CN102681080A - 线性光源、导光体及光学扫描模块 - Google Patents

线性光源、导光体及光学扫描模块 Download PDF

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Abstract

本发明是有关于一种线性光源，发出光线照射于一标的，并包含一导光体、一发出的光线在该导光体中传导的LED单元及一反射层。导光体具有一底面、两个分别自该底面的两侧延伸的反射面，及一连接该两个反射面且开口朝向该底面的聚光弧面。该两个反射面位于一假想的抛物面的两对称边，该抛物面开口朝向该聚光弧面。该反射层设置于该导光体的反射面。本发明运用抛物面焦点发出的光线经反射成为平行光的特性，搭配弧面加以聚光，将光线有效汇聚于标的。

Description

线性光源、导光体及光学扫描模块
技术领域
本发明涉及一种光源，特别是涉及一种可应用于光学扫描模块的线性光源。
背景技术
光学扫描模块(optical scanning module)应用于扫描仪(scanner)、传真机(fax machine)，或整合影印、扫描、打印、传真为一体的多功能事务机(MPF，multi-function printer)等设备。光学扫描模块通常包括一光源、反射镜片、聚焦镜片及一影像感测组件(image sensor)。
该光源可发出光线照射于扫描标的，该扫描标的存在标的物的图样；借影像感测组件接收反射的光线而产生对应于标的物的图样的电子信号。前述光源一般是使用冷阴极荧光灯管(CCFL)发出白光，经由一窄长的孔照射于待扫描对象上，其反射光可经由反射镜片及聚焦镜片13而聚焦成像于影像感测组件上。然而冷阴极荧光灯管不但需要变压器(inverter)提供高压高频交流电进行驱动，存在耗电的问题，且冷阴极荧光灯管的管中填充的汞蒸气对于环境会造成污染，许多国家政府已立法禁用。
因此，近年来已有光学扫描模块的光源改采用发光二极管(LED)搭配导光体形成的线性光源(linear light source)。参阅图1，该线性光源9包括一导光体91、一安装于导光体91的一端的LED封装体92，及罩设于导光体91侧壁的反射罩93。该导光体91截面呈矩形或其它多边形，具有一出光面911，且在相反于该出光面的表面布设有光学特征912。此设计在出光面91发出的光线为发散光，除了照射在目标区的光线外，其余都浪费掉了。
由此可知，现有光学扫描模块的线性光源的光能利用率不佳，亟需突破以降低耗能并提高扫描质量。
由此可见，上述现有的光学扫描模块在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。因此如何能创设一种新型结构的线性光源、导光体及光学扫描模块，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的光学扫描模块存在的缺陷，而提供一种新颖结构的线性光源、导光体及光学扫描模块，所要解决的技术问题是使其在于提供一种将光线有效汇聚的线性光源及其导光体，本发明线性光源可用于光学扫描模块，也可以作为照明使用；因此前述标的可以是一光学扫描模块的扫描标的，也可以是任何受该线性光源照射的物体，非常适于实用。
本发明的另一目的在于，提供一种新颖结构的线性光源、导光体及光学扫描模块，所要解决的技术问题是使其在于提供一种包含前述线性光源的光学扫描模块。前述标的为一扫描标的，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种线性光源，发出光线照射于一标的，包含一导光体及一LED单元，其中：该导光体具有一底面、两个分别自该底面的两侧延伸的反射面，及一连接该两个反射面且开口朝向该底面的聚光弧面，该两个反射面位于一假想的抛物面的两对称边，该抛物面开口朝向该聚光弧面；该LED单元发出的光线在该导光体中传导并由该聚光弧面射出；此外，该线性光源还包含一设置于该导光体的反射面的反射层。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的线性光源，其中所述的该底面位于该抛物面的焦点。
前述的线性光源，其中所述的该底面设有多个光学结构；该光学结构的样式为V型槽或V型凸块，各该光学结构的间距为p，深度或高度介于0.05p至0.6p间。
前述的线性光源，其中所述的该聚光弧面为单一曲率弧面，该标的与该聚光弧面的距离介于
Figure BSA00000451206900021
与
Figure BSA00000451206900022
间，其中，n为环境介质折射率，n′为导光体材料的折射率，Δn为n与n′的差值，h为导光体的高度，r为聚光弧面的曲率半径。
前述的线性光源，其中所述的该标的与该聚光弧面的距离等于 nhr 2 ( 1 n ′ r - hΔn + 1 hΔn ) .
前述的线性光源，其中所述的该聚光弧面为复合曲率弧面，该标的与该聚光弧面的距离介于抛物面焦点相对于弧面的成像点与弧面焦点间。
前述的线性光源，其中所述的该聚光弧面为复合曲率弧面，该聚光弧面的较中央部分的曲率半径为r1，较靠近该反射面部分的曲率半径为r2，r1≠r2，且该扫描标的与该聚光弧面的距离介于
Figure BSA00000451206900031
与
Figure BSA00000451206900032
间。
