CN103675958A - 透镜阵列模块及其制法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种透镜阵列模块及其制法，透镜阵列模块包含一固定座，以及一透镜单元。固定座为一不透光材质所制成的长方体，并具有多个沿该长方体的长轴方向等间隔排列的贯孔。该透镜单元具有多个透镜柱分别对应地设置于该多个贯孔内，各该透镜柱为一负透镜，并具有一紧配合地嵌设于该贯孔内的柱状部，以及二分别由该柱状部两相反端延伸且突出于该贯孔两相反侧的外的突出部，各该突出部具有一外凸曲面。此外，本发明还提供上述本发明的透镜阵列模块的制法。

Description

透镜阵列模块及其制法

技术领域

本发明涉及一种接触式影像感测装置，尤其涉及一种接触式影像感测装置的透镜阵列模块。

背景技术

接触式影像感测装置(Contact Image Sensor,CIS)为线型影像感测器的一种，可用于扫描一文件表面上的图像或文字，并将其转换成为电子格式，以便于储存、传输或显示，其主要的应用包含有扫描器、传真机以及多功能事务机等。

如图1所示，接触式影像感测装置10的工作原理是将线状光源11所产生的光线照射到待扫描的文件12上，并利用对应的线状透镜阵列13将该文件12所反射的光线汇聚于影像感测元件14之上。目前常用的影像感测元件14如电荷耦合元件(Charge-Coupled Device,CCD)或是互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)等。利用影像感测元件14将光信号转变为电信号，进而产生模拟或数字的像素(pixel)数据。

现有的线状透镜阵列13通常采用自聚焦透镜阵列(self-focus lens array)，或是两片微透镜阵列(micro lens array)的组合，以便在有限的物距及像距下得到1:1的正立实像，并减少整体装置的体积大小。如图2所示，自聚焦透镜130是利用其本身的折射率变化使光线曲折以达到成像的目的，其内部的折射率分布是沿径向逐渐减小。然而，自聚焦透镜130本身的工艺即相当复杂，而要组成透镜阵列则更为复杂，如图3所示，需将多颗单独的自聚焦透镜130精准地彼此平行排列，并以黑色硅胶131将该些自聚焦透镜130固定于两片平板132之间。制造过程相当复杂，以致造成良率无法提升以及成本居高不下。

相似地，如图4所示，两片微透镜阵列组合20需将两片分别单独制作的微透镜阵列21、22彼此对准并且加以固定，并且需利用外加的遮光元件23来滤掉大角度行进的光线，以避免光线在行进间产生交互干扰(crosstalk)的现象，也因此增加了额外的工艺与成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种透镜阵列模块，适用于接触式影像感测装置，具有简便工艺的特性，可以有效地降低所需成本。

为达上述目的，本发明的透镜阵列模块包含一固定座，以及一透镜单元。固定座为一不透光材质所制成的长方体，并具有多个沿该长方体的长轴方向等间隔排列的贯孔。该透镜单元具有多个透镜柱分别对应地设置于该多个贯孔内，各该透镜柱为一负透镜，并具有一紧配合地嵌设于该贯孔内的柱状部，以及二分别由该柱状部两相反端延伸且突出于该贯孔两相反侧的外的突出部，各该突出部具有一外凸曲面。

此外，上述本发明的透镜阵列模块的制法，包含下列步骤：首先，以第一次射出成型方式形成一固定座，该固定座为一不透光材质所制成的长方体，并具有多个沿该长方体的长轴方向等间隔排列的贯孔；然后，以第二次射出成型方式于该多个贯孔内分别对应地形成多个透镜柱，各该透镜柱为一负透镜，并具有一紧配合地嵌设于该贯孔内的柱状部，以及二分别由该柱状部两相反端延伸的突出部，各该突出部具有一外凸曲面。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为现有的接触式影像感测装置的一剖视图；

