專(zhuān)利名稱(chēng)：用于圖像傳感器的透鏡陣列和包括其的圖像掃描裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將來(lái)自文件的光會(huì)聚到傳感器(即光接收元件)上的透鏡陣列和包括該透鏡陣列的圖像掃描裝置，如復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)和掃描儀。
背景技術(shù)：
由于接觸型圖像傳感器中使用的零件數(shù)目小于簡(jiǎn)化型圖像傳感器中使用的零件數(shù)目，因此包括正像1∶1成像透鏡(即正像單元放大透鏡)的接觸型圖像傳感器可以制造得很薄。這樣，將接觸型圖像傳感器用作圖像掃描裝置(即圖像傳感器單元)如傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)和人工掃描器。
圖9是下述專(zhuān)利文件1中所示的常規(guī)接觸型圖像掃描裝置的整個(gè)結(jié)構(gòu)圖。用于放置光導(dǎo)101和棒狀透鏡陣列103的外殼102配置在框架100內(nèi)。玻璃罩104設(shè)置在框架100的頂部，在其上安裝線圖像傳感器(即光接收元件)105的底板106設(shè)置在框架100的下部。從光導(dǎo)101的光發(fā)射表面發(fā)射的照明光通過(guò)玻璃罩104入射到文件上，反射光通過(guò)棒狀透鏡陣列103，而后由線圖像傳感器105檢測(cè)，由此掃描文件。
圖10是棒狀透鏡陣列103的透視圖。棒狀透鏡陣列103由兩端夾在樹(shù)脂板103b之間的許多棒狀透鏡103a構(gòu)成。黑色樹(shù)脂填充在棒狀透鏡103a之間。
專(zhuān)利文件1日本未審查專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)JP 2001-358906圖像傳感器單元的框架通常為樹(shù)脂模制產(chǎn)品。因此，框架不能以高精確度模制，并且其自身形狀保持力也低。這樣，沒(méi)有傾斜地安裝棒狀透鏡陣列是困難的，如圖10所示，在棒狀透鏡陣列的光軸和線圖像傳感器之間產(chǎn)生位移量(Δy)。
圖11示出了沿縱向(即主掃描方向)檢驗(yàn)該位移量(Δy)和亮度級(jí)量之間的關(guān)系的結(jié)果。從圖11中可以看出，位移量(Δy)越大，亮度級(jí)量越低。
這樣，如果亮度級(jí)量發(fā)生降低，則當(dāng)例如掃描線性圖像如規(guī)則直線時(shí)產(chǎn)生沿直線的變形，從而降低圖像質(zhì)量。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，采用棒狀透鏡陣列，其中沿副掃描方向以兩行配置棒狀透鏡。然而，由于甚至以一行配置棒狀透鏡陣列時(shí)生產(chǎn)成本已經(jīng)很高，因此以兩行配置棒狀透鏡陣列使產(chǎn)品收得率更低，從而增加了成本。進(jìn)一步，即使棒狀透鏡以兩行設(shè)置，也不可能完全消除光軸的位移。
另一方面，如果使用微透鏡陣列，以許多行配置透鏡是容易的，但是在常規(guī)微透鏡陣列的情況下，不可能提供正像1∶1成像透鏡。
進(jìn)一步，在接觸型圖像掃描裝置的情況下，也存在由文件高度以及棒狀透鏡陣列的光軸和線圖像傳感器之間的位移引起的分辨率降低的問(wèn)題。換句話說(shuō)，當(dāng)例如一本書(shū)以打開(kāi)的狀態(tài)放置在玻璃板(即文件臺(tái))上時(shí)，頁(yè)面之間的部分不可避免地升高。
在常規(guī)的圖像掃描裝置中，由于來(lái)自照明裝置的照射光設(shè)計(jì)成基本上集中在玻璃板(即文件臺(tái))上，因此在文件被升高的部分照射光量變得不均勻，從而引起分辨率降低。
