CN1928423A - 可增进光线焦距范围的线状光源 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种可增进光线焦距清晰范围的线状光源，包括设于光源组件上的一个导光棒，以及包覆在此导光棒外缘的一个反光套管。导光棒上有一面为光出射面，此面也具有反射作用，其余面全为反射面，光出射面的表面具有渐进式变化的锯齿，用来调整光线的折射率与反射率使光能均匀输出，而包覆在导光棒外缘的反光套管主要为增强对光线反射的作用，使光的亮度得以提升，在反光套管对应于导光棒光出射面处设有一个透光开口用来让光射出，且在透光开口一侧进一步设有一个反射板，配合导光棒渐进式锯齿状的光出射面设计，不仅能大幅提升光的亮度及均匀度，且使光具有较大范围的光线焦距。

Description

可增进光线焦距范围的线状光源
技术领域
本发明涉及一种线状光源，特别涉及一种具有锯齿状导光棒以及反射套管的装置，可提高光线亮度、均匀度及增进光线焦距清晰范围的线状光源。
背景技术
扫描仪、传真机、复印机以及多功能周边事务机等在日常生活中使用相当频繁，是常见的事务机设备。这些设备主要利用光学原理，以线状光源对目标物进行照明，再对其所反射的光线进行明暗感应而得到输出图像，输出图像的品质与扫描光源有很大关系，出射光线的亮度、均匀度如果不佳，就会降低对目标物的灵敏及精确度，使得输出图像效果不好，目标物如果超出光源所能达到的焦距范围(景深)，也会使输出图像模糊，因此，在光源的设计上，如何提高光输出的亮度、均匀度、感应焦距从而增加清晰度...等，并针对不同使用目的如图片扫描、影印....等不同功能来加强输出效果，是相关领域的技术人员一直努力研发的目标。
常见的线状光源主要以圆柱状或矩形柱状等为设计，其在成型射出制程虽较容易，但在光线绕射、折射计算及亮度、均匀度的控制及成效上则有其先天限制，因此后续有不同发明提出。首先如本发明人先前所研发的“具有反射面的线状光源”技术，如图1所示，其1包括有一个导光棒40’与光源组件50’，该导光棒40’为包含一个弧状面出射面42’的多边形柱体，且在弧状出射面42’相对应处设有一个反射面44’，另包含一个入射面46’以及多个反射层48’，在此类设计中，该导光棒40’的反射面44’可以将来自该光源组件50’的发光二极管的光线形成更均匀的光，且利用弧状出射面42’对于光线的聚光作用可增加光的亮度，并能得到良好的光线输出，提高图像感测的品质。
前述技术将导光棒进行表面处理以提高光线均匀度，也通过改进导光棒的构造，增加聚光效果，提升光线的亮度，虽已具有相当良好的成效，但如何降低光线在行进过程中的能量衰减，对于射出光线的亮度、均匀度再提高，以及增加光线聚焦的景深范围...等，均是该领域不断追求开发的方向，因此，本发明提出一种具反射套管的线状光源，除能更加强光线输出的亮度与均匀度，其套管及反射板的设计，更可导引光线再次反射，降低其漫射与散射的损失，而增加光线的焦距范围。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种线状光源，应用在图像扫描上可增加扫描的清晰度，以使输出图像更为精确。
本发明的另一目的是提供一种可增进光线焦距的线状光源，通过光线焦距范围的增加，进而能感应距离较远的目标物。
本发明的再一目的是提供一种光均匀度较佳的线状光源，能均匀感应待测物，不会有由于光线的亮度不均，造成输出的失真。
本发明的再一目的是提供一种高亮度的线状光源，其可使射出光线再次进行反射，进而使光线能量集中，大幅提升光线亮度。
为达到上述目的，本发明提出一种线状光源，其具有一个导光棒连接于一个光源组件上，导光棒外缘包覆一个反光套管用来反射光线，另导光棒有一面为光出射面，此面也有反射作用，其余面均为反射面，光出射面的表面呈锯齿状，用来调整光线的折射率与反射率使光能均匀输出，包覆于导光棒外的反光套管对应于光出射面处设有一个透光开口让光射出，且透光开口一侧设有一个反射板，导引出射光线经反射板反射，因此降低漫射、散射的损失，而使输出光线的亮度更加提高，且增加光线焦距范围。
本发明可增进光线焦距范围的线状光源与现有技术相比的有益效果在于，可提高光线的亮度、均匀度及增进光线焦距清晰范围。
附图说明
图1为现有线状光源技术结构示意图。
图2为本发明立体结构示意图。
图3为本发明结构分解示意图。
图4A至图4D为本发明剖视示意图。
图5为本发明正视示意图。
图6为本发明结构侧视图。
图7为本发明结构侧视图。
