CN1462143A - 图像读取装置与液晶模块所用的线状光源 - Google Patents
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Abstract
一种图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，至少包含有导光棒与光源组件。其特征是该导光棒为多边形柱体，该多边形柱体中的一表面，为分布有表面纹理并具有反射作用的反射面，而该反射面的相对应面为呈凸字状的出射面，其余的表面均为反射层，该多边形柱体的两侧尾端，其中至少一侧尾端为可供光线进入的入射面，该光源组件于多边形柱体的两侧端(或一侧端，则另一侧端为反射层端面)发射光束，并经由凸字状的出射面均匀射出；本发明的导光棒具有结构及形状简明而制造简易及良品率高故而制造成本甚低，且具体积小、光能利用率高及可截短或增长的优点，此外尚具有可产生所需不同波长的单色光或彩色光的多功能、高亮度及低成本的优点，而具实用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种线状光源，特别涉及一种扫描器、传真机、多功能周边事务机及影印机等的图像读取装置与液晶模块所用的线状光源。
背景技术
在扫描器、传真机、多功能周边事务机及影印机等图像读取装置中，需用线状光源来对目标进行照明，在液晶模块中，需对液晶背景进行照明，所用的一种方法为：利用线状光源，再结合能将线状光源转换为面状光源的导光棒，即可为液晶板提供背光。
图像读取装置与液晶模块的线状光源的现有技术有：如图1所示，采用冷阴极管的线状光源110；如图2所示，采用发光二极管(LED)阵列的线状光源120；如图3所示，采用LED阵列加柱面透镜的线状光源130；如图4所示，采用柱面导光棒的线状光源140；如图5A及图5B所示，采用柱面导光棒加外壳的线状光源150；如图6及图7及图8A及图8B及图9A及图9B所示，采用柱面与斜面相交构成的导光棒的线状光源160、170、180及190。
上述图1所示的线状光源110由冷阴极管112与转换电路114组成，冷阴极管112的发光原理与普通的萤光管(热阴极管)一样，但电极部分因没有灯丝构造，简单又使电极小型化的优点，特别适合细管径，然此技术由于需配置转换电路114，故整体体积大，且由于冷阴极管112为圆柱体发光，故光能利用率低，且不能分别产生不同波长的光，易破碎及寿命短。
图2中，于基板122上安装有许多个LED124，譬如40个。此技术因LED 124的辐射立体角可大至半空间，故光能利用率低；而由于LED 124之间存在间距与发光强度不一致，故光均匀性差；且采用许多个LED 124，故成本高。
图3中，亦在基板122上安装有许多个LED 124，如40个，同时设置有柱面透镜132；与图2相比，此增设柱面透镜132的技术虽改善了光能利用率与光均匀性，但其光能利用率、均匀性仍嫌不足，且其有提高成本的缺点。
如图4所示的技术，请参阅美国专利号：5400224，光线利用一柱面构成的导光棒142后射出。导光棒142截面为圆形，亦可为矩形、三角形、椭圆形、不规则形状等，当入射光200射入后，在导光棒142内，对于入射角大于临界角的光线将以无光通量损失的全反射方式进行传播，最终从另一端面射出，形成出射光202；当光线落至表面纹理144后，对于入射角小于临界角的光线将从此表面纹理144折射出去，形成从表面纹理144折射出来的光线204，同时，与此表面纹理144相对的光滑表面也有入射角小于临界角的光线折射出去，形成从光滑表面折射出来的光线206。而由于光线从三面射出，故光能利用率低，因导光棒142仅为简单的柱面，表面纹理144仅为简单的带状，故光均匀性差。
如图5A、5B所示的技术，请参阅日本专利申请公开号：特开平8-163320。线状光源150由导光棒152，光源组件300及外壳158组成，由柱面构成的导光棒152的截面为矩形去掉一个角后形成的五角形，或为矩形去掉两个角或两个以上的角后形成的多角形，去掉一个角后所形成的平面即为出射面154，导光棒152在与出射面154相邻两侧面以外的其它侧面上涂有反射层156(参阅图5B)，在出射面154及设置有光源组件300的端面以外的至少一个面上，隔着薄空气层设置有外壳158。
