CN102540317A - 导光元件及高均匀度高亮度光源模组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于接触式图像传感器的导光元件，所述导光元件用以导入一发光二极管灯条所发出的光线，所述导光元件包括一长条型入射面及一出射面。所述长条型入射面与所述发光二极管灯条之一短边夹一锐角，其中所述长条型入射面具有若干个微结构，以将光线朝均匀方向扩散，并同时增加光利用率。
Description
技术领域
本发明是有关于一种接触式图像传感器(contact image sensor, CIS)，且特别是有关于一种接触式图像传感器的导光元件及光源模组。
背景技术
接触式图像传感器一般用于扫描器、传真机及影印机等光电产品中，是一种常见的图像传感器。请参考图1，图1为现有的接触式图像传感器的剖面图。现有的接触式图像传感器主要由发光二极管(light emitting diode, LED)阵列1、导光元件2、及感光单元阵列3集成在一条状方型盒4内构成。进行扫描文件时，发光二极管阵列1作为光源将光线照射到文件10上，入射光线经由文件10反射后，反射光通过多个反射镜5传送至感光单元阵列3，通过处理感光单元阵列3所产生电流信号，即可得到文件10扫瞄后的图像信息。
如图1所示，发光二极管阵列1中的每一颗LED均可视为一光源，因此，多数个沿垂直剖面排列的LED会使得所述文件10受照射时，在垂直剖面方向上有光分布不法均匀的问题。而上述的导光元件2虽然能对每一颗LED所发出的光线进行扩散导光，但是，仍无法有效解决在垂直剖面方向上光分布不均匀的问题。一旦所述文件10受照的光分布不均匀时，将会所述文件10扫描后所得的画面在垂直剖面方向上出现明暗间隔的条纹，使得扫描品质不佳。
因此，有人提出了更改导光元件2的设计，用以改善光分布不均匀的问题。台湾专利I315379揭露了在导光元件的一面做出密集的齿状反射面，透过齿状反射面将光朝均匀方向扩散，藉此改善不均匀的问题。但此设计将无法有效利用LED侧向发出的光，使得光利用率不佳，并且非对称的结构亦造成出光的不均。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于接触式图像传感器的导光元件，其透过在一出射面以及/或入射面上形成若干个微结构，除可以将光线朝均匀方向扩散，同时增加光利用率，一次解决上述问题。
本发明的另一目的在于提供一种具有上述导光元件的高均匀度高亮度光源模组，其提供固定所述导光元件在发光二极管灯条上的固定件，透过所述固定件反射发光二极管的侧向光，以增加光利用率。
为达上述目的，本发明第一实施例提供一种用于接触式图像传感器的导光元件，用以导入一发光二极管灯条所发出的光线，所述导光元件包括一长条型入射面及一第一出射面。所述长条型入射面对应设置于所述发光二极管灯条的上。所述第一出射面在所述长条型入射面的一长边与所述长条型入射面夹一第一锐角，其中所述第一出射面具有若干个微结构。
在第一较佳实施例的另一实施样态中，所述导光元件进一步包括一第二出射面，与所述长条型入射面的另一长边夹一第二锐角，其中所述第二出射面具有所述若干微结构。具体来说，所述若干微结构是垂直所述长边排列的菱镜结构，或是选自金字塔型、微透镜、柱状、规则及不规则结构所组成群组之一。
另外，本发明还提供一种具有上述导光元件的高均匀度高亮度光源模组，包括一发光二极管灯条、上述的导光元件及一固定件。所述发光二极管灯条用以发出光线。上述的导光元件用以导入所述光线。所述固定件用于固定所述导光元件在所述发光二极管灯条上，并用以反射所述光线。值得注意的是，所述固定件为预定颜色塑料，用以反射所述发光二极管的侧向光，以增加光利用率，可大幅降低所述发光二极管灯条的使用功率。
本发明第二实施例还提供一种用于接触式图像传感器的导光元件，用以导入一发光二极管灯条所发出的光线，所述导光元件包括一长条型入射面及一出射面。所述长条型入射面与所述发光二极管灯条的一短边夹一锐角，其中所述长条型入射面具有若干个微结构。所述出射面平行并相距于所述长条型入射面一距离。
