CN108150849B - 侧入式发光二极管照明增益模组 - Google Patents

侧入式发光二极管照明增益模组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了侧入式发光二极管照明增益模组，包括外壳、位于外壳底部的PCB基板、以及收容于外壳内的发光装置，外壳内设分隔板，分隔板的一侧安装发光装置，分隔板的另一侧安装柱状透镜，柱状透镜的正下方设滤光片，外壳顶部覆盖透明体；发光装置包括白壳、收容于白壳内的导光模块以及发光单元，白壳两端设侧边支架，发光单元安装于侧边支架内侧，发光单元被白壳两端罩住，安装有发光单元的侧边支架与PCB基板接触处布有线路完成发光单元的电气连接；白壳的上部靠近柱状透镜的一侧设有斜面透光口；导光模块设有锯齿微结构，锯齿微结构与斜面透光口处于对角位置。本发明能够提高光源使用率、改善光源均匀度、减小光源模组体积。

Description

侧入式发光二极管照明增益模组
技术领域
本发明涉及光源产生结构技术领域，更具体涉及侧入式发光二极管照明增益模组。
背景技术
现有技术中，使用波长为420nm～700nm可见光光源加配700nm～950nm红外光光源为光源发光模组，应用于接触式图像传感器中。光源发光模组一般采用侧入式光源或直下式数组光源。因光源发光特性，直下式光源的波长能量损失大，使用效率低，光源发光模组的空间不足，无法满足低波长至高波长的光源以数组方式放置；光源数量越多，也会增加成本。侧入式光源一般采用可见光光源，不能提供全波段的发光效果；侧入式光源利用导光板进行光线路传播，现有的导光板导光均匀度差、光的透过率低。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种能够提高光源使用率、改善光源的均匀度、减小光源模组体积、能提供全波段发光效果的侧入式发光二极管照明增益模组。
根据本发明的一个方面，提供了侧入式发光二极管照明增益模组，其包括外壳、位于外壳底部的PCB基板、以及收容于外壳内的发光装置，外壳内设有分隔板，分隔板的一侧与外壳内侧壁构成U型槽，发光装置安装于U型槽内，分隔板的另一侧安装有柱状透镜，柱状透镜的正下方设有滤光片，外壳的顶部覆盖有透明体；
发光装置包括白壳、收容于白壳内的导光模块以及发光单元，白壳的两端设有侧边支架，发光单元安装于侧边支架内侧，发光单元被白壳的两端罩住，两端侧边支架镶嵌于外壳内，侧边支架的底部连接PCB基板，安装有发光单元的侧边支架与PCB基板接触处布有线路完成发光单元的电气连接；
白壳的上部靠近柱状透镜的一侧设有斜面透光口；
导光模块为柱状体，导光模块设有锯齿微结构，锯齿微结构与斜面透光口处于对角位置。
由此，发光单元位于白壳左右两端的侧边支架上，发光单元发出光，发出的光一部分射向白壳、一部分射向导光模块的两个端面、一部分射向导光模块的锯齿微结构侧面；导光模块的锯齿微结构与白壳之间有间隙，导光模块相对于该间隙而言，导光模块为光密介质，该间隙为光疏介质；射向白壳的光线，因光的反射射向导光模块本体和导光模块的锯齿微结构，光在导光模块内部发生光的折射；射向导光模块的光线，因光的折射进入导光模块内；射向锯齿微结构侧面的光线，因光的折射进入导光模块内；因为导光模块为光密介质，锯齿微结构与白壳之间的间隙为光疏介质，导光模块内的光线由光密介质进入光疏介质时，入射角大于等于临界角的光线会发生全反射，光线返回光密介质即导光模块中；导光模块内的有些光线和发生过全反射的一些光线，从锯齿微结构射出时，因光的折射使一个锯齿的光线折射到相邻锯齿上，使得光路径改变，这样位于导光模块两端的发光单元产生的光就会往中间传递；锯齿微结构使得整个导光模块的导光更均匀；导出的光集中从白壳的斜面透光口射出。由于导光模块的导光效果很好，不需要像直下式光源模组一样设置很多组光源，大大减小了光源模组体积，也大大节约了生产成本。
在一些实施方式中，锯齿微结构的锯齿为等腰三棱柱。由此，锯齿的结构为等腰三棱柱便于计算设计、更很好的满足实际照明效果。
