CN113809110A

CN113809110A - 图像传感器

Info

Publication number: CN113809110A
Application number: CN202111189154.6A
Authority: CN
Inventors: 曲涛
Original assignee: Weihai Hualing Opto Electronics Co Ltd
Current assignee: Weihai Hualing Opto Electronics Co Ltd
Priority date: 2021-10-12
Filing date: 2021-10-12
Publication date: 2021-12-17

Abstract

本发明提供了一种图像传感器，图像传感器包括：框体；芯片基板，芯片基板设置在框体内；透镜结构，透镜结构设置在框体上，透镜结构与芯片基板间隔设置，芯片基板位于透镜结构的光轴的延伸方向上；光源结构，光源结构设置在框体上且位于透镜结构的周侧，光源结构沿靠近透镜结构的方向倾斜设置，光源结构具有导光件，导光件具有出光面，出光面由隆起面段和至少两个平面段构成，且隆起面段的两侧分别有至少一个平面段，图像传感器的扫描物面位于透镜结构远离芯片基板的一侧。本发明解决了现有技术中的图像传感器存在图像处理效果差的问题。

Description

图像传感器

技术领域

本发明涉及图像传感设备技术领域，具体而言，涉及一种图像传感器。

背景技术

随着科技的发展和社会的不断进步，工业智能发展呈现爆炸式增长势头，机器视觉领域中模拟生物视觉成像和处理信息的方式，帮助机器人提取，处理和理解所提取的信息，从而让其准确，高效且安全的自动化作业。机器视觉的重要性主要体现在：引导定位，外观检测，高精度监测以及图像识别。现有的图像传感器在扫描颜色背景较深或者扫描速度很快的扫描物时，光源亮度不够，造成图像噪声大，图像质量处理效果不佳的问题。

也就是说，现有技术中的图像传感器存在图像处理效果差的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种图像传感器，以解决现有技术中的图像传感器存在图像处理效果差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种图像传感器，包括：框体；芯片基板，芯片基板设置在框体内；透镜结构，透镜结构设置在框体上，透镜结构与芯片基板间隔设置，芯片基板位于透镜结构的光轴的延伸方向上；光源结构，光源结构设置在框体上且位于透镜结构的周侧，光源结构沿靠近透镜结构的方向倾斜设置，光源结构具有导光件，导光件具有出光面，出光面由隆起面段和至少两个平面段构成，且隆起面段的两侧分别有至少一个平面段，图像传感器的扫描物面位于透镜结构远离芯片基板的一侧。

进一步地，光源结构为一个或多个，当光源结构为多个时，透镜结构的至少两侧设置有光源结构。

进一步地，框体朝向扫描物面的一侧具凹入区域，光源结构设置在凹入区域处，光源结构包括：光源基板，光源基板设置在框体上；LED，LED设置在光源基板上，导光件设置在LED上且位于LED远离光源基板的一侧，平面段平行于光源基板。

进一步地，LED为多个，多个LED沿一直线间隔排列，导光件呈条状，条状的导光件的延伸方向与多个LED的排列方向一致。

进一步地，至少两个平面段与光源基板之间的距离相等，以使至少两个平面段处于同一高度。

进一步地，平面段包括第一平面段、第二平面段、第三平面段和第四平面段，导光件远离LED的一侧表面还包括连接第一平面段和第二平面段的第一过渡面段以及连接第三平面段和第四平面段的第二过渡面段，其中，第二平面段、第三平面段与隆起面段连接。

进一步地，第一平面段和第四平面段分别与光源基板之间的距离相等；和/或第二平面段和第三平面段分别与光源基板之间的距离相等；和/或第一平面段与光源基板之间的距离大于第二平面段与光源基板之间的距离；和/或第一平面段的宽度大于第二平面段的宽度。

