DE102004004538B4 - Kompakte integrierte optische Bilderzeugungsanordnung - Google Patents

Kompakte integrierte optische Bilderzeugungsanordnung Download PDF

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Abstract

Bilderfassungsanordnung, die folgende Merkmale umfaßt:
eine Bilderzeugungslinse (118);
einen optisch durchlässigen Abstandshalter (120), der physikalisch an die Bilderzeugungslinse (118) anstößt und einstückig mit derselben gekoppelt ist, wobei der Abstandshalter (90, 120, 150) zumindest zwei reflektierende Oberflächen umfaßt;
ein Photoerfassungssystem (126), das physikalisch an den optisch durchlässigen Abstandshalter (120) anstößt und einstückig mit demselben gekoppelt ist; und
wodurch ein Bildlicht, das in die Bilderzeugungslinse (118) und den Abstandshalter (120) eindringt, durch die zumindest zwei reflektierenden Oberflächen zu dem Photoerfassungssystem (126) gerichtet wird,
wobei bei der der optische Abstandshalter (120) ein rechteckiges Prisma umfaßt, das zwei reflektierende Oberflächen (122, 124) aufweist, die parallel zueinander sind, und wobei das rechteckige Prisma in einem Winkel an der Bilderzeugungslinse (118) angebracht ist, so dass die zwei reflektierenden Oberflächen (122, 124) in dem Winkel bezüglich eines Lichtwegs, der die Bilderzeugungslinse (118) verlässt, angeordnet sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Bilderzeugungsgeräte und insbesondere auf eine kompakte integrierte optische Bilderzeugungsanordnung.
  • Optische Bilderzeugungsgeräte, wie z. B. Scanner, Kopierer, Faksimilemaschinen, Multifunktionsgeräte, sind in der Lage, Papierdokumente, Photographien, Transparentfolien und andere Objekte zu „lesen", um ein Bild derselben zu erzeugen. Das erzeugte abgetastete Bild kann auf einem Computerbildschirm angezeigt, gedruckt und/oder über eine elektronische Einrichtung an entfernte Positionen gesendet werden.
  • Ein typisches Bilderzeugungsgerät kann eine optische Bilderzeugungsanordnung umfassen, die eine Beleuchtungsquelle, ein optisches System und ein Photoerfassungssystem umfaßt. Die Beleuchtungsquelle projiziert Licht auf einen Teil des Objekts, das abgetastet wird und das optische System sammelt das Licht, das durch das beleuchtete Objekt reflektiert wird. Das Photoerfassungssystem erfaßt dann das reflektierte Licht und erzeugt ansprechend auf das erfaßte Licht elektrische Signale. Die Anordnung der verschiedenen Komponenten des Bilderzeugungsgeräts erfordert häufig eine präzise Positionierung, Ausrichtung und Anordnung, um sicherzustellen, daß das Licht von der Beleuchtungsquelle die Zielabtastregion auf dem Objekt ordnungsgemäß beleuchtet und das reflektierte Licht ordnungsgemäß auf das optische Erfassungssystem fokussiert wird. Die Position und Ausrichtung der verschiedenen Komponenten in der Anordnung muß fest bleiben, um ein scharfes abgetastetes Bild beizubehalten.
  • Aus der JP 2003-87502 A ist eine Bilderfassungsvorrichtung bekannt, die aneinander befestigt ein erstes optisches Teil, in dem ein einfallender Lichtstrahl um 90° reflektiert wird, ein zweites optisches Teil, das eine Linse darstellt, und ein drittes optisches Teil, das eine Reflexion des die Linse verlassenden Lichtstrahls bewirkt, aufweist. An dem dritten Teil ist ein Bildsensor-Chip angebracht.
  • Die JP 62-145960 A befasst sich mit einem Bildleser, der mehrere Komponenten aufweist, die ein erstes Prisma, das eine Reflexion eines einfallenden Lichtstrahls um 90°, ein Stablinsen-Array und ein zweites Prisma aufweist, das in einem Winkel von 90° zueinander angeordnete Reflexionsoberflächen besitzt.