此技术需设置外壳158，增加了体积与成本，因导光棒152的截面为矩形去掉多个角所形成的多角形，较易产生入射角小于临界角的光线，而对从导光棒152表面折射出来的光线，仅能部分经外壳158内壁反射后重新折射进入导光棒152内，故光能利用率不够高，且仅靠反射层156来调节输出光通量分布，故光均匀性不够好。
如图6、图7所示的技术，请参阅台湾专利公告号：326931，图6中，线状光源160由导光棒162和光源组件300组成；由柱面与斜面相交构成的导光棒162，其柱面截面为矩形，斜面为斜平面164，与斜平面164相对的为出射面168，在斜平面164上，设置有表面纹理165与反射层166；
如图7所示，线状光源170由导光棒172与两端光源组件300组成；图7中由柱面与斜面相交构成的导光棒172，柱面截面为矩形，斜面为两端斜平面174，与斜平面174相对的为出射面178，其余设置与图6相同；上述技术由于导光棒162、172的截面为矩形，较易产生入射角小于临界角的光线而造成光通量损失，故光能利用率不高；仅靠呈线性变化的斜平面164、174及反射层166来调节输出光通量分布，故光均匀性不好。
如图8A、图8B所示，线状光源180，由导光棒182和位于两端的光源组件300组成。由柱面与斜面相交构成的导光棒182，柱面截面为不规则形状(请参阅图8B)，斜面由位于导光棒182两侧的两对倾斜方向相反的斜平面184组成，出射面186为非圆柱面的其它柱面，与出射面186相对的为涂有反射层的表面纹理188，此技术因导光棒182的该种不规则的截面形状，较易产生入射角小于临界角的光线而造成光通量损失，故光能利用率不是很高；又反射层为简单的带状，仅靠呈线性变化的斜平面184来调节输出光通量分布，故光均匀性不是很好。
如图9A、图9B所示，线状光源190，由导光棒192和光源组件300组成。由柱面与斜面相交构成的导光棒192，柱面裁面为不规则形状，斜面为斜曲面194，出射面196为不规则柱面，与出射面196相对的为涂有反射层的表面纹理198；此外，尚设置有由两斜面构成的沟槽199。此技术由于导光棒192的该种不规则截面形状，较易产生入射角小于临界角的光线而造成光通量损失，故光能利用率不很理想；又反射层为简单的带状，仅靠斜曲面194，沟槽199来调节输出光通量分布，故光均匀性不很理想。
如图10所示的线状光源400的技术，请参阅台湾专利公告案号420306；其中该导光棒410的反射面430的表面纹理432是垂直于该传输面光轴，其为不等距的斜齿形，而该反射层434呈不规则形状，该斜齿形向背离该光源组件450的方向倾斜，以有利于反射光向背离该光源组件450的方向传播；虽达到优越的光均匀性体积小、光能利用率高和可截短或增长的优点，然而导光棒410模具的精确度规格要求相当严格且以达到表面纹理432为不等距的斜齿形、且需涂有不规则的反射层致使模具制造成本高且良品率不易提高而导致生产成本居高不下、不甚理想。
为克服上述缺点，本创作人经深入研究试验，终于开发出本发明。
发明内容
本发明是要提供一种图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，以解决使其具发光均匀、光利用率高、体积小，并可产生所需不同波长的单色光或彩色光的多功能、高亮度及低成本功效的技术问题。
解决上述技术问题所采用的技术方案是这样的：
一种图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，其主要至少是包括有光源组件及导光棒，其特征是：
该光源组件，其主要构造是包括有一非封闭的凸字多边形本体定位面、至少一反射面及至少一安装面，以及安装于该安装面之上的至少为一发光二极管(LED)；
该导光棒，其是包括一凸字多边形柱体、至少一出射面、反射面及多个反射层，该导光棒本体的至少一尾侧端为可供光线进入的入射面，该导光棒本体中的某相对两表面分别设有一含表面纹理的反射面及其相对应的出射面，其余的表面则是有反射作用的反射层面所组成；其入射面进入的光线经由多边形柱体的传输和反射面的多次反射形成光线均匀地从该出射面出射；
该光源组件的凸字多边形本体是为一凸字八边形本体；
该导光棒的凸字多边形柱体是为一凸字八边形柱体；
该定位面的一非封闭的凸字多边形本体的中心线垂直于该安装面，其是为该光源组件的光轴；
该构成定位面的一非封闭的凸字多边形本体与构成定位面的另一平面相交；
