專利名稱：Cvt集成照明器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請公開了一種在圖像掃描儀中使用的具有集成文件照明器的等速度傳輸(CVT)壓板，該圖像掃描儀用于記錄來自諸如紙的多片材料的圖像。
背景技術(shù)：
掃描儀使用不同類型的光源來照射放在稱作壓板(platen)的透明表面上的文件。被掃描圖像的質(zhì)量尤其取決于文件照明器(包括光源)通過壓板投射到文件上的發(fā)光質(zhì)量。文件照明器以各種方式排列在壓板的附近，如在壓板的下面，并且這些文件照明器可包括一個(gè)或多個(gè)燈的部件以及對置的反射器，所述一個(gè)或多個(gè)燈包括鎢絲燈和熒光燈。這些布置可能浪費(fèi)了掃描儀中相當(dāng)大量的空間，并且在一些情況下，很難調(diào)整從文件照明器到壓板底面的距離，從而影響了被掃描圖像的質(zhì)量。
圖1中示出與掃描儀相關(guān)的文件成像系統(tǒng)。如美國專利US6236470中所述，可以在光透鏡掃描系統(tǒng)或數(shù)字(圖像輸入終端)掃描系統(tǒng)中采用該系統(tǒng)，以便為再現(xiàn)、顯示、和/或在電子存儲(chǔ)器、磁性媒體或光盤中存儲(chǔ)而照射文件。圖1的照明系統(tǒng)包括壓板20，文件10放在該壓板上?？梢酝ㄟ^等速度傳輸送文件輥15將這些文件分發(fā)到該壓板上。玻璃壓板20為該壓板下面保持靜止的成像儀所饋送和掃描的文件提供在該成像位置的圖像位置對準(zhǔn)，同時(shí)這些文件被送到該壓板的頂面上。如美國專利US6593995中所述，一些掃描儀具有雙重方式的文件成像系統(tǒng)，用以利用在大固定壓板上的移動(dòng)文件成像儀來掃描靜止的文件，或者利用同一個(gè)保持靜止的文件成像儀使文件通過成像位置送到鄰近的較小壓板上，該專利文獻(xiàn)連同美國專利US6236470一起在此整體引入作為參考。
在圖1中，光源50照射文件10，該光源提供活動(dòng)光源(activesource of light)以輻照該文件的照明區(qū)域。通常，由線性熒光燈(在用以形成孔65的燈的內(nèi)表面上具有或不具有孔反射涂層60)或由線性鎢絲燈來提供該光源。光源50位于光學(xué)中心線40的一側(cè)。成像系統(tǒng)43包括透鏡，使緊緊圍繞該光學(xué)中心線40的那部分文件的圖像投射到光敏器件45上，該光敏器件包括光電傳感器的線性陣列(全寬度陣列傳感器)、CCD傳感器或感光體(未示出)。光敏器件45將從光學(xué)中心線40附近的文件反射的光變?yōu)樾纬蓤D像數(shù)據(jù)的電子信號(hào)，該圖像數(shù)據(jù)電子地表現(xiàn)該文件，并且可以將該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在記錄設(shè)備上，如計(jì)算機(jī)中的記憶存儲(chǔ)設(shè)備(memory storage device)。
在光學(xué)中心線40的另一側(cè)，設(shè)置了對置的反射器30。該對置的反射器30通過將通常不照射被掃描文件的光(光在相對于壓板20平行或基本上平行的路徑中離開光源)重新定向回到該文件的照明區(qū)域而對該文件提供間接照明。反射器30將散射光57按照與光源50直接發(fā)出的光55的角度相反的角度反射回到文件10(光35)。這種反射抑制了在具有非平面特征的文件上的陰影。
圖2說明了具有相當(dāng)小的外形尺寸和緊湊尺寸的經(jīng)改進(jìn)的文件照明器，如第10/995462號(hào)申請中所述的文件照明器。圖2中所示的文件照明器系統(tǒng)替換了圖1的燈/反射器系統(tǒng)。圖2的文件照明器100包括嵌有如發(fā)光二極管(LED)的小尺寸光源的光導(dǎo)105。如圖2中所示，光源區(qū)域110發(fā)射光，該光被引導(dǎo)到光導(dǎo)外面，如光線120，從而照射在壓板20上的文件10。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，通常存在與文件照明器的工作相關(guān)的復(fù)雜性，這種復(fù)雜性涉及必須對系統(tǒng)共軛和透鏡效率折衷，以便適應(yīng)該照明器的空間要求。壓板底面上文件照明器的接近程度的變化以及壓板厚度的變化都導(dǎo)致這種復(fù)雜性，可以通過將光源合并到壓板本身中來降低這種復(fù)雜性，如下面進(jìn)一步公開的。

