透鏡陣列模塊及其制法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種透鏡陣列模塊及其制法，透鏡陣列模塊包含一固定座，以及一透鏡單元。固定座為一不透光材質(zhì)所制成的長(zhǎng)方體，并具有多個(gè)沿該長(zhǎng)方體的長(zhǎng)軸方向等間隔排列的貫孔。該透鏡單元具有多個(gè)透鏡柱分別對(duì)應(yīng)地設(shè)置于該多個(gè)貫孔內(nèi)，各該透鏡柱為一負(fù)透鏡，并具有一緊配合地嵌設(shè)于該貫孔內(nèi)的柱狀部，以及二分別由該柱狀部?jī)上喾炊搜由烨彝怀鲇谠撠灴變上喾磦?cè)的外的突出部，各該突出部具有一外凸曲面。此外，本發(fā)明還提供上述本發(fā)明的透鏡陣列模塊的制法。
【專利說(shuō)明】透鏡陣列模塊及其制法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種接觸式影像感測(cè)裝置，尤其涉及一種接觸式影像感測(cè)裝置的透鏡陣列模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]接觸式影像感測(cè)裝置(Contact Image Sensor, CIS)為線型影像感測(cè)器的一種，可用于掃描一文件表面上的圖像或文字，并將其轉(zhuǎn)換成為電子格式，以便于儲(chǔ)存、傳輸或顯示，其主要的應(yīng)用包含有掃描器、傳真機(jī)以及多功能事務(wù)機(jī)等。
[0003]如圖1所示，接觸式影像感測(cè)裝置10的工作原理是將線狀光源11所產(chǎn)生的光線照射到待掃描的文件12上，并利用對(duì)應(yīng)的線狀透鏡陣列13將該文件12所反射的光線匯聚于影像感測(cè)元件14之上。目前常用的影像感測(cè)元件14如電荷耦合元件(Charge-Coupled Device, CCD)或是互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary MetalOxide Semiconductor, CMOS)等。利用影像感測(cè)元件14將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),進(jìn)而產(chǎn)生模擬或數(shù)字的像素(pixel)數(shù)據(jù)。
[0004]現(xiàn)有的線狀透鏡陣列13通常米用自聚焦透鏡陣列(self-focus lens array),或是兩片微透鏡陣列(micro lens array)的組合，以便在有限的物距及像距下得到1:1的正立實(shí)像，并減少整體裝置的體積大小。如圖2所示，自聚焦透鏡130是利用其本身的折射率變化使光線曲折以達(dá)到成像的目的，其內(nèi)部的折射率分布是沿徑向逐漸減小。然而，自聚焦透鏡130本身的工藝即相當(dāng)復(fù)雜，而要組成透鏡陣列則更為復(fù)雜，如圖3所示，需將多顆單獨(dú)的自聚焦透鏡130精準(zhǔn)地彼此平行排列，并以黑色硅膠131將該些自聚焦透鏡130固定于兩片平板132之間。制造過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，以致造成良率無(wú)法提升以及成本居高不下。
[0005]相似地，如圖4所示，兩片微透鏡陣列組合20需將兩片分別單獨(dú)制作的微透鏡陣列21、22彼此對(duì)準(zhǔn)并且加以固定，并且需利用外加的遮光元件23來(lái)濾掉大角度行進(jìn)的光線，以避免光線在行進(jìn)間產(chǎn)生交互干擾(crosstalk)的現(xiàn)象，也因此增加了額外的工藝與成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種透鏡陣列模塊，適用于接觸式影像感測(cè)裝置，具有簡(jiǎn)便工藝的特性，可以有效地降低所需成本。
