专利名称：具有光导向装置的接触式图象传感器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及接触式图象传感器，而更准确地说，涉及具有安装在单个电路板上的光学检测器和发光二极管的接触式图象传感器组件，该电路板伴随有设置在发光二极管下面的光导向装置。
接触式图象传感器是通常用于比如计算机扫描仪、传真机和数字印刷器等设备中的电子光学检测器。接触式图象传感器是光学传感器组件，它在扫描运行期间被放置在对象上面或近旁。接触式图象传感器产生机器可读的图象数据信号，它们是被扫描对象，例如相片或一页印刷文本，的样品。在典型的接触式图象传感器应用中，由传感器产生的图象数据信号可被计算机处理器使用去复制被扫描对象的图象在适当的显示设备，比如阴极射线管(CRT)或打印机，上。
典型的接触式图象传感器可包括含有照明、光学成象及检测系统的拓延的光学组合。照明源照明对象的一部分(通常叫作“扫描区”)，而光学成象系统使由被照明的扫描区反射的光聚集并使被照明的扫描区的一小块面积(通常叫做“扫描线”)聚焦在设置在接触式图象传感器内光敏检测器的表面上。光敏检测器把入射在其上的成象光转换成代表扫描线的电信号。代表整个对象的成象数据然后可通过横过整个对象扫掠扫描线被获得。
在这里所使用的术语“成象光”指的是从资料被反射并被光学系统聚焦到检测器阵列表面上的光。成象光可基本上按三个步骤被转换成数字信号。第一，光敏光学检测器将它接收的光转换成变化的电流。第二，来自检测元件的变化电流被模拟放大器转换成模拟电压。最后，模拟电压被模拟-数字(A/D)转换器数字化。数字数据然后可被处理和/或按需要被存储。
尽管以上所描述类型的接触式图象传感器被使用在许多用途中，它们并非没有它们的问题，比如笨重的照明源和横过扫描线的不均匀照明。为了最佳的扫描效果，对象必须由照明源成一个角度照射以减小或消除镜面反射。为此，光敏检测器一般被安装在一块电路板上，而照明源被放置在另一块电路板上。有照明源的电路板然后相对于对象被倾斜约45°角。这个附加的电路板增加了尺寸、成本以及装配接触式图象传感器的困难。这还导致不良的照明深度。例如，如果接触式图象传感器从对象被移动即使微小的距离，照明程度也将迅速下降。纵然光学系统的视场深度是好的，而且对象在接触式图象传感器被提升的情况下仍保持在焦点上，不良的照明深度也将导致对象的图象显现太暗或过于不均匀照明。
此外，照明源一般由直线的相互间有空隙的一排发光二极管(LEDs)组成。横过扫描线的照明因此不很均匀，具有在LEDs的下面的亮区和在空隙的下面的暗区。这种照明均匀度的欠缺能在检测系统的硬件中或用软件借助放大来自暗区的信号被稍微补偿。然而，这放慢了图象处理软件并增大了被放大信号中的噪声，而导致较差的图象质量。
照明源中的LEDs一般被设计成能遍及很宽阔的角度，比如180度，去发射光。只有这个光的一部分射向扫描线，这导致来自LEDs照明的效率低的使用。
最后，放置照明源在独立的电路板上增大了接触式图象传感器的宽度并给予用其他方法的高技术产品以不良的表面外观。
从而，对接触式图象传感器存在需要，即借助照明源和检测系统更加集成的装配，结果形成较易于组合与匹配的更紧凑的器件。对接触式图象传感器还存在的需要是具有被改善的照明深度。对接触式图象传感器存在的另外的需要是横过扫描线产生更均匀的照明。对接触式图象传感器进一步存在的需要是能有效地利用来自照明源的照明。
为了促使满足上述需要，本发明者已设计出具有光导向装置的接触式图象传感器。光导向装置聚集来自光源的光并引导它到扫描线区域上。光导向装置还将增加横过扫描区域照明的均匀度并增大照明的深度。
本发明可包含接触式图象传感器，它包括安装在安装面上的光敏光学检测器和光源。光导向装置被设置在光源下面并被定向以引导从光源到光敏光学检测器下面扫描线区域的光路。
本发明还可包含制造接触式图象传感器的方法。该方法包含安装光敏光学检测器在安装面上和邻近光敏光学检测器安装至少一个光源在安装面上。该方法另外包含设置光导向装置在至少一个光源下面以引导从至少一个光源到光敏光学检测器下面区域的光路。
本发明并且可包含具有印刷电路板和安装在印刷电路板上的多个光检测器及多个光源的接触式图象传感器。接触式图象传感器还包含用于引导光从多个光源到多个光检测器下面区域的装置。
本发明例证性的和目前优选的实施例被示于附图中，其中