该构成凸字多边形本体定位面的一平面平行该安装面；
该构成定位面的一非封闭的凸字多边形本体与该接触式影像感测器导光棒入射侧端紧密配合；
该构成定位面的一平面与该接触式影像感测器导光棒入射侧端的端面相接触；
该构成光源组件反射面的凸字多边形本体的中心线与该光源组件光轴重合；
该光源组件反射面的顶部与定位面平面切割出至少为一个的圆形的整合光束出射口；
该光源组件安装面与构成该抛物线式的反射面的底部相交而形成一个矩形缺口以安装发光二极管；
该一个以上的发光二极管以距离光最近且均匀分布的方式安装至安装面上；
该导光棒本体上的出射面是形成一呈凸字体；
该凸字体出射面是为一长条状，该长条状的宽度是依应用达到理想的光强度来调整；
该导光棒反射面是带有表面纹理，该表面纹理可分段处理，其各段表面粗糙度不同；
该导光棒多边形柱体反射面的表面是设有表面纹理，该表面纹理可分段处理，其近光源处较平滑而略为粗糙，远离光源处其粗糙度则渐进增加，粗糙度的分段调整以使出射面的光线均匀分布，而提高光线均匀度；
该导光棒多边形柱体含表面纹理的反射面的表面是以银白色反光漆作镀膜；
该导光棒多边形柱体另一端为一用以将抵达此面的光线反射回至该多边形柱体中的尾端面；
该尾端面的表面是以银白色反光漆作镀膜。
本发明包含有导光棒及光源组件，该导光棒包含有：一多边形本体，该本体的至少一尾端为可供光线进入的入射面，该本体中的某相对两表面分别设有一含表面纹理的反射面及其相对应的出射面，其余的表面则是由有反射作用的反射层所组成，使得由入射面进入的光线经由多边形本体的传输和反射面的多次反射后，使光线均匀地从该出射面出射。
该多边形本体其中一表面是呈凸字形体为光的出射面不可加白色的反光漆作镀膜，与其相对应含表面纹理的反射面必须加白色反光漆作镀膜，该反射面的表面纹理可分段处理，其近光源处较平滑而略为粗糙，远离光源处其粗糙度则渐进增加，粗糙度的分段调整以使出射面的光线均匀分布而提高光线均匀度。其余的多边形本体的表面则是具有反射作用的反射层，可加白色的反光漆作镀膜，该多边形本体的两尾端面可皆为光入射面，光束由两端光源组件各射入本体，则两端面不加白色反光漆，或一尾端为可供光线进入的入射面则另一尾端面为反射端面，该反射端面可以将抵达此面的光线反射回至该多边形本体中，此反射端面必须加白色反光漆作镀膜。
光源组件是用与接触式影像感测器(CIS)的导光棒入射端连接作为接触式影像感测器(CIS)的导光棒入射光源，其是包括凸字多边形座式定位面、反射面及一为平面的安装面，以及安装于该安装面之上的至少为一个发光二极管(LED)，该凸字多边形座式定位面用于与接触式影像感测器(CIS)的导光棒入射尾端连接紧密配合，而该导光棒与光源组件安装面正交。
此非封闭的多边形导光棒本体的中心线垂直于该光源组件的安装面，其是为光源组件的光轴；构成定位面的一个非封闭的凸字状多边形本体与接触式影像感测器(CIS)凸柱状多边形导光棒入射端紧密配合，而构成定位面的另一个座式平面则与接触式影像感测器(CIS)导光棒入射端的尾端面接触。
由于定位面为一个非封闭的凸柱状多边形本体相交于一个平面，而构成该定位面的一个非封闭的凸柱状多边形本体与接触式影像感测器(CIS)导光棒入射端紧密配合，构成定位面的另一平面则与接触式影像感测器(CIS)导光棒入射端的端面接触，故具有与接触式影像感测器(CIS)导光棒入射端的连接定位准确度高的特性，从而使接触式影像感测器(CIS)导光棒入射光源漏光的程度降至最低，因此发光强度分布一致性优越，而至少一个以上的发光二极管(LED)以距离光轴最近且均匀分布的方式安装在该安装面上，故具有发光强度分布集中于光轴的特性，从而提高了与之相连的接触式影像感测器(CIS)导光棒的光能利用率及光均匀性。
由于只需将接触式影像感测器(CIS)导光棒入射端直接插入，依靠构成定位面的一个非封闭的多边形本体与接触式影像感测器(CIS)导光棒入射端的紧密配合实现连接，免去了通常的热熔铆接工艺，故具有连接工艺简单的特性，从而解决了使其具发光均匀、光利用率高、体积小，并可产生所需不同波长的单色光或彩色光的多功能、高亮度及低成本功效的技术问题。
本发明结构简单，其优点如下：
1、提供一种图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，该导光棒的结构及形状简明，因此模具的精确度规格要求合理而不严苛，使模具制造费用低，而其表面纹理并有反射作用的反射层其表面纹理仅只为表面粗糙度的处理，其涂或镀反光漆制程简易甚或不须涂，镀反光漆，所以导光棒的制造良品率易达到理想；