图2为现有的的自聚焦透镜的一示意图；

图3为现有的的自聚焦透镜阵列的一局部示意图；

图4为现有的的微透镜阵列组合的一剖视图；

图5为本发明的透镜阵列模块的立体图；

图6为本发明的透镜阵列模块的剖视图；

图7为本发明的透镜阵列模块的透镜柱的示意图；

图8为本发明的透镜阵列模块的剖视图；以及

图9至图17为本发明的透镜阵列模块的制法的各步骤的剖视图。

其中，附图标记

现有技术

接触式影像感测装置10  光源11

文件12                透镜阵列13

自聚焦透镜130         硅胶131

平板132               影像感测元件14

微透镜阵列组合20      微透镜阵列21、22

遮光元件23

本发明

透镜阵列模块30        固定座31

贯孔311               通道312

透镜单元32            透镜柱320

柱状部321             突出部322、323

外凸曲面324、325      连接柱326

长度值d               模具4

第一母模41            浇道411

公模42                槽421

浇道422               圆杆组43

圆杆431               内凹曲面432

第一滑块44            第二母模45

浇道451               内凹曲面452

第二滑块46

具体实施方式

有关本发明的技术内容及详细说明，配合附图说明如下：

如图5所示，为本发明的一种透镜阵列模块的一实施例。该透镜阵列模块30包含一固定座31，以及一设置于固定座31内的透镜单元32。

固定座31为一长条状长方体，其可为PPS、PC、ABS、LCP或其他的不透光材质所制成。固定座31具有多个沿该长方体的长轴方向并以相等间隔排列的圆柱形贯孔311，各该贯孔311为一圆柱形，且各该贯孔311的轴向是垂直该固定座31的长轴方向。如图6所示，该多个透镜柱32分别对应地设置于该多个贯孔311内。此外，该固定座31还形成有一沿其长轴方向贯穿该固定座31且连通各贯孔311的通道312。在本实施例中，该通道312是贯通该多个贯孔311的中央处。实际实施时，则不以中央处为限，但须连通各贯孔311并将各贯孔311连通至固定座31之外。该透镜单元32具有多个对应位于该多个贯孔311内的透镜柱320以及多个位于该通道312内的连接柱326。该多个透镜柱320以及该多个连接柱326是相互连接并是以塑胶射出方式一体成型地制成。

各该透镜柱320为一负透镜，并具有一紧配合地嵌设于该贯孔311内的柱状部321，以及二分别由该柱状部321两相反端延伸且突出于该贯孔311两相反侧的外的突出部322、323。各该柱状部321为一圆柱体。各该突出部322、323大致呈一半球状，并分别具有一外凸曲面324、325。在本实施例中，各该外凸曲面324、325皆为非球面，其目的在于消除光学像差，实际实施时则不以此为限，可为球面或其他形状的外凸曲面。

如图7所示，为了要达到使一侧的物体藉透镜柱320在另一侧形成正像的目的，各该透镜柱320必须是为负透镜，且其光学主平面是落在透镜柱320之外，使焦距在理论上为负值。因此，通过厚透镜焦距公式推导，柱状部321的长度值d必须大于两外凸曲面324、325的曲率半径r1、r2的差值乘以该透镜柱320的折射率n再除以该透镜柱320的折射率n与空气的折射率(n0=1)的差值，也就是：

d>|n(r2-r1)/n-1|。

如图8所示，为依据另一实施例的透镜阵列模块，与上述实施例不同之处在于：该多个突出部322、323并未突出于该多个贯孔311之外。从模拟结果可得知，此种设计可更为提高整体透镜阵列模块的均匀度及MTF。

上述本发明的透镜阵列模块30的制法是主要利用射出成型(injectionmolding)方式制作，将其详述如下：

如图9所示，首先，以第一次射出成型方式形成该固定座31。射出成型的模具4包含一第一母模41、一与第一母模41配合形成模穴的公模42，一贯穿公模42并伸入模穴当中的圆杆组43，以及一插接于该公模42上的第一滑块44。如图10~图12所示，在公模42与第一母模41结合后，以该第一滑块44嵌入于该公模42的凹槽421中，并位于公模42与第一母模41之间。该第一母模41具有连通模穴的浇道411及公模42的浇道422，用以将融熔材料传递至模穴内。圆杆组43具有多个彼此间隔且沿一方向排列的圆杆431，该圆杆431上具有一内凹曲面432。

