TWI496450B - 光源模組及具有該光源模組之接觸式影像感測裝置 - Google Patents

Description

光源模組及具有該光源模組之接觸式影像感測裝置

本發明係有關於一種接觸式影像感測裝置之光源模組，尤指一種應用光纖做為光導桿之接觸式影像感測裝置的光源模組。

接觸式影像感測器(Contact Image Sensor,CIS)為線型影像感測器的一種，係用於將平面的圖像或文件掃描成電子格式，以便於儲存、顯示或傳輸，其主要應用有掃描器、傳真機以及多功能事務機等。

接觸式影像感測器的工作原理是將一光源所產生的光線照射到待掃描的稿件上，經過稿件反射光線，並利用一鏡片組將該反射光線聚集於電荷耦合元件(Charge-Coupled Device,CCD)或是互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)等感光元件之上，利用感光元件將光的訊號改變為電的訊號，進而產生類比或數位畫素(pixel)資料。在掃描過程中，由於感光元件可以檢測稿件上各區域反射回來之具有不同強度的光，較暗的區域反射光之強度較弱、較亮的區域反射光強度較強，將所有反射的光轉換為類比或數位的電訊號，此電訊號會與光的強度成正相關，最後再使用與對應掃描器的文字 或影像掃描軟體處理這些數據，並將其重現於電腦影像檔。

習知使用於接觸式影像感測裝置之光源模組主要應用一發光元件搭配一壓克力或塑膠材質製成之導光柱，該導光柱呈一多角形結構，然而其多角型結構卻導致入射光會由接角處漏出，導致亮度不均的問題，並大大的降低了光的使用效率。

鑒於先前技術所述，本發明之一目的，在於提供一種使用於線形影像感測器之光源模組。

本發明之另一目的，在於提供使用上述光源模組之接觸式影像感測裝置。

為達上述目的，本發明提供一種光源模組，包含有一座體、一發光元件以及一光導桿。該座體包含一凹槽，該凹槽包含一底面部、一肩部以及一側面部。該發光元件設置於該底面部，並朝著相反於該座體之方向發出光線；該光導桿係為一光纖，該光導桿之其中一端面抵頂於該肩部，且該光導桿之部分表面貼合於該側面部，該發光元件之光線射入並以全內反射方式在該光導桿中傳輸，且該光導桿表面之一側係設置有複數個用以改變光線全內反射路徑之凹部。

另外，本創作更提供一種影像感測裝置，包含有一殼體、一光源模組、一鏡片組以及複數個影像感測單元。

該殼體包含一溝槽與一穿槽，該光源模組係設置於該殼體之溝槽內，該光源模組包含有一座體、一發光元件以及一光導桿。該座體包含一底面部、一肩部以及一側面部。該發光元件設置於該底 面部，並朝著相反於該座體之方向發出光線。該光導桿係為一光纖，該光導桿之其中一端面抵接於該肩部，且該光導桿之部分表面貼合於該側面部，該發光元件之光線射入並以全內反射方式在該光導桿中傳輸，且該光導桿之表面之一側係設置有複數個用以改變光線全內反射路徑之凹部。該鏡片組係設置於該殼體之該穿槽，用以接收經由一被掃瞄物體所反射之光線，並產生一聚焦影像；該等影像感測單元，設置於該殼體下方，且沿著軸向地排列，以便擷取到一橫列影像。

本發明之接觸式影像感測裝置係使用光纖作為光導桿，由於光線在光纖內部傳輸的損耗遠低於在其他導光材質，可大幅的提升該光導桿的發光亮度，搭配設置於該光導桿上之該等凹部，使得整個光導桿之亮度更為均勻。

100‧‧‧殼體

110‧‧‧溝槽

112‧‧‧反射部

120‧‧‧穿槽

200‧‧‧光源模組

210‧‧‧座體

212‧‧‧凹槽

2122‧‧‧底面部

2124‧‧‧肩部

2126‧‧‧側面部

220‧‧‧發光單元

230‧‧‧光導桿

232‧‧‧纖核

234‧‧‧纖衣

236‧‧‧凹部

240‧‧‧反光元件

300‧‧‧鏡片組

400‧‧‧影像感測單元

第一圖為本發明之接觸式影像感測裝置之立體分解圖。

第二圖為本發明之光源模組之立體分解圖。

第三圖為本發明之光源模組之剖視圖。

第四圖A、B為沿著第二圖4-4之剖面示意圖。

第五圖為本發明之光源模組之下視圖。

第六圖為本發明之光導桿上凹部之密度、寬度、深度分佈圖表。

配合參閱第一圖，為本發明之接觸式影像感測裝置之立體圖。該接觸式影像感測裝置包含有一殼體100、一光源模組200、一鏡片 組300以及一影像感測單元400。

該殼體100係包含一溝槽110與一穿槽120，且該溝槽110之底部設置有一反射部112。該光源模組200係設置於該溝槽110內，該鏡片組300設置於該穿槽120內；該光源模組200包含有一座體210、一發光元件220以及一光導桿230。