图1是具有光导向装置的接触式图象传感器的前视图；图2是图1的接触式图象传感器移去外壳沿线2所取的截面的侧视图；图3是示出光检测器和LEDs布局的图1的接触式图象传感器中印刷电路板的表面视图；图4是图1的光导向装置内壁板的左方侧视图；图5是图1中光导向装置内壁板的前视图；图6是图1中光导向装置外壁板的左方侧视图；图7是图1中光导向装置外壁板的前视图；图8是说明按现有技术的接触式图象传感器，横过扫描线照明不均匀度的曲线图；图9是说明按图1中具有光导向装置的接触图象传感器，横过扫描线照明均匀度的曲线图；图10是具有椭圆形光导向装置的接触式图象传感器的侧视图；图11是具有光导向装置的接触式图象传感器的侧视图，该光导向装置含有邻近于照明源的圆柱形透镜；图12是具有光导向装置的接触式图象传感器的侧视图，该光导向装置含有邻近于照明源的散射片；以及图13是具有固体光导管的接触式图象传感器的侧视图。
附图和描述，总的来说，公开了接触式图象传感器10，它包括被安装在安装面18上的光敏光学检测器14和光源16。光导向装置12被设置在光源16下面并被定向以引导从光源16到光敏光学检测器14下面扫描线区域28的光路26。
附图和描述还公开了制造接触式图象传感器10的方法。该方法包含安装光敏光学检测器14在安装面18上及邻近于光敏光学检测器14安装至少一个光源(例如，38和40)在安装面18上。该方法另外包含设置光导向装置12在至少一个光源(例如，38及40)下面以引导从至少一个光源(例如，38及40)到光敏光学检测器14下面区域28的光路26。
附图和描述也公开了具有印刷电路板18的接触式图象传感器10，该板伴随有多个光检测器(例如，60及62)和多个光源(例如，34及40)被安装到它上面。接触式图象传感器10还包含用于引导光从多个光源(例如，38及40)到多个光检测器(例如，60及62)下面区域28的装置12。
具有光导向装置12的接触式图象传感器10可被用于成象设备，比如扫描仪和传真机，去拍摄对象24比如具有印刷文本或图表的资料图象。具有光导向装置12的接触式图象传感器10在图1-3中被图解说明。具有光导向装置12的接触式图象传感器10包含被安装到安装面，比如印刷电路板18，的光学检测器14和照明源16。印刷，电路板18最好被安装到外壳20，它使接触式图象传感器10保持紧凑的结构。透镜22被安装到外壳在光学检测器14的下面以引导并聚焦从对象24所反射的成象光到光学检测器14。光导向装置12被安装到透镜22和外壳20在照明源16的下面。光导向装置12引导光从照明源16沿光路(例如，26及26’)到对象24上的扫描区28。成象光从所照明的扫描区28中对象24上的扫描线32被反射。成象光沿成象光路30及30’传播通过透镜22到光学检测器14。成象光被光学检测器14转换成代表对象24上亮暗图样的图象数据。
如果接触式图象传感器10不象待扫描的对象24一样宽，则在扫描运行期间接触式图象传感器10按曲线或曲折的方式扫过对象24。这种扫掠动作产生连贯的图象条或行，它们随后应该借助缝合算法被缝合在一起以产生对象24的完整图象。
在优选的实施例中，一对位置检测器或定位器34和36被设置在印刷电路板18上以检测并跟踪接触式图象传感器10在对象24上的移动。定位器34和36提供与光学检测器14所形成的图象数据行相配合的位置信息。缝合算法然后能根据扫描图象行利用位置信息去建立对象24的完整图象。
示范性的定位系统和缝合算法在Allen等人关于“用于检测定位传感器相对于对象移动的定位技术”的5,644,139号美国专利和Allen等人关于“补偿非直线移动的徒手图象扫描设备”的5,578,813号美国专利中公开。 这两者在这里关于它们公开的全部内容专门被引入供参考。然而，由于可被使用在这种具有光导向装置12的接触式图象传感器10中的缝合算法的细节并不需要理解或实地应用本发明，可被利用的特殊的缝合算法在这里将不被更详细地描述。
具有光导向装置12的接触式图象传感器10提供了实际的好处，包括被增大的横过扫描线32的照明均匀度。在优选的实施例中，照明源16包含发光二极管(LEDs)(例如，38及40)阵列，这些发光二极管随同它们之间的空隙(例如42)横跨印刷电路板18被放置。光导向装置12把来自LEDs(例如，38及40)的光横过扫描线32扩展得更加均匀，减小了来自单个LED的局部光效应。