2、提供一种图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，其使用的导光棒可截短成为更短的导光棒；
3、提供一种图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，此线状光源是由点状光源或经转换后所得到的点状光源发光，经本发明的导光棒获得线状出射光；
4、提供一种图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，此线状光源可分别产生所需不同波长的单色光，并可拼长成为更长的线状光源；
5、提供一种图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，特别适用于扫描器、传真机、多功能周边事务机及影印机等图像读取装置所需目标照明与液晶模块所需背景照明的线状光源。
附图说明
图1是已知采用冷阴极管的线状光源平面示意图；
图2是已知采用LED阵列的线状光源平面示意图；
图3是已知采用LED阵列加柱面透镜的线状光源截面示意图；
图4是已知采用柱面导光棒的线状光源立体示意图；
图5A是已知采用柱面导光棒加外壳的线状光源立体示意图；
图5B是图5A的截面示意图；
图6是已知采用由柱面与斜面相交构成的导光棒的一种线状光源立体示意图；
图7是已知采用由柱面与斜面相交构成的导光棒的另一种线状光源平面示意图；
图8A是已知采用由柱面与斜面相交构成的导光棒的又一种线状光源平面示意图；
图8B是图8A的截面示意图；
图9A是已知采用由柱面与斜面相交构成的导光棒的再一种线状光源平面示意图；
图9B是图9A的截面示意图；
图10是又一种已知线状光源的立体示意图；
图11是本发明的一较佳实施例的导光棒结构立体图；
图12A是本发明的导光棒结构的截面示意图一；
图12B是本发明的导光棒结构的截面示意图二；
图13是本发明的光线的路径示意图一；
图14是本发明的光线的路径示意图二；
图15是本发明的另一较佳实施例的导光棒与光源组件的立体示意图；
图16是本发明的一较佳实施例光源组件的立体示意图；
图17A是本发明的一较佳实施例发光二极管安装示意图；
图17B是本发明的另一较佳实施例的发光二极管安装示意图；
图17C是本发明的又一较佳实施例的发光二极管安装示意图；
图17D是本发明的再一较佳实施例的发光二极管安装示意图。
具体实施方式
请参阅图11，是本发明的一较佳实施例的立体示意图，如图所示，本发明的线状光源10是由导光棒20和光源组件30所组成；
该导光棒20结构主要是为一八边形的本体，在本发明中则是以对称八边形柱体为最佳实施例，该对称八边形柱体210包括有：至少一端是为一可供光线进入的入射面220、一反射面230、一出射面240及反射层250，该对称八边形柱体210另端则可为一尾端面260，其中该入射面220位于该对称八边形柱体210的一端，可提供光线的进入，该对称八边形柱体210的一侧面设有一长条形凸体270，该长条形凸体270的上端为出射面240，该反射面230及该出射面240则分别在对称八边形柱体210相对两侧面而设置，其余则为反射层250，该反射层250是由多个矩形平面所组成，该反射层250的光轴是垂直该反射面230和出射面240，反射层250可分别与反射面230和出射面240相连接而另一端为尾端面260；另外，此对称八边形柱体210的材质是为高穿透、低吸收的光学用材质如压克力等，导光棒结构表面粗糙度越小越好，介质折射率越小越好，则易使入射的光线易于产生入射角大于临界角，以达到全反射，减少光通量的损失。
