CN100461817C - 具有多焦距及多分辨率的接触式影像扫描仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有多焦距及多分辨率的接触式影像扫描仪，包括：至少一第一电路板及一第二电路板；至少两组感光元件阵列，由一第一组及一第二组感光元件阵列分别位于该第一及该第二电路板所构成，所述两组感光元件阵列彼此间形成平行排列；至少一组柱状透镜，其中每一组柱状透镜由一第一及一第二柱状透镜构成，该第一及该第二柱状透镜分别对应该第一组及该第二组感光元件阵列而悬设于所述两组感光元件阵列上方；以及一玻璃，悬设于该至少一组柱状透镜上方；其中，利用该第一电路板及该第二电路板之间相对位置的调整，使得所述两组感光元件阵列与该至少一组柱状透镜形成至少两种焦距及分辨率，针对置于该玻璃上的不同的待扫描对象以进行扫描。

Description

具有多焦距及多分辨率的接触式影像扫描仪

本申请是申请日为2004年8月13日，申请号为200410056649.1，发明名称为“具有多焦距及多分辨率的接触式影像扫描仪”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种具有多焦距及多分辨率的接触式影像扫描仪，尤其涉及一种可应用于具有不同扫描影像焦距的待扫描对象的接触式影像扫描仪。

背景技术

接触式影像传感器(contact image sensor，CIS)模块的工作原理是将光源所产生的光线照射到待扫描的稿件上，经过镜片组的反射，再聚集于电荷耦合元件(charge-coupled device，CCD)或是互补式金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)之上由其接收后，利用这类型的感光元件将光的信号转变为电的信号，进而产生出模拟或数字像素(pixel)数据。在扫描的过程中，由于CCD可以检测影像上不同区域反射回来不同强度的光，因此利用纸张上较暗的区域反射较少的光、较亮的区域反射较多的光的原理，可以将CCD所反射的光波转换为模拟或数字数据，此电信号会与光的强度成正比，最后，再使用与CIS兼容的文字或影像扫描软件读入这些数据，并将其重组为计算机影像文件。

由于优异的CIS取像表现仰赖成熟的光控制技术，因此由光学模块所获取的影像质量不但重要，还是影响CIS运作表现的主要成因之一。

目前主流的光学影像的取像方法即为前述被称为接触式影像传感器(contact image sensor，CIS)的技术，其是以模块化的型态，将光源、柱状透镜、感测基板及外壳等组合在一起。

请参考图1(a)，其为公知技术中应用接触式影像传感器技术的扫描模块的结构图。其中，扫描模块10由光源11、柱状透镜(Rod lens)12、间距元件(spacer)13、玻璃(cover glass)14以及电路板15所共同结合而成；而电路板15上还具有由CCD或是CMOS所构成的一感光元件16。

在利用扫描模块10进行扫描对象的过程中，以玻璃14为基准面，藉由间距元件13来保持柱状透镜12至扫描对象的焦距为一固定距离，再藉由柱状透镜12将光源11发出的光经对象反射之后所产生的物像聚焦至感光元件16上，以获得影像的信号。由于一般的待扫描对象17通常与玻璃14平贴，因此非常容易保持固定的焦距，使得扫描质量良好，如图1(b)所示。

当待扫描对象为幻灯片、底片等时，如图1(c)所示，因为待扫描对象18所具有的外框造成被扫描面并非平贴在玻璃14上，而是与玻璃14之间具有一段距离时，此时传统的扫描设备并无法同时适用两种不同位置的被扫描对象(平贴玻璃14及位于玻璃14的上方)，而容易造成影像撷取质量的调变转换函数(MTF，Modulation Transfer Function)不良，因此其扫描质量始终为人所诟病。

要解决上述因具有不同扫描影像焦距的待扫描对象所造成的问题，目前较为普遍的技术是使用可变化高度的间距元件13，也就是说，藉由升降技术来改变间距元件13的位置，进而调整图1(b)及图1(c)中所需的不同的相对焦距，使得柱状透镜12的表面到不同的被扫描对象17(平贴玻璃)或18(在玻璃上方)的距离皆能相同。然而，因为间距元件13一般以塑料滚珠、钢珠、滑轨等组合而成，其所具有公差、变形、磨损等因素很容易在使用的过程中使得升降的高度在精确度的控制上变得困难；另外，若是须使用小尺寸的待扫描对象，例如：幻灯片、底片等，而须要较高分辨率的扫描时，也无法使用一般的扫描仪，而须更换成具有更高分辨率的接触式影像扫描仪，这不但相当不方便，也不符合经济原则。