前述的线性光源，其中所述的该标的与该聚光弧面的距离为 nh 2 ( r 2 n ′ r 2 - hΔn + r 1 n ′ r 1 - hΔn ) .
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种线性光源中的导光体。
本发明的目的及解决其技术问题另外再采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种线性光源的光学扫描模块，其中，该标的是一扫描标的。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的主要技术内容如下：提出的线性光源发出光线照射于一标的，并包含一导光体、一LED单元及一反射层。导光体具有一底面、两个分别自该底面的两侧延伸的反射面，及一连接该两个反射面且开口朝向该底面的聚光弧面，该两个反射面位于一假想的抛物面的两对称边，该抛物面开口朝向该聚光弧面。该反射层设置于该导光体的反射面。LED单元发出的光线在该导光体中传导并由该聚光弧面射出。较佳地，该底面位于该抛物面的焦点。更佳地，该底面设有多个光学结构；该光学结构的样式为V型槽或V型凸块，各该光学结构的间距为p，深度或高度介于0.05p至0.6p间。
较佳地，该聚光弧面为单一曲率弧面，该标的与该聚光弧面的距离介于
Figure BSA00000451206900034
与
Figure BSA00000451206900035
间，其中，n为环境介质折射率，n′为导光体材料的折射率，Δn为n与n′的差值，h为导光体的高度，r为聚光弧面的曲率半径。更佳地，该标的与该聚光弧面的距离等于
Figure BSA00000451206900036
较佳地，该聚光弧面为复合曲率弧面，该标的与该聚光弧面的距离介于抛物面焦点相对于弧面的成像点与弧面焦点间。更佳地，该聚光弧面为复合曲率弧面，该聚光弧面的较中央部分的曲率半径为r1，较靠近该反射面部分的曲率半径为r2，r1≠r2，且该扫描标的与该聚光弧面的距离介于
Figure BSA00000451206900037
与
Figure BSA00000451206900038
间。更佳地，该标的与该聚光弧面的距离为 nh 2 ( r 2 n ′ r 2 - hΔn + r 1 n ′ r 1 - hΔn ) .
借由上述技术方案，本发明线性光源、导光体及光学扫描模块至少具有下列优点及有益效果：该线性光源利用反射面的抛物面设计搭配聚光弧面，可一特定范围内产生集中照射的效果，应用于光学扫描模块时，即便是纸张皱褶或较厚，或者光学扫描模块存在组装公差等问题，都不影响光线照射效果，能够维持扫描质量。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是说明一种现有光学扫描模块的线性光源的一立体示意图；
图2是说明本发明光学扫描模块的线性光源的第一较佳实施例的一立体示意图；
图3是说明本实施例中，光线在导光体内传导后折射出的概况的一截面示意图；
图4是一有关导光体的底面的光学结构示意图；
图5是说明本发明光学扫描模块的线性光源的第二较佳实施例一类似图3的示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的线性光源、导光体及光学扫描模块其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
在本发明被详细描述前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的组件是以相同的编号来表示。
参阅图2及图3，本发明线性光源1应用于光学扫描模块100，该光学扫描模块100还包括一扫描标的5。线性光源1用于发出光线且照射于扫描标的5。由于光学扫描模块100必须具备的电子组件非本发明技术特征所在，本文中不予叙述。
该线性光源1的第一较佳实施例包含一导光体2、LED单元3及反射层4。在此所述扫描标的5，是指供待扫描的对象放置的透明基板。
导光体2呈长形且平行设置于该扫描标的5下，具有一底面21、两个分别自该底面21的两侧延伸的反射面22，及一连接该两个反射面22且开口朝向底面21的聚光弧面23。该聚光弧面23与扫描标的5下表面的距离为d。在本实施例，d即聚光弧面23顶端与扫描标的5的距离。
本实施例的LED单元3包括一LED封装体30，通过一安装架31设置于该导光体2其中一端部。但本发明不以此为限，LED单元3也可以是包括多个LED封装体30，分别设置于导光体2两端部。反射层4设置于该导光体2的反射面22，反射层4可以包覆方式设置，或是由反射材料利用喷涂、印刷、镀膜技术结合于该反射面22。
如图3及图4所示，该两个反射面22位于一假想的抛物面6的两对称边，该抛物面6开口朝向该聚光弧面23。底面21位于该抛物面6的焦点位置，且设有多个光学结构210。光学结构210可让发光单元3传入的光线更均匀地在导光体2中传导，其样式可以为V形槽(V-cut)或V形凸块，也可以是圆形凸点或凹穴等型式，其排列方式可以为矩阵排列、交错排列或不规则排列等排列方式。本实施例以光学结构210样式为V形槽或V形凸块来说，各该光学结构210的间距为p，深度或高度介于0.05p至0.6p间。