進(jìn)一步，即使根據(jù)文件的高度將照射光量分散到某個(gè)角度，仍存在焦深的問(wèn)題。換句話說(shuō)，為了即使存在文件的高度也不引起分辨率降低，使透鏡的焦深變大是必不可少的。
圖12是示出了透鏡的孔徑角度、焦深和透光量之間關(guān)系的曲線圖。從圖中很明顯的，焦深和透光量符合折衷關(guān)系。例如，相應(yīng)于1mm的文件高度，棒狀透鏡的孔徑角度必須為6度，但是在孔徑角度6度的情況下透光量為大約0.3％，非常的小。因此，導(dǎo)致光量的不足。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的用于圖像傳感器的透鏡陣列通過(guò)疊加透鏡板來(lái)形成，作為正像1∶1成像透鏡，其中每個(gè)透鏡板由許多微透鏡構(gòu)成，所述微透鏡以預(yù)定間距并以兩維方式規(guī)則配置。
這樣，通過(guò)使用透鏡板，該透鏡板具有恰好沿副掃描方向以許多行形成的透鏡，由光軸和線圖像傳感器之間的位移量(Δy)引起的亮度級(jí)量的降低可以減小。
通過(guò)豎直地疊加例如兩個(gè)或三個(gè)透鏡板形成透鏡陣列，其中上面透鏡板的微透鏡中心與下面透鏡板的微透鏡中心一致。
進(jìn)一步，通過(guò)將透鏡陣列的單個(gè)透鏡的孔徑角度設(shè)定在4到10度之間，可能滿足透光量和焦深兩個(gè)方面。
本發(fā)明還包括圖像掃描裝置，其中用于圖像傳感器的透鏡陣列，照明裝置，和光接收元件包括在框架中。特別地，圖像掃描裝置的照明裝置設(shè)有光導(dǎo)，其在內(nèi)表面上反射從端面入射的光，并使光從光發(fā)射表面沿縱向發(fā)射。光導(dǎo)設(shè)有兩類(lèi)反射曲面，由每個(gè)曲面反射的光的聚集位置不同。這樣，有效地防止由文件的高度引起的亮度級(jí)量的降低是可能的。
兩類(lèi)反射曲面沿垂直于光導(dǎo)縱向的橫截面形狀為橢圓形弧或拋物線。在一對(duì)右和左照明裝置包括在圖像掃描裝置中的情況下，通過(guò)改變每個(gè)照明裝置的高度顯示上述相同的效果是可能的。
在圖像掃描裝置中，重影切割部分可以設(shè)在用于圖像傳感器的透鏡陣列和光接收元件之間和/或用于圖像傳感器的透鏡陣列上部的至少之一上。


當(dāng)結(jié)合所附的附圖時(shí)，本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將根據(jù)以下描述而變得顯而易見(jiàn)。
圖1是包括根據(jù)本發(fā)明的透鏡陣列的圖像掃描裝置的橫斷面視圖；圖2是一曲線圖，示出了沿副掃描方向的位置和對(duì)于文件表面每個(gè)高度值的光強(qiáng)之間的關(guān)系；圖3是根據(jù)本發(fā)明的透鏡陣列的透視圖；圖4是解釋通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的透鏡陣列圖像形成的視圖；圖5是類(lèi)似于圖1的視圖，示出了另一實(shí)施例；圖6是類(lèi)似于圖1的視圖，示出了又一實(shí)施例；圖7(a)是一曲線圖，示出了副掃描位移量和包括根據(jù)本發(fā)明的透鏡陣列的圖像掃描裝置的光強(qiáng)之間的關(guān)系。圖7(b)是一曲線圖，示出了副掃描位移量和常規(guī)圖像掃描裝置的光強(qiáng)之間的關(guān)系；圖8(a)是一曲線圖，示出了文件表面的高度值和包括透鏡陣列的圖像掃描裝置的光分布率之間的關(guān)系。圖8(b)是一曲線圖，示出了文件表面的高度值和常規(guī)圖像掃描裝置的光分布率之間的關(guān)系。
圖9是常規(guī)圖像掃描裝置的橫斷面視圖；圖10是常規(guī)透鏡陣列的透視圖；