在第二较佳实施例的另一实施样态中，所述出射面具有所述若干微结构。同样地，所述若干微结构是垂直所述长边排列的菱镜结构，或是选自金字塔型、微透镜及柱状、规则及不规则结构所组成群组之一。
另外，本发明第二实施例还提供一种具有上述导光元件的高均匀度高亮度光源模组，包括一发光二极管灯条、上述的导光元件及一固定件。所述发光二极管灯条用以发出光线。上述的导光元件用以导入所述光线。所述固定件用于固定所述导光元件在所述发光二极管灯条上，并用以反射所述光线。值得注意的是，所述固定件为任意有色塑料，用以反射所述发光二极管的侧向光，以增加光利用率，可大幅降低所述发光二极管灯条的使用功率。
依据本发明的导光元件及具有所述导光元件的高均匀度高亮度光源模组，其透过在一出射面以及/或入射面上形成若干个微结构，例如菱镜结构，以将光线朝均匀方向扩散，以解决发光二极管长边方向上的光线不均匀的问题，并且发光二极管的侧向出光也透过固定件反射，做有效的利用，克服现有技术光利用率不佳的问题。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，幷配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1为现有的接触式图像传感器的剖面图。
图2为本发明第一较佳实施例的接触式图像传感器的剖面示意图。
图3为图2中的光源模组的剖面放大图。
图4为图3中的导光元件的立体图。
图5为第一较佳实施例的导光元件的另一实施样态。
图6为图5的立体爆炸图。
图7为本发明第二较佳实施例的光源模组的立体爆炸图。
图8为第二较佳实施例的光源模组另一实施样态的立体爆炸图。
具体实施方式
以下将配合附图来详细说明本发明的导光元件的第一较佳实施例，其中于不同图式中相同的元件符号是代表示相同或相似的元件。请参照图2，图2绘示本发明第一较佳实施例的接触式图像传感器的剖面示意图，其中是以元件符号20来代表此较佳实施例的光源模组，元件符号200代表此较佳实施例的导光元件。
所述接触式图像传感器包括高均匀度高亮度的光源模组20、感光单元阵列3、条状方型盒4、多个反射镜5、透光板9。进行扫描文件10时，光源模组20将光线照射到文件10上，入射光线经由文件10反射后，反射光通过多个反射镜5传送至感光单元阵列3，通过处理感光单元阵列3所产生电流信号，即可得到文件10扫瞄后的图像信息。
请参照图3，图3是图2中的光源模组20的剖面放大图，所述光源模组20包括一发光二极管(LED)灯条22、一导光元件200及一固定件24。所述LED灯条22包含一长条型基板222及装设于所述长条型基板222上的若干颗LED晶粒(die)224，用以发出光线。
所述导光元件200用以导入所述LED灯条22所发出的光线，以将从LED晶粒224所发出的光线（本领域称一次光学），经过所述导光元件200（二次光学）传输到所述文件10处。具体地说，所述导光元件200的材质是一种透光的光学塑料，例如为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。所述固定件24用于固定所述导光元件200在所述LED灯条22上，并且还用以反射所述光线。值得注意的是，所述固定件24较佳为一预定颜色塑料、如白色或其他颜色，可用以反射所述若干LED晶粒(die)224的侧向光，以增加光利用率，可大幅降低所述LED灯条22的使用功率。
所述导光元件200包括一长条型入射面220及一第一出射面240。需注意的是，所述长条型入射面220及所述第一出射面240皆为垂直纸面延伸的长条型。所述长条型入射面220对应设置于所述LED灯条22的上，以将从LED晶粒224所发出的光线从所述长条型入射面220进入所述导光元件200。
在第一实施例中，所述第一出射面240在所述长条型入射面220的一长边2202与所述长条型入射面220夹一第一锐角θ1，即θ1小于90度，使得所述光线可从所述第一出射面240发出。第一锐角θ1角较佳地可为45度，或因应其他设计所需的角度皆可实施。
