CN1773325A - 图像扫描组件的集光装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种集光装置，可将光源聚集及导引至被扫描区域，该集光装置是由圆弧及椭圆弧的反射面组合成的，并可在其表面贴上反光片或镀上反光材料，借以改善被扫面的光强度及光均匀度。当光源发光时，除了固定发光区域可直接射入至被扫描面的光线外，其他方位原本无效的光线亦可借由圆弧及椭圆弧的反射面收集光线并将光线导引至所需的被扫描区域上，再由被扫描区域成像于感光元件CCD或CMOS上。

Description

图像扫描组件的集光装置

技术领域

本发明是指一种图像扫描组件的集光装置，尤指一种可有效提高射入该图像扫描组件的扫描面光通量的集光装置。

背景技术

图像扫描器(scanner)或多功能事务机(MFP)中所使用的图像扫描组件的运作原理是将光源所发出的光照射在被扫描的物件上，然后经过透镜将光线聚集于电荷耦合元件(CCD，charge coupled device)或是CMOS(complementary metal oxidesemiconductor互补性金属氧化物半导体)感光元件上，再将光的信号转变为电的信号，而产生出数字像素(pixel)数据；而一般的光源可以是发光二极管(LED)、萤光灯管、冷阴极管(CCFL)或是特殊灯管，如氙气灯管等。

一般的图像扫描组件可分为两大类，第一类是以一组感光元件、柱状透镜、光源以及玻璃等组合而成的接触式图像感测组件(CISM，contact image sensormodule)，而第二类则为利用感测元件、透镜组、反射镜组、光源以及玻璃等所组合而成的电荷耦合装置组件(CCDM，charge coupled device module；lensreduction type)。

请参阅图1，其为前述的第一类图像扫描组件于扫描时的示意图，其中，图像扫描组件10是由玻璃11、光源12、第一光反射面131、柱状透镜14、感光元件15、电路板16以及外壳17所构成。这种以灯管为光源的图像扫描组件，在集光装置上大多是借由圆弧状或曲线状作为第一光反射面131的形状，由图中所示的结构可知，仅有少数的有效光181会直接射至或被第一光反射面131反射至扫描区域19，大量的无效光182则无法被导引至扫描区域19。

请参阅图2，其为图1的图像扫描组件经结构改良后进行扫描时的示意图，其中几乎所有的主要元件皆与图1相同，但为了增加有效光281被反射射至扫描区域29的光通量，特于第一光反射面231的斜上方加装一平面状(或曲面状)的第二光反射面232，然而，即使是如此，无效光282的光通量仍然具有待改善的空间。

请参阅图3，其为前述的第二类图像扫描组件于扫描时的示意图，其中，图像扫描组件30是由玻璃31、光源32、第一光反射面331、透镜34、感光元件35、电路板36以及反射镜组37所构成。同样地，这种图像扫描组件30的集光装置亦是借由圆弧状或曲线状作为第一光反射面331的形状，因此仅有少数的有效光381会直接射至或被第一光反射面331反射至扫描区域39，大量的无效光382则无法被导引至扫描区域39。

请参阅图4，其为图3的图像扫描组件经结构改良后进行扫描时的示意图，其中几乎所有的主要元件皆与图3相同，但为了增加有效光481被反射射至扫描区域49的光通量，特于第一光反射面431的斜上方加装一平面状(或曲面状)的第二光反射面432，但无效光482的光通量却仍然过高。

请参阅图5，图示为美国专利第US2004/0080796A1号所提出的一种扫描器的集光装置(light gathering apparatus of scanner)，其是将光源52发出的光，利用特殊的曲面镜531转换成平行光，再借由其他的平面镜532、凹凸透镜组533和设置于图像扫描组件50上的反射镜534，使得光线能进入扫描区域59内。

然而此种集光装置的设计方式所需要的光学元件较多，因此不但成本较高且组装的精度亦要求严格；此外，因为最后一片的反射镜534是位于图像扫描组件50上、但光源52的位置却是不动的，而光强度是与光线经过的距离成平方反比，因此当进行扫描时，图像扫描组件50在靠近与远离光源52两种不同的情况下，扫描区域59所接收到的光强度会不一样；最后，此种集光装置并未考量灯管两端光强度较弱的问题，因此利用此种集光装置进行扫描时所获得的图像品质并无法真正满足所需。

请参阅图6(a)及图6(b)，其为发明名称为应用具有自我集光的光源元件的扫描器的台湾专利第TW563339号所提出的集光装置，其是将发光灯管60(光源)外面周围涂布全反射物质61，并只留一狭缝62，当发光灯管60内部产生光并向外射出时，光线会借由灯管外壁的全反射物质61于灯管内部来回重复反射，最后经由所留的狭缝62射出，如图6(a)所示；另外，此技术还于发光灯管60两侧增加辅助光源63来增加两侧的光强度，使整体的亮度更为均匀。

