专利名称：于一运动范围将电荷耦合器件板固定于固定位置的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学系统领域，更具体地说涉及使用为系统的正确运行而要求对准的光学传感器的光学系统。
象用于扫描一个记录图象以产生一个标准图象的光学扫描器装置那样的光学系统，使用了诸如电荷耦合器件(CCD)阵这样的光学传感器阵。CCD阵相对于记录图象的位置应使记录图象和CCD阵能互相相对运动，其中记录图象可相对于光学传感器阵运动。该传感器阵把该图象转变成表示包括该图象的图象象素的电信号。常用的光学扫描器装置是多功能设备，它在一台设备内包括了打印机、传真机、复印机和/或光学扫描器装置的功能。
为了达到最佳的扫描质量，光学传感器和光学系统必须在空间中相互对准、定位和固定。对于单线CCD来说，为实现这种对准，需要6个自由度之中的5个自由度。目前市场上的多数扫描器只具有4个自由度的有效控制；沿X和Z轴的移动和绕Y轴的转动都由该CCD装置控制，而沿Y轴的移动则由透镜控制。因此，这些扫描器在Z向转动具有很小的容限。通常的固定方法是拧紧两个使该CCD相对于光路固定的螺钉。该拧紧过程将把扭矩和力传给CCD，从而使CCD从其最佳对准位置移开。此外，在Y轴方向移动透镜将使最佳对准的情况恶化，因为(i)光轴一般不平行于移动轴，和(ii)透镜和/或壳体中的机械缺陷在Y向移动期间将在其他轴的方向造成不需要的移动。
因此，提供一个具有改进的对准性能的光学传感器将是本领域的一个进步，在该系统中，可以对准光学传感器而不会引起把传感器从最佳的对准位置移动的力。
根据本发明的一个方面的内容，描述了一种用于在某个运动范围内把一个光学装置固定在一个固定的相对位置上的设备。该设备包括一个安装该光学装置的第一壳体件，和一个由一种紫外线能穿透的材料制成的第一支架件。该设备还包括一个柔性装置，该柔性装置用来把该第一壳体件和该第一支架件松弛地固定在一起，同时允许在该第一壳体件与该第一支架件之间在某个运动范围内作相对运动。施加在该第一壳体件与该第一支架件的表面之间的一种粘接组分把该第一壳体件和该第一支架件在某个运动范围内的一个固定位置上粘接在一起。该粘接组分在其处于液体状态时施加以便允许该相对运动，并且包括一种通过紫外线光照射可以固化成固体状态的粘合剂。该第一壳体件和该第一支架件通过粘合剂固化成固体状态而被固定在该相对位置上。
本发明的最佳应用是在光学扫描器装置上，其中该光学扫描器阵在某个运动范围内可以相对于扫描器壳体运动，然后通过使用可固化的粘接组分固定在某个运动范围内的一个所要求的位置上。
本发明的上述和其他的特点和优点通过对示于附图中的一个本发明的典型实施例的下面的详细说明将一清二楚，附图中
图1是使用本发明的一台多功能设备的简化的侧视图；图2是包括有本发明的一台光学扫描器装置的等轴视图；图3是图2的装置中的扫描器壳体、中支架、光学传感器壳体和光学传感器板的分解图；图4是沿图2的4-4线截取的剖视图；图5是沿图4的5-5线截取的剖视图；图6是沿图4的6-6线截取的剖视图；图7是沿图4的7-7线截取的剖视图；图8示出了图4的装配在左端的一部分在使用并且固化粘合剂以后的情况；图9是类似于图7的一个剖视图，但它示出一靠近图4的装配件的左端的粘合剂注入该粘合剂空腔的情况；
图10是图2的扫描器装置的一部分在粘合剂施加并固化以后的特写的局部等轴视图。
图1是使用本发明的一台典型的设备的简化的侧视图。该设备是在共同转让的美国专利5391009中所说明的这种型式的多功能设备20，其全部内容通过引用结合在本文中。设备20完成诸如对通过一条从自动文件进给器22至扫描工位30的进给通路供给的印张10进行光学扫描成象或者对从单张纸续纸装置24供给的和通过通向印相工位40的进给通路供给的一张纸进行印相成象那样的功能，其中印相是通过安装在一个可相对该进给通路作横向运动的横向滑动架(未示出)上的喷墨盒42完成的。本发明涉及包括设备20的光学扫描装置。
