KR20000064347A

KR20000064347A - 이미지 센서

Info

Publication number: KR20000064347A
Application number: KR1019980703372A
Authority: KR
Inventors: 욘 알프레트 클라르케; 아르투르 야메스 옌킨스; 나일 크리스토페르 비르트
Original assignee: 요트.게.아. 롤페즈; 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 1996-09-07
Filing date: 1997-08-28
Publication date: 2000-11-06
Also published as: DE69723542D1; EP0859992A3; WO1998010371A3; GB9708020D0; US5956163A; JP2000500951A; WO1998010371A2; EP0859992B1; EP0859992A2; DE69723542T2

Abstract

이미지 센서는 이미지 포착 디바이스(10)와, 이미지화될 영역과 이미지 포착 디바이스(10) 사이에 위치한 렌즈 장치(20, 30, 40)를 포함한다. 렌즈 장치는 이미지화될 영역의 일부로부터 디바이스(10)의 일부로 빛을 전달하기 위해 일정 공간 떨어진 렌즈 구성 요소들(42)의 적어도 한 어레이(40)를 포함한다. 발광 수단(46), 예컨대 전계 발광 스트립들은 렌즈 구성 요소들(42) 사이의 공간 내에 또는 그 공간 위에 배치된다. 이것은 컴팩트한 광학 포커싱 및 조명 시스템을 제공한다. 색상 이미징 시스템은 개별적인 색상 광원들을 사용하여 제공될 수 있다.

Description

이미지 센서

통상적으로 이미지 스캐너 또는 팩시밀리 기계는 이미지 센서 상에 원형의 이미지를 형성시키기 위한 광원, 이미지 센서 어레이, 광학 시스템을 구비한다. 이러한 구성 요소들의 전체 크기를 줄이기 위해 전계 발광 소자와 밀접촉(close contact) 이미지 센서를 한 장치로 병합시키는 것이 공지되어 있다.

예컨대 JP-59-028756 호는 발광 플레이트가 기판의 한 측면에 부착되고 광 검출 소자가 그 기판의 다른 측면에 부착되는 광 센서를 개시하고 있다. 발광 플레이트는 광 검출 소자와 정렬된 개구를 가지고 있으며, 이미지화될 문서에 의한 반사 이후 빛이 검출 소자를 통과하게 한다. 이러한 시스템은 광학 장치가, 이미지화될 문서에 대해, 상당한 깊이의 포커스를 제공하지 않으며, 기판에 병합되고 각각의 검출 소자와 연결된 섬유 플레이트는 광학 센서 장치의 비용을 증가시킨다는 결점이 있다.

본 발명은 예컨대 팩시밀리 기계나 문서 스캐너에 사용하는, 특히 감지되는 이미지를 밝아지게 하는 광원이 이미지 센서의 구조 안으로 통합되는 이미지 센서에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 가능한 하나의 이미지 센서를 도시하는 분해도.

도 2는 이미지 센서의 발광 수단의 한 가능한 장치를 도시하는 도면.

도 3은 이미지 센서의 발광 수단의 제 1 대체 장치를 도시하는 도면.

도 4는 이미지 센서의 발광 수단의 제 2 대체 장치를 도시하는 도면.

도 5는 이미지 센서의 발광 수단의 제 3 대체 장치를 도시하는 도면.

도 6은 이미지 센서의 발광 수단의 제 4 대체 장치를 도시하는 도면.

도 7은 본 발명의 이미지 센서의 가능한 한 광학 장치를 상세히 도시한 도면.

도 8은 제 1 대체 광학 장치를 도시하는 도면.

도 9는 제 2 대체 광학 장치를 도시하는 도면.

본 발명에 따르면 장치의 이미징 평면 상의 이미지를 포착하는 이미지 포착 디바이스와, 렌즈 장치를 포함하는 이미지 센서가 제공되며, 렌즈 장치는 이미지화될 영역 및 이미징 평면 사이에 위치하며, 렌즈 장치는 이미지화될 영역의 일부에서 이미징 평면의 일부로 빛을 전달하는, 일정 공간 떨어진 렌즈 구성 요소 어레이를 하나 이상 구비하며, 이미지 센서는 이미지화될 영역 및 이미징 평면 사이에 배치된 발광 수단을 더 포함하고 이미지화될 영역을 조명하기 위해 발광 수단은 렌즈 구성 요소들 사이의 공간 내에 배치되거나 또는 그 공간 위에 배치된다.

렌즈 장치를 사용함으로써 영역의 포커싱이 이미지화될 수 있으며, 그로써 스캐닝될 문서가 렌즈 장치의 포커스 깊이에 대응하여, 선택된 범위 내에 위치될 수 있다. 렌즈 구성 요소들 사이의 공간 내에 또는 렌즈 구성 요소들 사이의 공간 위에 발광 수단을 위치시킴으로써 완전한 광학 시스템의 콤팩트한 장치가 가능하다.

렌즈 구성 요소들은 마이크로렌즈이어서 바람직하고 하나 이상의 마이크로렌즈 어레이가 제공될 수 있으며, 한 어레이 내의 각각의 마이크로렌즈는 각각의 다른 어레이 내의 상당하는 마이크로렌즈와 동일한 광학축 상에 있도록 배열된다. 렌즈 구성 요소들은 이미지화될 영역의 비반전 이미지를 이미징 평면에 전달하여 바람직하다.

렌즈 장치와 이미지화될 영역 사이가 충분한 거리 만큼 떨어져 있어, 이미지화될 영역을 조명하기 전에 발광 수단에 의해 생성된 빛이 퍼지게하여 바람직하다.