为了消除这种问题，日本专利特开2004-126284号公报提出了一种具有双焦距及双分辨率的接触式影像扫描仪，如图2(a)及(b)所示。

与前述诸多技术不同的是，其利用两排平行排列于电路板25上的感光元件阵列(array)26及27，分别对应具不同焦距的柱状透镜22及23，来适应具有不同扫描影像焦距的待扫描对象28及29，以消除其所造成成像不良的问题，请参阅图2(a)及(b)的示意图。

从表面上来看，日本专利特开2004-126284号公报似乎已经解决了现有技术所面临的所有问题，实则不然，对于熟悉接触式影像扫描仪的成像原理及制作技术的技术者来说，该日本专利的技术不但适用范围狭小，且制造了更多使用上的问题。

首先，固定以平行方式排列的感光元件阵列26及27，限制了与其对应的柱状透镜22及23的相对位置及排列方式，连锁性地使得该接触式影像扫描仪的体积受到限制，为了满足装置微型化的趋势，势必要对所使用的柱状透镜的数目作限制，这也是该专利仅适用于两组柱状透镜的原因。

其次，由于只有两组柱状透镜和感光元件阵列，因此该专利在待扫描对象可应用的范围上便受到相当的局限，也即，可以应用的待扫描对象28及29的不同扫描影像焦距范围不够广泛。

再者，感光元件阵列26及27、柱状透镜22及23、以及电路板25的相对位置皆为固定，与现有技术比较起来虽然增加了一个不同的扫描焦距及分辨率，实际上其扫描焦距及分辨率仍然不具有可调变性，所以仍然只能治标而不能治本。

发明内容

本发明的主要构想为提出一种具有多焦距及多分辨率的接触式影像扫描仪，其可应用于具有不同扫描影像焦距的待扫描对象。

具体地说，本发明提供一种具有多焦距及多分辨率的接触式影像扫描仪，包括：一电路板；至少两组感光元件阵列，由一第一组及一第二组感光元件阵列构成，这两组感光元件阵列彼此间沿子扫描方向首尾相连形成单排排列而位于该电路板上；至少一组柱状透镜，由一第一及一第二柱状透镜构成，该第一及该第二柱状透镜分别对应该第一组及该第二组感光元件阵列而悬设于这两组感光元件阵列上方；以及一第一玻璃，悬设于该组柱状透镜上方。其中，利用这两组感光元件阵列与该组柱状透镜所形成的至少两种焦距及分辨率，针对置于该第一玻璃上的不同的待扫描对象以进行扫描。

根据上述构想的接触式影像扫描仪，是使用接触式影像传感器(contactimage sensor，CIS)技术。

根据上述构想的接触式影像扫描仪还具有一外壳，用以封装该电路板、这两组感光元件阵列、该组柱状透镜、及该第一玻璃。

根据上述构想的接触式影像扫描仪，其中该第一组及该第二组感光元件阵列分别由多个第一感光元件及多个第二感光元件构成，该第一感光元件及该第二感光元件的厚度可相同或不同。

根据上述构想的接触式影像扫描仪，其中该第一感光元件及该第二感光元件的厚度根据该第一玻璃至这两组感光元件阵列的垂直距离、以及该第一玻璃的厚度而自由选定。

根据上述构想的接触式影像扫描仪，其中该第一及该第二柱状透镜的焦距可相同或不同。

根据上述构想的接触式影像扫描仪，其中该第一及该第二柱状透镜的焦距根据该第一感光元件及该第二感光元件的厚度、该第一玻璃至这两组感光元件阵列的垂直距离、以及该第一玻璃的厚度而自由选定。

根据上述构想的接触式影像扫描仪，其中该第一柱状透镜与该第一组感光元件阵列之间还具有一第二玻璃。

根据上述构想的接触式影像扫描仪，其中该第一组感光元件阵列与该电路板之间还具有一间距元件。

本发明还提供一种具有多焦距及多分辨率的接触式影像扫描仪，包括：至少一第一电路板及一第二电路板；至少两组感光元件阵列，由一第一组及一第二组感光元件阵列分别位于该第一及该第二电路板所构成，这两组感光元件阵列彼此间沿子扫描方向首尾相连形成单排排列；至少一组柱状透镜，由一第一及一第二柱状透镜构成，该第一及该第二柱状透镜分别对应该第一组及该第二组感光元件阵列而悬设于这两组感光元件阵列上方；以及一玻璃，悬设于该组柱状透镜上方。其中，利用该第一电路板及该第二电路板之间相对位置的调整，使得这两组感光元件阵列与该组柱状透镜形成至少两种焦距及分辨率，针对置于该玻璃上的不同的待扫描对象以进行扫描。

