CN103581521A - 集光构件及具有集光构件的光学模块和图像读取装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及集光构件及具有集光构件的光学模块和图像读取装置。一种集光构件，包括使入射光被收集在光接收构件上的透镜，容纳该透镜的镜筒，将该镜筒的光进入的端部设置在该光接收构件的附近，以及围栏构件，该围栏构件覆盖该镜筒的光进入的端部和该光接收构件，该围栏构件具有以在垂直方向中延伸的方式形成的排出口。

Description

集光构件及具有集光构件的光学模块和图像读取装置

相关申请的交叉引用

本申请基于2012年8月3日提交的、日本专利申请No.2012-173314并要求其优先权，其全部内容在此引入以供参考。

技术领域

本发明涉及一种集光构件，以及具有该集光构件的光学模块和图像读取装置，更具体地说，涉及将从原件反射的光收集到光电转换元件中的集光构件，以及具有该集光构件的光学模块和图像读取装置。

背景技术

已知使用可移动光学模块读取图像的各种图像读取装置。图11是常规图像读取装置的透视图。图12是表示常规图像读取装置的内部的透视图。如图11和图12所示，光学模块97并入在图像读取装置99的机架中。

图13是常规光学模块97的透视图。光学模块97包括光源92、多个反射镜93和透镜91。光源92将光施加到放在图像读取装置的原件台(platen)上的原件。多个反射镜93将从原件反射的光引导到未示出的CCD（电荷耦合器件：光电转换元件）。同时，透镜91设置在反射镜93和CCD间，以及透镜91集中由反射镜93反射的光并且使其在CCD上成像。

其中，未示出的CCD设置在CCD基板94上，以及透镜91固定到透镜支架96上。CCD基板94和透镜支架96固定在形成光学模块97的框架的模块支架上。

在图14中示出了光学模块97的透镜91附近的透视图。同时，在图15中示出了透镜91的透视图，以及在图16中示出了其侧视图。如图15和16所示，用于透镜91的常规透镜管形成为圆柱形。在图14中，由CCD基板94和透镜支架96定位透镜91和透镜91的透镜管，并且进一步由透镜保持构件98从上固定。例如，在专利文献1（日本专利申请公开No.2007-300256）或专利文献2（日本专利申请公开No.1994-43562）中公开了将透镜91和CCD定位到光学模块的方法。

在常规的图像读取装置中，从光源发出的光在原件的表面处反射以及经反射镜93通过透镜91，并且被收集到CCD。在此，当环境光进入透镜91和CCD间的空间时，图像劣化。此外，当异物和杂质颗粒侵入透镜91和CCD间的空间时，从透镜91发出的光束被异物和杂质颗粒中断，导致由CCD光电地转换的图像不同于原件。

作为解决上述问题的方法，在例如专利文献3（日本专利申请公开No.1997-83736）中公开了通过透镜固定机架和CCD基板形成封闭空间并且将透镜和CCD设置在封闭空间中的技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种图像读取装置和集光构件，能适当地辐射从CCD发出的热，同时抑制环境光进入透镜和CCD间的空间和诸如灰尘的异物侵入该空间。

根据本发明的示例性方面的集光构件包括透镜，使入射光被收集在光接收构件上，容纳透镜的镜筒，镜筒的光进入的端部设置在光接收构件附近以及覆盖镜筒的光进入的端部和光接收构件的围栏构件（fence member），围栏构件具有以在垂直方向中延伸的方式形成的排出口。

根据本发明的示例性方面的光学模块包括反射入射光的多个反射镜，使由反射镜反射的光收集到光电转换元件的上述集光构件，基板，在该基板上，固定用于将所收集的光转换成电信号的光电转换元件，以及机架，在该机架上，定位多个反射镜，基板和集光构件。