이미지 포착 디바이스는 다수의 이미지 감지 화소들을 구비하며, 각각의 렌즈 구성요소는 하나 이상의 화소의 서브 어레이와 연결된다. 각각의 렌즈 구성 요소는 다수의 화소들과 연결되어 바람직하다.

각각의 렌즈들로써 받아들일 수 있는 빛으로부터의 각도의 범위는 렌즈 구성 요소들 사이의 가능한 공간을 규정하고 이 공간은 적합한 발광 수단이 설계될 수 있게 하는데 충분하도록 배열된다.

발광 수단은 렌즈 구성 요소들 사이의 공간 내에 또는 그 공간 위에 개별적인 발광 부분을 구비할 수 있다. 이미지화될 수 있는 영역의 충분한 조명이 발광 부분의 일부분으로부터 오는 것이 가능해야 바람직하다. 각각의 발광 부분은 빨강, 초록, 파랑 광원으로 구성된 그룹에서 선택되어 바람직하다. 발광 부분은 한 어레이의 렌즈 구성 요소들 사이에서 연장되는 전계 발광 물질의 스트립을 포함할 수 있다. 그 스트립은 세 색상의 반복하는 시퀀스로 배열 될 수 있다. 이것은 이미지화될 영역이, 적합한 발광 스트립을 활성화시킴으로써 선택된 색상으로 조명될 수 있게 하고 렌즈 장치 및 이미지화될 영역 사이의 공간 내에 퍼지게 함으로써 균일하게 조명된 색상 이미지가 기록될 수 있다.

또한 발광 수단은 렌즈 장치의 주변 에지에 배열된 광원과 렌즈 구성 요소들 사이의 공간 내에 또는 그 공간 위에 배열된 광 편향 부분을 구비할 수 있다. 광 편향 부분은 반사 또는 회절 구성 요소들을 구비할 수 있다.

본 발명은 이제 첨부한 도면을 참조하면서 예시의 방법으로 설명한다.

도 1은 한 어레이의 화소들(12)을 갖는 2차원의 이미지 감지 어레이(10)를 구비하는 본 발명에 따른 이미지 센서의 한 예시를 도시한다. 이미지 센서는 세 개의 렌즈 어레이들(20, 30, 40)을 더 구비하며, 그것은 이미지 감지 어레이(10)에 이미지를 함께 집중시킨다. 이미지화될 영역의 가장 가까운 곳에 있는 렌즈 어레이(40)는 렌즈 어레이(40)의 렌즈 구성 요소들(42) 사이에 배치된 발광 부분(46)을 포함한다. 본 발명은 이미지화될 문서의 포커싱 및 조명을 위해 컴팩트한 광학 시스템을 제공한다. 도 1에 도시된 이미지 감지 어레이(10)는 2차원적 화소 어레이(12)를 구비한다. 이미지 감지 어레이(10)는 공지의 구조가 될 수도 있으며, 예컨대 한 어레이의 화소들(12)을 한정하기 위한 적합한 패턴으로 배치될 수도 있다. 각각의 화소는 포토다이오드를 포함하며, 다양한 포토다이오드 화소 장치들은 당업자에게 공지되어 있을 것이다. 일반적으로 이미지 감지 화소는 스위칭 소자, 예컨대 다이오드 또는 트랜지스터와 직렬로 연결된 포토다이오드를 포함한다.

또한 이미지 감지 어레이(10)는 사진 복사기에 통상적으로 사용되는 것과 같은 정전 이미징 시스템의 일부분을 형성시킬 수 있다.

이미지 감지 어레이(10)는 다른 대체물로써, 팩시밀리 기계 및 전자 카메라레 통상적으로 사용되는 전하 결합 소자(CCD)의 어레이를 포함할 수 있다.

앞의 임의의 이미지 감지 장치가 사용될 수 있으며, 본 발명의 목적을 위해, 기록될 이미지가 반드시 포커스되어야 하는 표면을 단순하게 나타내는 것으로 간주될 수 있다.

포커싱은 각각의 어레이 내의 렌즈들이 각각의 다른 어레이 내의 대응하는 렌즈들과 동일한 광학 축 상에 있도록 배열된 수렴 렌즈 구성 요소(22, 32, 42)들의 어레이를 각각 포함하는 세 렌즈 어레이(20, 30, 40)에 의해 제공된다.

각각의 렌즈들은 마이크로렌즈 어레이를 구비할 수 있다. 그러한 어레이들은 공지되어 있으며, 본 발명에 사용된 마이크로렌즈 어레이는 공지 기술에 의해 형성될 수 있다. 채용될 간단한 기법은 필요한 마이크로렌즈 구성 요소들의 크기에 따라 다르다.

마이크로렌즈 구성 요소를 각각의 화소와 연결시키려면 매우 작은 마이크로렌즈들이 필요하다. 그러한 경우에 재형성된 열가소성 수지로부터 50㎛ 만큼 낮은 직경의 세이프형 렌즈 구성 요소를 형성시키는 것이 공지되있다.

이러한 목적을 이루기 위해 어레이(40)의 기판(통상적으로 유리임)이 열가소성 수지층으로 코팅되고 그것은 회전 코팅으로써 이루어질 수 있다. 열가소성 수지의 연속 패터닝은 포토리소그래피를 이용함으로써 이루어질 수 있다. 이것은 바라던 위치 내에, 각각이 개개의 마이크로렌즈(42)에 대응하는, 분리된 부분을 갖는 열가소성 수지층을 제공한다. 소정 온도에서의 수지층의 열의 역류로 인해 열가소성 수지가 볼록 렌즈 세이프형으로 재형성된다.

