CN101001304A - 图像提取装置及其聚焦方法 - Google Patents

Abstract

一种图像提取装置及其聚焦方法。图像提取装置包括平台、光源、光传感元件、对焦元件以及校正片。平台用以承载物件；光源用以照射物件，以输出光信号；传感元件用以传感光信号，并输出电子图像信号。对焦元件设置在平台与光传感元件之间，校正片装设在物件与光传感元件之间，用以校正物件的物距或像距，使得对焦元件将光信号自动对焦在光传感元件上，用以产生电子图像信号。

Description

图像提取装置及其聚焦方法

技术领域

本发明涉及一种图像提取装置及方法，特别是涉及一种可适用于不同物距的图像提取装置及其聚焦方法。

背景技术

参照图1，其表示传统的接触式图像传感器(CIS)的成像示意图。当扫描图像时，自焦透镜阵列130将反射或透射自文件160的光聚焦在光传感器120上，再由光传感器120将文件160上的光线转换成电子信号输出。此时，文件160与光传感器120之间的距离为L0，自焦透镜阵列130与文件160之间的距离为物距W，且与光传感器120之间的距离为像距X。根据自焦透镜阵列130固有特性，必须在物距W等于像距X时才能清晰成像。

根据自焦透镜和CIS图像传感系统本身一个致命的缺点是景深比较小，大约只有+/-0.3mm。因此，要扫描的文件必须紧贴扫描平台表面才能成清晰的图像，稍有间隙则成像不清晰。然而对于现有利用片夹承载待扫描的正片或负片，使得被扫描物与扫描平台维持一定间隙，以现有的方法扫描带片夹的正片或负片效果不佳。

针对此问题，在美国专利案号6188465的“双景深的图像聚焦系统”中提出利用两组透镜阵列的设计，使用者可依据不同景深的扫描文件从两组当中选用较为合适的透镜阵列，以维持物距与像距的固定比例关系，使扫描文件清晰成像。然而，此设计需要两组透镜阵列，因此所需成本较高，且只适用于具有此两组所预设的景深的扫描文件，不能满足现今市场上的多种不同景深的扫描文件的多样需求。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种图像提取装置及其聚焦方法，可提取距平台不同距离的物件。本发明是利用可调整的对焦元件，并导入校正片的设计，通过校正物距或像距，使得物件能够清晰地聚焦成像。

根据本发明的目的，提出一种图像提取装置，该装置简述如下：一种图像提取装置，包括平台、光源、光传感元件、对焦元件以及校正片。平台用以承载物件。光源用以照射物件，以输出光信号。光传感元件用以传感光信号，并输出电子图像信号。对焦元件设置在物件与光传感元件之间。校正片装设在物件与光传感元件之间，用以校正图像提取装置实现聚焦时的物距或像距，使得对焦元件将光信号对焦在光传感元件上，用以产生图像信号。

根据本发明的目的，还提出一种图像提取装置的聚焦方法。图像提取装置包括平台、光源、光传感元件以及对焦元件。图像提取装置的聚焦方法包括下列步骤：首先，将物件放置在平台上，其中物件与平台相距一高度d；接着，在物件与光传感元件之间置入校正片，以校正物件的物距或像距；然后，将光源照射物件以输出光信号；以及将光信号穿过对焦元件和校正片而聚焦在光传感元件上。

为使本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易于理解，下文特举一优选实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