配合參閱第二圖與第三圖，分別為本發明之光源模組200之立體分解圖與剖面圖，該光源模組200係用以提供一亮度均勻之線形光源，作為該接觸式影像感測裝置之照明光源。該座體210係包含有一凹槽212，該凹槽212包含有一底面部2122、一肩部2124以及一側面部2126。該發光元件220係設置於該底面部2122，並朝著相反於該座體210之方向發出光線，其中該發光元件220為發光二極體(LED)。

該光導桿230係為一沿著一特定方向延伸之光纖(Optical fiber)，該光纖為一圓柱形的介質波導，應用全內反射(Total internal reflection)原理來傳導光線。該光纖的結構大致分為高折射率的纖核(core)232以及位於纖核232外低折射率的纖衣(cladding)234，其中纖核232係使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材質製成，其折射率為1.49，纖衣234係使用氟化樹脂材質製成，折射率為1.42。由於纖核232的折射率大於纖衣234的折射率，因此當光線在一特定角度內入射至該光纖的一端時，光線會在纖核232與纖衣234之交界處不斷的進行全內反射，並將光線傳遞至該光纖的另一端。由於光線在光纖內部傳輸的損耗遠低於在其他導光材質，可有效地避免光線於傳遞中損失，加上光纖本身不會產生漏光的情形，因此大幅的提升該光導桿230的發光亮度。

該光導桿230之其中一端面係抵頂於該座體210之肩部2124，且該光導桿230之部份表面係貼合於該側面部2126；該光導桿230另一端面設置有一反光元件240，用以增加光反射量以提升該光導桿230之亮度及均勻度。

當該發光元件220在一特定角度內入射至該光導桿230時，光線係經由全內反射方式於該光導桿230內部傳輸，該光線傳遞至該光導桿230之另一端，則該反光元件240係反射該光線，於是該光線於該光導桿230內反向傳遞。其中該特定角度係為一造成光線全內反射之臨界角，其角度係由下式推算而得： 其中n_i為光入射面(即纖核)的折射率，n_r為光出射面(即纖衣)的折射率。

該光導桿230表面之一側係設置有複數個用以改變光線全內反射路徑之凹部236，且該等凹部236可為U形、V形(如第四圖A、B所示)或其他具軸對稱的圖形，其中該等凹部236係利用滾壓成型、擠壓成型、切銷成型或直接射出成型之方式形成於該光導桿230上。

該等凹部236主要用以破壞該光導桿230的表面，使入射於該光導桿230之光線經由該等凹部236折射出光或再經反射而由該光導桿230相反於設置有凹部236之另一側面出光，使得光導桿230達到亮度均勻化的效果。

此外，為更進一步的使光導桿230的亮度達到均勻化的效果，可調整該等設置於光導桿230上之凹部236的密度、寬度與深度，使得位於該光導桿230不同位置之凹部236其密度、寬度與深度都有所差別，如第五圖所示。

配合參閱第六圖，為本發明之光導桿230上凹部之分佈的一種實施例的分佈圖，其中該圖表橫軸方向係標示該等凹部236之數量，縱軸表示該凹部之間距、寬度與深度的尺寸大小。如圖中所示，任二凹部236的間距係隨著越遠離於該座體210而呈一階梯狀的增加，亦即，鄰近於該座體210之凹部236與相鄰的凹部236的間距較小，而遠離該座體210之凹部230與相鄰的凹部236的間距較大。該等凹部236之寬度係指由該等凹部236橫跨於該光導桿230之最大長度，由圖中可看出，該等凹部236之寬度係隨著遠離該座體210而逐漸增加；該等凹部236之深度係指其垂直深入該光導桿230之長度，由圖中可視，該等凹部236之深度係隨著遠離該座體210而逐漸增加。藉由不同間距、寬度與深度分不之該等凹部236，使得由該發光單元220所發出之光線得以均勻的分布於整個光導桿230上，以提供該接觸式影像感測裝置一亮度均勻之掃瞄光源。