세이프형, 그레이디드 인덱스형, 회절형이든 아니든, 마이크로렌즈 어레이를 생성시키는 다양한 방법이 1991년 7월 Physics World의 "Microlens Arrays"논문 27-32 페이지에 설명되 있다. 당업자들은 마이크로렌즈 어레이가 형성될 수 있는 방법에 익숙할 것이다.

한 그룹의 화소들이 각각의 마이크로렌즈와 연결되면(하기에서 논의한 바와 같이) 각각의 마이크로렌즈의 크기를 증가시켜 비용이 덜드는 조립 기법이 가능하도록 할 수 있다. 이러한 경우 세이프형 마이크로렌즈 어레이는 공지의 주물 기법에 의해 형성될 수 있다. 예컨대 주물은 금속 플레이트 내의 오목한 부분을 만듦으로써 형성될 수 있으며 이 주물은 유리 기판이나 플라스틱 시트 상에 플라스틱 렌즈를 만드는데 사용될 수 있다.

마이크로렌즈가 각각의 화소와 연결되면, 그것은 센서 어레이 상의 반전된 이미지를 형성하도록 용인될 수 있으나, 정밀한 정렬이 마이크로렌즈 및 센서 화소들 사이에서 필요하다. 만약 한 그룹의 화소들이 각각의 마이크로렌즈들과 연결되면, 반전된 이미지가 각각의 마이크로렌즈에 의해 형성될 때 한 그룹 및 그 다음 그룹 사이의 경계면에서 불연속성이 발생한다. 이러한 문제점은 마이크로렌즈의 비반전 시스템을 이용함으로써 극복된다. 비반전 이미지를 형성시키기 위해 이미지화될 영역에서 이미징 평면으로의 광학 경로는 둘 이상의 다루기 힘든 연속 표면을 갖는다. 이것은 이러한 광학 경로를 따라 배치될 최소한 두 개의 렌즈 어레이를 필요로하며, 그들은 단일 기판 또는 시트의 마주보는 두 측면 상이나, 둘 이상의 기판 또는 시트 상에 형성될 수 있다. 따라서 둘 이상의 마이크로렌즈 어레이가 바람직하며, 각각의 어레이 내의 렌즈들은 각각의 다른 어레이 내의 대응하는 렌즈와 동일한 광학 축 상에 설치된다.

도 1의 예시에서 세 개의 렌즈 어레이(20, 30, 40)들은 기록될 원형의 비반전 이미지를 함께 형성한다. 반전된 이미지는 한 어레이에 의해 형성되며, 이러한 이미지는 연속 어레이에 의해 재이미지화되어 비반전 이미지를 형성한다. 중앙 렌즈 어레이의 목적을 하기에 기재한다. 렌즈 어레이의 임의의 특정한 스페이싱에 대해서는 포커싱을 발생시키고, 대상물 및 이미지가 동일한 크기가 되도록 대상물 및 이미지의 필요한 관련 위치가 있다. 이것은 당업자들이라면 명확하게 알고 있을 것이다. 결국은 렌즈 조립품으로부터 이미지화될 문서의 공간과, 렌즈 어레이들 사이의 공간과, 렌즈 조립품으로부터의 이미지 센서 평면의 공간은 각각 본 발명의 실제적 실행에 도달하도록 조합적으로 선택된다.

앞서 설명한 바와 같이 각각의 렌즈 어레이(20, 30, 40)의 렌즈 구성 요소들(22, 32, 42)은 한 그룹의 화소들과 연결되어 바람직하며, 필요한 비반전 광학 시스템이 사용된다. 도 1에 도시된 예시에서 개개의 렌즈 구성 요소들(22A, 32A, 42A)은 한 그룹(12A)의 아홉 화소들(12)과 연결되어 도시된다. 실제적으로 각각의 마이크로렌즈 구성 요소는 많은 수, 예컨대 백 이상의 위수의 이미지 센서 화소들과 연결될 수 있어 마이크로렌즈들의 어레이 조립이 덜 복잡하게 된다. 마이크로렌즈 구성 요소들은 1mm 내지 2mm의 통상적 피치가 제공되고 이미지 감지 어레이(10)의 해상력은 각각의 어레이로부터의 개개의 마이크로렌즈와 연결된 이미지 감지 화소들의 수를 결정한다. 렌즈 어레이들과 원형 및 렌즈 어레이들과 이미지 감지 어레이 사이에서 요구되는 공간들은 또한 각각의 렌즈 구성 요소의 필요한 크기에 영향을 줄 수 있는데 이것은 각각의 렌즈 구성 요소 크기가 전력 및 초점 길이에 대한 가능한 범위를 나타내기 때문이다.

이미지 센서는 또한 렌즈 어레이 시스템과 연결된 발광 수단을 갖는다. 도 1 내지 도 3의 장치들은 렌즈 구성 요소들 사이의 공간 내에 배치되거나 또는 그 공간 위에 배치된다. 도 1에서 이미지화될 영역에 가장 가까운 렌즈 어레이(40)는 렌즈 구성 요소들 사이에 위치하고 렌즈 어레이(40)의 기판 상에 제공된 발광 부분(46)이 제공된다. 또한 렌즈 어레이(40)에 바로 인접한 개별적인 기판 상에 제공될 수 있다. 그 두 경우 다 발광 부분들은 렌즈 구성 요소들과 연결된 빛의 통로들 사이에 제공되어 렌즈 구성 요소들을 통한 빛의 요구되는 통과를 방해하지 않는다.

