DE69222160T2

DE69222160T2 - Montagestruktur für elektrooptische Vorrichtungen

Info

Publication number: DE69222160T2
Application number: DE69222160T
Authority: DE
Inventors: Gent Hans Van
Original assignee: Oce Technologies BV
Current assignee: Canon Production Printing Netherlands BV
Priority date: 1992-06-29
Filing date: 1992-06-29
Publication date: 1998-02-19
Anticipated expiration: 2012-06-30
Also published as: EP0576735A1; US5357098A; JP2628617B2; EP0576735B1; DE69222160D1; JPH06105071A

Description

Die Erfindung betrifft eine Montagestruktur für eine Vielzahl elektrooptischer Vorrichtungen, insbesondere eine Montagestruktur für Ladungskopplungsvorrichtungen (charge coupled devices; CCDs) in einem Bildscanner.
Bei mit CCDs arbeitenden Bildscannern sind sog. Reduktionssysteme und sog. Kontaktsysteme bekannt. Bei einem Reduktionssystem wird eine Zeile des zu scannenden Dokuments in verkleinertem Maßstab auf das CCD abgebildet, so daß der Arbeitsbereich des CCDs, d.h. die Länge der Dokumentzeile, die auf das CCD abgebildet wird, wesentlich länger ist als das CCD selbst. Bei einem Kontaktsystem wird zu scannende Dokumentzeile im Maßstab 1:1 auf das CCD abgebildet, woraus folgt, daß der Empfindlichkeitsbereich im wesentlichen der Länge des CCDs entspricht. In der Praxis ist der Empfindlichkeitsbereich etwas kürzer als das CCD, da das CCD-Element an seinen Enden lichtunempfindliche Teile hat.
Bei handelsüblichen CCDs ist die Anzahl der lichtempfindlichen Elemente, die auf die einzelnen Bildpixel ansprechen, auf etwa 5000 begrenzt. Daraus folgt, daß sowohl bei Reduktionssystemen als auch bei Kontaktsystemen die Länge eines Zeilenabschnitts, der mit einem einzelnen CCD gescannt werden kann, abhängig von dem gewünschten Auflösungsgrad begrenzt ist. Soll ein großformatiges Dokument gescannt werden, ist es deshalb notwendig, eine Vielzahl von CCDs zu verwenden, die entlang einer Zeile so ausgerichtet sind, daß ihre Arbeitsbereiche aneinander anschließen. Die CCDs müssen sorgfältig positioniert werden, damit bei der Reproduktion des gescannten Bilds keine Fügefehler an den Enden der einzelnen Arbeitsbereiche entstehen. Da die CCDs und das Substrat, auf dem sie montiert sind, gewöhnlich thermischer Expansion ausgesetzt sind, zum Beispiel, weil. sie durch eine zur Beleuchtung des Dokuments benötigte Lampe erhitzt werden, ist es schwierig, die korrekten Relativpositionen zwischen den einzelnen CCDs aufrecht zu erhalten.
US-A-4 849 820 und das korrespondierende Dokument DE-A-3 634 355 zeigen einen Reduktionsscanner, bei dem zwei CCDs auf einer gemeinsamen Basisplatte montiert sind, die nur an einem Ende befestigt ist, so daß sie bei Temperaturschwankungen expandieren bzw. kontrahieren kann. Das erste CCD ist direkt auf der Basisplatte montiert, und das zweite ist auf einer Zusatzplatte montiert, die mit einem Ende an der Basisplatte in der Nähe ihres freien Endes befestigt ist. Die Basisplatte und die Zusatzplatte bestehen aus verschiedenen Materialien, und die Längen der Platten sind so an die jeweiligen thermischen Ausdehnungskoeffizienten angepaßt, daß sich die thermischen Ausdehnungen gegenseitig auffieben und die Position des zweiten CCDs relativ zu dem ersten im wesentlichen unverändert bleibt.
Diese Lösung ist jedoch nicht anwendbar in Fällen, in denen die elektrooptischen Vorrichtungen, z.B. CCDs in Kontaktsystemen, eine beträchtliche Länge haben und das thermische Expansionsverhalten der CCDs selbst berücksichtigt werden muß. Wenn nur zwei CCDs beteiligt sind, können sie in diesem Fall zueinander versetzt und mit überlappenden Endteilen montiert werden, so daß ihre Arbeitsbereiche aneinander anschließen, und beide CCDs können in der Nähe ihrer benachbarten Endteile auf dem Substrat befestigt werden. Wenn jedoch ein drittes CCD hinzugefügt werden soll, wird die thermische Expansion zu einem ernsten Problem.
US-A-4 999 484 zeigt einen Multichip-Bildsensor, der aus einer Vielzahl zueinander versetzter Sensorchips mit lichtempfindlichen Elementen zusammengesetzt ist. Die Chips sind so angeordnet, daß sie sich teilweise überlappen, wobei die Richtung der Überlappung senkrecht zu der Richtung ist, in der die Chips angeordnet sind (Fig. 1A). Die lichtempfindlichen Elemente sind demgemäß in einer durchgehenden Lesezeile mit einer vorgegebenen Teilung angeordnet: siehe Fig. 2A
