CN100446263C - 影像感测器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种影像感测器，其具有动态调焦的功能，该影像感测器的调焦机构主要包括有可与扫描平台相接触的调节元件、用来承载并可带动调节元件移动的变焦驱动元件及组装于感测器本体上并可利用其自身位置变化来带动变焦驱动元件及调节元件同时进行移动的调焦驱动元件，当调节元件移动时，影像感测器与扫描平台的相对间距将发生变化，通过这种方式调整影像感测器的最佳光学焦距。

Description

影像感测器

【技术领域】

本发明涉及一种影像感测器，尤指一种具有调焦机构的影像感测器。

【背景技术】

接触式影像感测器(CIS，Contact Image Sensor)作为扫瞄器(Scanner)等事务机器内部的影像撷取装置，其设于扫瞄器的扫瞄轨道内，由机构系统借助固定轨道及机械连动装置操控来回运作，透过软件控制平台内部的接触式影像感测器，为扫瞄器读取待扫瞄的文件，达到将待扫瞄的文件信息经由光电转换成电子讯号，再由软件将这些数据讯号编排组合成电子影像文件。

现有的接触式影像感测器100主要是由感测基板101、感测器本体102、光传导透镜103及二极管光源104等元件组合而成，如图1所示。其中感测基板101是将感光元件经由打线机(wire bonding)定位于感测用的电路板位置上。接触式影像感测器的工作原理，是由二极管光源104将光线照射到扫瞄平台105上待扫瞄的文件，由于文件上的图文色泽的深浅不同，所反射回来的光的强弱度、波长及品质也不相同，借助文件所反射回来的光，经由光传导透镜103将反射回来的光聚集到感光元件电荷耦合元件(CCD，Charge-Coupled Device)或互补式金属氧化物半导体(CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor)，感光元件能检测待扫瞄文件上不同图文反射回来的不同光波，将所得到的光波转换为电子讯号，再通过软件读取，并转换成影像图文件。

由于扫描技术的进步以及用户对扫描品质的需求，扫描仪的扫描分辨率已从早期的300dpi、600dpi发展到目前1200dpi或更高的层次，然而随着其分辨率的不断提升，扫描作业过程中的对焦也成为一重要课题。此外，影像感测器的扫描对象也呈现多样化的趋势，其主要分为非透明文件与透明文件的扫描，如台湾专利公告第358898号所示，其揭示了对透明文件(底片)的扫描技术。但是，对于底片扫描而言，不但其扫描仪的结构组装复杂，而且对扫描分辨率的要求也比对一般文件的扫描分辨率的要求更高，扫描仪所要达到的扫描分辨率越高，就越加要求其组装后的扫描焦距的公差值要越低。为降低焦距公差值，提高分辨率，现有的解决方案主要是依靠在生产与设计时控制各构件的尺寸精度，但这样将会造成制程上的良率降低，成本提高，而且也无法调整其焦距。另外，在现有的调焦技术中，尚有使用不同厚度的垫片来调整其最终对焦高度的作法，但由于最终组装尺寸存在一定范围的常态分布情形，因此需准备数种不同尺寸厚度的垫片，即制造不同尺寸厚度的垫片来使其具有统一的焦距。但是，此方式及结构将会增加扫描仪的组装结构及调焦方式的复杂度，而大大影响产能的提升，同时成本也相应提高。

可见，急需对现有的影像感测器的调焦结构及方式进行改进，以适应目前业界对高分辨率的需求。

【发明内容】

本发明的主要目的在于提供一种影像感测器，其具有动态调焦的功能，以获得精确的对焦尺寸。

本发明的另一目的在于提供一种调焦机构，将其应用于影像感测器上，可有效解决由于影像感测器的组装造成的公差分布而影响其焦距的问题，并且设置该调焦机构还可使得影像感测器对于不同类型的扫描对象均可获得较高的扫描品质。

依据本发明的上述目的，本发明提供一种影像感测器，其至少包括有其上设有影像感测元件的感测基板、可提供扫描光源的发光元件、可将进入其内部的反射光予以传输并聚光的光传导透镜、用于承载这些构件的感测器本体，以及安装在感测器本体上的调焦机构。调焦机构是用来调整影像感测器的最佳光学焦距，其包括有可与扫描平台相接触的调节元件、组装于感测器本体上并可利用其自身的相对位置变化来带动调节元件同时进行移动的调焦驱动元件，当调节元件移动时，影像感测器与扫描平台的相对间距将发生变化，借此调整影像感测器的最佳光学焦距。