进一步地，隆起面段为弧面段。

进一步地，隆起面段包括弧面段与直面段构成的组合式面段，其中，直面段为多个，且多个直面段分别对称设置在弧面段的两侧，且同侧的多个直面段之间呈角度设置。

进一步地，弧面段的曲率半径大于等于4.4毫米且小于等于4.6毫米。

进一步地，导光件朝向光源结构的一侧表面具有凹入部，凹入部形成容纳腔，凹入部具有入光面，入光面为弧面。

进一步地，导光件还包括连接出光面和入光面的侧向连接面，侧向连接面由沿一曲线方向连续设置的多个面段构成，相邻两个面段之间呈角度设置，面段为平面。

进一步地，图像传感器还包括芯片，芯片位于在芯片基板朝向透镜结构的一侧表面上，芯片与透镜结构对应设置。

应用本发明的技术方案，图像传感器包括框体、芯片基板、透镜结构和光源结构，芯片基板设置在框体内；透镜结构设置在框体上，透镜结构与芯片基板间隔设置，芯片基板位于透镜结构的光轴的延伸方向上；光源结构设置在框体上且位于透镜结构的周侧，光源结构沿靠近透镜结构的方向倾斜设置，光源结构具有导光件，导光件具有出光面，出光面由隆起面段和至少两个平面段构成，且隆起面段的两侧分别有至少一个平面段，图像传感器的扫描物面位于透镜结构远离芯片基板的一侧。

通过设置框体，使得框体为芯片基板、透镜结构和光源结构提供了安装位置，提高了芯片基板、透镜结构和光源结构的使用可靠性，保证图像传感器能够稳定运行。通过设置光源结构，使得光源结构能够对扫描物面进行照射，同时使得扫描物面反射的光线射向透镜结构处，以将图像信息传递给与透镜结构对应的芯片基板中，保证图像传输的稳定性。光源结构具有导光件，使得导光件能够汇聚光源结构的发光角度，从而达到聚光增加光亮的效果，从而避免图像传感器在扫描背景颜色较深或者扫描速度很快的扫描物时，光源结构亮度不够，从而造成图像噪声大，图像处理效果不佳的情况。导光件具有出光面，出光面由隆起面段和至少两个平面段构成，且隆起面段的两侧分别有至少一个平面段，通过对出光面的面型进行合理规划，能够有效减少光由出光面出射时光能量的损失，提高了光强的利用率，保证了导光件高效的聚光效果。进而使得图像传感器能清楚的显示图像，有利于后续的图像算法的识别，提高了检测效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的实施例一的图像传感器的结构示意图；

图2示出了本发明的实施例二的图像传感器的结构示意图；

图3示出了图1中的导光件的结构示意图；

图4示出了图3中的导光件的另一个角度的示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、框体；20、光源基板；31、LED；40、导光件；41、第一平面段；42、第二平面段；43、第三平面段；44、第四平面段；45、第一过渡面段；46、第二过渡面段；47、弧面段；48、直面段；49、容纳腔；491、入光面；400、侧向连接面；401、第一面段；402、第二面段；403、第三面段；404、第四面段；405、第五面段；406、第六面段；411、端面；50、中心线；60、芯片基板；70、透镜结构；80、扫描物面；90、芯片。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

为了解决现有技术中的图像传感器存在图像处理效果差的问题，本发明提供了一种图像传感器。

实施例一

如图1至图4所示，图像传感器包括框体10、芯片基板60、透镜结构70和光源结构，芯片基板60设置在框体10内；透镜结构70设置在框体10上，透镜结构70与芯片基板60间隔设置，芯片基板60位于透镜结构70的光轴的延伸方向上；光源结构设置在框体10上且位于透镜结构70的周侧，光源结构沿靠近透镜结构70的方向倾斜设置，光源结构具有导光件40，导光件40具有出光面，出光面由隆起面段和至少两个平面段构成，且隆起面段的两侧分别有至少一个平面段，图像传感器的扫描物面80位于透镜结构70远离芯片基板60的一侧。

通过设置框体10，使得框体10为芯片基板60、透镜结构70和光源结构提供了安装位置，提高了芯片基板60、透镜结构70和光源结构的使用可靠性，保证图像传感器能够稳定运行。通过设置光源结构，使得光源结构能够对扫描物面80进行照射，同时使得扫描物面80反射的光线射向透镜结构70处，以将图像信息传递给与透镜结构70对应的芯片基板60中，保证图像传输的稳定性。光源结构具有导光件40，使得导光件40能够汇聚光源结构的发光角度，从而达到聚光增加光亮的效果，从而避免图像传感器在扫描背景颜色较深或者扫描速度很快的扫描物时，光源结构亮度不够，从而造成图像噪声大，图像处理效果不佳的情况。导光件40具有出光面，出光面由隆起面段和至少两个平面段构成，且隆起面段的两侧分别有至少一个平面段，通过对出光面的面型进行合理规划，能够有效减少光由出光面出射时光能量的损失，提高了光强的利用率，保证了导光件40高效的聚光效果。进而使得图像传感器能清楚的显示图像，有利于后续的图像算法的识别，提高了检测效率。

