專利名稱：光源模塊結(jié)構(gòu)與設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種光源模塊結(jié)構(gòu)與設(shè)計方法，且特別是有關(guān)于一種光源模塊中反射罩(reflector)的結(jié)構(gòu)與設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
隨著計算機性能的大幅進步以及因特網(wǎng)、多媒體技術(shù)的高度發(fā)展，目前影像信息的傳遞大多已由模擬轉(zhuǎn)為數(shù)字傳輸。而隨著影像數(shù)字化的趨勢，與數(shù)字傳輸、儲存相關(guān)的外圍產(chǎn)品，如數(shù)字相機(Digital Camera，DC)、數(shù)字?jǐn)z影機(Digital Video Camera，DV)、掃描儀(scanner)等應(yīng)運而生。然而，除了數(shù)字相機與數(shù)字?jǐn)z影機可直接擷取影像圖案之外，其它有關(guān)文件或圖片的影像數(shù)字化作業(yè)，均需通過掃描儀來擷取文字或圖案的模擬影像，并將之轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出，有助于使用者在計算機或其它的電子產(chǎn)品上進行影像文件的顯示、光學(xué)字符辨識(Optical Character Recognition，OCR)、編輯、儲存以及輸出等動作。
文件或圖片在進行影像掃描時，掃描儀中的燈源模塊會提供的一線光源至文件或圖片上，從文件或圖片反射后的光線(影像)會入射至掃描儀內(nèi)的掃描模塊中，而為影像擷取裝置所擷取。由于掃描過程中光源模塊所提供的光線強度將直接影響到數(shù)字影像的輸出結(jié)果，因此光源模塊的光利用效率一直是此領(lǐng)域的設(shè)計者關(guān)切的焦點之一。
圖1繪示為公知光源模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。請參照圖1，公知光源模塊100主要由一反射罩102與一燈源104所構(gòu)成。其中，燈源104配置于反射罩102內(nèi)，且燈源104所發(fā)出的光線可通過反射罩102的曲面設(shè)計從光出射截面102a導(dǎo)出。經(jīng)過反射罩102聚焦之后的線光線會照射于文件108上，接著由文件108反射的光線會入射至掃描儀的光學(xué)掃描模塊中。上述的文件108例如配置于掃描儀外殼的文件承載板106上以進行掃描的動作，且用以承載文件106的文件承載板106通常由透明材質(zhì)制作，以使得光線(影像)能夠順利的從文件108反射，進而被光學(xué)掃描模塊所擷取。
同樣請參照圖1，一般常見的反射罩102通常設(shè)計為橢圓曲面、拋物線曲面等，由燈源104管壁所發(fā)出的大部分光線都可通過反射罩102的曲面設(shè)計導(dǎo)出，但由于燈源104配置于反射罩102內(nèi)且燈源104本身具有一定體積，因此從遠(yuǎn)離光出射截面102a和燈源104管壁上所發(fā)出的光線在經(jīng)過反射罩102反射之后，將會被燈源104所阻擋住。換言之，由燈源104所發(fā)出的光線并無法完全被利用，導(dǎo)致光源模塊的光利用效率低落。
由上述可知，橢圓、拋物線等曲面設(shè)計的反射罩104并無法有效地將燈源102發(fā)出的所有光線由光出射截面102a導(dǎo)出，此時，若要改善上述光利用效率低落的問題，可將燈管的管徑縮減，但如此作法勢必會面臨設(shè)計、制作以及組裝成本增加的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的就是在提供一種能夠有效提升光源利用效率的光源模塊結(jié)構(gòu)與設(shè)計方法。
為達上述目的，本發(fā)明提出一種光源模塊結(jié)構(gòu)主要由一反射罩以及一燈源所構(gòu)成。其中，反射罩具有一光出射截面，且反射罩相對于光出射截面處具有至少一凸起結(jié)構(gòu)。而燈源配置于反射罩中，且燈源所發(fā)出的光線會通過反射罩上的凸起結(jié)構(gòu)反射至反射罩的其它部位上，再由光出射截面出射。
為達上述目的，本發(fā)明提出一種光源模塊結(jié)構(gòu)主要由一反射罩以及一燈源所構(gòu)成。其中，反射罩具有一光出射截面，且反射罩相對于光出射截面處為一曲面F，而反射罩鄰近于光出射截面處為一反射表面S。曲面F與反射表面S相連接，且曲面F＝∫dFdS＝∫(ax+by+c)dS，dF為構(gòu)成曲面F的平面，dS為構(gòu)成反射表面S的平面，而(a，b)為平面dF的法線向量。燈源配置于反射罩中，且燈源所發(fā)出的光線會由曲面F反射至少一次后傳遞至反射表面S上，再由光出射截面出射。