圖11是一曲線圖，示出了常規(guī)圖像掃描裝置中，光軸和透鏡陣列的光接收元件之間的位移量(Δy)和亮度級(jí)量之間的關(guān)系；和圖12是一曲線圖，示出了透鏡的孔徑角度、焦深和透光量之間的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參考所附附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。圖1是包括根據(jù)本發(fā)明的透鏡陣列的圖像掃描裝置的橫斷面視圖。圖2是一曲線圖，示出了沿副掃描方向的位置和對(duì)于文件表面每個(gè)高度值的光強(qiáng)之間的關(guān)系。圖3是根據(jù)本發(fā)明的透鏡陣列的透視圖。圖4是解釋通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的透鏡陣列圖像形成的視圖。
圖像掃描裝置1在框架2內(nèi)橫向地設(shè)有線照明裝置3和3，透鏡陣列4配置在這些線照明裝置3和3之間。在框架2的下部形成凹陷部分5，在其上安裝底板7，圖像傳感器(即光接收元件)6固定到底板7上。其上放置文件的玻璃板8設(shè)置在線照明裝置3和3和透鏡陣列4的上方。圖像傳感器(光接收元件)6設(shè)置在與透鏡陣列4的中心線的延伸位置基本上一致的位置。
框架2的在透鏡陣列4下面的部分變窄以提供重影切割部分9。
線照明裝置3設(shè)有外殼30，用于放置由丙烯酸樹(shù)脂等制成的帶狀光導(dǎo)31。光導(dǎo)31在長(zhǎng)軸側(cè)面上具有端部，其中沿垂直于縱向的橫截面形狀基本上為1/4橢圓形。將光導(dǎo)31的端部斜切。該斜切表面31a包括橢圓形的焦點(diǎn)并設(shè)有光散射圖案。
光導(dǎo)31沿縱向的表面由斜切表面31a，平行于橢圓形短軸方向的光發(fā)射表面31b，平行于橢圓形長(zhǎng)軸方向的反射表面31c，和反射表面31d構(gòu)成，其中反射表面31d的橫截面基本上為1/4橢圓形，并將來(lái)自光散射圖案的散射光向光發(fā)射表面31b反射。
光強(qiáng)特性相對(duì)于文件表面高度的峰值移動(dòng)主要取決于照明光光軸的傾角。光強(qiáng)特性取決于形成在斜切表面上的散射圖案的寬度。這樣，基本上使光導(dǎo)31的傾角和散射圖案的寬度的特性曲線一致是可能的。
圖2是一曲線圖，示出了左光導(dǎo)31沿副掃描方向的位置(D)和對(duì)于圖1所示文件表面的每個(gè)高度的光強(qiáng)之間的關(guān)系。從該圖中可以看出，通過(guò)將沿副掃描方向的位置(D)設(shè)定在6.5到7.0mm之間，不管文件的高度值為多少，光強(qiáng)都可以保持在大約0.8。
另一方面，如圖3所示，通過(guò)將兩個(gè)透鏡板40和40疊加在一起形成透鏡陣列4，作為正像1∶1成像透鏡。每個(gè)透鏡板40由許多微透鏡41構(gòu)成，所述微透鏡以預(yù)定間距并以兩維方式規(guī)則配置。透鏡板40例如可以通過(guò)下述方法制造，即利用透明模加壓成形處于軟化狀態(tài)的紫外固化樹(shù)脂，并從外側(cè)將紫外光照射在樹(shù)脂上用于硬化(即2P模制方法)。
作為模制方法，可以加壓成形通過(guò)加熱軟化的玻璃或樹(shù)脂，或可以層壓預(yù)模制透鏡。
圖4示出了透鏡陣列4的操作。來(lái)自光導(dǎo)31的光發(fā)射表面31b而后在文件表面上反射的光通過(guò)透鏡陣列4會(huì)聚到圖像傳感器(即光接收元件)6上。在該情況中，由于透鏡陣列4沿副掃描方向設(shè)有成排的微透鏡41，因此不會(huì)發(fā)生常規(guī)透鏡陣列中亮度級(jí)量的降低，該降低由透鏡光軸和圖像傳感器6之間的位移引起。如上所述，通過(guò)將微透鏡41的孔徑角度設(shè)定在4到10度之間，可能滿足焦深和透光量?jī)蓚€(gè)方面。