需要说明的是，本发明主要是设计一种带高亮光源结构的图像传感器，光源结构在限定的尺寸范围内实现小角度的配光，使得光源结构出射的光线更集中，提高光通量的利用率，同时能够得到发光均匀的条形光斑，有利于图像传感器在扫描颜色背景较深或者扫描速度很快的扫描物的时候，得到清晰的图像。

如图1所示，图像传感器还包括芯片90，芯片90位于在芯片基板60朝向透镜结构70的一侧表面上，使得芯片基板60用于搭载芯片90同时为芯片90提供电路，实现信号的传递。芯片90与透镜结构70对应设置，这样设置使得芯片90能够接收到透镜结构70处传来的图像信息，使得芯片90用于感光的同时进行电荷的累积，把光信号转变成电信号，以实现信号的传递和转换，保证图像传输的稳定性。

需要说明的是，上述芯片90可以是多个，多个芯片90呈线性排列在芯片基板60上。上述透镜结构70用于光学成像。优选地，透镜结构70选用呈线性1:1等比例成像的透镜。

具体的，图像传感器还包括壳体，框体10位于壳体内，壳体的一侧具有扫描物面80。这样设置使得壳体对框体10起到了保护的作用，保证了框体10上器件工作的稳定性，保证了图像传感器能够稳定运行。

具体的，框体10朝向扫描物面80的一侧具凹入区域，光源结构设置在凹入区域处，这样设置规划了框体10的结构形状，提高了框体10的使用可靠性，同时使得光源结构能够稳定设置在凹入区域处，提高了光源结构与框体10的装配稳定性。

具体的，光源结构包括光源基板20、LED31和导光件40，光源基板20设置在框体10上；LED31设置在光源基板20上，使得光源基板20能够为LED31提供电路，同时光源基板20还能加快LED31散热，以对LED31形成保护，保证了LED31工作的稳定性和安全性，保证LED31能够稳定出光。导光件40设置在LED31上且位于LED31远离光源基板20的一侧，平面段平行于光源基板20。

需要说明的是，光源基板20优选地采用铝基板，这样使得光源基板20能够进一步加快LED31的散热，有效保护LED31。

需要说明的是，导光件40为导光透镜，导光透镜的材质包括PC和PMMA中的一种，当然也可以是其他能够实现光线传输的材质。优选地，导光件40选用亚克力光学材料。

具体的，LED31为多个，多个LED31沿一直线间隔排列，导光件40呈条状，条状的导光件40的延伸方向与多个LED31的排列方向一致。导光件40以LED31的光轴对称设置，这样使得导光件40对多个LED31均能起到聚光的作用，使得每个LED31的发光角度都能够被有效收缩，从而使得导光件40对每个LED31均能实现聚光增加光亮的效果，有效增加了光亮度，提高了光通量的利用率。

需要说明的是，上述多个LED31呈线性等间距排列，也就是说，多个LED31中任意相邻两个LED31之间的距离是相等的。优选地，LED31选直径为2.5毫米的球形结构，以此进一步达到聚光的效果，保证LED31的光亮度。

具体的，至少两个平面段与光源基板20之间的距离相等，以使至少两个平面段处于同一高度。也就是说，两个平面段处于同一水平面。隆起面段离光源基板20最远的点与光源基板20之间的距离大于至少两个平面段到光源基板20之间的距离，以使隆起面段突出于平面段设置。

如图3所示，平面段为多个，多个平面段包括第一平面段41、第二平面段42、第三平面段43和第四平面段44，导光件40远离LED31的一侧表面还包括连接第一平面段41和第二平面段42的第一过渡面段45以及连接第三平面段43和第四平面段44的第二过渡面段46，其中，第二平面段42、第三平面段43与隆起面段连接。需要说明的是，导光件40具有中心线50，导光件40沿中心线50对称，中心线50与LED31的光轴重合，第一过渡面段45和第二过渡面段46均平行于中心线50。

具体的，第一平面段41和第四平面段44分别与光源基板20之间的距离相等；第二平面段42和第三平面段43分别与光源基板20之间的距离相等；第一平面段41与光源基板20之间的距离大于第二平面段42与光源基板20之间的距离；第一平面段41和第四平面段44的宽度相等，第二平面段42与第三平面段43的宽度相等，第一平面段41的宽度大于第二平面段42的宽度。