根据上述构想的接触式影像扫描仪，其中该第一电路板及该第二电路板之间以连接器(connecter)相连接。

本发明还提供一种具有多焦距及多分辨率的接触式影像扫描仪，包括：至少一第一电路板及一第二电路板；至少两组感光元件阵列，由一第一组及一第二组感光元件阵列分别位于该第一及该第二电路板所构成，这两组感光元件阵列彼此间形成平行排列；至少一组柱状透镜，其中每一组柱状透镜由一第一及一第二柱状透镜构成，该第一及该第二柱状透镜分别对应该第一组及该第二组感光元件阵列而悬设于这两组感光元件阵列上方；以及一玻璃，悬设于该至少一组柱状透镜上方。其中，利用该第一电路板及该第二电路板之间相对位置的调整，使得这两组感光元件阵列与该至少一组柱状透镜形成至少两种焦距及分辨率，针对置于该玻璃上的不同的待扫描对象以进行扫描。

本发明还提供一种具有多焦距及多分辨率的接触式影像扫描仪，包括：一电路板；至少两组感光元件阵列，由一第一组及一第二组感光元件阵列构成，这两组感光元件阵列彼此间形成平行排列而位于该电路板上；至少一组柱状透镜，由一第一及一第二柱状透镜构成，该第一及该第二柱状透镜分别对应该第一组及该第二组感光元件阵列而悬设于这两组感光元件阵列上方；一第一玻璃，悬设于该组柱状透镜上方；以及一第二玻璃，悬设于该第一柱状透镜与该第一组感光元件阵列之间。其中，利用这两组感光元件阵列、该组柱状透镜、与该第二玻璃所形成的至少两种焦距及分辨率，针对置于该玻璃上的不同的待扫描对象以进行扫描。

根据上述构想的接触式影像扫描仪，其中该第二玻璃可由折射率范围在1.3～1.7之间的透明树脂代替。

本发明是将不同特性的两组或多组柱状透镜、两组或多组感光元件、以及一只或两只以上的电路板组合于一接触式影像模块内，成为一组光学元件，能适用于双或多功能的影像扫描，以满足不同分辨率的对象扫描或其它不同高度特性的被扫描对象来使用。

本发明是将不同特性的两组或多组柱状透镜、两组或多组感光元件、以及一只或两只以上的电路板组合于一接触式影像模块内，成为一组光学元件，并搭配系统端的间距元件及玻璃，以扫描具有不同扫描影像焦距的待扫描对象，使得此接触式影像扫描仪能具有多焦距及多分辨率的一机双用或多用的功能。

本发明是利用当被扫描面位置不同时需选择或调整不同的柱状透镜、感测元件厚度、间距元件厚度、玻璃厚度等来符合不同高度的扫描面的需求。

本发明在电路板的设计上可将感光元件放在一片或放不同片(两片或多片)的电路板上，以达到双或多功能的扫描能力，而当感光元件被放置于不同片的电路板上时，可调整电路板相对于不同高度的位置，以达到所需的光学需求。

本发明针对每一特定的需求(如待扫描对象的高度或分辨率不同)，会有适合的感光元件与柱状透镜相配合的固定结构，并可依使用的需求作切换，因此每一特定的被扫描面与焦距位置会是相当准确，所得的扫描质量也能得到良好的质量。

本发明藉由下列附图及详细说明，得到更深入的了解。

附图说明

图1(a)是公知技术中应用接触式影像传感器技术的扫描模块的结构图；

图1(b)及图1(c)是公知技术中接触式影像扫描仪扫描具有不同扫描影像焦距的待扫描对象的示意图；

图2(a)及(b)是日本专利特开2004-126284号公报揭示的接触式影像扫描仪扫描具有不同扫描影像焦距的待扫描对象的示意图；

图3(a)～(c)是本发明具有多焦距及多分辨率的接触式影像扫描仪的第一实施例的结构图；

图4是图3的第一组感光元件阵列以及第二组感光元件阵列于电路板上形成单排排列的示意图；

图5是本发明具有多焦距及多分辨率的接触式影像扫描仪的第二实施例的结构图；

图6是本发明具有多焦距及多分辨率的接触式影像扫描仪的第三实施例的第一组感光元件阵列以及第二组感光元件阵列于电路板上形成平行排列的示意图；以及

图7是本发明具有多焦距及多分辨率的接触式影像扫描仪的第四实施例的结构图。

其中：

10：扫描模块

11、21：光源

12、22、23：柱状透镜

13：间距元件

14、24、34、341、54、74、741：玻璃

342：间距元件

15、25、35、75：电路板

16：感光元件

17、18、28、29、38、39、58、59、78、79：待扫描物件

26、27：感光元件阵列

30、50、70：接触式影像扫描仪

32、52、72：第一柱状透镜

33、53、73：第二柱状透镜

36、56、76：第一组感光元件阵列

37、57、77：第二组感光元件阵列

51、51’：连接器

55：第一电路板

55’：第二电路板

具体实施方式

(第一实施例)

