TWI591292B - Linear light source - Google Patents

Description

線狀光源

本創作是有關於一種影像感測模組用之線性光源，特別是一種可以產生預定的照度分佈，對於成像透鏡及影像感測器形成互補效應的線狀光源，以應用於傳真機、印表機、掃描器及多功能事務機。

市場上需要用到記錄或偵測影像的裝置或產品有掃瞄器、多功能事務機(MFP)、數位影印機、ATM驗鈔機、旅行支票檢驗機、選票檢驗機、列表機之光學模組、讀卡機、光學辨識閱讀機、條碼辨識、傳真機...等，然而這些產品皆需要用到掃描讀取模組。

目前掃描讀取模組主要分為CCD( C harge C ouple D evice)及CIS( C ontact I mage S ensor)這二大主流架構，不論那一架構皆包含光源模組、光學鏡片模組、影像感測晶片模組及運動機構模組。當光源模組發出光線投射在文件上，經由文件反射帶有訊息的光線後，光線進入光學鏡片模組而成像於影像感測器上，最後經由影像感測器將光訊號轉變成電子訊號。

早期光源模組使用螢光燈管作為光源，如冷陰極螢光燈管(CCFL； C old C athode F luorescent L amp)、鹵素燈...等，但因冷陰極螢光燈管需要額外的電壓轉換器且含有鹵素及螢光粉並不符合日趨嚴格環保要求。由於發光二極體(LED； L ight E mitting D iode)具有省電、高發光效率及壽命長的優點，近年已漸漸被使用於掃瞄的光源模組，如日本專利JP11-232912提出以LED為光源，並且在柱狀鏡後端排設LED陣列，可使得文件上的照度分佈均勻而應用於掃描器中。

對CIS架構設計期望光源模組能發出均勻照度的線性光線，如台灣專利TW579640揭露不同的掃描器的集光架構，其係利用集光元件及導光元件將光源發出的光線引導至待掃描的文件上。又如第1圖所示、為台灣專利TW158740揭露一種線型照明器，將光源1置於桿狀導光柱2的一端，散光圖案3設於一形如凹面鏡之曲面4的焦點區域上。被該曲面4所反射 而由一平面射出的反射光5會聚焦在一預定的焦點位置6。若該預定的焦點位置與一所要讀取的影像面互相校準、則由該散光圖案散射的光將會完全照在該影像面上而不會浪費，因此在副掃描方向的光強度空間分佈可被均勻化。

然而，對CCD架構設計由於取像鏡頭之光學鏡片的聚焦曲面影響，在文件二端邊緣位置反射的光線進入取像鏡頭後，經取像鏡頭聚焦後，在取像鏡頭的邊緣所出射的光線強度皆較弱，相對使CCD二端接受到的光線強度較弱；如此會造成文件影像邊緣較暗。因此CCD架構反而需由光源模組提供一類似U形照度分佈。如第2圖所示、為美國專利US20050195452提出一種方式，藉由導光體7後端排列LED陣列8加以控制各LED的亮度，使發出的光線在待掃描文件9上的照度能形成均勻或形成U形的照度分佈，以取代CCFL應用於高速掃描器中。然而，採用導光體7後端使用LED陣列8等技術手段，需要許多的LED單體及複雜的控制。

另一種技術方案是將光源設置於導光體端面，在光源發出端設置端蓋，避免大部份的光線由接近端面出逸出，並在多角形的導光體設置齒狀反射面，以使光源發出的光線能充份反射以增加光線的利用性，並以不同的齒形形狀與齒形間距以調整光線射出後的光型。

本創作之目的，提出一種影像感測模組用之線性光源，係應用於CIS或CCD影像感測器之光源模組，該線性光源包含一導光棒、一反光容腔及至少一個發光源；其中，導光棒係由光學材料製成，設有至少一入射面及單一側面，該單一側面為具有一羽狀齒肋之光散射結構；發光源設置於導光棒端部之入射面並朝向導光棒內部發射光線。當發光源發出光線後，光線進入導光棒內藉由導光棒之側面以光全反射方式使光線於導光棒內部行進，當光線到達散射結構時由於破壞其全反射現象造成光線四散而離開導光棒；反光容腔設有至少一入出光開口及至少一出光開口，反光容腔內部為光反射面，並且將導光棒放置於反光容腔內，因此由散射結構造成四散光線再經由反光容腔的光反射面將光線反射，最後由反光容腔的出光開***出而照射於欲掃瞄文件上，該線性光源在導光棒軸向藉由光散射結構設 計可形成一字形或U形曲線的照度分佈。藉此，使被照物的影像可經由影像感測模組轉換後形成均勻的影像訊號。

