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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der
Bilderzeugungsgeräte
und insbesondere auf eine Anordnung für ein Bilderfassungsgerät, eine
Bilderfassungsanordnung, ein Bilderfassungsgerät und ein Verfahren zum Herstellen einer
Bilderfassungsanordnung. Insbesondere bezieht sich die vorliegende
Erfindung auf eine kompakte integrierte optische Bilderzeugungsanordnung.
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Optische
Bilderzeugungsgeräte,
wie z. B. Scanner, Kopierer, Faksimilemaschinen, Multifunktionsgeräte, sind
in der Lage, Papierdokumente, Photographien, Transparentfolien und
andere Objekte zu „lesen", um ein Bild derselben
zu erzeugen. Das erzeugte abgetastete Bild kann auf einem Computerbildschirm
angezeigt, gedruckt und/oder über
eine elektronische Einrichtung an entfernte Positionen gesendet
werden.
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Ein
typisches Bilderzeugungsgerät
kann eine optische Bilderzeugungsanordnung umfassen, die eine Beleuchtungsquelle,
ein optisches System und ein Photoerfassungssystem umfaßt. Die
Beleuchtungsquelle projiziert Licht auf einen Teil des Objekts,
das abgetastet wird und das optische System sammelt das Licht, das
durch das beleuchtete Objekt reflektiert wird. Das Photoerfassungssystem erfaßt dann
das reflektierte Licht und erzeugt ansprechend auf das erfaßte Licht
elektrische Signale. Die Anordnung der verschiedenen Komponenten
des Bilderzeugungsgeräts
erfordert häufig
eine präzise
Positionierung, Ausrichtung und Anordnung, um sicherzustellen, daß das Licht
von der Beleuchtungsquelle die Zielabtastregion auf dem Objekt ordnungsgemäß beleuchtet
und das reflektierte Licht ordnungsgemäß auf das optische Erfassungssystem
fokussiert wird. Die Position und Ausrichtung der verschiedenen Komponenten
in der Anordnung muß fest
bleiben, um ein scharfes abgetastetes Bild beizubehalten.
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Typische
Bilderzeugungsgeräte
sind in der
JP 07-023714
A , der
JP
2000-244704 A , der
JP 62-145960 A und der
JP 05-020461 U gezeigt.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung für ein Bilderfassungsgerät, eine
Bilderfassungsanordnung und ein Verfahren zum Herstellen einer Bildanordnung
und ein Bilderfassungsgerät
zu schaffen, die die Erzeugung eine scharf abgetasteten Bildes sicherstellt.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 und 6, ein Verfahren
gemäß Anspruch
11 sowie ein Gerät
gemäß Anspruch
13 gelöst.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung umfaßt
eine Anordnung für
ein Bilderfassungsgerät
eine Bilderzeugungslinse, eine erste optische Komponente, die physikalisch
an die Bilderzeugungslinse anstößt und einstückig mit
derselben gekoppelt ist, und ein Photoerfassungssystem, das physikalisch
an die erste optische Komponente anstößt und einstückig mit
derselben gekoppelt ist, wobei die Bilderzeugungslinse, die erste
optische Komponente und das Photoerfassungssystem eine einzige physikalische
Einheit bilden, wobei die erste optische Komponente und die Bilderzeugungslinse
durch Spritzgießen
einstückig
gebildet sind.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung umfaßt
eine Bilderfassungsanordnung eine Bilderzeugungslinse, die einstückig mit
einer ersten optisch durchlässigen
Komponente gekoppelt ist, und ein Photoerfassungssystem, das einstückig mit
der ersten optisch durchlässigen
Komponente gekoppelt ist. Ein Bilderzeugungslicht wird durch die Bilderzeugungslinse
fokussiert und über
die erste optisch durchlässige
Komponente zu dem Photoerfassungssystem gerichtet. Die erste optisch durchlässige Komponente
und die Bilderzeugungslinse sind durch Spritzgießen einstückig gebildet.
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Gemäß noch einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung umfaßt
ein Verfahren zum Herstellen einer Bilderzeugungsanordnung das Bringen
einer Bilderzeugungslinse in eine physikalisch anstoßende Beziehung
zu dem optisch durchlässigen
Abstandshalter und das einstückige Koppeln
der Bilderzeugungslinse mit einem optisch durchlässigen Abstandshalter, und
das Bringen eines Photoerfassungssystems in eine physikalisch anstoßende Beziehung
zu dem optisch durchlässigen
Abstandshalter und das einstückige
Koppeln des Photoerfassungssystems mit dem optisch durchlässigen Abstandshalter.
