CN201830341U - 一种高分辨率的线阵图像读取装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高分辨率的线阵图像读取装置，包括能照射原稿的光源，在原稿移动方向的垂直方向上延伸至整个读取范围并能将原稿反射光进行聚焦的透镜阵列，多个排列成直线的能接收透镜阵列汇聚光的传感器芯片，传感器芯片表面上设有线阵排列的将光信号转换成电信号的感光像素，搭载前述传感器芯片的基板，以及在基板与透镜之间设置的对传感器芯片间隙处进行光调节的透光板，其特征在于传感器芯片两端一定范围内的感光像素为非均匀排列的，本实用新型能够消除高分辨率图像读取时传感器芯片之间的间隙造成的图像丢失问题，提高图像读取的质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种图像读取装置，具体说是一种高分辨率的线阵图像读取装置。
背景技术
图1是现有线阵图像读取装置的断面图，图中1是能发出光并均匀照射原稿的线照明光源，2在原稿移动方向的垂直方向上延伸至整个读取范围并能将原稿反射光进行聚焦的透镜阵列，3是多个排列成直线的用于接收透镜阵列2所汇聚光的传感器芯片， 4是搭载上述传感器芯片的传感器基板， 6是容纳光源1、透镜阵列2、传感器基板4的框架，５是设置在框架6上的搭载原稿的玻璃板，10为原稿。
图2是现有线阵图像读取装置的搭载传感器芯片的传感器基板的结构示意图，复数个传感器芯片3在基板4上沿直线排列，传感器芯片3表面上设有线阵排列的感光像素30，用于将接收到的光信号转换成电信号。每个传感器芯片3上的感光像素30的排列都是均匀的，其排列周期为P。P的大小由感光像素的密度（分辨率）决定，例如对于分辨率为200DPI的像素密度来说，P的值为0.127mm。像素密度越高,P的值越小，像素密度为600DPI时，P的值只有42微米。
在上述图像读取装置中，光源1发出的光，透过玻璃板5，照射到外面的原稿10上 ,原稿10上的文字黑色区域光被吸收,而在原稿其它的白色底色区域,光几乎100%被反射,这些反射光再穿过玻璃板5,被透镜阵列2收集,照射到传感器基板4上搭载的传感器芯片3的表面。传感器芯片3的表面上有线阵排列的感光像素30，这些感光像素30在芯片内部的电路的控制下将接收到的光信号转换成电信号,并经过驱动电路输出,作为图像（文字）信息向外输出。原稿不断移动，其上所记载的图像信息(文字)就会被连续读取下来。
但是在上述线阵图像读取装置中，由于传感器基板4上搭载有多个传感器芯片3，并且传感器芯片3沿直线方向组装在传感器基板4上，传感器芯片3之间存在一定的组装间隙Lgap，因此在两个传感器芯片交界的地方，像素的排列周期P’与正常像素的排列周期P是不同的，P’与P的差异，对读取的图像质量存在着影响，并且线阵图像读取装置的分辨率越高影响越大。
如果P’=P（低分辨率时），芯片交界处的像素排列周期与正常的像素排列相同，说明芯片间隙不会对分辨率（或图像质量）造成影响。但在高分辨率时，例如对于1200DPI的高分辨率的线阵图像读取装置，像素排列的周期P为21.2微米，而实际组装过程中如果传感器芯片的间隙为80微米，则P’约为100微米左右，即P’=5P，也就是说传感器芯片间隙约占有4个像素大小的距离，在图像读取时这一范围内没有感光像素，所以无法读取到这一范围所对应的原稿上的图像信息，使读取的图像失去了完整性。并且传感器芯片的间隙越大，丢失的图像信息也就越多。
为了减少传感器芯片间隙造成的图像信息的丢失，公开号CN1678012A的专利中在透镜与传感器基板之间加入了在传感器芯片间隙处设有凹凸结构的透光板（该专利的图10），将芯片间隙处的光信号导入到芯片端部相近的感光像素之中，这种结构虽然将芯片间隙处的光信号进行了利用，但是并没有将这些光信号具体地还原成该处的图像信息，而是将这些信号叠加到了附近的感光像素上。对于读取到的图像而言，将传感器芯片间隙处的信号叠加到附件的感光像素上，虽然减少了图像信息的丢失，但这种方法会造成叠加处的图像产生失真，也达不到真正还原图像的目的。
上述线阵图像读取装置存在以下问题：由于传感器芯片之间组装时存在着间隙，在图像读取时芯片间隙之间的图像信息会丢失或使相邻图像失真，尤其是对于高分辨率的图像读取装置，同样的芯片间隙，所对应的感光像素的数量也就越多，造成的失真也就越严重。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种对即使传感器芯片之间存在间隙，也能够完整地还原图像信息使读取的图像质量不发生劣化的高分辨率线阵图像读取装置。
本实用新型可以通过如下措施达到：