  • Aus der JP 9-181886 A ist ein Bildaufnahmegerät bekannt, bei dem zwei parallel zueinander angeordnete Reflexionsoberflächen in einem Winkel zu einem aufzunehmenden fotografischen Subjekt angeordnet sind.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung für ein Bilderfassungsgerät und eine Bilderfassungsanordnung mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf beiliegende Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Querschnittsseitenansicht eines horizontalen Ausführungsbeispiels der kompakten integrierten Bilderzeugungsanordnung;
  • 2 eine schematische Querschnittsseitenansicht eines vertikalen Ausführungsbeispiels einer kompakten integrierten Bilderzeugungsanordnung;
  • 3 eine schematische Querschnittsseitenansicht eines weiteren horizontalen Ausführungsbeispiels einer kompakten integrierten Bilderzeugungsanordnung;
  • 4 eine schematische Querschnittsseitenansicht noch eines weiteren horizontalen Ausführungsbeispiels einer kompakten integrierten Bilderzeugungsanordnung; und
  • 5 eine schematische Querschnittsseitenansicht eines weiteren horizontalen Ausführungsbeispiels einer kompakten integrierten Bilderzeugungsanordnung.
  • Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und die Vorteile derselben sind durch Bezugnahme auf 1 bis 5 der Zeichnungen am besten verständlich, wobei gleiche Bezugszeichen für gleiche und entsprechende Teile der verschiedenen Zeichnungen verwendet werden.
  • 1 ist eine schematische Querschnittsseitenansicht eines horizontalen Ausführungsbeispiels der kompakten integrierten Bilderzeugungsanordnung 10. Die kompakte integrierte Bilderzeugungsanordnung 10 kann in einer Vielzahl von Bilderfassungsgeräten verwendet werden, wie z. B. Kopierern, Scannern, Faksimilemaschinen, Multifunktionsgeräten und dergleichen. Die kompakte integrierte Bilderzeugungsanordnung 10 umfaßt ein integriertes optisches System 12 und ein Photoerfassungssystem 14, die miteinander integriert sind. Die Bilderzeugungsanordnung 10 ist in einem kompakten Gehäuse enthalten, das mit einer Auflageplatte 11 bedeckt ist. Einfallendes Licht 16 von einer Beleuchtungsquelle 17, wie z. B. einem Array von lichtemittierenden Dioden (LEDs) oder jedem anderen geeigneten lichtemittierenden Gerät, das nun be kannt ist oder später entwickelt wird, trifft auf eine Abtastregion eines Objekts 18. Das Objekt 18 kann ein Papierdokument, eine Photographie, eine Transparentfolie, ein Film oder ein anderes Objekt sein, das auf der anderen Seite der Auflageplatte 11 oder des Bilderzeugungsfensters der Bilderzeugungsanordnung 10 angeordnet ist. Einfallendes Licht 16 trifft auf das Objekt 18 und wird als ein Bildlicht 20 zu dem integrierten optischen System 12 der Bilderzeugungsanordnung reflektiert. Alternativ kann einfallendes Licht 16' das Objekt 18 von einer gegenüberliegenden Seite treffen und durch das Objekt 18 als Bildlicht 20 zu dem integrierten optischen System 12 verlaufen. Vor dem Erreichen des Photoerfassungssystems 14 wird das Bildlicht 20 durch ein integriertes optisches System 12 geführt und fokussiert. Das integrierte optische System 12 kann jede von einer großen Vielzahl optischer Komponenten umfassen, wie z. B. Linsen und/oder Reflektoren.