该反射面230的内表面，另可作一表面处理，其表面纹理处理方式则可分为两种，请同时参阅图12A和图12B所示，是为本发明导光棒结构的截面示意图，一为在远离光源处其表面粗糙度较高，而近光源处表面粗糙度低；另一方式为作分段处理，使各段具有不同的表面粗糙度，以增减其反射、折射及吸收的系数，表面粗糙度高，其表面的漫射能力大、反射角度大；反之，表面粗糙度低，漫射能力小、反射角度小且可同时改变其光通量；同理，可由改变此对称八边形柱体210的长度，减少或增加其表面纹理的面积，以达到调节光通量大小，以提高光均匀度；该出射面240是相对于该反射面230而设置，该反射层250是由多个矩形平面所组成，可分别与反射面230和出射面240相连接，且该传输面光轴即X轴的各截面，是垂直该反射面230和出射面240；请参阅图13及图14所示，是为光线路径图，由该入射面220进入的光线是经由该多个反射层250的多次反射，以此提高光均匀度，使光线集中至该反射面230，再经由该反射面230反射而从出射面240出射，又因该反射面230的反射层250作有表面处理而使光均匀度大为提高；该对称八边形柱体210的另一端为尾端面260，是以镀膜方式镀有白色或银色的反光漆，可将光线再反射至该对称八边形柱体210中，以进一步提高光能利用率，且该对称八边形柱体210的入射面220、反射面230、多个传输面、尾端面260均须以白色或银色的漆作镀膜，以便于提高光线的利用率与反射率，减少光线被材质吸收的可能，降低其吸收率。
请参阅图15，是本发明的另一较佳实施例的导光棒与光源组件的立体图，如图所示，其中该对称八边形柱体210的另一端，可为一提供光线进入的入射面280，以达到使对称八边形柱体210可由其两端处进光的目的。
请参阅图16，是本发明的一较佳实施例光源组件的立体图，如图所示，其主要是为安装面310、定位面320及反射面330，该安装面310的外观是等于导光棒的八边形柱体210，其中LED的安装位置是为至少一安装位置。
请参阅图17A，是本发明的一较佳实施例的发光二极管安装示意图，如图所示，一个发光二极管(LED)40安装于圆形安装面350的圆心处；
请参阅图17B，是本发明的另一较佳实施例的发光二极管安装示意图，如图所示，两个发光二极管(LED)40的中心与圆形安装面350的圆心处于一条直线上，且两个发光二极管(LED)40的中心距尽可能小；
请参阅图17C，是本发明的又一较佳实施例的发光二极管安装示意图，如图所示，三个发光二极管(LED)40的中心落在一个直径尽可能小的圆上，该圆的圆心与圆形安装面350的圆心重合，且圆形安装面350的圆心与三个发光二极管(LED)40的中心的三条连线以120°相邻；
请参阅图17D，是本发明的再一较佳实施例的发光二极管安装示意图，如图所示，四个发光二极管(LED)40的中心落在一个直径尽可能小的圆上，该圆的圆心与圆形安装面350的圆心重合，并且四个发光二极管(LED)40的中心的连线形成一个正方形；
图17A至图17D中，由于发光二极管(LED)40以距离光轴最近且均匀分布的方式安装在圆形安装面350上，故可进一步使光源组件的发光强度分布集中于光轴。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以之限定本发明的专利范围，大凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。
综上所述，本发明确具先进性、实用性，已符合发明专利申请要件，故依法提出发明专利申请。
Claims (19)
1、一种图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，其主要至少是包括有光源组件及导光棒，其特征是：
该光源组件，其主要构造是包括有一非封闭的凸字多边形本体定位面、至少一反射面及至少一安装面，以及安装于该安装面之上的至少为一发光二极管(LED)；
该导光棒，其是包括一凸字多边形柱体、至少一出射面、反射面及多个反射层，该导光棒本体的至少一尾侧端为可供光线进入的入射面，该导光棒本体中的某相对两表面分别设有一含表面纹理的反射面及其相对应的出射面，其余的表面则是有反射作用的反射层面所组成；其入射面进入的光线经由多边形柱体的传输和反射面的多次反射形成光线均匀地从该出射面出射。
2、根据权利要求1所述的图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，其特征是：该光源组件的凸字多边形本体是为一凸字八边形本体。
3、根据权利要求1所述的图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，其特征是：该导光棒的凸字多边形柱体是为一凸字八边形柱体。