扫描工位30包括一个扫描组件50，该组件包括一个用来照亮待光学扫描的文件10的表面的光源，从文件表面反射出来的光线通过一条由反射镜52、54和56折射由线条51表示的光路穿过透镜58聚焦在连接于印相电路装配板62上的线性光学传感器阵60上。在该典型的实施例中，传感器阵60包括一个线性的电荷耦合器件(CCD)阵。如在光学扫描器技术领域众所周知的那样，文件10以递增步骤连续地通过扫描工位送进，而阵60以电子信号形式，例如一行具有象素值的象素形式，捕捉该文件表面的反差弱的线条或面积。该器件包括一个用来把该连续的象素行组成该扫描文件表面的图象的处理器(未示出)。
为了使光学扫描工位30的扫描性能达到最佳，通常把传感器阵60相对于穿过透镜58投射的图象光学地对准，然后把它固定就位。本发明涉及一种可在某个运动范围内把该传感器阵固定就位的技术。
本发明的光学装置在该固定过程中提供了对5个自由度的有效控制。所有5个自由度(X、Y、Z方向的移动和Z、Y方向的转动)都由CCD阵60控制，不需要透镜58作任何运动。该透镜可以在CCD阵对准和固定就位以前先行固定并且最好在CCD阵对准和随后的固定过程中不再移动。CCD阵的固定是通过在CCD壳体和中支架内的能产生所需的5个自由度的万向架结构完成的。在该固定过程中，没有螺钉把扭矩或力传给这些部件。一种紫外线(UV)激活的粘合剂用来把该CCD壳体固定在中支架上和把该中支架固定在该光学扫描器壳体上。中支架是透明的，一种高百分率的紫外线光可以通过它把作用在两个部件之间的粘合剂固化。一个竖直孔穿过CCD壳体和中支架两者上的接头片。粘合剂施加在由这些部件所限定的部位。在对准过程期间，该粘合剂是一种液体，因而允许这些部件之间有相对运动。当这些部件在该运动范围内运动到合适的位置上后，使粘合剂部位暴露于UV光下，该UV光可使粘合剂固化成一个实心的竖直柱，从而形成一个化学铆钉的形状。除了粘接这些部件以外，该化学铆钉还对这些部件提供了十分牢固的机械互锁。
图2示出了扫描组件50的等轴视图，该组件包括一个用不透明的硬质塑料模压制成的壳体70，并把一个透明的视窗安装在待扫描文件可通过的扫描区。一个线光源诸如一排发光二极管(未示出)放置在该壳体内的该视窗的下面。CCD阵60(在图2中看不见)安装在CCD印相电路装配板62上。
图3是把CCD印相电路装配板62固定在扫描器壳体70上的零件的分解视图。CCD阵60(在图3中看不见)通过常规的连接件(图3中未示出)固定在板62上，由此相对于板62固定就位。来自CCD阵的电信号通过一根带状电缆(也未示出)从板62传送到该器件的处理器上。
CCD印相电路装配板62通过安装在孔82A和82B中的螺纹紧固件64A和64B固定到CCD壳体80上。在该典型实施例中，CCD壳体是用一种不透明的硬质塑料例如用20％的玻璃纤维改良的聚碳酸脂制成的，并且形成一个通常用直线包围的内部封闭区84，该区用来安装CCD阵60并且围绕结构60形成一个不透明结构。壳体80具有一个在壁86A上形成的窗口86，通过该窗口图象光线从透镜58传到CCD阵60上。因此，CCD阵60的位置相对于CCD壳体80是刚性固定的。壳体80还包括通常沿着该细长壳体80的中心轴线延伸的突出接头片，该接头片中形成有用来容纳紫外线固化的粘合剂的孔90A和90B，这在下面将要详细说明。该接头片上还有突耳92A和92B。
