專利名稱：圖像掃描組件的集光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是指一種圖像掃描組件的集光裝置，尤指一種可有效提高射入該圖像掃描組件的掃描面光通量的集光裝置。
背景技術(shù)：
圖像掃描器(scanner)或多功能事務(wù)機(jī)(MFP)中所使用的圖像掃描組件的運(yùn)作原理是將光源所發(fā)出的光照射在被掃描的物件上，然后經(jīng)過透鏡將光線聚集于電荷耦合元件(CCD，charge coupled device)或是CMOS(complementary metal oxidesemiconductor互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體)感光元件上，再將光的信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡姷男盘枺a(chǎn)生出數(shù)字像素(pixel)數(shù)據(jù)；而一般的光源可以是發(fā)光二極管(LED)、螢光燈管、冷陰極管(CCFL)或是特殊燈管，如氙氣燈管等。
一般的圖像掃描組件可分為兩大類，第一類是以一組感光元件、柱狀透鏡、光源以及玻璃等組合而成的接觸式圖像感測組件(CISM，contact image sensormodule)，而第二類則為利用感測元件、透鏡組、反射鏡組、光源以及玻璃等所組合而成的電荷耦合裝置組件(CCDM，charge coupled device module；lensreduction type)。
請參閱圖1，其為前述的第一類圖像掃描組件于掃描時的示意圖，其中，圖像掃描組件10是由玻璃11、光源12、第一光反射面131、柱狀透鏡14、感光元件15、電路板16以及外殼17所構(gòu)成。這種以燈管為光源的圖像掃描組件，在集光裝置上大多是借由圓弧狀或曲線狀作為第一光反射面131的形狀，由圖中所示的結(jié)構(gòu)可知，僅有少數(shù)的有效光181會直接射至或被第一光反射面131反射至掃描區(qū)域19，大量的無效光182則無法被導(dǎo)引至掃描區(qū)域19。
請參閱圖2，其為圖1的圖像掃描組件經(jīng)結(jié)構(gòu)改良后進(jìn)行掃描時的示意圖，其中幾乎所有的主要元件皆與圖1相同，但為了增加有效光281被反射射至掃描區(qū)域29的光通量，特于第一光反射面231的斜上方加裝一平面狀(或曲面狀)的第二光反射面232，然而，即使是如此，無效光282的光通量仍然具有待改善的空間。
請參閱圖3，其為前述的第二類圖像掃描組件于掃描時的示意圖，其中，圖像掃描組件30是由玻璃31、光源32、第一光反射面331、透鏡34、感光元件35、電路板36以及反射鏡組37所構(gòu)成。同樣地，這種圖像掃描組件30的集光裝置亦是借由圓弧狀或曲線狀作為第一光反射面331的形狀，因此僅有少數(shù)的有效光381會直接射至或被第一光反射面331反射至掃描區(qū)域39，大量的無效光382則無法被導(dǎo)引至掃描區(qū)域39。
請參閱圖4，其為圖3的圖像掃描組件經(jīng)結(jié)構(gòu)改良后進(jìn)行掃描時的示意圖，其中幾乎所有的主要元件皆與圖3相同，但為了增加有效光481被反射射至掃描區(qū)域49的光通量，特于第一光反射面431的斜上方加裝一平面狀(或曲面狀)的第二光反射面432，但無效光482的光通量卻仍然過高。
請參閱圖5，圖示為美國專利第US2004/0080796A1號所提出的一種掃描器的集光裝置(light gathering apparatus of scanner)，其是將光源52發(fā)出的光，利用特殊的曲面鏡531轉(zhuǎn)換成平行光，再借由其他的平面鏡532、凹凸透鏡組533和設(shè)置于圖像掃描組件50上的反射鏡534，使得光線能進(jìn)入掃描區(qū)域59內(nèi)。
然而此種集光裝置的設(shè)計方式所需要的光學(xué)元件較多，因此不但成本較高且組裝的精度亦要求嚴(yán)格；此外，因?yàn)樽詈笠黄姆瓷溏R534是位于圖像掃描組件50上、但光源52的位置卻是不動的，而光強(qiáng)度是與光線經(jīng)過的距離成平方反比，因此當(dāng)進(jìn)行掃描時，圖像掃描組件50在靠近與遠(yuǎn)離光源52兩種不同的情況下，掃描區(qū)域59所接收到的光強(qiáng)度會不一樣；最后，此種集光裝置并未考量燈管兩端光強(qiáng)度較弱的問題，因此利用此種集光裝置進(jìn)行掃描時所獲得的圖像品質(zhì)并無法真正滿足所需。