  • Das Bildlicht 20 dringt über eine erste optische Komponente 22, die wirksam ist, um den Weg des Bildlichts 20 umzulenken und an einem ersten Ende 21 des integrierten optischen Systems 12 angeordnet ist, in die Bilderzeugungsanordnung 10 ein. Die erste optische Komponente 22 umfaßt eine gewinkelte reflektierende Oberfläche 24. Das Bildlicht 20 trifft auf die gewinkelte reflektierende Oberfläche 24 und wird zu dem Photoerfassungssystem 14 reflektiert, das in einem zweiten Ende 25 der Bilderzeugungsanordnung 10 angeordnet ist. Die reflektierende Oberfläche 24 kann eine metallische oder spiegelnde Oberfläche sein, die auf der ausgewählten Winkeloberfläche des integrierten optischen Systems 12 gebildet ist. Der Neigungswinkel für die reflektierende Oberfläche 24 ist so ausgewählt, daß Bildlicht 20, das von dem Objekt 18 reflektiert, weiter reflektiert wird und an die Photodetektoren in dem Photoerfassungssystem 14 gerichtet wird. Die erste optische Komponente 22 des integrierten optischen Systems 12 kann durch ein optisch durchsichtiges oder durchlässiges Haftmittel an dem Rest des optischen Systems befestigt oder angehängt werden. Ein Haftmittel, das von Norland Products Inc. Mit Sitz in Cranbury, New Jersey, hergestellt wird, wie z. B. das NOA 61, kann verwendet werden. Andere Einrichtungen zum Integrieren der ersten optischen Komponente 22 in das optische System 12 können ebenfalls verwendet werden. Beispielsweise kann die erste optische Komponente 22 über eine mechanische Einrichtung an das integrierte optische System 12 geklammert oder befestigt werden. Alternativ kann der durchlässige Abschnitt 22 durch Spritzgießen oder andere geeignete Verfahren einstückig mit dem integrierten optischen System 12 gebildet werden.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das integrierte optische System 12 eine Bilderzeugungslinse 26, wie z. B. ein Mikrolinsenarray oder eine Gradientenindexlinse (GRIN-Linse; GRIN = Gradientenindex). Die Bilderzeugungslinse 26 kann ein oder ein Array aus zylindrischen Elementen umfassen, die aus Glas, Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sind. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann eine GRIN-Linse, wie z. B. der Typ, der unter dem Namen SELFOC verkauft wird (eingetragenes Warenzeichen der Nippon Sheet Glass Company, Limited) kann hierin verwendet werden. Zwischen der Bilderzeugungslinse 26 und dem Photoerfassungssystem 14 ist eine zweite optische Komponente 28 gekoppelt. Die zweite optische Komponente 28 ist ein optischer Abstandshalter, der vorzugsweise aus einem festen Stück eines allgemein durchlässigen Materials aufgebaut ist, wie z. B. Glas, optischer Qualitätskunststoff oder ein anderes geeignetes Material. Das Bildlicht 20, das von der Bilderzeugungslinse 26 austritt, dringt in den optischen Abstandshalter 28 ein, wo es weiterhin fokussiert und an die Sensoren (nicht speziell gezeigt) in dem Photoerfassungssystem 14 gerichtet wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das Photoerfassungssystem 14 ein Array von Photodetektoren, einen integrierten Photodetektor, wie z. B. ein ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD; CCD = Charge Coupled Device), einen Komplementär-Metalloxyd-Halbleiter-Bildsensor (CMOS-Bild sensor; CMOS = Complementary Metal Oxide Semiconductor), oder einen anderen geeigneten Sensor, der nun bekannt ist oder später entwickelt wird. Ein im allgemeinen durchlässiges Haftmittel kann verwendet werden, um die Bilderzeugungslinse 26, den optischen Abstandshalter 28 und das Photoerfassungssystem 14 zusammen zu integrieren und aneinander zu haften. Alternativ kann eine mechanische Einrichtung verwendet werden, um dasselbe zu erreichen. Daher stoßen die erste optische Komponente 22, die Bilderzeugungslinse 26, der optische Abstandshalter 28 und das Photoerfassungssystem 14 physikalisch ineinander an und bilden ein einzelnes einheitliches Bauteil.
  • Wenn das Bildlicht 20 das Sensorarray in dem Photoerfassungssystem 14 erreicht, werden ansprechend auf die Intensität des Bildlichts 20 variierende elektrische Ströme erzeugt. Die variierenden elektrischen Ströme werden in digitale Signale umgewandelt und als helle und dunkle Bereiche auf dem Objekt interpretiert, das abgetastet wird. Die Signale, die durch das Photoerfassungssystem 14 erzeugt werden, können an einen Mikroprozessor oder eine Steuerung in dem Bilderzeugungsgerät übertragen werden, wo die Signale verarbeitet werden und anderweitig auf dieselben eingewirkt wird.
  • 2 ist eine schematische Querschnittsseitenansicht eines vertikalen Ausführungsbeispiels 50 der kompakten integrierten Bilderzeugungsanordnung. Erfindung. Die vertikale Bilderzeugungsanordnung 50 ist im allgemeinen entlang der gleichen Achse ausgerichtet wie das Bildlicht, das von dem Objekt reflektiert wird, das abgetastet wird. Die Bilderzeugungsanordnung 50 umfaßt ein optisches System 52 und ein Photoerfassungssystem 54, die miteinander integriert sind. Ein einfallendes Licht von einer Beleuchtungsquelle (nicht gezeigt), wie z. B. ein Array von lichtemittierenden Dioden (LEDs) und anderen geeigneten lichtemittierenden Vorrichtungen, die nun bekannt sind oder später entwickelt werden, trifft auf eine Abtastregion eines Objekts 58. Das einfallende Licht trifft auf das Objekt 58 und wird als ein Bildlicht 60 zu einem im allgemeinen durchlässigen Ende 61 des optischen Systems 52 der Bilderzeugungsanordnung projiziert. Weil die vertikale Bilderzeugungsanordnung 50 entlang der gleichen Achse ausgerichtet ist wie das Bildlicht 60, das von dem Objekt 58 kommt, gibt es keinen Bedarf, andere optische Komponenten zu verwenden, um den Weg des Bildlichts 60 zu ändern.