一种高分辨率的线阵图像读取装置，包括能照射原稿的光源，在原稿移动方向的垂直方向上延伸至整个读取范围并能将原稿反射光进行聚焦的透镜阵列，多个排列成直线的能接收透镜阵列汇聚光的传感器芯片，传感器芯片表面上设有线阵排列的将光信号转换成信号的感光像素，搭载前述传感器芯片的传感器基板，以及在传感器基板与透镜阵列之间设置的对传感器芯片间隙处进行光调节的透光板，其特征在于传感器芯片两端一定范围内的感光像素是非均匀排列的。
本实用新型的线阵图像读取装置，传感器芯片上的正常感光像素的排列周期为P，在芯片端部一定范围内的感光像素的排列周期小于P，并且越靠近芯片端部时排列周期越小。排列周期的减小也是指感光像素的面积越小。
本实用新型的线阵图像读取装置，传感器芯片端部一定范围内非均匀排列的感光像素的数量为在原来N个像素区域内增加了n个像素，即在原来N*P范围内排列有N+n个像素。
本实用新型的线阵图像读取装置，传感器芯片两端非均匀区的感光像素是对称排列的。
本实用新型的效果是，将传感器芯片在组装时产生的间隙所对应的宽度换算成所能构对应的感光像素的个数，然后将所对应的个数设置在传感器芯片的两端的区域，使传感器芯片两端的部分区域的像素密度增加，同时使用对传感器芯片间隙处具有折光作用的透光板将照射到传感器芯片间隙处的光信号折射到传感器芯片的两端，由传感器芯片两端新增加的像素进行接收，从而能完整地保留传感器芯片间隙处的图像信息，大大提高了图像的读取质量。
附图说明。
图1为现有线阵图像读取装置的截面示意图。
图2为现有线阵图像读取装置的传感器芯片排列结构示意图。
图3为本实用新型实施例1的线阵图像读取装置的截面示意图。
图4为本实用新型实施例1的线阵图像读取装置的透镜阵列、透光板、基板的位置关系示意图。
图5为本实用新型实施例1的线阵图像读取装置的透光板的结构示意图。
图6为本实用新型实施例1的线阵图像读取装置的透光板的光折射区的结构示意图。
图7为透光板折射区的光的偏转角度的示意图
图8为本实用新型实施例1的线阵图像读取装置的传感器芯片的结构示意图
图9为本实用新型实施例1的线阵图像读取装置的传感器芯片的端部的俯视放大示意图。
图10为本实用新型实施例1的线阵图像读取装置的透光板的光折射区与传感器芯片的位置关系图。
图11为本实用新型实施例2的线阵图像读取装置的透光板的另一种光折射区的结构示意图。
图12为本实用新型实施例4的线阵图像读取装置的传感器芯片的端部的俯视放大示意图。
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
实施例1：图3是本实用新型实施例1的断面结构图，图中1是能发出光并均匀照射原稿的线照明光源，2是在原稿移动方向的垂直方向上延伸至整个读取范围并能将原稿反射光进行聚焦的透镜阵列，3是多个排列成直线的用于接收透镜阵列2所汇聚光的传感器芯片， 4是搭载上述传感器芯片的传感器基板， 6是容纳光源1、透镜阵列2、传感器基板4的框架，５是设置在框架6上的搭载原稿的玻璃板，7是为线阵图像读取装置提供电源、驱动信号及向外输出读取的图像信号的插座，8是对传感器芯片间隙处进行光折射的透光板，10为原稿。
图4为本实用新型实施例1的线阵图像读取装置的透镜阵列、透光板、传感器芯片及传感器基板的位置关系示意图。30是传感器芯片表面线阵排列的感光像素，80是透光板8上设置的在传感器芯片间隙处进行光折射的光折射区，在本实施例中采用三角形的结构，设置于靠近传感器芯片侧的表面上，位于传感器芯片的间隙处，其排列周期与传感器芯片的排列周期相同。其余符号与图3相同的其功能与图3相同或相当。
图5为本实用新型实施例1的线阵图像读取装置的透光板的侧视示意图。光折射区80贯穿于透光板靠近传感器芯片侧的表面（传感器芯片排列方向的垂直方向）。排列周期为A（传感器芯片的排列周期）。
图6为本实用新型实施例1的线阵图像读取装置的透光板的光折射区的结构示意图。本实用新型中的透光板是由聚丙烯材料制成的透明板，折射率为1.5，也可以采用其它透明材料。在本实施例中折射区采用三角形的结构，折射区的宽度为a，深度为b。
光源1发出的照射到原稿上被原稿反射后反射光被透镜阵列2收集，反射光穿过透镜阵列2后照射到透光板上并穿过透光板射向传感器芯片。光穿过透光板时，在没有折射区的地方光穿过透光板后垂直射向传感器芯片表面，在有折射区的地方光穿过透光板时方向发生改变，透光板光的折射率为1.5，而空气的折射率为1.0，所以光经过折射区时光的方向向折射区的两侧发生偏转。
图7为透光板折射区的光的偏转角度表示图，θ1为光经过透光板的折射区表面时的入射角，θ2为光穿过透光板的折射区表面时的折射角，α为光的偏转角。根据光的折射原理，n1Sinθ1=n2 Sinθ2，因为n1=1.5，n2=1.0，所以，Sinθ2=1.5 Sinθ1，而偏转角α=θ2-θ1。根据透光板折射区的结构，可根据a和b的值求出偏转角α