請參閱圖6(a)及圖6(b)，其為發(fā)明名稱為應(yīng)用具有自我集光的光源元件的掃描器的臺灣專利第TW563339號所提出的集光裝置，其是將發(fā)光燈管60(光源)外面周圍涂布全反射物質(zhì)61，并只留一狹縫62，當(dāng)發(fā)光燈管60內(nèi)部產(chǎn)生光并向外射出時，光線會借由燈管外壁的全反射物質(zhì)61于燈管內(nèi)部來回重復(fù)反射，最后經(jīng)由所留的狹縫62射出，如圖6(a)所示；另外，此技術(shù)還于發(fā)光燈管60兩側(cè)增加輔助光源63來增加兩側(cè)的光強(qiáng)度，使整體的亮度更為均勻。
但此種改善方式因是涂布全反射物質(zhì)61再加上輔助光源63的設(shè)置，因此技術(shù)成本亦相當(dāng)高，此外光線于發(fā)光燈管60的內(nèi)部來回反射，會造成管壁吸收光的能量，造成發(fā)光燈管60溫度升高，造成組件溫度變高而變形，進(jìn)而影響感光元件的成像品質(zhì)；另外，由狹縫62射出的光線均勻度亦無法有效控制，因此利用此種集光裝置進(jìn)行掃描時所獲得的圖像品質(zhì)亦無法真正滿足所需。
由前面諸段的敘述可知，目前一般的圖像掃描組件的光源的集光裝置，只有少部分的光線能進(jìn)入掃描區(qū)域，無法有效地應(yīng)用光的能量來提高掃描區(qū)域的光亮度，而其他的技術(shù)如US2004/0080796A1(掃描器的集光裝置，light gatheringapparatus of scanner)及TW563339(應(yīng)用具有自我集光的光源元件的掃描器)所揭示，不但制造成本高，且其光源品質(zhì)又無法完全滿足高品質(zhì)掃描的需求，因此這些技術(shù)尚難應(yīng)用于量產(chǎn)品上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要構(gòu)想為提出一種圖像掃描組件的集光裝置，是利用橢圓弧與圓弧的反射面將由光源射出的光線收集并導(dǎo)引至被掃描區(qū)域，再借由散射垂直進(jìn)入掃描組件內(nèi)部到感光元件(CCD或COMS)擷取光線轉(zhuǎn)換成圖像。
本發(fā)明是利用橢圓弧反射面有兩個焦點(diǎn)，當(dāng)光源放置于其中的一個焦點(diǎn)時，此焦點(diǎn)又為圓弧反射面的圓心，而橢圓弧反射面的另一焦點(diǎn)位置是依被掃描面位置及玻璃(cover glass)的折射效應(yīng)來確定；將光源射出的光線分為四組，第一組光線將直接往另一焦點(diǎn)直射，第二組光線借由橢圓弧反射面反射至另一焦點(diǎn)，第三組光線由光源射出碰到圓弧反射面會反射回圓心再被橢圓反射面導(dǎo)引至另一焦點(diǎn)，第四組為無效光線，但此組光線所占的比例是少之又少，而利用橢圓弧反射面與圓弧反射面的特性的組合將有效的將二、三組的光線導(dǎo)引至所需的被掃描面并有效的增加掃描區(qū)域的光強(qiáng)度。
本技術(shù)可在橢圓弧反射面或圓弧反射面上貼附反射片或涂布反射材料以提高反射的光強(qiáng)度，而在兩端的亮度提升方面，則于兩端適當(dāng)區(qū)域放置相對高反射率的反射片或涂布相對高反射材料，增加兩端的光線反射來補(bǔ)償一般燈管光源兩端較暗的缺點(diǎn)，增加整體照射在被掃描面照度的均勻性。
本技術(shù)的橢圓弧反射面可直接設(shè)計于掃描組件的外殼上，于射出成型時直接完成，而圓弧反射面亦可以射出方式完成，再組裝于掃描組件的外殼上，而本集光裝置亦可擴(kuò)充為兩組，其位置可于被掃描面下方左右兩側(cè)。
本發(fā)明通過結(jié)合下列附圖對其較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明而可獲得更深入的了解。


圖1是先前技術(shù)的圖像掃描組件于掃描時的示意圖；圖2是圖1的圖像掃描組件經(jīng)結(jié)構(gòu)改良后進(jìn)行掃描時的示意圖；圖3是先前技術(shù)的另一種圖像掃描組件于掃描時的示意圖；圖4是圖3的圖像掃描組件經(jīng)結(jié)構(gòu)改良后進(jìn)行掃描時的示意圖；圖5是美國專利第US2004/0080796A1號所提出的集光裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖6(a)及6(b)是臺灣專利第TW563339號所提出的集光裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