TWI514875B - 影像感測裝置 - Google Patents

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Description

影像感測裝置
本發明是有關於一種影像感測裝置，且特別是有關於一種用於掃描文件的影像感測裝置。
請參考第1圖，其繪示感測單元模組118感測待掃描文件112影像之光程示意圖。長條狀之感測單元模組118具有R、G、B三個感測單元，各個感測單元可以於X軸方向上對掃描文件112感測一條掃描線(Scan Line)122，此X軸方向之解析度稱為光學解析度(Optical Resolution)，可以dpi代表每英吋文件投射到各感測單元時所涵蓋到的感光元件之點數。另外，因光機或掃描文件112受步進馬達之驅動於Y軸方向傳動，感測單元模組118可對掃描文件112感測複數條掃描線122，而Y軸方向之解析度稱為機械解析度(Mechanical Resolution)，代表帶動感測單元模組118的步進馬達每英吋傳動的步數，因此掃描器之解析度通常以(X軸解析度×Y軸解析度)dpi來表示，例如600×300dpi。
當感測單元R、G、B經由透鏡組116之設置分別感測三條相鄰掃描線Ln、Ln+1及Ln+2之後，步進馬達驅動感測單元模組118沿Y軸傳動到下一步(第1圖中之虛線部份)時，此些 感測單元又恰可一次分別感測到接下來之三條相鄰掃描線Ln+1、Ln+2及Ln+3，使得每一條掃描線122的影像分別由相對應的感測單元R、G、B感測，因而可得到完整之彩色影像。
若以供Y軸解析度為300dpi掃描器使用之步進馬達為例，當Y軸解析度提高為600dpi時，若要維持同樣的掃描速度，因每頁掃描線數量增加到兩倍，此時單一掃描線之掃描時間縮短到一半，也就是各感測單元的曝光時間縮短到一半，因而造成曝光量不足。
本發明係有關於一種影像感測裝置，藉由累加曝光量以解決習知技術中曝光時間縮短的問題。
根據本發明之一方面，提出一種影像感測裝置，配置於一照明光束對一掃描文件進行照射所形成的多條掃描線的傳遞路徑上，並依序感測此些掃描線以依序輸出多個類比訊號。影像感測裝置包括N個紅光感測單元、N個綠光感測單元、N個藍光感測單元以及一控制電路。控制電路用以累加一曝光時間Ti 中各個紅光感測單元、各個綠光感測單元以及各個藍光感測單元產生的曝光量Qi 至下一個曝光時間Ti+1 中分別對應各個紅光感測單元、各個綠光感測單元以及各個藍光感測單元產生的曝光量Qi+1 ，直到累加至第TN 個曝光時間為止，其中i為1到N的正整數。其中，此些曝光量Qi 至QN 依序儲存於一暫存器中，並經由控制電路輸出，以使各掃描線的影像被轉換成曝光量為Qi 至QN 之總和的類比訊號。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
220‧‧‧影像感測裝置
112、222‧‧‧掃描文件
224‧‧‧控制電路
116、226‧‧‧透鏡組
118、228‧‧‧感測單元模組
122‧‧‧掃描線
230‧‧‧類比訊號處理器
302‧‧‧感測單元模組
310A‧‧‧第一CCD移位暫存器
310B‧‧‧第二CCD位移暫存器
306A‧‧‧第一感測單元
306B‧‧‧第二感測單元
Ea‧‧‧第一CCD元件
Ea’‧‧‧第二CCD元件
Da、Db‧‧‧感測元件
Sa、Sb‧‧‧第一、第二訊號電荷
312A、312B‧‧‧第一、第二移位閘
L‧‧‧照明光束
R‧‧‧紅光感測單元
G‧‧‧綠光感測單元
B‧‧‧藍光感測單元
Lm、Lm+1、Lm+2、Lm+3、Lm+4、Lm+5、Lm+6‧‧‧掃描線
Ln、Ln+1、Ln+2、Ln+3‧‧‧掃描線
第1圖繪示感測單元模組感測待掃描文件影像之光程示意圖。
第2圖繪示本發明一實施例之影像感測裝置感測掃描文件之光程示意圖。