图8为本实用新型实施例1的传感器芯片的结构示意图，传感器芯片的大小为长度L为18.27mm，宽W和高H均为0.35mm，分辨率为1200DPI。一个传感器芯片上有864个感光像素，感光像素的周期P约为22微米，传感器芯片中部为正常密度排列的感光像素，在传感器芯片两端N*P的范围内是的增加密度后的感光像素分布。
图9为本实用新型实施例1的线阵图像读取装置的传感器芯片的端部的俯视放大示意图。在传感器芯片中部，感光像素是均匀排列的，均匀排列的感光像素的尺寸为X=20微米，高度Y=40微米，像素与像素之间的间隔为2微米。在传感器芯片端部N*P范围内为感光像素的非均匀排列区，本实施例中采用N=8，n=2的像素排列方式，即在原来8个感光像素的区间内排列有10个感光像素。
在感光像素的非均匀排列区，每个像素的排列周期或感光像素的大小是不同的，并且从中部到端部排列周期是逐渐减小的。在本实施例中感光像素之间的间隙是固定不变的，与均匀区的间隙相同即为2微米，感光像素的高度也与均匀区相同即为40微米，排列周期的变化反映在感光像素的宽度尺寸X的变化。
在原来的8个像素的176微米（22*8=176）的范围内排列10像素，新的排列周期的平均值为176/10=17.6微米，如果像素的排列间隙不变仍为2微米，则感光像素的平均宽度为15.6微米，与原像素宽度20相比，减小了4.4微米。如果新的感光像素的大小在平均值上下均匀变化，则其变化的范围为8.8微米，因为有10个像素，所以像素宽度每一级的变化量为0.88微米 。表1为感光像素非均匀排列区的10个像素对应的宽度及排列周期。
表1
| 像素 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| X | 19.6 | 18.7 | 17.8 | 16.9 | 16.0 | 15.2 | 14.3 | 13.4 | 12.5 | 11.6 |
| P | 21.6 | 20.7 | 19.8 | 18.9 | 18.0 | 17.2 | 16.3 | 15.4 | 14.5 | 13.6 |
图10为本实用新型实施例1的线阵图像读取装置的透光板的光折射区与传感器芯片的位置关系图，△H为透光板距离传感器芯片之间的间距，Lgap为相邻两个传感器芯片之间的间隙，透光板上的光折射区80的中心对应在传感器芯片间隙的中心处。传感器芯片上的非均匀区中增加的感光像素的个数n与传感器芯片的组装间隙Lgap有关，Lgap小增加的像素个数n就少，反之Lgap大，需增加的像素个数n就多。本实施例中传感器芯片的间隙为80微米，对1200DPI的分辨率来说基本相当于4个感光像素的大小，因此间隙两侧的芯片上各增加2个感光像素。
实际组装时为了减小组装工艺的难度，也可以适当增大两个芯片之间的间隙，如采用0.22mm的间隙时，有10个像素大小的空间，两侧的芯片上可以各增加5个像素。
透光板与传感器芯片之间的距离△H与透光板上折射区的结构（a和b）以及传感器芯片间的间隙Lgap确定，实际结构中△H在0.5mm-1mm的范围内比较适宜。
传感器芯片上的非均匀区的长度（N*P）也与透光板上光折射区的结构（a和b）及芯片的间隙Lgap确定，通常可以近似由下式来确定。
N*P=（a-Lgap）/2
在本实施例中N*P为176微米，Lgap为80微米，a约为432微米。
透镜阵列2收集的光穿过透光板时，在经过光折射区的地方，由于折射区对光的折射作用将对应于传感器芯片间隙处的光折射到两侧的传感器芯片上，并且由于在传感器芯片的像素排列的非均匀区中增加了芯片间隙所对应的像素数量，所以在传感器芯片间隙附近所读取的图像信号与正常区域读取的图像信号是完全相同的，防止了传感器芯片间隙处的图像信号的丢失，也避免了对周围的图像信号造成的失真。
实施例2，在前述实施例中透光板上折射区为三角形结构，也可以采用曲面结构，如图11所示为本实用新型实施例2的线阵图像读取装置的透光板的另一种光折射区的结构示意图。这种折射区采用的是曲面的结构，也可以采用其它结构的折射区结构，对光的折射有同样的效果。
实施例3，在前述实施例中，传感器芯片的非均匀区N*P采用了8个像素周期的长度，在本实施例中采用了16个像素的周期为（20+2）*16=352微米，传感器芯片间隙仍为80微米，相当于4个像素距离，每侧的芯片上各加入2个像素，即在352微米的范围内排列18像素，新的排列周期的平均值为352/18=19.6微米，如果像素的排列间隙不变仍为2，则像素的平均宽度为17.6微米，与原像素宽度20相比，减小了2.4微米。如果新的像素的大小在平均值上下均匀变化，则其变化的范围为4.8微米，因为有18个像素，所以像素宽度每一级的变化量为0.27微米。表2为本实施例中非均匀区的各像素的排列周期及像素大小。
