(57)【要約】【課題】主にリフレクタとランプより構成する光源モジュールを提供する。【解決手段】リフレクタには光出力部分があり、光出力部分に相当するリフレクタの部分には少なくとも一つの突起がある。ランプはリフレクタ内に配置されており、ランプが放射した光はリフレクタの突起を経由してリフレクタの他の部分に反射し、そして光出力部分から出力する。さらに、光主力部分に相当するリフレクタの部分をカーブＦとして設計し、光出力部分に隣接するリフレクタの部分を反射面Ｓとして設計する。カーブＦは反射面Ｓに繋がっており、dFがカーブＦを構成する微分平面、dSが反射面Ｓを構成する微分平面、（ａ、ｂ）が微分平面dFの法線ベクトルである時に、カーブＦ＝∫dFdS＝∫(ax＋by＋c)dSである。そのような設計により光源利用率が著しく改善される。【選択図】  図２Ａ
2004273414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光出力部分を有し、その光出力部分に相当するリフレクタの部分に少なくとも一つの突起を有しているリフレクタ、および
リフレクタ内に配置され光を照射するのに適したランプを有し、
光が前記突起を経由してリフレクタの他の部分に反射した後光出力部分から出力するようにされていることを特徴とする光源モジュール。
【請求項２】
光出力部分を有し、その光出力部分に相当するリフレクタの部分はカーブＦ、光出力部分に隣接するリフレクタの部分は反射面Ｓであり、カーブＦは反射面Ｓと繋がっており、dFがカーブＦを構成する微分平面、dSが反射面Ｓを構成する微分平面、（ａ、ｂ）が微分平面dFの法線ベクトルである時に、カーブＦ＝∫dFdS＝∫(ax＋by＋c)dSであるリフレクタと、
リフレクタ内に配置され光を照射するのに適したランプを有し、
光が少なくとも一回反射が起きた後にカーブＦを経由して反射面Ｓに届いた後光出力部分から出力するようにされていることを特徴とする光源モジュール。
【請求項３】
光源モジュールを設計する方法であって、
リフレクタを提供し、そのリフレクタは光出力部分を有しており、光出力部分に相当するリフレクタの部分をカーブＦとして設計し、そして光出力部分に隣接するリフレクタの部分はカーブＦに繋がる反射面Ｓであり、dFがカーブＦを構成する微分平面、dSが反射面Ｓを構成する微分平面、（ａ、ｂ）が微分平面dFの法線ベクトルである時に、カーブＦ＝∫dFdS＝∫(ax＋by＋c)dSであり、ここでカーブＦは
（ａ）反射面Ｓの式は既知であると仮定し、
（ｂ）ベクトルＡがランプ背面の各単位エリアから放射される光の前向きベクトルであり、ベクトルＢは文書がスキャニングされているときに微分平面dSの各単位エリアから反射される光の前向きベクトル、そしてベクトルＣが反射面Ｓ上のdSの単位エリアに相当するベクトルＢの反射ベクトルである時に、微分平面dFはベクトルＡ、ベクトルＢ、ベクトルＣと関係があり、
（ｃ）ベクトルＡとベクトルＣの二つにより二等分角度ベクトルを計算し、二等分角度ベクトルは微分平面dFの法線ベクトルdNであり、計算した法線ベクトルdNが（ａ、ｂ）でＸ−Ｙ面にあると仮定すると、微分平面dFの式はax＋by＋c＝0と仮定され、
（ｄ）ベクトルＡとベクトルＢの二つから焦点Ｍを計算し、焦点Ｍは微分平面上にあるので、焦点Ｍの座標をax＋by＋c=0に入れてcの値を計算し、
（ｅ）カーブＦの式、即ちＦ＝∫dFdS＝∫(ax＋by＋c)dSを得るために、微分平面dFをdSまたはdθのいずれかについて積分し、適切な境界条件を与え、
ランプが放射した光が少なくとも一回の反射が起きた後にカーブＦを経由して反射面Ｓに届き、そして光出力部分から出力するように、ランプをリフレクタ内に配置することを特徴とする光源モジュールを設計する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的にいって光源モジュールとその設計方法に関するものであり、詳細に云えば光源モジュールのリフレクタとそれを設計する方法に関するものである。