在一些实施方式中，锯齿微结构的锯齿高度尺寸由中间向两端渐渐变小。由此，锯齿微结构的锯齿高度从导光模块的两端往中间逐渐增大，最边上的锯齿射出的光线，因光折射到下一个相邻的锯齿上，因为该相邻的锯齿高度比上一个锯齿高度要高，折射过来的光线会被该相邻的锯齿充分吸收，该相邻的锯齿内的光线会将内部的一些光线依次折射到下一个相邻的锯齿上，锯齿存在高度差，折射过来的光线会被充分的吸收，这样光就会被依次传递到导光模块的中间，充分提高光源的使用率，保证了整个导光模块导光的均匀度高。
在一些实施方式中，锯齿微结构的锯齿齿顶夹角为45度～90度,锯齿微结构的锯齿齿顶夹角由中间向两端渐渐变大。由此，发光单元从导光模块的两端到导光模块的中间越来越远，从导光模块两端往中间导过来的光线也越来越弱，因锯齿微结构的锯齿角度变化，光的折射角度也在变化，保证光得到充分快速的折射，保证了导光模块整体的导光亮度。
在一些实施方式中，透明体为玻璃。由此，玻璃的透光比较好，有利于光的传递。
在一些实施方式中，发光单元包括红光晶圆、绿光晶圆、蓝光晶圆、红外光晶圆和紫外光晶圆。由此，紫外光晶圆波长为320nm～420nm，蓝光晶圆波长为420nm～475nm、绿光晶圆波长为475nm～570nm、红光晶圆波长为570nm～700nm、红外光晶圆波长为700nm～950nm，该发光单元能提供低波长到高波长的全波段发光效果，使得光源模组的应用领域更加宽广。
在一些实施方式中，白壳为矩形柱状体，白壳除斜面透光口外的三条棱边设有倒角，与斜面透光口对角的倒角尺寸大于另外两边倒角尺寸。由此，白壳的形状主要是为了配合内部导光模块的结构，各边倒角的大小区别，便于生产装配。
在一些实施方式中，分隔板的侧壁与外壳的内壁均设有台阶，构成柱状透镜安装沉台，柱状透镜安装沉台中间设有出光槽，滤光片位于出光槽的下方。由此，形成柱状透镜安装沉台，便于柱状透镜快速定位安装；侧入式发光二极管照明增益模组的整体结构很紧凑，整个模组的体积较小。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的发光单元位于白壳左右两侧的侧边支架，发光单元发出的光，经过白壳和导光模块的作用，利用光折射和全反射改变光的方向路径，使得光从两侧导向中间，白壳和导光模块的锯齿微结构提高了光源使用率，导光模块的锯齿微结构使得光源的均匀度更高；红光晶圆、绿光晶圆、蓝光晶圆、红外光晶圆和紫外光晶圆作为发光单元，提供了全波段的发光效果，使得该光源模组的使用范围更广；整个模组的结构紧凑，体积小，应用到接触式图像传感器中非常节省空间。
附图说明
图1是本发明侧入式发光二极管照明增益模组的分解结构示意图；
图2是本发明的侧面安装结构示意图；
图3是发光单元的结构示意图；
图4是导光模块的结构示意图；
图5是图4的主视图；
图6是光路径示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
如图1至3所示，本发明所述一实施方式的侧入式发光二极管照明增益模组，包括外壳1、位于外壳1底部的PCB基板2、以及收容于外壳1内的发光装置3。外壳1内设有分隔板11，分隔板11的一侧与外壳1内侧壁构成U型槽，发光装置3安装于U型槽内，分隔板11的另一侧安装有柱状透镜4，柱状透镜4的正下方设有滤光片5，外壳1的顶部覆盖有透明体6。
发光装置3包括白壳31、收容于白壳31内的导光模块32以及发光单元33，白壳31的两端设有侧边支架34，发光单元33安装于侧边支架34内侧，发光单元33被白壳31的两端罩住，两端侧边支架34镶嵌于外壳1内，侧边支架34的底部连接PCB基板2，安装有发光单元33的侧边支架34与PCB基板2接触处布有线路完成发光单元33的电气连接。
白壳31为塑料材质，本实施例中采用的是聚甲基丙烯酸甲酯，实际生产中，也可以采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物，因为材料的物理特性，光波段为320nm～950nm的光源反射率能达到80％以上。导光模块32采用的材质是ZEONEX480R，因为ZEONEX480R具有光线透光率高的特性，采用该材质能够使得透光率上升为92％～98％。