根據本創作之目的為在導光棒之側面，可由導光棒徑向剖面來看為正圓形、橢圓形…等等一次可微分之單一平滑側面，而非多角形或多個曲面組合之剖面形狀，使其具有透鏡之聚光效果，減少光線散溢，提高導光體出射面的平均照度。此外本創作之目的為在導光棒之單一側面具有一羽狀齒肋之光散射結構，用以進一步提高由導光棒出射的光線照度的平滑性。

承上所述，因依本創作影像感測模組用之線性光源，其可具有一或多個下述優點：

(1)藉由本創作提出之羽狀齒肋之光散射結構的導光棒，在射出製程上增加齒肋部分光學材料流動性，使光學材料更能完全填滿於齒肋結構，可以改善習知技藝射出製程的高成本與複雜控制的缺點。

(2)藉由本創作提出單一側面為正圓形、橢圓形…等之導光棒，可在導光棒徑向形成透鏡聚光效果的照度分佈、在軸向方向形成一字形或U形的照度分佈，可與CIS或CCD與形成互補，產生均勻光強度的影像訊號，提供高解析度、高速掃描之需求。

以下將參照相關圖式，說明依本創作之影像感測模組用之線性光源之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

請參閱第3圖，其係為本創作影像感測模組用之線性光源第一實施例示意圖。請參閱第4圖，係為本創作線性光源之導光棒之單一側面為具有一羽狀齒肋之光散射結構示意圖。線性光源10包含一導光棒20、一反光容腔30及至少一發光二極體40；其中，導光棒20係由光學材料製成一正圓截面之棒狀結構，設有一入射面21及單一側面22；一發光二極體40設置於導光棒之入射面21並朝向導光棒內部發射光線。當發光二極體40發出光線50後，光線50進入導光棒20內，由於導光棒20的折射率(refractive index)大於空氣的折射率1.0，當發光二極體發出光線後，光線經由端部入射面21進入導光棒20，由於導光棒20的折射率大於空氣的折射率1.0，進 入導光棒20的光線在臨界角度內，只會產生折射而不會產生穿出導光棒20；藉由導光棒之單一側面22以光全反射方式使光線50於導光棒20內部行進，當光線50到達散射結構23時由於破壞其全反射現象造成光線50四散而離開導光棒20；反光容腔30設有至少一入出光開口31及至少一出光開口32，反光容腔內部為光反射面，並且將導光棒20放置於反光容腔30內，因此由散射結構23造成四散光線再經由反光容腔的光反射面將光線50反射，最後由反光容腔的出光開口32射出光線50而照射於欲掃瞄文件上。

進一步，該羽狀齒肋之光散射結構為每一齒肋皆相互聯接，其好處為四散光線50部分經由反光容腔的光反射面將光線50反射時在導光棒軸向(x方向)的齒肋亦再次將光線50四散而形成亮線，具有在軸向方向(z方向)的照度分佈更平滑分佈，此外在射出製程上增加齒肋部分光學材料流動性，使光學材料更能完全填滿於齒肋結構，可以改善習知技藝射出製程的高成本與複雜控制的缺點。

再進一步，在掃描方向(x方向)，由於導光棒的截面為正圓形、橢圓形…等結構，可在形成透鏡聚光效果的照度分佈，提供給影像掃描器使用。為達最佳效果，則可依據導光棒20的曲率半徑及至被掃描文件的距離相互配合。

請參閱第5圖，其係為本創作影像感測模組用之線性光源第二實施例示意圖。在本實施例，導光棒20為光學材料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)製成橢圓截面之棒狀結構且於端部各有一入射面21a與入射面21b。並各自對應左發光二極體40與右發光二極體41；其中，當左發光二極體40與右發光二極體41發出光線50後，光線50進入導光棒20內，由於導光棒20的折射率n_d大於空氣的折射率1.0，藉由導光棒之單一側面22以光全反射方式使光線50於導光棒20內部行進，當光線50到達散射結構23時由於破壞其全反射現象造成光線50四散而離開導光棒20；反光容腔30內部為光反射面，並且將導光棒20放置於反光容腔30內，因此由散射結構23造成四散光線再經由反光容腔的光反射面將光線50反射，最後由反光容腔的出光開口32射出光線50而照射於欲掃瞄文件上。

