具有多焦距及多分辨率的接觸式影像掃描儀的制作方法

專利名稱：具有多焦距及多分辨率的接觸式影像掃描儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有多焦距及多分辨率的接觸式影像掃描儀，尤其涉及一種可應用于具有不同掃描影像焦距的待掃描對象的接觸式影像掃描儀。
背景技術：
接觸式影像傳感器(contact image sensor，CIS)模塊的工作原理是將光源所產生的光線照射到待掃描的稿件上，經過鏡片組的反射，再聚集于電荷耦合元件(charge-coupled device，CCD)或是互補式金屬氧化物半導體(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)之上由其接收后，利用這類型的感光元件將光的信號轉變為電的信號，進而產生出模擬或數字像素(pixel)數據。在掃描的過程中，由于CCD可以檢測影像上不同區域反射回來不同強度的光，因此利用紙張上較暗的區域反射較少的光、較亮的區域反射較多的光的原理，可以將CCD所反射的光波轉換為模擬或數字數據，此電信號會與光的強度成正比，最后，再使用與CIS兼容的文字或影像掃描軟件讀入這些數據，并將其重組為計算機影像文件。
由于優異的CIS取像表現仰賴成熟的光控制技術，因此由光學模塊所獲取的影像質量不但重要，還是影響CIS運作表現的主要成因之一。
目前主流的光學影像的取像方法即為前述被稱為接觸式影像傳感器(contact image sensor，CIS)的技術，其是以模塊化的型態，將光源、柱狀透鏡、感測基板及外殼等組合在一起。
請參考圖1(a)，其為公知技術中應用接觸式影像傳感器技術的掃描模塊的結構圖。其中，掃描模塊10由光源11、柱狀透鏡(Rod lens)12、間距元件(spacer)13、玻璃(cover glass)14以及電路板15所共同結合而成；而電路板15上還具有由CCD或是CMOS所構成的一感光元件16。
在利用掃描模塊10進行掃描對象的過程中，以玻璃14為基準面，藉由間距元件13來保持柱狀透鏡12至掃描對象的焦距為一固定距離，再藉由柱狀透鏡12將光源11發出的光經對象反射之后所產生的物像聚焦至感光元件16上，以獲得影像的信號。由于一般的待掃描對象17通常與玻璃14平貼，因此非常容易保持固定的焦距，使得掃描質量良好，如圖1(b)所示。
當待掃描對象為幻燈片、底片等時，如圖1(c)所示，因為待掃描對象18所具有的外框造成被掃描面并非平貼在玻璃14上，而是與玻璃14之間具有一段距離時，此時傳統的掃描設備并無法同時適用兩種不同位置的被掃描對象(平貼玻璃14及位于玻璃14的上方)，而容易造成影像擷取質量的調變轉換函數(MTF，Modulation Transfer Function)不良，因此其掃描質量始終為人所詬病。
要解決上述因具有不同掃描影像焦距的待掃描對象所造成的問題，目前較為普遍的技術是使用可變化高度的間距元件13，也就是說，藉由升降技術來改變間距元件13的位置，進而調整圖1(b)及圖1(c)中所需的不同的相對焦距，使得柱狀透鏡12的表面到不同的被掃描對象17(平貼玻璃)或18(在玻璃上方)的距離皆能相同。然而，因為間距元件13一般以塑料滾珠、鋼珠、滑軌等組合而成，其所具有公差、變形、磨損等因素很容易在使用的過程中使得升降的高度在精確度的控制上變得困難；另外，若是須使用小尺寸的待掃描對象，例如幻燈片、底片等，而須要較高分辨率的掃描時，也無法使用一般的掃描儀，而須更換成具有更高分辨率的接觸式影像掃描儀，這不但相當不方便，也不符合經濟原則。