Das Bringen einer Bilderzeugungslinse in eine physikalisch anstoßende Beziehung
zu einem optisch durchlässigen
Abstandshalter und das einstückige
Koppeln einer Bilderzeugungslinse mit einem optisch durchlässigen Abstandshalter
umfaßt das
Bilden der Bilderzeugungslinse und des optisch durchlässigen Abstandshalters
durch Spritzgießen.
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Gemäß noch einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung umfaßt
ein Bilderfassungsgerät
eine erste optische Komponente, die physikalisch und einstückig mit
einer Bilderzeugungslinse gekoppelt ist, und ein Photoerfassungssystem,
das physikalisch und einstückig
mit der zumindest einen optischen Komponente gekoppelt ist, wobei
die erste optische Komponente und die Bilderzeugungslinse durch
Spritzgießen
einstückig
gebildet sind.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
beiliegende Zeichnungen näher
erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Querschnittsseitenansicht eines horizontalen Ausführungsbeispiels der
kompakten integrierten Bilderzeugungsanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
schematische Querschnittsseitenansicht eines vertikalen Ausführungsbeispiels
einer kompakten integrierten Bilderzeugungsanordnung;
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3 eine
schematische Querschnittsseitenansicht eines weiteren horizontalen
Ausführungsbeispiels
einer kompakten integrierten Bilderzeugungsanordnung;
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4 eine
schematische Querschnittsseitenansicht noch eines weiteren horizontalen
Ausführungsbeispiels
einer kompakten integrierten Bilderzeugungsanordnung; und
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5 eine
schematische Querschnittsseitenansicht eines weiteren horizontalen
Ausführungsbeispiels
einer kompakten integrierten Bilderzeugungsanordnung.
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Das
bevorzugte Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung und die Vorteile derselben sind durch
Bezugnahme auf 1 bis 5 der Zeichnungen
am besten verständlich,
wobei gleiche Bezugszeichen für
gleiche und entsprechende Teile der verschiedenen Zeichnungen verwendet
werden.
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1 ist
eine schematische Querschnittsseitenansicht eines horizontalen Ausführungsbeispiels
der kompakten integrierten Bilderzeugungsanordnung 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die kompakte integrierte Bilderzeugungsanordnung 10 kann
in einer Vielzahl von Bilderfassungsgeräten verwendet werden, wie z.
B. Kopierern, Scannern, Faksimilemaschinen, Multifunktionsgeräten und
dergleichen. Die kompakte integrierte Bilderzeugungsanordnung 10 umfaßt ein integriertes
optisches System 12 und ein Photoerfassungssystem 14,
die miteinander integriert sind. Die Bilderzeugungsanordnung 10 ist
in einem kompakten Gehäuse
enthalten, das mit einer Auflageplatte 11 bedeckt ist.
Einfallendes Licht 16 von einer Beleuchtungsquelle 17,
wie z. B. einem Array von lichtemittierenden Dioden (LEDs) oder
jedem anderen geeigneten lichtemittierenden Gerät, das nun bekannt ist oder
später
entwickelt wird, trifft auf eine Abtastregion eines Objekts 18.
Das Objekt 18 kann ein Papierdokument, eine Photographie, eine
Transparentfolie, ein Film oder ein anderes Objekt sein, das auf
der anderen Seite der Auflageplatte 11 oder des Bilderzeugungsfensters
der Bilderzeugungsanordnung 10 angeordnet ist. Einfallendes Licht 16 trifft
auf das Objekt 18 und wird als ein Bildlicht 20 zu
dem integrierten optischen System 12 der Bilderzeugungsanordnung
reflektiert. Alternativ kann einfallendes Licht 16' das Objekt 18 von
einer gegenüberliegenden
Seite treffen und durch das Objekt 18 als Bildlicht 20 zu
dem integrierten optischen System 12 verlaufen. Vor dem
Erreichen des Photoerfassungssystems 14 wird das Bildlicht 20 durch
ein integriertes optisches System 12 geführt und
fokussiert. Das integrierte optische System 12 kann jede
von einer großen
Vielzahl optischer Komponenten umfassen, wie z. B. Linsen und/oder
Reflektoren.