表2
| 像素 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| X | 19.9 | 19.6 | 19.3 | 19.0 | 18.8 | 18.5 | 18.2 | 18.0 | 17.7 |
| P | 21.9 | 21.6 | 21.3 | 21.0 | 20.8 | 20.5 | 20.2 | 20.0 | 19.7 |
| 像素 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
| X | 17.4 | 17.1 | 16.9 | 16.6 | 16.3 | 16.1 | 15.8 | 15.5 | 15.2 |
| P | 19.4 | 19.1 | 18.9 | 18.6 | 18.3 | 18.1 | 17.8 | 17.5 | 17.2 |
实施例4，在前述实施例中，传感器芯片的非均匀区的感光像素的大小从中间向端部逐渐减小，在本实施例中，在非均匀区内部感光像素采用大小相同均匀排列的方式，不过其感光像素的大小与排列周期与正常区域不同。
图12是本实施例的传感器芯片的端部俯视放大图，芯片的分辨率为1200DPI，左部为正常区域的感光像素的分布，分布周期P为22微米，像素宽度X为20微米，像素高度Y为40微米，右侧为传感器芯片端部的非均匀区的像素分布，在非均匀区内部，像素的分布是均匀的。
本实施例仍采用实施例1的结构方式，在8个像素周期中增加2个像素的排列方式，因此，在非均匀区内部排列的感光像素的宽度X1为15.6微米，排列周期P1为17.6微米。
实施例5，前述实施例中均采用分辨率为1200DPI的传感器芯片，本实用新型的将传感器芯片间隙所对应的像素数量加入到传感器芯片端部的方法也适用于其它分辨率的传感器芯片，也属于本实用新型的保护范畴。
Claims (6)
1.一种高分辨率的线阵图像读取装置，包括能照射原稿的光源，在原稿移动方向的垂直方向上延伸至整个读取范围并能将原稿反射光进行聚焦的透镜阵列，多个排列成直线的能接收透镜阵列汇聚光的传感器芯片，传感器芯片表面上设有线阵排列的将光信号转换成电信号的感光像素，搭载前述传感器芯片的基板，以及在基板与透镜阵列之间设置的对传感器芯片间隙处进行光调节的透光板，其特征在于传感器芯片两端一定范围内的感光像素为非均匀排列的。
2.根据权利要求1所述的一种高分辨率的线阵图像读取装置，其特征在于传感器芯片的感光像素的排列周期为P，在芯片端部一定范围内的感光像素的排列周期小于P。
3.根据权利要求2所述的一种高分辨率的线阵图像读取装置，其特征在于传感器芯片端部一定范围内的感光像素的排列周期越靠近芯片端部时排列周期越小。
4.根据权利要求3所述的一种高分辨率的线阵图像读取装置，其特征在于传感器芯片端部一定范围内的感光像素越靠近芯片端部时感光像素的面积越小。
5.根据权利要求4所述的一种高分辨率的线阵图像读取装置，其特征在于传感器芯片端部一定范围内非均匀排列的感光像素的数量为在原来N个像素区域内增加了n个像素，即在N*P范围内排列有N+n个像素。
6.根据权利要求2、3、4或5所述的一种高分辨率的线阵图像读取装置，其特征在于传感器芯片两端部一定范围内的感光像素的排列是对称分布的。
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Address after: 264209 Weihai high tech Industrial Development Zone, Shandong Torch Road, No. 159 Patentee after: Weihai Hualing Opto-electronics Co.,Ltd. Address before: 264209 Weihai high tech Industrial Development Zone, Shandong Torch Road, No. 159 Patentee before: Weihai Hualing Optoelectronic Co., Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110511 Termination date: 20181013 |
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