由于反射面22的抛物面设计，从抛物面6的焦点发出的光线会经抛物面6(也就是反射面22)反射为平行光L1，再由聚光弧面23折射后聚光于P1位置。在本实施例，聚光弧面23为单一曲率弧面。该P1位置与聚光弧面23的距离为
Figure BSA00000451206900051
其中，n为环境介质折射率，Δn为n与n′的差值，n′为导光体材料的折射率，r为聚光弧面23的曲率半径。另一方面，从抛物面6的焦点发出的光线中有部分直射光L2直接由聚光弧面23折射后聚光于P2位置。该P2位置与聚光弧面23的距离为
Figure BSA00000451206900052
其中，h为导光体的高度。
借由上述设计，本实施例线性光源1所发出的光线可均匀且集中于聚光弧面23上方P1位置以及P2位置，因此在实作上，可使线性光源1设置在扫描标的5下方，使聚光弧面23与扫描标的5的距离d介于
Figure BSA00000451206900061
与
Figure BSA00000451206900062
间，较佳为如此一来，扫描标的5的上、下方一特定范围内能获得均匀且集中的照射效果，借此可加快扫描速度，并且由于提高了光效率而可降低耗能。此外，即便是纸张皱褶或较厚，或者光学扫描模块存在组装工差等问题，都不影响光线照射效果，能够维持扫描质量。
参阅图5，本发明光学扫描模块100的线性光源1的第二较佳实施例与第一较佳实施例的差异在于，导光体2的聚光弧面23为复合曲率弧面，也就是具有两个以上的曲率，借此使光线调整更集中。该扫描标的5与该聚光弧面23的距离介于抛物面6焦点相对于弧面23的成像点与弧面23焦点间。图5显示该聚光弧面23的较中央部分的曲率半径为r1，较靠近反射面22部分的曲率半径为r2，r1≠r2。
由于反射面22的抛物面设计，从抛物面6的焦点发出的光线会经反射面22反射为平行光L3，再由聚光弧面23曲率半径为r2的部分折射后聚光于P3位置，该P3位置与聚光弧面23的距离为另一方面，从抛物面6的焦点发出的光线中有部分直射光L4直接由聚光弧面23曲率半径为r1的部分折射后聚光于P4位置。该P4位置与聚光弧面23的距离为
Figure BSA00000451206900065
借由上述设计，本实施例线性光源1所发出的光线可均匀且集中于聚光弧面23上方P3位置以及P4位置，因此在实作上，可使线性光源1设置在扫描标的5下方，使聚光弧面23与扫描标的5的距离d介于
Figure BSA00000451206900066
与
Figure BSA00000451206900067
间，较佳为
Figure BSA00000451206900068
如此一来，扫描标的5的上、下方一特定范围内获得均匀且更集中的照射效果，借此加快扫描速度，并且由于提高了光效率而可降低耗能。
综上所述，本发明光学扫描模块100的线性光源1运用抛物面焦点发出的光线经反射成为平行光的特性，搭配弧面加以聚光，将光线有效汇聚于扫描标的5，不但提高扫描区域亮度，且减少光能浪费，整体而言可大幅降低线性光源所使用电功率的需求，所以确实能达成本发明的目的。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种线性光源，发出光线照射于一标的，包含一导光体及一LED单元，其特征在于：该导光体具有一底面、两个分别自该底面的两侧延伸的反射面，及一连接该两个反射面且开口朝向该底面的聚光弧面，该两个反射面位于一假想的抛物面的两对称边，该抛物面开口朝向该聚光弧面；该LED单元发出的光线在该导光体中传导并由该聚光弧面射出；此外，该线性光源还包含一设置于该导光体的反射面的反射层。
2.如权利要求1所述的线性光源，其特征在于：该底面位于该抛物面的焦点。
3.如权利要求1或2所述的线性光源，其特征在于：该底面设有多个光学结构；该光学结构的样式为V型槽或V型凸块，各该光学结构的间距为p，深度或高度介于0.05p至0.6p间。
4.如权利要求1所述的线性光源，其特征在于：该聚光弧面为单一曲率弧面，该标的与该聚光弧面的距离介于
Figure FSA00000451206800011
与
Figure FSA00000451206800012
间，其中，n为环境介质折射率，n′为导光体材料的折射率，Δn为n与n′的差值，h为导光体的高度，r为聚光弧面的曲率半径。
5.如权利要求4所述的线性光源，其特征在于：该标的与该聚光弧面的距离等于
Figure FSA00000451206800013
6.如权利要求1所述的线性光源，其特征在于：该聚光弧面为复合曲率弧面，该标的与该聚光弧面的距离介于抛物面焦点相对于弧面的成像点与弧面焦点间。
7.如权利要求6所述的线性光源，其特征在于：该聚光弧面为复合曲率弧面，该聚光弧面的较中央部分的曲率半径为r1，较靠近该反射面部分的曲率半径为r2，r1≠r2，且该扫描标的与该聚光弧面的距离介于
Figure FSA00000451206800014
与
Figure FSA00000451206800015
间。
8.如权利要求7所述的线性光源，其特征在于：该标的与该聚光弧面的距离为
Figure FSA00000451206800016
9.一种如权利要求1至8中任一权利要求所述的线性光源中的导光体。
10.一种具有如权利要求1至8中任一权利要求所述的线性光源的光学扫描模块，其特征在于：该标的是一扫描标的。
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