TWI500982B - 雙坡面導光柱及使用其之光源模組及掃描器光學組件 - Google Patents

雙坡面導光柱及使用其之光源模組及掃描器光學組件 Download PDF

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Description

雙坡面導光柱及使用其之光源模組及掃描器光學組件
本發明是有關於一種雙坡面導光柱及使用其之光源模組及掃描器光學組件，且特別是有關於一種其反光面是由雙坡面構成的導光柱，以及使用該導光柱之光源模組及掃描器光學組件。
發光二極體(Light-Emitting Diode,LED)由於具有能量轉換效率高、省電、壽命長、體積小等優點，已經廣泛被應用當作光源。以掃描器而言，LED所發出的光線為點狀光，需要透過導光柱轉換成線狀光，才能提供掃描一原稿時所需要的照明光線。
一般導光柱係以導光為目的，導光的原理為利用頂面上的V形溝槽來對從兩終端投射過來的光線進行反射及/或折射而導引至所需出光的頂面，以便從頂面輸出所要的光線。這種橫向延伸且縱向排列的V形溝槽只能讓設計者調節導光柱的縱向的光線特性，而無法讓設計者調節導光柱的橫向的光線特性，因而已經無法滿足日益嚴格的要求或多樣化的需求，譬如滿足影像感測器的響應曲線的需求。
因此，本發明之一個目的係提供一種雙坡面導光柱及使用其之光源模組及掃描器光學組件，利用在導光柱的雙坡面形成三角錐狀或三角柱狀的空間或實體來當作反射結構，方便設計者藉由調整雙坡面及三 角錐狀或三角柱狀的參數來調整光源模組的出光特性及光線亮度曲線以符合不同產品對光源亮度的需求。
為達上述目的，本發明提供一種雙坡面導光柱，包括一第一平面、一第二平面以及一曲面。第一平面具有多個第一反射結構。第二平面連接至第一平面，並具有多個第二反射結構，第一平面與第二平面之間的一夾角不等於180度。曲面連接第一平面及第二平面。第一平面、第二平面及曲面從導光柱之一第一終端延伸至一第二終端。第一反射結構及第二反射結構將從導光柱之第一終端入射的光線進行反射而轉換成從曲面發出之線狀光。
本發明亦提供一種光源模組，包含一支托座、前述導光柱、一第一發光元件及一第二發光元件。導光柱安裝於支托座上。支托座局部包覆導光柱。第一發光元件及第二發光元件分別鄰近導光柱之第一終端及第二終端設置，用以發射光線進入導光柱中。
本發明更提供一種掃描器光學組件，包含一殼體、前述光源模組、一反射鏡模組、一透鏡及一影像感測器。光源模組安裝於殼體上。反射鏡模組、透鏡及影像感測器設置於殼體中。光源模組將線狀光照射在一原稿上，原稿所反射的光線經由反射鏡模組反射通過透鏡而到達影像感測器。影像感測器獲得一代表原稿之圖像之光學信號。
依據本發明之上述導光柱及使用其之光源模組及掃描器光學組件，利用在導光柱的雙坡面形成三角錐狀或三角柱狀的空間或實體來當作反射結構，除了在縱向排列的反射結構可以變化以外，在接近橫向延伸的反射結構也可以變化。相較於傳統的單一方向做V型溝槽的排列方式，本發明多了更寬廣的調節光源能力，且光源變化可以更細微地漸變，免除了可能發生的明暗急遽變化而產生的影像直線條，甚至是不均勻現 象。這都有助於提升掃描品質。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
Ang‧‧‧夾角
C1、C2、C3‧‧‧連接處
D1、D2‧‧‧深度
DL‧‧‧縱向
DT‧‧‧橫向
H1、H2‧‧‧高度
LA‧‧‧光線
LB‧‧‧線狀光
LC‧‧‧光線
O‧‧‧原稿
p1、p2、p3、p4‧‧‧節距
1、1'、1"、1'''‧‧‧導光柱
1A‧‧‧第一終端
1B‧‧‧第二終端
1C‧‧‧中間處
10‧‧‧第一平面
11‧‧‧出光面
12、12'、12"、12'''‧‧‧第一反射結構
12E‧‧‧邊緣
20‧‧‧第二平面
22、22'、22"、22'''‧‧‧第二反射結構
22E‧‧‧邊緣
30‧‧‧曲面
100‧‧‧光源模組
110‧‧‧支托座
120‧‧‧第一發光元件
130‧‧‧第二發光元件
200‧‧‧掃描器光學組件
210‧‧‧殼體
220‧‧‧反射鏡模組
221、222、223‧‧‧反射鏡
230‧‧‧透鏡
240‧‧‧影像感測器
