CN100379243C - 可增进光线焦距范围的线状光源 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种可增进光线焦距明晰范围的线状光源，包含设于在光源组件上的一导光棒，以及包覆在此导光棒外缘的一反光套管。导光棒上有一面为光出射面，此面亦具反射作用，其余面全为反射面，光出射面的表面具有渐进式变化锯齿，用以调整光线的折射率与反射率使光能均匀输出，而包覆于导光棒外缘的反光套管主要为增强对光线反射的作用，使光的亮度得以提升，在反光套管相对应于导光棒光出射面处设有一透光开口用以让光射出，且在透光开口一侧还设有一反射板，配合导光棒渐进式锯齿状的光出射面设计，不仅能大幅提升光的亮度及均匀度，且使光具有较大范围的光线焦距。

Description

可增进光线焦距范围的线状光源

技术领域

本发明是有关一种线状光源，特别是关于一种具有锯齿状的导光棒以及反射套管的装置，可提高光线亮度、均匀度及增进光线焦距明晰范围的线状光源。

背景技术

按，扫描器、传真机、影印机以及多功能周边事务机等在日常生活中使用相当频繁，是常见的事务机设备。这些设备主要利用光学原理，以一线状光源对目标物进行照明，再对其所反射的光线进行明暗感应以得到输出图像，输出图像的品质与扫描光源有很大关系，出射光线的亮度，均匀度若不佳，则会降低对目标物的灵敏及精确度，使得输出图像效果不好，目标物若超出光源所能达到的焦距范围(景深)，也会使输出图像模糊，因此，对于光源的设计上，如何提高光输出的亮度、均匀度、感应焦距以增加明晰度…等，并针对不同使用目的如图片扫描、影印…等不同功能来加强输出效果，乃是相关业者一直努力研发的目标。

常见的线状光源主要以圆柱状或矩形柱状等为设计。其在成型射出制程虽较容易，但在光线绕射、折射计算及亮度、均匀度的控制及成效上则有其先天限制，因此后续继有不同发明被提出。首先如本发明人先前申请获准的台湾第169467号“图像读取装置与液晶模块所用的线状光源”专利，如图1所示，其线状光源10’包含呈凸字多边型柱体状的一导光棒20’与一光源组件30’，该导光棒20’包含一入射面22’、一出射面24’、一反射面23’以及复数个反射层25’，该光源组件30’上设有至少一发光二极管，发光二极管所发出光线经该入射面22’进入导光棒20’后，在多边型柱体中进行绕射及折射然后反射至该反射面23’，再透过该出射面24’射出。

为能加强光的均匀度，此专利申请人是将反射面23’的内表面进行处理，请参阅图2A与2B，其表面纹理处理方式分为二种，一为分段处理，使各段具有不同的表面粗糙度用以调整光线反射、折射及吸收的系数，表面粗糙度高的，其表面漫射能力大，反射角度小；反之表面粗糙度低的，漫射能力小，反射角度大；另一方式为在远离光源端的表面粗糙度高，而近光源处的表面粗糙度低。

上述专利案是利用不同表面纹理增加光线输出的均匀度，然而，为能兼顾光线的亮度与均匀度，本发明人之后还提出台湾第92116083号申请案“一种具有锯齿状反射面的线状光源”，如图3所示，其虽同样具有一导光棒40’与光源组件50’，但其导光棒40’为包含一弧状面出射面42’的多边型柱体，且在弧状出射面42’相对应处设有一反射面44’，另包含一入射面46’以及复数个反射层48’，利用弧状出射面42’对于光线的聚光作用可增加光的亮度，另为使光的均匀度更佳，将反射面44’处理形成锯齿状表面，利用锯齿角度的不同使光线产生不同折射率后再射出，进而增加光的均匀度，利用这样的设计，导光棒40’在引入设于光源组件50’上发光二极管的光线后，能由锯齿反射面44’使光线更均匀，且弧状出射面42’的聚光效果，能得到良好的光线输出，提高图像感测品质。