Es ist demgemäß eine Aufgabe der Erfindung, eine Montagestruktur für drei oder mehr elektrooptische Vorrichtungen zu schaffen, mit der Fügefehler selbst dann vermieden werden können, wenn die Länge der Empfindlichkeitsbereiche der jeweiligen Vorrichtungen etwas geringer als ihre Gesamtlänge ist und die Vorrichtungen thermischer Expansion unterliegen.
Gemäß Erfindung wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Gemäß der Erfindung wird der Übergang von der ersten zur zweiten elektrooptischen Vorrichtung als Referenzposition für diese beiden Vorrichtungen und ebenso für eine dritte, an das freie Ende der zweiten anschließende Vorrichtung verwendet. Die dritte Vorrichtung ist mit einem Platzhalter in Anlage gehalten, der an genannter Referenzposition befestigt ist und die thermische Expansion oder Kontraktion der zweiten elektrooptischen Vorrichtung simuliert, so daß die dritte Vorrichtung immer die korrekte Relativposition zum freien Ende der zweiten einnimmt.
Nützliche Details und Verbesserungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Die jeweiligen freien Enden der ersten und zweiten elektrooptischen Vorrichtungen können an Federvorrichtungen anliegen, die besagte Vorrichtungen in fester Anlage an Anschlagelementen halten, die an der Referenzposition angebracht sind. Ebenso können Federvorrichtungen benutzt werden, um die dritte Vorrichtung gegen das freie Ende des Platzhalters zu drücken. Da der Platzhalter axial mit der ersten und dritten Vorrichtung ausgerichtet ist, entstehen keine Biegespannungen, selbst wenn die dritte Vorrichtung fest gegen den Platzhalter gedrückt wird.
Wenn mehr als drei Vorrichtungen benutzt werden sollen, werden zusätzliche Platzhalter axial zwischen der zweiten und vierten Vorrichtung, der dritten und fünften Vorrichtung usw. eingefügt und die zwei auf diese Weise entstandenen abwechselnden Sequenzen von Platzhaltem und elektrooptischen Vorrichtungen werden durch an ihren gegenüberliegenden Enden angebrachte Federvorrichtungen zusammengedrückt
Nachfolgend wird anhand der einzigen Zeichnung, die schematisch eine Montagestruktur für drei CCDs eines Kontaktsystems zeigt, eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Wie in der Zeichnung zu sehen ist, umfaßt ein Lesekopf 10 drei auf einem gemeinsamen Substrat 18 montierte CCDs 12, 14, 16. Jedes CCD hat eine Länge von ungefähr 35 cm und besitzt eine sensorische Zeile 20 mit einer Länge von 304,8 mm, die aus 4800 einzelnen lichtempfindlichen Elementen aufgebaut ist, was einer Auflösung von 15,75 Pixeln pro mm (400 Pixel pro inch) entspricht. Der Lesekopf 10 wird relativ zu einem zu scannenden Dokument in der Richtung bewegt, die in der Zeichnung der Vertikalen entspricht. Die sensorischen Zellen 20 der einzelnen CCDs legen jeweilige Arbeitsbereiche 22, 24 und 26 fest, innerhalb derer die CCDs vom Dokument emittiertes Licht registrieren. Die CCDs 12, 14, 16 sind so zueinander versetzt, daß sich ihre lichtunempfindlichen Endteile überlappen und ihre lichtempfindlichen Bereiche aneinander anschließen und zusammen einen lichtempfindlichen Bereich der Länge 914,4 mm bilden.
Das zweite CCD 14 ist seitlich zum ersten und zweiten CCD 12, 16 versetzt, die miteinander ausgerichtet sind. Trotz dieses Versatzes erhält man durch Kombination der Bildinformationen aller drei CCDs die Bildinformation für eine vollständige Zeile des gescannten Dokuments. Dies kann zum Beispiel mit Hilfe eines EDV Systems erreicht werden, das die Zeit berücksichtigt, die der Lesekopf 10 benötigt, um die Strecke zurückzulegen, um die die CCDs zueinander versetzt sind. Alternativ können geeignete optische Ablenkvorrichtungen zwischen den CCDs und der Dokumentoberfläche angebracht werden, so daß die sensorischen Zeilen 20 aller drei CCDs gleichzeitig das Licht von einer durchgehenden geraden Zeile des Dokuments empfangen.