请参阅图3(a)，其为本发明具有多焦距及多分辨率的接触式影像扫描仪的第一实施例的结构图。其中，使用接触式影像传感器(contact imagesensor，CIS)技术的接触式影像扫描仪30由第一柱状透镜32、第二柱状透镜33、玻璃34、电路板35、第一组感光元件阵列36、以及第二组感光元件阵列37共同封装于一外壳(图中未示出)所构成。

在接触式影像扫描仪30之中，第一柱状透镜32和第二柱状透镜33分别对应第一组感光元件阵列36及第二组感光元件阵列37而悬设于这两组感光元件阵列上方，玻璃34悬设于该组柱状透镜上方，而第一组感光元件阵列36以及第二组感光元件阵列37彼此间形成单排排列而位于电路板35上；如图4所示，由多个第二感光元件构成的第二组感光元件阵列37可以位于由多个第一感光元件构成的第一组感光元件阵列36的前端或尾端，只要两组阵列形成单排排列即可。

为了达到双焦距及双分辨率的接触式影像扫描仪的扫描功能，第一感光元件及第二感光元件的厚度可以视需要而选定为相同或不同，其标准根据玻璃34至这两组感光元件阵列的垂直距离、以及玻璃34的厚度及柱状透镜的焦距而自由选定；同样地，第一柱状透镜32及第二柱状透镜33的焦距也可以相同或不同，其标准则根据第一感光元件及第二感光元件的厚度、玻璃34至这两组感光元件阵列的垂直距离、以及玻璃34的厚度而自由选定。

在图3(a)中，以第一柱状透镜32和第一组感光元件阵列36的组合用以扫描一般的待扫描对象38，如纸类(paper type)，而藉由第二柱状透镜33和第二组感光元件阵列37的组合用以扫描特殊的待扫描对象39，如幻灯片(film type)及高分辨率的待扫描对象等。

也即，本实施例利用这两组感光元件阵列与该组柱状透镜所形成的至少两种焦距及分辨率，针对置于该玻璃上的不同待扫描对象以进行扫描；此外，本实施例虽然为双功能的设计，此设计仍可扩大至多功能的机制，只需增加感光元件阵列及柱状透镜的组合即可。

此外，在图3(a)的结构中，也可以在第一柱状透镜32与第一组感光元件阵列36之间、或第二柱状透镜33与第二组感光元件阵列37之间设置另一玻璃341，藉由适当地选择玻璃341的厚度，以达到多焦距及多分辨率的实现；如图3(b)所示。

同样的道理，另一种方法则是在第一组感光元件阵列36与电路板35之间、或第二组感光元件阵列37与电路板35之间设置一间距元件342，藉由适当地选择或调整间距元件342的厚度或高度，以达到多焦距及多分辨率的实现；如图3(c)所示。

与前述现有技术相比较，本实施例以多组的感光元件阵列与多个柱状透镜的组合形成两种以上的焦距及分辨率，使得接触式影像扫描仪能够针对具有不同扫描影像焦距的待扫描对象进行扫描；此外，第一组感光元件阵列36以及第二组感光元件阵列37彼此间单排排列不但可以适应各种不同设计的需求，也能够节省接触式影像扫描仪整体的尺寸，达到微型化的目标。

(第二实施例)

请参阅图5，其为本发明具有多焦距及多分辨率的接触式影像扫描仪的第二实施例的结构图。与前述第一实施例惟一不同之处在于，此实施例的第一组感光元件阵列56和第二组感光元件阵列57分别位于不同的第一电路板55及第二电路板55’之上，而第一电路板55及第二电路板55’之间以连接器(connecter)51及51’相连接。

和第一实施例相同，由多个第二感光元件构成的第二组感光元件阵列57可以位于由多个第一感光元件构成的第一组感光元件阵列56的前端或尾端，只要两组阵列形成单排排列即可，如图4所示。

本实施例较前述第一实施例多出的焦距和分辨率的控制因素在于，在第一实施例中所述的第一感光元件及第二感光元件的厚度、玻璃54至这两组感光元件阵列的垂直距离、以及玻璃54的厚度等变因的基础上，增加了第一电路板55和第二电路板55’彼此之间相对位置的调整变因，使得接触式影像扫描仪50的多焦距及多分辨率的控制能够更为敏感(sensitive)。