上述调焦机构还包括有变焦驱动元件，该变焦驱动元件是属于焦距切换机构，而调焦驱动元件是属于焦距调整机构，其中焦距调整机构还包括有一安装于影像感测器的本体上并用来承载变焦驱动元件的支撑件。

应用于本发明影像感测器上的调焦机构又可以被分为两类，其中一类是被动构件，其定位于影像感测器上并可进行上、下移动，以改变影像感测器与扫描平台的相对间距；另一类是主动构件，其定位于影像感测器上并与被动构件相接触，其可利用其自身的相对位置变化来驱动被动构件进行移动并控制被动构件的移动量，借此调试出影像感测器的最佳焦距。

相较于现有技术，本发明通过在影像感测器上设置调焦机构，利用该调焦机构的主动件与被动件的相互位置关系及主动件的相对位置可发生变化的功能进行调焦动作，借此实现动态调焦的目的，以获得较高的扫描品质。

【附图说明】

图1是现有的接触式影像感测器的基本构造。

图2是本发明影像感测器的整体构造平面示意图。

图3是如图2所示的本发明影像感测器的侧面示意图。

图4是沿图2所示的A-A线剖开的影像感测器断面结构示意图。

图5是本发明影像感测器的调焦机构与感测器本体的位置关系示意图。

图6是沿图2所示的B-B线剖开的影像感测器断面结构示意图，其中揭示了调焦机构的焦距切换机构的其中一个动作状态示意图。

图7是本发明影像感测器的焦距切换机构的另一动作状态示意图。

图8是本发明影像感测器的调焦机构的第二实施例的结构示意图。

图9是本发明影像感测器的调焦机构的第三实施例的结构示意图。

图10是本发明影像感测器的调焦机构的第四实施例的结构示意图。

图11是本发明影像感测器的调焦机构的第五实施例的结构示意图。

【具体实施方式】

如图2至图4所示，本发明的影像感测器1主要包括感测基板10、感测器本体20、光传导透镜30及光源灯管40，其中感测基板10上设置有影像感测元件(例如电荷耦合元件CCD)、电子元件及线路等，光源灯管40可提供扫描文件时的扫描光源，光传导透镜30可将进入其内部的反射光予以传输并聚光于感测基板10上的影像感测元件，感测器本体20是用于承载这些构件。

请配合参阅图5至图7所示，在感测器本体20的两端各设置有一调焦机构50用来调整影像感测器1与扫描平台(或扫描对象)的间距。该调焦机构50是由调节元件51、焦距切换机构及焦距微调机构组成，当需要扫描不同类型的文件时，例如扫描普通文件或底片，此时需要利用焦距切换机构来使得影像感测器1具有与扫描文件相适应的焦距，但无论要扫描何种文件，要想得到良好的分辨率，都要使影像感测元件具有精确的焦距，特别是在设置有焦距切换机构时，活动构件不可避免的累积公差，这将使得系统的最终焦距尺寸分布超出设计所能容许的范围，因此必须利用焦距微调机构来进一步弥补，借此使得影像感测器1可以在不提高其各元件的制造成本与制造精度的情形下获得最佳焦距值，从而得到较高品质的扫描影像。上述调节元件51可以直接与扫描平台(未图示)的下表面相接触，并通过一固定件52定位；焦距切换机构主要包括有一可承载调节元件51并可使得该调节元件51大辐度移动的变焦驱动元件53；焦距微调机构是用来承载焦距切换机构并可使得调节元件51进行小辐度移动，该焦距微调机构包括有一安装于感测器本体20上并可用来承载变焦驱动元件53的长条状支撑件54及位于支撑件54下方的调焦驱动元件55。

上述焦距切换机构的变焦驱动元件53是呈杆状并可沿水平方向移动，同时还可对调节元件51沿上下方向的大辐度移动提供导引作用。该杆状变焦驱动元件53的下表面贴靠于焦距微调机构的支撑件54的上表面，该变焦驱动元件53的上表面是呈特定凹凸状，其上至少具有两个高度区以提供两种焦距，从而使得影像感测器1即可扫描普通文件又可扫描底片，在该变焦驱动元件53的两端各设置有一侧杆530，该侧杆530可防止变焦驱动元件53在水平移动时脱离本体20。