為達上述目的，本發(fā)明提出一種光源模塊的設(shè)計方法，提供一反射罩，此反射罩具有一光出射截面，并將反射罩相對于光出射截面處設(shè)計為一曲面F，而該反射罩鄰近于該光出射截面處設(shè)計為一與該曲面F連接的反射表面S。曲面F滿足下式，曲面F＝∫dFdS＝∫(ax+by+c)dS，其中，dF為構(gòu)成曲面F的平面，dS為構(gòu)成反射表面S的平面，(a，b)為平面dF的法線向量。接著配置一燈源于反射罩中，此線光源延伸的方向例如平行于z軸，以使得燈源所發(fā)出的一光線由曲面F反射至少一次后傳遞至反射表面S上，再由光出射截面出射。
依照本發(fā)明上述的光源模塊結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法，曲面F可以通過下列步驟(a)至步驟(e)推導(dǎo)而得(a)假設(shè)反射表面S的方程式為已知，在本實施例中，例如可假設(shè)反射表面S為橢圓、拋物線等曲面，或是假設(shè)其為平面。
(b)平面dF與下列向量 有關(guān)，其中 為燈管背面每一單位面積所發(fā)出的光線行進向量； 為文件掃描目標(biāo)至反射表面S上每一單位平面dS的光行進向量；而 為 相對于反射表面S上每一單位面積dS的反射向量。
(c)根據(jù) 與 計算出二向量的角平分向量，此角平分向量即為平面dF的法線向量dN，假設(shè)計算出的法線向量dN為(a，b)且位于X-Y平面上，則平面dF的方程式可假設(shè)為ax+by+c＝0。
(d)由 與 計算出兩向量的焦點M，由于焦點M位于平面dF上，因此將焦點M的坐標(biāo)帶入ax+by+c＝0中，即可計算出c值。
(e)將平面dF對dS進行積分，并提供適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件(boundarycondition)，以獲得曲面F的方程式為∫dFdS＝∫(ax+by+c)dS。然而，在步驟(e)中，曲面F的方程式亦可在提供適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件下，將平面dF對dθ進行積分而獲得。
依照本發(fā)明上述的光源模塊結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法，燈源例如為冷陰極熒光燈(Cold Cathode Fluorescence Lamp，CCFL)或是發(fā)光二極管數(shù)組(LEDarray)等線光源，而反射罩上的凸起結(jié)構(gòu)例如為多邊形的肋狀凸起結(jié)構(gòu)或是半圓形的肋狀凸起結(jié)構(gòu)等。
依照本發(fā)明上述的光源模塊結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法，在反射罩的表面上，如凸起結(jié)構(gòu)的表面上、反射罩內(nèi)其它區(qū)域上、曲面F上、反射表面S上，例如可選擇性或是同時配置一反射層，此反射層的材質(zhì)例如為鋁(Al)、錫(Sn)、二氧化硅(SiO2)或是合成處理后的紙類等光線反射能力良好的材質(zhì)。
由于本發(fā)明刻意將反射罩設(shè)計成曲面或是具有凸起結(jié)構(gòu)的不規(guī)則表面，以使得燈源后方的光線能夠通過上述凸起結(jié)構(gòu)反射至反射罩的高反射區(qū)域上，或是通過上述曲面反射至反射罩的反射表面S上，最后再由光出射截面出射。如此設(shè)計將可有效利用到原先被燈源所阻擋的光線，故本發(fā)明的光源模塊結(jié)構(gòu)在光源利用效率上能夠獲得相當(dāng)程度的提升。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征以及優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉數(shù)個實施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明。


圖1繪示為公知光源模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A與圖2B繪示為依照本發(fā)明第一實施例光源模塊的結(jié)構(gòu)示意；圖3繪示為依照本發(fā)明第二實施例光源模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖4繪示為圖3中曲面F與光線行進向量 的示意圖。