但此种改善方式因是涂布全反射物质61再加上辅助光源63的设置，因此技术成本亦相当高，此外光线于发光灯管60的内部来回反射，会造成管壁吸收光的能量，造成发光灯管60温度升高，造成组件温度变高而变形，进而影响感光元件的成像品质；另外，由狭缝62射出的光线均匀度亦无法有效控制，因此利用此种集光装置进行扫描时所获得的图像品质亦无法真正满足所需。

由前面诸段的叙述可知，目前一般的图像扫描组件的光源的集光装置，只有少部分的光线能进入扫描区域，无法有效地应用光的能量来提高扫描区域的光亮度，而其他的技术如US2004/0080796A1(扫描器的集光装置，light gatheringapparatus of scanner)及TW563339(应用具有自我集光的光源元件的扫描器)所揭示，不但制造成本高，且其光源品质又无法完全满足高品质扫描的需求，因此这些技术尚难应用于量产品上。

发明内容

本发明的主要构想为提出一种图像扫描组件的集光装置，是利用椭圆弧与圆弧的反射面将由光源射出的光线收集并导引至被扫描区域，再借由散射垂直进入扫描组件内部到感光元件(CCD或COMS)撷取光线转换成图像。

本发明是利用椭圆弧反射面有两个焦点，当光源放置于其中的一个焦点时，此焦点又为圆弧反射面的圆心，而椭圆弧反射面的另一焦点位置是依被扫描面位置及玻璃(cover glass)的折射效应来确定；将光源射出的光线分为四组，第一组光线将直接往另一焦点直射，第二组光线借由椭圆弧反射面反射至另一焦点，第三组光线由光源射出碰到圆弧反射面会反射回圆心再被椭圆反射面导引至另一焦点，第四组为无效光线，但此组光线所占的比例是少之又少，而利用椭圆弧反射面与圆弧反射面的特性的组合将有效的将二、三组的光线导引至所需的被扫描面并有效的增加扫描区域的光强度。

本技术可在椭圆弧反射面或圆弧反射面上贴附反射片或涂布反射材料以提高反射的光强度，而在两端的亮度提升方面，则于两端适当区域放置相对高反射率的反射片或涂布相对高反射材料，增加两端的光线反射来补偿一般灯管光源两端较暗的缺点，增加整体照射在被扫描面照度的均匀性。

本技术的椭圆弧反射面可直接设计于扫描组件的外壳上，于射出成型时直接完成，而圆弧反射面亦可以射出方式完成，再组装于扫描组件的外壳上，而本集光装置亦可扩充为两组，其位置可于被扫描面下方左右两侧。

本发明通过结合下列附图对其较佳实施例的详细说明而可获得更深入的了解。

附图说明

图1是先前技术的图像扫描组件于扫描时的示意图；

图2是图1的图像扫描组件经结构改良后进行扫描时的示意图；

图3是先前技术的另一种图像扫描组件于扫描时的示意图；

图4是图3的图像扫描组件经结构改良后进行扫描时的示意图；

图5是美国专利第US2004/0080796A1号所提出的集光装置结构示意图；

图6(a)及6(b)是台湾专利第TW563339号所提出的集光装置结构示意图；

图7是本发明图像扫描组件的集光装置第一实施例的结构示意图；

图8是本发明图像扫描组件的集光装置第二实施例的结构示意图；

图9是本发明图像扫描组件的集光装置第三实施例的结构示意图；以及

图10是本发明图像扫描组件的集光装置第四实施例的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图7，其为本发明图像扫描组件的集光装置第一实施例的结构示意图，图中所使用的技术是以接触式图像感测组件作例子。

在图7中，图像扫描组件70是由玻璃(cover glass)71、光源72、椭圆弧反射面73、柱状透镜(rod lense)74、感光元件75、电路板76以及外壳77所构成，光源72可为一萤光灯管、冷阴极管(CCFL)或特殊灯管(如氙气灯管等)，椭圆弧反射面73可以组装、黏贴、螺固、卡榫、插销或一体成型方式设于该外壳，而椭圆弧反射面73上可依需求贴附不同反射率的反光片或涂布不同反射率的材料，来使得扫描区域79(此处所谓的扫描区域一般是指位于该玻璃上，但亦有与该玻璃间隔一距离的情形)的照度与均匀度能符合不同需求。

由于椭圆弧反射面73具有两个椭圆焦点，而光源72正好设于其中一个椭圆焦点的位置，至于另一个椭圆焦点则须配合扫描区域79、玻璃71的厚度、玻璃71的折射率及图像扫描组件70的实际需求作适当调整。

借由这种设计，大部份由光源72所发出的光会经由椭圆弧反射面73的反射会聚于另一个椭圆焦点(亦即扫描区域79)形成有效光781，而无效光782的光通量则极少。

当然，除了上述以接触式图像感测组件作例子之外，亦可以使用在电荷耦合装置组件方面。

请参阅图8，其为本发明图像扫描组件的集光装置第二实施例的结构示意图，与图7的第一实施例较为不同之处在于，此处所使用的除了椭圆弧反射面831之外，还加入一圆弧反射面832，其中圆弧反射面832的圆心须与椭圆弧反射面831的其中一焦点重合，此外，还于其中加入了一组反射镜组842，以将借由椭圆反射面831及圆弧反射面832反射至扫描区域89的光反射至透镜841。