如图13所示，当固定座31冷却成型后，先将第一滑块44脱离公模42与该第一母模41之间，再将该公模42与该第一母模41分离(如图14所示)，此射出后的固定座31不需从公模42上取下，直接将公模42旋转至第二母模45上，与该第二母模45结合后，将第二滑块46嵌入于该公模42的凹槽421中，并位于公模42与第二母模45之间，第二母模45内具有相对于该固定座31的贯穿孔311的曲面451及该各圆杆431的内凹曲面432对应该贯孔311，目的是为了相对于透镜lens的曲面。在第二射出作业前，该圆杆组43向后退出些许距离，目的是为了能再有效范围内形成透镜lens的另一端曲面(如图15~图17)，在第二射出时该第二母模45具有连通模穴的浇道452，用以将熔融材料传递至模穴内，并经由该通道312将熔融材料传输至各个贯孔311内。在第二射出完成后，先将第二滑块46退出该公模42与该第二母模45之间，将该公模42与第二母模46分离，并将圆杆组43抽离公模42后，可以从公模42上取下该透镜阵列模块30。

当冷却成型后，即得到如图5所示的透镜阵列模块30。由于该固定座31的贯孔311彼此之间的平行排列是由模具所定义并藉此制作成型，且该多个透镜柱320是直接于贯孔311内以射出成型方式形成，因此该些透镜柱320无须另行费事进行对准，本身便可达到精准地平行排列。并且，由于固定座31本身是不透明材质所制成，可有效防止任两透镜柱320之间的光线交互干扰。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种透镜阵列模块，其特征在于，包含：

一固定座，为一不透光材质所制成的长方体，并具有多个沿该长方体的长轴方向等间隔排列的贯孔；以及

一透镜单元，包含分别对应地设置于该多个贯孔内的多个透镜柱，各该透镜柱为一负透镜，并具有一紧配合地嵌设于该贯孔内的柱状部，以及二分别由该柱状部两相反端延伸的突出部，各该突出部具有一外凸曲面。

2.根据权利要求1所述的透镜阵列模块，其特征在于，各该贯孔为一圆柱形，且各该柱状部为一圆柱体。

3.根据权利要求1所述的透镜阵列模块，其特征在于，各该外凸曲面为一非球面。

4.根据权利要求1所述的透镜阵列模块，其特征在于，各该柱状部的长度值大于该多个外凸曲面的差值乘以该透镜柱的折射率再除以该透镜柱的折射率与空气的折射率的差值。

5.根据权利要求1所述的透镜阵列模块，其特征在于，该固定座还具有一沿其长轴方向贯穿该固定座且连通各贯孔的通道，该透镜单元还具有多个位于该通道内的连接柱，该通道贯通该多个贯孔的中央处，该多个透镜柱以及该多个连接柱相互连接并以塑胶射出方式一体成型地制成。

6.一种透镜阵列模块的制法，其特征在于，包含下列步骤：

以第一次射出成型形成一固定座，该固定座为一不透光材质所制成的长方体，并具有多个沿该长方体的长轴方向等间隔排列的贯孔；以及以第二次射出成型于该多个贯孔内分别对应地形成多个透镜柱，各该透镜柱为一负透镜，并具有一紧配合地嵌设于该贯孔内的柱状部，以及二分别由该柱状部两相反端延伸的突出部，各该突出部具有一外凸曲面。

7.根据权利要求8所述的透镜阵列模块的制法，其特征在于，使各该贯孔为一圆柱形，且使各该柱状部为一圆柱体。

8.根据权利要求8所述的透镜阵列模块的制法，其特征在于，使各该外凸曲面为一非球面。

9.根据权利要求8所述的透镜阵列模块的制法，其特征在于，使各该柱状部的长度值大于该多个外凸曲面的差值乘以该透镜柱的折射率再除以该透镜柱的折射率与空气的折射率的差值。

10.根据权利要求8所述的透镜阵列模块的制法，其特征在于，还于该固定座形成一沿其长轴方向贯穿该固定座且连通各贯孔的通道，其中该第二次射出成型是经由该通道将该透镜柱的熔融材料传输至各个贯孔内。

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