  • Das Bildlicht 60 dringt in das optische System 52 ein, das jede einer großen Vielzahl von optischen Komponenten, wie z. B. Linsen und/oder Reflektoren, umfassen kann, die das Licht richten, fokussieren oder anderweitig auf dasselbe einwirken. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das optische System 52 eine Bilderzeugungslinse 62, wie z. B. ein Mikrolinsenarray oder eine GRIN-Linse. Die Bilderzeugungslinse 62 kann ein Array zylindrischer Elemente umfassen, die aus Glas, Optikklassenkunststoff oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sind. Zwischen der Bilderzeugungslinse 62 und dem Photoerfassungssystem 54 ist ein optischer Abstandshalter 64 einstückig gekoppelt. Der optische Abstandshalter 64 ist vorzugsweise aus einem festen Stück eines im allgemeinen durchlässigen Materials aufgebaut, wie z. B. Glas, Optikklassenkunststoff oder einem anderen geeigneten Material. Das Bildlicht 60, das von der Bilderzeugungslinse 62 austritt, dringt in den optischen Abstandshalter 64 ein, wo dasselbe weiterhin fokussiert wird und an die Sensoren in dem Photoerfassungssystem 54 gerichtet wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das Photoerfassungssystem 54 einen Kontaktbildsensor, ein Array von Photodetektoren, einen integrierten Photodetektor, wie z. B. ein ladungsgekoppeltes Bauelement oder einen anderen geeigneten Sensor, der nun bekannt ist oder später entwickelt wird. Wenn das Bildlicht 60 das Sensorarray in dem Photoerfassungssystem 54 erreicht, erzeugt dasselbe variierende elektrische Ströme, die helle und dunkle Bereiche auf dem Objekt anzeigen, das abgetastet wird. Die Signale, die durch das Photo erfassungssystem 54 erzeugt werden, können an einen Mikroprozessor oder an eine Steuerung in dem Bilderzeugungsgerät gesendet werden, wo die Signale verarbeitet werden und anderweitig auf dieselben eingewirkt wird.
  • Ein Haftmittel, eine mechanische Vorrichtung oder eine andere geeignete Einrichtung kann verwendet werden, um die Bilderzeugungslinse 62, den optischen Abstandshalter 64 und das Photoerfassungssystem 54 einstückig in ein einzelnes einheitliches Bauteil zu koppeln, so daß eine genaue Ausrichtung der Komponenten erreicht werden kann. Ferner macht die direkte Kopplung der Komponenten der Bilderzeugungsanordnung 50 die Abmessungen derselben sehr kompakt.
  • Abhängig von der gewünschten Anwendung des Bilderfassungsgeräts, wie z. B. als ein Flachbettscanner oder ein tragbarer Scanner, kann entweder die horizontale oder die vertikale Ausrichtung der kompakten integrierten Bilderzeugungsanordnung vorteilhaft verwendet werden. Die Kompaktheit der Bilderzeugungsanordnung eignet sich ohne weiteres für tragbare oder handgeführte Bilderfassungsgerätanwendungen. Ferner eliminiert der integrierte Aufbau überwiegend die Zeit und Kosten des genauen Positionierens der Komponenten und erreicht dennoch eine genaue Ausrichtung.