图8为本发明在未设反射板情况下的亮度测试结果图。
图9为本发明设有反射板情况下的亮度测试结果图。
图10A至图10C分别为本发明导光棒的剖视、立体及侧视示意图。
图10D至图10E为本发明4脚和8脚LED封装体示意图。
图11A至图11B为本发明导光棒的剖视及立体示意图。
图12为本发明导光棒的剖视示意图。
主要组件符号说明如下：
光源组件10           导光棒20
反光套管30           透光开口32
安装孔座12           发光二极管(LED)14
出射面22             反射面24
入射面26             透光开口32
上套管34             下套管36
反射板38             目标物40
基座壳体400          上顶套34B
导光棒1000           出射面1010
反射面1020           发光二极管封装1050A、1050B
安装孔座1060         接脚1070
导光棒1100           反射面1120
导光棒1200           出射面1210
反射面1220
具体实施方式
本发明结构除了可以提升整体光线输出的亮度与均匀度外，对于光线的焦距范围也有增进的功效，在如扫描仪、复印机...等图像装置的应用上，具有更佳的输出效果。
首先，本发明的线状光源1其立体结构如图2所示，主要包含光源组件10、导光棒20以及包覆于该导光棒20外的反光套管30，该导光棒20的光线可从该反光套管30的透光开口32投射出。
为阐明本发明的结构，请同时参照图3所示的结构分解示意图，线状光源1所包含的光源组件10是用来与导光棒20套接形成一体，因此其上设有对应于导光棒形状的安装孔座12用来固定该导光棒20，且在光源组件10的安装孔座12内设有至少一个发光二极管(LED)14，用来做为本发明最主要的光源；导光棒20为一个对称多边形柱体，在此以八边形柱体为附图的实施例，导光棒20的主要用途在于可将发光二极管14所产生的点状光源转为线状光源，因此导光棒20有一面设为出射面22，用来让光呈线性射出，其余面为反射面24，用来反射光线亮度，另导光棒20的任意一端为入射面26，当光源组件10与导光棒20装设成一体时，该入射面26与光源组件10上所设的发光二极管14相对应，因此发光二极管14所散发的光线可经过该入射面26进入导光棒20，借助导光棒20的结构将光呈线性散发出去。
反光套管30包覆于该导光棒20外，用来加强光线反射的效能，增加光射出的亮度，在反光套管30对应于该导光棒20的出射面22处形成有一个透光开口32，用来让线性光线可以透出，其它相对应于反射面24的位置外均覆盖有反光套管30，进入导光棒20的光线经反射面24与反光套管30的反射后，可增加光的亮度，再由该出射面22从透光开口32透出。而在结构设计上，反光套管30可进一步包含一个上套管34与一个下套管36，将导光棒20置于上套管34与下套管36中间，借助上、下套管34、36的组合即可将导光棒20包覆于反光套管30中，由于反光套管30的作用主要在于反射光线，因此可选择白色、银色或银白色....等反光效果较佳的颜色。
同时参照图4A，为更加强光线反射的效能，使光线能更集中，在下套管36上且位于透光开口32的一例可进一步设置一个反射板38，反射板38与该透光开口32的垂直轴大约呈30度至60度，该反射板38设置的角度、长度与宽度可随需求而改变，由于经导光棒20内部反射后由出射面22透出的光线，其射出角度范围相当大，并非完全朝向所希望的目标物40，因此借助反射板38的设计，将部分光线再进行一次反射作用，如此可使光线更为聚集，提高射出光的能量，加强光线的亮度。
参照图4B，在其它的实施例中，该反光套管30可由一或二的管套形成，且在应用上，该光源组件10、导光棒20及上、下套管34、36的组合可定位于一个较大的基座壳体400上。
参照图4C，在其它实施例中，该基座壳体400是由白色、银色或银白色的反射材质制成，由此该基座壳体400可成为一个反射壳体，使该光源组件10、导光棒20可直接装设其中，而不用该分离套管的组合定位，以减少生产制程及降低成本。
参照图4D，该基座壳体400于该导光棒20装设后可在其顶端装设一个顶套34B，用来增加该基座壳体400的反射效果。如图5所示，该发光二极管14可选自红色发光二极管、蓝色发光二极管、绿色发光二极管或其它色发光二极管，依照使用者需求来设置，当只需单色光源时，光源组件10上只需设置一种颜色的LED，若需彩色光源时，可利用在可见光光谱范围内的一个或数个有色发光二极管或接近可见光光谱如红外线、紫外线光等而加以设置，在此实施例中，即设有三个发光二极管，当然，所设发光二极管的数量及颜色可随需求加以设定组装。