발광 부분들(46)은 발광 다이오드(LED)들과 같은 분리된 램프들이 될 수 있거나 또는 전계 발광 램프들 또는 몇몇 다른 광원들이 될 수 있다. 만약 발광 부분들이 전계 램프들이면 그들은 동일한 색상이며 렌즈 구성 요소들(32) 사이의 전체 영역을 점유할 수 있거나 또는 도 1에 도시된 바와 같이 다른 색상들의 스트립 내에 있을 수 있다.

도 1의 발광 부분들(46)은 렌즈 어레이(40)의 기판 상에는 전도 전극체를, 그 다음, 그 전도 전극체 위에는 형광체 층을, 그 형광체 층 위에는 투명 전극체를 증착시킴으로써 생성되는 전계 물질의 스트립을 포함한다. 전기 접속부들은 렌즈 장치의 횡방향 에지를 따라 배열된 스트립에 대해 제공된다.

도 2는 마이크로렌즈 어레이(40)를 더 상세히 도시하며, 발광 부분들(46)의 제 1 장치를 나타내고, 여기서 부분(46)은 마이크로렌즈 어레이(40)의 기판(41), 예컨대 유리 기판 상에 증착된 전계 램프들을 포함한다. 램프들은 기판에 인접하는 제 1의 불투명 전극체(43), 그 제 1 전극체(43) 위에 제공된 형광체층(44), 그 형광체층(44) 위에 제공된 투명 전극체(45)를 포함한다. 부분들(46)은 렌즈 구성 요소들(42) 사이의 공간에 제공된다.

도 3은 발광 부분이 다른 장치를 도시하며, 여기서 부분(46)은 바람직하게는 유리 또는 플라스틱인, 개별적인 기판(47) 상에 제공되며, 전극체(43, 45) 및 형광체층(44)은 도 2에 나타낸 층들에 대응한다. 이 경우 부분들(46)은 렌즈 구성 요소들 사이의 공간 위에 위치되지만 이미지화될 영역의 요구되는 영역으로부터 렌즈 구성 요소들(42)로의 빛의 통과를 방해하지 않는다. 마이크로렌즈 어레이들의 배향에 따라 발광 부분들은 각각의 기판을 통하거나 또는 이 기판에서 멀리 빛을 전달하는데 필요할 수 있다. 이것은 투명 및 불투명 전극체의 적합한 선택에 의해 이루어진다. 예컨대 도 3에서 기판(47)에 인접하는 전극체는 투명한 전극체가 될 것이다. 원형에 도달하기 전에 기판(47)을 통한 빛의 통과는 원형을 조명하기 전에, 빛의 퍼짐을 또한 증가시킬 수 있다.

발광 수단은 또한 렌즈 어레이 시스템의 외주 주위에 배치된 하나 이상의 광원(하나 이상의 색상 광원들의 세 세트)을 또한 포함할 수 있으며, 발광 수단은 렌즈 구성 요소들 사이의 공간 내에 또는 그 공간 위에 배치된 광 편향 부분들을 부가적으로 포함할 수 있다.

도 4는 마이크로렌즈 어레이(40)의 렌즈 구성 요소들(42) 사이에 배치된 반사 프리즘(72)을 포함한다. 이러한 프리즘들(72)은 마이크로렌즈들과 연결된 빛 인벨로프 밖에 위치되며, 그로써 이미지 감지 동작에 불리한 악영향을 끼치지 않는다. 프리즘들(72)은 산란을 증가시키기 위해 거친 빛 반사 표면을 가져서 문서의 균일한 조명을 생성시킬 수 있다. 프리즘들의 크기 및 모양과, 거친 정도는 렌즈 어레이 양단에서 변동하여, 문서의 균일한 조명을 이룰 수 있다. 프리즘들의 모양은 조명에 필요한 조건에 따라 선택될 수 있으며, 프리즘들은 임의의 수의 규칙적이거나 또는 불규칙적인 페이스를 가질 수 있으며, 마이크로렌즈 어레이 양단에서 변하는 만곡의 반지름을 갖는 구체(sphere)의 부분들을 포함하기 까지 한다. 각각의 프리즘(72)들은 마이크로렌즈 어레이 기판 위로 또한 상승시켜 프리즘들(72)이 렌즈 구성 요소들(42) 위의 평면에 배치된다. 이러한 방식으로 렌즈 구성 요소들은 인접 프리즘(72)의 투영 내에 각각 있어서 외주 광원(70)으로부터의 빛은 렌즈 구성 요소(41)로 들어갈 수 없다.

프리즘들(72)은 앞서 설명한 바와 같이 연결된 렌즈 어레이를 형성시키는데 사용된 동일한 처리 동안 몰드(mould)될 수 있다.

도 5는 다른 장치를 도시하며, 여기서 반사 프리즘들은 렌즈 어레이(40)의 기판과 다른 기판 상에 형성된다. 프리즘들은 예컨대 윈도우(74) 내의 인덴테이션으로서 형성될 수 있으며, 렌즈 장치 및 문서(50) 사이에 제공되며, 렌즈 장치에 대해 바른 위치에 문서를 정확하게 위치시키기위해 제공된다. 이러한 인덴테이션들은 자르거나 윈도우(74) 안으로 몰드할 수 있거나 또는 도 5에 도시된 바와 같은 막(78)이나 개별적인 층으로서 인가될 수 있다. 또한 인덴테이션(76)의 모양은 외주 광원(70)으로부터의 빛의 요구되는 반사 응답에 따라 선택된다. 반사적인 인덴테이션들(76)은 렌즈 구서 요소들 사이의 공간 위에 제공되며, 윈도우(74) 또는 층(78) 빈 부분들은 렌즈 구성 요소들(42) 위에 배치된다.