明圖像掃描組件的集光裝置第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明圖像掃描組件的集光裝置第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明圖像掃描組件的集光裝置第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖10是本發(fā)明圖像掃描組件的集光裝置第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
請參閱圖7，其為本發(fā)明圖像掃描組件的集光裝置第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中所使用的技術(shù)是以接觸式圖像感測組件作例子。
在圖7中，圖像掃描組件70是由玻璃(cover glass)71、光源72、橢圓弧反射面73、柱狀透鏡(rod lense)74、感光元件75、電路板76以及外殼77所構(gòu)成，光源72可為一螢光燈管、冷陰極管(CCFL)或特殊燈管(如氙氣燈管等)，橢圓弧反射面73可以組裝、黏貼、螺固、卡榫、插銷或一體成型方式設(shè)于該外殼，而橢圓弧反射面73上可依需求貼附不同反射率的反光片或涂布不同反射率的材料，來使得掃描區(qū)域79(此處所謂的掃描區(qū)域一般是指位于該玻璃上，但亦有與該玻璃間隔一距離的情形)的照度與均勻度能符合不同需求。
由于橢圓弧反射面73具有兩個橢圓焦點(diǎn)，而光源72正好設(shè)于其中一個橢圓焦點(diǎn)的位置，至于另一個橢圓焦點(diǎn)則須配合掃描區(qū)域79、玻璃71的厚度、玻璃71的折射率及圖像掃描組件70的實(shí)際需求作適當(dāng)調(diào)整。
借由這種設(shè)計，大部份由光源72所發(fā)出的光會經(jīng)由橢圓弧反射面73的反射會聚于另一個橢圓焦點(diǎn)(亦即掃描區(qū)域79)形成有效光781，而無效光782的光通量則極少。
當(dāng)然，除了上述以接觸式圖像感測組件作例子之外，亦可以使用在電荷耦合裝置組件方面。
請參閱圖8，其為本發(fā)明圖像掃描組件的集光裝置第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，與圖7的第一實(shí)施例較為不同之處在于，此處所使用的除了橢圓弧反射面831之外，還加入一圓弧反射面832，其中圓弧反射面832的圓心須與橢圓弧反射面831的其中一焦點(diǎn)重合，此外，還于其中加入了一組反射鏡組842，以將借由橢圓反射面831及圓弧反射面832反射至掃描區(qū)域89的光反射至透鏡841。
同樣地，借由這種設(shè)計，大部份由光源82所發(fā)出的光會經(jīng)由橢圓弧反射面831及圓弧反射面832的反射聚于另一個橢圓焦點(diǎn)(亦即掃描區(qū)域89)形成有效光881，而無效光的光通量則極少，另外，此實(shí)施例亦可應(yīng)用于接觸式圖像感測組件上。
請參閱圖9，其為本發(fā)明圖像掃描組件的集光裝置第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，與圖8的第二實(shí)施例較為不同之處在于，此處所使用的除了橢圓弧反射面931之外，還加入兩個圓弧反射面932、933，其中圓弧反射面932和933的圓心皆須與橢圓弧反射面931的其中一焦點(diǎn)重合，而反射鏡組942則是將借由橢圓反射面931及圓弧反射面932、933反射至掃描區(qū)域99的光反射至透鏡941。
借由這種設(shè)計，大部份由光源92所發(fā)出的光會經(jīng)由橢圓弧反射面931及圓弧反射面932、933的反射聚于另一個橢圓焦點(diǎn)(亦即掃描區(qū)域99)形成有效光981，而無效光的光通量則極少，此實(shí)施例可將更多的無效光轉(zhuǎn)換為有效光981，可使掃描區(qū)域99的照度提高更多。
雖然本實(shí)施例是以CCDM作為例子，但同樣的技術(shù)亦可應(yīng)用于CISM的場合中。
請參閱圖10，其為本發(fā)明圖像掃描組件的集光裝置第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，與前述的三個實(shí)施例不同之處在于，此處是使用兩個橢圓弧反射面1031、1032以及兩個圓弧反射面1033、1034，其中圓弧反射面1033和1034的圓心是分別與橢圓弧反射面1031、1032的其中一焦點(diǎn)重合，而光源1021及1022則分別位于圓弧反射面1033和1034的圓心。