导光模块32是收容于白壳31内的，导光模块32的外形和白壳31的外形是配套的，导光模块32的外壁贴近白壳31的内壁。如图4和5所示，导光模块32为柱状体，白壳31为也为柱状体，柱状体为矩形柱状体。白壳31的上部靠近柱状透镜4的一侧棱边设置成一条窄窄的斜面透光口311。白壳31除斜面透光口311外的三条棱边设有倒角，与斜面透光口311对角的倒角尺寸大于另外两边倒角尺寸。导光模块32设有锯齿微结构321，锯齿微结构321与斜面透光口311处于对角位置。处于斜面透光口311位置的导光模块32的棱边倒角与斜面透光口311的斜面一致，导光模块32的其他两个棱边倒角小于处于斜面透光口311位置的导光模块32的棱边倒角。白壳31的形状主要是为了配合内部导光模块32的结构，各边倒角的大小区别，便于生产装配。
如图4和5所示，锯齿微结构321的锯齿为等腰三棱柱。等腰三棱柱的锯齿的结构便于计算设计、更很好的满足实际照明效果。
如图4和5所示，锯齿微结构321的锯齿高度尺寸由中间向两端渐渐变小。锯齿微结构321的锯齿齿顶夹角为45度～90度,锯齿微结构321的锯齿齿顶夹角由中间向两端渐渐变大。
锯齿微结构321的锯齿高度从导光模块32的两端往中间逐渐增大，最边上的锯齿射出的光线，因光折射到下一个相邻的锯齿上，因为该相邻的锯齿高度比上一个锯齿高度要高，折射过来的光线会被该相邻的锯齿充分吸收，该相邻的锯齿内的光线会将内部的一些光线依次折射到下一个相邻的锯齿上，锯齿存在高度差，折射过来的光线会被充分的吸收，这样光就会被依次传递到导光模块32的中间，充分提高光源的使用率，保证了整个导光模块32导光的均匀度高。发光单元33从导光模块的两端到导光模块32的中间越来越远，从导光模块32两端往中间导过来的光线也越来越弱，因锯齿微结构321的锯齿角度变化，光的折射角度也在变化，保证光得到充分快速的折射，保证了导光模块32整体的导光亮度。
发光单元33包括红光晶圆、绿光晶圆、蓝光晶圆、红外光晶圆和紫外光晶圆。因为紫外光晶圆波长为320nm～420nm，蓝光晶圆波长为420nm～475nm、绿光晶圆波长为475nm～570nm、红光晶圆波长为570nm～700nm、红外光晶圆波长为700nm～950nm，所以，该发光单元33能提供低波长到高波长的全波段发光效果，如果需要过滤掉一些波段的光可以通过更换滤光片5来实现，使得该光源模组的应用领域更加宽广。
透明体6为玻璃。玻璃的透光比较好，有利于光的传递。
分隔板11的侧壁与外壳1的内壁均设有台阶，构成柱状透镜安装沉台12，柱状透镜安装沉台12中间设有出光槽13，滤光片5位于出光槽13的下方。形成柱状透镜安装沉台12，便于柱状透镜4快速定位安装。侧入式发光二极管照明增益模组的整体结构很紧凑，整个模组的体积较小。
如图6所示，发光单元33位于白壳31左右两端的侧边支架34上，发光单元33发出光，发出的光一部分射向白壳31、一部分射向导光模块32的两个端面、一部分射向导光模块32的锯齿微结构321侧面。导光模块32的锯齿微结构321与白壳31之间有间隙，导光模块32相对于该间隙而言，导光模块32为光密介质，该间隙为光疏介质。射向白壳31的光线，因光的反射射向导光模块本体和导光模块32的锯齿微结构321，光在导光模块32内部发生光的折射。射向导光模块32的光线，因光的折射进入导光模块32内。射向锯齿微结构321侧面的光线，因光的折射进入导光模块32内。因为导光模块32为光密介质，锯齿微结构321与白壳31之间的间隙为光疏介质，导光模块32内的光线由光密介质进入光疏介质时，入射角大于等于临界角的光线会发生全反射，光线返回光密介质即导光模块32中。导光模块32内的有些光线和发生过全反射的一些光线，从锯齿微结构321射出时，因光的折射使一个锯齿的光线折射到相邻锯齿上，使得光路径改变，这样位于导光模块32两端的发光单元33产生的光就会往中间传递。锯齿微结构321使得整个导光模块32的导光更均匀。导出的光集中从白壳31的斜面透光口311射出。由于导光模块32的导光效果很好，不需要像直下式光源模组一样设置很多组光源，大大减小了光源模组体积，也大大节约了生产成本。
