CN102104705B

CN102104705B - 扫描装置及其发光结构

Info

Publication number: CN102104705B
Application number: CN 200910260871
Authority: CN
Inventors: 郭秉宏; 林宏泽; 王耀徽; 陈义樑
Original assignee: Primax Electronics Ltd
Current assignee: Primax Electronics Ltd
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2029-12-21
Also published as: CN102104705A

Abstract

本发明提供一种扫描装置及应用于扫描装置的发光结构，其包括发光源与透镜体。发光源具有多个发光二极管，而透镜体具有多个透镜单元，每一发光二极管对应一透镜单元，且每一透镜单元的顶部皆具有一曲面，每一曲面皆具有一横向曲率半径与一纵向曲率半径，用以提升发光结构投射至文件上的光照质量。

Description

扫描装置及其发光结构

技术领域

本发明涉及一种发光结构，尤其涉及一种应用于扫描装置的发光结构及具有该发光结构的扫描装置。

背景技术

随着科技发展的日新月异，计算机已是每个现代人生活上的必需品，无论于工作或是娱乐方面，计算机都扮演着非常重要的角色，使得与计算机息息相关的外围商品也进而蓬勃发展，例如扫描装置即是一种常用的外围设备。扫描装置主要的功能是进行影像撷取，用以将纸本文件的内容通过扫描的方式转换成电子文件，以便使用者传输、整理或保存。随着扫描装置技术的成熟，扫描装置也越来越普及化。

一般来说，扫描装置在进行图像数字化的过程中，首先会将光源发射的光线投射到欲扫描的纸本文件上，纸本文件在将投射到其上的光线反射至电荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)上。由于纸本文件上不同的颜色与亮暗程度分别具有不同的光线反射能力，因此投射到纸本文件上的光线会形成强弱不等的反射光线，电荷耦合元件再将照射在其上的强弱不等的反射光线转换为计算机所能判别的数字数据，从而可撷取到纸本文件的影像。

扫描装置上的光源是影响扫描结果的关键因素之一，像是光源发射的光线若是不纯或偏色都会使得最后撷取的影像质量低弱或是具有暗纹。传统的扫描装置利用阴极射线管(CCFL)作为提供光线的来源，然而阴极射线管要到达有效的光源强度需要一段不算短的热机时间(约1～3分钟不等)，所以不符合现代生活分秒必争的需求，因此公知技术提出利用发光二极管(LED)数组来替代阴极射线管作为提供光线的来源，因其具有发光效率高、能量转换快、且更为省电的优点，中国台湾专利第544046号公告即为一明例。

请参阅图1与图2，图1为中国台湾专利第544046号公告所提出的光源结构的立体分解示意图，图2为图1所示光源结构的截面示意图。光源结构1包括光源体10与透镜体11，光源体10由多个发光二极管101所构成，该些发光二极管101以等距的方式直线排列于基板12上，而透镜体11呈一山洞形状且设置于该些发光二极管101的上方，其中，透镜体11的曲面镜面111依各种参数及光学公式设计。请参阅图3，其为图1所示光源结构的单一发光二极管所产生的光束的示意图。发光二极管101提供投射光，投射光经过被设计的曲面镜面111后向外呈近乎平行的方式发出，而均匀地照射至欲扫描的文件上，其均匀度及均匀带有效范围R皆比公知使用阴极射线管时提高。

请参阅图4A和图4B，其中图4A为理想的光照强度分布示意图，图4B为使用发光二极管作为光源的光源结构的光照强度分布示意图；其中，纵轴为光照度，横轴为多个发光二极管101的分布距离。理想状态下，在多个发光二极管101的分布距离内皆应提供相等强度的光照度，其如图4A所示；但以实际情况而言，多个发光二极管101的分布距离的两侧会依照光学中余弦四次方(cos⁴)定律使得光照度逐渐下降，如图4B所示区域A1与区域A2，此现象亦会发生于以阴极射线管作为发光源的扫描装置；再者，单一发光二极管101虽提供了具有均匀度的光照范围(如图3所示的有效范围R)，但由于该些发光二极管101之间具有间隔距离，且透镜体11的曲面镜面111的曲率一致，使得整体照射至欲扫描文件上的光照范围不均匀(具有暗纹)，且使用发光二极管101作为发光源的扫描装置会具有光照度波动震荡(Ripple)的现象，如图4B所示区域A3。