第3圖繪示一種交錯型感測單元模組之示意圖。
在本實施例之一範例中，提出一種影像感測裝置，其至少增加一組紅光感測單元、綠光感測單元及藍光感測單元，搭配透鏡組之適當設置，可使感測單元模組在同一曝光時間內可以感測到的Y軸方向掃描線數至少增加兩倍，不用改良步進馬達或增加燈管之亮度，即可有效提高掃描解析度。
請參考第2圖，其繪示本發明一實施例之影像感測裝置220感測掃描文件222之光程示意圖。影像感測裝置220可安裝於一掃描模組(例如掃描器)之中，掃描模組包含一馬達(例如步進馬達)，用以驅動影像感測裝置220或掃描文件222，以使影像感測裝置220與掃描文件222產生相對移動。雖然在第2圖中沒有繪示掃描用的照明光源，但可想而知，照明光源可配置於 掃描模組中，以產生掃描用的照明光束L。影像感測裝置220配置於照明光束L對掃描文件222進行照射所形成的多條掃描線的傳遞路徑上，並依序感測此些掃描線以依序輸出多個類比訊號。
在不增加馬達轉速及燈管亮度的前提下，為提高Y軸方向之解析度及曝光量，本發明直接從感測單元模組228的設計上來改良，以達到提高解析度之目的。如第2圖所示，以電荷耦合元件(Charge Couple Device，CCD)為例，感測單元模組228包括依序為RCCD、RCCD、GCCD、GCCD、BCCD、BCCD之六條感測單元，比習知多了一組RCCD、GCCD、BCCD，可一次分別感測相鄰六條掃描線Lm、Lm+1、Lm+2、Lm+3、Lm+4及Lm+5，而且六條CCD可適當搭配透鏡組226之設置，使得每英吋文件被感測之掃描線數為習知的2倍量(即Y軸解析度為習知的2倍)，因此提高Y軸方向的解析度。此外，當感測單元模組228受步進馬達驅動沿Y軸傳動時，係控制讓感測單元模組228每被傳動一步可以向前移動一條掃描線，也就是說，接下來感測單元模組228可感測到的六條掃描線(如第2圖中之虛線所示)為Lm+1、Lm+2、Lm+3、Lm+4、Lm+5及Lm+6，以此類推。因此，每一條掃描線的R、G、B影像分別由相鄰的RCCD、RCCD、GCCD、GCCD、BCCD、BCCD之六個感測單元感測，且每一條掃描線的R、G、B影像的曝光量經由累加兩次曝光時間的曝光量之後變為單次曝光量的兩倍，因而可提高R、G、B合成後彩色影像的曝光量。
請參照第2圖，控制電路224用以累加一曝光時間 Ti 中第i個紅光感測單元R、綠光感測單元G以及藍光感測單元B產生的曝光量Qi 及下一個曝光時間Ti+1 中第i+1個紅光感測單元R、綠光感測單元G以及藍光感測單元B產生的曝光量Qi+1 ，直到累加至第TN 個曝光時間為止，其中i為1到N的正整數，而N為對應紅光、綠光及藍光感測單元的數量。其中，此些曝光量Qi 至QN 依序儲存於一暫存器(例如CCD移位暫存器)中，並經由控制電路224的加法器累加後輸出至一類比訊號處理器230，以使每一條掃描線的影像依序被轉換成曝光量為Qi 至QN 之總和的類比訊號。
由此可知，當紅光、綠光及藍光感測單元的各別數量為N個時，本實施例可在馬達的轉速不變的情況下，提高曝光量至N倍而增加亮度，使得此些紅光、綠光及藍光感測單元輸出的總亮度值分別為單個紅光、綠光及藍光感測單元輸出的亮度值的N倍。此外，本實施例可在馬達的轉速不變的情況下，提高Y軸方向的解析度至N倍，使得此些紅光、綠光及藍光感測單元在Y軸方向上的掃描解析度分別為單個紅光、綠光及藍光感測單元在Y軸方向上的掃描解析度的N倍。