為了消除這種問題，日本專利特開2004-126284號公報提出了一種具有雙焦距及雙分辨率的接觸式影像掃描儀，如圖2(a)及(b)所示。
與前述諸多技術不同的是，其利用兩排平行排列于電路板25上的感光元件陣列(array)26及27，分別對應具不同焦距的柱狀透鏡22及23，來適應具有不同掃描影像焦距的待掃描對象28及29，以消除其所造成成像不良的問題，請參閱圖2(a)及(b)的示意圖。
從表面上來看，日本專利特開2004-126284號公報似乎已經解決了現有技術所面臨的所有問題，實則不然，對于熟悉接觸式影像掃描儀的成像原理及制作技術的技術者來說，該日本專利的技術不但適用范圍狹小，且制造了更多使用上的問題。
首先，固定以平行方式排列的感光元件陣列26及27，限制了與其對應的柱狀透鏡22及23的相對位置及排列方式，連鎖性地使得該接觸式影像掃描儀的體積受到限制，為了滿足裝置微型化的趨勢，勢必要對所使用的柱狀透鏡的數目作限制，這也是該專利僅適用于兩組柱狀透鏡的原因。
其次，由于只有兩組柱狀透鏡和感光元件陣列，因此該專利在待掃描對象可應用的范圍上便受到相當的局限，也即，可以應用的待掃描對象28及29的不同掃描影像焦距范圍不夠廣泛。
再者，感光元件陣列26及27、柱狀透鏡22及23、以及電路板25的相對位置皆為固定，與現有技術比較起來雖然增加了一個不同的掃描焦距及分辨率，實際上其掃描焦距及分辨率仍然不具有可調變性，所以仍然只能治標而不能治本。

發明內容
本發明的主要構想為提出一種具有多焦距及多分辨率的接觸式影像掃描儀，其可應用于具有不同掃描影像焦距的待掃描對象。
具體地說，本發明提供一種具有多焦距及多分辨率的接觸式影像掃描儀，包括一電路板；至少兩組感光元件陣列，由一第一組及一第二組感光元件陣列構成，這兩組感光元件陣列彼此間沿子掃描方向首尾相連形成單排排列而位于該電路板上；至少一組柱狀透鏡，由一第一及一第二柱狀透鏡構成，該第一及該第二柱狀透鏡分別對應該第一組及該第二組感光元件陣列而懸設于這兩組感光元件陣列上方；以及一第一玻璃，懸設于該組柱狀透鏡上方。其中，利用這兩組感光元件陣列與該組柱狀透鏡所形成的至少兩種焦距及分辨率，針對置于該第一玻璃上的不同的待掃描對象以進行掃描。
根據上述構想的接觸式影像掃描儀，是使用接觸式影像傳感器(contactimage sensor，CIS)技術。
根據上述構想的接觸式影像掃描儀還具有一外殼，用以封裝該電路板、這兩組感光元件陣列、該組柱狀透鏡、及該第一玻璃。
根據上述構想的接觸式影像掃描儀，其中該第一組及該第二組感光元件陣列分別由多個第一感光元件及多個第二感光元件構成，該第一感光元件及該第二感光元件的厚度可相同或不同。
根據上述構想的接觸式影像掃描儀，其中該第一感光元件及該第二感光元件的厚度根據該第一玻璃至這兩組感光元件陣列的垂直距離、以及該第一玻璃的厚度而自由選定。
根據上述構想的接觸式影像掃描儀，其中該第一及該第二柱狀透鏡的焦距可相同或不同。
根據上述構想的接觸式影像掃描儀，其中該第一及該第二柱狀透鏡的焦距根據該第一感光元件及該第二感光元件的厚度、該第一玻璃至這兩組感光元件陣列的垂直距離、以及該第一玻璃的厚度而自由選定。
根據上述構想的接觸式影像掃描儀，其中該第一柱狀透鏡與該第一組感光元件陣列之間還具有一第二玻璃。
