專利名稱：具有光導向裝置的接觸式圖象傳感器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明一般涉及接觸式圖象傳感器，而更準確地說，涉及具有安裝在單個電路板上的光學檢測器和發(fā)光二極管的接觸式圖象傳感器組件，該電路板伴隨有設置在發(fā)光二極管下面的光導向裝置。
接觸式圖象傳感器是通常用于比如計算機掃描儀、傳真機和數(shù)字印刷器等設備中的電子光學檢測器。接觸式圖象傳感器是光學傳感器組件，它在掃描運行期間被放置在對象上面或近旁。接觸式圖象傳感器產(chǎn)生機器可讀的圖象數(shù)據(jù)信號，它們是被掃描對象，例如相片或一頁印刷文本，的樣品。在典型的接觸式圖象傳感器應用中，由傳感器產(chǎn)生的圖象數(shù)據(jù)信號可被計算機處理器使用去復制被掃描對象的圖象在適當?shù)娘@示設備，比如陰極射線管(CRT)或打印機，上。
典型的接觸式圖象傳感器可包括含有照明、光學成象及檢測系統(tǒng)的拓延的光學組合。照明源照明對象的一部分(通常叫作“掃描區(qū)”)，而光學成象系統(tǒng)使由被照明的掃描區(qū)反射的光聚集并使被照明的掃描區(qū)的一小塊面積(通常叫做“掃描線”)聚焦在設置在接觸式圖象傳感器內(nèi)光敏檢測器的表面上。光敏檢測器把入射在其上的成象光轉(zhuǎn)換成代表掃描線的電信號。代表整個對象的成象數(shù)據(jù)然后可通過橫過整個對象掃掠掃描線被獲得。
在這里所使用的術(shù)語“成象光”指的是從資料被反射并被光學系統(tǒng)聚焦到檢測器陣列表面上的光。成象光可基本上按三個步驟被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。第一，光敏光學檢測器將它接收的光轉(zhuǎn)換成變化的電流。第二，來自檢測元件的變化電流被模擬放大器轉(zhuǎn)換成模擬電壓。最后，模擬電壓被模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器數(shù)字化。數(shù)字數(shù)據(jù)然后可被處理和/或按需要被存儲。
盡管以上所描述類型的接觸式圖象傳感器被使用在許多用途中，它們并非沒有它們的問題，比如笨重的照明源和橫過掃描線的不均勻照明。為了最佳的掃描效果，對象必須由照明源成一個角度照射以減小或消除鏡面反射。為此，光敏檢測器一般被安裝在一塊電路板上，而照明源被放置在另一塊電路板上。有照明源的電路板然后相對于對象被傾斜約45°角。這個附加的電路板增加了尺寸、成本以及裝配接觸式圖象傳感器的困難。這還導致不良的照明深度。例如，如果接觸式圖象傳感器從對象被移動即使微小的距離，照明程度也將迅速下降?？v然光學系統(tǒng)的視場深度是好的，而且對象在接觸式圖象傳感器被提升的情況下仍保持在焦點上，不良的照明深度也將導致對象的圖象顯現(xiàn)太暗或過于不均勻照明。
此外，照明源一般由直線的相互間有空隙的一排發(fā)光二極管(LEDs)組成。橫過掃描線的照明因此不很均勻，具有在LEDs的下面的亮區(qū)和在空隙的下面的暗區(qū)。這種照明均勻度的欠缺能在檢測系統(tǒng)的硬件中或用軟件借助放大來自暗區(qū)的信號被稍微補償。然而，這放慢了圖象處理軟件并增大了被放大信號中的噪聲，而導致較差的圖象質(zhì)量。
照明源中的LEDs一般被設計成能遍及很寬闊的角度，比如180度，去發(fā)射光。只有這個光的一部分射向掃描線，這導致來自LEDs照明的效率低的使用。
最后，放置照明源在獨立的電路板上增大了接觸式圖象傳感器的寬度并給予用其他方法的高技術(shù)產(chǎn)品以不良的表面外觀。
從而，對接觸式圖象傳感器存在需要，即借助照明源和檢測系統(tǒng)更加集成的裝配，結(jié)果形成較易于組合與匹配的更緊湊的器件。對接觸式圖象傳感器還存在的需要是具有被改善的照明深度。對接觸式圖象傳感器存在的另外的需要是橫過掃描線產(chǎn)生更均勻的照明。對接觸式圖象傳感器進一步存在的需要是能有效地利用來自照明源的照明。
為了促使?jié)M足上述需要，本發(fā)明者已設計出具有光導向裝置的接觸式圖象傳感器。光導向裝置聚集來自光源的光并引導它到掃描線區(qū)域上。光導向裝置還將增加橫過掃描區(qū)域照明的均勻度并增大照明的深度。
本發(fā)明可包含接觸式圖象傳感器，它包括安裝在安裝面上的光敏光學檢測器和光源。光導向裝置被設置在光源下面并被定向以引導從光源到光敏光學檢測器下面掃描線區(qū)域的光路。
本發(fā)明還可包含制造接觸式圖象傳感器的方法。該方法包含安裝光敏光學檢測器在安裝面上和鄰近光敏光學檢測器安裝至少一個光源在安裝面上。該方法另外包含設置光導向裝置在至少一個光源下面以引導從至少一個光源到光敏光學檢測器下面區(qū)域的光路。
本發(fā)明并且可包含具有印刷電路板和安裝在印刷電路板上的多個光檢測器及多個光源的接觸式圖象傳感器。接觸式圖象傳感器還包含用于引導光從多個光源到多個光檢測器下面區(qū)域的裝置。