扫描器组件50还包括一个用紫外线光基本上可以穿透的材料制成的中支架100。适合于这种用途的典型材料是一种透明的塑料例如聚碳酸脂。在市场上可以买到的一种标准的聚碳酸酯是通用电气公司(General Electric Company)的LEXAN(商标)，3412-739。支架100包括若干个零件，其中有用来把支架100松弛地固定在扫描器壳体70上的固定夹零件102A和102B。扫描器壳体70包括一个限定一个通常为平的表面74的平面壁72，一个相应的通常为平的表面104紧靠在平面74上。该平面壁上形成有一个孔76(图4)，该孔作为允许来自透镜58的图象光线从其中通过的一个窗口。壁72的上拐角切开有缺口，用来分别为容纳固定夹零件102A和102B提供相应的区域。用来制作中支架100的材料为弹性材料，从而使该固定夹以图2中所示的方式在相对于壁72固定就位时，会受到使其离开平衡位置的偏压作用。中支架100相对于壁70的位置能够在一个基本上横向于透镜58的光学轴线58A的一个平面中的某个移动范围内可滑动地改变，直到粘合剂施加并固化后为止。这种移动沿着X和Y轴进行并且以箭头122和130表示(图3)。此外，固定夹102A和102B允许围绕Y轴作旋转(扭曲)运动，如箭头124A和124B表示的那样。
中支架100还包括一个穿过壁114形成的窗口114，该窗口与在CCD壳体上形成的窗口86对中，从而允许图象光线通过从透镜到达窗口86。
中支架100还包括一个柔性装置，该装置用于把该中支架与CCD壳体80松弛地结合在一起，同时允许在某个运动范围内该两个部件之间发生相对运动。该柔性装置包括4个与该中支架整体地形成的可挠曲的弯曲指状物106A～106D。该指状物106A～106B各自具有整体地连接到在壁104中形成的后段108上的末端，该后段通常沿该中支架的长轴114的横向延伸。同样，指状物106C和106D各自具有整体地连接到在壁104中形成的后段110上的末端，该后段通常沿长轴114的横向延伸。每个指状物的尖端向内弯曲离开壁104。当把CCD壳体和中支架100装配在一起时，每个指状物尖端均与该壳体的壁86A的外表面相接触。由于该指状物在图3中所示的弯曲位置上形成，并且是可挠曲的，且倾向于弹回该位置，因而该可挠曲指状物提供了一个具有朝向平衡位置的弹簧加载的万向架。
中支架的柔性装置还包括互相隔开并且对中的成对的接头片116A-116B和116C-116D，这些接头片从壁104沿横向伸出。每对接头片之间的间隔足以使CCD壳体80上的接头片88A和88B在把壳体80与中支架装配在一起时能够在其间滑动，例如如图2中所示。为了把中支架100和壳体80锁定成一个松弛的装配构形，中支架100还包括沿着接头片116A-116D的外侧延伸的凸耳118A和118B，并且使倒钩端120A、120B在壳体80的相应的耳部92A和92B上滑动。当凸耳118A和118B把部件80和100锁定成一个松弛的装配构形时，在部件80和100之间在某个运动范围内的相对运动并不受该凸耳的锁定作用的约束。该运动范围包括围绕Z轴(图2)的转动以提供一个差示聚焦调整，如箭头128(图3)所示出的，以及沿Y轴的直线运动，以提供一个聚焦调整，如箭头128所示出的。
成对的接头片116A-116B和116C-116D具有穿过其中而形成的对中孔对130A-130B和130C-130D，这些孔对用来容纳液体粘合剂，这将在下面作详细说明。应该注意，孔130A-130D的直径小于在CCD壳体80中形成的孔90A-90B的直径。孔130A和130C是贯穿相应的接头片116A和116C的通孔。孔130B和130D只是部分地伸进相应的接头片116B和116D中，如图7中所示(孔116D)。这是为了防止液体粘合剂材料从该些孔和在接头片88A和88B中形成的相应孔所形成的空腔中泄漏出来；在图7中示出了一个这样的空腔152B。
图4是通过图2的4-4线截取的扫描器组件50的剖视图。在该视图中，粘合剂尚未施加，因而CCD板62和中支架100处于经装配的平衡状态，通过柔性装置将这些部件偏压在该平衡位置上。在该视图中示出的是由弹性指状物106造成的接触情况以及由CCD板62的耳部92A、92B的倒钩端120A，120B(肋118A，118B上的)的锁定情况。
图5是通过图4的5-5线截取的剖视图，图中进一步详细地示出了壳体70、CCD壳体80和中支架100的装配后的结构。