[0007]為達(dá)上述目的，本發(fā)明的透鏡陣列模塊包含一固定座，以及一透鏡單元。固定座為一不透光材質(zhì)所制成的長(zhǎng)方體，并具有多個(gè)沿該長(zhǎng)方體的長(zhǎng)軸方向等間隔排列的貫孔。該透鏡單元具有多個(gè)透鏡柱分別對(duì)應(yīng)地設(shè)置于該多個(gè)貫孔內(nèi)，各該透鏡柱為一負(fù)透鏡，并具有一緊配合地嵌設(shè)于該貫孔內(nèi)的柱狀部，以及二分別由該柱狀部?jī)上喾炊搜由烨彝怀鲇谠撠灴變上喾磦?cè)的外的突出部，各該突出部具有一外凸曲面。
[0008]此外，上述本發(fā)明的透鏡陣列模塊的制法，包含下列步驟:首先，以第一次射出成型方式形成一固定座，該固定座為一不透光材質(zhì)所制成的長(zhǎng)方體，并具有多個(gè)沿該長(zhǎng)方體的長(zhǎng)軸方向等間隔排列的貫孔；然后，以第二次射出成型方式于該多個(gè)貫孔內(nèi)分別對(duì)應(yīng)地形成多個(gè)透鏡柱，各該透鏡柱為一負(fù)透鏡，并具有一緊配合地嵌設(shè)于該貫孔內(nèi)的柱狀部，以及二分別由該柱狀部?jī)上喾炊搜由斓耐怀霾?，各該突出部具有一外凸曲面?br> [0009]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為現(xiàn)有的接觸式影像感測(cè)裝置的一剖視圖；
[0011]圖2為現(xiàn)有的的自聚焦透鏡的一示意圖；
[0012]圖3為現(xiàn)有的的自聚焦透鏡陣列的一局部示意圖；
[0013]圖4為現(xiàn)有的的微透鏡陣列組合的一剖視圖；
[0014]圖5為本發(fā)明的透鏡陣列模塊的立體圖；
[0015]圖6為本發(fā)明的透鏡陣列模塊的剖視圖；
[0016]圖7為本發(fā)明的透鏡陣列模塊的透鏡柱的示意圖；
[0017]圖8為本發(fā)明的透鏡陣列模塊的剖視圖；以及
[0018]圖9至圖17為本發(fā)明的透鏡陣列模塊的制法的各步驟的剖視圖。
[0019]其中，附圖標(biāo)記
[0020]現(xiàn)有技術(shù)`
[0021]接觸式影像感測(cè)裝置10光源11
[0022]文件12透鏡陣列13
[0023]自聚焦透鏡130硅膠131
[0024]平板132影像感測(cè)元件14
[0025]微透鏡陣列組合20 微透鏡陣列21、22
[0026]遮光元件23
[0027]本發(fā)明
[0028]透鏡陣列模塊30固定座31
[0029]貫孔311通道312
[0030]透鏡單元32透鏡柱320
[0031]柱狀部321突出部322、323
[0032]外凸曲面324、325 連接柱326
[0033]長(zhǎng)度值d模具4
[0034]第一母模41澆道411
[0035]公模42槽 421
[0036]澆道422圓桿組43
[0037]圓桿431內(nèi)凹曲面432
[0038]第一滑塊44第二母模45
[0039]澆道451內(nèi)凹曲面452
[0040]第二滑塊46
【具體實(shí)施方式】[0041]有關(guān)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及詳細(xì)說(shuō)明，配合【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】如下:
[0042]如圖5所示，為本發(fā)明的一種透鏡陣列模塊的一實(shí)施例。該透鏡陣列模塊30包含一固定座31，以及一設(shè)置于固定座31內(nèi)的透鏡單元32。[0043]固定座31為一長(zhǎng)條狀長(zhǎng)方體，其可為PPS、PC、ABS、LCP或其他的不透光材質(zhì)所制成。固定座31具有多個(gè)沿該長(zhǎng)方體的長(zhǎng)軸方向并以相等間隔排列的圓柱形貫孔311，各該貫孔311為一圓柱形，且各該貫孔311的軸向是垂直該固定座31的長(zhǎng)軸方向。如圖6所示，該多個(gè)透鏡柱32分別對(duì)應(yīng)地設(shè)置于該多個(gè)貫孔311內(nèi)。此外，該固定座31還形成有一沿其長(zhǎng)軸方向貫穿該固定座31且連通各貫孔311的通道312。在本實(shí)施例中，該通道312是貫通該多個(gè)貫孔311的中央處。實(shí)際實(shí)施時(shí)，則不以中央處為限，但須連通各貫孔311并將各貫孔311連通至固定座31之外。該透鏡單元32具有多個(gè)對(duì)應(yīng)位于該多個(gè)貫孔311內(nèi)的透鏡柱320以及多個(gè)位于該通道312內(nèi)的連接柱326。該多個(gè)透鏡柱320以及該多個(gè)連接柱326是相互連接并是以塑膠射出方式一體成型地制成。