具有光导向装置12的接触式图象传感器10还有效地利用了来自照明源16的光。LEDs(例如，38及40)一般遍及很宽阔的方向范围发射光，其中的大部分并不指向扫描线32。光导向装置12使这样的光改变方向朝着扫描线32。相应地，光导向装置12减少了接触式图象传感器10内部的杂散光。如果来自照明源16的杂散光到达光学检测器14，则图象数据被退化并且最后的图象质量被降低。光导向装置12有助于防止杂散光到达光学检测器14。
具有光导向装置12的接触式图象传感器10也为改进对象24上扫描区28的照明深度创造了条件。如果没有光导向装置12，接触式图象传感器一般应该被放置得与对象24充分紧密的接触。从照明源发射的光遍布整个半球形，所以只有一小部分光指向扫描区28，每单位角度的光通量是比较小的。如果不具有光导向装置12的接触式图象传感器被倾斜或被从对象24稍微移开，则扫描区28上照明程度将迅速下降，导致不合乎需要的暗图象或很不均匀的图象。然而，光导向装置12把光从照明源16引导到扫描区28上，以便即使接触式图象传感器被倾斜或被从对象24稍微移开，图象并不那么迅速变暗。由于光被更多地聚焦并引导向扫描区28，每单位角度的光通量变大并且强度不随距照明源距离的加大而那么快地下降。光导向装置12还降低了不均匀的局部光效应，这种效应在不具有光导向装置的接触式图象传感器从对象24被移开时随距离而增强。
具有光导向装置12的接触式图象传感器10还比以前的接触式图象传感器更紧凑并更便宜。如果不具有光导向装置12，照明源16一般被安装在独立的电路板上并靠近扫描区成一个角度被设置。光导向装置12借助其附属的导线，电的互连及安装硬件排除了对附加的电路板的需要。具有光导向装置12的接触式图象传感器10因而易于组装，成本更低，并且更不易出故障。具有光导向装置12的接触式图象传感器10可用更小而且更轻的扫描仪，传真机或其他成象设备。
在已经简短地描述了具有光导向装置12的接触式图象传感器10和它的一些附加的重要性能和优点后，具有光导向装置12的接触式图象传感器10的各种实施例现在将被详细描述。然而，在开始详细描述之前，应注意到具有光导向装置12的接触式图象传感器10并不局限于随同任何特定类型或式样的扫描设备去使用。
在优选的实施例中，具有光导向装置12的接触式图象传感器10包含U形的外壳20，它具有按彼此隔开的平行关系借助底部或接触面48被连接的基本上平的左侧壁44和右侧壁46。外壳20还具有扩展在侧壁44与46之间并从接触面48升高的背面(未示出)。接触面48最好是平的并且包含使照明和成象光能进入并穿出接触式图象传感器10到对象24上的扫描区28的开口或窗口(例如23)。接触面48还含有使定位器34和36能到对象24的扫描部分的开口。外壳20具有约10.3mm的高度50，它足够高去容纳接触式图象传感器10所需要的部件(例如，14,16,12及22)。外壳20具有约128.0mm的长度52，它足够长去容纳印刷电路板18，光导向装置12和透镜22。
外壳20可以用任何合适的方式和材料，比如用有30％玻璃纤维充填的塑性聚碳酸酯材料模压被制造。外壳20最好不透光并是黑色的以促进防止杂散光到达光学检测器14，并且足够坚固去支持接触式图象传感器10的部件成一直线。
印刷电路板18被安装在U形外壳20的侧壁44与46之间。在优选的实施例中，印刷电路板18平行于接触面48被设置，并用从WestCoast Lockwasher公司可买到的零件号为8063-08000551的“按压螺母”被连接到外壳20。外壳20上的塑料支柱穿过印刷电路板18上的小孔，而按压螺母被放置在塑料支柱末端上面以保持印刷电路板18在适当位置贴着外壳20。按压螺母是具有星形内面的锥状垫圈。一旦他们被按压在塑料支柱上，星状造型与支柱啮合以防止按压螺母的移开。换一种方法，印刷电路板18可利用塑料热定形柱连接到外壳20。
印刷电路板18，如在图3被彻头彻尾看到的，是具有导电体被放置在其上并被嵌入在那里的标准的绝缘基片。集成电路和其他电装置在机械上和上被电连接到印刷电路板18。特别是，印刷电路板18固定住光学检测器14、照明源16、两个定位器34和36、以及其他电装置和图象处理电路54。印刷电路板18具有约15.0mm的宽度56和约123.0mm的长度58。
