被成像文件205的一致焦距。

除了由等速度传输辊提供的一致焦距之外，为了由扫描仪成像单元进行一致的成像，需要获得在文件照明器与被照射的文件之间明确且恒定的距离。在诸如图1和2中所示的已知系统中，必须相应地调整在压板下面的光源。为了优质的成像也必须考虑压板玻璃的厚度。在本文中公开的等速度传输集成压板中，由于光源集成在压板本身中，因此消除了由于放置光源所引起的任何变化。

在一个实施例中，将图4a中所示的压板240配置成作为透光元件，或者光导，从而为压板表面上的文件提供均匀照明。这可以通过提供位于压板中的光源225和孔230来实现，在孔处，以高发光功率和均匀性来照射该文件。透光元件可以具有大约1.4至大约1.7的折射率(ηLTE)。透光元件可以是提供耐久性的玻璃，或者能够很容易模制和机加工的丙烯酸树脂。

从光源225发出的光通过压板240中形成的空腔220而入射到透光元件压板中。该空腔可以是直径为d的圆形开口，其直径例如但不限于从大约5mm至大约7mm，从而容纳诸如由Lumileds制造的侧发射LED。出于强度和其他机械方面的考虑，可以由其他因素来控制该空腔的尺寸，其他因素如压板材料的厚度、压板的长度和宽度。该空腔可以形成在距离透光元件压板的最近边缘大约4mm大约至15mm处。关于上述的空腔尺寸，长度(1)可以是大约300mm至大约350mm，宽度(w)可以是大约15mm至大约30mm，厚度(t)可以是大约4mm至大约10mm。

从光源225发出的光线可以沿各个方向以相等的强度发出。一些离开空腔220射出的直接(immediate)光线，如实线示出并用附图标记223标注的那些光线，行进到如用附图标记227标注的虚线所示的透光元件压板光导的各个部分并从该各个部分反射。可以将该压板的光学几何形状设置为使大多数的光线227发生全内反射，并按照使光正好在图4a中所示出射表面的条带上沿孔230的方向漫反射(更好地参见图7)的方式到达辐射出射表面270和270′。(出射表面和全内反射的性质和特性通常是公知的。第10/995462号申请中描述了在文件照明器中的全内反射。关于光的有效出射，可以使用诸如但不限于梯形或点图形的表面)。出射表面将从光源225耦合到压板中的光散射，这些出射表面位于压板的底部，平行于沿着孔230的轴的轮廓线250，并位于该轮廓线的两侧。这些出射表面用来阻止全内反射并使入射光散射，从而在文件平面处提供漫射的双侧照明。将这些出射表面横向地分开，从而允许通过孔230成像，并且除了形成在压板的底面之外，还可将这些出射表面形成在邻近压板的孔的侧壁上。

现在转向图7，更详细地示出孔230。沿压板的顶部边缘的长度(1)形成孔230，其具有图7中所示的宽度a，该宽度例如可以是大约2mm至大约10mm。出射表面的条带宽度为b，该宽度例如可以是大约0.1mm至大约7mm，这些条带被横向地分开距离c，该距离例如可以是大约2mm至大约10mm。应该理解，孔可以形成在不同于透光元件压板顶面的位置。例如，可以通过将压板的顶部边缘切成斜面来形成该孔，从而使孔包围顶面以及邻近该顶部边缘的侧壁。

返回到图4a，要注意，根据图4a中压板240中的空腔220的位置，在与孔230下面的出射表面270最接近的位置，基本上对应于该最接近位置的照明分布将显现出不均匀的明亮的“热”点。所公开的实施例的一个方面提供了光偏转器260。离开光源225射出的直接光线223′借助于TIR而反射离开260，从而产生虚线所示的光线227′，该光线又从侧壁反射为227″，最终在表面270出射，最后作为照明从孔230透射出来，从而照射文件(未示出)。

光偏转器260通过在透光元件中模制或机加工棱柱形开口而形成。一般来说，这一特征是外形类似三角形的开口。为了提高TIR效率，最接近光源空腔的“三角形”的顶点可以是尖端成形的。该偏转器可以贯穿压板的整个厚度，尽管这不是必要条件。