发明内容

本发明的主要目的在提供一种应用于扫描装置的发光结构，尤其关于一种具有多个曲面的透镜的发光结构。

于一较佳实施例中，本发明提供一种发光结构，应用于扫描装置，扫描装置用以扫描文件而获得文件的影像，发光结构包括：

发光源，包括多个排列于同一直线的发光二极管，每一发光二极管产生投射至文件上的光束，其中，多个发光二极管产生的多个光束于文件上共同形成一光照范围；以及

透镜体，包括多个透镜单元，用以将多个光束传导至文件上，每一透镜单元对应一发光二极管并设置于所对应的发光二极管上方，其中，每一透镜单元包括一柱状部，且柱状部包括：

底部，黏贴于发光二极管上；以及

顶部，具有曲面，其中曲面具有横向曲率半径与纵向曲率半径。

于一较佳实施例中，多个发光二极管以相等的间隔距离排列，且每一透镜单元的曲面具有相同的横向曲率半径，以及每一透镜单元的曲面具有相同的纵向曲率半径。

于一较佳实施例中，多个发光二极管以相异的间隔距离排列，且每一透镜单元的曲面的横向曲率半径不同，以及每一透镜单元的曲面的纵向曲率半径不同。

于一较佳实施例中，多个发光二极管的部分发光二极管以相异的间隔距离排列，且对应该部分发光二极管的每一透镜单元的曲面的横向曲率半径不同，以及对应该部分发光二极管的每一透镜单元的曲面的纵向曲率半径不同。

于一较佳实施例中，透镜体一体成型。

于一较佳实施例中，透镜体由透明塑料所制成。

于一较佳实施例中，一种扫描装置，用以扫描一文件而获得一文件的影像，该扫描装置包括：

一玻璃平台，用以放置该文件；以及

一扫描模块，包括：

一发光结构，包括：

一发光源，包括多个排列于同一直线的发光二极管，每一该发光二极管产生投射至该文件上的一光束，其中，该多个发光二极管产生的多个光束于该文件上共同形成一光照范围；以及

一透镜体，包括多个透镜单元，用以将该多个光束传导至该文件上，每一该透镜单元对应一该发光二极管并设置于所对应的该发光二极管上方，其中，每一该透镜单元包括一柱状部，且该柱状部包括：一底部，黏贴于该发光二极管上；以及一顶部，具有一曲面，其中该曲面具有一横向曲率半径与一纵向曲率半径；