復參見第一圖，於實際組裝該光導桿230時，設置有該等凹部236之一側係朝向該殼體100之溝槽110內，利用相反於設置有該等凹部236的表面朝一被掃瞄物體發出光線；而設置有該等凹部236的表面所出射之光線則經由設置於該溝槽110底部之反射部112反射，進而朝向該被掃瞄物體出光，如此以增加照射於該被掃瞄物體之光線。

該鏡片組300係設置於該殼體100之穿槽120，用以接收經由一被掃瞄物體所反射之光線，並產生一聚焦影像，其中該鏡片組300係為一柱狀透鏡陣列。該影像感測單元400係設置於該殼體100下方，包含有一載板410以及複數個設置於該載板410上之影像感測器晶片420，其中該影像感測單元400係為電荷耦合元件(CCD)、互補式金屬氧化物半導體(CMOS)或其他具有光電轉換特性之元件。

掃描影像時，該光源模組200提供一掃瞄光線照射於一被掃瞄物體上，並經由該鏡片組300聚集自該被掃瞄物體反射的光線，並產生一聚焦影像，該影像感測單元400則接收由該鏡片組300所投射之聚焦影像，並將所接收到的影像轉換成電子訊號。

綜合以上所述，本發明之接觸式影像感測裝置係使用可在其內以全內反射方式進行傳輸之光纖作為光導桿，由於光纖可在其內以全內反射方式進行傳輸，使其內部光學傳輸的損耗遠低於在其他導光材質，可大幅的提升該光導桿的亮度；加上設置於該光導桿上之該等凹部使光線的行進路徑改變，使得整個光導桿之亮度更為均勻；並且，由於光纖為極成熟的光學元件，市售成本極低。因此，本發明除了可提高了整體光的使用效率外，更可以有效地降低整體成本支出。

然以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍意圖保護之範疇。

200‧‧‧光源模組

210‧‧‧座體

212‧‧‧凹槽

2122‧‧‧底面部

2124‧‧‧肩部

2126‧‧‧側面部

220‧‧‧發光元件

230‧‧‧光導桿

232‧‧‧纖核

234‧‧‧纖衣

236‧‧‧凹部

240‧‧‧反光元件

Claims (8)

1. 一種接觸式影像感測裝置，包含：一殼體，包含有一溝槽以及一穿槽，該溝槽的底部設置有一反射部；一光源模組，係設置於該殼體之該溝槽內，該光源模組包含：一座體，包含一凹槽，該凹槽包含一底面部、一肩部以及一側面部；一發光元件，設置於該底面部，並朝著相反於該做體之方向發出光線；一光導桿，係為一光纖，該光導桿之其中一端面抵頂於該肩部，且該光導桿之部分表面貼合於該側面部，該發光元件發出並進入該光導桿之光線以全內反射方式在該光導桿中傳輸，並且該光導桿之一側係設置有複數個用以改變光線全內反射路徑之凹部，該光導桿設置有該等凹部之一側係朝向該反射部；一鏡片組，係設置於該殼體之該穿槽，用以接收經由一被掃瞄物體所反射之光線，並產生一聚焦影像；及複數個影像感測單元，設置於該殼體下方，且沿著軸向地排列，以便擷取到一橫列影像，其中，該光導桿利用相反於設置有該等凹部之表面朝該被掃瞄物體的方向出光，設置有該等凹部的表面所出射之光線係經由該反射部反射後朝向該被掃瞄物體的方向出光。
2. 如申請專利範圍第1項所述之接觸式影像感測裝置，其中該光導 桿之另一端面設置有一反光元件。
3. 如申請專利範圍第1項所述之接觸式影像感測裝置，其中該等凹部係呈V形、U形或其他具有軸對稱的圖形。
4. 如申請專利範圍第1項所述之接觸式影像感測裝置，其中各該凹部之寬度、深度與任二凹部間之間距皆不相等。
5. 如申請專利範圍第4項所述之接觸式影像感測裝置，其中該設置於該光導桿之凹部與相鄰近凹部的間距係隨著遠離該座體而增加。
6. 如申請專利範圍第4項所述之接觸式影像感測裝置，其中該等設置於該光導桿之凹部的深度係隨著遠離該座體而增加。
7. 如申請專利範圍第4項所述之接觸式影像感測裝置，其中該等設置於該光導桿之凹部的寬度係隨著遠離該座體而增加。
8. 如申請專利範圍第1項所述之接觸式影像感測裝置，其中該鏡片組係為一柱狀透鏡陣列。