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Das
Bildlicht 20 dringt über
eine erste optische Komponente 22, die wirksam ist, um
den Weg des Bildlichts 20 umzulenken und an einem ersten Ende 21 des
integrierten optischen Systems 12 angeordnet ist, in die
Bilderzeugungsanordnung 10 ein. Die erste optische Komponente 22 umfaßt eine
gewinkelte reflektierende Oberfläche 24.
Das Bildlicht 20 trifft auf die gewinkelte reflektierende
Oberfläche 24 und
wird zu dem Photoerfassungssystem 14 reflektiert, das in
einem zweiten Ende 25 der Bilderzeugungsanordnung 10 angeordnet
ist. Die reflektierende Oberfläche 24 kann
eine metallische oder spiegelnde Oberfläche sein, die auf der ausgewählten Winkeloberfläche des
integrierten optischen Systems 12 gebildet ist. Der Neigungswinkel
für die
reflektierende Oberfläche 24 ist
so ausgewählt,
daß Bildlicht 20,
das von dem Objekt 18 reflektiert, weiter reflektiert wird
und an die Photodetektoren in dem Photoerfassungssystem 14 gerichtet
wird. Die erste optische Komponente 22 des integrierten
optischen Systems 12 kann durch ein optisch durchsichtiges
oder durchlässiges
Haftmittel an dem Rest des optischen Systems befestigt oder angehängt werden.
Ein Haftmittel, das von Norland Products Inc. Mit Sitz in Cranbury,
New Jersey, hergestellt wird, wie z. B. das NOA 61, kann
verwendet werden. Andere Einrichtungen zum Integrieren der ersten
optischen Komponente 22 in das optische System 12 können ebenfalls
verwendet werden. Beispielsweise kann die erste optische Komponente 22 über eine
mechanische Einrichtung an das integrierte optische System 12 geklammert oder
befestigt werden. Alternativ kann der durchlässige Abschnitt 22 durch
Spritzgießen
oder andere geeignete Verfahren einstückig mit dem integrierten optischen
System 12 gebildet werden.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das integrierte
optische System 12 eine Bilderzeugungslinse 26,
wie z. B. ein Mikrolinsenarray oder eine Gradientenindexlinse (GRIN-Linse;
GRIN = Gradientenindex). Die Bilderzeugungslinse 26 kann ein
oder ein Array aus zylindrischen Elementen umfassen, die aus Glas,
Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sind.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
kann eine GRIN-Linse, wie z. B. der Typ, der unter dem Namen SELFOC verkauft
wird (eingetragenes Warenzeichen der Nippon Sheet Glass Company,
Limited) kann hierin verwendet werden. Zwischen der Bilderzeugungslinse 26 und
dem Photoerfassungssystem 14 ist eine zweite optische Komponente 28 gekoppelt.
Die zweite optische Komponente 28 ist ein optischer Abstandshalter,
der vorzugsweise aus einem festen Stück eines allgemein durchlässigen Materials
aufgebaut ist, wie z. B. Glas, optischer Qualitätskunststoff oder ein anderes
geeignetes Material. Das Bildlicht 20, das von der Bilderzeugungslinse 26 austritt,
dringt in den optischen Abstandshalter 28 ein, wo es weiterhin
fokussiert und an die Sensoren (nicht speziell gezeigt) in dem Photoerfassungssystem 14 gerichtet
wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfaßt
das Photoerfassungssystem 14 ein Array von Photodetektoren,
einen integrierten Photodetektor, wie z. B. ein ladungsgekoppeltes
Bauelement (CCD; CCD = Charge Coupled Device), einen Komplementär-Metalloxyd-Halbleiter-Bildsensor
(CMOS-Bildsensor; CMOS = Complementary Metal Oxide Semiconductor),
oder einen anderen geeigneten Sensor, der nun bekannt ist oder später entwickelt
wird. Ein im allgemeinen durchlässiges
Haftmittel kann verwendet werden, um die Bilderzeugungslinse 26,
den optischen Abstandshalter 28 und das Photoerfassungssystem 14 zusammen
zu integrieren und aneinander zu haften. Alternativ kann eine mechanische
Einrichtung verwendet werden, um dasselbe zu erreichen. Daher stoßen die
erste optische Komponente 22, die Bilderzeugungslinse 26,
der optische Abstandshalter 28 und das Photoerfassungssystem 14 physikalisch ineinander
an und bilden ein einzelnes einheitliches Bauteil.