[0044]各該透鏡柱320為一負(fù)透鏡，并具有一緊配合地嵌設(shè)于該貫孔311內(nèi)的柱狀部321，以及二分別由該柱狀部321兩相反端延伸且突出于該貫孔311兩相反側(cè)的外的突出部322、323。各該柱狀部321為一圓柱體。各該突出部322、323大致呈一半球狀，并分別具有一外凸曲面324、325。在本實(shí)施例中，各該外凸曲面324、325皆為非球面，其目的在于消除光學(xué)像差，實(shí)際實(shí)施時(shí)則不以此為限，可為球面或其他形狀的外凸曲面。
[0045]如圖7所示，為了要達(dá)到使一側(cè)的物體藉透鏡柱320在另一側(cè)形成正像的目的，各該透鏡柱320必須是為負(fù)透鏡，且其光學(xué)主平面是落在透鏡柱320之外，使焦距在理論上為負(fù)值。因此，通過(guò)厚透鏡焦距公式推導(dǎo)，柱狀部321的長(zhǎng)度值d必須大于兩外凸曲面324、325的曲率半徑rl、r2的差值乘以該透鏡柱320的折射率n再除以該透鏡柱320的折射率n與空氣的折射率(n0=l)的差值，也就是:
[0046]d> I n (r2~rl) /n-11 ?
[0047]如圖8所示，為依據(jù)另一實(shí)施例的透鏡陣列模塊，與上述實(shí)施例不同之處在于:該多個(gè)突出部322、323并未突出于該多個(gè)貫孔311之外。從模擬結(jié)果可得知，此種設(shè)計(jì)可更為提高整體透鏡陣列模塊的均勻度及MTF。
[0048]上述本發(fā)明的透鏡陣列模塊30的制法是主要利用射出成型(injectionmolding)方式制作,將其詳述如下:
[0049]如圖9所示，首先，以第一次射出成型方式形成該固定座31。射出成型的模具4包含一第一母模41、一與第一母模41配合形成模穴的公模42，一貫穿公模42并伸入模穴當(dāng)中的圓桿組43，以及一插接于該公模42上的第一滑塊44。如圖10~圖12所示，在公模42與第一母模41結(jié)合后，以該第一滑塊44嵌入于該公模42的凹槽421中，并位于公模42與第一母模41之間。該第一母模41具有連通模穴的澆道411及公模42的澆道422，用以將融熔材料傳遞至模穴內(nèi)。圓桿組43具有多個(gè)彼此間隔且沿一方向排列的圓桿431，該圓桿431上具有一內(nèi)凹曲面432。
[0050]如圖13所示，當(dāng)固定座31冷卻成型后，先將第一滑塊44脫離公模42與該第一母模41之間，再將該公模42與該第一母模41分離(如圖14所示)，此射出后的固定座31不需從公模42上取下，直接將公模42旋轉(zhuǎn)至第二母模45上，與該第二母模45結(jié)合后，將第二滑塊46嵌入于該公模42的凹槽421中，并位于公模42與第二母模45之間,第二母模45內(nèi)具有相對(duì)于該固定座31的貫穿孔311的曲面451及該各圓桿431的內(nèi)凹曲面432對(duì)應(yīng)該貫孔311，目的是為了相對(duì)于透鏡lens的曲面。在第二射出作業(yè)前，該圓桿組43向后退出些許距離，目的是為了能再有效范圍內(nèi)形成透鏡lens的另一端曲面(如圖15?圖17)，在第二射出時(shí)該第二母模45具有連通模穴的澆道452，用以將熔融材料傳遞至模穴內(nèi)，并經(jīng)由該通道312將熔融材料傳輸至各個(gè)貫孔311內(nèi)。在第二射出完成后，先將第二滑塊46退出該公模42與該第二母模45之間，將該公模42與第二母模46分離，并將圓桿組43抽離公模42后，可以從公模42上取下該透鏡陣列模塊30。