本发明提供的侧入式发光二极管照明增益模组可以应用于扫描仪中，发光单元33位于白壳31左右两侧的侧边支架34，发光单元33发出的光，经过白壳31和导光模块32的作用，利用光折射和全反射改变光的方向路径，使得光从两侧导向中间，白壳31和导光模块32的锯齿微结构321提高光源使用率，导光模块32的锯齿微结构321使得光源的均匀度更高；导出的光集中从白壳31的斜面透光口311射出，光透过玻璃透明体射向放置在扫描仪玻璃板稿台上的原稿，产生表示图像特征的反射光，反射光经过玻璃板稿台进入柱状透镜4，射过来的光经过滤光片5过滤掉红外光和紫外光，留下红光、绿光、蓝光这三种光，即得到RGB三条彩色光带，RGB汇聚在PCB基板2上感光元件上，感光元件将RGB光带转变为电子信号，此信号被A/D转换器转变为数字电子信号，最后输送至计算机。整个模组的结构紧凑，体积小，应用到接触式图像传感器中非常节省空间。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的创造构思的前提下，还可以做出其它变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.侧入式发光二极管照明增益模组，其特征在于，包括外壳(1)、位于外壳(1)底部的PCB基板(2)、以及收容于外壳(1)内的发光装置(3)，所述外壳(1)内设有分隔板(11)，所述分隔板(11)的一侧与外壳(1)内侧壁构成U型槽，所述发光装置(3)安装于U型槽内，所述分隔板(11)的另一侧安装有柱状透镜(4)，所述柱状透镜(4)的正下方设有滤光片(5)，所述外壳(1)的顶部覆盖有透明体(6)；
所述发光装置(3)包括白壳(31)、收容于白壳(31)内的导光模块(32)以及发光单元(33)，所述白壳(31)的两端设有侧边支架(34)，所述发光单元(33)安装于侧边支架(34)内侧，所述发光单元(33)被白壳(31)的两端罩住，两端所述侧边支架(34)镶嵌于外壳(1)内，所述侧边支架(34)的底部连接PCB基板(2)，所述安装有发光单元(33)的侧边支架(34)与PCB基板(2)接触处布有线路完成发光单元(33)的电气连接；
所述白壳(31)的上部靠近柱状透镜(4)的一侧设有斜面透光口(311)；
所述导光模块(32)为柱状体，所述导光模块(32)设有锯齿微结构(321)，所述锯齿微结构(321)与斜面透光口(311)处于对角位置，所述锯齿微结构(321)的锯齿为等腰三棱柱，所述锯齿微结构(321)的锯齿高度尺寸由中间向两端渐渐变小,所述锯齿微结构(321)的锯齿齿顶夹角由中间向两端渐渐变大，所述导光模块(32)的锯齿微结构(321)与白壳(31)之间有间隙，所述导光模块(32)相对于间隙，所述导光模块(32)为光密介质，所述间隙为光疏介质。
2.根据权利要求1所述的侧入式发光二极管照明增益模组，其特征在于，所述锯齿微结构(321)的锯齿齿顶夹角为45度～90度。
3.根据权利要求1所述的侧入式发光二极管照明增益模组，其特征在于，所述透明体(6)为玻璃。
4.根据权利要求1所述的侧入式发光二极管照明增益模组，其特征在于，所述发光单元(33)包括红光晶圆、绿光晶圆、蓝光晶圆、红外光晶圆和紫外光晶圆。
5.根据权利要求1所述的侧入式发光二极管照明增益模组，其特征在于，所述白壳(31)为矩形柱状体，所述白壳(31)除斜面透光口(311)外的三条棱边设有倒角，与斜面透光口(311)对角的倒角尺寸大于另外两边倒角尺寸。
6.根据权利要求1所述的侧入式发光二极管照明增益模组，其特征在于，所述分隔板(11)的侧壁与外壳(1)的内壁均设有台阶，构成柱状透镜安装沉台(12)，所述柱状透镜安装沉台(12)中间设有出光槽(13)，所述滤光片(5)位于出光槽(13)的下方。
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