和图3相似，本实施例以第一柱状透镜52和第一组感光元件阵列56的组合用以扫描一般的待扫描对象58，如纸类(paper type)，而藉由第二柱状透镜53和第二组感光元件阵列57的组合用以扫描特殊的待扫描对象59，如幻灯片(film type)及高分辨率的待扫描对象等。

同样地，本实施例仍可扩大至多功能的机制，只需增加电路板、感光元件阵列及柱状透镜的组合即可。

与前述的现有技术相比较，本实施例在多组的感光元件阵列与多个柱状透镜的组合上增加多个电路板之间相对位置的调整的变因，以形成具有更多种焦距及分辨率的接触式影像扫描仪，使其能够针对具有不同扫描影像焦距的待扫描对象进行扫描。

(第三实施例)

本发明具有多焦距及多分辨率的接触式影像扫描仪的第三实施例的结构与第二实施例相似，但惟一不同之处在于，此实施例的第一组感光元件阵列56和第二组感光元件阵列57虽然分别位于不同的电路板上，但由多个第二感光元件构成的第二组感光元件阵列57和由多个第一感光元件构成的第一组感光元件阵列56以彼此平行的方式排列；如图6所示，第二组感光元件阵列57的长度除了可依被扫描对象的需求制作之外，其相对于X轴的位置也可依设计者的喜好来定义，如图可在位置1、位置2、位置3或其中间任一位置，其相对于Y轴的位置也可依生产的方便性而作调整。

与前述的现有技术相比较，本实施例除了以多组的感光元件阵列与多个柱状透镜的组合形成两种以上的焦距及分辨率之外，在感光元件阵列组的排列上还增加变化空间，配合多个电路板之间相对位置的调整，使得接触式影像扫描仪相对于多种具有不同扫描影像焦距的待扫描对象更具有匹配性及选择性。

(第四实施例)

请参阅图7，其为本发明具有多焦距及多分辨率的接触式影像扫描仪的第四实施例的结构图。虽然与第一实施例中使用另一玻璃341的情况相似，此实施例的第一组感光元件阵列76和第二组感光元件阵列77却位于相同的电路板75上，且彼此间以图6的方式平行排列。

与前述现有技术相比较，本实施例多了玻璃741的厚度的因素，在多焦距及多分辨率的选择上更具有变化性，使得接触式影像扫描仪的运作表现相对于多种具有不同扫描影像焦距的待扫描对象更为灵活。

综上所述，本发明藉由多个电路板、多组的感光元件阵列与多个柱状透镜的组合，配合电路板之间相对位置的调整以及多组的感光元件阵列之间相对位置的变化，以及所选定的感光元件的厚度、玻璃至该感光元件阵列的垂直距离、以及玻璃的长度及厚度，多样化地形成两种以上的焦距及分辨率。

由于现有技术中所提到的调整间距元件高度设计的方式，其调整间距元件的高度的公差超过+/-0.1mm以上(滚珠公差约+/-0.025mm，滑轨公差约+/-0.05mm，钢珠公差约+/-0.025m，另外尚有变形、磨损等问题)，因此将严重地影响调变转换函数的值，相对来说，本发明的优点在于并不会产生额外的公差问题，所得到的扫描质量更佳。

本发明使得接触式影像扫描仪能够针对具有不同扫描影像焦距的待扫描对象进行扫描，其不但可以适应各种不同设计的需求，也能够节省接触式影像扫描仪整体的尺寸，达到市场所需求的微型化的目标，其应用范围除了扫描仪之外，也适用于现今风行于市面的多功能打印机(multifuntion printer，MFP)。

本发明可由本领域的技术人员做出改型和变化，但是都不脱离所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种具有多焦距及多分辨率的接触式影像扫描仪，包括：

至少一第一电路板及一第二电路板；

至少两组感光元件阵列，由一第一组及一第二组感光元件阵列分别位于该第一及该第二电路板所构成，所述两组感光元件阵列彼此间形成平行排列；

至少一组柱状透镜，其中每一组柱状透镜由一第一及一第二柱状透镜构成，该第一及该第二柱状透镜分别对应该第一组及该第二组感光元件阵列而悬设于所述两组感光元件阵列上方；以及

一玻璃，悬设于该至少一组柱状透镜上方；

其中，利用该第一电路板及该第二电路板之间相对位置的调整，使得所述两组感光元件阵列与该至少一组柱状透镜形成至少两种焦距及分辨率，针对置于该玻璃上的不同的待扫描对象以进行扫描。

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