發(fā)明內(nèi)容
本文中公開的各個(gè)方面包括一種包括文件保持器的設(shè)備；該文件保持器進(jìn)一步包括透光元件；該透光元件具有第一邊緣和相對的邊緣；該透光元件進(jìn)一步具有頂面和底面；在透光元件中接近第一邊緣的位置處形成空腔；光源置于該空腔中；在透光元件的頂面上接近該相對的邊緣的位置形成孔；光偏轉(zhuǎn)器布置在該光源和該孔之間；在與透光元件頂面上的孔相對的底面上形成一個(gè)或多個(gè)出射表面(extraction surface)；包圍物(surround)將孔周圍的透光元件裝在其中；其中該光源發(fā)出的光橫穿該文件保持器到達(dá)孔從而照射傳輸?shù)皆撐募３制鞯奈募?br> 一種包括透光壓板的設(shè)備，該透光壓板具有嵌入的光源、一個(gè)或多個(gè)出射表面、孔和包圍物；其中將該光源發(fā)出的光透射到該孔以照射文件；透鏡，其適合于接收該文件的反射圖像并將該反射圖像聚焦在傳感器陣列上從而將該圖像轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘?hào)；記憶存儲(chǔ)設(shè)備，用于將該電子信號(hào)記錄為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。


圖1是表示燈和反射器相對于引導(dǎo)到恒定傳輸速度成像儀上的文件的關(guān)系的文件照明系統(tǒng)的圖；圖2是表示用其中裝配有側(cè)發(fā)射LED的透光元件來代替通常所用系統(tǒng)的燈和反射器的文件照明系統(tǒng)的圖；圖3是一部分等速度傳輸系統(tǒng)的圖，其示出位于等速度傳輸集成照明器的實(shí)施例的通光孔上的等速度傳輸輥的布置；圖4a是表示等速度傳輸集成照明器的各個(gè)部件的實(shí)施例的圖，該照明器包括透光壓板、光源、光偏轉(zhuǎn)器、一對光出射表面和孔，在該照明器的位置處為成像而照射等速度傳輸?shù)奈募粓D4b是表示在利用與等速度傳輸集成照明器的孔側(cè)相對的邊緣上裝配的線性熒光燈來取代側(cè)發(fā)射LED時(shí)沒有圖4a的偏轉(zhuǎn)器的另一個(gè)實(shí)施例的圖；圖5是表示在等速度傳輸集成照明器的光空腔和光偏轉(zhuǎn)器之間的尺寸關(guān)系的圖。
圖6a是表示在等速度傳輸集成照明器的輪廓線處的軸向照明分布的圖解；圖6b是表示在將等速度傳輸集成照明器裝在其中的包圍物的表面上0.1mm處的橫向照明分布的圖解；以及圖7是表示為改進(jìn)和緊湊成像而由包圍物將等速度傳輸集成照明器裝在其中來增大孔處照明分布的強(qiáng)度和均勻性的實(shí)施例的圖。
具體實(shí)施例方式
在各個(gè)實(shí)施例中，說明了集成有文件照明器的文件保持器。
在一個(gè)實(shí)施例中，公開的文件保持器包括在壓板和文件照明器保持靜止的等速度傳輸模式下工作的掃描儀的壓板。
等速度傳輸集成照明器能夠掃描在固定壓板上通過成像位置的移動(dòng)文件。圖3示出文件保持器系統(tǒng)200，其包括置于壓板上的等速度傳輸輥210，該壓板配置為容納光源220作為壓板的組成部分。等速度傳輸至少可以包括相對于壓板240操作上配置的輥210，從而如圖3中所示移動(dòng)在孔230上方的文件紙張205。文件紙張205可以是由送文件器從進(jìn)紙盒中的一疊紙自動(dòng)地一張一張地饋送到紙張路徑207中，以到達(dá)位于230的等速度傳輸成像位置，在這一位置，等速度傳輸輥以恒定速度接合并饋送紙張205，同時(shí)將紙張205的被成像區(qū)壓靠在窄透明玻璃成像壓板240的上表面，用以通過孔230下面的光柵輸入掃描儀成像光學(xué)系統(tǒng)來成像。在引用的美國專利US6593995中描述了這種光柵輸入掃描儀，該光柵輸入掃描儀是已知類型的成像單元的一部分，其具有滑動(dòng)塊，這些滑動(dòng)塊提供低摩擦表面以保持與壓板240的表面相接合，從而保持與該壓板的上表面的一致焦距，由此保持與被成像文件205的一致焦距。