색상 이미지들을 얻기 위해 각각의 색상의 개별적인 광원이 제공되며, 단 한 가지 색상만 임의의 시간에 스위치 온 된다. 이상적으로는 프리즘들이나 인덴테이션들은 문서 상에 광원의 균일한 이미지를 제공해야 한다. 이러한 목적을 위해 도 5의 예시의 층(78)은 광원(70)으로부터 문서(50)로 반사된 빛을 퍼지게 하기 위해 회절 물질을 포함할 수 있다. 층(78)은 색상 이미징을 위해 필요한 다른 광원들의 파장 길이에 대응하는 다른 회절 특성들의 영역이 제공될 수 있다. 다른 예시로서 산란막(78)은 문서 위의 램프로부터의 빛을 산란시키거나 또는 이미징하기 위한 홀로그래픽 구조를 포함하거나, 블록 내의 전체 내부 반사를 방해하고 원형을 향해 빛을 산란시키는 한 페이스(렌즈 구성 요소들 사이의 공간에 대응하는 위치들) 상에 제공된 표적이 있는 블록을 포함할 수 있다.

윈도우(74) 내에 또는 윈도우(74)에 바로 인접하여 제공되는 반사 인덴테이션들의 이점은 윈도우의 백 밖의 센서를 향한 반사를 피할 수 있다는 것이다. 윈도우 정면으로부터 센서로의 반사 또한 피할 수 있으며, 윈도우(74) 밖의 비반사 코팅은 이러한 목적으로 제공될 수 있다.

반사 코팅은 외주 광원으로부터의 빛의 편향을 제공하기 위해 프리즘이나 인덴테이션의 앵글이 잡힌 페이스 상에 제공될 수 있다. 그러나 프리즘들이 빈 시트나, 빈 윈도우의 일부분으로부터의 인덴테이션에서 단순하게 몰드되어 산란의 양이 프리즘 또는 인덴테이션 구성의 앵글의 기능인 것이 바람직하다. 인덴테이션들은 윈도우 내의 전체 내부 반사를 방해함으로써 이러한 산란을 생성시킬 수 있다. 반사 코팅이 없으면 각각의 인덴테이션이나 프리즘의 바닥은 빛이 인덴테이션이나 프리즘을 통과해 센서로 진행해 가는 것을 방지하기 위해 반사 차단 층 또는 빛 차단 층을 갖는다.

도 4와 도 5의 예시에 도시된 외주 램프는 많은 다른 형태가 될 수 있다. 예컨대 냉음극 방전 형광등(CCFL)이나 LED 램프들이 적합할 수 있다. 그것은 각각의 색상을 위해 단일 램프를 제공할 수 있거나 또는 각각의 요구되는 색상의 다수의 램프들이 렌즈 장치의 외주 주변에 제공될 수 있다.

또한 도 4 내지 도 5에 관련하여 설명한 타입의 광원들과 도 1 내지 도 3과 관련하여 설명한 타입의 광원들을 결합시킬 수 있다. 특히 현재 유효한 빨강 형광체 램프들은 동일한 초록 및 파랑 램프들의 밝기에 비해 비교적 약하다. 그러나 빨강 발광 다이오드는 필요한 레벨의 밝기를 제공한다.

도 6은 초록 및 파랑 전계 발광 스트립들을 가지며, 렌즈 장치의 외주에 배열된 빨간 LED 램프들에 의해 도입된 빛에 대해 반사 및 산란 매체를 갖는 색상 조명 장치의, 가능한 한 실시예를 도시한다.

초록 및 파랑 전계 발광 스트립들(80, 82)은 도 1 내지 도 3의 실시예의 렌즈 구성 요소들(42) 사이에 제공된다. 도 6에 도시된 예시에서 반사 부분들은 전계 발광 스트립의 축으로부터 60°만큼 오프셋 되는 스트립(84) 내에 배열되며, 렌즈 구성 요소들(42)은 육각형의 허니콤 그리드 내에 배열된다. 반사 부분의 스트립들(84)은 렌즈 어레이(40) 및 전계 발광의 초록 및 파랑 스트립 위에 제공되어 초록 및 파랑 스트립(80, 82)에 의해 방사된 몇몇 빛이 빛 반사/산란 스트립(84)을 통과한다. 이러한 국부 산란은 조명에 대한 문제점을 야기시킨다는 것은 고려되지 않으며, 전계 발광 램프로부터의 조명의 균일성을 향상시키기 까지도 할 수 있다.

도 6에 도시된 장치에 대한 대안으로서 반사 또는 산란 스트립들(84)은 전계 발광 물질의 스트립과 평행하게 배열될 수 도 있으며, 도 1의 예시에 도시된 빨강 스트립에 의해 점유된 위치를 단순하게 대체할 수 있다. 또 다른 대안으로서 전계 발광 물질의 스트립(80, 82)은 이미지 센서 어레이의 수평 또는 수직 축에 대해 60°인 곳에 배치될 수 있으며 반사/산란 스트립들은 이미지 센서의 한 에지에서 반대편 에지로 완전하게 연장할 수 있다(수평 또는 수직 둘다로). 이것은 광원 장치를 단순하게하는데 왜냐하면 반사 또는 산란 물질의 각각의 스트립이, 동일한 광원 필요물을 가지기 때문이다.

외주 광원으로부터 빨강 및 초록 빛 둘다를 도입시키는 것이 또한 바람직할 수 있다. 이 경우 동일한 산란 영역들은 두 광원들에 의해 사용될 수 있고, 단일 색상의 전계 발광 광원이 필요할 것이다. 이러한 광원은 임의의 적합한 형태를 취할 수 있으며 스트립 내에 배열될 필요가 없을 것이다.