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Wenn
das Bildlicht 20 das Sensorarray in dem Photoerfassungssystem 14 erreicht,
werden ansprechend auf die Intensität des Bildlichts 20 variierende
elektrische Ströme
erzeugt. Die variierenden elektrischen Ströme werden in digitale Signale
umgewandelt und als helle und dunkle Bereiche auf dem Objekt interpretiert,
das abgetastet wird. Die Signale, die durch das Photoerfassungssystem 14 erzeugt werden,
können
an einen Mikroprozessor oder eine Steuerung in dem Bilderzeugungsgerät übertragen werden,
wo die Signale verarbeitet werden und anderweitig auf dieselben
eingewirkt wird.
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2 ist
eine schematische Querschnittsseitenansicht eines vertikalen Ausführungsbeispiels 50 der
kompakten integrierten Bilderzeugungsanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die vertikale Bilderzeugungsanordnung 50 ist
im allgemeinen entlang der gleichen Achse ausgerichtet wie das Bildlicht,
das von dem Objekt reflektiert wird, das abgetastet wird. Die Bilderzeugungsanordnung 50 umfaßt ein optisches
System 52 und ein Photoerfassungssystem 54, die
miteinander integriert sind. Ein einfallendes Licht von einer Beleuchtungsquelle
(nicht gezeigt), wie z. B. ein Array von lichtemittierenden Dioden
(LEDs) und anderen geeigneten lichtemittierenden Vorrichtungen,
die nun bekannt sind oder später entwickelt
werden, trifft auf eine Abtastregion eines Objekts 58.
Das einfallende Licht trifft auf das Objekt 58 und wird
als ein Bildlicht 60 zu einem im allgemeinen durchlässigen Ende 61 des
optischen Systems 52 der Bilderzeugungsanordnung projiziert.
Weil die vertikale Bilderzeugungsanordnung 50 entlang der gleichen
Achse ausgerichtet ist wie das Bildlicht 60, das von dem
Objekt 58 kommt, gibt es keinen Bedarf, andere optische
Komponenten zu verwenden, um den Weg des Bildlichts 60 zu ändern.
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Das
Bildlicht 60 dringt in das optische System 52 ein,
das jede einer großen
Vielzahl von optischen Komponenten, wie z. B. Linsen und/oder Reflektoren,
umfassen kann, die das Licht richten, fokussieren oder anderweitig
auf dasselbe einwirken. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfaßt das
optische System 52 eine Bilderzeugungslinse 62,
wie z. B. ein Mikrolinsenarray oder eine GRIN-Linse. Die Bilderzeugungslinse 62 kann
ein Array zylindrischer Elemente umfassen, die aus Glas, Optikklassenkunststoff
oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sind. Zwischen
der Bilderzeugungslinse 62 und dem Photoerfassungssystem 54 ist
ein optischer Abstandshalter 64 einstückig gekoppelt. Der optische
Abstandshalter 64 ist vorzugsweise aus einem festen Stück eines
im allgemeinen durchlässigen
Materials aufgebaut, wie z. B. Glas, Optikklassenkunststoff oder
einem anderen geeigneten Material. Das Bildlicht 60, das
von der Bilderzeugungslinse 62 austritt, dringt in den
optischen Abstandshalter 64 ein, wo dasselbe weiterhin
fokussiert wird und an die Sensoren in dem Photoerfassungssystem 54 gerichtet
wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfaßt
das Photoerfassungssystem 54 einen Kontaktbildsensor, ein
Array von Photodetektoren, einen integrierten Photodetektor, wie
z. B. ein ladungsgekoppeltes Bauelement oder einen anderen geeigneten
Sensor, der nun bekannt ist oder später entwickelt wird. Wenn das
Bildlicht 60 das Sensorarray in dem Photoerfassungssystem 54 erreicht,
erzeugt dasselbe variierende elektrische Ströme, die helle und dunkle Bereiche
auf dem Objekt anzeigen, das abgetastet wird. Die Signale, die durch
das Photoerfassungssystem 54 erzeugt werden, können an
einen Mikroprozessor oder an eine Steuerung in dem Bilderzeugungsgerät gesendet werden,
wo die Signale verarbeitet werden und anderweitig auf dieselben
eingewirkt wird.
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Ein
Haftmittel, eine mechanische Vorrichtung oder eine andere geeignete
Einrichtung kann verwendet werden, um die Bilderzeugungslinse 62,
den optischen Abstandshalter 64 und das Photoerfassungssystem 54 einstückig in
ein einzelnes einheitliches Bauteil zu koppeln, so daß eine genaue
Ausrichtung der Komponenten erreicht werden kann. Ferner macht die
direkte Kopplung der Komponenten der Bilderzeugungsanordnung 50 die
Abmessungen derselben sehr kompakt.