下面参照附图详细描述本发明，其中：

图1为公知技术，其表示传统的接触式图像传感器(CIS)的成像示意图；

图2A表示依照本发明的一种图像提取装置于第一状态下的示意图；

图2B表示依照本发明第一实施例的一种图像提取装置于第二状态下的示意图；

图2C表示依照本发明第二实施例的一种图像提取装置于第二状态下的示意图；

图3表示依照本发明实施例的一种图像提取装置的聚焦方法的流程图；

图4表示依照本发明实施例的一种图像提取装置的光路的示意图；

图5A表示依照本发明的一种图像提取装置的具有多片式结构的校正片的示意图；

图5B表示依照本发明的一种图像提取装置的具有阶梯形结构的校正片的示意图。

具体实施方式

参照图2A，其表示依照本发明的一种图像提取装置于第一种状态下的示意图，在此状态下，物件260无间隙的放置于平台210。图像提取装置200包括平台210、光源220、光传感元件230、对焦元件240以及校正片250。平台210用以承载物件260。光源220包含光导引元件225，光导引元件225用以将光源220的点光源转换为均匀的线光源后照射物件260，并输出光信号。光传感元件230用以将传感到的光信号转变为电子图像信号输出。光信号自物件260至对焦元件240再至光传感元件230形成一光路。对焦元件240可动地设置在物件260至光传感元件230的光路中，用以接收光信号后，并自动对焦在光传感元件230上，以产生电子图像信号。当物件260无间隙的放置于平台210时，光传感元件230与物件260相距一第一距离L1，对焦元件240与物件260相距一第二距离L2，与光传感元件230相距一第五距离L5，并且第二距离L2和第五距离L5成一固定比例k，k例如为1。当物件260与光传感元件230距离一第一距离L1时，校正片250设置于光路外，此时物件260的图像可聚焦于光传感元件230，从而清晰成像。参照图2B或图2C，图2B表示依照本发明第一实施例的一种图像提取装置于第二种状态下的示意图，图2C表示依照本发明第二实施例的一种图像提取装置于第二种状态下的示意图。在此状态下，物件260’与平台210有一间隙d。当物件260’与平台210有一间隙d时，光传感元件230与物件260’相距一第三距离L3，对焦元件240与物件260’相距一第四距离L4。当物件260’与光传感元件230距离一第三距离L3时，校正片250设置在光路中，物件260’至对焦元件240之间为一第四距离L4。校正片250优选的材料为玻璃或聚丙烯(压克力)。对焦元件240例如是一自聚焦透镜阵列，光传感元件230例如是接触式图像传感器(CIS)。

第一实施例

参照图2B和图3。图2B表示依照本发明图像提取装置在第二种状态下的第一实施例的示意图，在此状态下，物件260’与平台210有一间隙d。图3表示依照本发明实施例的一种图像提取装置的聚焦方法的流程图。

首先，开始描述图像提取装置的聚焦方法。在步骤310中，放置物件260在平台210上，其中物件260’与平台210相距一高度d。这时的物距与像距已不满足一固定比例关系k，所以不能清晰成像。因而，在步骤320中在物件260’至光传感元件230的光路中置入校正片250，以校正物件260’的物距或像距。本发明的第一实施例的图像提取装置是通过矫正物件260’的像距以达到清晰成像的目的。在置入校正片250之前，先将对焦元件240由图2A的初始位置上移一高度d至图2B的一调整位置，以调整物件260’的物距，使得物件260’的一调整物距维持在第二距离L2。由于对焦元件240上移后也同时改变像距，使得像距已不等于第五距离L5。如图2B所示，再将校正片250置入对焦元件240至光传感元件230的光路中，以校正物件260’的像距，使得物件260’的可实现聚焦的像距等于第五距离L5+d。然后，在步骤330中，将光源220照射物件260’以输出光信号。最后，在步骤340中，将光信号穿过对焦元件240和校正片250而聚焦在光传感元件230上，从而结束本发明的聚焦方法。

在第一实施例中，校正片250是置入对焦元件240至光传感元件230的光路中，用以校正像距所改变的距离，才能使光线聚焦在光传感元件230上，再由光传感元件230将物件260’上的光线转换成电子信号输出，以产生电子图像信号。校正片250具有厚度H和折射率n，且厚度H、折射率n及高度d之间满足：H×(1-1/n)＝d；第五距离L5和高度d满足：H≤L5+d。

第二实施例

参照图2C和图3。图2C表示依照本发明第二实施例的一种图像提取装置于第二状态下的示意图。其与第一实施例不同之处为在步骤320中，第二实施例的图像提取装置是在不调整对焦元件240的情况下，通过直接矫正物件260’的可实现聚焦的物距以达到清晰成像的目的。如图2C所示，对焦元件240维持在初始位置，此时的像距维持在第五距离L5不变，再将校正片250置入物件260’至对焦元件240的光路中，用以校正物距所改变的距离。此时，物件260’的可实现聚焦的物距等于第二距离L2+d，光线得以聚焦在光传感元件230上。在第二实施例中，对焦元件240甚至不需要可动地设置。在第二实施例中，校正片250的厚度H、折射率n与高度d之间满足：H×(1-1/n)＝d；且第四距离L4满足：H≤L4。

上述校正片的结构可为单片式，也可为多片式。参照图5A，其表示依照本发明的一种图像提取装置的具有多片式结构的校正片的示意图，其由多片具有相同或不同校正值的校正片组成。根据成像聚焦需要，由一片或多片组合成具有不同校正值的校正片组，置入物件与对焦元件之间。如图5A所示，校正片组具有五片堆栈的校正片。区域a在光路外，区域b在光路中，且每片校正片都可从区域a移动突出至区域b。通过将不同校正片的组合置于光路中，校正片组即可提供适当的校正值。此外，校正片还可以是不同区域具有不同校正值的结构，实现的方式可以是不同区域的材料不同或厚度不同。参照图5B，其表示依照本发明的一种图像提取装置的具有阶梯形结构的校正片的示意图。阶梯形结构的校正片具有区域1、区域2及区域3，每个区域都是同一材料但具有不同厚度，其可应用于与平台相距不同高度的物件，只要将校正片适合的区域置于光路中即可提供适当的校正值，不需要频繁更换校正片，并且校正片的制作也方便。