除了由等速度傳輸輥提供的一致焦距之外，為了由掃描儀成像單元進(jìn)行一致的成像，需要獲得在文件照明器與被照射的文件之間明確且恒定的距離。在諸如圖1和2中所示的已知系統(tǒng)中，必須相應(yīng)地調(diào)整在壓板下面的光源。為了優(yōu)質(zhì)的成像也必須考慮壓板玻璃的厚度。在本文中公開的等速度傳輸集成壓板中，由于光源集成在壓板本身中，因此消除了由于放置光源所引起的任何變化。
在一個(gè)實(shí)施例中，將圖4a中所示的壓板240配置成作為透光元件，或者光導(dǎo)，從而為壓板表面上的文件提供均勻照明。這可以通過提供位于壓板中的光源225和孔230來實(shí)現(xiàn)，在孔處，以高發(fā)光功率和均勻性來照射該文件。透光元件可以具有大約1.4至大約1.7的折射率(ηLTE)。透光元件可以是提供耐久性的玻璃，或者能夠很容易模制和機(jī)加工的丙烯酸樹脂。
從光源225發(fā)出的光通過壓板240中形成的空腔220而入射到透光元件壓板中。該空腔可以是直徑為d的圓形開口，其直徑例如但不限于從大約5mm至大約7mm，從而容納諸如由Lumileds制造的側(cè)發(fā)射LED。出于強(qiáng)度和其他機(jī)械方面的考慮，可以由其他因素來控制該空腔的尺寸，其他因素如壓板材料的厚度、壓板的長度和寬度。該空腔可以形成在距離透光元件壓板的最近邊緣大約4mm大約至15mm處。關(guān)于上述的空腔尺寸，長度(1)可以是大約300mm至大約350mm，寬度(w)可以是大約15mm至大約30mm，厚度(t)可以是大約4mm至大約10mm。
從光源225發(fā)出的光線可以沿各個(gè)方向以相等的強(qiáng)度發(fā)出。一些離開空腔220射出的直接(immediate)光線，如實(shí)線示出并用附圖標(biāo)記223標(biāo)注的那些光線，行進(jìn)到如用附圖標(biāo)記227標(biāo)注的虛線所示的透光元件壓板光導(dǎo)的各個(gè)部分并從該各個(gè)部分反射?？梢詫⒃搲喊宓墓鈱W(xué)幾何形狀設(shè)置為使大多數(shù)的光線227發(fā)生全內(nèi)反射，并按照使光正好在圖4a中所示出射表面的條帶上沿孔230的方向漫反射(更好地參見圖7)的方式到達(dá)輻射出射表面270和270′。(出射表面和全內(nèi)反射的性質(zhì)和特性通常是公知的。第10/995462號(hào)申請中描述了在文件照明器中的全內(nèi)反射。關(guān)于光的有效出射，可以使用諸如但不限于梯形或點(diǎn)圖形的表面)。出射表面將從光源225耦合到壓板中的光散射，這些出射表面位于壓板的底部，平行于沿著孔230的軸的輪廓線250，并位于該輪廓線的兩側(cè)。這些出射表面用來阻止全內(nèi)反射并使入射光散射，從而在文件平面處提供漫射的雙側(cè)照明。將這些出射表面橫向地分開，從而允許通過孔230成像，并且除了形成在壓板的底面之外，還可將這些出射表面形成在鄰近壓板的孔的側(cè)壁上。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖7，更詳細(xì)地示出孔230。沿壓板的頂部邊緣的長度(1)形成孔230，其具有圖7中所示的寬度a，該寬度例如可以是大約2mm至大約10mm。出射表面的條帶寬度為b，該寬度例如可以是大約0.1mm至大約7mm，這些條帶被橫向地分開距離c，該距離例如可以是大約2mm至大約10mm。應(yīng)該理解，孔可以形成在不同于透光元件壓板頂面的位置。例如，可以通過將壓板的頂部邊緣切成斜面來形成該孔，從而使孔包圍頂面以及鄰近該頂部邊緣的側(cè)壁。