在图中未示出的实施例中，隆起面段为弧面段47。也就是说隆起面段为一段连续的弧面段47，隆起面段的两侧分别连接第二平面段42和第三平面段43。

如图3所示，隆起面段包括弧面段47与直面段48构成的组合式面段，其中，直面段48为多个，且多个直面段48分别对称设置在弧面段47的两侧，且同侧的多个直面段48之间呈角度设置。在本申请中，弧面段47的两侧分别设置两个呈角度连接地直面段48。

具体的，弧面段47的曲率半径大于等于4.4毫米且小于等于4.6毫米。在本申请中，弧面段47的曲率半径为4.5毫米。

具体的，导光件40朝向LED31的一侧表面具有凹入部，凹入部形成容纳LED31的容纳腔49，这样设置使得容纳腔49用于放置LED31，容纳腔49为LED31提供了容置空间，提高了LED31的使用可靠性，同时容纳腔49对LED31形成了保护，避免导光件40压迫LED31或对LED31造成磨损的情况，保证LED31能够稳定运行。凹入部具有入光面491，入光面491为弧面。LED31发出的光通过入光面491进入导光件40，容纳腔49的具体尺寸可根据LED31的尺寸进行设计，在本申请中，容纳腔49的截面的直径为3毫米，也就是说，入光面491的直径为3毫米。放置LED31时，应使LED31的中心在导光件40的中心线50上。导光件40朝向LED31的一侧还包括两个端面411，两个端面411沿中心线50对称设置且分别与入光面491连接，两个端面411处于同一水平面且与光源基板20平行。端面411与LED31远离导光件40的一侧表面平齐。

如图3和图4所示，导光件40还包括连接出光面和入光面491的侧向连接面400。具体的，入光面491通过端面411与侧向连接面400连接。侧向连接面400由沿一曲线方向连续设置的多个面段构成，相邻两个面段之间呈角度设置，面段为平面。侧向连接面400为全反射面，LED31发射的光线通过入光面491射入导光结构内，进而侧向连接面400对LED31的光线进行全反射，使得光线经过全反射之后使光线与中心线50平行射出。

具体的，侧向连接面400包括沿一曲线顺次连接地第一面段401、第二面段402、第三面段403、第四面段404、第五面段405和第六面段406。第一面段401远离第二面段402的一侧与端面411连接，第六面段406远离第五面段405的一侧与第一平面段41或第四平面段44连接。在本申请中，第一面段401与中心线50的夹角为41.5°，第二面段402与中心线50的夹角为35°，第三面段403与中心线50的夹角为30.5°，第四面段404与中心线50的夹角为27.5°，第五面段405与中心线50的夹角为24.5°，第六面段406与中心线50的夹角为22°。这样设置使得LED31发出的大角度的光线，通过侧向连接面400的全反射之后，形成与中心线50接近平行的光线，进而由第一平面段41和第四平面段44射出。LED31发射的小角度的光线，通过弧面段47形成与中心线50接近平行的光线进而射出。弧面段47一侧的两个直面段48中，靠近弧面段47的一个直面段48与中心线50的夹角为32°，以使LED31发射的中间角度的光线通过该直面段48形成与中心线50接近平行的光线进而射出；远离弧面段47的一个直面段48与中心线50的夹角为13°，以使LED31发射的中间角度的光线通过该直面段48形成全反射光线进而通过弧面段47形成与中心线50接近平行的光线射出。这样在扫描物面80处，形成一个发光均匀的高亮的条形光斑，有效的减少了光衰，提高了光通量的利用率。

在本申请中，条形光斑宽度10mm左右，此宽度的光斑，在图像传感器安装的时候，可调节的余量比较大，便于生产和安装。扫描物面80的光线经过反射进入透镜结构70，形成等比例的图像，同时光信号传递到芯片90上，芯片90进行感光并累积电荷，把光信号转换成电信号。芯片基板60搭载芯片90的同时传递电信号，后续算法对信号进行处理。LED31发出的光通过导光件40聚光成平行光束，光效提高4倍以上，这样图像传感器在扫描背景颜色较深或者扫描速度很快的扫描物时，能清楚的显示图像，有利于后续的图像算法的识别。