调节元件51是由两个球体组成，每一球体的最高点将始终与扫描平台的底面相接触，而球体的最低点则始终与变焦驱动元件53的上表面相接触，这种点接触将有助于尺寸精度的控制。当变焦驱动元件53在驱动机构的驱动下沿第一方向(水平方向)滑移时，由于球体51的最低点始终与变焦驱动元件53的上表面相接触，因此球体51也将会被变焦驱动元件53的上表面上的各个凹凸平面所驱动而沿第二方向(竖直方向)移动，通过球体51的上下移动来调整影像感测器1与扫描平台(或扫描对象)底面的间隙，从而达成切换焦距的目的，如图6与图7所示，其清楚揭示了焦距切换机构的两个焦距切换状态，图6是表示球体51位于变焦驱动元件53的较高区域531时的状态，而图7是表示球体51位于变焦驱动元件53的较低区域532时的状态。

固定件52是呈平板状，其具有两个可容纳球体51的收容孔520及可借由螺钉将其固定于感测器本体20上的固定孔521，于其收容孔520的孔壁的顶端设置有卡环522以防止球体脱离影像感测器1，从而确保扫描与调焦作业的稳定进行。前述球体51还可以用其它可滑动的构件(例如柱体)来代替，而并非仅局限于球形体。

在上述支撑件54的底面上设置有两定位柱540及一调节孔541，两定位柱540分别插入位于感测器本体20端部的定位孔21内，而其调节孔541是对应于位于感测器本体20端部的具有内螺纹的调节孔22。

在本实施例中，调焦驱动元件55是一螺丝，其可利用自身的转动来带动调节元件51沿竖直方向小辐度移动，并通过控制其转动量来计算调节元件51的移动量，借此解决现有技术中为了调焦需要准备各式不同尺寸厚度的垫片而带来的各种问题。该螺丝可拧入感测器本体20与支撑件54上的相对应的两调节孔22、541内并将其连接，当旋转螺丝时，即当使得螺丝的相对位置发生变化时，支撑件54与感测器本体20的端部表面的间隙也将发生改变，例如，当转动螺丝使其上升时，该螺丝将带动支撑件54上升并使支撑件54与本体20端部下表面的间隙加大，而当转动调节螺丝并使其向底面移行时，其也将带动支撑件54下降以减小其与本体20端部下表面的间隙，借此方式实现支撑件54对调节元件51的高度的微调作用。

为能更清楚的揭示本发明，在此将对上述调焦机构50的调焦原理作一综合介绍，其中调焦机构50的可动构件主要是变焦驱动元件53、球体(即调节元件51)、支撑件54及螺丝(即调焦驱动元件55)，而用来限定调节元件51的同定件52是属于不动构件。可动构件又可以大致分为主动构件与被动构件，其中主动构件主要是变焦驱动元件53及螺丝(即调焦驱动元件55)，被动构件主要是支撑件54及球体(即调节元件51)。在感测器出厂前，感测器本体20端部的下表面与球体51的最高点之间将具有一个由各个元件累积的组合尺寸，同时也具有由各个元件累积而得的累积公差，在理想状态下，前述的组合尺寸应该对应于感测器最佳的焦距尺寸，但事实上，由于在制造及组装上必然具有的公差及其常态变异分布，将使得感测器实际的组合尺寸超出设计所要求的目标尺寸及公差，此时可以利用转动调焦驱动元件55(螺丝)来控制支撑件54、变焦驱动元件53及调节元件51(球体)的上下移动，使得最终的组合尺寸符合原始设计的需求，而在某些特定的情形下，可以在完成微调后，在感测器的调节孔22中加入适量的固定胶，以固定调焦驱动元件55的位置，防止该元件在日后的使用中脱离其设定位置。当需要变焦时，例如在扫描底片时，由于使用了底片夹使得底片与扫描平台上表面的间隙变大，此时可驱动焦距切换机构的变焦驱动元件53沿第一方向移动以使得球体51沿第二方向大辐度移动，并且球体51的最低点落入驱动元件53的凹陷区域中，而球体51的最高点也将随之下降，借此大大减小影像感测器与扫描平台下表面的间隙，以弥补因底片夹对焦距尺寸带来的影响。可以理解的是，在不需要变焦的情形下，如本实施例中的变焦驱动元件53可以被舍弃，而让支撑件54的上表面直接与调节元件51(球体)的最低点直接接触，从而实现焦距微调的目的。