上述之六條CCD感測單元模組228之排列方式係可由二條RCCD、二條GCCD以及二條BCCD兩兩一組來排列組合，除了上述之(RCCD、RCCD、GCCD、GCCD、BCCD、BCCD)排列順序之外，也可以是(RCCD、RCCD、BCCD、BCCD、GCCD、GCCD)或(GCCD、GCCD、RCCD、RCCD、BCCD、BCCD)等， 亦可以是RCCD、GCCD、BCCD三條CCD先排列組合再複製相同一組並列，例如是(RCCD、GCCD、BCCD、RCCD、GCCD、BCCD)或(RCCD、BCCD、GCCD、RCCD、BCCD、GCCD)之順序等，另外RCCD、GCCD、BCCD三條也可以先排列組合再鏡射一組並列，例如是(RCCD、GCCD、BCCD、BCCD、GCCD、RCCD)或(BCCD、RCCD、GCCD、GCCD、RCCD、BCCD)之順序等，皆可以達到上述同一掃描線於連續三次感測反射之光線恰可由其中之RCCD、GCCD及BCCD所感測，以取得完整之彩色影像，且其曝光量為習知的兩倍。
此外，若要維持Y軸方向之解析度及曝光量不變，必且將掃描速度提高至兩倍時，只要利用本發明使步進馬達每傳動一步移動二條掃描線即可。在此情況下，由於解析度及曝光量不變，掃描品質沒有變差，但掃描速度變快，因而減少掃描時間。
上述實施例之感測單元雖以電荷耦合元件(CCD)為例作說明，但感測單元亦可以是接觸式影像感測器(Contact Image Sensor,CIS)或者是互補金氧半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)元件，皆不脫離本發明之技術範圍。此外，上述實施例之感測單元較佳為時間延遲積分式(time delay integration，TDI)感測器，用以儲存訊號電荷於CCD移位暫存器中，並可透過加法器累加儲存於CCD移位暫存器中的訊號電荷，以計算每一條掃描線的曝光量。
因此，當上述紅光、綠光及藍光感測單元接收照明 光束L之曝光並分別產生相對應之訊號電荷之後，此些訊號電荷依序經由一移位閘之控制，傳送至CCD移位暫存器，以供控制電路224計算各個紅光感測單元R、各個綠光感測單元G以及各個藍光感測單元B產生的曝光量。
請參照第3圖，其繪示一種交錯型(Staggered Type)感測單元模組之示意圖。本發明之影像感測裝置220可應用於交錯型感測單元模組中，如第3圖所示，感測單元模組302包括有第一CCD移位暫存器310A、第二CCD位移暫存器310B、第一光感測單元306A與第二光感測單元306B。第一CCD移位暫存器310A與第二位移暫存器310B皆由多個CCD元件所組成，以第一位移暫存器310A為例，其由多個第一CCD元件Ea與多個第二CCD元件Ea’所組成，且第一CCD元件Ea與第二CCD元件Ea’間隔配置。第一感測單元306A及第二感測單元306B分別包括多個感測元件Da及Db，用以接受第一、第二光訊號(未繪示於圖中)並產生對應之多個第一、第二訊號電荷Sa及Sb。第一及第二訊號電荷Sa及Sb經由第一及第二移位閘312A及312B之時序控制，傳送至第一及第二CCD元件Ea及Ea’。利用兩個感測單元306A及306B的交錯排列可以提高在X軸方向的掃描解析度。此外，交錯型感測單元模組搭配利用本發明，於感測單元模組302中增加至少一組RCCD、GCCD、BCCD，則可達到在不提升馬達規格及光源亮度的前提下，同時又提高Y軸解析度及曝光量之目的。
上述實施例中，雖以增加一組紅光感測單元、綠光感測單元及藍光感測單元為例作說明，但本發明並不侷限於增加一組紅光感測單元、綠光感測單元及藍光感測單元，亦可增加二組以上之紅光感測單元、綠光感測單元及藍光感測單元，經由適當的排列組合，例如RCCD、RCCD、RCCD、GCCD、GCCD、GCCD、BCCD、BCCD、BCCD，且配合步進馬達每傳動一步移動一條掃描線，亦可以達到上述提高掃描解析度及曝光量之目的，因此本發明不以此為限。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
220‧‧‧影像感測裝置
222‧‧‧掃描文件
224‧‧‧控制電路
226‧‧‧透鏡組
