透鏡陣列模塊及其製法

2023-09-14 02:37:50

透鏡陣列模塊及其製法
【專利摘要】本發明公開一種透鏡陣列模塊及其製法，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所製成的長方體，並具有多個沿該長方體的長軸方向等間隔排列的貫孔。該透鏡單元具有多個透鏡柱分別對應地設置於該多個貫孔內，各該透鏡柱為一負透鏡，並具有一緊配合地嵌設於該貫孔內的柱狀部，以及二分別由該柱狀部兩相反端延伸且突出於該貫孔兩相反側的外的突出部，各該突出部具有一外凸曲面。此外，本發明還提供上述本發明的透鏡陣列模塊的製法。
【專利說明】透鏡陣列模塊及其製法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種接觸式影像感測裝置，尤其涉及一種接觸式影像感測裝置的透鏡陣列模塊。
【背景技術】
[0002]接觸式影像感測裝置(Contact Image Sensor, CIS)為線型影像感測器的一種，可用於掃描一文件表面上的圖像或文字，並將其轉換成為電子格式，以便於儲存、傳輸或顯示，其主要的應用包含有掃描器、傳真機以及多功能事務機等。
[0003]如圖1所示，接觸式影像感測裝置10的工作原理是將線狀光源11所產生的光線照射到待掃描的文件12上，並利用對應的線狀透鏡陣列13將該文件12所反射的光線匯聚於影像感測元件14之上。目前常用的影像感測元件14如電荷耦合元件(Charge-Coupled Device, CCD)或是互補式金屬氧化物半導體(Complementary MetalOxide Semiconductor, CMOS)等。利用影像感測元件14將光信號轉變為電信號,進而產生模擬或數字的像素(pixel)數據。
[0004]現有的線狀透鏡陣列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的正立實像，並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到成像的目的，其內部的折射率分布是沿徑向逐漸減小。然而，自聚焦透鏡130本身的工藝即相當複雜，而要組成透鏡陣列則更為複雜，如圖3所示，需將多顆單獨的自聚焦透鏡130精準地彼此平行排列，並以黑色矽膠131將該些自聚焦透鏡130固定於兩片平板132之間。製造過程相當複雜，以致造成良率無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需將兩片分別單獨製作的微透鏡陣列21、22彼此對準並且加以固定，並且需利用外加的遮光元件23來濾掉大角度行進的光線，以避免光線在行進間產生交互幹擾(crosstalk)的現象，也因此增加了額外的工藝與成本。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在於提供一種透鏡陣列模塊，適用於接觸式影像感測裝置，具有簡便工藝的特性，可以有效地降低所需成本。
[0007]為達上述目的，本發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所製成的長方體，並具有多個沿該長方體的長軸方向等間隔排列的貫孔。該透鏡單元具有多個透鏡柱分別對應地設置於該多個貫孔內，各該透鏡柱為一負透鏡，並具有一緊配合地嵌設於該貫孔內的柱狀部，以及二分別由該柱狀部兩相反端延伸且突出於該貫孔兩相反側的外的突出部，各該突出部具有一外凸曲面。
[0008]此外，上述本發明的透鏡陣列模塊的製法，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所製成的長方體，並具有多個沿該長方體的長軸方向等間隔排列的貫孔；然後，以第二次射出成型方式於該多個貫孔內分別對應地形成多個透鏡柱，各該透鏡柱為一負透鏡，並具有一緊配合地嵌設於該貫孔內的柱狀部，以及二分別由該柱狀部兩相反端延伸的突出部，各該突出部具有一外凸曲面。
[0009]以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為現有的接觸式影像感測裝置的一剖視圖；
[0011]圖2為現有的的自聚焦透鏡的一示意圖；
[0012]圖3為現有的的自聚焦透鏡陣列的一局部示意圖；
[0013]圖4為現有的的微透鏡陣列組合的一剖視圖；
[0014]圖5為本發明的透鏡陣列模塊的立體圖；
[0015]圖6為本發明的透鏡陣列模塊的剖視圖；
[0016]圖7為本發明的透鏡陣列模塊的透鏡柱的示意圖；
[0017]圖8為本發明的透鏡陣列模塊的剖視圖；以及
[0018]圖9至圖17為本發明的透鏡陣列模塊的製法的各步驟的剖視圖。
[0019]其中，附圖標記
[0020]現有技術`
[0021]接觸式影像感測裝置10光源11
[0022]文件12透鏡陣列13
[0023]自聚焦透鏡130矽膠131
[0024]平板132影像感測元件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圓杆組43
[0037]圓杆431內凹曲面432
[0038]第一滑塊44第二母模45
[0039]澆道451內凹曲面452
[0040]第二滑塊46
【具體實施方式】[0041]有關本發明的技術內容及詳細說明，配合【專利附圖】