  • 3 ist eine schematische Querschnittsseitenansicht eines weiteren horizontalen Ausführungsbeispiels 80 der kompakten integrierten Bilderzeugungsanordnung. Die Bilderzeugungsanordnung 80 verwendet verschiedene optische Komponenten, um die Standfläche derselben sogar noch kompakter zu machen als bei der Bilderzeugungsanordnung 10, die in 1 gezeigt ist. Einfallendes Licht von einer Beleuchtungsquelle (nicht gezeigt), wie z. B. einem Array von lichtemittierenden Dioden und anderen geeigneten lichtemittierenden Vorrichtungen, die nun bekannt sind oder später entwickelt werden, trifft auf eine Abtastregion eines Objekts (nicht gezeigt). Das Licht von der Beleuchtungsquelle trifft auf das Objekt und verläuft als ein Bildlicht 82 zu der Bilderzeugungsanordnung 80. Bildlicht 82 dringt über eine durchlässige erste optische Komponente 84 in die Bilderzeugungsanordnung 80 ein. Das Bildlicht läuft in dem gleichen Weg weiter und trifft auf eine gewinkelte reflektierte Oberfläche 86 der Bilderzeugungsanordnung 80 und wird entlang einer Hauptachse in Ausrichtung mit der longitudinalen Achse der Bilderzeugungsanordnung 80 und zu einer Bilderzeugungslinse 88, wie z. B. einem Mikrolinsenarray oder einer GRIN-Linse, reflektiert. Die reflektierende Oberfläche 86 kann eine metallische oder gespiegelte Oberfläche sein, die auf der ausgewählten Winkeloberfläche des optischen Systems gebildet ist. Der durchlässige Abschnitt 84 der optischen Anordnung kann an dem optischen System durch ein optisch durchsichtiges oder durchlässiges Haftmittel befestigt oder angehängt sein. Alternativ kann der durchlässige Abschnitt 84 durch Spritzgießen oder andere geeignete Verfahren einstückig mit dem Linsenabschnitt 88 des optischen Systems gebildet sein. Eine mechanische Einrichtung zum Befestigen der Komponenten kann ebenfalls verwendet werden.
  • Das Bildlicht 82 wird durch das optische System geführt und fokussiert und dann zu einem optischen Abstandshalter 90 gerichtet, der einstückig mit der Bilderzeugungslinse 88 gekoppelt ist. Der optische Abstandshalter 90 ist aus einem festen Stück eines im allgemeinen durchlässigen Materials aufgebaut, wie z. B. Glas, optischem Qualitätskunststoff oder einem anderen geeigneten Material, bei dem einige ausgewählte Oberflächen reflektierend gemacht sind. Das Bildlicht 82, das die Bildlinse 88 verläßt, dringt in den optischen Abstandshalter 90 ein, wo es weiterhin fokussiert wird und zu den Sensoren (nicht explizit gezeigt) in dem Photoerfassungssystem 96 gerichtet wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt der optische Abstandshalter 90 ein transparentes Fenster 91, das wirksam ist, um Licht von der Bilderzeugungslinse 88 zu empfangen, und die reflektierenden Oberflächen 92 und 94 zum Richten des Bildlichts auf das Photoerfassungssystem 96 über ein zwei tes durchlässiges Fenster 95. Die reflektierende Oberfläche 92 besetzt einen Teil der Grenzfläche zwischen der Bilderzeugungslinse 88 und dem optischen Abstandshalter 90 und ist in einem nicht senkrechten Winkel, α, bezüglich der Hauptachse des Bildlichtwegs positioniert. Als Folge weist der optische Abstandshalter 90 eine komplexe Form und eine oder mehrere reflektierende Oberflächen auf. Das Bildlicht, das über ein transparentes Fenster 91 eindringt und von den reflektierenden Oberflächen 92 und 94 reflektiert, wird an Photodetektoren in einem Photoerfassungssystem 96 gerichtet. Es wird auch in Betracht gezogen, daß die Oberflächen des optischen Abstandshalters 90 durch Materialien oder Prozesse behandelt werden, die Licht nur in einer Richtung durchdringen lassen. Sobald Licht in den optischen Abstandshalter 90 eindringt, wird dasselbe daher reflektiert, bis es das Photoerfassungssystem 96 über ein Fenster 95 erreicht.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das Photoerfassungssystem 96 ein Array von Photodetektoren, einen integrierten Photodetektor, wie z. B. ein ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD), einen CMOS-Bildsensor oder einen anderen geeigneten Sensor, der nun bekannt ist oder später entwickelt wird. Das Photoerfassungssystem 96 ist mit dem optischen System gekoppelt oder an demselben befestigt, durch Verwenden eines im allgemeinen durchlässigen Haftmittels an der Grenzfläche zwischen dem optischen Abstandshalter 96 und dem Photoerfassungssystem 96.