색상들이 색상 이미징을 위해 단번에 한 번 스위치 온될 때 산란 매체는 폴리머 분산 액정(PDLC)과 같은 스위치 가능한 매체가 될 수 있다. 그러한 물질은 앞서 설명한 바와 같이 전계 발광 스트립들로부터 빛의 국부적인 산란을 방지하기 위해 전계 발광 램프가 스위치 온 될 때, 대체로 광학상으로 깨끗하도록 배열될 수 있다. 또한 회절 구성 요소들은 외주 광원들로부터의 빛을 산란시키기 위해 사용될 수 있다. 그러한 회절 구성 요소들은 빛의 특정 파장에만 대응하도록 고안될 수 있으며, 다른 색상들에는 대체로 투명하도록 배열될 수 있다. 이러한 방식으로 회절 구성 요소들은 전계 발광 스트립으로부터의 빛을 방해하지 않는다.

도 7은 도 1과 관련하여 설명한 광학 렌즈 장치의 동작을 설명하는데 이용된다.

설명을 위해 이미지 감지 어레이(10)는 평명으로 나타내며, 앞서 설명한 바와 같이 이 평면은 이미지가 포커스되는 임의의 적합한 이미지 포착 시스템의 표면을 나타낸다. 이러한 이미지 감지 장치는 화소들의 선형 어레이, 예컨대 팩시밀리 기계에 통상적으로 사용되는 것과 같은, 선형 충전 어레이 연결 장치를 포함할 수 있거나 또는 2차원적 어레이를 포함할 수 있다. 7개의 화소들(12₁내지 12₇)의 근접한 위치들은 도 4에 나타내었다. 이미지화될 영역은 또한 평면(50)으로 나타내었고, 이것은 카피될 문서가 위치한 태블릿(tablet) 또는 윈도우를 나타낼 수 있다. 설명을 위해 영역을 7개의 분리된 영역(52₁내지 52₇)으로 분리하였으며, 그것은 이미징 어레이(10)의 화소들의 크기에 대응하도록 취해진다.

도 7에 도시된 예시에서 각각의 렌즈 구성 요소(22, 32, 42)가, 이미지화될 문서의 세 개의 인접하는 영역들로부터의 신호들을 수신하는 것이 도시된다. 물론 2차원으로, 각각의 렌즈 구성 요소는 도 1의 3×3 서브어레이로 아홉 화소들과 연결될 것이다. 앞서 설명한 바와 같이 각각의 렌즈 구성 요소는 사실 훨씬 더 큰 수의 화소들과 연결될 수 있다. 정사각형으로서 설명되었지만 화소들의 서브어레이는 직사각형이거나 6각형, 또는 몇몇 다른 형태가 될 수 있다.

이미지 센서가 동작하는 동안 이미지화될 영역에 가장 가까운 각각의 렌즈 구성요소(42)는 세 개의 정렬된 영역, 예컨대 도 4의 (52₁, 52₂, 52₃) 으로부터 빛을 수신한다. 렌즈 구성요소(42)의 렌즈 어레이(40)는 렌즈 어레이(30)에 가까운 이러한 영역들의 반전된 이미지들을 형성한다. 렌즈 어레이(20) 내의 각각의 렌즈 구성 요소(22)는 이미지 감지 어레이(10)의 감지 평면 상에 비반전 이미지를 형성시킨다. 렌즈 어레이(30) 내의 렌즈 구성 요소(32)의 용도는 빛의 퍼짐을 방지하는 것이다. 만약 렌즈 어레이(30)가 빠지면 렌즈 구성 요소들(42)로부터의 빛은 몇몇의 렌즈 구성 요소들(22)에 도달할 수 있다.

나타낸 예시에서 렌즈 구성 요소들(32)은 렌즈 구성 요소들(42)을 렌즈 구성 요소들(22) 상에 상을 비추어 렌즈 구성 요소들(42)중 임의의 하나로 수신된 대체로 모든 유용한 빛이, 대응하는 렌즈 구성 요소(22)에 전달된다. 다른 렌즈 구성 요소들은 당업자들이 명백하게 알 수 있을 것이다.

조명 영역(100)은 이미지화될 문서에 가장 가까운 렌즈 어레이와 관련하여 도시되었다. 이러한 조명 영역들은 도 1 내지 도 3의 스트립이나 도 4 내지 도 5의 반사 부분이나 이들의 조합으로 간주될 수 있다. 물론 조명 영역들은 다른 렌즈 어레이와 연결될 수 있다. 조명 빛은 반드시 원형을 조명하기 전에 최소한 한 렌즈 어레이를 통과해야 하며, 이것은 빛이 퍼짐을 증가시킬 수 있으며, 원형 조명의 균일성을 향상시킨다.

렌즈 어레이들(20, 30, 40)은 개별적인 기판 상에 도시된다. 어레이들(20, 30)은 적합한 두께의 단일 기판의 마주보는 측면들 상에 형성될 수 있다. 또한 어레이(30)를 반대로함으로써 어레이들(30, 40)은 단일 기판 상에 형성될 수 있다.

또 다른 대안은 두 어레이들 사이에 분리될 렌즈 어레이(30) 내의 전력에 관한 것이며, 그 각각은 도 8에 도시된 바와 같이 어레이(20) 또는 어레이(40) 둘 다의 다른 측면 상에 형성된다.