標(biāo)示說明100光源模塊 102反射罩102a光出射截面104燈源106文件承載板 108文件200光源模塊 202反射罩202a光出射截面203凸起結(jié)構(gòu)204燈源 206文件承載板208文件 300光源模塊302反射罩 302a光出射截面304燈源 306文件承載板308文件 F、S曲面
向量具體實施方式
圖2A與圖2B繪示為依照本發(fā)明第一實施例光源模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。請參照圖2A，光源模塊200主要由一反射罩202與一燈源204所構(gòu)成。其中，燈源204配置于反射罩202內(nèi)，燈源204例如為冷陰極熒光燈(CCFL)或是發(fā)光二極管數(shù)組(LED array)等線光源。燈源204所發(fā)出的光線可通過反射罩202的曲面設(shè)計從光出射截面202a導(dǎo)出。經(jīng)過反射罩202聚焦之后的光線會照射于文件208上，接著由文件208反射的光線會入射至掃描儀的光學(xué)掃描模塊中。上述的文件208可以配置于掃描儀外殼的文件承載板206上以進行掃描的動作，且用以承載文件206的文件承載板206例如由透明材質(zhì)制作，以使得光線(影像)能夠順利的從文件208反射，進而被光學(xué)掃描模塊所擷取。
接著請同時參照圖2A與圖2B，本實施例的反射罩202具有一光出射截面202a，且反射罩202相對于光出射截面202a處具有一個或是多個凸起結(jié)構(gòu)203，這些凸起結(jié)構(gòu)203例如為多邊形的肋狀凸起結(jié)構(gòu)(如圖2A圖所繪示)或是半圓形的肋狀凸起結(jié)構(gòu)(如圖2B所繪示)等。由圖2A與圖2B可清楚得知，反射罩202上的凸起結(jié)構(gòu)203用以提供反射表面(reflective surface)之用，以將燈源204后方的光線反射至其它凸起結(jié)構(gòu)203或是反射罩202的其它區(qū)域上，之后光線才從光出射截面202a導(dǎo)出，因此凸起結(jié)構(gòu)203在位置與角度上的安排十分重要。
本實施例中，反射罩202的內(nèi)表面上，如凸起結(jié)構(gòu)的表面上及/或反射罩202內(nèi)的其它區(qū)域上例如可選擇性或是同時配置一反射層(未繪示)，而此反射層的材質(zhì)例如為鋁(Al)、錫(Sn)、二氧化硅(SiO2)或是合成處理后的紙類等光線反射能力良好的材質(zhì)。
相較于公知技術(shù)，本實施例位于反射罩202上的凸起結(jié)構(gòu)203可將燈源204后方的光線反射，大量減少光線被燈源204擋住的機率，是以光源模塊的光源利用效率可獲得大幅度的提升。
圖3繪示為依照本發(fā)明第二實施例光源模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。請參照圖3，本實施例的光源模塊300主要由一反射罩302與一燈源304所構(gòu)成。其中，燈源304配置于反射罩302內(nèi)，燈源304例如為冷陰極熒光燈(CCFL)或是發(fā)光二極管數(shù)組(LED array)等線光源。燈源304所發(fā)出的光線可通過反射罩302的曲面F及/或反射表面S從光出射截面302a導(dǎo)出。經(jīng)過反射罩302聚焦之后的光線會照射于文件308上，接著由文件308反射的光線會入射至掃描儀的光學(xué)掃描模塊中。上述的文件308例如配置于掃描儀外殼的文件承載板306上以進行掃描的動作，且用以承載文件306的文件承載板306例如由透明材質(zhì)制作，以使得光線(影像)能夠順利的從文件308反射，進而被光學(xué)掃描模塊所擷取。
圖4繪示為圖3中曲面F與光線行進向量 的示意圖。請參照圖4，本實施例的反射罩302例如由曲面F與反射表面S組合而成，其中反射表面S例如為平面、橢圓曲面、拋物線曲面等，但是熟習(xí)此項技術(shù)者當(dāng)可選擇其它已知的平面、曲面或是不規(guī)則面作為反射表面S，以符合設(shè)計上的需求。
同樣請參照圖4，以微觀的角度來看，曲面F由多個平面dF所構(gòu)成，因此僅需找出各個平面dF的方程式后，再予以積分方可獲得曲面F的方程式。以下將以步驟(a)～步驟(e)來說明反射罩302中的曲面F的設(shè)計(推導(dǎo))方法。
(a)假設(shè)反射表面S的方程式為已知，在本實施例中，例如可假設(shè)反射表面S為上述的橢圓曲面、拋物線曲面，或是假設(shè)其為平面。
(b)平面dF與下列向量 有關(guān)，其中 為燈管背面每一單位面積所發(fā)出的光線行進向量； 為文件掃描目標(biāo)至反射表面S上每一單位平面dS的光行進向量；而 為 相對于反射表面S上每一單位面積dS的反射向量。