250、260‧‧‧側板
圖1為依據本發明第一實施例之掃描器光學組件的立體圖。
圖2為圖1的掃描器光學組件的配置示意圖。
圖3為圖1的光源模組的前視圖。
圖4為圖3的導光柱的立體圖。
圖5為圖4的導光柱的局部放大圖。
圖6為圖5的導光柱的側視圖。
圖7為圖3的導光柱的前視圖及局部放大圖。
圖8為依據本發明第二實施例的導光柱的局部放大圖。
圖9為圖8的導光柱的側視圖。
圖10為依據本發明第三實施例的導光柱的側視圖。
圖11為圖10的反射結構的立體圖。
圖12為依據本發明第四實施例的導光柱的側視圖。
圖1為依據本發明第一實施例之掃描器光學組件200的立體圖。圖2為圖1的掃描器光學組件200的配置示意圖。如圖1與圖2所示，本實施例的掃描器光學組件200包含一殼體210、一光源模組100、一反射鏡模組220、一透鏡230及一影像感測器240。
光源模組100係安裝於該殼體210上，用以提供一線狀光 LB。反射鏡模組220、透鏡230及影像感測器240係設置於該殼體210中。於本實施例中是以反射鏡模組220包含三個反射鏡221、222、223作為例子說明，但並非將本發明侷限於此，反射鏡的數目可以適當增減，甚至可以使用單一反射鏡。該光源模組100將該線狀光LB照射在一原稿O上，原稿O所反射的光線LC經由反射鏡模組220反射通過透鏡230而到達影像感測器240，影像感測器240獲得一代表原稿O之圖像之光學信號。亦即，線狀光LB照射在原稿O上以後，由原稿O反射至反射鏡222，在反射鏡222與221之間反射行進數次後，再由反射鏡222反射通過透鏡230而到達影像感測器240。於本實施例中，影像感測器240為電荷耦合元件影像感測器(Charge-coupled device(CCD)type image sensor)。
圖3為圖1的光源模組100的前視圖。如圖3所示，本實施例之光源模組100包含一支托座110、導光柱1、一第一發光元件120及一第二發光元件130。
於本實施例中，第一發光元件120及第二發光元件130是以發光二極體作為例示但非限制性例子說明。第一發光元件120及第二發光元件130分別設置於掃描器光學組件200的兩側板250、260上，兩側板250、260架設於殼體210上，並且連接至支托座110。導光柱1安裝於支托座110上。支托座110局部包覆導光柱1。第一發光元件120及第二發光元件130分別鄰近導光柱1之第一終端1A及第二終端1B設置，用以發射光線LA進入導光柱1中。第一發光元件120與第二發光元件130所發射的光線LA經導光柱1的反射被轉換成由一出光面11射出之線狀光LB。
圖4為圖3的導光柱1的立體圖。如圖4所示，本實施例之導光柱1包括一第一平面10、一第二平面20以及一曲面30。
第一平面10具有多個第一反射結構12，沿著縱向DL隔開 地或獨自地排列。第二平面20連接至第一平面10，並具有多個第二反射結構22，沿著縱向DL隔開地或獨自地排列。此等第一反射結構12之邊緣12E及此等第二反射結構22之邊緣22E係沿著縱向DL排列。第一平面10與第二平面20之間的一夾角Ang不等於180度，也就是第一平面10與第二平面20沒有共平面。於本實施例中，夾角Ang小於180度，最好是介於160度與175度之間，譬如是170度。因此，第一平面10及第二平面20組成雙坡面。
如圖3與4所示，曲面30連接第一平面10及第二平面20。於本例示但非限制性實施例中，曲面30係為一圓弧面。第一平面10、第二平面20及曲面30從導光柱1之第一終端1A延伸至第二終端1B。第一反射結構12及第二反射結構22將從導光柱1之第一終端1A入射的光線LA進行反射而轉換成從曲面30發出之線狀光LB。曲面30的一部分作為圖3的出光面11。