图6是面向扫描器壳体70的中支架100的壁104的部分表面的封闭的放大视图，图中示出了在壁104上形成的粘合剂容纳结构104A，104B。结构140A包括一个在该壁上形成的通常为圆形的凹陷部142A，并且具有一个从该壁的顶边104A进入该凹陷部142A中的锥形切口144A。几个较小的切口146A在该陷部的边缘处形成并且沿径向向外延伸。结构104A、104B是相同的。
当中支架100通过固定夹102A、102B而被固定在扫描器壳体70上时，结构104A，104B与在扫描器壳体70的壁74上形成的粘合剂容纳结构78A，78B相邻接。在该典型实施例中，结构78A，78B是在壁74上形成的T型凹陷部。在中支架100夹紧在该壁74上时，对应结构78A，140A和78B，140B就形成了具有由切口144A，144B所限定的开式槽的空腔，该切口从顶边104A进入该空腔中。液体状态的粘合剂就可以通过该槽进入这些空腔中。这些空腔的内表面可以作成粗糙不平的，以便提供改进的表面附着力。
图7是通过图4的7-7线截取的剖视图，图中只示出了一个由结构140B和78B限定的空腔150B。使用并且固化粘合剂的两个空腔150A和150B提供了一种牢固地固定扫描器壳体与中支架100的相对位置的措施。
根据本发明，另外的两个粘合剂容纳空腔应用在扫描器组件50中，以便牢固地固定中支架100与CCD壳体80的相对位置。在空腔中使用并且固化粘合剂的这两个空腔152A和152B(空腔152B示出于图7中)提供了在该柔性装置允许的运动范围内的某个位置上牢固地固定部件80与100的相对位置的措施。把该组件置于如图7中所示的竖立位置，就可以将液体状态的粘合剂送入空腔152A，152B中。
图7中示出了由在中支架100的接头片116C，116D中形成的孔130C，130D所限定的一个空腔152B，以及在壳体80的接头片88B中形成的较大的孔90B。由于中间孔90B的直径大于上孔和下孔130C，130D的直径，相应地该空腔152B也具有一个夹在较小直径的上和下空腔部分之间的较大直径的中空腔部分。因此当把粘合剂送进空腔152B中并且固化以后，该粘合剂将形成一个粘合剂材料的实心“铆钉”或立柱，该铆钉由接头片88B，116C和116D的周围边缘锁定就位。由于孔130D不是穿过接头片116D的通孔，该液体粘合剂将不能流出到空腔152B的底部的外面。
图8，9和10示出了在粘合剂已经送入空腔150B和152B中并且已固化成硬质材料以后的空腔。粘合剂孔塞160B充满于空腔150B中并且粘附在由零件78B和140B限定的空腔表面上，并且与充满于空腔150A中的粘合剂孔塞160的相结合把中支架100固定在壳体70上。粘合剂孔塞162B充满于空腔152B中，并且与充满于空腔152A中的粘合剂孔塞162A相结合把CCD壳体和中支架100一起牢固地固定在柔性装置所允许的运动范围内的一个固定位置上。
在该典型实施例中，分送到空腔150A，150B和152A，152B中的粘合剂在未固化情况下是液体，而在应用紫外光线固化后则成为固体。因此，部件70，80和100通过使用固定夹102A，102B和锁定凸耳118A，118B被松弛地一起装配在一个平衡位置上。把处于未固化的液体状态的粘合剂送入空腔150A，150B，152A，152B中。然后使CCD板62在柔性装置允许的运动范围内运动，使中支架100在固定夹102A、102B允许的运动范围内运动，直到该CCD板和中支架到达一个要求的位置上为止。最好该位置是处于使CCD阵60与来自透镜58的图象光线相对准的一个位置，但是本发明可以使部件70，80和100锁定在该运动范围内的任何位置上，而无需使用螺纹紧固件。把部件70。80和100固定在该要求的位置例如在一个夹具中后，用紫外线光照射该组件。由于中支架100是用一种紫外线光可以穿透的材料制成的，所以空腔中的粘合剂将受到紫外线光的照射而固化成固体状态。于是，这些部件就固定在该要求的位置上。
适合于该用途的粘合剂市场上都可以买到。一种这样的粘合剂可以从Loctit Corporation公司买到，如粘合剂3321，零件号为19739。该粘合剂可以在10秒范围的照射时间内固化成固体状态。