4、根据权利要求1所述的图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，其特征是：该定位面的一非封闭的凸字多边形本体的中心线垂直于该安装面，其是为该光源组件的光轴。
5、根据权利要求1所述的图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，其特征是：该构成定位面的一非封闭的凸字多边形本体与构成定位面的另一平面相交。
6、根据权利要求1所述的图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，其特征是：该构成凸字多边形本体定位面的一平面平行该安装面。
7、根据权利要求1所述的图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，其特征是：该构成定位面的一非封闭的凸字多边形本体与该接触式影像感测器导光棒入射侧端紧密配合。
8、根据权利要求1所述的图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，其特征是：该构成定位面的一平面与该接触式影像感测器导光棒入射侧端的端面相接触。
9、根据权利要求1所述的图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，其特征是：该构成光源组件反射面的凸字多边形本体的中心线与该光源组件光轴重合。
10、根据权利要求1所述的图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，其特征是：该光源组件反射面的顶部与定位面平面切割出至少为一个的圆形的整合光束出射口。
11、根据权利要求1所述的图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，其特征是：该光源组件安装面与构成该抛物线式的反射面的底部相交而形成一个矩形缺口以安装发光二极管。
12、根据权利要求1所述的图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，其特征是：该一个以上的发光二极管以距离光最近且均匀分布的方式安装至安装面上。
13、根据权利要求1所述的图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，其特征是：该导光棒本体上的出射面是形成一呈凸字体。
14、根据权利要求13所述的图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，其特征是：该凸字体出射面是为一长条状，该长条状的宽度是依应用达到理想的光强度来调整。
15、根据权利要求14所述的图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，其特征是：该导光棒反射面是带有表面纹理，该表面纹理可分段处理，其各段表面粗糙度不同。
16、根据权利要求1所述的图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，其特征是：该导光棒多边形柱体反射面的表面是设有表面纹理，该表面纹理可分段处理，其近光源处较平滑而略为粗糙，远离光源处其粗糙度则渐进增加，粗糙度的分段调整形成出射面的光线均匀分布。
17、根据权利要求1所述的图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，其特征是：该导光棒多边形柱体含表面纹理的反射面的表面是以银白色反光漆作镀膜。
18、根据权利要求1所述的图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，其特征是：该导光棒多边形柱体另一端为一用以将抵达此面的光线反射回至该多边形柱体中的尾端面。
19、根据权利要求18所述的图像读取装置与液晶模块所用的线状光源，其特征是：该尾端面的表面是以银白色反光漆作镀膜。
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- 2002-05-28 CN CN 02121960 patent/CN1462143A/zh active Pending
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