根據上述構想的接觸式影像掃描儀，其中該第一組感光元件陣列與該電路板之間還具有一間距元件。
本發明還提供一種具有多焦距及多分辨率的接觸式影像掃描儀，包括至少一第一電路板及一第二電路板；至少兩組感光元件陣列，由一第一組及一第二組感光元件陣列分別位于該第一及該第二電路板所構成，這兩組感光元件陣列彼此間沿子掃描方向首尾相連形成單排排列；至少一組柱狀透鏡，由一第一及一第二柱狀透鏡構成，該第一及該第二柱狀透鏡分別對應該第一組及該第二組感光元件陣列而懸設于這兩組感光元件陣列上方；以及一玻璃，懸設于該組柱狀透鏡上方。其中，利用該第一電路板及該第二電路板之間相對位置的調整，使得這兩組感光元件陣列與該組柱狀透鏡形成至少兩種焦距及分辨率，針對置于該玻璃上的不同的待掃描對象以進行掃描。
根據上述構想的接觸式影像掃描儀，其中該第一電路板及該第二電路板之間以連接器(connecter)相連接。
本發明還提供一種具有多焦距及多分辨率的接觸式影像掃描儀，包括至少一第一電路板及一第二電路板；至少兩組感光元件陣列，由一第一組及一第二組感光元件陣列分別位于該第一及該第二電路板所構成，這兩組感光元件陣列彼此間形成平行排列；至少一組柱狀透鏡，由一第一及一第二柱狀透鏡構成，該第一及該第二柱狀透鏡分別對應該第一組及該第二組感光元件陣列而懸設于這兩組感光元件陣列上方；以及一玻璃，懸設于該組柱狀透鏡上方。其中，利用該第一電路板及該第二電路板之間相對位置的調整，使得這兩組感光元件陣列與該組柱狀透鏡形成至少兩種焦距及分辨率，針對置于該玻璃上的不同的待掃描對象以進行掃描。
本發明還提供一種具有多焦距及多分辨率的接觸式影像掃描儀，包括一電路板；至少兩組感光元件陣列，由一第一組及一第二組感光元件陣列構成，這兩組感光元件陣列彼此間形成平行排列而位于該電路板上；至少一組柱狀透鏡，由一第一及一第二柱狀透鏡構成，該第一及該第二柱狀透鏡分別對應該第一組及該第二組感光元件陣列而懸設于這兩組感光元件陣列上方；一第一玻璃，懸設于該組柱狀透鏡上方；以及一第二玻璃，懸設于該第一柱狀透鏡與該第一組感光元件陣列之間。其中，利用這兩組感光元件陣列、該組柱狀透鏡、與該第二玻璃所形成的至少兩種焦距及分辨率，針對置于該玻璃上的不同的待掃描對象以進行掃描。
根據上述構想的接觸式影像掃描儀，其中該第二玻璃可由折射率范圍在1.3～1.7之間的透明樹脂代替。
本發明是將不同特性的兩組或多組柱狀透鏡、兩組或多組感光元件、以及一只或兩只以上的電路板組合于一接觸式影像模塊內，成為一組光學元件，能適用于雙或多功能的影像掃描，以滿足不同分辨率的對象掃描或其它不同高度特性的被掃描對象來使用。
本發明是將不同特性的兩組或多組柱狀透鏡、兩組或多組感光元件、以及一只或兩只以上的電路板組合于一接觸式影像模塊內，成為一組光學元件，并搭配系統端的間距元件及玻璃，以掃描具有不同掃描影像焦距的待掃描對象，使得此接觸式影像掃描儀能具有多焦距及多分辨率的一機雙用或多用的功能。
本發明是利用當被掃描面位置不同時需選擇或調整不同的柱狀透鏡、感測元件厚度、間距元件厚度、玻璃厚度等來符合不同高度的掃描面的需求。
本發明在電路板的設計上可將感光元件放在一片或放不同片(兩片或多片)的電路板上，以達到雙或多功能的掃描能力，而當感光元件被放置于不同片的電路板上時，可調整電路板相對于不同高度的位置，以達到所需的光學需求。
本發明針對每一特定的需求(如待掃描對象的高度或分辨率不同)，會有適合的感光元件與柱狀透鏡相配合的固定結構，并可依使用的需求作切換，因此每一特定的被掃描面與焦距位置會是相當準確，所得的掃描質量也能得到良好的質量。