根据本发明的示例性方面的图像读取装置包括原件台，将光施加到位于原件台上的原件的光源以及将由原件反射的光转换成电信号的上述光学模块，该光学模块相对于原件台可移动。

附图说明

当结合附图时，从下述详细描述，本发明的示例性特征和优点将变得显而易见，其中：

图1是根据本发明的一个示例性实施例的图像读取装置14的透视图；

图2A是根据本发明的一个示例性实施例的光学模块7的透视图；

图2B是根据本发明的一个示例性实施例的光学模块7的透视图；

图3是根据本发明的一个示例性实施例的集光构件10和CCD基板4的俯视图；

图4是沿图3的线A-A'获取的集光构件10和CCD基板4的剖视图；

图5是根据本发明的一个示例性实施例的集光构件10的透视图；

图6是根据本发明的一个示例性实施例的集光构件10的透视图；

图7是根据本发明的一个示例性实施例的集光构件10的俯视图；

图8是根据本发明的一个示例性实施例的集光构件10的侧视图；

图9是根据本发明的一个示例性实施例的镜筒11的透视图；

图10是示例根据本发明的一个示例性实施例的凹口（notch）13a的形状的图；

图11是常规图像读取装置99的透视图；

图12是表示常规图像读取装置99的内部的透视图；

图13是常规光学模块97的透视图；

图14是示出透镜91附近的一般机构的透视图；

图15是常规透镜1的透视图；以及

图16是常规透镜1的侧视图。

具体实施方式

现在，将根据附图，详细地描述本发明的示例性实施例。

在图1中示出了根据本发明的示例性实施例的图像读取装置的透视图。如在背景技术中所示的图11和图12的情形，具有光源、多个反射镜、透镜和CCD等等的光学模块以在水平方向中可移动的状态，设置在图1所示的图像读取装置14的机架的内部中。例如，根据该示例性实施例的图像读取装置14实现为多功能打印机等等。

在图2A和图2B中示出了根据该示例性实施例的光学模块的透视图。在图2A和图2B中，光学模块7包括多个反射镜3、具有透镜1的集光构件10、具有CCD4a的CCD基板4以及模块支架5。同时，同样在根据该示例性实施例的图像读取装置14中，与背景技术的图13所示的光学模块97的光源92相同，光源设置在面向反射镜3的光学模块7的位置中。

多个反射镜3将由放在原件台上的原件反射的源自光源的光通过反射多次，引导到集光构件10。

集光构件10设置在反射镜3和CCD4a间。集光构件10通过透镜1，收集由反射镜3引导的光，并且使其在CCD4a上成像。

CCD4a固定在与透镜1相对的CCD基板4的位置处，将由透镜1收集的反射光转换成电信号并输出。

模块支架5由例如板状金属形成，并且在模块支架5中设置各种构件，诸如光源、多个反射镜3、集光构件10和CCD基板4。通过将集光构件10和CCD基板4固定在模块支架5上并且调整透镜1的前后位置，设置在集光构件10中的透镜1定位到在CCD基板4上固定的CCD4a。稍后将描述有关透镜1和CCD4a间的位置调整。

将描述根据该示例性实施例的集光构件10。在图3中示出了当集光构件10和CCD基板4结合时的俯视图，以及在图4中示出了沿图3的A-A'获取的集光构件10和CCD基板4的剖视图。同时，在图5和图6中示出了集光构件10的透视图，在图7中示出了其俯视图，以及在图8中示出了其侧视图。

如图3至8所示，根据该示例性实施例的集光构件10包括透镜1、容纳透镜1的镜筒11、主要用于透镜1的位置调整的凸缘(flange)12，以及用于覆盖透镜1和CCD4a间的成像区的围栏构件13。

在该示例性实施例中，将复合透镜用作透镜1。在图4中，用弧k1示出复合透镜的两侧的位置。由反射镜3引导的反射光从图4的右侧进入透镜1，从左侧射出并且在CCD4a上形成图像。

镜筒11是防止环境光进入透镜1的构件，以及透镜1容纳在镜筒11内部。在图9中示出了根据该示例性实施例的镜筒11的透视图。如图4和图9所示，光进入的镜筒11的侧形成为圆筒形（在下文中称为圆筒部11a），以及光射出的镜筒11的侧形成为比圆筒部11a较宽的长方体（在下文中，描述为长方体部11b）。将圆筒部11a和长方体部11b的尺寸设计成能在内部容纳透镜1。稍后所述的凸缘12设置在长方体部11b的上表面上。