Ein Ende des ersten CCDs 12 liegt an einem auf dem Substrat 18 befestigten Anschlag 28 an. Das gegenüberliegende Ende des CCDs 12 ist in Richtung des Anschlags 28 mit Hilfe einer Federvorrichtung 30 vorgespannt, die sich an einem auf dem Substrat 18 montiertem Federsitz 38 abstützt. Ebenso liegt das an das Ende des ersten CCDs 12 angrenzende CCD 14 an einem Anschlag 34 an, und an dem gegenüberliegenden Ende des CCDs 14 befinden sich eine Feder 36 und ein Federsitz 38. Die Anschläge 28 und 34 sind so angeordnet, daß die Enden der lichtempfindlichen Bereiche 22, 24 der ersten und zweiten CCDs 12, 14 an einer Referenzposition P0 zusammentreffen. Es versteht sich, daß Feinjustiervorrichtungen, die als solche bekannt sind und deshalb nicht in der Zeichnung gezeigt sind, an den Anschlägen 28 und 34 angebracht sind, so daß die Enden der sensorischen Zeilen 20 genau an der Referenzposition P0 ausgerichtet werden können. Wenn die CCDs thermischer Expansion unterliegen, hat dies keinen merkbaren Einfluß auf die Ausrichtung der Enden der sensorischen Zeilen auf die Referenzposition, da sich die Anschläge 28 und 34 in unmittelbarer Nähe der jeweiligen Enden der sensorischen Zeilen befinden.
Andererseits erlauben die Federn 30, 36 leichte temperaturbedingte Verschiebungen der zugehörigen freien Enden der CCDs 12 und 14. Daraus ergibt sich, daß sich die Positionen P1 und P2 der Enden der lichtempfindlichen Bereiche 22, 24 an den freien Enden der CCDs 12 und 14 relativ zur Referenzposition P0 um einige Zehntelmillimeter verschieben können.
Das dritte CCD ist mit Hilfe einer Federvorrichtung 42, die sich an einem am gegenüberliegenden Ende des CCDs 16 angebrachten Federsitz abstützt, gegen einen Platzhalter 40 vorgespannt. Der Platzhalter 40 liegt an dem Anschlag 28 an, und seine Länge ist so an die Länge der CCDs angepaßt, daß das Ende der sensorischen Zeile 20 des dritten CCDs 16 genau in der Position P2 gehalten wird. Der Platzhalter 40 besteht aus einem Material (z.B. Glas), das ungefähr den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das CCD 14 hat. Wenn das zweite CCD 14 bei Temperaturschwankungen expandiert bzw. kontrahiert und sich die Position P2 am Ende der sensorischen Zeile 20 des CCDs 14 verschiebt, wird das Ende der sensorischen Zeile des dritten CCDs 16 aufgrund der thermischen Expansion bzw. Kontraktion des Platzhalters 40 in gleichem Maße verschoben. So ist sichergestellt, daß die lichtempfindlichen Bereiche 24 und 26 der zweiten und dritten CCDs unabhängig von Temperaturschwankungen stets nahtlos aneinander anschließen.
Infolge der Expansion bzw. Kontraktion des Platzhalters 40 wird das dritte CCD 16 in seiner Gesamtheit verschoben. Die Position P3 des vom Platzhalter 40 weiter entfernten Endes des lichtempfindlichen Bereichs 26 wird somit um einen Betrag verschoben, der sich aus der thermischen Expansion bzw. Kontraktion des Platzhalters 40 und der des dritten CCDs 16 zusammensetzt.
In der Zeichnung ist für das erste CCD 12 und den Platzhalter 40 ein gemeinsamer Anschlag 28 gezeigt. Selbstverständlich kann der Platzhalter 40 auch an einem gesonderten Anschlag anliegen, der mit entsprechenden Feinjustiervorrichtungen ausgestattet ist. Auf jeden Fall sollte der Platzhalter jedoch mit dem ersten und dem dritten CCD 12, 16 ausgerichtet sein, so daß keine Biegespannungen entstehen, wenn die gesamte Anordnung bestehend aus den CCDs 12 und 16 und dem Platzhalter 40 zwischen den Federn 30 und 42 zusammengedrückt wird. In dieser Anordnung muß der Platzhalter 40 etwas kürzer sein als das zweite CCD 14. Daraus ergibt sich, daß die thermische Expansion bzw. Kontraktion bei dem Platzhalter etwas schwächer ist als bei dem zweiten CCD 14, sofern die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Platzhalters 40 und des CCDs 14 genau identisch sind. Dieser kleine Fehler kann ausgeglichen werden, indem man für den Platzhalter ein Material mit einem etwas größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten wählt.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform begrenzt, sondern schließt viele Modifikationen ein, die jemandem, der mit dieser Technologie vertraut ist, einfallen könnten und vom Rahmen der anliegenden Ansprüche abgedeckt sind. Zum Beispiel läßt sich die Erfindung nicht nur auf CCDs anwenden, sondern auch auf andere längliche elektrooptische Vorrichtungen, wie z.B. LED-Reihen und dergleichen.