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Abhängig von
der gewünschten
Anwendung des Bilderfassungsgeräts,
wie z. B. als ein Flachbettscanner oder ein tragbarer Scanner, kann
entweder die horizontale oder die vertikale Ausrichtung der kompakten
integrierten Bilderzeugungs anordnung vorteilhaft verwendet werden.
Die Kompaktheit der Bilderzeugungsanordnung eignet sich ohne weiteres für tragbare
oder handgeführte
Bilderfassungsgerätanwendungen.
Ferner eliminiert der integrierte Aufbau überwiegend die Zeit und Kosten
des genauen Positionierens der Komponenten und erreicht dennoch
eine genaue Ausrichtung.
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3 ist
eine schematische Querschnittsseitenansicht eines weiteren horizontalen
Ausführungsbeispiels 80 der
kompakten integrierten Bilderzeugungsanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Bilderzeugungsanordnung 80 verwendet verschiedene
optische Komponenten, um die Standfläche derselben sogar noch kompakter
zu machen als bei der Bilderzeugungsanordnung 10, die in 1 gezeigt
ist. Einfallendes Licht von einer Beleuchtungsquelle (nicht gezeigt),
wie z. B. einem Array von lichtemittierenden Dioden und anderen
geeigneten lichtemittierenden Vorrichtungen, die nun bekannt sind
oder später
entwickelt werden, trifft auf eine Abtastregion eines Objekts (nicht
gezeigt). Das Licht von der Beleuchtungsquelle trifft auf das Objekt und
verläuft
als ein Bildlicht 82 zu der Bilderzeugungsanordnung 80.
Bildlicht 82 dringt über
eine durchlässige
erste optische Komponente 84 in die Bilderzeugungsanordnung 80 ein.
Das Bildlicht läuft in
dem gleichen Weg weiter und trifft auf eine gewinkelte reflektierte
Oberfläche 86 der
Bilderzeugungsanordnung 80 und wird entlang einer Hauptachse
in Ausrichtung mit der longitudinalen Achse der Bilderzeugungsanordnung 80 und
zu einer Bilderzeugungslinse 88, wie z. B. einem Mikrolinsenarray
oder einer GRIN-Linse, reflektiert. Die reflektierende Oberfläche 86 kann
eine metallische oder gespiegelte Oberfläche sein, die auf der ausgewählten Winkeloberfläche des
optischen Systems gebildet ist. Der durchlässige Abschnitt 84 der
optischen Anordnung kann an dem optischen System durch ein optisch durchsichtiges
oder durchlässiges
Haftmittel befestigt oder angehängt
sein. Alternativ kann der durchlässige
Abschnitt 84 durch Spritzgießen oder andere geeignete Verfahren
einstückig
mit dem Linsenabschnitt 88 des optischen Systems gebildet
sein. Eine mechanische Einrichtung zum Befestigen der Komponenten
kann ebenfalls verwendet werden.
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Das
Bildlicht 82 wird durch das optische System geführt und
fokussiert und dann zu einem optischen Abstandshalter 90 gerichtet,
der einstückig
mit der Bilderzeugungslinse 88 gekoppelt ist. Der optische
Abstandshalter 90 ist aus einem festen Stück eines
im allgemeinen durchlässigen
Materials aufgebaut, wie z. B. Glas, optischem Qualitätskunststoff oder
einem anderen geeigneten Material, bei dem einige ausgewählte Oberflächen reflektierend
gemacht sind. Das Bildlicht 82, das die Bildlinse 88 verläßt, dringt
in den optischen Abstandshalter 90 ein, wo es weiterhin
fokussiert wird und zu den Sensoren (nicht explizit gezeigt) in
dem Photoerfassungssystem 96 gerichtet wird. Bei diesem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfaßt
der optische Abstandshalter 90 ein transparentes Fenster 91,
das wirksam ist, um Licht von der Bilderzeugungslinse 88 zu
empfangen, und die reflektierenden Oberflächen 92 und 94 zum
Richten des Bildlichts auf das Photoerfassungssystem 96 über ein
zweites durchlässiges
Fenster 95. Die reflektierende Oberfläche 92 besetzt einen
Teil der Grenzfläche
zwischen der Bilderzeugungslinse 88 und dem optischen Abstandshalter 90 und
ist in einem nicht senkrechten Winkel, α, bezüglich der Hauptachse des Bildlichtwegs
positioniert. Als Folge weist der optische Abstandshalter 90 eine
komplexe Form und eine oder mehrere reflektierende Oberflächen auf.