本發(fā)明例證性的和目前優(yōu)選的實施例被示于附圖中，其中

圖1是具有光導向裝置的接觸式圖象傳感器的前視圖；圖2是圖1的接觸式圖象傳感器移去外殼沿線2所取的截面的側(cè)視圖；圖3是示出光檢測器和LEDs布局的圖1的接觸式圖象傳感器中印刷電路板的表面視圖；圖4是圖1的光導向裝置內(nèi)壁板的左方側(cè)視圖；圖5是圖1中光導向裝置內(nèi)壁板的前視圖；圖6是圖1中光導向裝置外壁板的左方側(cè)視圖；圖7是圖1中光導向裝置外壁板的前視圖；圖8是說明按現(xiàn)有技術(shù)的接觸式圖象傳感器，橫過掃描線照明不均勻度的曲線圖；圖9是說明按圖1中具有光導向裝置的接觸圖象傳感器，橫過掃描線照明均勻度的曲線圖；圖10是具有橢圓形光導向裝置的接觸式圖象傳感器的側(cè)視圖；圖11是具有光導向裝置的接觸式圖象傳感器的側(cè)視圖，該光導向裝置含有鄰近于照明源的圓柱形透鏡；圖12是具有光導向裝置的接觸式圖象傳感器的側(cè)視圖，該光導向裝置含有鄰近于照明源的散射片；以及圖13是具有固體光導管的接觸式圖象傳感器的側(cè)視圖。
附圖和描述，總的來說，公開了接觸式圖象傳感器10，它包括被安裝在安裝面18上的光敏光學檢測器14和光源16。光導向裝置12被設置在光源16下面并被定向以引導從光源16到光敏光學檢測器14下面掃描線區(qū)域28的光路26。
附圖和描述還公開了制造接觸式圖象傳感器10的方法。該方法包含安裝光敏光學檢測器14在安裝面18上及鄰近于光敏光學檢測器14安裝至少一個光源(例如，38和40)在安裝面18上。該方法另外包含設置光導向裝置12在至少一個光源(例如，38及40)下面以引導從至少一個光源(例如，38及40)到光敏光學檢測器14下面區(qū)域28的光路26。
附圖和描述也公開了具有印刷電路板18的接觸式圖象傳感器10，該板伴隨有多個光檢測器(例如，60及62)和多個光源(例如，34及40)被安裝到它上面。接觸式圖象傳感器10還包含用于引導光從多個光源(例如，38及40)到多個光檢測器(例如，60及62)下面區(qū)域28的裝置12。
具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器10可被用于成象設備，比如掃描儀和傳真機，去拍攝對象24比如具有印刷文本或圖表的資料圖象。具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器10在圖1-3中被圖解說明。具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器10包含被安裝到安裝面，比如印刷電路板18，的光學檢測器14和照明源16。印刷，電路板18最好被安裝到外殼20，它使接觸式圖象傳感器10保持緊湊的結(jié)構(gòu)。透鏡22被安裝到外殼在光學檢測器14的下面以引導并聚焦從對象24所反射的成象光到光學檢測器14。光導向裝置12被安裝到透鏡22和外殼20在照明源16的下面。光導向裝置12引導光從照明源16沿光路(例如，26及26’)到對象24上的掃描區(qū)28。成象光從所照明的掃描區(qū)28中對象24上的掃描線32被反射。成象光沿成象光路30及30’傳播通過透鏡22到光學檢測器14。成象光被光學檢測器14轉(zhuǎn)換成代表對象24上亮暗圖樣的圖象數(shù)據(jù)。
如果接觸式圖象傳感器10不象待掃描的對象24一樣寬，則在掃描運行期間接觸式圖象傳感器10按曲線或曲折的方式掃過對象24。這種掃掠動作產(chǎn)生連貫的圖象條或行，它們隨后應該借助縫合算法被縫合在一起以產(chǎn)生對象24的完整圖象。
在優(yōu)選的實施例中，一對位置檢測器或定位器34和36被設置在印刷電路板18上以檢測并跟蹤接觸式圖象傳感器10在對象24上的移動。定位器34和36提供與光學檢測器14所形成的圖象數(shù)據(jù)行相配合的位置信息。縫合算法然后能根據(jù)掃描圖象行利用位置信息去建立對象24的完整圖象。
示范性的定位系統(tǒng)和縫合算法在Allen等人關于“用于檢測定位傳感器相對于對象移動的定位技術(shù)”的5,644,139號美國專利和Allen等人關于“補償非直線移動的徒手圖象掃描設備”的5,578,813號美國專利中公開。 這兩者在這里關于它們公開的全部內(nèi)容專門被引入供參考。然而，由于可被使用在這種具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器10中的縫合算法的細節(jié)并不需要理解或?qū)嵉貞帽景l(fā)明，可被利用的特殊的縫合算法在這里將不被更詳細地描述。
具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器10提供了實際的好處，包括被增大的橫過掃描線32的照明均勻度。在優(yōu)選的實施例中，照明源16包含發(fā)光二極管(LEDs)(例如，38及40)陣列，這些發(fā)光二極管隨同它們之間的空隙(例如42)橫跨印刷電路板18被放置。光導向裝置12把來自LEDs(例如，38及40)的光橫過掃描線32擴展得更加均勻，減小了來自單個LED的局部光效應。