Claims

1. Montagestruktur für drei oder mehr länglich geformte elektrooptische Vorrichtungen (12, 14 16), die auf einem gemeinsamen Substrat (18) so entlang einer Zeile angeordnet sind, daß die positionelle Beziehung zwischen den Grenzen der Arbeitsbereiche der einzelnen Vorrichtungen ungeachtet thermischer Expansion der Vorrichtungen oder des Substrats erhalten bleibt, dadurch gekennzeichnet daß:

- die elektrooptischen Vorrichtungen (12, 14 16) Arbeitsbereiche (22, 24, 26) haben, die etwas kürzer sind als die jeweiligen Vorrichtungen, und zueinander versetzt und mit überlappenden Endteilen angeordnet sind, so daß ihre Arbeitsbereiche aneinander anschließen,

- die benachbarten Enden zweier dieser Vorrichtungen (12, 14) so auf dem Substrat befestigt sind, daß die Arbeitsbereiche (22, 24) dieser beiden Vorrichtungen an einer Referenzposition (PO) aneinander angrenzen, während die jeweiligen anderen Enden dieser Vorrichtungen in Längsrichtung relativ zu dem Substrat frei beweglich sind,

- ein Platzhalter (40), dessen Länge und Ausdehnungskoeffizient an die der elektrooptischen Vorrichtungen angepaßt sind, mit seinem einen Ende in der Nähe der Referenzposition PO befestigt ist, während das andere Ende des Platzhalters in Längsrichtung frei beweglich ist,

- und ein Ende einer dritten elektrooptischen Vorrichtung (16) an dem freien Ende des Platzhalters (40) anliegt.

2. Montagestruktur gemäß Anspruch 1, bei der mindestens eine von drei elektrooptischen Vorrichtungen (12, 14) in Längsrichtung elastisch gegen einen auf dem Substrat (18) befestigten Anschlag (28, 34) vorgespannt ist.

3. Montagestruktur gemäß Anspruch 2, bei der die dritte elektrooptische Vorrichtung (16) in Längsrichtung elastisch gegen den Platzhalter (40) vorgespannt ist und das entgegengesetzte Ende dieses Platzhalters von einem auf dem Substrat (18) befestigten Anschlag (28) gestützt wird.

4. Montagestruktur gemäß einem beliebigen der obigen Ansprüche, bei der der Platzhalter (40) und zwei daran anschließende elektrooptische Vorrichtungen (12, 16) axial ausgerichtet sind.

5. Montagestruktur gemäß Anspruch 4, bei der der thermische Ausdehnungskoeffizient des Platzhalters (40) in einem dem Längenunterschied zwischen dem Platzhalter (40) und der parallel dazu angeordneten elektrooptischen Vorrichtung entsprechendem Maße größer ist als der der elektrooptischen Vorrichtungen.