具有光导向装置12的接触式图象传感器10还包含用于将成象光转换成电信号的光学检测器14。光学检测器14最好包含直线状的一排互补型金属氧化物半导体(CMOS)光检测器(例如，60及62)，比如从Plano,TX的Texas Advanced Optoelectronic Solutions股份有限公司可买到的TSL 1301型的。这些CMOS光检测器由102个光电二极管组成，也被配置成直线状的一排。光投射在光电二极管上生成电流，它被与那些象素相联系的有源集成电路综合。在综合期间，抽样电容器通过模拟开关连接到积分器的输出。在每个象素所积累的电荷数量正比于光强和综合时间。
光学检测器14可替换地包含各种各样现在已知的或今后可被开发的检测器系统，它们适用于产生与由被扫描对象24所反射的成象光相关的图象数据。因此，本发明不应被认为局限于任何特殊类型的光学检测器。
在光学检测器14中的CMOS光检测器(例如，60及62)被头尾相连尽可能靠近地排列以形成连续的CMOS光检测器线。在一种优选的实施例中，光学检测器14包括14个CMOS光检测器(例如，60及62)。光学检测器14借助一组丝焊接头64被连接到印刷电路板18，接头被涂盖在用于防护的密封剂66内。
光学检测器14被定向以使丝焊接头64和密封剂66在最靠近照明源16的旁边。结果是，密封剂66形成在光学检测器14与照明源16之间的不透明的屏障。密封剂66被涂得足够厚以使它基本上扩展在光学检测器14的表面上。例如，密封剂66可扩展约1.5mm的距离68超出印刷电路板18的表面(或高于光学检测器14的表面约1.1mm)。如在下文将被进一步详细讨论的，光导向装置12被设置得非常靠近印刷电路板18。密封剂66和光导向装置12因而形成防止任何来自照明源16的杂散光到达光学检测器14的遮护物。
密封剂66可以包含能流过和围绕丝焊接头64并且接着凝固成刚性状态的任何材料。在优选的实施例中，密封剂66包含从CA的Dexter工业股份有限公司可买到的HYSOL FP 4652低应力密封剂和HYSOL CNB 798-2流量控制挡料圈。流量控制挡料圈被用于建立环绕丝焊接头的屏障，它随后被填入不太粘稠的低应力的密封剂。
具有光导向装置12的接触式图象传感器10还包含被设置在光学检测器14下面的透镜22。透镜22引导并聚焦从扫描线32所反射的成象光到光学检测器14上。在接触式图象传感器10中，透镜22具有基本上等于1.0的放大率或放大系数。透镜22最好包含杆状透镜阵列，或折射率缓变透镜。折射率缓变(GRIN)透镜包含被并排安装在单个外壳中的直线性的一排玻璃或塑料圆杆。每个圆柱体借助由折射率从圆柱体中央到边缘平滑改变造成的折射引导光。在优选的实施例中，透镜22可包含GRIN透镜，比如借助名称SELFOC出售的类型，它是Nippon Sheet Glass有限公司的注册商标，零件号SLA-20DF，具有约4.3mm的高度70和约125.8mm的宽度72。每根杆具有约0.6mm的直径。透镜22胶粘地安装在外壳20的后部，在约2.5mm的距离74低于光学检测器14并约3.1mm的高度80高于对象24处。
具有光导向装置12的接触式图象传感器10另外包含照明源16。照明源16产生多条光线，它们穿过外壳接触面48上的窗口23照明对象24上的扫描区28。照明源16可包含任何适合于提供多条光线的各种各样的光源。作为例子，在一种优选的实施例中，照明源16包含多个发光二极管(LEDs)(例如，38及40)，它们按彼此隔开的关系被表面固定架焊接到印刷电路板18上。每个发光二极管(例如，38及40)可包含能从Palo Alto,CA.的Hewlett-Packard公司买到的零件号为HSMA-S 690的LED。照明源16最好包括在其间留下空隙(例如，42)的12个LEDs(例如，38及40)。LEDs(例如，38及40)横过印刷电路板18被近似均匀地隔开，但LEDs(例如，38及40)的某些移动能改善横过扫描线32的照明均匀度。在一种优选的实施例中，LEDs(例如，38及40)被相互隔开约11.0mm的距离78。照明源16以距光学检测器14约4.0mm的距离78被连接到印刷电路板18。