228‧‧‧感測單元模組
230‧‧‧類比訊號處理器
L‧‧‧照明光束
R‧‧‧紅光感測單元
G‧‧‧綠光感測單元
B‧‧‧藍光感測單元
Lm、Lm+1、Lm+2、Lm+3、Lm+4、Lm+5、Lm+6‧‧‧掃描線

Claims (10)

  1. 一種影像感測裝置，配置於一照明光束對一掃描文件進行曝光所形成的多條掃描線的傳遞路徑上，並依序感測該些掃描線以依序輸出多個類比訊號，該影像感測裝置包括：N個紅光感測單元；N個綠光感測單元；N個藍光感測單元，其中N≧2；以及一控制電路，用以累加一曝光時間Ti 中第i個紅光感測單元、綠光感測單元以及藍光感測單元產生的曝光量Qi 及下一個曝光時間Ti+1 中第i+1個紅光感測單元、綠光感測單元以及藍光感測單元產生的曝光量Qi+1 ，直到累加至第TN 個曝光時間為止，其中i為1到N的正整數，其中，該些曝光量Qi 至QN 依序儲存於一暫存器中，並經由該控制電路輸出，以使各掃描線的影像被轉換成曝光量為Qi 至QN 之總和的類比訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該些紅光、綠光及藍光感測單元為電荷耦合元件(charge couple device，CCD)或接觸式影像感測器(contact image sensor，CIS)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該些紅光、綠光及藍光感測單元為時間延遲積分式(time delay integration，TDI)感測器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該暫存器為CCD移位暫存器。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該控制 電路包括加法器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該些紅光、綠光及藍光感測單元用以接收該照明光束並分別產生相對應之訊號電荷，該些訊號電荷依序經由一移位閘之控制，傳送至該暫存器，以供該控制電路計算各個紅光感測單元、各個綠光感測單元以及各個藍光感測單元產生的曝光量。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該影像感測裝置安裝在一掃描模組之中，該掃描模組包含一馬達，用以驅動該影像感測裝置或該掃描文件，以使該影像感測裝置與該掃描文件產生相對移動。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之影像感測裝置，其中當該影像感測裝置對該掃描文件進行影像擷取時，每一次曝光可使該N個紅光感測單元、N個綠光感測單元以及N個藍光感測單元分別對該些條掃描線中之相鄰3N條掃描線進行感測，且當該掃描模組之馬達每傳動一次相對移動1條掃描線時，該影像感測裝置再繼續對移動後所對應到的相鄰3N條掃描線進行感測，並重複傳動至該些掃描線均完成感測為止。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之影像感測裝置，其中在該馬達的轉速不變的情況下，該些紅光、綠光及藍光感測單元在移動方向上的掃描解析度分別為單個紅光、綠光及藍光感測單元在移動方向上的掃描解析度的N倍。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之影像感測裝置，其中在該馬達的轉速不變的情況下，該些紅光、綠光及藍光感測單元輸出的總亮度值分別為單個紅光、綠光及藍光感測單元輸出的亮度值 的N倍。
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