请参照图3及图4，图4是图3中的导光元件200的立体图。所述第一出射面240具有若干个微结构。在此较佳实施例中，所述若干微结构是垂直所述长边2202排列的菱镜结构，使得导入所述导光元件200的光线可透过所述若干菱镜结构朝所述长边2202方向折射出来，使得LED晶粒224发出的光线在所述长边2202方向混合的较均匀。然而，本发明并不限于以菱镜结构方式实施，所述第一出射面240的微结构亦可选自金字塔型(pyramid)、微透镜(microlens)、柱状 、规则及不规则结构所组成群组之一。
请参照图5，图5为第一较佳实施例的导光元件200的另一实施样态。在第一较佳实施例的另一实施样态中，所述导光元件200进一步包括一第二出射面260。所述第二出射面260与所述长条型入射面220的另一长边2204夹一第二锐角θ2，即θ2小于90度，使得所述光线（如虚线箭头所示）可同时从所述第一出射面240及所述第二出射面260发出，达到分光的效果。利用此设计可将所述光线分为两道不同方向的光，可借着配置不同的反光镜收集所述二分光，以增加光的利用率。同样地，第二锐角θ2较佳地可为45度，或因应其他设计所需的角度皆可实施。
请参考图6，图6为图5的立体爆炸图。同样地，所述第二出射面260具有所述若干微结构。具体来说，所述若干微结构是垂直所述长边2202及2204排列的菱镜结构，使得导入所述导光元件200的光线可透过所述若干菱镜结构朝所述长边2202方向折射出来，使得LED晶粒224发出的光线在所述长边2202方向混合的较均匀。然而，本发明并不限于以菱镜结构方式实施，所述第二出射面240的微结构亦可选自金字塔型、微透镜、柱状、规则及不规则结构所组成群组之一。
以下将详细说明本发明第二较佳实施例的用于接触式图像传感器的导光元件。请参照图7，图7是本发明第二较佳实施例的光源模组的立体爆炸图，其中是以元件符号40来代表此较佳实施例的高均匀度高亮度的光源模组。同样地，所述光源模组40包括一LED灯条22、一导光元件400及一固定件24。所述LED灯条22包含一长条型基板222及装设于所述长条型基板222的若干颗LED晶粒(die)224，用以发出光线。
所述导光元件400用以导入一LED灯条22所发出的光线，以将从LED晶粒224所发出的光线（本领域称一次光学），经过所述导光元件400（二次光学）传输到所述文件10处。所述固定件24用于固定所述导光元件400在所述LED灯条22上，并且还用以反射所述光线。值得注意的是，所述固定件24为一预定颜色塑料、如白色或其他颜色，用以反射所述若干LED晶粒(die)224的侧向光，以增加光利用率，可大幅降低所述LED灯条22的使用功率。
所述导光元件400包括一长条型入射面420及一出射面440。所述长条型入射面420与所述LED灯条22的一短边2206夹一锐角φ，即φ小于90度，所述出射面440平行并相距于所述长条型入射面420一距离。所述锐角φ较佳地可为45度，或因应其他设计所需的角度皆可实施。所述长条型入射面420具有若干个微结构。在此较佳实施例中，所述若干微结构是垂直所述LED灯条22的所述长边2202排列的菱镜结构，使得所述光线可从所述若干菱镜结构折射进入所述导光元件400，再从所述出射面440发出，使得LED晶粒224发出的光线在所述长边2202方向混合的较均匀。然而，本发明并不限于以菱镜结构方式实施，所述第一出射面240的微结构亦可选自金字塔型、微透镜、柱状 、规则及不规则结构所组成群组之一。
请参照图8，图8为第二较佳实施例的光源模组40另一实施样态的立体爆炸图，其中是以元件符号500来代表此实施样态的导光元件。在第二较佳实施例的另一实施样态中，同样地，所述导光元件500包括一长条型入射面520及一出射面540。所述出射面540与前一实施样态的出射面440不同的是，所述出射面540同样具有所述若干微结构。举例来说，所述若干微结构是垂直所述LED灯条22的所述长边2202排列的菱镜结构，使得所述光线可从所述若干菱镜结构（即长条型入射面520）折射进入所述导光元件400（即二次光学），再从所述出射面540的菱镜结构折出来（即三次光学），使得LED晶粒224发出的光线在所述长边2202方向混合的更均匀、出光效率更好，可大幅降低所述发光二极管灯条的使用功率。然而，本发明并不限于以菱镜结构方式实施，所述出射面540的微结构亦可选自金字塔型、微透镜、柱状 、规则及不规则结构所组成群组之一。