本发明上述实施例所揭示的图像提取装置能适用于各种图像提取装置，例如：扫描仪、打印机、传真机、复印机或多功能事务机。本发明是利用可调整的对焦元件和导入校正片的设计来调整物距或像距，因而可提取不同物距的物件，包括扫描市场上现有带片夹的正片或负片的物件，因此能有效地解决CIS只能容许大约只有+/-0.3mm的小景深的物件的问题。

在上述说明中，虽然都以具体位置关系描述各元件的相互关系，实际应用中，往往利用光的反射或折射来改变光路，以达到灵活安排元件位置、节省空间的目的。参照图4，其表示依照本发明实施例的一种图像提取装置的光路的示意图。透过光的折射将光传感元件120移至120’的位置，虽然具体位置关系有变化，但在光路中的相对位置是一致的。此时的元件关系只要以其在光路中的相对关系替代具体位置关系，则也是可以与上述说明对应的。所以此类变化也包括在本发明的范围之内。类似的变化有多种类型，并不限于举例说明的这一种。

此外，在上述实施例中的图4所示是以反射式光源为例进行描述的，即物件产生的光是自光源反射。在实际应用中也可采用透射式光源，即物件产生的光是自光源透射。透射光源有时与整个图像提取装置分体设计。在有些装置中反射式光源和透射式光源可同时具备，针对不同的物件使用不同的光源。

另外，上述的第一实施例和第二实施例是以最常见的透明平台为例进行说明。实际上，在某些应用中平台可不介入光路中，也可以是不透明材料。例如当一图像提取装置的平台在最下部，物件置于平台上，对焦元件和传感元件更处于物件上方，此时平台就没有介入光路中。

综上所述，虽然本发明已以一优选实施例揭示，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可做出各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以后附的权利要求范围所界定。

Claims (18)

1.一种图像提取装置，包括：

一平台，用以承载一物件；

一光传感元件；

一对焦元件；

一光源，用以照射所述物件，使所述物件产生一光信号，所述光信号自所述物件至所述对焦元件再至所述光传感元件形成一光路；以及

一校正片，当所述物件与所述光传感元件距离一第一距离L1时，所述校正片设置于所述光路外，此时所述光路中所述物件至所述对焦元件距离为一第二距离L2，当所述物件与所述光传感元件距离一第三距离L3时，所述校正片设置在所述光路中，此时所述物件至所述对焦元件之间为一第四距离L4，使得所述对焦元件将所述光信号对焦于所述光传感元件上，以产生一图像信号。

2.如权利要求1所述的图像提取装置，其中所述光源包括一光导引元件，用以导引一点光源为一均匀的线光源。

3.如权利要求1所述的图像提取装置，其中所述对焦元件为自聚焦透镜阵列。

4.如权利要求1所述的图像提取装置，其中所述光传感元件为接触式图像传感器。

5.如权利要求1所述的图像提取装置，其中所述第三距离L3与第一距离L1间相差一高度d，校正片具有一厚度H和一折射率n，且厚度H、折射率n及高度d之间满足：H×(1-1/n)＝d。

6.如权利要求5所述的图像提取装置，其中当所述校正片设置在光路中时，校正片装设在物件至对焦元件之间。

7.如权利要求6所述的图像提取装置，其中所述校正片的厚度H、第四距离L4满足：H≤L4。

8.如权利要求5所述的图像提取装置，其中所述对焦元件是可动地配置在光路中。

9.如权利要求8所述的图像提取装置，其中所述对焦元件在光路中的位置经调整后，使第四距离L4等于第二距离L2，且校正片装设在光路中对焦元件至光传感元件之间。

10.如权利要求1所述的图像提取装置，其中所述校正片的材料是玻璃或聚丙烯。

11.如权利要求1所述的图像提取装置，其中所述校正片为多片式，由多片具有相同或不同校正值的校正片组成。

12.如权利要求1所述的图像提取装置，其中所述校正片不同位置具有不同校正值的结构。

13.如权利要求12所述的图像提取装置，其中所述校正片为同材料阶梯状结构。

14.一种图像提取装置的聚焦方法，所述图像提取装置至少包括一平台、一光源、一光传感元件、以及一对焦元件，所述方法包括：

在所述平台上放置一物件，其中所述物件与所述平台相距一高度d；

在所述物件至所述光传感元件之间的光路中置入一校正片，以校正所述物件的一物距或一像距；

将所述光源照射所述物件，以输出一光信号；以及

将所述光信号穿过所述对焦元件和所述校正片而聚焦在所述光传感元件上。

15.如权利要求14所述的聚焦方法，其中当所述校正片校正物件的物距时，置入校正片的步骤包括定位校正片到物件至对焦元件的光路中。

16.如权利要求14所述的聚焦方法，其中所述方法还包括向物件方向移动对焦元件，以调整物件的物距。

17.如权利要求16所述的聚焦方法，其中当所述校正片校正物件的像距时，置入校正片的步骤包括定位校正片到对焦元件至传感元件的光路中。

18.如权利要求16所述的聚焦方法，其中向所述物件方向移动对焦元件的距离为d。

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