其中，在该示例性实施例中，通过执行圆筒部11a和长方体部11b的一体模制，形成镜筒11。作为一体模制的材料，能使用诸如30%的聚碳酸脂玻璃纤维（PC-GF：聚碳酸脂玻璃纤维）的树脂。此外，用于一体模制的材料不限于30%的PC-GF，例如，能使用诸如PC(聚碳酸脂)和PC-ABS（聚碳酸脂-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）的树脂或铝的切割材料等等。通过执行圆筒部11a和长方体部11b的一体模制，抑制随着部件的数量增加而导致的组装工时的增加，同时，能防止环境光和异物从两个构件的接合部侵入。

同样，在该示例性实施例中，形成具有达到CCD4a附近的长度的镜筒11，并且进一步，形成具有当通过稍后所述的凸缘12，在光轴方向中移动透镜时，不会接触CCD4a的长度。通过紧密地设置镜筒11和CCD4a，能抑制环境光进入透镜1和CCD4a间的成像区，以及能减少异物进入到成像区中。

凸缘12是主要用来便于在光轴方向中精细地调整透镜1和CCD4a间的距离的平板体（plain-plate）。凸缘12固定在镜筒11的长方体部11b的上表面上，以便当集光构件10已经并入在模块支架5中时，其上表面变得平行于光轴方向。

在凸缘12的上表面上还形成两个突起12a。通过在集光构件10和CCD基板4已经并入在模块支架5中的状态中，光学模块7的组装工来回移动凸缘12同时握住在凸缘12的上表面上形成的突起12a，透镜1在光轴方向中移动并且将焦点高精度地调整到CCD4a。其中，为了使组装工容易握住突起12a，优选其宽度不小于8mm以及其高度不低于5mm，更期望宽度不低于10mm以及高度不低于5mm。

同样，在凸缘12的上表面中，在对应于透镜的两侧的位置的每一个处，形成细长孔12b。在使用凸缘12调整透镜1和CCD4a间的距离后，使用在凸缘12的上表面中形成的细长孔12b，将凸缘12固定在模块支架5上。如从图7能看出，细长孔12b是在透镜1的光轴方向中长的孔，例如椭圆孔。通过将透镜1固定在使用细长孔12b调整焦点的位置处，使透镜1定位到CCD4a。

在一般图像读取装置中，在产品运输前的组装时，执行用于调谐原件和透镜1以及CCD4a间的焦点位置的调整。通过将透镜设置在透镜支架中执行该调整，以及使透镜支架远离或靠近光接收元件的面。相比较，在该示例性实施例中，通过预先以一体模制的方式，在凸缘12中形成突起12a和细长孔12b，不需要单独地添加用于焦点调整的透镜支架。

接着，围栏构件13是具有一面开口的长方体形的构件。其上固定CCD4a的CCD基板4设置在孔径平面侧，以及CCD4a设置在围栏构件13内。另一方面，镜筒11利用螺丝以插入状态固定到面向CCD基板4的面上。即，通过使集光构件10和CCD4a并入在模块支架5中，在围栏构件13中，相对地设置镜筒11的射出侧和CCD4a。通过在围栏构件13中相对地设置镜筒11的射出侧和CCD4a，能减少环境光进入到光轴，以及还能减少杂质颗粒侵入其中已经设置了CCD4a的空间。

此外，CCD4a由于长时间保持驱动而产生热。在CCD4a被设置在围栏构件13内部，用于遮蔽和防止侵入异物的情况下，由于CCD4a的发热，围栏构件13中的温度上升。例如，当由易受热影响的树脂材料形成镜筒11时，镜筒11随着围栏构件13中的温度变化反复地膨胀和收缩，导致镜筒11变形。在这种情况下，透镜1和CCD4a间的距离改变，由此透镜1和CCD4a间的焦点调整劣化。

相应地，在根据该示例性实施例的围栏构件13中，当将集光构件10并入在光学模块7中时，具有深度等于CCD4a的高度的凹口13a形成到在垂直方向中延伸的两个侧面的每一个中。通过在围栏构件13的侧面的每一个中形成凹口13a，从CCD4a产生的热可以从凹口13a释放到外部空间，以及能抑制CCD4a周围的温度上升。