  • 4 ist eine schematische Querschnittsseitenansicht eines horizontalen Ausführungsbeispiels 110 der kompakten integrierten Bilderzeugungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Anstatt einer komplexen optischen Abstandshalterkonfiguration der Bilderzeugungsanordnung 80, die oben beschrieben und in 3 gezeigt ist, verwendet die Bilderzeugungsanordnung 110 eine einfache optische Abstandshalterkonfiguration, die in einem vorbestimmten Winkel zu der Hauptachse des Bildlichts befestigt ist, um das Bildlicht zu fokussieren und das Bildlicht zu den Photodetektoren zu richten. Ein einfallendes Licht von einer Beleuchtungsquelle (nicht gezeigt) trifft auf eine Abtastregion eines Objekts (nicht gezeigt). Das Licht von der Beleuchtungsquelle trifft auf das Objekt und läuft als Bildlicht 112 zu der Bilderzeugungsanordnung 110 weiter. Das Bildlicht 112 dringt in die Anordnung 110 ein, über eine durchlässige optische Komponente 114 derselben. Das Licht fährt in dem gleichen Weg fort, bis dasselbe auf eine gewinkelte reflektierende Oberfläche 116 der optischen Komponente 114 trifft und entlang einer Hauptachse in Ausrichtung mit der longitudinalen Achse der Bilderzeugungsanordnung 110 zu einer Bildlinse 118, wie z. B. einem Mikrolinsenarray, einer GRIN-Linse 118 oder einer anderen geeigneten optischen Vorrichtung des optischen Systems, reflektiert wird. Die reflektierende Oberfläche 116 kann eine metallische oder gespiegelte Oberfläche sein, die auf der ausgewählten Winkeloberfläche des optischen Systems gebildet ist. Der durchlässige Abschnitt 114 der optischen Anordnung kann durch ein optisch durchsichtiges oder durchlässiges Haftmittel an dem optischen System angehängt oder befestigt sein. Alternativ kann der durchlässige Abschnitt 114 durch Spritzgießen oder andere geeignete Verfahren einstückig mit dem Linsenabschnitt 118 des optischen Systems gebildet sein. Eine mechanische Einrichtung kann verwendet werden, um die Komponenten mechanisch aneinander anzustoßen und einstückig miteinander zu koppeln, um ein einzelnes einheitliches Bauteil zu bilden.
  • Das Bildlicht 112 wird durch das optische System geführt und fokussiert und dann auf einen optischen Abstandshalter 120 gerichtet. Der optische Abstandshalter 120 ist aus einem festen Stück eines im allgemeinen durchlässigen Materials aufgebaut, wie z. B. Glas, optischem Qualitätskunststoff oder einem anderen geeigneten Material mit ausgewählten Oberflächen, die reflektierend gemacht sind. Das Bildlicht 112, das von der Bilderzeugungslinse 118 austritt, dringt über ein durchlässiges Fenster 121 in den optischen Abstandshalter 120 ein, wo dasselbe weiterhin über ein zweites durchlässiges Fenster 120 zu den Sensoren in dem Photoerfassungssystem 126 fokussiert und gerichtet wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt der optische Abstandshalter 120 zwei oder mehr reflektierende Oberflächen zum Richten des Bildlichts zu den Photodetektoren in dem Photoerfassungssystem 126. Obwohl der Querschnitt des optischen Abstandshalters 120 rechteckig ist, ist derselbe ferner in einem vorbestimmten Winkel an der Linse 118 befestigt, so daß die parallelen reflektierenden Oberflächen 122 und 124 desselben beide in einem Winkel bezüglich des Lichtwegs, der die Linse 118 verläßt, versetzt sind. Wie es gezeigt ist, sind zwei Seiten des optischen Abstandshalters 120 und auch die reflektierenden Oberflächen 122 und 124 auf demselben in einem Winkel, β, von einer Achse senkrecht zu der Hauptachse des Bildlichtwegs angeordnet. Als Folge wird das Bildlicht 112, das durch den optischen Abstandshalter 120 verläuft, durch eine oder mehrere der gewinkelten reflektierenden Oberflächen desselben reflektiert, um dasselbe zu den Photodetektoren in einem Photoerfassungssystem 126 zu richten, das einstückig mit dem optischen Abstandshalter 120 gekoppelt ist. Anders als der optische Abstandshalter 90, der oben beschrieben ist und in 3 gezeigt ist, weist der optische Abstandshalter 120 eine einfache und regelmäßige Form auf, wie z. B. ein rechteckiges Prisma, mit 90° Winkel und parallelen Seiten. Ein durchsichtiges oder optisch durchlässiges Haftmittel kann verwendet werden, um den optischen Abstandshalter 120 sicher an der Linse 118 zu befestigen, und um das Photoerfassungssystem 126 an dem optischen Abstandshalter 120 zu befestigen. Eine mechanische Einrichtung kann verwendet werden, um die Komponenten physikalisch aneinander zu stoßen und vollständig miteinander zu integrieren.