(c)根據(jù) 與 計算出二向量的角平分向量，此角平分向量即為平面dF的法線向量dN，故法線向量dN與向量 之間的夾角皆為θ/2。之后，假設(shè)所計算出的法線向量dN為(a，b)且位于X-Y平面上，則平面dF的方程式可假設(shè)為ax+by+c＝0。
(d)由 與 計算出兩向量的焦點M，由于焦點M位于平面dF上，因此將焦點M的坐標(biāo)帶入ax+by+c＝0中，即可計算出c值。
(e)將平面dF對dS進行積分，并提供適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件(boundarycondition)，以獲得曲面F的方程式為∫dFdS＝∫(ax+by+c)dS。然而，在步驟(e)中，曲面F的方程式亦可在提供適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件(針對θ而言)下，將平面dF對dθ進行積分而獲得。
經(jīng)過上述推導(dǎo)過程所求得的曲面F可將燈源304后方的光線反射至反射罩302的反射表面S上，以充分解決光源利用效率的問題。換言之，燈源304后方的光線在本實施例的設(shè)計架構(gòu)下會通過兩次或兩次以上的反射而從光出射截面302a出射。
本實施例中，反射罩302的內(nèi)表面上，意即曲面F與反射表面S上，例如可選擇性地或是同時配置一反射層(未繪示)，而此反射層的材質(zhì)例如為鋁(Al)、錫(Sn)、二氧化硅(SiO2)或是合成處理后的紙類等光線反射能力良好的材質(zhì)。
本發(fā)明的光源模塊結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法至少具有下列優(yōu)點1.本發(fā)明的光源模塊中，燈源后方的光線會通過凸起結(jié)構(gòu)或是曲面F經(jīng)過兩次或兩次以上的反射從反射罩的光出射截面出射，對于光源的利用效率有很大的提升。
2.本發(fā)明的曲面F經(jīng)過光路分析推導(dǎo)后的結(jié)果，故此曲面F可將光源模塊的光源利用效率最佳化。
3.本發(fā)明的光源模塊中，反射罩的內(nèi)表面可選擇性地或是同時配置一反射層，如為鋁(Al)、錫(Sn)、二氧化硅(SiO2)或是合成處理后的紙類等，以提升反射罩的光線反射能力。
雖然本發(fā)明已以多個實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許之更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種光源模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于包括一反射罩，該反射罩具有一光出射截面，其中該反射罩相對于該光出射截面處具有至少一凸起結(jié)構(gòu)；以及一燈源，配置于該反射罩中，其中該燈源適于發(fā)出一光線，且該光線會通過該凸起結(jié)構(gòu)反射至該反射罩的其它部位上，再由該光出射截面出射。
2.如權(quán)利要求1所述的光源模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于該燈源為一線光源。
3.如權(quán)利要求2所述的光源模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于該線光源包括一冷陰極燈管、一發(fā)光二極管數(shù)組其中之一。
4.如權(quán)利要求2所述的光源模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于該凸起結(jié)構(gòu)為一多邊形肋狀凸起結(jié)構(gòu)、一半圓形肋狀凸起結(jié)構(gòu)其中之一。
5.如權(quán)利要求1所述的光源模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于還包括一反射層，該反射層位于該凸起結(jié)構(gòu)的表面上。
6.如權(quán)利要求5所述的光源模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于該反射層的材質(zhì)包括鋁、錫、二氧化硅以及合成處理后的紙類其中之一。
7.一種光源模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于包括一反射罩，該反射罩具有一光出射截面，其中該反射罩相對于該光出射截面處為一曲面F，而該反射罩鄰近于該光出射截面處為一反射表面S，且曲面F與反射表面S相連接，又該曲面F＝∫dFdS＝∫(ax+by+c)dS，dF為構(gòu)成曲面F的平面，dS為構(gòu)成反射表面S的平面，(a，b)為平面dF的法線向量；以及一燈源，配置于該反射罩中，其中該燈源適于發(fā)出一光線，且該光線由該曲面F反射至少一次后傳遞至該反射表面S上，再由該光出射截面出射。