如果具有光导向装置12的接触式图象传感器10比目标对象(例如，24)窄，接触式图象传感器10还可包含一个或更多的位置检测器或定位器(例如，34及36)，它们被安装到印刷电路板18和外壳20。每个定位器包含被丝焊到印刷电路板18的光检测器伴随着丝焊接头被涂盖在密封剂内。透镜(未示出)被设置在每个光检测器下面，并且定位器LED(未示出)被安装到外壳20以穿过外壳接触面48上窗口照明资料24的一些部分。定位器LEDs被定向以使它们以掠射角照明对象24。被反射的定位器成象光传播穿过定位器透镜朝向定位器光检测器，它们将定位器成象光转换成图象数据。图象数据然后能借助缝合算法被用于形成对象24的完整图象。
光导向装置12被安装在接触式图象传感器10中照明源16的下面，以使从照明源16的光路(例如，26及26’)以光学检测器14和透镜22下面的扫描区28为目标。在一种优选的实施例中，光导向装置12包含内壁板80和外壁板82，它们在照明源16下面并邻近透镜22按彼此隔开的关系被放置。内壁板80和外壁板82相向的表面形成反射通道，照明光路(例如，26及26’)通过它前进。光导向装置12最好包含反射的铝片，它们在冲压作业中被定尺寸并成形。例如，光导向装置12可用能从Pittsburgh,PA的Alcoa公司买到的ULTRABRITE,EVERBRITE,或COILZAK最好具有约0.4mm的厚度的铝材冲压成形。
另一方面，光导向装置12可包含模压的塑料部件，它们或是天然反射的或是用反射材料涂盖的。光导向装置12也可包含其他的反射材料，比如具有按需要的坚硬支撑部件的聚酯薄膜(MYLAR)。
内壁板80，在图4和图5中彻头彻尾地被看到，是具有至少约70％反射率(尽管具有较低反射率的光导向装置仍将改进照明均匀度到相当的程度)的被抛光的细长的反射板。内壁板80具有约125.6mm的长度110，扩展在外壳20的侧壁44与46之间。内壁板80被折成三个部分，较高的部分84，中间部分86和较低的部分88。较高部分基本上是竖直的并具有约0.8mm的高度90。中间部分86成约135度的角92被倒折朝向透镜22。中间部分86具有约2.4mm的度高94。较低部分88从中间部分86成约135度的角96被向前折。内壁板80的几部分84,86和88在终端100和102之间是平坦的以平行于扫描线32。内壁板80使用胶粘层被安装到透镜22的侧面104。换一种方法，内壁板80可被安装在外壳20的两端44和46之间。
外壁板82，在图6和图7彻头彻尾地被看到，也是具有至少约70％反射率的被抛光的细长的反射板。外壁板82具有约125.6mm的长度112，扩展在外壳20的侧壁44与46之间并与内壁板80共同扩展。外壁板82被折成两部分，较高部分106和较低部分108。较高部分106基本上是竖直的并具有约3.3mm的高度116。较低部分108被倒折离开较高部分106成约156度的角118朝向内壁板80。较低部分108具有约4.7mm的高度120。
光导向装置12另外包含一对垫片构件靠近它们的终端扩展在内壁板80与外壁板82之间。在一种优选的实施例中，外壁板82包含从左侧124或终端扩展的左垫片122。外壁板82还包含右垫片(未示出)，它是左垫片122的镜象并且它从外壁板82的右侧126扩展。
垫片(例如，122)在内壁板80与外壁板82之间扩展以帮助保持壁板80与82的正确间隔和相对取向。垫片(例如，122)也是反射的，促使来自照明源16照明的有效利用。
现在参看图6，左垫片122与外壁板82的较低部分108是集成的。左垫片122成直角从较低部分108被倒折，以致含有左垫片122的平面垂直于含有较低部分108和较高部分106的平面。左垫片122具有约4.7mm的高度128和约3.0mm的宽度130。左垫片122当被折时具有邻近内壁板80被放置的内侧面134和位于邻近外壁板82较高部分106的外侧面136。左垫片122具有基本上长方的形状，它是竖直的以致外侧面136平行于外壁板82的较高部分106。
左垫片122的顶部138被设置在低于外壁板82的顶部140约2.2mm的距离132处。左垫片122的内侧面134因而保持平贴于内壁板80的较低部分88。用另一种方法，左垫片122可被扩展到光导向装置12的顶部140，但于是必须具有更复杂的形状以保持平贴于内壁板80的较低部分88，中间部分86及较高部分84。左垫片122的底部142延伸到或接近于外壁板82的底部144。
另一方面，左垫片122可是与外壁板82的较高部分106，或与内壁板80的任何部分84,86或88是集成的。左垫片122也可是独立的构件，它被安装到内壁板80，外壁板82或外壳20，或可是简单地被模压到外壳20中的反射或不反射的区域。