圖5為圖4的導光柱1的局部放大圖。圖6為圖5的導光柱1的側視圖。如圖5與圖6所示，此等第一反射結構12及此等第二反射結構22之每一個具有一V形結構，V形結構係由一三角錐狀的實體構成，各第一反射結構12的V形結構係從第一平面10與曲面30的一連接處C1漸縮至第一平面10與第二平面20之一連接處C3，以及各第二反射結構22的V形結構係從第二平面20與曲面30的一連接處C2漸縮至第一平面10與第二平面20之連接處C3。亦即，三角錐狀的實體在靠近連接處C3的高度H1小於靠近連接處C1及連接處C2的高度H2，提供了相當於鑽石型角錐反射結構。此外，各第一反射結構12及各第二反射結構22約略沿著橫向DT延伸。由於夾角Ang小於180度，所以由反射結構12/22反射過來的線狀光LB會有會聚的效果，因此藉由靠近連接處C3的反射結構12/22 的V形結構的高度H1小於靠近連接處C1/C2的反射結構12/22的V形結構的高度H2的設計，可以達到橫向DT上的光線亮度均勻的效果。
圖7為圖3的導光柱1的前視圖及局部放大圖。如圖7所示，接近導光柱1之第一終端1A或第二終端1B的V形結構的尺寸(如圖的左右兩側的反射結構12/22所示)大於接近導光柱1之第一終端1A與第二終端1B之間的一中間處1C的V形結構的尺寸(如圖的中間的反射結構12/22所示)。此外，接近導光柱1之第一終端1A或第二終端1B的此等V形結構的節距(pitch)大於接近導光柱1之第一終端1A與第二終端1B之間的中間處1C的此等V形結構的節距。舉例而言，節距p4>p3>p2>p1。再者，此等第一反射結構12及此等第二反射結構22相對於中間處1C呈現對稱狀。
於一例子中，圖7的反射結構12/22的高度從左至右依序為0.1mm，0.08mm，0.06mm，0.05mm，0.06mm，0.08mm，0.1mm；而p4、p3、p2、p1分別為0.6mm，0.5mm，0.4mm，0.3mm。
因此，本實施例利用雙坡面上形成的V形漸變反射結構，能讓設計者有效調整縱向與橫向的光源擴散狀況，且能全面性地調節光源強弱。藉由V形結構的節距長短產生縱向的光源擴散效果，以及藉由雙坡面來調整光型以提升反光效率，其中利用雙坡面上的V形結構的高度變化可以加寬光源的在橫向DT上的光型，因為光源在雙坡面的連接處C3處夠亮，所以將連接處C1與C2的反射結構加深或加高，用以調整光型寬度、補償兩側的光線，兼顧光源的均勻性。於一個例子中，可以達成讓導光柱的兩終端的光線強度比導光柱的中間處的光線強，以配合影像感測器的響應曲線(譬如是"微笑"曲線)。於另一例子中，可以達成讓導光柱的光線強度沿著縱向都是均勻狀態。於又另一例子中，利用雙坡面(夾角Ang小於 180度)上的反射結構可以達到會聚光線的效果。如此，可以讓設計者可以不受限於習知技術的單一平面上的反射結構的限制，更有其他設計參數可以調整以滿足各式各樣的需求。
圖8為依據本發明第二實施例的導光柱1'的局部放大圖。圖9為圖8的導光柱1'的側視圖。本實施例係類似於第一實施例，不同之處在於各第一反射結構12'及第二反射結構22'之V形結構係由一三角錐狀的空間構成，第一反射結構12'的三角錐狀的空間係從連接處C1漸縮至連接處C3，以及第二反射結構22'的三角錐狀的空間係從連接處C2漸縮至連接處C3。亦即，各三角錐狀的空間在靠近連接處C3的深度D1小於靠近連接處C1及連接處C2的深度D2。三角錐狀的空間或實體都能達成本發明的效果，好處是可以依據製造方式來作適當的選擇。
圖10為依據本發明第三實施例的導光柱1"的側視圖。圖11為圖10的反射結構12"/22"的立體圖。如圖10與圖11所示，第一反射結構12"及第二反射結構22"之V形結構定義一個三角柱狀的實體。在能滿足線狀光LB的需求規格的狀況下，三角柱狀的實體的結構強度高，且製造成本低。
圖12為依據本發明第四實施例的導光柱1'''的側視圖。如圖12所示，本實施例子係類似於第三實施例，不同之處在於第一反射結構12'''及第二反射結構22'''之V形結構定義一個三角柱狀的空間(因為空間類似於圖10的實體，故不再繪製)。在能滿足線狀光LB的需求規格的狀況下，三角柱狀的空間的結構強度高，且製造成本低。
依據本發明之雙坡面導光柱及使用其之光源模組及掃描器光學組件，利用在導光柱的雙坡面形成三角錐狀或三角柱狀的空間或實體來當作反射結構，除了在縱向排列的反射結構可以變化以外，在接近橫向 延伸的反射結構也可以變化。相較於傳統的單一方向做V型溝槽的排列方式，本發明多了更寬廣的調節光源能力，且光源變化可以更細微地漸變，免除了可能發生的明暗急遽變化而產生的影像直線條，甚至是不均勻現象。這都有助於提升掃描品質。