8.如權(quán)利要求7所述的光源模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于該燈源為一線光源，且該線光源延伸的方向平行于z軸。
9.如權(quán)利要求8所述的光源模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于該線光源包括一冷陰極燈管、一發(fā)光二極管數(shù)組其中之一。
10.如權(quán)利要求7所述的光源模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于還包括一反射層，該反射層位于該曲面F與該反射表面S的表面上。
11.如權(quán)利要求10所述的光源模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于還該反射層的材質(zhì)包括鋁、錫、二氧化硅以及合成處理后的紙類其中之一。
12.如權(quán)利要求7所述的光源模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于該反射表面S包括一橢圓曲面、一拋物線曲面以及一平面其中之一。
13.一種光源模塊的設(shè)計方法，其特征在于包括提供一反射罩，該反射罩具有一光出射截面，并將該反射罩相對于該光出射截面處設(shè)計為一曲面F，而該反射罩鄰近于該光出射截面處設(shè)計為一與該曲面F連接的反射表面S，其中該曲面F系滿足下式，曲面F＝∫dFdS＝∫(ax+by+c)dS，dF為構(gòu)成曲面F的平面，dS為構(gòu)成反射表面S的平面，(a，b)為平面dF的法線向量；以及配置一燈源于該反射罩中，以使得該燈源所發(fā)出的一光線由該曲面F反射至少一次后傳遞至該反射表面S上，再由該光出射截面出射。
14.如權(quán)利要求13所述的光源模塊的設(shè)計方法，其特征在于該曲面F的設(shè)計方法包括(a)假設(shè)該反射表面S的方程式為已知；(b)該平面dF與向量 有關(guān)，其中 為燈管背面每一單位面積所發(fā)出的光線行進向量； 為文件掃描目標(biāo)至反射表面S上每一單位平面dS的光行進向量；而 為 相對于反射表面S上每一單位面積dS的反射向量；(c)根據(jù) 與 計算出二向量的一角平分向量，該角平分向量為該平面dF的法線向量dN，假設(shè)計算出的該法線向量dN為(a，b)，且該法線向量位于X-Y平面上，則該平面dF的方程式可假設(shè)為ax+by+c＝0；(d)由 與 計算出兩向量的一焦點M，由于該焦點M位于該平面dF上，因此將該焦點M的坐標(biāo)帶入ax+by+c＝0中，即可計算出c值；以及(e)將該平面dF對dS與dθ其中之一進行積分，并提供邊界條件，以獲得曲面F的方程式為∫dFdS＝∫(ax+by+c)dS。
15.如權(quán)利要求13所述的光源模塊的設(shè)計方法，其特征在于該反射表面S包括一橢圓曲面、一拋物線曲面以及一平面其中之一。
16.如權(quán)利要求13所述的光源模塊的設(shè)計方法，其特征在于該燈源為一線光源，且該線光源延伸的方向平行于z軸。
17.如權(quán)利要求16所述的光源模塊的設(shè)計方法，其特征在于該線光源包括一冷陰極燈管、一發(fā)光二極管數(shù)組其中之一。
18.如權(quán)利要求13所述的光源模塊的設(shè)計方法，其特征在于還包括配置一反射層于該曲面F與該反射表面S的表面上。
19.如權(quán)利要求18所述的光源模塊的設(shè)計方法，其特征在于該反射層的材質(zhì)包括鋁、錫、二氧化硅以及合成處理后的紙類其中之一。
全文摘要
一種光源模塊結(jié)構(gòu)主要由一反射罩以及一燈源所構(gòu)成。其中，反射罩具有一光出射截面，且反射罩相對于光出射截面處具有至少一凸起結(jié)構(gòu)。燈源配置于反射罩中，燈源所發(fā)出的光線會通過反射罩上的凸起結(jié)構(gòu)反射至反射罩的其它部位上，再由光出射截面出射。此外，反射罩相對于該光出射截面處可設(shè)計為一曲面F，而該反射罩鄰近于該光出射截面處設(shè)計為另一反射表面S。曲面F與反射表面S相連接，且曲面F＝∫dFdS＝∫(ax+by+c)dS，其中，dF為構(gòu)成曲面F的平面，dS為構(gòu)成反射表面S的平面，而(a，b)為平面dF的法線向量。如此設(shè)計將可有效提升光源利用效率。
文檔編號G06K7/10GK1530688SQ0311953
公開日2004年9月22日 申請日期2003年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月10日
發(fā)明者許全裕, 黃志文 申請人:力捷電腦股份有限公司