具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器10還有效地利用了來自照明源16的光。LEDs(例如，38及40)一般遍及很寬闊的方向范圍發(fā)射光，其中的大部分并不指向掃描線32。光導向裝置12使這樣的光改變方向朝著掃描線32。相應地，光導向裝置12減少了接觸式圖象傳感器10內(nèi)部的雜散光。如果來自照明源16的雜散光到達光學檢測器14，則圖象數(shù)據(jù)被退化并且最后的圖象質(zhì)量被降低。光導向裝置12有助于防止雜散光到達光學檢測器14。
具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器10也為改進對象24上掃描區(qū)28的照明深度創(chuàng)造了條件。如果沒有光導向裝置12，接觸式圖象傳感器一般應該被放置得與對象24充分緊密的接觸。從照明源發(fā)射的光遍布整個半球形，所以只有一小部分光指向掃描區(qū)28，每單位角度的光通量是比較小的。如果不具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器被傾斜或被從對象24稍微移開，則掃描區(qū)28上照明程度將迅速下降，導致不合乎需要的暗圖象或很不均勻的圖象。然而，光導向裝置12把光從照明源16引導到掃描區(qū)28上，以便即使接觸式圖象傳感器被傾斜或被從對象24稍微移開，圖象并不那么迅速變暗。由于光被更多地聚焦并引導向掃描區(qū)28，每單位角度的光通量變大并且強度不隨距照明源距離的加大而那么快地下降。光導向裝置12還降低了不均勻的局部光效應，這種效應在不具有光導向裝置的接觸式圖象傳感器從對象24被移開時隨距離而增強。
具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器10還比以前的接觸式圖象傳感器更緊湊并更便宜。如果不具有光導向裝置12，照明源16一般被安裝在獨立的電路板上并靠近掃描區(qū)成一個角度被設置。光導向裝置12借助其附屬的導線，電的互連及安裝硬件排除了對附加的電路板的需要。具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器10因而易于組裝，成本更低，并且更不易出故障。具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器10可用更小而且更輕的掃描儀，傳真機或其他成象設備。
在已經(jīng)簡短地描述了具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器10和它的一些附加的重要性能和優(yōu)點后，具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器10的各種實施例現(xiàn)在將被詳細描述。然而，在開始詳細描述之前，應注意到具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器10并不局限于隨同任何特定類型或式樣的掃描設備去使用。
在優(yōu)選的實施例中，具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器10包含U形的外殼20，它具有按彼此隔開的平行關系借助底部或接觸面48被連接的基本上平的左側(cè)壁44和右側(cè)壁46。外殼20還具有擴展在側(cè)壁44與46之間并從接觸面48升高的背面(未示出)。接觸面48最好是平的并且包含使照明和成象光能進入并穿出接觸式圖象傳感器10到對象24上的掃描區(qū)28的開口或窗口(例如23)。接觸面48還含有使定位器34和36能到對象24的掃描部分的開口。外殼20具有約10.3mm的高度50，它足夠高去容納接觸式圖象傳感器10所需要的部件(例如，14,16,12及22)。外殼20具有約128.0mm的長度52，它足夠長去容納印刷電路板18，光導向裝置12和透鏡22。
外殼20可以用任何合適的方式和材料，比如用有30％玻璃纖維充填的塑性聚碳酸酯材料模壓被制造。外殼20最好不透光并是黑色的以促進防止雜散光到達光學檢測器14，并且足夠堅固去支持接觸式圖象傳感器10的部件成一直線。
印刷電路板18被安裝在U形外殼20的側(cè)壁44與46之間。在優(yōu)選的實施例中，印刷電路板18平行于接觸面48被設置，并用從WestCoast Lockwasher公司可買到的零件號為8063-08000551的“按壓螺母”被連接到外殼20。外殼20上的塑料支柱穿過印刷電路板18上的小孔，而按壓螺母被放置在塑料支柱末端上面以保持印刷電路板18在適當位置貼著外殼20。按壓螺母是具有星形內(nèi)面的錐狀墊圈。一旦他們被按壓在塑料支柱上，星狀造型與支柱嚙合以防止按壓螺母的移開。換一種方法，印刷電路板18可利用塑料熱定形柱連接到外殼20。