  • 5 ist eine schematische Querschnittsseitenansicht eines weiteren horizontalen Ausführungsbeispiels 140 der kompakten integrierten Bilderzeugungsanordnung. Ein einfallendes Licht von einer Beleuchtungsquelle (nicht gezeigt), wie z. B. ein Array von lichtemittierenden Dioden und jede andere geeignete lichtemittierende Vorrichtung, die nun bekannt ist oder später entwickelt wird, trifft auf eine Abtastregion eines Objekts (nicht gezeigt). Das Licht von der Beleuchtungsquelle trifft auf ein Objekt, das abgetastet werden soll, und wird als ein Bildlicht 142 zu einer Bilderzeugungsanordnung 140 projiziert und dringt über eine durchlässige optische Komponente 144 derselben ein. Das Licht fährt in dem gleichen Weg fort und trifft auf eine gewinkelte reflektierende Oberfläche 146 der optischen Komponente und wird entlang einer Hauptachse in Ausrichtung mit der longitudinalen Achse der Bilderzeugungsanordnung 140 und zu einer Bilderzeugungslinse 148 reflektiert, wie z. B. einem Mikrolinsenarray oder einer GRIN-Linse 148. Die reflektierende Oberfläche 146 kann eine metallische oder gespiegelte Oberfläche sein, die auf der ausgewählten Winkeloberfläche des optischen Systems gebildet ist. Eine durchlässige optische Komponente 144 kann durch ein optisch durchsichtiges oder durchlässiges Haftmittel an der Bilderzeugungslinse 148 befestigt oder angehängt sein. Alternativ kann die optische Komponente 144 durch Spritzgießen oder andere geeignete Verfahren einstückig mit dem Linsenabschnitt 148 des optischen Systems gebildet sein oder durch eine mechanische Einrichtung einstückig mit derselben gekoppelt sein.
  • Das Bildlicht 142 wird durch die Bilderzeugungslinse geführt und fokussiert und dann zu einem optischen Abstandshalter 150 gerichtet. Der optische Abstandshalter 150 ist einstückig mit der Bilderzeugungslinse 118 gekoppelt und aus einem festen Stück eines im allgemeinen durchlässigen Materials aufgebaut, wie z. B. Glas, Optikklassenkunststoff oder einem anderen geeigneten Material. Ein optisch durchsichtiges Haftmittel oder eine andere geeignete Einrichtung kann verwendet werden, um den optischen Abstandshalter 150 an der Bilderzeugungslinse 118 zu befestigen. Das Bildlicht 142, das von der Bilderzeugungslinse 148 austritt, dringt in den optischen Abstandshalter 150 ein, wo es weiterhin fokussiert wird und zu den Sensoren (nicht explizit gezeigt) in dem Photoerfassungssystem 156 gerichtet wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt der optische Abstandshalter 150 zumindest eine reflektierende und gewinkelte Oberfläche zum Richten des Bildlichts zu dem Photoerfassungssystem 156. Wie es gezeigt ist, trifft das Bildlicht 142 eine erste reflektierende Oberfläche 154, die in einem Winkel bezüglich der Hauptachse des Lichtwegs angeordnet ist, und trifft dann auf eine zweite reflektierende Oberfläche 152, die im wesentlichen parallel zu der Hauptachse des Bildlichts angeordnet ist, vor dem Erreichen des Photoerfassungssystems 156. Das Photoerfassungssystem 156 umfaßt bei diesem Beispiel Photodetektoren, die in einer Ebene angeordnet sind, die im wesentlichen parallel zu der Hauptachse des Lichtwegs ist, anstatt senkrecht zu derselben wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen. Als Folge kann der optische Abstandshalter 150 eine komplexe Form und mehrere reflektierende Oberflächen 152 und 154 aufweisen. Das Bildlicht, das von den reflektierenden Oberflächen 152 und 154 reflektiert, wird zu den Photodetektoren in dem Photoerfassungssystem 156 gerichtet. Die Photodetektoren empfangen das Bildlicht und erzeugen dann die geeigneten elektrischen Signale ansprechend auf die hellen und dunklen Informationen, die in dem Bildlicht übertragen werden. Das Photoerfassungssystem 156 kann mit einem optisch klaren Haftmittel einstückig mit dem optischen Abstandshalter 150 gekoppelt sein, oder einstückig mit demselben aufgebaut sein. Alternativ kann eine mechanische Einrichtung verwendet werden, um das Photoerfassungssystem 156 fest mit dem optischen Abstandshalter 150 zu koppeln.