同樣地，借由這種設(shè)計，大部份由光源1021、1022所發(fā)出的光會分別經(jīng)由橢圓弧反射面1031及圓弧反射面1033、以及橢圓弧反射面1032及圓弧反射面1034的反射會聚于另一個橢圓焦點(diǎn)(亦即掃描區(qū)域99)形成有效光1081，而無效光的光通量則極少，此實(shí)施例是當(dāng)圖像掃描組件100需要更高照度時，利用二個燈管光源1021、1022時的集光裝置，此實(shí)施例可使掃描區(qū)域109照度更亮，掃描速度可以更快，無庸置疑地，本實(shí)施例仍可應(yīng)用于CISM的場合中。
本發(fā)明的圖像掃描組件的集光裝置是將光源放于橢圓弧反射面與圓弧反射面的共同圓心，利用橢圓弧反射面與圓弧反射面的反射特性，將無效光線收集并導(dǎo)引進(jìn)入掃描區(qū)域。此設(shè)計將大幅提升掃描區(qū)域的照度，而燈管兩端均勻度的改善可利用兩端反射面的反射率的差異來調(diào)整整體的均勻度，照度與均勻度的提升將有助使于掃描速度變快、掃描品質(zhì)變佳；此外，導(dǎo)光裝置可與掃描組件結(jié)構(gòu)結(jié)合來設(shè)計，以射出方式來成型，有助于掃描組件的小型化及量產(chǎn)性，并大幅降低制造成本。
權(quán)利要求
1.一種圖像掃描組件之集光裝置，該圖像掃描組件至少具有一掃描區(qū)域、一透鏡及一感光元件，該集光裝置包括至少一橢圓弧反射面，具有一第一橢圓焦點(diǎn)；至少一圓弧反射面，具有一圓心，該圓心重合于該第一橢圓焦點(diǎn)；以及至少一光源，位于該第一橢圓焦點(diǎn)，該光源發(fā)出的光借由該橢圓反射面及該圓弧反射面反射至該掃描區(qū)域后，經(jīng)由該透鏡而會聚于該感光元件。
2.如權(quán)利要求1所述的集光裝置，其特征在于該圖像掃描組件為一接觸式圖像感測組件。
3.如權(quán)利要求2所述的集光裝置，其特征在于該透鏡為一柱狀透鏡。
4.如權(quán)利要求1所述的集光裝置，其特征在于該圖像掃描組件為一電荷耦合裝置組件。
5.如權(quán)利要求4所述的集光裝置其特征在于還包括一反射鏡組，將借由該橢圓反射面及該圓弧反射面反射至該掃描區(qū)域的光反射至該透鏡。
6.如權(quán)利要求1所述的集光裝置，其特征在于該集光裝置還包括一玻璃，該掃描區(qū)域位于該玻璃上、或與該玻璃間隔一距離；及/或該橢圓弧反射面具有一第二橢圓焦點(diǎn)，該第二橢圓焦點(diǎn)是依該掃描區(qū)域、該玻璃的厚度、該玻璃的折射率及該掃描組件的實(shí)際需求作調(diào)整。
7.如權(quán)利要求1的所述的集光裝置，其特征在于該集光裝置還包括一外殼，該橢圓弧反射面及該圓弧反射面是以組裝或一體成型方式設(shè)于該外殼。
8.如權(quán)利要求1的所述的集光裝置，其特征在于全部或部份的該橢圓弧反射面及該圓弧反射面上，還形成至少一反光材料層。
9.如權(quán)利要求1的所述的集光裝置，其特征在于該光源為一螢光燈管、冷陰極管、氙氣燈管或其他種類燈管。
10.一種圖像掃描組件的集光裝置，該圖像掃描組件至少具有一掃描區(qū)域、一透鏡及一感光元件，該集光裝置包括至少一橢圓弧反射面，具有一第一橢圓焦點(diǎn)；以及至少一光源，位于該第一橢圓焦點(diǎn)，該光源發(fā)出的光是借由該橢圓弧反射面反射至該掃描區(qū)域后，經(jīng)由該透鏡而會聚于該感光元件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種集光裝置，可將光源聚集及導(dǎo)引至被掃描區(qū)域，該集光裝置是由圓弧及橢圓弧的反射面組合成的，并可在其表面貼上反光片或鍍上反光材料，借以改善被掃面的光強(qiáng)度及光均勻度。當(dāng)光源發(fā)光時，除了固定發(fā)光區(qū)域可直接射入至被掃描面的光線外，其他方位原本無效的光線亦可借由圓弧及橢圓弧的反射面收集光線并將光線導(dǎo)引至所需的被掃描區(qū)域上，再由被掃描區(qū)域成像于感光元件CCD或CMOS上。
文檔編號G02B26/08GK1773325SQ200410095780
公開日2006年5月17日 申請日期2004年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月12日
發(fā)明者蘇鈴達(dá) 申請人:菱光科技股份有限公司