印刷電路板18，如在圖3被徹頭徹尾看到的，是具有導電體被放置在其上并被嵌入在那里的標準的絕緣基片。集成電路和其他電裝置在機械上和上被電連接到印刷電路板18。特別是，印刷電路板18固定住光學檢測器14、照明源16、兩個定位器34和36、以及其他電裝置和圖象處理電路54。印刷電路板18具有約15.0mm的寬度56和約123.0mm的長度58。
具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器10還包含用于將成象光轉(zhuǎn)換成電信號的光學檢測器14。光學檢測器14最好包含直線狀的一排互補型金屬氧化物半導體(CMOS)光檢測器(例如，60及62)，比如從Plano,TX的Texas Advanced Optoelectronic Solutions股份有限公司可買到的TSL 1301型的。這些CMOS光檢測器由102個光電二極管組成，也被配置成直線狀的一排。光投射在光電二極管上生成電流，它被與那些象素相聯(lián)系的有源集成電路綜合。在綜合期間，抽樣電容器通過模擬開關連接到積分器的輸出。在每個象素所積累的電荷數(shù)量正比于光強和綜合時間。
光學檢測器14可替換地包含各種各樣現(xiàn)在已知的或今后可被開發(fā)的檢測器系統(tǒng)，它們適用于產(chǎn)生與由被掃描對象24所反射的成象光相關的圖象數(shù)據(jù)。因此，本發(fā)明不應被認為局限于任何特殊類型的光學檢測器。
在光學檢測器14中的CMOS光檢測器(例如，60及62)被頭尾相連盡可能靠近地排列以形成連續(xù)的CMOS光檢測器線。在一種優(yōu)選的實施例中，光學檢測器14包括14個CMOS光檢測器(例如，60及62)。光學檢測器14借助一組絲焊接頭64被連接到印刷電路板18，接頭被涂蓋在用于防護的密封劑66內(nèi)。
光學檢測器14被定向以使絲焊接頭64和密封劑66在最靠近照明源16的旁邊。結(jié)果是，密封劑66形成在光學檢測器14與照明源16之間的不透明的屏障。密封劑66被涂得足夠厚以使它基本上擴展在光學檢測器14的表面上。例如，密封劑66可擴展約1.5mm的距離68超出印刷電路板18的表面(或高于光學檢測器14的表面約1.1mm)。如在下文將被進一步詳細討論的，光導向裝置12被設置得非常靠近印刷電路板18。密封劑66和光導向裝置12因而形成防止任何來自照明源16的雜散光到達光學檢測器14的遮護物。
密封劑66可以包含能流過和圍繞絲焊接頭64并且接著凝固成剛性狀態(tài)的任何材料。在優(yōu)選的實施例中，密封劑66包含從CA的Dexter工業(yè)股份有限公司可買到的HYSOL FP 4652低應力密封劑和HYSOL CNB 798-2流量控制擋料圈。流量控制擋料圈被用于建立環(huán)繞絲焊接頭的屏障，它隨后被填入不太粘稠的低應力的密封劑。
具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器10還包含被設置在光學檢測器14下面的透鏡22。透鏡22引導并聚焦從掃描線32所反射的成象光到光學檢測器14上。在接觸式圖象傳感器10中，透鏡22具有基本上等于1.0的放大率或放大系數(shù)。透鏡22最好包含桿狀透鏡陣列，或折射率緩變透鏡。折射率緩變(GRIN)透鏡包含被并排安裝在單個外殼中的直線性的一排玻璃或塑料圓桿。每個圓柱體借助由折射率從圓柱體中央到邊緣平滑改變造成的折射引導光。在優(yōu)選的實施例中，透鏡22可包含GRIN透鏡，比如借助名稱SELFOC出售的類型，它是Nippon Sheet Glass有限公司的注冊商標，零件號SLA-20DF，具有約4.3mm的高度70和約125.8mm的寬度72。每根桿具有約0.6mm的直徑。透鏡22膠粘地安裝在外殼20的后部，在約2.5mm的距離74低于光學檢測器14并約3.1mm的高度80高于對象24處。
具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器10另外包含照明源16。照明源16產(chǎn)生多條光線，它們穿過外殼接觸面48上的窗口23照明對象24上的掃描區(qū)28。照明源16可包含任何適合于提供多條光線的各種各樣的光源。作為例子，在一種優(yōu)選的實施例中，照明源16包含多個發(fā)光二極管(LEDs)(例如，38及40)，它們按彼此隔開的關系被表面固定架焊接到印刷電路板18上。每個發(fā)光二極管(例如，38及40)可包含能從Palo Alto,CA.的Hewlett-Packard公司買到的零件號為HSMA-S 690的LED。照明源16最好包括在其間留下空隙(例如，42)的12個LEDs(例如，38及40)。LEDs(例如，38及40)橫過印刷電路板18被近似均勻地隔開，但LEDs(例如，38及40)的某些移動能改善橫過掃描線32的照明均勻度。在一種優(yōu)選的實施例中，LEDs(例如，38及40)被相互隔開約11.0mm的距離78。照明源16以距光學檢測器14約4.0mm的距離78被連接到印刷電路板18。