实施例二

与实施例一的区别是，光源结构的个数不同。

如图2所示，光源结构为多个时，透镜结构70的至少两侧设置有光源结构。两个光源结构倾斜设置在透镜结构70的两侧，在某些使用要求更亮的应用场合，光源结构并不局限于一侧，也可以根据需求进行双侧放置，双侧放置的光源结构同时发光，进一步提高了扫描物面80的亮度。当然，也可以根据实际情况调整导光件40的发光角度，进一步调整扫描物面80的发光照射面积，以满足实际需求。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种图像传感器，其特征在于，包括：

框体(10)；

芯片基板(60)，所述芯片基板(60)设置在所述框体(10)内；

透镜结构(70)，所述透镜结构(70)设置在所述框体(10)上，所述透镜结构(70)与所述芯片基板(60)间隔设置，所述芯片基板(60)位于所述透镜结构(70)的光轴的延伸方向上；

光源结构，所述光源结构设置在所述框体(10)上且位于所述透镜结构(70)的周侧，所述光源结构沿靠近所述透镜结构(70)的方向倾斜设置，所述光源结构具有导光件(40)，所述导光件(40)具有出光面，所述出光面由隆起面段和至少两个平面段构成，且所述隆起面段的两侧分别有至少一个所述平面段，所述图像传感器的扫描物面(80)位于所述透镜结构(70)远离所述芯片基板(60)的一侧。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述光源结构为一个或多个，当所述光源结构为多个时，所述透镜结构(70)的至少两侧设置有所述光源结构。

3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述框体(10)朝向所述扫描物面(80)的一侧具凹入区域，所述光源结构设置在所述凹入区域处，所述光源结构包括：

光源基板(20)，所述光源基板(20)设置在所述框体(10)上；

LED(31)，所述LED(31)设置在所述光源基板(20)上，所述导光件(40)设置在所述LED(31)上且位于所述LED(31)远离所述光源基板(20)的一侧，所述平面段平行于所述光源基板(20)。

4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述LED(31)为多个，多个LED(31)沿一直线间隔排列，所述导光件(40)呈条状，条状的所述导光件(40)的延伸方向与多个所述LED(31)的排列方向一致。

5.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，至少两个所述平面段与所述光源基板(20)之间的距离相等，以使至少两个所述平面段处于同一高度。

6.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述平面段包括第一平面段(41)、第二平面段(42)、第三平面段(43)和第四平面段(44)，所述导光件(40)远离所述LED(31)的一侧表面还包括连接所述第一平面段(41)和所述第二平面段(42)的第一过渡面段(45)以及连接所述第三平面段(43)和所述第四平面段(44)的第二过渡面段(46)，其中，所述第二平面段(42)、所述第三平面段(43)与所述隆起面段连接。

7.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，

所述第一平面段(41)和所述第四平面段(44)分别与所述光源基板(20)之间的距离相等；和/或

所述第二平面段(42)和所述第三平面段(43)分别与所述光源基板(20)之间的距离相等；和/或

所述第一平面段(41)与所述光源基板(20)之间的距离大于所述第二平面段(42)与所述光源基板(20)之间的距离；和/或

所述第一平面段(41)的宽度大于所述第二平面段(42)的宽度。

8.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述隆起面段为弧面段(47)。

9.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述隆起面段包括弧面段(47)与直面段(48)构成的组合式面段，其中，所述直面段(48)为多个，且多个所述直面段(48)分别对称设置在所述弧面段(47)的两侧，且同侧的多个所述直面段(48)之间呈角度设置。

10.根据权利要求8或9所述的图像传感器，其特征在于，所述弧面段(47)的曲率半径大于等于4.4毫米且小于等于4.6毫米。

11.根据权利要求1至8中任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述导光件(40)朝向所述光源结构的一侧表面具有凹入部，所述凹入部形成容纳腔(49)，所述凹入部具有入光面(491)，所述入光面(491)为弧面。

12.根据权利要求11所述的图像传感器，其特征在于，所述导光件(40)还包括连接所述出光面和所述入光面(491)的侧向连接面(400)，所述侧向连接面(400)由沿一曲线方向连续设置的多个面段构成，相邻两个所述面段之间呈角度设置，所述面段为平面。

13.根据权利要求1至8中任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括芯片(90)，所述芯片(90)位于在所述芯片基板(60)朝向所述透镜结构(70)的一侧表面上，所述芯片(90)与所述透镜结构(70)对应设置。