然而，由于各色LED的颜色不同，其发光波长也有所差异，因此为使发光二极管14的发光角度能最为接近，将发光二极管14置于该安装孔座12中心点往外计算直径1.12±0.1厘米的圆周范围内，使导光棒20与安装孔座12紧密接合时，各色光线能集中有效进入导光棒中，减少无效的反射区域。
参照图6、7，本发明在提升光线亮度同时为能兼顾均匀度，可进一步对出射面22的表面进行处理，使其形成深度倾斜的连续锯齿状，但本案的锯齿状处理是形成于出射面22的外表面，与前案形成于光射出面相对应的渐进式锯齿设计有所不同，前案的锯齿乃形成于内表面，因此光线先经该锯齿反射、折射后再射出，虽可增加射出光线的均匀度，但超过一定范围后，锯齿所产生的反射与折射效果会慢慢变得明显，残留锯齿影像，因此，本案为降低锯齿造成的影响又可让光线均匀射出，而在出射面22的外表面进行锯齿处理，光线先经导光棒20的反射面24与反光套管30的反射、折射作用后，最后才从出射面22射出，此时借着不同仰角设计的锯齿控制光线折射让光线均匀，由于光线是在均匀化后直接射出，不仅锯齿影像残留的问题较不明显，配合反射板38对光线聚集作用，更可提高射出光线焦距的范围。
在本发明中，锯齿的设计与光均匀程度有相当关系，本案的锯齿其仰角角度(Θ)范围介于0.03度至0.15度间，以逐渐增加的方式，也可分段逐渐增加，以分成二段增加为例(参照图7)，其第I段仰角角度范围为介于0.03度至0.09度间的一个固定值(例如0.07)，第II段仰角角度范围为介于0.09度至0.15度间的一个固定值(例如0.11)，若以分成三段增加为例，其第I段仰角角度范围为介于0.03度至0.05度间一个固定值(例如0.04)，第II段仰角角度范围为介于0.05度至0.10度间一个固定值(例如0.08)，第III段仰角角度范围为介于0.10度至0.15度间一个固定值(例如0.12)，依此类推。
以下为形成于出射面22上锯齿高度与斜面长的计算方式，以图6的局部放大加以表示，设此为仰角角度(Θ)相同的一段，L为此段LED聚光焦点总长度，每一个锯齿的单位底长相同，N为需要计算的锯齿至LED聚光焦点的底面长度(介于1-111之间)，且锯齿的底角为φ(介于30度至40度间)，
因此，第1个锯齿的高度X1＝(L-N1)*tanΘ     (1)
      第2个锯齿的高度X2＝(L-N2)*tanΘ
·
·
另外，第1个锯齿的斜面长度Y1＝X1/sinφ1       (2)
      第2个锯齿的斜面长度Y2＝X2/sinφ2
·
·
·
上式(1)与(2)中，可计算锯齿高度，再求出锯齿的斜面长，通过N与φ的变化改变锯齿的斜面长度，达到控制光线折射率、反射率的目的。
图8与图9为本发明光线亮度的测试图，主要用于验证反射板38的功效，在同样绿光光源下，输入能率(Duty)均为0.24，没有装设反射板38的亮度输出约为0.9288V，而设有反射板38的输出亮度可提高至1.5432V，由此可知，本发明由于反射板38的装设可以有效加强光输出的亮度，配合锯齿射出面的设计，不仅可得到高亮度、高均匀度的光线，同时更加大光线焦距范围，在应用上，系可得到品质较佳、分辨率良好的图像输出。
参照图10A至图10C，在本发明的实施例中，该导光棒1000为一个长条形多边形体，其具有一个设在投射面型态的出射面1010(投射面兼具射出窗面位置)，而其各面是作为反射面。因为该导光棒1000为对称式设置，可翻转180度使得该投射面未必设于该射出窗面，而使投射面也可以相对于射出窗面的设置，如此可使导光组配更具弹性需求功能，例如，该投射面是设于射出窗面型态时(即位于同一面的出射面1010设置)，则具有低耗能及可减少昂贵发光二极管的设置功能；而假使仅需较少的光线时，可借助该导光棒的旋转使该投射面是与射出窗面(即该出射面1010位置)呈180度的相对型态设置，如此可使得光量可由制造者加以调整控制。
在本发明的实施例中，如图10A所示，该导光棒1000具有二个投射面，即包括有一个作为出射面1010(即射出窗面位置)和一个相对180度方位而作为反射面1020(用来投射、反射光线)的设置。如此也可以使该导光棒在组装时较容易而不会发生组装方向的错误。