请继续参阅图8所示，其揭示了本发明影像感测器1的调焦机构的第二实施态样，该调焦机构60是安装于感测器本体20的端部，其主要包括有一主动构件61、一被动构件62及一连接主动构件61与被动构件62的辅助构件63，其中主动构件61是一驱动螺丝，该螺丝的底端可用来操作，而其顶端是与辅助构件的底表面相连接；被动构件62是呈块状支撑体，在该构件62的上表面设有两个可与扫描平台底面相接触的支撑脚620，而在该构件62的底表面上则至少形成有一斜面621，且该斜面是贴靠于辅助构件63的斜面630上。当拧转驱动螺丝时，其将带动辅助构件63上升或下降，同时辅助构件63将利用其斜面630推顶被动构件62也做上升或下降的动作，借此实现调焦目的。同时，在斜面630与621之间的水平分力，将使被动构件62固定的依循感测器本体20的端部的一侧内表面上升或下降，从而避免了被动构件62的晃动现象。

请继续参阅图9所示，其揭示了本发明影像感测器1的调焦机构的第三实施态样，该调焦机构70主要包括有一主动构件71及一被动构件72，其主动构件71是一对凸轮，被动构件72是一对支撑杆，支撑杆的顶端是可与扫描平台的底面直接接触，而支撑杆的底端是与凸轮的周边相接触，当凸轮转动时，其周边可推动支撑杆的底端在其上滑移，借此带动支撑杆上下移动，从而实现调焦目的。

请继续参阅图10所示，其揭示了本发明影像感测器1的调焦机构的第四实施态样，该调焦机构80的主动构件81是一螺杆，被动构件82是一支撑滑块，螺杆是安装于支撑滑块的侧面，而支撑滑块的底面则可沿辅助构件83的斜面830进行滑移。借由螺杆的推动，支撑滑块将沿着辅助构件83的斜面830滑移并达到上升或下降的目的。

请继续参阅图11所示，其揭示了本发明影像感测器的调焦机构的第五实施态样，该调焦机构90的被动构件92是一支撑板，该支撑板顶面可以是直接与扫描平台的底面相接触，而支撑板的底面则由主动构件91(螺丝)的顶端支撑，当转动螺丝时，支撑板可直接借由螺丝的驱动而沿竖直方向移动，且于支撑板的下方还具有两支定位脚920以提供对支撑板移动时的导引作用。

在上述第二、三、四及五实施态样中的调焦机构60、70、80、90的片状支撑体、支撑杆、支撑滑块及支撑板的顶表面均可作为支撑面直接与扫描平台的底面相接触并改变焦距，但也可以作为第一实施态样中的支撑件54的替代物。进一步讲，这些调焦机构60、70、80、90可以用来单独作为本发明影像感测器的焦距微调机构来实现微调功能，当然也可以根据需要将这些机构60、70、80、90与前述的焦距切换机构组装于一起，更甚至于这些机构60、70、80、90可以是作为一种已经将焦距切换及微调功能综合于一体的机构。

Claims (22)

1.一种影像感测器，其具有动态调焦功能，该影像感测器至少包括有：其上设有影像感测元件的感测基板、提供扫描文件时的扫描光源的发光元件、将进入其内部的反射光予以传输并聚光于影像感测元件上的光传导透镜、用于承载感测基板、发光元件及光传导透镜的感测器本体，以及组装在感测器本体上并用来调整影像感测器的光学焦距的调焦机构，其特征在于：调焦机构包括有与扫描平台相接触的调节元件、组装于感测器本体上并利用其自身的相对位置变化来带动调节元件进行移动的调焦驱动元件，当调节元件移动时，影像感测器与扫描平台的相对间距会发生变化，借此调整影像感测器的最佳光学焦距。

2.如权利要求1所述的影像感测器，其特征在于：调焦机构还进一步设置有变焦驱动元件，该变焦驱动元件用来承载并带动调节元件移动。

3.如权利要求2所述的影像感测器，其特征在于：变焦驱动元件呈杆状，其可以沿第一方向进行移动，调节元件位于该变焦驱动元件的其中一表面上并可沿垂直于第一方向的第二方向移动。

4.如权利要求3所述的影像感测器，其特征在于：位于变焦驱动元件上并用来承载调节元件的承载面呈凹凸状，借此驱动调节元件可在其上滑移并沿第二方向移动。

5.如权利要求4所述的影像感测器，其特征在于：在变焦驱动元件与调焦驱动元件之间还设置有一支撑件，该支撑件的其中一表面是用来承载变焦驱动元件，而其另一表面则安装于感测器本体上并与调焦驱动元件相接触。

6.如权利要求5所述的影像感测器，其特征在于：调焦驱动元件可带动支撑件沿第二方向移动，再通过支撑件带动变焦驱动元件也沿第二方向移动，并最终使得调节元件沿第二方向移动。