[0051]當(dāng)冷卻成型后，即得到如圖5所示的透鏡陣列模塊30。由于該固定座31的貫孔311彼此之間的平行排列是由模具所定義并藉此制作成型，且該多個(gè)透鏡柱320是直接于貫孔311內(nèi)以射出成型方式形成，因此該些透鏡柱320無(wú)須另行費(fèi)事進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，本身便可達(dá)到精準(zhǔn)地平行排列。并且，由于固定座31本身是不透明材質(zhì)所制成，可有效防止任兩透鏡柱320之間的光線交互干擾。
[0052]當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種透鏡陣列模塊，其特征在于，包含: 一固定座，為一不透光材質(zhì)所制成的長(zhǎng)方體，并具有多個(gè)沿該長(zhǎng)方體的長(zhǎng)軸方向等間隔排列的貫孔；以及 一透鏡單元，包含分別對(duì)應(yīng)地設(shè)置于該多個(gè)貫孔內(nèi)的多個(gè)透鏡柱，各該透鏡柱為一負(fù)透鏡，并具有一緊配合地嵌設(shè)于該貫孔內(nèi)的柱狀部，以及二分別由該柱狀部?jī)上喾炊搜由斓耐怀霾浚髟撏怀霾烤哂幸煌馔骨妗?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡陣列模塊，其特征在于，各該貫孔為一圓柱形，且各該柱狀部為一圓柱體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡陣列模塊，其特征在于，各該外凸曲面為一非球面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡陣列模塊，其特征在于，各該柱狀部的長(zhǎng)度值大于該多個(gè)外凸曲面的差值乘以該透鏡柱的折射率再除以該透鏡柱的折射率與空氣的折射率的差值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡陣列模塊，其特征在于，該固定座還具有一沿其長(zhǎng)軸方向貫穿該固定座且連通各貫孔的通道，該透鏡單元還具有多個(gè)位于該通道內(nèi)的連接柱，該通道貫通該多個(gè)貫孔的中央處，該多個(gè)透鏡柱以及該多個(gè)連接柱相互連接并以塑膠射出方式一體成型地制成。
6.一種透鏡陣列模塊的制法，其特征在于，包含下列步驟: 以第一次射出成型形成一固定座，該固定座為一不透光材質(zhì)所制成的長(zhǎng)方體，并具有多個(gè)沿該長(zhǎng)方體的長(zhǎng)軸方向等間隔排列的貫孔；以及以第二次射出成型于該多個(gè)貫孔內(nèi)分別對(duì)應(yīng)地形成多個(gè)透鏡柱，各該透鏡柱為一負(fù)透鏡，并具有一緊配合地嵌設(shè)于該貫孔內(nèi)的柱狀部，以及二分別由該柱狀部?jī)上喾炊搜由斓耐怀霾?，各該突出部具有一外凸曲面?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求8所述的透鏡陣列模塊的制法，其特征在于，使各該貫孔為一圓柱形，且使各該柱狀部為一圓柱體。
8.根據(jù)權(quán)利要求8所述的透鏡陣列模塊的制法，其特征在于，使各該外凸曲面為一非球面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的透鏡陣列模塊的制法，其特征在于，使各該柱狀部的長(zhǎng)度值大于該多個(gè)外凸曲面的差值乘以該透鏡柱的折射率再除以該透鏡柱的折射率與空氣的折射率的差值。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的透鏡陣列模塊的制法，其特征在于，還于該固定座形成一沿其長(zhǎng)軸方向貫穿該固定座且連通各貫孔的通道，其中該第二次射出成型是經(jīng)由該通道將該透鏡柱的熔融材料傳輸至各個(gè)貫孔內(nèi)。
【文檔編號(hào)】H04N1/024GK103675958SQ201210323704
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月4日
【發(fā)明者】游昆潔, 林明杰, 李彭榮 申請(qǐng)人:菱光科技股份有限公司