この申請は、2003年3月4日に申請の台湾申請番号92104496の優先権を求める。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ性能が大きく進歩しインターネットやマルチメディア技術が高度に発展するに従い、アナログ伝送の代わりにデジタル伝送を使ってイメージ情報が配信されるようになった。イメージのデジタル化に加えて、デジタルカメラ（ＤＣ）、デジタルビデオカメラ（ＤＶ）、スキャナーのようなデジタルでの伝送およびメモリーに関する広範囲の製品が開発され、市場に出てきている。しかしながら、直接イメージ画像を取り込むために使用するＤＣやＤＶとは別に、文書や画像に関するイメージのデジタル化ではすべてスキャナーを用いて文字や画像のアナログイメージを取り込み、出力のためにデジタル信号に変換する。デジタル化は、ユーザーが文書表示、光学文字認識（ＯＣＲ）、編集、保存、及びコンピュータやその他のエレクトロニクス製品への出力を行う助けになる。
【０００３】
文書や画像イメージを取り込む時、スキャナー内部にある光源モジュールにより供給された光が文書または画像上に照射され、そして文書または画像から反射した光（イメージ）がスキャナー内部のスキャニングモジュールに投影されて、最終的にイメージ取り込み装置に取り込まれる。スキャニング過程における光源モジュールの供給する光の強さが、デジタルイメージの出力結果に直接に影響するので、光源の利用率が常に関連技術での設計者の大きな関心事である。
【０００４】
図１は従来の光源モジュールの構造を概略的に示している。図１に関して、従来の光源モジュール100は主にリフレクタ102とランプ104で構成している。そのとき、ランプ104はリフレクタ102の内側に配置され、ランプ104が放射した光は、リフレクタ102のカーブ形状を経由して光出力部分102aから出力される。リフレクタ102により焦点を合わせた光が文書108上に当たり、そして文書108で反射した光がスキャナーの光学スキャニングモジュール内に投影される。上記の文書108を例えば、スキャナーハウジングの文書プレート106上に置いてスキャニング操作を行い、文書108を置くための文書プレート106は一般的に透明材料で出来ているので、光（イメージ）が文書108から容易に反射され、光学スキャニングモジュールにより取り込まれる。
【０００５】
図１に関して、一般的なリフレクタ102は楕円カーブまたは放物線カーブ形状で設計される。ランプ管104から放射された光の殆どがリフレクタ102のカーブ部分から出力される。しかし、ランプ104はリフレクタ102内に配置されており、ランプ104は一定の径を有しているので、光出力部分102aから離れたランプ104の表面から放射された光が反射した後、光はランプ104により妨げられる。言い換えれば、ランプ104が放射した光は完全に活用されなくて、光源モジュールの光源利用率は不十分である。
【０００６】
上述した説明から、楕円または放物線カーブ設計のリフレクタ102では、光出力部分102aを経由してランプ104が放射した光の総てを効果的に出力できない。一方、不十分な光源利用率問題を改善するためには、ランプの管径を小さくすることもできる。しかし、それでは設計、製造、組立においてコストアップの問題が発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の問題を解決するために、本発明の目的は、光源利用率を効果的に改善する光源モジュールおよびそれを設計するための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明が提供する光源モジュールは主としてリフレクタとランプで構成している。リフレクタには光出力部分があり、光出力部分に相当するリフレクタの部分には少なくとも一つの突起がある。ランプはリフレクタ内に配置され、ランプから放射された光は突起によりリフレクタの他の部分に反射し、そして光出力部分から出力される。