本發明藉由下列附圖及詳細說明，得到更深入的了解。


圖1(a)是公知技術中應用接觸式影像傳感器技術的掃描模塊的結構圖；圖1(b)及圖1(c)是公知技術中接觸式影像掃描儀掃描具有不同掃描影像焦距的待掃描對象的示意圖；圖2(a)及(b)是日本專利特開2004-126284號公報揭示的接觸式影像掃描儀掃描具有不同掃描影像焦距的待掃描對象的示意圖；圖3(a)～(c)是本發明具有多焦距及多分辨率的接觸式影像掃描儀的第一實施例的結構圖；圖4是圖3的第一組感光元件陣列以及第二組感光元件陣列于電路板上形成單排排列的示意圖；圖5是本發明具有多焦距及多分辨率的接觸式影像掃描儀的第二實施例的結構圖；圖6是本發明具有多焦距及多分辨率的接觸式影像掃描儀的第三實施例的第一組感光元件陣列以及第二組感光元件陣列于電路板上形成平行排列的示意圖；以及圖7是本發明具有多焦距及多分辨率的接觸式影像掃描儀的第四實施例的結構圖。
其中10掃描模塊11、21光源12、22、23柱狀透鏡13間距元件14、24、34、341、54、74、741玻璃
342間距元件15、25、35、75電路板16感光元件17、18、28、29、38、39、58、59、78、79待掃描物件26、27感光元件陣列30、50、70接觸式影像掃描儀32、52、72第一柱狀透鏡33、53、73第二柱狀透鏡36、56、76第一組感光元件陣列37、57、77第二組感光元件陣列51、51’連接器55第一電路板55’第二電路板具體實施方式
(第一實施例)請參閱圖3(a)，其為本發明具有多焦距及多分辨率的接觸式影像掃描儀的第一實施例的結構圖。其中，使用接觸式影像傳感器(contact imagesensor，CIS)技術的接觸式影像掃描儀30由第一柱狀透鏡32、第二柱狀透鏡33、玻璃34、電路板35、第一組感光元件陣列36、以及第二組感光元件陣列37共同封裝于一外殼(圖中未示出)所構成。
在接觸式影像掃描儀30之中，第一柱狀透鏡32和第二柱狀透鏡33分別對應第一組感光元件陣列36及第二組感光元件陣列37而懸設于這兩組感光元件陣列上方，玻璃34懸設于該組柱狀透鏡上方，而第一組感光元件陣列36以及第二組感光元件陣列37彼此間形成單排排列而位于電路板35上；如圖4所示，由多個第二感光元件構成的第二組感光元件陣列37可以位于由多個第一感光元件構成的第一組感光元件陣列36的前端或尾端，只要兩組陣列形成單排排列即可。
為了達到雙焦距及雙分辨率的接觸式影像掃描儀的掃描功能，第一感光元件及第二感光元件的厚度可以視需要而選定為相同或不同，其標準根據玻璃34至這兩組感光元件陣列的垂直距離、以及玻璃34的厚度及柱狀透鏡的焦距而自由選定；同樣地，第一柱狀透鏡32及第二柱狀透鏡33的焦距也可以相同或不同，其標準則根據第一感光元件及第二感光元件的厚度、玻璃34至這兩組感光元件陣列的垂直距離、以及玻璃34的厚度而自由選定。
在圖3(a)中，以第一柱狀透鏡32和第一組感光元件陣列36的組合用以掃描一般的待掃描對象38，如紙類(paper type)，而藉由第二柱狀透鏡33和第二組感光元件陣列37的組合用以掃描特殊的待掃描對象39，如幻燈片(film type)及高分辨率的待掃描對象等。
也即，本實施例利用這兩組感光元件陣列與該組柱狀透鏡所形成的至少兩種焦距及分辨率，針對置于該玻璃上的不同待掃描對象以進行掃描；此外，本實施例雖然為雙功能的設計，此設計仍可擴大至多功能的機制，只需增加感光元件陣列及柱狀透鏡的組合即可。