7.如权利要求6所述的影像感测器，其特征在于：在支撑件的安装表面上设置有两定位柱及一调节孔，两定位柱分别插入设置于感测器本体端部的定位孔内，而其调节孔则对应于设置在感测器本体的端部上的调节孔。

8.如权利要求7所述的影像感测器，其特征在于：可带动支撑件沿第二方向移动的调焦驱动元件是螺丝，其组装于支撑件与感测器本体的调节孔内，并且该调节孔内具有内螺纹。

9.如权利要求4或6所述的影像感测器，其特征在于：调焦机构还进一步包括有一定位调节元件的固定件，其限制调节元件仅能在第二方向上移动，而不会沿其它方向移动。

10.如权利要求9所述的影像感测器，其特征在于：调节元件是一球体。

11.如权利要求10所述的影像感测器，其特征在于：固定件呈平板状，其至少具有一可容纳球体的收容孔及借助螺钉将其固定于感测器本体上的固定孔，其收容孔的孔壁的顶端设置有卡环以防止球体脱落。

12.如权利要求11所述的影像感测器，其特征在于：在变焦驱动元件的两端侧各设置有一侧杆，该侧杆可防止变焦驱动元件在水平移动时脱离感测器本体。

13.一种应用于电子设备上的影像感测器的调焦机构，用来调整影像感测器的最佳光学焦距，其特征在于：该调焦机构包括有直接与电子设备的基准表面相接触的调节元件、焦距切换机构及焦距调整机构，该焦距切换机构主要包括有用来承载调节元件的变焦驱动元件，该变焦驱动元件可沿水平方向进行移动并同时带动调节元件沿竖直方向移动；该焦距调整机构主要包括有安装于影像感测器的本体上用以支撑焦距切换机构及调节元件的支撑件及位于支撑件下方的调焦驱动元件，其中调焦驱动元件利用其自身的相对位置变化来带动支撑件、焦距切换机构与调节元件沿竖直方向移动，借此可调试出最佳焦距。

14.如权利要求13所述的应用于电子设备上的影像感测器的调焦机构，其特征在于：位于变焦驱动元件上并用来承载调节元件的承载面呈凹凸状，借此驱动调节元件上下移动。

15.一种调焦机构，用来调整设置于电子设备上的影像感测器的最佳光学焦距，其特征在于：该调焦机构至少包括有一被动构件及一主动构件，其中被动构件定位于影像感测器上，被动构件的顶端与电子设备的一平台底面相接触，当被动构件沿一定方向移动时，电子设备的平台会沿一定方向移动，以改变影像感测器与电子设备平台的相对间距；主动构件定位于影像感测器上并与被动构件相接触，该主动构件借助外部驱动装置的驱动而使其相对位置发生变化，并通过其位置变化来驱动被动构件沿着一定方向移动，而利用该主动构件的位置变化量控制被动构件在移动方向上的移动量，借此调试出影像感测器的最佳焦距。

16.如权利要求15所述的调焦机构，其特征在于：主动构件是一对凸轮，被动构件是一对支撑杆，支撑杆的底端是与凸轮的周边相接触，当凸轮转动时，其边缘推动支撑杆的底端在其上滑移。

17.如权利要求15所述的调焦机构，其特征在于：主动构件是一螺丝，被动构件是一支撑板，其中螺丝的顶端是与支撑板的下表面直接接触，当转动螺丝时，其顶端直接驱动支撑板沿竖直方向移动。

18.如权利要求15所述的调焦机构，其特征在于：该调焦机构还具有一与被动构件相接触的辅助构件。

19.如权利要求18所述的调焦机构，其特征在于：辅助构件是位于主动构件与被动构件之间，且该辅助构件的一侧面是与主动构件相接触，而其另一侧面是与被动构件相接触。

20.如权利要求19所述的调焦机构，其特征在于：主动构件是一驱动螺丝，被动构件是一支撑体，辅助构件与主动构件之间的接触面是斜面。

21.如权利要求18所述的调焦机构，其特征在于：被动构件的一侧面是与辅助构件相接触，而被动构件的另一侧面是与主动构件相接触。

22.如权利要求21所述的调焦机构，其特征在于：主动构件是一驱动螺杆，被动构件是一支撑滑块，支撑滑块的一侧面是与驱动螺杆的一端相接触，而支撑滑块的另一侧面则与辅助构件相接触，且支撑滑块与辅助构件相互接触的两表面均为斜面。

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