圖5是類(lèi)似于圖1的視圖，示出了另一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，光導(dǎo)311設(shè)有兩類(lèi)反射曲面311c和311d。這些反射曲面311c和311d沿垂直于光導(dǎo)縱向的橫截面形狀為橢圓形弧或拋物線，從而發(fā)射來(lái)自表面311a的光，其中散射圖案遠(yuǎn)離光發(fā)射表面311b形成，由此使發(fā)射光的聚集位置(豎直位置)不同。
在圖5示出的實(shí)施例中，透鏡陣列4由三個(gè)透鏡板40構(gòu)成，用于切割產(chǎn)生重影的雜散光的重影切割部分9設(shè)在透鏡陣列4的上方和下方。然而，應(yīng)當(dāng)注意，重影切割部分9可以僅設(shè)在透鏡陣列4的上方。
圖6也是類(lèi)似于圖1的視圖，示出了又一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，右和左光導(dǎo)31的高度改變。
這樣，通過(guò)采用光聚集位置不同的反射表面或通過(guò)改變右和左光導(dǎo)的高度，使光分布率的變化更小是可能的，即使存在文件的高度。
在圖6所示的實(shí)施例中，重影切割部分9設(shè)有狹縫結(jié)構(gòu)。即，重影切割部分9豎直地設(shè)有相應(yīng)于透鏡間距的分隔墻9a，其中如果透鏡陣列為六邊形密集結(jié)構(gòu)，那么狹縫根據(jù)所述為蜂窩狀，同時(shí)如果透鏡陣列為四邊形密集結(jié)構(gòu)，那么狹縫根據(jù)所述為柵格狀。
在圖中，兩類(lèi)反射曲面311c和311d相對(duì)設(shè)置，但是焦點(diǎn)位置不同的橢圓形弧或拋物線可以連續(xù)地形成在一個(gè)表面上。
圖7(a)是一曲線圖，示出了副掃描位移量和包括根據(jù)本發(fā)明的透鏡陣列的圖像掃描裝置的光強(qiáng)之間的關(guān)系。圖7(b)是一曲線圖，示出了副掃描位移量和常規(guī)圖像掃描裝置的光強(qiáng)之間的關(guān)系。在根據(jù)本發(fā)明的透鏡陣列中，由于提供多個(gè)透鏡，因此如圖7(a)所示，大于80％的光強(qiáng)保持在沿副掃描方向離中心位置-0.5mm到+1mm的范圍內(nèi)。然而，在常規(guī)光導(dǎo)中，可以看出在0mm或更小的情況下光強(qiáng)極端降低，如圖7(b)所示。
進(jìn)一步，圖8(a)是一曲線圖，示出了文件表面的高度值和包括根據(jù)本發(fā)明的透鏡陣列的圖像掃描裝置的光分布率之間的關(guān)系。圖8(b)是一曲線圖，示出了文件表面的高度值和常規(guī)圖像掃描裝置的光分布率之間的關(guān)系。在根據(jù)本發(fā)明的透鏡陣列中，由于焦深很深，因此甚至在文件表面的高度為2mm的情況下保持大于90％的光分布率，如圖8(a)所示。然而，在常規(guī)光導(dǎo)中，可以看出如果文件表面的高度小于大約1.3mm，那么光分布率極端降低，如圖8(b)所示。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，包括在圖像掃描裝置中的透鏡陣列通過(guò)疊加透鏡板來(lái)形成，作為正像1∶1成像透鏡，其中許多微透鏡以預(yù)定間距并以兩維方式規(guī)則地配置。這樣，控制由透鏡光軸和圖像傳感器(光接收元件)之間的位移量引起的亮度級(jí)量的降低，從而在掃描線性圖像的情況下防止圖像變形的產(chǎn)生是可能的。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明，即使照明圖像焦點(diǎn)位置豎直地加寬，同時(shí)焦深相應(yīng)地加深，但由于透光量的降低可以很小，因此甚至在文件表面的高度很大的情況下，掃描高分辨率圖像仍是可能的。