应当指出，上述实施例只是对可以体现本发明原理的可能的特施定实施例所作的说明。对于本技术领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的原理方便地作出各种另外的结构布置而不脱离本发明的范围和精神。
权利要求
1.一种用于在某个运动范围内把一个光学装置固定在一个固定的相对位置上的装置，包括一个安装该光学装置的第一壳体件；由一种紫外线能穿透的材料制成的第一支架件；柔性装置，该装置用来把该第一壳体件和该第一支架件松弛地固定在一起，同时允许在该第一壳体件与该第一支架之间在某个运动范围内作相对运动；一个可固化的粘接组分，该组分施加在该第一壳体件与该第一支架件的表面之间，用来把该第一壳体件和该第一支架件在某个运动范围内的一个固定位置上粘接在一起，该粘接组分在其处于液体状态时施加，以便许可所述相对运动，所述粘接组分包括一种通过紫外线光照射可以固化成固体状态的粘合剂，其中该第一壳体件和所述第一支架件都固定在所述相对位置上。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该柔性装置包括在所述中支架上的第一组互锁件和在所述壳体上的第二组互锁件，其中所述第一和第二组互锁件是互锁的以便把所述支架和壳体松弛地固定在一起。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一组互锁件包括一个具有倒钩端的凸耳件，所述第二组互锁件包括一个突耳部分，所述凸耳件的所述倒钩端啮合在所述突耳部分上以提供所述的互锁。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述柔性装置还包括一个偏压结构，该结构用来在所述的运动范围内把所述第一壳体和所述第一支架的相对位置偏压到一个平衡位置。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述偏压结构包括多个弹性的指状件，该指状件从所述中支架伸出并且与所述壳体的表面相接触。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一支架件还包括一个第一空腔限定结构，所述壳体件还包括一个第二空腔限定结构，并且第一和第二空腔限定结构结合在一起限定了一个用来接受所述可固化的粘接组分的第一空腔，所述可固化的粘接组分在固化后形成了一种可把所述第一壳体和所述第一支架件固定在一起的粘性和机械互锁。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一空腔限定结构包括第一和第二互相隔开并且对中的接头片件，每个接头片件中有一个孔，通常这些孔是共线对中的，所述第二空腔限定结构包括一个其中形成有一个孔的第三接头孔，所述第三接头片可安装在所述第一与第二接头片之间，使所述孔大体上对中以形成所述空腔。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于在所述第三接头片上形成的所述孔的直径大于在所述第一和第二接头片上形成的所述孔的直径。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述光学装置包括一个光学传感器。