参照图10D至图10E，用来分别说明发光二极管封装1050A、1050B，如图10D所示，该发光二极管封装1050A具有四接脚，用来将三个发光二极管装在封装壳体的安装孔座1060内，而四接脚1070是作为供发光二极管的电源导接及一般接地之用。同样地，图10E所示的该发光二极管封装1050B的八接脚，可提升至作为七个发光二极管使用。
参照图11A至图11B，在本发明的另一实施例中，导光棒1100可为五角形柱体，该导光棒1100包括有一个具有投射面功能的出射面1110，而该出射面1110的相对面设有一个反射面1120，在适当的实施例中，该反射面1120具有一个平滑面或粗糙面，且该反射面1120也可以如同该出射面1110具有投射面的功能。
参照图12，该导光棒1200是以另一种多边形长条体实施，该导光棒1200包括有一个具有投射面功能的出射面1210和一个反射面1220。
而必须说明的是，在前述诸实施例中，该投射面可应各种需求而加以调整，例如，该导光棒接近光源设置一端的前20或30毫米长度范围，该锯齿型态可以表面粗糙处理方式来取代。
另外，该光源可选自可见光光谱范围内的任何颜色的发光二极管或接近可见光光谱的如红外线或紫外线光源，例如，该发光二极管可为绿色、黄色、蓝色、红色、白色等，这可使线性光源组合具有较大范围和光量投射的功效。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，而并不是用来限定本发明实施的范围。因此任何依本发明所阐述的形状、构造、特征及精神所为的等同性变化或修饰，都应涵盖于本发明的专利保护范围内。

Claims (30)

1、一种可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，包括：
一个导光棒，为多边形柱体，该导光棒有一面为出射面，其余面为多个反射面，且该出射面表面为锯齿状表面；
一个光源组件，用来套接该导光棒，且该光源组件中间设有至少一个发光二极管；以及
一个反光套管，包覆于该导光棒外，对应于该出射面处设有一个用来投射出来自该出射面光线的反射板。
2、根据权利要求1所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，该光源组件上设有对应于该导光棒形状的一个安装孔座用来固定该导光棒。
3、根据权利要求1所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，该发光二极管至少包括一个在可见光谱或接近可见光谱的任何颜色的发光二极管。
4、根据权利要求2所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，该发光二极管设在该安装孔座中心点往外计算直径为1.12±0.1厘米的圆周范围内。
5、根据权利要求1所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，该锯齿状表面形成于该出射面的外表面。
6、根据权利要求1所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，该反光套管进一步包含一个上套管与一个下套管，该上套管与该下套管互相组装成一体。
7、根据权利要求1所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，该反射板与该透光开口的垂直轴呈30度至60度。
8、根据权利要求5所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，该锯齿状表面的角度为逐渐增加，其仰角角度范围为0.03度至0.15度。
9、根据权利要求5所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，该锯齿状表面的仰角角度为分多段逐渐增加。
10、根据权利要求1所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，该反光套管的颜色选自白色、银白色、银色之一。
11、一种可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，包括：
一个导光棒，为多边形柱体，该导光棒有一面为出射面，其余面为多个反射面，且该导光棒的至少一端为入射面，其中该出射面表面为锯齿状表面；
一个光源组件，用来套接该导光棒，且该光源组件中间设有至少一个发光二极管；以及