在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發明之範圍。
C1、C2、C3‧‧‧連接處
DL‧‧‧縱向
DT‧‧‧橫向
1‧‧‧導光柱
10‧‧‧第一平面
12‧‧‧第一反射結構
12E‧‧‧邊緣
20‧‧‧第二平面
22‧‧‧第二反射結構
22E‧‧‧邊緣
30‧‧‧曲面

Claims (11)

  1. 一種雙坡面導光柱，包括：一第一平面，具有多個第一反射結構；一第二平面，連接至該第一平面，並具有多個第二反射結構，該第一平面與該第二平面之間的一夾角不等於180度；以及一曲面，連接該第一平面及該第二平面，其中該第一平面、該第二平面及該曲面從該導光柱之一第一終端延伸至一第二終端，以及該第一反射結構及該第二反射結構將從該導光柱之該第一終端入射的光線進行反射而轉換成從該曲面發出之線狀光，其中該等第一反射結構係沿著從導光柱的該第一終端到該導光柱的該第二終端的一縱向隔開地排列，該等第一反射結構之邊緣及該等第二反射結構之邊緣係治著該縱向排列。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雙坡面導光柱，其中該第一反射結構及該第二反射結構將從該導光柱之該第一終端及該第二終端入射的光線進行反射而轉換成從該曲面發出之線狀光。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之雙坡面導光柱，其中該等第一反射結構及該等第二反射結構之每一個具有一V形結構，該V形結構定義一個三角柱狀的空間或實體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之雙坡面導光柱，其中該等第一反射結構及該等第二反射結構之每一個具有一V形結 構，該V形結構定義一個三角錐狀的空間或實體，該三角錐狀的空間或實體係從該第一平面與該曲面的一連接處及該第二平面與該曲面的一連接處漸縮至該第一平面與該第二平面之一連接處。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之雙坡面導光柱，其中該等第一反射結構及該等第二反射結構之每一個具有一V形結構，而且接近該導光柱之該第一終端或該第二終端的該V形結構的尺寸大於接近該導光柱之該第一終端與該第二終端之間的一中間處的該V形結構的尺寸。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之雙坡面導光柱，其中該等第一反射結構及該等第二反射結構之每一個具有一V形結構，而且接近該導光柱之該第一終端或該第二終端的該等V形結構的節距(pitch)大於接近該導光柱之該第一終端與該第二終端之間的一中間處的該等V形結構的節距。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之雙坡面導光柱，其中該等第一反射結構相對於該導光柱之該第一終端與該第二終端之間的一中間處呈現對稱狀，該等第二反射結構相對於該中間處呈現對稱狀。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之導光柱，其中該夾角介於160度與175度之間。
  9. 一種光源模組，包含：一支托座； 如申請專利範圍第1至8項中之任一項所述之雙坡面導光柱，安裝於該支托座上，其中該支托座局部包覆該導光柱；以及一第一發光元件及一第二發光元件，分別鄰近該導光柱之該第一終端及該第二終端設置，用以發射光線進入該導光柱中。
  10. 一種掃描器光學組件，包含：一殼體；如申請專利範圍第9項所述之光源模組，安裝於該殼體上；以及一反射鏡模組、一透鏡及一影像感測器，設置於該殼體中，其中該光源模組將該線狀光照射在一原稿上，該原稿所反射的光線經由該反射鏡模組反射通過該透鏡而到達該影像感測器，以及該影像感測器獲得一代表該原稿之圖像之光學信號。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之掃描器光學組件，其中該光源模組的光線強度配合該影像感測器的響應曲線。
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