上述二件前案，是将导光棒进行表面处理以提高光线均匀度，更由改进导光棒的构造，增加聚光效果，提升光线的亮度，虽已具有相当良好成效，但研发上对于技术提升的追求乃是永无止境的，如何降低光线在行进过程中的能量衰减，对于射出光线的亮度、均匀度再提高，以及增加光线聚焦的景深范围…等，均是业界不断追求开发的方向，因此，本发明又提出一种具反射套管的线状光源，除能更加强光线输出的亮度与均匀度，其套管及反射板的设计，更可导引光线再次反射，降低其漫射与散射的损失，而增加光线的焦距范围。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种线状光源，应用在图像扫描上可增加扫瞄的清晰度，以使输出图像更为精确。

本发明的另一目的在于提供一种可增进光线焦距的线状光源，由光线焦距范围的增加，进而能感应距离较远的目标物。

本发明的再一目的在于提供一种光均匀度佳的线状光源，能均匀感应待测物，不会有因光线的亮度不均，造成输出的失真。

本发明的再一目的在于提供一种高亮度的线状光源，其可使射出光线再次进行反射，进而使光线能量集中，大幅提升光线亮度。

为实现上述目的，本发明提出的一种线状光源，其具有一导光棒连接设于一光源组件上，导光棒外缘包覆一反光套管用以反射光线，另导光棒有一面为光出射面，此面亦具反射作用，其余面均为反射面，光出射面的表面呈锯齿状，用以调整光线的折射率与反射率使光能均匀输出，包覆于导光棒外的反光套管相对应于光出射面处设有一透光开口让光射出，且透光开口一侧设有一反射板，导引出射光线经反射板而反射，因此降低漫射、散射的损失，而使输出光线的亮度更加提高，且增加光线焦距范围。

附图说明

图1为台湾第169467号发明专利“图像读取装置与液晶模块所用的线状光源”结构示意图。

图2A-2B为台湾第169467号发明专利的反射面表面处理示意图。

图3为台湾第92116083号申请案“具有锯齿状反射面的线状光源”的立体结构示意图。

图4为本发明立体结构示意图。

图5为本发明结构分解示意图。

图6为本发明结构侧视图。

图7为本发明的光源组件正视图。

图8为本发明的光出射面表面锯齿处理示意图。

图9为本发明的光出射面表面锯齿处理分段示意图。

图10为本发明在未设反射板情况下的亮度测试结果图。

图11为本发明设有反射板情况下的亮度测试结果图。

具体实施方式

以下由具体实施例配合附图作详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

本发明的基础虽建立于前述台湾第169467号专利与第92116083号申请案，但由进一步的结构改变，除可提升整体光线输出的亮度与均匀度外，对于光线的焦距范围亦有增进的功效，在如扫描器、影印机…等图像装置的应用上，具有更佳的输出效果。

首先，本发明的线状光源1其立体结构如图4所示，主要包含一光源组件10、一导光棒20以及包覆于导光棒外的反光套管30。为能清楚说明本发明的结构，请同时参考图5所示的结构分解示意图，线状光源1所包含的光源组件10用以与导光棒20套接形成一体，因此其上设有相对应于导光棒形状的安装座12用以固定该导光棒20，且在光源组件10的安装座12内设有至少一发光二极管(LED)14，用以做为本发明最根本的光源；导光棒20为一对称多边型柱体，在此以八边型柱体为附图的实施例，导光棒20的主要用途在于可将发光二极管14所产生的点状光源转为线状光源，因此导光棒20有一面设为出射面22，用以让光呈线性射出，其余面为反射面24，用以反射光线亮度，另导光棒20的任意一端为入射面26，当光源组件10与导光棒20装设成一体时，该入射面26与光源组件10上所设的发光二极管14相对应，因此发光二极管14所散发的光线可经由该入射面26进入导光棒20，由导光棒20的结构将光呈线性散发出去。