一个反光套管，包覆于该导光棒外，对应于该出射面处设有一个透光开口。
12、根据权利要求11所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，该锯齿状表面呈渐进式锯齿状，且形成于该出射面的外表面。
13、根据权利要求11所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，该光源组件上设有对应于该导光棒形状的一个安装孔座用来固定该导光棒。
14、根据权利要求11所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，该透光开口的一侧进一步设有一个反射板。
15、根据权利要求11所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，该发光二极管至少包括一个在可见光谱或接近可见光谱的任何颜色的发光二极管。
16、根据权利要求13所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，该发光二极管设于该安装孔座中心点往外计算直径为1.12±0.1厘米的圆周范围内。
17、根据权利要求11所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，该反光套管进一步包含一个上套管与一个下套管，该上套管与该下套管互相组装成一体。
18、根据权利要求11所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，该反射板与该透光开口的垂直轴呈30度至60度。
19、根据权利要求12所述的可增进光线焦距的线状光源，其特征在于，该锯齿状表面角度为逐渐增加，其仰角角度范围为0.03度至0.15度。
20、根据权利要求12所述的可增进光线焦距的线状光源，其特征在于，该锯齿状表面的仰角角度为分多段逐渐增加。
21、根据权利要求11所述的可增进光线焦距的线状光源，其特征在于，该反光套管的颜色选自白色、银白色、银色之一。
22、一种可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，包括：
一个导光棒，为多边形柱体，该导光棒有一面为出射面，其余面为多个反射面，且该导光棒的至少一端为入射面，其中该出射面与该多个反射面至少有一面为锯齿状表面；
一个光源组件，用来套接该导光棒，且该光源组件中间设有至少一个发光二极管；以及
一个反光套管，包覆于该导光棒外，对应于该出射面处设有一个透光开口，且在该透光开口的一侧设有一个反射板。
23、根据权利要求21所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，该锯齿状表面呈渐深式设置。
24、根据权利要求21所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，该光源组件上设有对应于该导光棒形状的一个安装孔座用来固定该导光棒。
25、根据权利要求21所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，该发光二极管至少包括一个在可见光谱或接近可见光谱的任何颜色的发光二极管。
26、根据权利要求23所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，该发光二极管设于该安装孔座中心点往外计算直径为1.12±0.1厘米的圆周范围内。
27、根据权利要求21所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，该反光套管进一步包含一个上套管与一个下套管，该上套管与该下套管互相组装成一体。
28、根据权利要求21所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，该反射板与该透光开口的垂直轴呈30度至60度。
29、根据权利要求22所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，该锯齿状表面的锯齿角度为逐渐增加，且其仰角角度范围为0.03度至0.15度。
30、根据权利要求21所述的可增进光线焦距范围的线状光源，其特征在于，该反光套管的颜色选自白色、银白色、银色之一。
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