如果具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器10比目標對象(例如，24)窄，接觸式圖象傳感器10還可包含一個或更多的位置檢測器或定位器(例如，34及36)，它們被安裝到印刷電路板18和外殼20。每個定位器包含被絲焊到印刷電路板18的光檢測器伴隨著絲焊接頭被涂蓋在密封劑內(nèi)。透鏡(未示出)被設置在每個光檢測器下面，并且定位器LED(未示出)被安裝到外殼20以穿過外殼接觸面48上窗口照明資料24的一些部分。定位器LEDs被定向以使它們以掠射角照明對象24。被反射的定位器成象光傳播穿過定位器透鏡朝向定位器光檢測器，它們將定位器成象光轉(zhuǎn)換成圖象數(shù)據(jù)。圖象數(shù)據(jù)然后能借助縫合算法被用于形成對象24的完整圖象。
光導向裝置12被安裝在接觸式圖象傳感器10中照明源16的下面，以使從照明源16的光路(例如，26及26’)以光學檢測器14和透鏡22下面的掃描區(qū)28為目標。在一種優(yōu)選的實施例中，光導向裝置12包含內(nèi)壁板80和外壁板82，它們在照明源16下面并鄰近透鏡22按彼此隔開的關系被放置。內(nèi)壁板80和外壁板82相向的表面形成反射通道，照明光路(例如，26及26’)通過它前進。光導向裝置12最好包含反射的鋁片，它們在沖壓作業(yè)中被定尺寸并成形。例如，光導向裝置12可用能從Pittsburgh,PA的Alcoa公司買到的ULTRABRITE,EVERBRITE,或COILZAK最好具有約0.4mm的厚度的鋁材沖壓成形。
另一方面，光導向裝置12可包含模壓的塑料部件，它們或是天然反射的或是用反射材料涂蓋的。光導向裝置12也可包含其他的反射材料，比如具有按需要的堅硬支撐部件的聚酯薄膜(MYLAR)。
內(nèi)壁板80，在圖4和圖5中徹頭徹尾地被看到，是具有至少約70％反射率(盡管具有較低反射率的光導向裝置仍將改進照明均勻度到相當?shù)某潭?的被拋光的細長的反射板。內(nèi)壁板80具有約125.6mm的長度110，擴展在外殼20的側(cè)壁44與46之間。內(nèi)壁板80被折成三個部分，較高的部分84，中間部分86和較低的部分88。較高部分基本上是豎直的并具有約0.8mm的高度90。中間部分86成約135度的角92被倒折朝向透鏡22。中間部分86具有約2.4mm的度高94。較低部分88從中間部分86成約135度的角96被向前折。內(nèi)壁板80的幾部分84,86和88在終端100和102之間是平坦的以平行于掃描線32。內(nèi)壁板80使用膠粘層被安裝到透鏡22的側(cè)面104。換一種方法，內(nèi)壁板80可被安裝在外殼20的兩端44和46之間。
外壁板82，在圖6和圖7徹頭徹尾地被看到，也是具有至少約70％反射率的被拋光的細長的反射板。外壁板82具有約125.6mm的長度112，擴展在外殼20的側(cè)壁44與46之間并與內(nèi)壁板80共同擴展。外壁板82被折成兩部分，較高部分106和較低部分108。較高部分106基本上是豎直的并具有約3.3mm的高度116。較低部分108被倒折離開較高部分106成約156度的角118朝向內(nèi)壁板80。較低部分108具有約4.7mm的高度120。
光導向裝置12另外包含一對墊片構(gòu)件靠近它們的終端擴展在內(nèi)壁板80與外壁板82之間。在一種優(yōu)選的實施例中，外壁板82包含從左側(cè)124或終端擴展的左墊片122。外壁板82還包含右墊片(未示出)，它是左墊片122的鏡象并且它從外壁板82的右側(cè)126擴展。
墊片(例如，122)在內(nèi)壁板80與外壁板82之間擴展以幫助保持壁板80與82的正確間隔和相對取向。墊片(例如，122)也是反射的，促使來自照明源16照明的有效利用。
現(xiàn)在參看圖6，左墊片122與外壁板82的較低部分108是集成的。左墊片122成直角從較低部分108被倒折，以致含有左墊片122的平面垂直于含有較低部分108和較高部分106的平面。左墊片122具有約4.7mm的高度128和約3.0mm的寬度130。左墊片122當被折時具有鄰近內(nèi)壁板80被放置的內(nèi)側(cè)面134和位于鄰近外壁板82較高部分106的外側(cè)面136。左墊片122具有基本上長方的形狀，它是豎直的以致外側(cè)面136平行于外壁板82的較高部分106。
左墊片122的頂部138被設置在低于外壁板82的頂部140約2.2mm的距離132處。左墊片122的內(nèi)側(cè)面134因而保持平貼于內(nèi)壁板80的較低部分88。用另一種方法，左墊片122可被擴展到光導向裝置12的頂部140，但于是必須具有更復雜的形狀以保持平貼于內(nèi)壁板80的較低部分88，中間部分86及較高部分84。左墊片122的底部142延伸到或接近于外壁板82的底部144。