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明が提供する光源モジュールはリフレクタとランプで構成している。リフレクタには光出力部分があり、光出力面に相当するリフレクタ部分がカーブＦであり、光出力部分に隣接するリフレクタ部分が反射面Ｓである。カーブＦは反射面Ｓに繋がっており、そしてdFがカーブＦを構成する微分平面、dSが反射面を構成する微分平面、そして（a、b）が微分平面dFの法線ベクトルである時に、カーブＦ＝∫dFdS＝∫(ax＋by＋c)dSである。ランプはリフレクタ内に配置されており、ランプが放射する光は少なくとも一回カーブＦで反射し、そして反射面Ｓに届いて、最終的に光出力部分を通じて出力される。
【００１０】
上記の目的を達成するために、光源モジュールを設計する方法を本発明により提供する。その方法では光出力部分を含むリフレクタを提供する。光出力部分に相当するリフレクタ部分をカーブＦとして設計し、光出力部分に隣接する部分をカーブＦに繋がる反射面Ｓとして設計する。DFがカーブＦを構成する微分平面、dSが反射面を構成する微分平面、そして（a、b）が微分平面dFの法線ベクトルである時に、カーブＦは式Ｆ＝∫dFdS＝∫(ax＋by＋c)dSを満足している。そして、ランプをリフレクタ内に配置し直線状の光源（ランプ）はｚ軸に平行に延伸しているので、ランプが放射した光は少なくとも一回カーブＦで反射し、そして反射面Ｓに届いて最終的に光出力部分を通じて出力される。
【００１１】
光源モジュールにおいて、設計する方法は本発明によるものと同じである。カーブＦは以下のようにステップ（ａ）からステップ（ｅ）で導き出される。
（ａ）反射面Ｓの式が既知であると仮定して、本発明では、反射面Ｓを例えば楕円カーブ、または放物線カーブ、または平面として仮定する。
（ｂ）ベクトルＡがランプ背面の各単位エリアから放射される光の前向きベクトルであり、ベクトルＢは文書がスキャニングされているときに微分平面dSの各単位エリアから反射される光の前向きベクトル、そしてベクトルＣは反射面Ｓ上のdSの単位エリアに相当するベクトルＢの反射ベクトルである時に、微分平面dFはベクトルＡ、ベクトルＢ、ベクトルＣと関係があり、
（ｃ）ベクトルＡとベクトルＣの二つにより二等分角度ベクトルを計算する。二等分角度ベクトルは微分平面dFの法線ベクトルdNである。計算した法線ベクトルdNが（ａ、ｂ）でありＸ−Ｙ面にあると仮定すると、微分平面dFの式はax＋by＋c＝0と仮定される。
（ｄ）ベクトルＡとベクトルＢの二つから焦点Ｍを計算し、焦点Ｍは微分平面上にあるので、焦点Ｍの座標をax＋by＋c=0に入れてcの値を計算する。
（ｅ）カーブＦの式、即ちＦ＝∫dFdS＝∫(ax＋by＋c)dSを得るために、微分平面dFをdSについて積分し、適切な境界条件を与える。しかし、ステップ（ｅ）で、カーブＦの式は適切な境界条件のもとで微分平面dFをdθで積分することでも得られる。
【００１２】
光源モジュールにおいて、設計する方法は上記の本発明によるものと同一であり、光源モジュールは蛍光灯（ＣＣＦＬ）またはＬＥＤアレイのような直線状の光源であり、リフレクタ上の突起は多角形リブ突起または概ね丸いリブ突起のようなものである。
【００１３】
上述した本発明による光源モジュールおよびその設計方法において、反射レイヤーは、突起面、リフレクタ内の他の部分、カーブＦ、そして反射面Ｓのような、リフレクタ面の一部または全部に選択的に配置する。反射レイヤーをAl、Sn、SiO2または合成紙のような良好な光反射能力を有する材料で作る。
【００１４】
本発明では意図的にリフレクタを突起のあるカーブまたは不規則面で設計しているので、ランプ背後の光が上述の突起を経由してリフレクタの高反射域に反射され、あるいは上述のカーブを経由してリフレクタの反射面Ｓに反射され、最終的に光出力断面から出力される。そのような設計により本来はランプにより遮蔽される光を有効に使うことができる。それ故に、本発明による光源モジュールは光源の利用効率をあるレベルで改善する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による光源モジュールとそれを設計する方法は、少なくとも以下のような長所を有する。
１．本発明の光源モジュールにおいて、ランプ背後の光は、少なくとも二回の反射が起き    た後に、突起またはカーブＦを経由して光出力部分から出力されるので、光源利用率    が著しく改善する。