左垫片122的详细描述也适用于镜象的右垫片(未示出)。
内壁板80和外壁板82的较高部分90和106分别位于照明源16的两侧并隔开约1.5mm的距离114。光导向装置12被调整以使照明源大致被放在内壁板80与外壁板82之间的中心。内壁板80和外壁板82的较高部分90和106最好延伸到足够靠近印刷电路板18以与密封剂66形成遮护物而去防止杂散光越过光导向装置12的顶部漏出。
重要是注意象借助部分高度(例如，90及116)和角度(例如，92和118)所确定的光导向装置12的结构并不必需被优选用于最佳地聚焦并引导来自照明源16的光。倒不如说，在遵循接触式图象传感器10的限制的同时，光导向装置12的结构被设计成尽可能接近于最佳状态。换一种方法，光导向装置12可利用供光学设计用的计算机程序，比如Tucson,AZ的Breault Research Organization有限公司可得到的，与适应于被优化的光导向装置12的接触式图象传感器10一起被优化。
在具有光导向装置12的接触式图象传感器10的运行期间，照明源16产生沿着各种光路(例如，26及27)的光线进入光导向装置12。光路(例如，26及27)从光导向装置12的墙壁或壁板80及82反射并沿被反射的光路(例如，26’,27’及27″)脱离光导向装置12和接触式图象传感器10到对象24上的扫描区28。成象光从对象24被反射并沿光路30传播进入透镜22。成象光然后沿光路30’穿过透镜22到光学检测器14。光学检测器14然后产生代表成象光的电信号。
现在参看图8和图9，在具有和不具有光导向装置12的接触式图象传感器中扫描线照明均匀度的图解表示将被讨论。每个图展示当用8位数字化仪被度量时光强的曲线，数字化仪将光强定标为从0到255。Y轴因而对应于光强而X轴对应于当被横过光学检测器14的1428个象素检测时在均匀对象24上的扫描线。
如图8中所示，在不具有光导向装置12的接触式图象传感器中横过扫描线的照明强度变化很大。在这种接触式图象传感器中，18个LEDs横过电路板被隔开并成一定角度被放置在扫描线32的附近。在图8曲线中一系列的峰(例如，146,148及150)对应于在LEDs下面的扫描线32上的亮点。在图8曲线中一系列的谷(例如，152和154)对应于在LEDs之间空隙下面的扫描线32上的暗点。这些峰和谷(例如，146及152)导致具有亮条纹和暗条纹的不均匀的被扫描图象。这些峰和谷(例如，146及152)可借助后处理软件稍微被补偿。然而，后处理软件降低扫描过程的速率并且不是完全有效的。正如从图8的曲线不被弄清楚的，在各个LEDs之间的间距能如何被调节以增加均匀度，峰和谷(例如，146及152)也使设计的过程复杂化。
相反，具有光导向装置12的接触式图象传感器10提供多得多的横过扫描线32的均匀照明，如图9中所说明的。在图8中造成峰和谷(例如，146及152)的局部光效应被大大地降低。〔小的尖端(例如，156及158)对应于将成象光传输到光学检测器14的折射率缓变(GRIN)透镜22中每个管子或圆柱。〕借助在接触式图象传感器10中光导向装置12提供的均匀照明也有助于照明源16的设计。随着图8的峰和谷(例如，146及152)的减弱，调节LEDs(例如，38及40)之间的空隙以更进一步弄平图9的曲线成为更加简单。例如，显然增加一些LEDs(例如，38及40)的间距会降低小的留下的小峰(例如，160及162)而不加深凹谷。在印刷电路板18终端的LEDs还可进一步被隔开以消除由反射垫片(例如，122)造成的小峰164和166也是明显的。这说明由于光导向装置12所造成的有效利用来自照明光源16的光。(由于接触式图象传感器10的部件运行特性的正常变动，照明的一些不均匀度当然被预料到)。
由光导向装置12提供的照明均匀度也可通过有选择地改变光导向装置12的反射率被改善。例如，正好在每个LED(例如，38及40)下面的区域中的光导向装置12的反射率能被降低以阻止强度的峰在它们下面。这可以或是通过利用较少反射的涂层或是通过使光导向装置12的表面具有某种结构而被实现。在一种实施例中，大约2mm宽和3mm高的较低反射率的长方形被放置在正好每个LED(例如，38及40)下面的内壁板80和外壁板82相向的表面上。