도 7 및 도 8에서 이미지화될 영역으로부터 렌즈 어레이(40)로의 거리가 대략 렌즈 어레이(20) 및 이미지 감지 어레이 사이의 거리와 동일하여도 이것은 필요 조건이 아니다. 비반전 이미지가 카피될 대상물과 동일한 크기가 되어야만 한다.

도 9에 도시된 다른 대안은 이미지화될 영역 및 렌즈 어레이(40) 사이의 부가적인 마이크로렌즈 어레이(60)를 이용한다. 이러한 어레이 내의 렌즈들(62)의 용도는 52₁, 52₂, 52₃등등과 같은 대상물 포인트로부터의 오프 액시스(off-axis) 선들을 굽혀서 그들이 광학 축에 밀접하게 평행하도록 하는 것이다. 카피되는 문서가 초점에서 약간 벗어나면 그 명확한 위치 내의 에러는 극소화될 것이다.

도 7 내지 도 9에서 볼록하게 몰드된 렌즈들로 도시되었어도, 마이크로렌즈 어레이들은 이온 확산에 의해 만들어진 등급화된 인덱스 렌즈들 또는 프레널 렌즈들 또는 홀로그래픽이나 회절성의 렌즈들과 같은 플레너 렌즈 어레이의 다른 형태들이 될 수 있다.

다른 대안은 종래의 렌즈들 대신 그레이디드 인덱스형 로드 렌즈들의 어레이를 이용하는 것이다. 이러한 경우 그레이디드 인덱스형 로드 렌즈들이 렌즈들(22, 32, 42)의 기능을 실행할 수 있을 때 비반전 이미지를 얻기위해서는 한 어레이만 사용될 필요가 있다. 발광 부분들은 로드 렌즈들 사이의 공간들 내에 놓인다. 그러나, 로드 렌즈들의 2차원적 어레이는 종래의 마이크로렌즈들 보다 제조하기가 더 비싸다.

필요한 영역으로부터의 신호들 수신을 인에이블하게 하고 더 넓은 시야로부터의 각각의 이미지 감지 구성 요소에 도달하는 빛을 막기 위해 개구들이 있는 흡수 물질(29, 39)의 어레이들(도 7 내지 도 9에 도시됨) 또는 다른 라이트 채널링(light channelling) 장치들과 같은 블로킹 장치들이 필요할 수 있다. 전계 발광 스트립이든 라이트 블로킹 베이스 상의 반사기든 간에 조명 영역(100)은 도 4 내지 도 6의 렌즈 어레이(40) 내의 렌즈들(42) 사이의 공간을 향해 달리는 빛에 대한 라이트 블록으로서 기능할 수 있다. 각각의 이미지 감지 구성 요소가 이미지화될 문서의 요구되는 영역으로부터만 빛을 수신한다는 것의 보증 가능성을 당업자들은 알 수 있을 것이다.

렌즈 어레이들(20, 30, 40) 또는 (20, 30, 40, 60)은 개체 확대를 갖는 비반전 시스템으로서 함께 실행된다. 그러나 발광 부분이 제공된 단일 렌즈 어레이를 이용하는 것이 가능하지면 그러한 장치는 이미지화될 문서의 반전된 이미지를 제공할 것이다. 앞에서 논의된 바와 같이 만약 각각의 마이크로렌즈 구성 요소가 단 하나의 화소와 연결된다면, 이것은 아무런 어려움도 야기시키지 않으나, 각각의 렌즈 구성 요소가 서브어레이의 화소들과 연결될 때(바람직함), 이미지화될 문서의 부분들의 국부 역변환이 발생한다. 이것은 수신된 이미지의 신호 처리를 필요로하며 또한 어느 화소들이 각각의 렌즈 구성 요소와 연결되었는지를 알아야한다. 이어서 렌즈 어레이의 위치 지정은 이러한 경우 매우 중요하며, 앞서 설명한 바와 같은 비반전 렌즈 장치의 이용이 바람직하다.

도 7 내지 도 9의 비반전 렌즈 장치는 렌즈 어레이(40 또는 60)으로부터 이미지화될 영역(50)의 공간을 제공한다. 모든 예시에서 도 4와 도 5에만 도시되어 있는 윈도우(74)는 이미지화될 영역(50) 및 이 영역에 가장 가까운 렌즈 어레이(40 또는 60) 사이에 삽입되어 렌즈 장치를 보호하고 이미지화될 문서를 위한 위치 지정 표면을 형성시킬 수 있다. 다른 장치들은 당업자들이 잘 알 수 있을 것이다.

통상적으로 렌즈 장치의 각각의 가장 가까운 부분으로부터, 이미지화될 영역 및 이미지 감지 어레이(10) 까지의 공간은 2 내지 4 mm의 위수가 되도록 선택되며, 이것은 각각의 마이크로렌즈 구성 요소(22, 32, 42)의 초점 길이 및 마이크로렌즈 어레이들의 공간 사이의 관계를 나타낸다(반전 포커스된 이미지가 반드시 렌즈 어레이들(20, 40) 사이에 형성되어야 하므로). 중간의 반전된 이미지와 인접하는 렌즈 구성 요소들로부터의 반전된 이미지가 오버랩되는 것을 피하기 위해 반전된 이미지의 크기는 반드시 원형의 대상물 보다 더 작아야한다. 원형의 절반으로 축소시킴으로써 흡수 물질(39)에 의해 충분한 블로킹이 가능하다.

2 내지 4 mm의 거리는 조명 영역(100)으로부터의 빛이 이미지화될 영역(50) 위로 균일하게 퍼지도록 충분한 공간을 제공하기 때문에 선택된다. 이 공간은 또한 성취될 초점의 깊이에 의해 좌우된다. 통상적으로 1 내지 2 mm의 초점 깊이는 완전하게 평평하지 않은 문서들을 성공적으로 이미지화시키기에 충분하다.