多个反射镜，用以反射由该文件反射出的该多个光束；以及

一光学感测模块，用以接收该多个光束。

于一较佳实施例中，光学感测模块包括：

透镜，用以使多个光束聚焦；以及

光学感测元件，用以接收多个光束且将多个光束转换为电子信号而获得文件的影像。

于一较佳实施例中，光学感测元件为电荷耦合元件。

附图说明

图1为中国台湾专利第544046号公告所提出的光源结构的立体分解示意图。

图2为图1所示光源结构的截面示意图。

图3为图1所示光源结构的单一发光二极管所产生的光束的示意图。

图4A为理想的光照强度分布示意图。

图4B为使用发光二极管作为发光源的光源结构的光照强度分布示意图。

图5为本发明发光结构于一较佳实施例中应用于扫描装置的示意图。

图6A为本发明发光结构一较佳实施例的结构示意图。

图6B为图6A所示发光结构以V1方向为视角的结构示意图。

图6C为图6A所示发光结构以V2方向为视角的结构示意图。

图7A为每一曲面的横向曲率半径与纵向曲率半径分别为3.25mm与2.00mm时的光照强度分布图。

图7B为每一曲面的横向曲率半径与纵向曲率半径分别为2.15mm与3.00mm时的光照强度分布图。

主要元件标记说明

1光源结构 2扫描装置

10光源体 11透镜体

12基板 21盖

22玻璃平台 23扫描模块

24壳体 25发光结构

26反射镜 27光学感测模块

101发光二极管 111曲面镜面

251发光源 252透镜体

271透镜 272光学感测元件

2511发光二极管 2521透镜单元

2522柱状部 2523底部

2524顶部 2525曲面

A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7图标区域

B光束

D1多个发光二极管的光分布距离

D2发光结构的光分布纵向距离

P文件 R有效范围

RH横向曲率半径 RV纵向曲率半径

V1视角方向 V2视角方向

具体实施方式

请参阅图5，其为本发明发光结构于一较佳实施例中应用于扫描装置的示意图。扫描装置2包括上盖21、玻璃平台22以及扫描模块23，玻璃平台22用以放置待扫描的文件P，而扫描模块23包括壳体24、发光结构25、多个反射镜26以及光学感测模块27，扫描模块23可由文件P的一端移动至文件P的另一端，用以扫描文件P的影像。当扫描装置2开始运作时，发光结构25会提供光源使光束B投射到文件P上，光束B再由文件P上反射出来，最后通过多个反射镜26将由文件P反射出的光束B反射至光学感测模块27上；其中，光学感测模块27包括透镜271与光学感测元件272，透镜271用以将光束B聚焦，光学感测元件272再接收聚焦的光束B且将光束B转换为电子信号而获得文件P的影像，此外，光学感测元件272为一电荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)。

接下来说明本发明的发明精神，请参阅图6A、图6B和图6C，其为本发明发光结构一较佳实施例的不同视角的结构示意图；其中，图6A与图5同一视角，图6B以图6A的V1方向为视角，以及图6C以图6A的V2方向为视角。发光结构25包括发光源251与透镜体252，发光源251具有多个发光二极管2511，且该些发光二极管2511呈直线排列，每一个发光二极管2511皆产生一光束B投射至文件P上，且投射至文件P上的每一光束B在文件P上共同形成一光照范围。

再者，每一光束B在投射至文件P前，必须先经过用以将所有光束B传导至文件P上的透镜体252，其中，透镜体252包括多个透镜单元2521，每一透镜单元2521对应一发光二极管2511且被设置于其对应的发光二极管2511的上方，且每一透镜单元2521具有混光用途的柱状部2522，其包括黏贴于发光二极管2511上的底部2523与具有曲面2525的顶部2524；此外，透镜体252一体成型，且材质为透明塑料，如压克力塑料(PMMA)。

特别说明的是，每一曲面2525皆具有各自的横向曲率半径RH与纵向曲率半径RV，用以扩散每一发光二极管2511正上方的光束B，并集中发光二极管2511与发光二极管2511之间的光束B，使得投射至文件上的光照范围具有适当的光均匀度、光强度以及有效光照范围，因此，最佳化每一曲面2525的横向曲率半径RH与纵向曲率半径RV将提升光照范围的性能。

其中，针对实际应用的需求，每一曲面2525的横向曲率半径RH与纵向曲率半径RV的数值可由数次的实验或是数次的计算机数值模拟比较或是光学最佳化计算而获得，当然，若发光二极管2511与发光二极管2511之间的间隔距离相等，则每一曲面2525可选择相同数值的横向曲率半径RH与纵向曲率半径RV。请参阅图7A和图7B，其为本发明发光结构一较佳实施例的计算机数值模拟的光照强度分布比较图；图7A显示每一曲面的横向曲率半径与纵向曲率半径分别为3.25mm与2.00mm时的光照强度分布图，图7B显示每一曲面的横向曲率半径与纵向曲率半径分别为2.15mm与3.00mm时的光照强度分布图；其中，纵轴为光照度，横轴为多个发光二极管2511的光分布距离D1，亦是发光结构25的光分布纵向距离D2，实线代表发光结构25的横向光照强度分布，而虚线代表发光结构25的纵向光照强度分布。此外，本实施例中，发光源251采用15颗发光二极管2511，每一发光二极管2511之间相距5.00mm。经比较图7A所示的区域A4与图7B所示的区域A5后可知，图7A所示的光照度波动震荡(Ripple)现象较少，使之具有较佳的光均匀度，且图7A所示的光照强度亦较大，因此，图7A所示的光照范围的性能明显地优于图7B。

另外，本发明发光结构25的发光二极管2511与发光二极管2511之间并不局限于以相等的间隔距离排列，亦可以相异的间隔距离排列使部分的发光二极管2511集中于多个发光二极管2511的分布距离D1的两侧，用以补偿因光学余弦四次方(cos⁴)定律所造成光照度不足的区域(如图7A所示的区域A6与区域A7)。此时，为了提升文件P上的光照范围的性能，每一曲面2525的横向曲率半径RH因应发光二极管2511与发光二极管2511间的不同间隔距离而不同，且每一曲面2525的纵向曲率半径RV亦因应发光二极管2511与发光二极管2511间的不同间隔距离而不同。