现在参看图10，接触式图象传感器210的另一种实施例可包含椭圆形的光导向装置212。如同上面讨论的接触式图象传感器10一样具有椭圆形光导向装置212的接触式图象传感器210包含被安装到印刷电路板218上的光学检测器214和照明源216。透镜222被安装到光学检测器214下面的外壳(未示出)，而定位器234也可被安装到印刷电路板218上。
椭圆形的光导向装置212包含以相向的凹面按分隔开的关系被放置的弯曲的内壁板280和外壁板282。弯曲的内壁板280胶粘地被安装到透镜222的侧面304上，或可被安装到外壳，而弯曲的外壁板282如上面描述的被安装到外壳。
弯曲的内壁板280和外壁板282的顶部284和340分别位于照明源216的两侧并尽可能靠近印刷电路板218被放置。平面反射镜308在较低端与弯曲的外壁板282整体地被形成，并成大约157.5度的角度318被折向透镜222。
抛物面反射器的参数依赖于接触式图象传感器210的大小和结构。而且，弯曲的内壁板280和弯曲的外壁板282不需要精确是椭圆形的。如上面所讨论的，椭圆形的光导向装置212可以偏离最佳的光传输形状被改进以接受接触式图象传感器210的约束。然而，在优选的椭圆形光导向装置212中焦点都被设置在照明源216和扫描区228处。
在具有椭圆形光导向装置212的接触式图象传感器210运行的期间，照明源216产生的光线沿着不同的光路(例如，226及227)进入光导向装置212。光路(例如，226及227)从椭圆形光导向装置212的弯曲壁板280和282反射并且沿着被反射的光路(例如，226’,227’及227″)从椭圆形的光导向装置212和接触式图象传感器10中出来到透镜222下面的扫描区228。成象光从对象224被反射并沿着光路230传播进入透镜222。成象光然后沿着光路230’穿过透镜222到光学检测器214。光学检测器214然后生成代表成象光的电信号。
在图11中被说明的另一种实施例中，具有光导向装置412的接触式图象传感器410是与图1到图3中所示和上面描述的具有光导向装置12的接触式图象传感器10同样被构成的，除了透镜413被安装在内壁板480和外壁板482各自的上面部分484和506之间。透镜413是圆柱形透镜，它的大小适合于被紧贴装配在内壁板480和外壁板482之间以及在外壳的终端(未示出)之间。圆柱形透镜413与照明源416非常靠近或相接触地被设置。圆柱形透镜413借助将光线聚焦进入光导向装置412和增大光导向装置412的焦度而加强光导向装置412的作用。其它以大角度进入光导向装置412的光线将在光导向装置412里面内反射多次，损失强度。光线还会以不合乎需要的大角度离开光导向装置412并且不能到达扫描区428。
在图12中说明的另一个实施例中，具有光导向装置612的接触式图象传感器610是与图1到图3中所示和上面描述的具有光导向装置12的接触式图象传感器10同样被构成的，除了散射片621被安装在内壁板680和外壁板682各自的上面部分684和706之间。散射片621基本上是透明的片，它的大小适合于被紧贴装配在内壁板680和外壁板682之间以及在外壳的终端(未示出)之间。散射片612基本上使来自照射源616的全部光能进入光导向装置612。然而，光穿过片612时被散射，这增加了横过扫描线的照明均匀度。散射片612可包含从Minneapolis,MN的3M公司可买到的号码DFA-20的零件。散射片612可胶粘地被安装到内壁板680和外壁板682的上面部分684和706或可被安装到外壳。
现在参看图13，接触式图象传感器810的另一种实施例可包含固体光导管812。如同上面讨论的接触式图象传感器10一样，具有固体光导管812的接触式图象传感器810包含被安装到印刷电路板818上的光学检测器814和照明源816。透镜822被安装到光学检测器814下面的外壳(未示出)，并且定位器834也可被安装到印刷电路板818上。
固体光导管812可由任何具有折射率大于空气的基本上透明的材料制成。由于折射率的结果，仅当光线相对于光导管812的侧面接近法角时光线才可进出光导管812。任何射到固体光导管812侧面的具有入射角大于对光导管材料临界入射角的光线将被内反射，正如在光路826中所见的。被设置在照明源816下面的固体光导管812的顶部825从而最好是平行于照明源816的。同样地，固体光导管812的底部827是垂直于扫描区828照明的优选方向，比如沿着所说明的被反射的光路826’。