Das Bildlicht, das über
ein transparentes Fenster 91 eindringt und von den reflektierenden Oberflächen 92 und 94 reflektiert,
wird an Photodetektoren in einem Photoerfassungssystem 96 gerichtet.
Es wird auch in Betracht gezogen, daß die Oberflächen des
optischen Abstandshalters 90 durch Materialien oder Prozesse
behandelt werden, die Licht nur in einer Richtung durchdringen lassen.
Sobald Licht in den optischen Abstandshalter 90 eindringt, wird
dasselbe daher reflektiert, bis es das Photoerfassungssystem 96 über ein
Fenster 95 erreicht.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das Photoerfassungssystem 96 ein
Array von Photodetektoren, einen integrierten Photodetektor, wie
z. B. ein ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD), einen CMOS-Bildsensor
oder einen anderen geeigneten Sensor, der nun bekannt ist oder später entwickelt
wird. Das Photoerfassungssystem 96 ist mit dem optischen
System gekoppelt oder an demselben befestigt, durch Verwenden eines
im allgemeinen durchlässigen
Haftmittels an der Grenzfläche
zwischen dem optischen Abstandshalter 96 und dem Photoerfassungssystem 96.
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4 ist
eine schematische Querschnittsseitenansicht noch eines weiteren
horizontalen Ausführungsbeispiels 110 der
kompakten integrierten Bilderzeugungsanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung. Anstatt einer komplexen optischen Abstandshalterkonfiguration
der Bilderzeugungsanordnung 80, die oben beschrieben und
in 3 gezeigt ist, verwendet die Bilderzeugungsanordnung 110 eine
einfache optische Abstandshalterkonfiguration, die in einem vorbestimmten
Winkel zu der Hauptachse des Bildlichts befestigt ist, um das Bildlicht
zu fokussieren und das Bildlicht zu den Photodetektoren zu richten.
Ein einfallendes Licht von einer Beleuchtungsquelle (nicht gezeigt)
trifft auf eine Abtastregion eines Objekts (nicht gezeigt). Das
Licht von der Beleuchtungsquelle trifft auf das Objekt und läuft als Bildlicht 112 zu
der Bilderzeugungsanordnung 110 weiter. Das Bildlicht 112 dringt
in die Anordnung 110 ein, über eine durchlässige optische
Komponente 114 derselben. Das Licht fährt in dem gleichen Weg fort,
bis dasselbe auf eine gewinkelte reflektierende Oberfläche 116 der
optischen Komponente 114 trifft und entlang einer Hauptachse
in Ausrichtung mit der longitudinalen Achse der Bilderzeugungsanordnung 110 zu
einer Bildlinse 118, wie z. B. einem Mikrolinsenarray,
einer GRIN-Linse 118 oder einer anderen geeigneten optischen
Vorrichtung des optischen Systems, reflektiert wird. Die reflektierende
Oberfläche 116 kann
eine metallische oder gespiegelte Oberfläche sein, die auf der ausgewählten Winkeloberfläche des
optischen Systems gebildet ist. Der durchlässige Abschnitt 114 der
optischen Anordnung kann durch ein optisch durchsichtiges oder durchlässiges Haftmittel
an dem optischen System angehängt
oder befestigt sein. Alternativ kann der durchlässige Abschnitt 114 durch
Spritzgießen
oder andere geeignete Verfahren einstückig mit dem Linsenabschnitt 118 des
optischen Systems gebildet sein. Eine mechanische Einrichtung kann
verwendet werden, um die Komponenten mechanisch aneinander anzustoßen und
einstückig
miteinander zu koppeln, um ein einzelnes einheitliches Bauteil zu
bilden.
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Das
Bildlicht 112 wird durch das optische System geführt und
fokussiert und dann auf einen optischen Abstandshalter 120 gerichtet.