依据本发明的导光元件及具有所述导光元件的光源模组，其透过在一出射面以及/或入射面上形成若干个微结构，例如菱镜结构，以将光线朝混光均匀的方向扩散，以解决LED灯条长边方向上的光线不均匀的问题，并且LED的侧向出光也透过固定件反射，做有效的利用，克服现有技术光利用率不佳的问题。
虽然本发明已用较佳实施例揭露如上，然其幷非用以限定本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
Claims (16)
1.一种用于接触式图像传感器的导光元件，用以导入一发光二极管灯条所发出的光线，其特征在于，所述导光元件包括：一长条型入射面，对应设置于所述发光二极管灯条的上；以及一第一出射面，在所述长条型入射面之一长边与所述长条型入射面夹一第一锐角，所述第一出射面具有若干个微结构。
2.根据权利要求1所述的导光元件，其特征在于，所述导光元件进一步包括一第二出射面，与所述长条型入射面的另一长边夹一第二锐角，其中所述第二出射面具有所述若干微结构。
3.根据权利要求1或2所述的导光元件，其特征在于，所述若干微结构是垂直所述长边排列的菱镜结构。
4.根据权利要求1或2所述的导光元件，其特征在于，所述若干微结构是选自金字塔型、微透镜、柱状、规则及不规则结构所组成群组之一。
5.一种用于接触式图像传感器的光源模组，其特征在于，包括：一发光二极管灯条，用以发出光线；一导光元件，用以导入所述光线，所述导光元件包括：一长条型入射面以及一第一出射面，所述长条型入射面对应设置于所述发光二极管灯条的上，所述第一出射面在所述长条型入射面之一长边与所述长条型入射面夹一第一锐角，其中所述第一出射面具有若干个微结构；以及一固定件，用于固定所述导光元件在所述发光二极管灯条上，并用以反射所述光线。
6.根据权利要求5所述的光源模组，其特征在于，所述导光元件进一步包括一第二出射面，与所述长条型入射面的另一长边夹一第二锐角，且所述第二出射面具有所述若干微结构。
7.根据权利要求5所述的光源模组，其特征在于，所述固定件为一预定颜色塑料。
8.一种用于接触式图像传感器的导光元件，用以导入一发光二极管灯条所发出的光线，其特征在于，所述导光元件包括：一长条型入射面，与所述发光二极管灯条之一短边夹一锐角，其中所述长条型入射面具有若干个微结构；以及一出射面，平行并相距于所述长条型入射面一距离。
9.根据权利要求8所述的导光元件，其特征在于，所述出射面具有所述若干微结构。
10.根据权利要求8或9所述的导光元件，其特征在于，所述若干微结构是垂直所述发光二极管灯条之一长边排列的菱镜结构。
11.根据权利要求8或9所述的导光元件，其特征在于，所述若干微结构是选自金字塔型、微透镜、柱状、规则及不规则结构所组成群组之一。
12.一种用于接触式图像传感器的光源模组，其特征在于，包括：一发光二极管灯条，用以发出光线；一导光元件，用以导入所述光线，所述导光元件包括：一长条型入射面以及一出射面，所述长条型入射面与所述发光二极管灯条之一短边夹一锐角，其中所述长条型入射面具有若干个微结构，所述出射面平行并相距于所述长条型入射面一距离；以及一固定件，用于固定所述导光元件在所述发光二极管灯条上，并用以反射所述光线。
13.根据权利要求12所述的光源模组，其特征在于，所述出射面具有所述若干微结构。
14.根据权利要求12或13所述的光源模组，其特征在于，所述若干微结构是垂直所述发光二极管灯条的一长边排列的菱镜结构。
15.根据权利要求12或13所述的光源模组，其特征在于，所述若干微结构是选自金字塔型、微透镜及柱状、规则及不规则结构所组成群组之一。
16.根据权利要求12所述的光源模组，其特征在于，所述固定件为一预定颜色塑料。
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