接续，反光套管30包覆于该导光棒20外，用以加强光线反射的效能，增加光射出的亮度，在反光套管30相对应于该导光棒20的出射面22处形成有一透光开口32，用以让线性光线可以透出，其他相对应于反射面24的位置外均覆盖有反光套管30，进入导光棒20的光线经反射面24与反光套管30的反射后，可增加光的亮度，再由该出射面22从透光开口32透出。

而在结构设计上，反光套管30可还包含一上套管34与一下套管36，将导光棒20置于上套管34与下套管36中间，由上、下套管34、36的组合即可将导光棒20包覆于反光套管30中，由于反光套管30的作用主要在于反射光线，因此可选择白色、银色或银白色…等反光效果较佳的颜色。

另外，为更加强光线反射的效能，使光线能更集中，在下套管36上且位于透光开口32的一侧还可设一反射板38，反射板38与该透光开口32的垂直轴大约呈30度至60度，由于经导光棒20内部反射后由出射面22透出的光线，其射出角度范围相当大，并非完全朝向所希望的目标物40，因此由反射板38的设计，将部分光线再进行一次反射作用，请同时参考图6，如此设计可使光线更为聚集，提高射出光的能量，加强光线的亮度。

另，本发明的光源组件10其正视图如图7所示，发光二极管14可选自红色发光二极管、蓝色发光二极管以及绿色发光二极管，依照使用者需求来设置，当只需单色光源时，光源组件10上只需设置一种颜色的LED，若需彩色光源时，则需红、黄、蓝LED至少各一颗，然而，由于各色LED的颜色不同，其发光波长亦有所差异，因此为使发光二极管14的发光角度能最为接近，将发光二极管14置于该安装座12中心点往外计算直径1.12±0.1厘米的圆范围内，使导光棒20与安装座12紧密接合时，各色光线能集中有效进入导光棒中，减少无效的反射区域。

本发明在提升光线亮度同时为能兼顾均匀度，可更进一步将出射面22的表面进行处理，使形成一连续的锯齿状，图8为锯齿状出射面的示意图，虽然前述台湾第92116083申请案已揭露锯齿状的设计与计算方式，且亦具有相当良好的效果，但本发明的锯齿状处理形成于出射面22的外表面，与前案形成于光射出面相对应的渐进式锯齿设计有所不同，前案的锯齿乃形成于内表面，是以光线先经该锯齿反射、折射后再射出，虽可增加射出光线的均匀度，但超过一定范围后，锯齿所产生的反射与折射效果会慢慢变得明显，残留锯齿影像，因此，本发明为降低锯齿造成的影响又可让光线均匀射出，在出射面22的外表面进行锯齿处理，光线先经导光棒20的反射面24与反光套管30反射、折射作用后，最后才从出射面22射出，此时由不同仰角设计的锯齿控制光线折射让光线均匀，由于光线乃均匀化后直接射出，不仅锯齿影像残留的问题较不明显，配合反射板38对光线聚集作用，更可提高射出光线焦距的范围。

在本发明中，锯齿的设计与光均匀程度有相当的关系，本发明的锯齿其仰角角度(θ)范围介于0.03度至0.15度间，采逐渐增加的方式，亦可分段逐渐增加，以分成二段增加为例(请参阅图9)，其第I段仰角角度范围为介于0.03度至0.09度间的一固定值(例如0.07)，第II段仰角角度范围为介于0.09度至0.15度间的一固定值(例如0.11)，若以分成三段增加为例，其第I段仰角角度范围为介于0.03度至0.05度间的一固定值(例如0.04)，第II段仰角角度范围为介于0.05度至0.10度间的一固定值(例如0.08)，第III段仰角角度范围为介于0.10度至0.15度间的一固定值(例如0.12)，依此类推。

以下为形成于出射面22上锯齿高度与斜面长的计算方式，以图8的局部放大加以表示，设此为仰角角度(θ)相同的一段，L为此段LED聚光焦点总长度，每一锯齿的单位底长乃相同，N为欲计算的锯齿至LED聚光焦点的底面长度(介于1-111之间)，且锯齿的底角为ψ(介于30度至40度间)，