在图10中示出了凹口13a的示例。在图10中，将凹口13a设计成高2.5mm，凹口长度为16.1mm和侧面的开度角为60度。在此，通常，环境光和异物从光学模块7的上侧入射和进入。因此，在根据该示例性实施例的围栏构件13中，当集光构件10并入在光学模块7中时，通过在上下的位置中不形成凹口13a，而在侧面形成凹口13a，能有效地释放从CCD4a发出的热，同时抑制环境光和异物从凹口13a侵入。

同时，凹口13a对应于权利要求中的排出口。凹口13a不限于图10的形状，当集光构件10并入在光学模块7中时，应当简单视为在垂直方向中延伸的排出口。

尽管在上述示例性实施例中，在分别将镜筒11、凸缘12和围栏构件13形成为单独本体后，再组合它们，但也能一体模制这些中的两个或三个。

如上所述，在根据该示例性实施例的光学模块7中，通过执行圆筒部11a和长方体部11b的一体模制而形成的镜筒11形成有到达CCD4a附近的长度，并且进一步，覆盖镜筒11的射出侧和CCD4a的围栏构件13和用于在光轴方向中移动透镜1的凸缘12设置到镜筒11。

通过执行圆筒部11a和长方体部11b的一体模制，抑制由于部件的数量增加而导致的组装工时的增加，并且能防止环境光和异物从两个部件的接合部侵入。

通过执行镜筒11的射出侧和CCD4a的相邻设置并且用围栏构件13覆盖它们，能使透镜1和CCD4a间的成像区从外部空间隔开，由此能防止环境光进入光轴和异物侵入CCD4a附近。

同样，当光学模块7的组装工通过在光轴方向中移动透镜1同时握住凸缘12的突起12a来调整透镜1的焦点，并且使用凸缘12的细长孔12b，使透镜1固定在所调整的位置处，在将集光构件10并入在模块支架5中后，能以高精度执行焦点调整。

此外，在根据该示例性实施例的光学模块7中，在围栏构件13的侧面的每一个中形成凹口13a。在这种情况下，能有效地释放从CCD4a发出的热，同时抑制环境光和异物从凹口13a侵入，由此能抑制CCD4a附近的温度上升。

在此，当通过应用在背景技术中所述的专利文献3中的技术，在封闭空间中设置透镜和CCD时，不能精细地调整透镜和CCD的位置。此外，当在封闭空间中设置透镜和CCD时，由于从CCD发出的热，封闭空间中的温度大大地改变，并且透镜和CCD间的位置关系改变。

相比较，在根据本发明的光学模块中，用于将透镜在光轴方向移动的凸缘被设置到镜筒。因此，在将集光构件并入在模块支架中后，能精细地调整透镜和CCD的位置。

此外，在根据本发明的光学模块中，在覆盖镜筒的射出侧和CCD的围栏构件的侧面中形成凹口。相应地，能从凹口释放从CCD发出的热，由此，能抑制CCD附近的温度上升。

相应地，根据本发明的光学模块能相对于CCD，高精度地定位透镜，同时抑制环境光的入射和诸如灰尘的异物的侵入，此外，能抑制由于CCD周围的温度上升而导致的透镜和CCD间的位置关系的改变。

同时，根据本发明的光学模块可适当地应用于使用光电转换元件的各种图像读取装置。

上面公开的示例性实施例的全部或一部分能描述为但不限于下述补充说明。

（补充说明1）一种图像读取装置，包括：固定在基板上的光电转换元件和包括透镜以便使从外部进入的光被收集到所述光电转换元件的集光构件；所述集光构件包括使所述透镜和所述光电转换元件之间的空间从外部隔开的镜筒；利用树脂作为材料，通过使在所述透镜的入射侧中大约圆筒状地形成的构件与在所述透镜的射出侧中的、以宽于所述光电转换元件的外形的尺寸被开口的方形围栏形状的构件一体模制而形成所述镜筒，并且所述镜筒被设置成利用所述方形围栏状围栏覆盖所述光电转换元件；以及所述方形围栏状围栏的垂直方向的两个相对侧面形成为凹形，以便在所述围栏和固定所述光电转换元件的基板之间形成开口。