另一方面，左墊片122可是與外壁板82的較高部分106，或與內(nèi)壁板80的任何部分84,86或88是集成的。左墊片122也可是獨立的構(gòu)件，它被安裝到內(nèi)壁板80，外壁板82或外殼20，或可是簡單地被模壓到外殼20中的反射或不反射的區(qū)域。
左墊片122的詳細描述也適用于鏡象的右墊片(未示出)。
內(nèi)壁板80和外壁板82的較高部分90和106分別位于照明源16的兩側(cè)并隔開約1.5mm的距離114。光導向裝置12被調(diào)整以使照明源大致被放在內(nèi)壁板80與外壁板82之間的中心。內(nèi)壁板80和外壁板82的較高部分90和106最好延伸到足夠靠近印刷電路板18以與密封劑66形成遮護物而去防止雜散光越過光導向裝置12的頂部漏出。
重要是注意象借助部分高度(例如，90及116)和角度(例如，92和118)所確定的光導向裝置12的結(jié)構(gòu)并不必需被優(yōu)選用于最佳地聚焦并引導來自照明源16的光。倒不如說，在遵循接觸式圖象傳感器10的限制的同時，光導向裝置12的結(jié)構(gòu)被設計成盡可能接近于最佳狀態(tài)。換一種方法，光導向裝置12可利用供光學設計用的計算機程序，比如Tucson,AZ的Breault Research Organization有限公司可得到的，與適應于被優(yōu)化的光導向裝置12的接觸式圖象傳感器10一起被優(yōu)化。
在具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器10的運行期間，照明源16產(chǎn)生沿著各種光路(例如，26及27)的光線進入光導向裝置12。光路(例如，26及27)從光導向裝置12的墻壁或壁板80及82反射并沿被反射的光路(例如，26’,27’及27″)脫離光導向裝置12和接觸式圖象傳感器10到對象24上的掃描區(qū)28。成象光從對象24被反射并沿光路30傳播進入透鏡22。成象光然后沿光路30’穿過透鏡22到光學檢測器14。光學檢測器14然后產(chǎn)生代表成象光的電信號。
現(xiàn)在參看圖8和圖9，在具有和不具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器中掃描線照明均勻度的圖解表示將被討論。每個圖展示當用8位數(shù)字化儀被度量時光強的曲線，數(shù)字化儀將光強定標為從0到255。Y軸因而對應于光強而X軸對應于當被橫過光學檢測器14的1428個象素檢測時在均勻?qū)ο?4上的掃描線。
如圖8中所示，在不具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器中橫過掃描線的照明強度變化很大。在這種接觸式圖象傳感器中，18個LEDs橫過電路板被隔開并成一定角度被放置在掃描線32的附近。在圖8曲線中一系列的峰(例如，146,148及150)對應于在LEDs下面的掃描線32上的亮點。在圖8曲線中一系列的谷(例如，152和154)對應于在LEDs之間空隙下面的掃描線32上的暗點。這些峰和谷(例如，146及152)導致具有亮條紋和暗條紋的不均勻的被掃描圖象。這些峰和谷(例如，146及152)可借助后處理軟件稍微被補償。然而，后處理軟件降低掃描過程的速率并且不是完全有效的。正如從圖8的曲線不被弄清楚的，在各個LEDs之間的間距能如何被調(diào)節(jié)以增加均勻度，峰和谷(例如，146及152)也使設計的過程復雜化。
相反，具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器10提供多得多的橫過掃描線32的均勻照明，如圖9中所說明的。在圖8中造成峰和谷(例如，146及152)的局部光效應被大大地降低?！残〉募舛?例如，156及158)對應于將成象光傳輸?shù)焦鈱W檢測器14的折射率緩變(GRIN)透鏡22中每個管子或圓柱?！辰柚诮佑|式圖象傳感器10中光導向裝置12提供的均勻照明也有助于照明源16的設計。隨著圖8的峰和谷(例如，146及152)的減弱，調(diào)節(jié)LEDs(例如，38及40)之間的空隙以更進一步弄平圖9的曲線成為更加簡單。例如，顯然增加一些LEDs(例如，38及40)的間距會降低小的留下的小峰(例如，160及162)而不加深凹谷。在印刷電路板18終端的LEDs還可進一步被隔開以消除由反射墊片(例如，122)造成的小峰164和166也是明顯的。這說明由于光導向裝置12所造成的有效利用來自照明光源16的光。(由于接觸式圖象傳感器10的部件運行特性的正常變動，照明的一些不均勻度當然被預料到)。