Der optische Abstandshalter 120 ist aus einem festen Stück eines im
allgemeinen durchlässigen
Materials aufgebaut, wie z. B. Glas, optischem Qualitätskunststoff
oder einem anderen geeigneten Material mit ausgewählten Oberflächen, die
reflektierend gemacht sind. Das Bildlicht 112, das von
der Bilderzeugungslinse 118 austritt, dringt über ein
durchlässiges
Fenster 121 in den optischen Abstandshalter 120 ein,
wo dasselbe weiterhin über
ein zweites durchlässiges
Fenster 120 zu den Sensoren in dem Photoerfassungssystem 126 fokussiert
und gerichtet wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung
umfaßt
der optische Abstandshalter 120 zwei oder mehr reflektierende Oberflächen zum
Richten des Bildlichts zu den Photodetektoren in dem Photoerfassungssystem 126. Obwohl
der Querschnitt des optischen Abstandshalters 120 rechteckig
ist, ist derselbe ferner in einem vorbestimmten Winkel an der Linse 118 befestigt,
so daß die
parallelen reflektierenden Oberflächen 122 und 124 desselben
beide in einem Winkel bezüglich des
Lichtwegs, der die Linse 118 verläßt, versetzt sind. Wie es gezeigt
ist, sind zwei Seiten des optischen Abstandshalters 120 und
auch die reflektierenden Oberflächen 122 und 124 auf
demselben in einem Winkel, β,
von einer Achse senkrecht zu der Hauptachse des Bildlichtwegs angeordnet.
Als Folge wird das Bildlicht 112, das durch den optischen
Abstandshalter 120 verläuft,
durch eine oder mehrere der gewinkelten reflektierenden Oberflächen desselben
reflektiert, um dasselbe zu den Photodetektoren in einem Photoerfassungssystem 126 zu
richten, das einstückig
mit dem optischen Abstandshalter 120 gekoppelt ist. Anders
als der optische Abstandshalter 90, der oben beschrieben
ist und in 3 gezeigt ist, weist der optische
Abstandshalter 120 eine einfache und regelmäßige Form
auf, wie z. B. ein rechteckiges Prisma, mit 90° Winkel und parallelen Seiten.
Ein durchsichtiges oder optisch durchlässiges Haftmittel kann verwendet
werden, um den optischen Abstandshalter 120 sicher an der
Linse 118 zu befestigen, und um das Photoerfassungssystem 126 an dem
optischen Abstandshalter 120 zu befestigen. Eine mechanische
Einrichtung kann verwendet werden, um die Komponenten physikalisch
aneinander zu stoßen
und vollständig
miteinander zu integrieren.
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5 ist
eine schematische Querschnittsseitenansicht eines weiteren horizontalen
Ausführungsbeispiels 140 der
kompakten integrierten Bilderzeugungsanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung. Ein einfallendes Licht von einer Beleuchtungsquelle (nicht
gezeigt), wie z. B. ein Array von lichtemittierenden Dioden und
jede andere geeignete lichtemittierende Vorrichtung, die nun bekannt
ist oder später
entwickelt wird, trifft auf eine Abtastregion eines Objekts (nicht
gezeigt). Das Licht von der Beleuchtungsquelle trifft auf ein Objekt,
das abgetastet werden soll, und wird als ein Bildlicht 142 zu
einer Bilderzeugungsanordnung 140 projiziert und dringt über eine
durchlässige
optische Komponente 144 derselben ein. Das Licht fährt in dem
gleichen Weg fort und trifft auf eine gewinkelte reflektierende
Oberfläche 146 der
optischen Komponente und wird entlang einer Hauptachse in Ausrichtung
mit der longitudinalen Achse der Bilderzeugungsanordnung 140 und
zu einer Bilderzeugungslinse 148 reflektiert, wie z. B.
einem Mikrolinsenarray oder einer GRIN-Linse 148. Die reflektierende
Oberfläche 146 kann
eine metallische oder gespiegelte Oberfläche sein, die auf der ausgewählten Winkeloberfläche des optischen Systems
gebildet ist. Eine durchlässige
optische Komponente 144 kann durch ein optisch durchsichtiges
oder durchlässiges
Haftmittel an der Bilderzeugungslinse 148 befestigt oder
angehängt
sein. Alternativ kann die optische Komponente 144 durch Spritzgießen oder
andere geeignete Verfahren einstückig
mit dem Linsenabschnitt 148 des optischen Systems gebildet
sein oder durch eine mechanische Einrichtung einstückig mit
derselben gekoppelt sein.
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Das
Bildlicht 142 wird durch die Bilderzeugungslinse geführt und
fokussiert und dann zu einem optischen Abstandshalter 150 gerichtet.