10.一种用于在某个运动范围内把一个光学装置固定在一个固定的相对位置上的装置，包括一个安装该光学装置的第一壳体件；一个由一种紫外线能穿透的材料制成的中支架件；柔性装置，该装置用来把该第一壳体件和该第一支架件松弛地固定在一起，同时允许在该第一壳体件与该第一支架件之间在第一运动范围内作相对运动；一个第二壳体件；用于把所述中支架件固定在所述第二壳体件上同时允许在该中支架件与所述第二壳体件之间在第二运动范围内作相对运动的装置；一个第一可固化的粘接组分，该组分施加在该第一壳体件与该中支架件的表面之间，用来把该第一壳体件和该中支架件在该运动范围内的某个固定位置上粘接在一起，该粘接组分在其处于液体状态时施加以便允许所述相对运动，所述粘接组分包括一种通过紫外线光照射可以固化成固体状态的粘合剂，其中该第一壳体件和所述中支架件都固定在所述相对位置上；以及一个第二可固化的粘接组分，该组分施加在所述中支架件与所述第二壳体件的表面之间，用来把该中支架件与所述第二壳体件在该第二运动范围内的某个固定位置上粘接在一起，该粘接组分在其处于液体状态时施加以便允许在所述第二运动范围内的所述相对运动，所述粘接组分包括一种通过紫外线光照射可以固化成固体状态的粘合剂，其中该第二壳体件、所述中支架和所述第一壳体件都在一个光学组件中牢固地固定在一起。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述中支架件还包括一个第一空腔限定结构，所述第二壳体件还包括一个第二空腔限定结构，并且第一和第二空腔限定结构结合在一起限定了一个用来接受所述第二可固化的粘接组分的第一空腔，以及所述第二可固化的粘接组分在固化后形成了一种可把所述第一壳体件和所述第一支架牢固地固定在一起的粘性互锁。
12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述用于把所述中支架固定在所述第二壳体上的装置包括多个从所述中支架上伸出并且与其制成一个整体的固定夹件。
13.一种用于实现光学扫描功能的光学扫描器，包括一个透明的扫描窗；一个光学扫描器壳体，所述壳体将所述窗户固定并且包括用来在所述窗户与一个透镜件之间形成一条光路的光学光路限定件，所述透镜件相对于所述扫描器壳体固定就位；一个光学传感器阵位于可以截取穿过所述透镜件的图象光线的位置上；用来把所述光学传感器阵在某个运动范围内相对于所述扫描器壳体固定在一个固定的相对位置上的装置，包括一个安装该传感器阵的传感器壳体；一个由一种紫外线可以穿透的材料制成的中支架件；柔性装置，该装置用来把该传感器壳体件和该第一支架件松弛地固定在一起，同时允许在该传感器壳体件与该中支架件之间在一个第一运动范围内作相对运动；用来把所述中支架件固定在所述扫描器壳体件上同时允许在该中支架与所述扫描器壳体件之间在一个第二运动范围内作相对运动的装置；一个第一可固化的粘接组分，该组分施加在该传感器壳体件与该中支架件的表面之间，用来把该传感器壳体件和该中支架件在该运动范围内的某个固定位置上粘接在一起，该粘接组分在其处于液体状态时施加以允许所述相对运动，所述粘接组分包括一种通过紫外线光照射可以固化成固体状态的粘合剂，其中该传感器壳体件和所述中支架件都被固定在所述相对位置上；以及一个第二可固化的粘接组分，该组分施加在所述中支架件与所述扫描壳体件的表面之间，用来把该中支架件与所述扫描器壳体件在该第二运动范围内的某个固定位置上粘接在一起，该粘接组分在其处于液体状态时施加以便允许在所述第二运动范围内的所述相对运动，所述粘接组分包括一种通过紫外线光照射可以固化成固体状态的粘合剂，其中该装有所述传感器阵的传感器壳体件，所述中支架件和所述扫描器壳体件都在一个光学组件中牢固地固定在一起。
全文摘要
一种在某个运动范围内把光学传感器位置相对光学装置固定的装置,可提供5个自由度的运动范围,它包括一光学组件壳体,一中支架,并将中支架固定在光学装置上。运动范围通过在壳体和中支架中能产生5个自由度的万向架结构提供。一种由紫外线激活的粘合剂把传感器壳体固定在中支架上及把中支架固定在扫描器壳体上。在对准过程期间粘合剂是液体而允许部件间相对运动,在对准完成后受紫外光照射而固化成实心竖直柱形成化学铆钉形状。
文档编号H04N1/19GK1183569SQ97117750
公开日1998年6月3日 申请日期1997年8月22日 优先权日1996年8月22日
发明者A·莫瓦哈尔, J·D·罗沙里奥, M·迪尔, D·J·希梅玲 申请人:惠普公司