同样地，借由这种设计，大部份由光源82所发出的光会经由椭圆弧反射面831及圆弧反射面832的反射聚于另一个椭圆焦点(亦即扫描区域89)形成有效光881，而无效光的光通量则极少，另外，此实施例亦可应用于接触式图像感测组件上。

请参阅图9，其为本发明图像扫描组件的集光装置第三实施例的结构示意图，与图8的第二实施例较为不同之处在于，此处所使用的除了椭圆弧反射面931之外，还加入两个圆弧反射面932、933，其中圆弧反射面932和933的圆心皆须与椭圆弧反射面931的其中一焦点重合，而反射镜组942则是将借由椭圆反射面931及圆弧反射面932、933反射至扫描区域99的光反射至透镜941。

借由这种设计，大部份由光源92所发出的光会经由椭圆弧反射面931及圆弧反射面932、933的反射聚于另一个椭圆焦点(亦即扫描区域99)形成有效光981，而无效光的光通量则极少，此实施例可将更多的无效光转换为有效光981，可使扫描区域99的照度提高更多。

虽然本实施例是以CCDM作为例子，但同样的技术亦可应用于CISM的场合中。

请参阅图10，其为本发明图像扫描组件的集光装置第四实施例的结构示意图，与前述的三个实施例不同之处在于，此处是使用两个椭圆弧反射面1031、1032以及两个圆弧反射面1033、1034，其中圆弧反射面1033和1034的圆心是分别与椭圆弧反射面1031、1032的其中一焦点重合，而光源1021及1022则分别位于圆弧反射面1033和1034的圆心。

同样地，借由这种设计，大部份由光源1021、1022所发出的光会分别经由椭圆弧反射面1031及圆弧反射面1033、以及椭圆弧反射面1032及圆弧反射面1034的反射会聚于另一个椭圆焦点(亦即扫描区域99)形成有效光1081，而无效光的光通量则极少，此实施例是当图像扫描组件100需要更高照度时，利用二个灯管光源1021、1022时的集光装置，此实施例可使扫描区域109照度更亮，扫描速度可以更快，无庸置疑地，本实施例仍可应用于CISM的场合中。

本发明的图像扫描组件的集光装置是将光源放于椭圆弧反射面与圆弧反射面的共同圆心，利用椭圆弧反射面与圆弧反射面的反射特性，将无效光线收集并导引进入扫描区域。此设计将大幅提升扫描区域的照度，而灯管两端均匀度的改善可利用两端反射面的反射率的差异来调整整体的均匀度，照度与均匀度的提升将有助使于扫描速度变快、扫描品质变佳；此外，导光装置可与扫描组件结构结合来设计，以射出方式来成型，有助于扫描组件的小型化及量产性，并大幅降低制造成本。

Claims (10)

1.一种图像扫描组件之集光装置，该图像扫描组件至少具有一扫描区域、一透镜及一感光元件，该集光装置包括：

至少一椭圆弧反射面，具有一第一椭圆焦点；

至少一圆弧反射面，具有一圆心，该圆心重合于该第一椭圆焦点；以及

至少一光源，位于该第一椭圆焦点，该光源发出的光借由该椭圆反射面及该圆弧反射面反射至该扫描区域后，经由该透镜而会聚于该感光元件。

2.如权利要求1所述的集光装置，其特征在于该图像扫描组件为一接触式图像感测组件。

3.如权利要求2所述的集光装置，其特征在于该透镜为一柱状透镜。

4.如权利要求1所述的集光装置，其特征在于该图像扫描组件为一电荷耦合装置组件。

5.如权利要求4所述的集光装置其特征在于还包括一反射镜组，将借由该椭圆反射面及该圆弧反射面反射至该扫描区域的光反射至该透镜。

6.如权利要求1所述的集光装置，其特征在于：

该集光装置还包括一玻璃，该扫描区域位于该玻璃上、或与该玻璃间隔一距离；及/或

该椭圆弧反射面具有一第二椭圆焦点，该第二椭圆焦点是依该扫描区域、该玻璃的厚度、该玻璃的折射率及该扫描组件的实际需求作调整。

7.如权利要求1的所述的集光装置，其特征在于该集光装置还包括一外壳，该椭圆弧反射面及该圆弧反射面是以组装或一体成型方式设于该外壳。

8.如权利要求1的所述的集光装置，其特征在于全部或部份的该椭圆弧反射面及该圆弧反射面上，还形成至少一反光材料层。

9.如权利要求1的所述的集光装置，其特征在于该光源为一萤光灯管、冷阴极管、氙气灯管或其他种类灯管。

10.一种图像扫描组件的集光装置，该图像扫描组件至少具有一扫描区域、一透镜及一感光元件，该集光装置包括：

至少一椭圆弧反射面，具有一第一椭圆焦点；以及

至少一光源，位于该第一椭圆焦点，该光源发出的光是借由该椭圆弧反射面反射至该扫描区域后，经由该透镜而会聚于该感光元件。

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