２．本発明のカーブＦは光路分析演繹から得られた結果であり、それ故に、カーブＦは光    源モジュールの光源利用率を最適化することができる。
３．本発明による光源モジュールでは、反射レイヤーをリフレクタ内面の一部または総て    に選択的に配置し、反射レイヤーをAl、Sn、SiO2または合成紙で作っており、リフ    レクタの光反射能力を改善する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図２Ａおよび図２Ｂは、本発明による第一の実施形態についての概略的な構造図を示している。図２Ａに関して、光源モジュール200は主としてリフレクタ202とランプ204により構成している。ランプ204はリフレクタの内側に配置され、ランプ204は蛍光灯（ＣＣＦＬ）またはＬＥＤアレイのような直線状光源である。ランプ204により放射された光は、リフレクタ202のカーブ部分を経由して光出力部分から出力される。リフレクタ202で焦点を合わせた光は文書208の上に照射され、文書208で反射した光は、スキャナーの光学スキャニングモジュールに投射される。上述の文書208は、例えばスキャナーハウジングの文書プレート206上に置かれてスキャニング操作が行われ、文書208を置くための文書プレート206は、例えば透明材料でつくられているので、光（イメージ）が文書208からスムースに反射され、光学スキャニングモジュールにより取り込まれる。
【００１７】
図２Ａおよび図２Ｂに関して、本発明によるリフレクタ202には光出力部分202aがあり、光出力部分202aに相当するリフレクタの部分には少なくとも一つの突起203がある。突起203は、（図２Ａで示す）多角形リブの突起または（図２Ｂで示す）概ね丸いリブの突起のようなものである。図２Ａおよび図２Ｂで示すように、リフレクタ202上の突起203を反射面として使用するので、ランプ204背後の光は他の突起203の方またはリフレクタ202の他の突起の方に反射される。それ故に、突起203の位置と方向が非常に重要である。
【００１８】
本発明において、反射レイヤー（図示していない）を例えば、突起面の部分の一部または総てに、そして／またはリフレクタ202内部の他の場所に選択して配置することもある。反射レイヤーはAl、Sn、SiO2または合成紙のような良好な光反射能を有する材料で作る。
【００１９】
従来技術と比較して本発明では、リフレクタ202上の突起203がランプ204の背後にある光を反射出来るので、ランプ204が光を遮蔽する可能性を著しく減少することができ、光源モジュールの光源利用率を著しく改善する。
【００２０】
図３は本発明による第二の実施形態についての概略的な構造図を示している。図３に関して、本発明による光源モジュール300は主として、リフレクタ302とランプ304で構成している。ランプ304はリフレクタ302の内側に配置し、ランプ304は蛍光灯（ＣＣＦＬ）やＬＥＤアレイのような直線状光源である。ランプ304が放射した光は、カーブＦおよび／または反射面Ｓを経由して光出力部分302aから出力される。リフレクタ302により焦点を合わせた光は文書308上に投射され、文書308で反射した光はスキャナーの光学スキャニングモジュールに投射される。上述の文書308は例えば、スキャナーケースの文書プレート306上におかれ、スキャニング操作が行われる。そして、文書308を置く文書プレート306は、例えば透明な材料でつくられており、それにより光（イメージ）が文書308からスムースに反射され、光学スキャニングモジュールにより取り込まれる。
【００２１】
図４は、図３におけるカーブＦと光前向きベクトルＡ、Ｂ、Ｃについての概略線図を示している。図４に関して、本発明によるリフレクタ302には例えば、カーブＦと反射面Ｓが含まれている。そのとき、反射面Ｓは例えば平面であり、楕円カーブまたは放物線カーブである。設計要求を満足するために、別の公知の平面、カーブ、不規則面も使えることは、同分野の当業者には明らかであろう。
【００２２】
図４に関して、微視的な観点で見ると、カーブＦは複数の微分平面dFから成り立っている。それ故に、各微分平面dFの式を見つけ出し積分することによりカーブＦの式が得られる。以下に示すステップ（ａ）〜ステップ（ｅ）を用いて、リフレクタ302内のカーブＦを設計（導き出す）する方法を記述する。