由光導向裝置12提供的照明均勻度也可通過有選擇地改變光導向裝置12的反射率被改善。例如，正好在每個LED(例如，38及40)下面的區(qū)域中的光導向裝置12的反射率能被降低以阻止強度的峰在它們下面。這可以或是通過利用較少反射的涂層或是通過使光導向裝置12的表面具有某種結(jié)構(gòu)而被實現(xiàn)。在一種實施例中，大約2mm寬和3mm高的較低反射率的長方形被放置在正好每個LED(例如，38及40)下面的內(nèi)壁板80和外壁板82相向的表面上。
現(xiàn)在參看圖10，接觸式圖象傳感器210的另一種實施例可包含橢圓形的光導向裝置212。如同上面討論的接觸式圖象傳感器10一樣具有橢圓形光導向裝置212的接觸式圖象傳感器210包含被安裝到印刷電路板218上的光學檢測器214和照明源216。透鏡222被安裝到光學檢測器214下面的外殼(未示出)，而定位器234也可被安裝到印刷電路板218上。
橢圓形的光導向裝置212包含以相向的凹面按分隔開的關系被放置的彎曲的內(nèi)壁板280和外壁板282。彎曲的內(nèi)壁板280膠粘地被安裝到透鏡222的側(cè)面304上，或可被安裝到外殼，而彎曲的外壁板282如上面描述的被安裝到外殼。
彎曲的內(nèi)壁板280和外壁板282的頂部284和340分別位于照明源216的兩側(cè)并盡可能靠近印刷電路板218被放置。平面反射鏡308在較低端與彎曲的外壁板282整體地被形成，并成大約157.5度的角度318被折向透鏡222。
拋物面反射器的參數(shù)依賴于接觸式圖象傳感器210的大小和結(jié)構(gòu)。而且，彎曲的內(nèi)壁板280和彎曲的外壁板282不需要精確是橢圓形的。如上面所討論的，橢圓形的光導向裝置212可以偏離最佳的光傳輸形狀被改進以接受接觸式圖象傳感器210的約束。然而，在優(yōu)選的橢圓形光導向裝置212中焦點都被設置在照明源216和掃描區(qū)228處。
在具有橢圓形光導向裝置212的接觸式圖象傳感器210運行的期間，照明源216產(chǎn)生的光線沿著不同的光路(例如，226及227)進入光導向裝置212。光路(例如，226及227)從橢圓形光導向裝置212的彎曲壁板280和282反射并且沿著被反射的光路(例如，226’,227’及227″)從橢圓形的光導向裝置212和接觸式圖象傳感器10中出來到透鏡222下面的掃描區(qū)228。成象光從對象224被反射并沿著光路230傳播進入透鏡222。成象光然后沿著光路230’穿過透鏡222到光學檢測器214。光學檢測器214然后生成代表成象光的電信號。
在圖11中被說明的另一種實施例中，具有光導向裝置412的接觸式圖象傳感器410是與圖1到圖3中所示和上面描述的具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器10同樣被構(gòu)成的，除了透鏡413被安裝在內(nèi)壁板480和外壁板482各自的上面部分484和506之間。透鏡413是圓柱形透鏡，它的大小適合于被緊貼裝配在內(nèi)壁板480和外壁板482之間以及在外殼的終端(未示出)之間。圓柱形透鏡413與照明源416非?？拷蛳嘟佑|地被設置。圓柱形透鏡413借助將光線聚焦進入光導向裝置412和增大光導向裝置412的焦度而加強光導向裝置412的作用。其它以大角度進入光導向裝置412的光線將在光導向裝置412里面內(nèi)反射多次，損失強度。光線還會以不合乎需要的大角度離開光導向裝置412并且不能到達掃描區(qū)428。
在圖12中說明的另一個實施例中，具有光導向裝置612的接觸式圖象傳感器610是與圖1到圖3中所示和上面描述的具有光導向裝置12的接觸式圖象傳感器10同樣被構(gòu)成的，除了散射片621被安裝在內(nèi)壁板680和外壁板682各自的上面部分684和706之間。散射片621基本上是透明的片，它的大小適合于被緊貼裝配在內(nèi)壁板680和外壁板682之間以及在外殼的終端(未示出)之間。散射片612基本上使來自照射源616的全部光能進入光導向裝置612。然而，光穿過片612時被散射，這增加了橫過掃描線的照明均勻度。散射片612可包含從Minneapolis,MN的3M公司可買到的號碼DFA-20的零件。散射片612可膠粘地被安裝到內(nèi)壁板680和外壁板682的上面部分684和706或可被安裝到外殼。
現(xiàn)在參看圖13，接觸式圖象傳感器810的另一種實施例可包含固體光導管812。如同上面討論的接觸式圖象傳感器10一樣，具有固體光導管812的接觸式圖象傳感器810包含被安裝到印刷電路板818上的光學檢測器814和照明源816。透鏡822被安裝到光學檢測器814下面的外殼(未示出)，并且定位器834也可被安裝到印刷電路板818上。
固體光導管812可由任何具有折射率大于空氣的基本上透明的材料制成。由于折射率的結(jié)果，僅當光線相對于光導管812的側(cè)面接近法角時光線才可進出光導管812。任何射到固體光導管812側(cè)面的具有入射角大于對光導管材料臨界入射角的光線將被內(nèi)反射，正如在光路826中所見的。被設置在照明源816下面的固體光導管812的頂部825從而最好是平行于照明源816的。同樣地，固體光導管812的底部827是垂直于掃描區(qū)828照明的優(yōu)選方向，比如沿著所說明的被反射的光路826’。