此外，在圖3(a)的結構中，也可以在第一柱狀透鏡32與第一組感光元件陣列36之間、或第二柱狀透鏡33與第二組感光元件陣列37之間設置另一玻璃341，藉由適當地選擇玻璃341的厚度，以達到多焦距及多分辨率的實現；如圖3(b)所示。
同樣的道理，另一種方法則是在第一組感光元件陣列36與電路板35之間、或第二組感光元件陣列37與電路板35之間設置一間距元件342，藉由適當地選擇或調整間距元件342的厚度或高度，以達到多焦距及多分辨率的實現；如圖3(c)所示。
與前述現有技術相比較，本實施例以多組的感光元件陣列與多個柱狀透鏡的組合形成兩種以上的焦距及分辨率，使得接觸式影像掃描儀能夠針對具有不同掃描影像焦距的待掃描對象進行掃描；此外，第一組感光元件陣列36以及第二組感光元件陣列37彼此間單排排列不但可以適應各種不同設計的需求，也能夠節省接觸式影像掃描儀整體的尺寸，達到微型化的目標。
(第二實施例)請參閱圖5，其為本發明具有多焦距及多分辨率的接觸式影像掃描儀的第二實施例的結構圖。與前述第一實施例惟一不同之處在于，此實施例的第一組感光元件陣列56和第二組感光元件陣列57分別位于不同的第一電路板55及第二電路板55’之上，而第一電路板55及第二電路板55’之間以連接器(connecter)51及51’相連接。
和第一實施例相同，由多個第二感光元件構成的第二組感光元件陣列57可以位于由多個第一感光元件構成的第一組感光元件陣列56的前端或尾端，只要兩組陣列形成單排排列即可，如圖4所示。
本實施例較前述第一實施例多出的焦距和分辨率的控制因素在于，在第一實施例中所述的第一感光元件及第二感光元件的厚度、玻璃54至這兩組感光元件陣列的垂直距離、以及玻璃54的厚度等變因的基礎上，增加了第一電路板55和第二電路板55’彼此之間相對位置的調整變因，使得接觸式影像掃描儀50的多焦距及多分辨率的控制能夠更為敏感(sensitive)。
和圖3相似，本實施例以第一柱狀透鏡52和第一組感光元件陣列56的組合用以掃描一般的待掃描對象58，如紙類(paper type)，而藉由第二柱狀透鏡53和第二組感光元件陣列57的組合用以掃描特殊的待掃描對象59，如幻燈片(film type)及高分辨率的待掃描對象等。
同樣地，本實施例仍可擴大至多功能的機制，只需增加電路板、感光元件陣列及柱狀透鏡的組合即可。
與前述的現有技術相比較，本實施例在多組的感光元件陣列與多個柱狀透鏡的組合上增加多個電路板之間相對位置的調整的變因，以形成具有更多種焦距及分辨率的接觸式影像掃描儀，使其能夠針對具有不同掃描影像焦距的待掃描對象進行掃描。
(第三實施例)本發明具有多焦距及多分辨率的接觸式影像掃描儀的第三實施例的結構與第二實施例相似，但惟一不同之處在于，此實施例的第一組感光元件陣列56和第二組感光元件陣列57雖然分別位于不同的電路板上，但由多個第二感光元件構成的第二組感光元件陣列57和由多個第一感光元件構成的第一組感光元件陣列56以彼此平行的方式排列；如圖6所示，第二組感光元件陣列57的長度除了可依被掃描對象的需求制作之外，其相對于X軸的位置也可依設計者的喜好來定義，如圖可在位置1、位置2、位置3或其中間任一位置，其相對于Y軸的位置也可依生產的方便性而作調整。
與前述的現有技術相比較，本實施例除了以多組的感光元件陣列與多個柱狀透鏡的組合形成兩種以上的焦距及分辨率之外，在感光元件陣列組的排列上還增加變化空間，配合多個電路板之間相對位置的調整，使得接觸式影像掃描儀相對于多種具有不同掃描影像焦距的待掃描對象更具有匹配性及選擇性。