返回到圖4a，要注意，根據(jù)圖4a中壓板240中的空腔220的位置，在與孔230下面的出射表面270最接近的位置，基本上對應(yīng)于該最接近位置的照明分布將顯現(xiàn)出不均勻的明亮的“熱”點(diǎn)。所公開的實(shí)施例的一個(gè)方面提供了光偏轉(zhuǎn)器260。離開光源225射出的直接光線223′借助于TIR而反射離開260，從而產(chǎn)生虛線所示的光線227′，該光線又從側(cè)壁反射為227″，最終在表面270出射，最后作為照明從孔230透射出來，從而照射文件(未示出)。
光偏轉(zhuǎn)器260通過在透光元件中模制或機(jī)加工棱柱形開口而形成。一般來說，這一特征是外形類似三角形的開口。為了提高TIR效率，最接近光源空腔的“三角形”的頂點(diǎn)可以是尖端成形的。該偏轉(zhuǎn)器可以貫穿壓板的整個(gè)厚度，盡管這不是必要條件。
可通過計(jì)算機(jī)模型的模擬來理解圖4a的光偏轉(zhuǎn)器260的作用。圖6a和6b中闡明了圖5的樣本透光元件壓板的圖解結(jié)果，該透光元件壓板的尺寸大約為340mm×20×4(1×w×t)、d＝6mm、m＝20mm、n＝13mm、p＝4mm、q＝5mm和r＝12mm。圖6a表示對于沿圖4a中輪廓線的軸250的5瓦特發(fā)光二極管的軸向文件照明分布，而圖6b表示與輪廓線的軸250垂直的橫向分布。這些曲線圖示出對于單個(gè)的5瓦特LED，所能達(dá)到的大約4mW/cm2的輻照值具有合理的均勻性。圖6a中的分布中心的下降表示在光路中存在偏轉(zhuǎn)器260?？梢酝ㄟ^在透光元件中形成具有適當(dāng)輪廓的偏轉(zhuǎn)器260來改變該下降。例如，三棱柱棱鏡的多個(gè)面可以是波浪形的或者是等腰的而非等邊三角形，或者可以將任何其他的多邊形用于“微調(diào)”最后得到的輪廓。該偏轉(zhuǎn)器的尺寸可以進(jìn)一步用于平衡給定長度的壓板的光學(xué)特性。圖6a中所示的特殊下降可以通過舍去最接近光源225的三棱鏡的頂點(diǎn)而使其平滑。
圖4b示出沿等速度傳輸集成壓板240的邊緣提供如熒光的線性光源290來代替圖4a中的“點(diǎn)”光源的實(shí)施例。熒光光源延伸透光元件壓板的整個(gè)長度。因此，避免了所謂的“熱點(diǎn)”。盡管如此，利用如圖4a中的“點(diǎn)”光源或如圖4b中的“線”光源，都有一些光線在透光壓板的內(nèi)表面處不發(fā)生全內(nèi)反射。這些光線沒有反射回到透光元件中，它們發(fā)生折射并逸出到周圍環(huán)境中，因此降低了在孔處用于使文件成像的照明的強(qiáng)度。這在圖4a和4b中用光線285示意性地示出，這些光線從壓板的表面折射地逸出到外面。
在又一個(gè)方面，圖7中更清楚地示出的包圍物300可以將壓板裝在其中，并用于將可能傾向于通過與所需照明區(qū)域不同的區(qū)域射出的光反射回到透光元件光導(dǎo)中，所述與所需照明區(qū)域不同的那些區(qū)域即孔230。該包圍物包括但不限于白色塑料，其反射率為大約80至大約95％。厚度可以在大約.07mm至大約1.1mm之間變化。該包圍物增強(qiáng)了光功率輸出，并改進(jìn)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將上述公開的以及其它的各種特征和功能或其替換方案組合到許多其它不同的系統(tǒng)或應(yīng)用中。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員隨后可以作出各種當(dāng)前未預(yù)料到的替換方案、修改方案、變化方案或是改進(jìn)方案，因此這些也應(yīng)該包括在所附的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種成像設(shè)備，包括壓板，其包括透光元件，該透光元件具有第一邊緣、相對的邊緣、頂面和底面；空腔，其在所述透光元件中接近所述第一邊緣的位置處形成；光源，其置于接近透光元件的所述第一邊緣的所述空腔中；孔，其形成在所述透光元件的所述頂面上接近所述透光元件的所述相對的邊緣處；