【附圖說明】如下:
[0042]如圖5所示，為本發明的一種透鏡陣列模塊的一實施例。該透鏡陣列模塊30包含一固定座31，以及一設置於固定座31內的透鏡單元32。[0043]固定座31為一長條狀長方體，其可為PPS、PC、ABS、LCP或其他的不透光材質所製成。固定座31具有多個沿該長方體的長軸方向並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的長軸方向。如圖6所示，該多個透鏡柱32分別對應地設置於該多個貫孔311內。此外，該固定座31還形成有一沿其長軸方向貫穿該固定座31且連通各貫孔311的通道312。在本實施例中，該通道312是貫通該多個貫孔311的中央處。實際實施時，則不以中央處為限，但須連通各貫孔311並將各貫孔311連通至固定座31之外。該透鏡單元32具有多個對應位於該多個貫孔311內的透鏡柱320以及多個位於該通道312內的連接柱326。該多個透鏡柱320以及該多個連接柱326是相互連接並是以塑膠射出方式一體成型地製成。
[0044]各該透鏡柱320為一負透鏡，並具有一緊配合地嵌設於該貫孔311內的柱狀部321，以及二分別由該柱狀部321兩相反端延伸且突出於該貫孔311兩相反側的外的突出部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，並分別具有一外凸曲面324、325。在本實施例中，各該外凸曲面324、325皆為非球面，其目的在於消除光學像差，實際實施時則不以此為限，可為球面或其他形狀的外凸曲面。
[0045]如圖7所示，為了要達到使一側的物體藉透鏡柱320在另一側形成正像的目的，各該透鏡柱320必須是為負透鏡，且其光學主平面是落在透鏡柱320之外，使焦距在理論上為負值。因此，通過厚透鏡焦距公式推導，柱狀部321的長度值d必須大於兩外凸曲面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，為依據另一實施例的透鏡陣列模塊，與上述實施例不同之處在於:該多個突出部322、323並未突出於該多個貫孔311之外。從模擬結果可得知，此種設計可更為提高整體透鏡陣列模塊的均勻度及MTF。
[0048]上述本發明的透鏡陣列模塊30的製法是主要利用射出成型(injectionmolding)方式製作,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並伸入模穴當中的圓杆組43，以及一插接於該公模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結合後，以該第一滑塊44嵌入於該公模42的凹槽421中，並位於公模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。圓杆組43具有多個彼此間隔且沿一方向排列的圓杆431，該圓杆431上具有一內凹曲面432。
[0050]如圖13所示，當固定座31冷卻成型後，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)，此射出後的固定座31不需從公模42上取下，直接將公模42旋轉至第二母模45上，與該第二母模45結合後，將第二滑塊46嵌入於該公模42的凹槽421中，並位於公模42與第二母模45之間,第二母模45內具有相對於該固定座31的貫穿孔311的曲面451及該各圓杆431的內凹曲面432對應該貫孔311，目的是為了相對於透鏡lens的曲面。在第二射出作業前，該圓杆組43向後退出些許距離，目的是為了能再有效範圍內形成透鏡lens的另一端曲面(如圖15?圖17)，在第二射出時該第二母模45具有連通模穴的澆道452，用以將熔融材料傳遞至模穴內，並經由該通道312將熔融材料傳輸至各個貫孔311內。在第二射出完成後，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，並將圓杆組43抽離公模42後，可以從公模42上取下該透鏡陣列模塊30。
[0051]當冷卻成型後，即得到如圖5所示的透鏡陣列模塊30。由於該固定座31的貫孔311彼此之間的平行排列是由模具所定義並藉此製作成型，且該多個透鏡柱320是直接於貫孔311內以射出成型方式形成，因此該些透鏡柱320無須另行費事進行對準，本身便可達到精準地平行排列。並且，由於固定座31本身是不透明材質所製成，可有效防止任兩透鏡柱320之間的光線交互幹擾。
[0052]當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種透鏡陣列模塊，其特徵在於，包含: 一固定座，為一不透光材質所製成的長方體，並具有多個沿該長方體的長軸方向等間隔排列的貫孔；以及 一透鏡單元，包含分別對應地設置於該多個貫孔內的多個透鏡柱，各該透鏡柱為一負透鏡，並具有一緊配合地嵌設於該貫孔內的柱狀部，以及二分別由該柱狀部兩相反端延伸的突出部，各該突出部具有一外凸曲面。
2.根據權利要求1所述的透鏡陣列模塊，其特徵在於，各該貫孔為一圓柱形，且各該柱狀部為一圓柱體。
3.根據權利要求1所述的透鏡陣列模塊，其特徵在於，各該外凸曲面為一非球面。
4.根據權利要求1所述的透鏡陣列模塊，其特徵在於，各該柱狀部的長度值大於該多個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.根據權利要求1所述的透鏡陣列模塊，其特徵在於，該固定座還具有一沿其長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位於該通道內的連接柱，該通道貫通該多個貫孔的中央處，該多個透鏡柱以及該多個連接柱相互連接並以塑膠射出方式一體成型地製成。
6.一種透鏡陣列模塊的製法，其特徵在於，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所製成的長方體，並具有多個沿該長方體的長軸方向等間隔排列的貫孔；以及以第二次射出成型於該多個貫孔內分別對應地形成多個透鏡柱，各該透鏡柱為一負透鏡，並具有一緊配合地嵌設於該貫孔內的柱狀部，以及二分別由該柱狀部兩相反端延伸的突出部，各該突出部具有一外凸曲面。
7.根據權利要求8所述的透鏡陣列模塊的製法，其特徵在於，使各該貫孔為一圓柱形，且使各該柱狀部為一圓柱體。
8.根據權利要求8所述的透鏡陣列模塊的製法，其特徵在於，使各該外凸曲面為一非球面。
9.根據權利要求8所述的透鏡陣列模塊的製法，其特徵在於，使各該柱狀部的長度值大於該多個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.根據權利要求8所述的透鏡陣列模塊的製法，其特徵在於，還於該固定座形成一沿其長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由該通道將該透鏡柱的熔融材料傳輸至各個貫孔內。
【文檔編號】H04N1/024GK103675958SQ201210323704
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月4日 優先權日:2012年9月4日
【發明者】遊昆潔, 林明傑, 李彭榮 申請人:菱光科技股份有限公司