(第四實施例)請參閱圖7，其為本發明具有多焦距及多分辨率的接觸式影像掃描儀的第四實施例的結構圖。雖然與第一實施例中使用另一玻璃341的情況相似，此實施例的第一組感光元件陣列76和第二組感光元件陣列77卻位于相同的電路板75上，且彼此間以圖6的方式平行排列。
與前述現有技術相比較，本實施例多了玻璃741的厚度的因素，在多焦距及多分辨率的選擇上更具有變化性，使得接觸式影像掃描儀的運作表現相對于多種具有不同掃描影像焦距的待掃描對象更為靈活。
綜上所述，本發明藉由多個電路板、多組的感光元件陣列與多個柱狀透鏡的組合，配合電路板之間相對位置的調整以及多組的感光元件陣列之間相對位置的變化，以及所選定的感光元件的厚度、玻璃至該感光元件陣列的垂直距離、以及玻璃的長度及厚度，多樣化地形成兩種以上的焦距及分辨率。
由于現有技術中所提到的調整間距元件高度設計的方式，其調整間距元件的高度的公差超過+/-0.1mm以上(滾珠公差約+/-0.025mm，滑軌公差約+/-0.05mm，鋼珠公差約+/-0.025m，另外尚有變形、磨損等問題)，因此將嚴重地影響調變轉換函數的值，相對來說，本發明的優點在于并不會產生額外的公差問題，所得到的掃描質量更佳。
本發明使得接觸式影像掃描儀能夠針對具有不同掃描影像焦距的待掃描對象進行掃描，其不但可以適應各種不同設計的需求，也能夠節省接觸式影像掃描儀整體的尺寸，達到市場所需求的微型化的目標，其應用范圍除了掃描儀之外，也適用于現今風行于市面的多功能打印機(multifuntion printer，MFP)。
本發明可由本領域的技術人員做出改型和變化，但是都不脫離所附權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種具有多焦距及多分辨率的接觸式影像掃描儀，包括至少一第一電路板及一第二電路板；至少兩組感光元件陣列，由一第一組及一第二組感光元件陣列分別位于該第一及該第二電路板所構成，所述兩組感光元件陣列彼此間形成平行排列；至少一組柱狀透鏡，由一第一及一第二柱狀透鏡構成，該第一及該第二柱狀透鏡分別對應該第一組及該第二組感光元件陣列而懸設于所述兩組感光元件陣列上方；以及一玻璃，懸設于該組柱狀透鏡上方；其中，利用該第一電路板及該第二電路板之間相對位置的調整，使得所述兩組感光元件陣列與該組柱狀透鏡形成至少兩種焦距及分辨率，針對置于該玻璃上的不同的待掃描對象以進行掃描。
全文摘要
本發明提供一種具有多焦距及多分辨率的接觸式影像掃描儀，包括至少一第一電路板及一第二電路板；至少兩組感光元件陣列，由一第一組及一第二組感光元件陣列分別位于該第一及該第二電路板所構成，所述兩組感光元件陣列彼此間形成平行排列；至少一組柱狀透鏡，由一第一及一第二柱狀透鏡構成，該第一及該第二柱狀透鏡分別對應該第一組及該第二組感光元件陣列而懸設于所述兩組感光元件陣列上方；以及一玻璃，懸設于該組柱狀透鏡上方；其中，利用該第一電路板及該第二電路板之間相對位置的調整，使得所述兩組感光元件陣列與該組柱狀透鏡形成至少兩種焦距及分辨率，針對置于該玻璃上的不同的待掃描對象以進行掃描。
文檔編號H04N1/024GK101026672SQ20071009141
公開日2007年8月29日 申請日期2004年8月13日 優先權日2004年8月13日
發明者蘇鈴達 申請人:菱光科技股份有限公司