앞서 주어진 크기들은 0.25 내지 1mm의 직경을 갖는 렌즈 구성 요소들의 근원이 될 수 있다. 만약 임의의 한 어레이 내의 렌즈 구성 요소들이 1 내지 2 mm 피치로 배열되면(그러므로써 개개의 렌즈 구성 요소에 의해 이미지화될 문서의 영역 크기는 1 내지 2 mm임) 0.5 내지 1mm 폭의 발광 물질의 스트립을 렌즈들 사이에 놓을 수 있다. 만약 이미지 감지 어레이(10)의 대략 30×30 화소들의 서브어레이가 각각의 렌즈 구성 요소들과 연결되면 문서 스캐닝 장치들에 적합한 해상도를 얻을 수 있다. 예컨대 600 dpi(인치당 도트)를 이루기 위해 대략 42 마이크로미터의 화소 피치가 필요하다.

이미지화될 문서와 렌즈 어레이(40) 사이의 2 내지 4 mm 공간은 또한 문서의 충분하게 균일한 조명이 세 개의 광원들 내에서 하나만 동작시킴으로써 생성되게 하는데 이것은 렌즈 장치 및 문서 사이의 공간 내로 퍼지기 때문이다. 이것은 앞서 설명한 다양한 색상의 이미징 시스템이 실행될 수 있게한다. 본 명세서를 읽음으로써 다른 변형들이 당업자들에게 명백해질 것이다. 그러한 변형들은 전기 또는 전자 회로 및 구성 성분들의 설계와 사용에 있어서 이미 공지된 다른 형태들을 포함할 수 있으며, 그것은 본 명세서에서 이미 설명한 형태들을 대신하거나 그것에 덧붙여서 사용될 수 있다. 청구항들이 본원에서 특정한 형태들의 조합으로 공식화하였으나 본원의 개시 범위는 또한 임의의 청구항에서 현재 주장된 것과 동일한 발명에 관련되든지, 본 발명과 기술적 문제점들이 동일한 임의의 것 또는 그 모든 것을 완화시키든지, 임의의 새로운 형태 또는 본 명세서에서 명확하게 또는 함축적으로 설명한 임의의 새로운 형태들의 조합 또는 당업자들이라면 알 수 있는 명백한 하나 이상의 형태들의 임의의 일반화를 포함한다는 것을 알아야한다. 본출원인은 이로써 새로운 청구항들이 본원 또는 본원에서 유도된 임의의 다른 출원이 계류중일 때 그러한 형태들이나 그러한 형태들의 조합으로 공식화될 수 있다는 것을 주지시키는 바이다.

Claims

이미지 센서의 이미징 평면 상의 이미지를 포착하는 이미지 포착 디바이스와, 렌즈 장치를 포함하는 이미지 센서에 있어서,

상기 렌즈 장치는 이미지화될 영역 및 상기 이미징 평면 사이에 위치하고,

상기 렌즈 장치는 상기 이미징 평면의 일부에 이미지화될 상기 영역의 일부로부터의 빛을 각각 전달하기 위한, 일정 공간 떨어진 렌즈 구성 요소들의 하나 이상의 어레이들을 포함하며,

상기 이미지 센서는 또한 이미지화될 상기 영역 및 상기 이미징 평면 사이에 배치되어 이미지화될 상기 영역을 조명하기 위한 발광 수단을 더 포함하며,

상기 발광 수단은 상기 렌즈 구성 요소들 사이의 상기 공간 내에 또는 그 공간 위에 배치되는 이미지 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 렌즈 구성 요소들은 마이크로렌즈들을 포함하는 이미지 센서.
제 2 항에 있어서, 상기 렌즈 장치는 둘 이상의 마이크로렌즈 어레이들을 포함하며, 한 어레이 내의 각각의 마이크로렌즈들은 각각의 다른 어레이 내의 대응하는 마이크로렌즈들과 실제로 동일한 광학 축을 갖는 이미지 센서.
제 3 항에 있어서, 상기 렌즈 장치는 상기 이미징 평면 상에 이미지화될 상기 영역의 비반전 이미지를 형성시키는 이미지 센서.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이미지 포착 디바이스는 다수의 이미지 감지 화소들을 포함하며, 각각의 렌즈 구성 요소는 서브어레이의 화소들과 연결되는 이미지 센서.
제 5 항에 있어서, 각각의 화소는 포토 다이오드를 포함하는 이미지 센서.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 수단은 발광 부분들을 포함하며, 이미지화될 상기 영역은 상기 발광 부분들의 일부로, 이미지화될 상기 영역을 조명할 수 있도록 상기 렌즈 장치로부터 일정 공간 떨어진 이미지 센서.
제 7 항에 있어서, 각각의 발광 부분은 빨강, 초록, 파랑 광원들을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 이미지 센서.
제 8 항에 있어서, 상기 광원들은 한 어레이 내의 상기 렌즈 구성 요소들 사이에서 연장되고 빨강, 초록, 파랑 광원들의 반복되는 시퀀스로 배열된 전계 발광 물질의 스트립들을 포함하는 이미지 센서.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 발광 수단은 상기 렌즈 장치의 외주 에지에 배열된 광원과, 렌즈 구성 요소들 사이의 공간 내에 또는 그 공간 위에 배열된 광 편향 부분들을 포함하는 이미지 센서.
제 10 항에 있어서, 상기 광 편향 위치들은 반사 또는 회절 구성 요소들을 포함하는 이미지 센서.