雜散光遮護物或反光鏡可被放置在照明源816的旁邊以引導光線進入固體光導管812。換句話說，主要發(fā)射直接進入固體光導管812的照明源816可被選擇。
如果需要將來自照明源816的光在它進入光導管812時散射，可使固體光導管812的頂端825稍微具有某種結(jié)構(gòu)。固體光導管812可像上面討論的不同實施例中那樣相同大小被成形。
在具有固體光導管812的接觸式圖象傳感器810運行期間，照明源816產(chǎn)生光線，它沿著多種光路(例如，826)進入固體光導管812。光路(例如，826)從固體光導管812的側(cè)面(例如，882)被內(nèi)反射并沿著被反射的光路(例如，826’)從固體光導管812和接觸式圖象傳感器810中出來到透鏡822下面的掃描區(qū)828。來自對象的成象光被反射并沿著光路830傳播進入透鏡822。成象光然后沿著光路830’穿過透鏡822到光學檢測器814。光學檢測器814然后生成代表成象光的電信號。
盡管本發(fā)明例證性的和現(xiàn)在優(yōu)選實施例在這里被詳細地描述，但應理解到發(fā)明概念可用各種其他方法被具體化并被應用。例如，光導向裝置12可按許多替代的樣式被成形以適應接觸式圖象傳感器的不同結(jié)構(gòu)。附加的權(quán)利要求是用來被認為去包括這些變更的，除了因被現(xiàn)有技術(shù)所限制的。
權(quán)利要求
1．接觸式圖象傳感器(10)，包含安裝面(18)；被安裝在該安裝面上的光敏光學檢測器(14)；被安裝在該安裝面上的光源(16)；以及被設置在該光源下面的光導向裝置(12)，該光導向裝置被定向以引導從該光源到在該光敏光學檢測器下面掃描線區(qū)(28)的光路(例如，26及27)。
2．權(quán)利要求1的接觸式圖象傳感器，另外包含被設置在該光敏光學檢測器下面的透鏡(22)以使在該掃描線區(qū)與該光敏光學檢測器之間延伸的被反射的光路(例如，30)穿過該透鏡。
3．權(quán)利要求2的接觸式圖象傳感器，其中該透鏡包含折射率緩變透鏡。
4．權(quán)利要求1的接觸式圖象傳感器，其中該光源包含多個發(fā)光二極管(例如，38及40)。
5．權(quán)利要求1的接觸式圖象傳感器，其中該光導向裝置包含具有頂端(825)，底端(827)，前壁和后壁的光導管(812)，該頂端鄰近該光源被設置而該底端鄰近該掃描線區(qū)被設置以使該光路可穿過該光導管的該頂端和該底端以及該光路內(nèi)反射偏離該前壁和該后壁。
6．權(quán)利要求1的接觸式圖象傳感器，其中該光導向裝置包含內(nèi)壁板(80)和外壁板(82)，該內(nèi)壁板以彼此隔開的關系鄰近該外壁板被設置以使該光路可在該內(nèi)壁板與該外壁板之間通過。
7．權(quán)利要求6的接觸式圖象傳感器，其中該內(nèi)壁板和外壁板各自包含第一個終端(100及124)和第二個終端(102及106)，該光導向裝置另外包含第一個墊片部件(122)和第二個墊片部件，該第一個墊片部件延伸在該內(nèi)壁板的該第一個終端與該外壁板的該第一個終端之間，該第二個墊片部件延伸在該內(nèi)壁板的該第二個終端與該外壁板的該第二個終端之間。
8．制造接觸式圖象傳感器(10)的方法，包含將光敏光學檢測器(14)安裝在安裝面(18)上；將至少一個光源(16)鄰近該光敏光學檢測器安裝在該安裝面上；以及將光導向裝置(12)設置在該至少一個光源下面以引導從至少一個光源到該光敏光學檢測器下面區(qū)域(28)的光路(例如，26及27)。
9．權(quán)利要求8的方法，其中該光導向裝置包含內(nèi)壁板(80)和外壁板(82)，并且其中將該光導向裝置設置在該至少一個光源下面包含以彼此隔開的關系設置內(nèi)壁板和該外壁板以使該光路在該內(nèi)壁板和該外壁板之間通過。
10．接觸式圖象傳感器(10)，包含印刷電路板(18)；被安裝到該印刷電路板上的多個光檢測器(例如，60及62)；被安裝到該印刷電路板上的多個光源(例如，38及40)；以及用于將來自該多個光源的光引導到在該多個光檢測器下面區(qū)域(28)的裝置(12)。
全文摘要
接觸式圖象傳感器(10)包含被安裝在安裝面(18)上的光敏光學檢測器(14)和光源(16)。光導向裝置(12)被設置在光源下面并被定向以引導從光源到在光敏光學檢測器下面掃描線區(qū)(28)的光路。
文檔編號H04N1/028GK1303069SQ0110124
公開日2001年7月11日 申請日期2001年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月4日
發(fā)明者D·D·波恩, E·A·米克施, R·A·達維斯, K·M·馬霍尼 申請人:惠普公司