详言之，在发光二极管2511的排列过程中，依照实际状况的需求可能会有一部分的发光二极管2511相互之间以等距排列，而另一部分的发光二极管2511相互之间以不等距排列；此时，横向曲率半径RH与纵向曲率半径RV的数值选择将是影响光照范围性能的关键因素，一较佳的作法为当该部分发光二极管2511相互之间以等距排列时，可令对应于该部分发光二极管2511的每一透镜单元2521的曲面2525具有相同的横向曲率半径RH，以及对应于该部分发光二极管2511的每一透镜单元2521的曲面2525具有相同的纵向曲率半径RV，而当该另一部分的发光二极管2511相互之间以不等距排列时，对应于该另一部分发光二极管2511的每一透镜单元2521的曲面2525的横向曲率半径RH与纵向曲率半径RV皆会特别被设计，设计方式可如前所述利用数次的实验或是数次的计算机数值模拟比较而获得；因此，每一曲面2525的横向曲率半径RH可能相异，以及每一曲面2525的纵向曲率半径RV亦可能不同，当然，无论发光二极管2511的排列方式为何，每一曲面2525的横向曲率半径RH与纵向曲率半径RV的数值选择方式不局限于上述较佳的作法。此外，横向曲率半径RH的数值可以为无限大，而纵向曲率半径RV的数值亦可以为无限大，或是横向曲率半径RH的数值与纵向曲率半径RV的数值可同时为无限大，其中，在横向曲率半径RH的数值与纵向曲率半径RV的数值同时为无限大的状态下，发光结构25的光照范围的性能由透境单元2521的柱状部2522的形状所主导。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求，因此凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本发明的权利要求内。

Claims

1.一种发光结构，应用于一扫描装置，该扫描装置用以扫描一文件而获得一文件的影像，其特征在于该发光结构包括：

一透镜体，包括多个透镜单元，用以将该多个光束传导至该文件上，每一该透镜单元对应单一发光二极管并设置于所对应的该发光二极管上方，其中，每一该透镜单元包括一柱状部，且该柱状部包括：

一底部，黏贴于该发光二极管上；以及

一顶部，具有一曲面，其中该曲面具有一横向曲率半径与一纵向曲率半径。

2.如权利要求1所述的发光结构，其特征在于该多个发光二极管以相等的间隔距离排列，且每一该透镜单元的曲面具有相同的横向曲率半径，以及每一该透镜单元的曲面具有相同的纵向曲率半径。

3.如权利要求1所述的发光结构，其特征在于该多个发光二极管以相异的间隔距离排列，且每一该透镜单元的曲面的横向曲率半径不同，以及每一该透镜单元的曲面的纵向曲率半径不同。

4.如权利要求1所述的发光结构，其特征在于该多个发光二极管的部分发光二极管以相异的间隔距离排列，且对应该部分发光二极管的每一该透镜单元的曲面的横向曲率半径不同，以及对应该部分发光二极管的每一该透镜单元的曲面的纵向曲率半径不同。

5.如权利要求1所述的发光结构，其特征在于该透镜体一体成型。

6.如权利要求1所述的发光结构，其特征在于该透镜体由一透明塑料所制成。

7.一种扫描装置，用以扫描一文件而获得一文件的影像，其特征在于该扫描装置包括：

一玻璃平台，用以放置该文件；以及

一扫描模块，包括：

一发光结构，包括：一发光源，包括多个排列于同一直线的发光二极管，每一该发光二极管产生投射至该文件上的一光束，其中，该多个发光二极管产生的多个光束于该文件上共同形成一光照范围；以及一透镜体，包括多个透镜单元，用以将该多个光束传导至该文件上，每一该透镜单元对应单一发光二极管并设置于所对应的该发光二极管上方，其中，每一该透镜单元包括一柱状部，且该柱状部包括：一底部，黏贴于该发光二极管上；以及一顶部，具有一曲面，其中该曲面具有一横向曲率半径与一纵向曲率半径；

多个反射镜，用以反射由该文件反射出的该多个光束；以及

一光学感测模块，用以接收该多个光束。

8.如权利要求7所述的扫描装置，其特征在于该光学感测模块包括：

一透镜，用以使该多个光束聚焦；以及

一光学感测元件，用以接收该多个光束且将该多个光束转换为电子信号而获得该文件的影像。

9.如权利要求8所述的扫描装置，其特征在于该光学感测元件为一电荷耦合元件。