光偏轉(zhuǎn)器，其布置在所述光源和所述孔之間；一個(gè)或多個(gè)出射表面，其形成在所述壓板的所述底面上，與所述透光元件的所述頂面上的所述孔相對；以及包圍物，其將所述透光元件裝在所述孔周圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的成像設(shè)備，其中該設(shè)備配置為在該壓板上進(jìn)行等速度傳輸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的成像設(shè)備，其中所述壓板的所述透光元件的折射率(ηLTE)為大約1.4至大約1.7。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的成像設(shè)備，其中所述壓板的所述透光元件配置為提供光線的全內(nèi)反射。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的成像設(shè)備，其中所述壓板的所述光偏轉(zhuǎn)器使光偏轉(zhuǎn)離開所述孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的成像設(shè)備，其中所述壓板的所述出射表面包括彼此橫向分開的兩個(gè)表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的成像設(shè)備，其中所述壓板的所述出射表面阻止光線的所述全內(nèi)反射，并使光導(dǎo)向所述孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的成像設(shè)備，其中所述壓板的所述出射表面包括點(diǎn)圖形和梯形特征。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的成像設(shè)備，其中將透光元件裝在所述孔周圍的所述包圍物包括塑料的反射材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的成像設(shè)備，其中所述設(shè)備包括等速度傳輸系統(tǒng)。
11.一種成像設(shè)備，包括透光壓板，其具有相對于彼此配置的嵌入光源、一個(gè)或多個(gè)出射表面、孔和包圍物，以使所述光源發(fā)出的光被反射通過所述孔到達(dá)放置在該壓板上的圖像，并從所述圖像獲得反射光；以及一個(gè)或多個(gè)光敏傳感器，其相對于所述壓板配置以感測來自所述圖像的所述反射光。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的成像設(shè)備，其中所述透光壓板的長度為大約300mm至大約350mm。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的成像設(shè)備，其中所述透光壓板的厚度為大約4mm至大約10mm，寬度為大約15mm至大約30mm。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的成像設(shè)備，其中該設(shè)備進(jìn)一步包括等速度圖像傳輸器，其操作上配置為傳輸圖像通過所述透光壓板。
全文摘要
一種透光等速度傳輸壓板。光源是形成光導(dǎo)照明器的透光壓板的組成部分。該等速度傳輸集成照明器利用該透光壓板中的全內(nèi)反射以及在出射表面處的受阻全內(nèi)反射，將光從孔引出到由等速度傳輸系統(tǒng)平移的文件。對于點(diǎn)光源來說，該系統(tǒng)使用偏轉(zhuǎn)器來避免在照明分布中的熱點(diǎn)。當(dāng)在等速度傳輸集成照明器中使用線光源時(shí)不再需要該偏轉(zhuǎn)器。
文檔編號(hào)H04N1/024GK1842121SQ20061007100
公開日2006年10月4日 申請日期2006年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者D·E·普羅克托爾 申請人:施樂公司