Der optische Abstandshalter 150 ist einstückig mit
der Bilderzeugungslinse 118 gekoppelt und aus einem festen Stück eines
im allgemeinen durchlässigen
Materials aufgebaut, wie z. B. Glas, Optikklassenkunststoff oder
einem anderen geeigneten Material. Ein optisch durchsichtiges Haftmittel
oder eine andere geeignete Einrichtung kann verwendet werden, um
den optischen Abstandshalter 150 an der Bilderzeugungslinse 118 zu
befestigen. Das Bildlicht 142, das von der Bilderzeugungslinse 148 austritt,
dringt in den optischen Abstandshalter 150 ein, wo es weiterhin
fokussiert wird und zu den Sensoren (nicht explizit gezeigt) in
dem Photoerfassungssystem 156 gerichtet wird. Bei diesem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfaßt
der optische Abstandshalter 150 zumindest eine reflektierende
und gewinkelte Oberfläche
zum Richten des Bildlichts zu dem Photoerfassungssystem 156.
Wie es gezeigt ist, trifft das Bildlicht 142 eine erste
reflektierende Oberfläche 154,
die in einem Winkel bezüglich
der Hauptachse des Lichtwegs angeordnet ist, und trifft dann auf
eine zweite reflektierende Oberfläche 152, die im wesentlichen
parallel zu der Hauptachse des Bildlichts angeordnet ist, vor dem
Erreichen des Photoerfassungssystems 156. Das Photoerfassungssystem 156 umfaßt bei diesem Beispiel
Photodetektoren, die in einer Ebene angeordnet sind, die im wesentlichen
parallel zu der Hauptachse des Lichtwegs ist, anstatt senkrecht
zu derselben wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen. Als Folge
kann der optische Abstandshalter 150 eine komple xe Form
und mehrere reflektierende Oberflächen 152 und 154 aufweisen.
Das Bildlicht, das von den reflektierenden Oberflächen 152 und 154 reflektiert,
wird zu den Photodetektoren in dem Photoerfassungssystem 156 gerichtet.
Die Photodetektoren empfangen das Bildlicht und erzeugen dann die
geeigneten elektrischen Signale ansprechend auf die hellen und dunklen
Informationen, die in dem Bildlicht übertragen werden. Das Photoerfassungssystem 156 kann
mit einem optisch klaren Haftmittel einstückig mit dem optischen Abstandshalter 150 gekoppelt
sein, oder einstückig
mit demselben aufgebaut sein. Alternativ kann eine mechanische Einrichtung
verwendet werden, um das Photoerfassungssystem 156 fest
mit dem optischen Abstandshalter 150 zu koppeln.
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Im
Vergleich mit herkömmlichen
Aufbauten des Kontaktbildsensormoduls, die einzelne und getrennte
Komponenten verwenden, die auf einer gedruckten Schaltungsplatine
oder einer Basis befestigt sind, umfassen die verschiedenen Ausführungsbeispiele
der Bilderzeugungsanordnung integrierte optische und elektrische
Komponenten, die zu einer einzelnen kompakten Einheit werden. Die
kleinere Standfläche
ermöglicht
es, daß die
kompakte Anordnung in Anwendungen verwendet wird, die Tragbarkeit
erfordern. Ferner kann durch Aufbauen einer einzelnen integrierten
Einheit die genaue Ausrichtung der Komponenten leichter erreicht
werden.
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Bei
den Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung kann die Beleuchtung zum Abtasten durch
einen dünnen
LED-Lichtbalken,
eine Faseroptiklichtführung
oder eine andere Technologie erzeugt werden, die jetzt bekannt ist
oder später
entwickelt wird. Alternativ kann Licht von bestehenden Quellen,
wie z. B. bei Ausführungsbeispielen,
wo die Bilderzeugungsanordnung in einer Flüssigkristallanzeige oder einem
Kathodenstrahlröhrenbildschirm positioniert
ist, die Bildschirmbeleuchtung als die Beleuchtungsquelle zum Abtasten
des Objekts verwendet werden. Ferner kann das Verfahren, durch das die
optischen und elektrischen Komponenten integriert werden, das Verwenden
eines Haftmittels sein, eines Herstellungsprozesses, der einen integrierten Aufbau
ermöglicht
oder jedes anderen geeigneten Prozesses sein. Es sollte angemerkt
werden, daß 1 bis 5 idealisierte
schematische Zeichnungen sind und daß die darin gezeigten Abmessungen und
Winkel lediglich darstellend sind. Ferner kann für einige reflektierende Oberflächen in
der optischen Anordnung statt dessen eine innere Totalreflexion verwendet
werden.