特別地，在常規(guī)圖像掃描裝置中，要求框架的尺寸和平行度方面的高精確度以使透鏡的光軸與圖像傳感器(光接收元件)一致。然而，由于框架通常為樹(shù)脂模制產(chǎn)品，因此不可能以高精確度模制框架，并且其自身形狀保持力也低。這樣，沒(méi)有傾斜的在裝置中安裝棒狀透鏡陣列是困難的。然而，在根據(jù)本發(fā)明的透鏡陣列中，即使在框架的形成期間或形成后產(chǎn)生位移量，圖像掃描裝置的性能也不受影響。進(jìn)一步，裝配透鏡陣列必要的光軸調(diào)整操作變得更容易。
通過(guò)使用具有兩類(lèi)反射曲面的光導(dǎo)，控制由文件高度引起的光分布率的降低也是可能的。
權(quán)利要求
1.用于圖像傳感器的透鏡陣列，將來(lái)自照明裝置而后在文件處反射或通過(guò)文件透射的光會(huì)聚到光接收元件上，特征在于該透鏡陣列通過(guò)疊加透鏡板來(lái)形成，作為正像1∶1成像透鏡，其中每個(gè)透鏡板規(guī)則地設(shè)有許多微透鏡，所述微透鏡以預(yù)定間距并以兩維方式配置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的用于圖像傳感器的透鏡陣列，其中通過(guò)豎直地疊加兩個(gè)或三個(gè)透鏡板形成該透鏡陣列，每個(gè)透鏡板的微透鏡的中心彼此一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的用于圖像傳感器的透鏡陣列，其中將透鏡陣列的單個(gè)透鏡的孔徑角度設(shè)定在4到10度之間。
4.一種圖像掃描裝置，特征在于根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一權(quán)利要求所述的用于圖像傳感器的透鏡陣列、照明裝置和光接收元件都包括在框架中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的圖像掃描裝置，其中照明裝置設(shè)有光導(dǎo)，其在內(nèi)表面上反射從端面入射的光，并使光從光發(fā)射表面沿縱向發(fā)射，其中光導(dǎo)設(shè)有兩類(lèi)反射曲面，由每個(gè)曲面反射的光的聚集位置不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的圖像掃描裝置，其中兩類(lèi)反射曲面沿垂直于光導(dǎo)縱向的橫截面形狀為橢圓形弧或拋物線。
7.根據(jù)權(quán)利要求4到6的圖像掃描裝置，其中重影切割部分設(shè)在用于圖像傳感器的透鏡陣列和光接收元件之間，和/或設(shè)在用于圖像傳感器的透鏡陣列的上部中的至少一個(gè)上。
全文摘要
通過(guò)將兩個(gè)透鏡板40和40疊加在一起形成透鏡陣列4，作為正像1∶1成像透鏡。每個(gè)透鏡板40由許多微透鏡41構(gòu)成，所述微透鏡以預(yù)定間距并以兩維方式規(guī)則配置。透鏡板40例如可以通過(guò)下述方法制造，即利用透明模加壓成形處于軟化狀態(tài)的紫外固化樹(shù)脂，并從外側(cè)將紫外光照射在紫外固化樹(shù)脂上用于硬化。由于透鏡陣列4沿副掃描方向設(shè)有成排的微透鏡41，因此不會(huì)產(chǎn)生亮度級(jí)量的降低，該降低由透鏡光軸和圖像傳感器6之間的位移引起。
文檔編號(hào)H01L31/0232GK1584752SQ200410079469
公開(kāi)日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月21日
發(fā)明者脅坂政英, 根本浩之, 岸本隆, 吉田治信 申請(qǐng)人:日本板硝子株式會(huì)社