  • Im Vergleich mit herkömmlichen Aufbauten des Kontaktbildsensormoduls, die einzelne und getrennte Komponenten verwenden, die auf einer gedruckten Schaltungsplatine oder einer Basis befestigt sind, umfassen die verschiedenen Ausführungsbeispiele der Bilderzeugungsanordnung integrier te optische und elektrische Komponenten, die zu einer einzelnen kompakten Einheit werden. Die kleinere Standfläche ermöglicht es, daß die kompakte Anordnung in Anwendungen verwendet wird, die Tragbarkeit erfordern. Ferner kann durch Aufbauen einer einzelnen integrierten Einheit die genaue Ausrichtung der Komponenten leichter erreicht werden.
  • Bei den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Beleuchtung zum Abtasten durch einen dünnen LED-Lichtbalken, eine Faseroptiklichtführung oder eine andere Technologie erzeugt werden, die jetzt bekannt ist oder später entwickelt wird. Alternativ kann Licht von bestehenden Quellen, wie z. B. bei Ausführungsbeispielen, wo die Bilderzeugungsanordnung in einer Flüssigkristallanzeige oder einem Kathodenstrahlröhrenbildschirm positioniert ist, die Bildschirmbeleuchtung als die Beleuchtungsquelle zum Abtasten des Objekts verwendet werden. Ferner kann das Verfahren, durch das die optischen und elektrischen Komponenten integriert werden, das Verwenden eines Haftmittels sein, eines Herstellungsprozesses, der einen integrierten Aufbau ermöglicht oder jedes anderen geeigneten Prozesses sein. Es sollte angemerkt werden, daß 1 bis 5 idealisierte schematische Zeichnungen sind und daß die darin gezeigten Abmessungen und Winkel lediglich darstellend sind. Ferner kann für einige reflektierende Oberflächen in der optischen Anordnung statt dessen eine innere Totalreflexion verwendet werden.

Claims (5)

  1. Bilderfassungsanordnung, die folgende Merkmale umfaßt: eine Bilderzeugungslinse (118); einen optisch durchlässigen Abstandshalter (120), der physikalisch an die Bilderzeugungslinse (118) anstößt und einstückig mit derselben gekoppelt ist, wobei der Abstandshalter (90, 120, 150) zumindest zwei reflektierende Oberflächen umfaßt; ein Photoerfassungssystem (126), das physikalisch an den optisch durchlässigen Abstandshalter (120) anstößt und einstückig mit demselben gekoppelt ist; und wodurch ein Bildlicht, das in die Bilderzeugungslinse (118) und den Abstandshalter (120) eindringt, durch die zumindest zwei reflektierenden Oberflächen zu dem Photoerfassungssystem (126) gerichtet wird, wobei bei der der optische Abstandshalter (120) ein rechteckiges Prisma umfaßt, das zwei reflektierende Oberflächen (122, 124) aufweist, die parallel zueinander sind, und wobei das rechteckige Prisma in einem Winkel an der Bilderzeugungslinse (118) angebracht ist, so dass die zwei reflektierenden Oberflächen (122, 124) in dem Winkel bezüglich eines Lichtwegs, der die Bilderzeugungslinse (118) verlässt, angeordnet sind.
  2. Anordnung (110) gemäß Anspruch 1, bei der die Bilderzeugungslinse (118) eine Gradientenindexlinse umfaßt.
  3. Anordnung (110) gemäß Anspruch 1, bei der die Bilderzeugungslinse (118) ein Stablinsenarray umfaßt.
  4. Anordnung (110) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner eine optisch durchlässige Komponente aufweist, die eine reflektierende Oberfläche aufweist, die wirksam ist, um das Bildlicht zu empfangen und das Bildlicht entlang einer longitudinalen Achse der Anordnung (110) zu der Bilderzeugungslinse (118) zu richten.
  5. Anordnung (110) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der optisch durchlässige Abstandshalter (120) und die Bilderzeugungslinse (118) durch Spritzgießen gebildet sind.
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