杂散光遮护物或反光镜可被放置在照明源816的旁边以引导光线进入固体光导管812。换句话说，主要发射直接进入固体光导管812的照明源816可被选择。
如果需要将来自照明源816的光在它进入光导管812时散射，可使固体光导管812的顶端825稍微具有某种结构。固体光导管812可像上面讨论的不同实施例中那样相同大小被成形。
在具有固体光导管812的接触式图象传感器810运行期间，照明源816产生光线，它沿着多种光路(例如，826)进入固体光导管812。光路(例如，826)从固体光导管812的侧面(例如，882)被内反射并沿着被反射的光路(例如，826’)从固体光导管812和接触式图象传感器810中出来到透镜822下面的扫描区828。来自对象的成象光被反射并沿着光路830传播进入透镜822。成象光然后沿着光路830’穿过透镜822到光学检测器814。光学检测器814然后生成代表成象光的电信号。
尽管本发明例证性的和现在优选实施例在这里被详细地描述，但应理解到发明概念可用各种其他方法被具体化并被应用。例如，光导向装置12可按许多替代的样式被成形以适应接触式图象传感器的不同结构。附加的权利要求是用来被认为去包括这些变更的，除了因被现有技术所限制的。
权利要求
1．接触式图象传感器(10)，包含安装面(18)；被安装在该安装面上的光敏光学检测器(14)；被安装在该安装面上的光源(16)；以及被设置在该光源下面的光导向装置(12)，该光导向装置被定向以引导从该光源到在该光敏光学检测器下面扫描线区(28)的光路(例如，26及27)。
2．权利要求1的接触式图象传感器，另外包含被设置在该光敏光学检测器下面的透镜(22)以使在该扫描线区与该光敏光学检测器之间延伸的被反射的光路(例如，30)穿过该透镜。
3．权利要求2的接触式图象传感器，其中该透镜包含折射率缓变透镜。
4．权利要求1的接触式图象传感器，其中该光源包含多个发光二极管(例如，38及40)。
5．权利要求1的接触式图象传感器，其中该光导向装置包含具有顶端(825)，底端(827)，前壁和后壁的光导管(812)，该顶端邻近该光源被设置而该底端邻近该扫描线区被设置以使该光路可穿过该光导管的该顶端和该底端以及该光路内反射偏离该前壁和该后壁。
6．权利要求1的接触式图象传感器，其中该光导向装置包含内壁板(80)和外壁板(82)，该内壁板以彼此隔开的关系邻近该外壁板被设置以使该光路可在该内壁板与该外壁板之间通过。
7．权利要求6的接触式图象传感器，其中该内壁板和外壁板各自包含第一个终端(100及124)和第二个终端(102及106)，该光导向装置另外包含第一个垫片部件(122)和第二个垫片部件，该第一个垫片部件延伸在该内壁板的该第一个终端与该外壁板的该第一个终端之间，该第二个垫片部件延伸在该内壁板的该第二个终端与该外壁板的该第二个终端之间。
8．制造接触式图象传感器(10)的方法，包含将光敏光学检测器(14)安装在安装面(18)上；将至少一个光源(16)邻近该光敏光学检测器安装在该安装面上；以及将光导向装置(12)设置在该至少一个光源下面以引导从至少一个光源到该光敏光学检测器下面区域(28)的光路(例如，26及27)。
9．权利要求8的方法，其中该光导向装置包含内壁板(80)和外壁板(82)，并且其中将该光导向装置设置在该至少一个光源下面包含以彼此隔开的关系设置内壁板和该外壁板以使该光路在该内壁板和该外壁板之间通过。
10．接触式图象传感器(10)，包含印刷电路板(18)；被安装到该印刷电路板上的多个光检测器(例如，60及62)；被安装到该印刷电路板上的多个光源(例如，38及40)；以及用于将来自该多个光源的光引导到在该多个光检测器下面区域(28)的装置(12)。
全文摘要
接触式图象传感器(10)包含被安装在安装面(18)上的光敏光学检测器(14)和光源(16)。光导向装置(12)被设置在光源下面并被定向以引导从光源到在光敏光学检测器下面扫描线区(28)的光路。
文档编号H04N1/028GK1303069SQ0110124
公开日2001年7月11日 申请日期2001年1月4日 优先权日2000年1月4日
发明者D·D·波恩, E·A·米克施, R·A·达维斯, K·M·马霍尼 申请人:惠普公司