（ａ）反射面Ｓの式が既知であると仮定して、本発明では、反射面Ｓは例えば楕円カーブ、または上述の放物線カーブ、または平面として仮定する。
（ｂ）微分平面dFはベクトルＡ、ベクトルＢ、ベクトルＣと関係があり、そのときベクトルＡはランプ背面の各単位エリアから放射される光の前向きベクトルであり、ベクトルＢは文書がスキャニングされているときに微分平面dSの各単位から反射される光の前向きベクトル、そしてベクトルＣは反射面Ｓ上のdSの単位エリアに相当するベクトルＢの反射ベクトルである。
（ｃ）ベクトルＡとベクトルＣの二つにより二等分角度ベクトルを計算する。二等分角度ベクトルは微分平面dFの法線ベクトルdNである。従って、法線ベクトルdNとベクトルＡ、Bの間の角度はθ／２である。そして、計算した法線ベクトルdNは（ａ、ｂ）でありＸ−Ｙ面にあると仮定すると、微分平面dFの式はax＋by＋c＝0であると仮定される。
（ｄ）ベクトルＡとベクトルＢの二つから焦点Ｍを計算し、焦点Ｍは微分平面上にあるので、焦点Ｍの座標をax＋by＋c=0に入れてcの値を計算する。
（ｅ）カーブＦの式、即ちＦ＝∫dFdS＝∫(ax＋by＋c)dSを得るために、微分平面dFをdSについて積分し、適切な境界条件を与える。しかし、ステップ（ｅ）で、カーブＦの式は（θに対する）適切な境界条件のもとで微分平面dFをdθで積分することでも得られる。
【００２３】
上述した演繹手順により得たカーブＦは、ランプ304背後の光をリフレクタ302の反射面Ｓ上に反射することができ、不十分な光源利用率問題を完全に解決する。言い換えれば、この実施形態の構造設計により、ランプ304背後の光は少なくとも二回反射して光出力部分302aから出力する。
【００２４】
この実施形態において、反射レイヤー（図示していない）は例えば、リフレクタ内面部分の一部または総てに、即ちカーブＦと反射面Ｓに選択して配置する。反射レイヤーは、Al、Sn、SiO2または合成紙のような良好な光反射能を有する材料で作る。
【００２５】
本発明をその特定の実施形態を参考にして記述しているが、本発明の精神から離れることなく記載した実施形態を修正できることは、同分野の当業者には明らかであろう。よって、本発明の適用範囲は上記の詳細な説明によるものではなく、添付の請求範囲により定義される。
【００２６】
添付の図面は本発明の理解を深めるために用意しており、一体となってこの仕様の一部を構成している。図面は本発明の実施形態を示しており、記述と一緒で本発明の原理を説明する役割をしている。図において、
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の光源モジュールについての概略的な構造図を示している。
【図２Ａ】本発明による第一の実施形態についての概略的な構造図を示している。
【図２Ｂ】本発明による第一の実施形態についての概略的な構造図を示している。
【図３】本発明による第二の実施形態についての概略的な構造図を示している。
【図４】図３におけるカーブＦと光前向きベクトルＡ、Ｂ、Ｃについての概略線図を示している。
【符号の説明】
【００２８】
100     光源モジュール
102     リフレクタ
102a    光出力部分
104     ランプ
106     文書プレート
108     文書
200     光源モジュール
202     リフレクタ
202a    光出力部分
203     突起
204     ランプ
206     文書プレート
208     文書
300     光源モジュール
302     リフレクタ
302a    光出力部分
304     ランプ
306     文書プレート
308     文書
【図１】
2004273414.tif 000003
【図２Ａ】
2004273414.tif 000004
【図２Ｂ】
2004273414.tif 000005
【図３】
2004273414.tif 000006
【図４】
2004273414.tif 000007