請參閱第6圖，其係為本創作線性光源之導光棒之不同羽狀齒肋實施例示意圖，其中每一齒肋皆相互聯接，但齒肋可隨位置做不同大小及間隔 排列；此外齒肋斷面可為角柱、圓柱、梯型柱…等多面形或弧形，或該齒肋可為凹陷或凸起結構。

歸納上述，本創作之影像感測模組用之線性光源之功效在於藉由羽狀齒肋之光散射結構的導光棒與安排於導光棒端部入射面之發光源，可在軸向方向(z方向)形成一字形或U形的照度分佈，而在掃描方向(x方向)形成線性集中的照度分佈，可提供給高解析度與高速掃描器使用。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本創作之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧光源置於

2‧‧‧桿狀導光柱

3‧‧‧散光圖案

4‧‧‧凹面鏡之曲面

5‧‧‧平面射出的反射光

6‧‧‧焦點位置

7‧‧‧導光體

8‧‧‧LED陣列

9‧‧‧待掃描文件

10‧‧‧線性光源

20‧‧‧導光棒

21‧‧‧導光棒之入射面

21a、21b‧‧‧入射面

22‧‧‧導光棒之單一側面

23‧‧‧單一側面之散射結構

30‧‧‧反光容腔

31‧‧‧反光容腔之入光開口

32‧‧‧反光容腔之出光開口

40‧‧‧發光二極體

41‧‧‧發光二極體

50‧‧‧光線

第1圖 係為習知技藝之線性光源應用於影像掃描模組之示意圖

第2圖 係為另一習知技藝之之線性光源應用於影像掃描模組之示意圖

第3圖 係為本創作具有羽狀齒肋之導光體之線性光源第一實施例示意圖

第4圖 係為本創作線性光源之導光棒之單一側面為具有一羽狀齒肋之光散射結構示意圖

第5圖 係為本創作具有羽狀齒肋之導光體之線性光源第二實施例示意圖

第6圖 係為本創作線性光源之導光棒之不同羽狀齒肋實施例示意圖

10‧‧‧線性光源

20‧‧‧導光棒

21‧‧‧導光棒之入射面

22‧‧‧導光棒之單一側面

23‧‧‧單一側面之散射結構

30‧‧‧反光容腔

31‧‧‧反光容腔之入光開口

32‧‧‧反光容腔之出光開口

40‧‧‧發光二極體

50‧‧‧光線

Claims (9)

1. 一種線性光源，其主要結構係包括：一反光容腔，該容腔設有至少一入光開口及至少一出光開口，且該容腔內壁為一光反射面；一導光棒，配置於反光容腔中，該導光棒為柱狀結構，包含至少一光入射面及一側面，其中，該側面為具羽狀齒肋之光散射結構，利用該光散射結構將射入該導光棒之光線散射出該導光棒；該光散射結構具有數個齒肋，每一該齒肋皆相互聯接，該些齒肋沿著該導光棒軸向方向形成一字形或U形的照度分佈、以及間隔排列；以及至少一個發光源，該發光源係設置於該導光棒端部之入射面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之線性光源，其中導光棒之長軸方向之剖面形狀為一次可微分之單一平滑曲線形狀。
3. 如申請專利範圍第2項所述線性光源之長軸方向之剖面形狀為正圓、橢圓或蛋形形狀。
4. 如申請專利範圍第1項所述之線性光源，其中該羽狀齒肋之光散射結構可為多個羽狀齒肋並排相連。
5. 如申請專利範圍第1項所述之線性光源，其中該羽狀齒肋斷面可為多面形或弧形形狀。
6. 如申請專利範圍第1項所述之線性光源，其中該羽狀齒肋斷面可為凹陷或凸起結構。
7. 如申請專利範圍第1項所述之線性光源，其中該光入射面可為平面、曲面或多面體結構。
8. 如申請專利範圍第1項所述之線性光源，該發光源可為發光二極體或有機發光二極體。
9. 一種線性光源，其主要結構係包括：一反光容腔，該容腔設有二入入光開口及至少一出光開口，且該容腔內壁為一光反射面；一導光棒，配置於反光容腔中，該導光棒為柱狀結構，包含至少二光入射面及一側面，其中，該側面為具羽狀齒肋之光散射結構，利用該光散射結構將射入該導光棒之光線散射出該導光棒； 該光散射結構具有數個齒肋，每一該齒肋皆相互聯接，該些齒肋沿著該導光棒軸向方向形成一字形或U形的照度分佈、以及間隔排列；以及二個發光源，該發光源係設置於該導光棒二端部之光入射面。