可通过计算机模型的模拟来理解图4a的光偏转器260的作用。图6a和6b中阐明了图5的样本透光元件压板的图解结果，该透光元件压板的尺寸大约为340mm×20×4(1×w×t)、d＝6mm、m＝20mm、n＝13mm、p＝4mm、q＝5mm和r＝12mm。图6a表示对于沿图4a中轮廓线的轴250的5瓦特发光二极管的轴向文件照明分布，而图6b表示与轮廓线的轴250垂直的横向分布。这些曲线图示出对于单个的5瓦特LED，所能达到的大约4mW/cm²的辐照值具有合理的均匀性。图6a中的分布中心的下降表示在光路中存在偏转器260。可以通过在透光元件中形成具有适当轮廓的偏转器260来改变该下降。例如，三棱柱棱镜的多个面可以是波浪形的或者是等腰的而非等边三角形，或者可以将任何其他的多边形用于“微调”最后得到的轮廓。该偏转器的尺寸可以进一步用于平衡给定长度的压板的光学特性。图6a中所示的特殊下降可以通过舍去最接近光源225的三棱镜的顶点而使其平滑。

图4b示出沿等速度传输集成压板240的边缘提供如荧光的线性光源290来代替图4a中的“点”光源的实施例。荧光光源延伸透光元件压板的整个长度。因此，避免了所谓的“热点”。尽管如此，利用如图4a中的“点”光源或如图4b中的“线”光源，都有一些光线在透光压板的内表面处不发生全内反射。这些光线没有反射回到透光元件中，它们发生折射并逸出到周围环境中，因此降低了在孔处用于使文件成像的照明的强度。这在图4a和4b中用光线285示意性地示出，这些光线从压板的表面折射地逸出到外面。

在又一个方面，图7中更清楚地示出的包围物300可以将压板装在其中，并用于将可能倾向于通过与所需照明区域不同的区域射出的光反射回到透光元件光导中，所述与所需照明区域不同的那些区域即孔230。该包围物包括但不限于白色塑料，其反射率为大约80至大约95％。厚度可以在大约.07mm至大约1.1mm之间变化。该包围物增强了光功率输出，并改进了用于照射被成像文件的照明分布。

可以理解如果需要可以将上述公开的以及其它的各种特征和功能或其替换方案组合到许多其它不同的系统或应用中。此外，本领域技术人员随后可以作出各种当前未预料到的替换方案、修改方案、变化方案或是改进方案，因此这些也应该包括在所附的权利要求书的范围内。

Claims (14)

1.一种成像设备，包括：

压板，其包括透光元件，该透光元件具有第一边缘、相对的边缘、顶面和底面；

空腔，其在所述透光元件中接近所述第一边缘的位置处形成；

光源，其置于接近透光元件的所述第一边缘的所述空腔中；

孔，其形成在所述透光元件的所述顶面上接近所述透光元件的所述相对的边缘处；

光偏转器，其布置在所述光源和所述孔之间；

一个或多个出射表面，其形成在所述压板的所述底面上，与所述透光元件的所述顶面上的所述孔相对；以及

包围物，其将所述透光元件装在所述孔周围。

2.根据权利要求1的成像设备，其中该设备配置为在该压板上进行等速度传输。

3.根据权利要求1的成像设备，其中所述压板的所述透光元件的折射率(η_LTE)为大约1.4至大约1.7。

4.根据权利要求1的成像设备，其中所述压板的所述透光元件配置为提供光线的全内反射。

5.根据权利要求1的成像设备，其中所述压板的所述光偏转器使光偏转离开所述孔。

6.根据权利要求1的成像设备，其中所述压板的所述出射表面包括彼此横向分开的两个表面。

7.根据权利要求4的成像设备，其中所述压板的所述出射表面阻止光线的所述全内反射，并使光导向所述孔。

8.根据权利要求1的成像设备，其中所述压板的所述出射表面包括点图形和梯形特征。

9.根据权利要求1的成像设备，其中将透光元件装在所述孔周围的所述包围物包括塑料的反射材料。

10.根据权利要求1的成像设备，其中所述设备包括等速度传输系统。

11.一种成像设备，包括：

透光压板，其具有相对于彼此配置的嵌入光源、一个或多个出射表面、孔和包围物，以使所述光源发出的光被反射通过所述孔到达放置在该压板上的图像，并从所述图像获得反射光；以及

一个或多个光敏传感器，其相对于所述压板配置以感测来自所述图像的所述反射光。

12.根据权利要求11的成像设备，其中所述透光压板的长度为大约300mm至大约350mm。

13.根据权利要求11的成像设备，其中所述透光压板的厚度为大约4mm至大约10mm，宽度为大约15mm至大约30mm。

14.根据权利要求11的成像设备，其中该设备进一步包括等速度图像传输器，其操作上配置为传输图像通过所述透光压板。

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