（补充说明2）根据补充说明1的图像读取装置，其中，在所述镜筒的上表面侧中，形成以约平面方式形成的凸缘，并且其中，在以约平面方式形成的所述凸缘的表面上，在分别对应于所述透镜的两端的位置中，提供将所述透镜的光轴方向作为长轴的椭圆形状的细长孔。

（补充说明3）根据补充说明1的图像读取装置，其中，分别在所述凸缘的上表面的两端中提供垂直于所述凸缘的表面的方向的突起。

（补充说明4）根据补充说明1的图像读取装置，其中，形成所述镜筒以便使在所述透镜的入射侧中形成的约圆筒构件的一部分延伸到所述透镜的射出侧。

（补充说明5）一种集光构件，包括：透镜，使从外部入射的光收集到固定在基板上的光电转换元件；镜筒，使所述透镜和所述光电转换元件之间的空间与外部隔开；利用树脂作为材料，通过使在所述透镜的入射侧中约圆筒地形成的构件与在所述透镜的射出侧中的、以宽于光电转换元件的外形尺寸被开口的方形围栏状的构件一体模制而形成所述镜筒，并且所述镜筒被设置成利用所述方形围栏状围栏覆盖所述光电转换元件；以及所述方形围栏状围栏的垂直方向的两个相对侧面形成为凹形以便在所述围栏和固定所述光电转换元件的基板间形成开口。

（补充说明6）根据补充说明5的集光构件，其中，在所述镜筒的上表面侧中，形成为约平面形的凸缘被形成，并且其中，在形成为约平面形的凸缘的表面上，在分别对应于所述透镜的两端的位置中，提供将所述透镜的光轴方向作为长轴的椭圆形状的细长孔。

尽管参考其示例性实施例特别地示出和描述了本发明，但本发明不限于这些实施例。本领域的普通技术人员将理解到在不背离如由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节方面做出各种改变。

此外，本发明人的意图是即使在审查期间修改了权利要求，也保留所要求的发明的所有等效方式。

Claims (8)

1.一种集光构件，包括：

透镜，所述透镜使入射光被收集在光接收构件上；

镜筒，所述镜筒容纳所述透镜，将所述镜筒的光进入的端部设置在所述光接收构件的附近；以及

围栏构件，所述围栏构件覆盖所述镜筒的光进入的所述端部和所述光接收构件，所述围栏构件具有以在垂直方向中延伸的方式形成的排出口。

2.根据权利要求1所述的集光构件，进一步包括：

凸缘，所述凸缘连接到所述镜筒，所述凸缘具有用于在光轴方向中移动所述透镜的突起和在所述光轴方向中延伸的细长孔。

3.根据权利要求2所述的集光构件，

其中，通过执行在光入射侧中设置的圆筒部和在光收集侧中设置的长方体部的一体模制，形成所述镜筒，以及

其中，所述凸缘固定在所述长方体部的上表面上。

4.根据权利要求3所述的集光构件，

其中，所述圆筒部和所述长方体部通过树脂一体模制。

5.根据权利要求2所述的集光构件，

其中，所述镜筒形成为具有，在所述透镜在光轴方向中移动时，不接触所述光接收构件的长度。

6.根据权利要求1所述的集光构件，

其中，所述光接收构件是光电转换元件。

7.一种光学模块，包括：

反射入射光的多个反射镜；

根据权利要求1所述的集光构件，使由所述反射镜反射的光被收集到光电转换元件；

基板，在所述基板上固定用于将所收集的光转换成电信号的所述光电转换元件；以及

机架，在所述机架上定位所述多个反射镜、所述基板和所述集光构件。

8.一种图像读取装置，包括：

原件台；

光源，将光施加到放置在所述原件台上的原件；以及

根据权利要求7所述的光学模块，将由所述原件反射的光转换成电信号，所述光学模块相对于所述原件台可移动。

Images