因此，第1个锯齿的高度X1＝(L-N1)*tanθ    (1)

第2个锯齿的高度X2＝(L-N2)*tanθ

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另，第1个锯齿的斜面长度Y1＝X1/sinψ1    (2)

第2个锯齿的斜面长度Y2＝X2/sinψ2

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上式(1)与(2)中，可计算锯齿高度，再求出锯齿的斜面长，以N与ψ的变化改变锯齿的斜面长度，达到控制光线折射率、反射率的目的。

图10与图11为本发明光线亮度的测试图，主要用于验证反射板38的功效，在同样绿光光源下，输入能率(Duty)均为0.24，没有装设反射板38的亮度输出约为0.9288V，而设有反射板38的输出亮度可提高至1.5432V，由此可知，本发明由于反射板38的装设有效加强光输出的亮度，配合锯齿射出面的设计，不仅可得到高亮度、高均匀度的光线，同时更加大光线焦距范围，在应用上，可得到品质较佳、解析度良好的图像输出。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围。故即凡依本发明申请范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化或修饰，均应包括于本发明的中请专利范围内。

Claims (19)

1.一种可增进光线焦距范围的线状光源，包括：

一导光棒，为一多边型柱体，该导光棒有一面为一出射面，其余面为复数个反射面，且该导光棒至少一端为一入射面，其中该出射面的表面为一锯齿状表面；

一光源组件，用以套接该导光棒，且该光源组件中间设有至少一发光二极管；以及

一反光套管，包覆于该导光棒外，对应于该出射面处设有一透光开口。

2.如权利要求1所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，其中该锯齿状表面呈渐进式锯齿状，且形成于该出射面的外表面。

3.如权利要求2所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，其中该锯齿状表面角度逐渐增加，其仰角角度范围为0.03度至0.15度。

4.如权利要求2所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，其中该锯齿状表面仰角角度分多段逐渐增加。

5.如权利要求1所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，其中该光源组件上设有相对应于该导光棒形状的一安装座用以固定该导光棒。

6.如权利要求5所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，其中该发光二极管设于该安装座中心点往外计算直径1.12±0.1厘米圆范围内。

7.如权利要求1所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，其中该发光二极管为至少一绿色发光二极管、至少一红色发光二极管以及至少一蓝色发光二极管。

8.如权利要求1所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，其中该反光套管还包含一上套管与一下套管，该上套管与该下套管可互相组装成一体。

9.如权利要求1所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，其中该反光套管的颜色选自白色、银白色、银色之一。

10.一种可增进光线焦距范围的线状光源，包括：

一导光棒，为一多边型柱体，该导光棒有一面为一出射面，其余面为复数个反射面，且该导光棒至少一端为一入射面，其中该出射面表面为一锯齿状表面；

一光源组件，用以套接该导光棒，且该光源组件中间设有至少一发光二极管；以及

一反光套管，包覆于该导光棒外，对应于该出射面处设有一透光开口，且在该透光开口的一侧设有一反射板。

11.如权利要求10所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，其中该光源组件上设有相对应于该导光棒形状的一安装座用以固定该导光棒。

12.如权利要求10所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，其中该发光二极管为至少一绿色发光二极管、至少一红色发光二极管以及至少一蓝色发光二极管。

13.如权利要求11所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，其中该发光二极管设于该安装座中心点往外计算直径1.12±0.1厘米圆范围内。

14.如权利要求10所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，其中该锯齿状表面呈渐进式锯齿状，且形成于该出射面的外表面。

15.如权利要求14所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，其中该锯齿状表面角度逐渐增加，其仰角角度范围为0.03至0.15度。

16.如权利要求14所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，其中该锯齿状表面仰角角度分多段逐渐增加。

17.如权利要求10所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，其中该反光套管还包含一上套管与一下套管，该上套管与该下套管可互相组装成一体。

18.如权利要求10所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，其中该反射板与该透光开口的垂直轴呈30度至60度。

19.如权利要求10所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，其中该反光套管的颜色选自白色、银白色、银色之一。

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