CN115629076A - 一种阵列式图像检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种阵列式图像检测装置，包括沿第一方向间隔地设置的两列成像阵列，每列成像阵列均包括沿第二方向间隔排列的多个成像模块，每个成像模块均包括沿其光轴依次排列的放大透镜与成像芯片；每个成像模块将位于其检测区域内的待检测图像放大地成像于其成像区域内并被位于其成像区域内的成像芯片获取；并且除位于第二方向的首尾两侧的检测区域外，每个检测区域沿第二方向的两端均有与其他检测区域重叠的部分。本申请提供的阵列式图像检测装置，能够有效地解决现有的接触式图像传感器分辨率较低，难以检测高分辨率图像，以及在进行放大检测时存在检测盲区的问题，能够在全幅面范围内获取待检测图像的清晰放大图像。

Description

一种阵列式图像检测装置

技术领域

本申请属于光学成像技术领域，具体地，涉及一种阵列式图像检测装置。

背景技术

图像检测技术涉及光学成像、光电转换、信号处理等多个技术领域，能够广泛应用于工业生产制造过程中，通过获取产品表面和/或内部的结构、纹理等细节特征以实现对产品质量的检测。显然，由于待检测产品以及需要识别的图像特征在尺寸上存在跨越多个数量级的差异，因此需针对不同的待检测产品及检测场景确定使用不同检测精度/分辨率的图像检测方案。特别地，当需要对产品表面的微米级图像特征\缺陷\瑕疵进行检测时，更是需要进行专门的图像检测方案的设计。

在锂电池的制造过程中，对于正负极片和隔膜之间存在的微米级毛刺进行检测即属于这样一种典型的需要获取产品微米级特征的图像检测场景。随着我国新能源汽车市场的扩大，动力性锂电池需求量正在大幅提升，同时，手机、电动车、电动工具、数码相机等行业的快速发展，对锂电池的需求也在不断增长，锂电产业的迅速发展，已成为制造领域新的投资焦点。然而与此同时，各种有关锂电池起火、爆炸的新闻却不时见诸于媒体报道中，让消费者在选择时犹豫不决。通过研究发现，锂电池正负极片和隔膜之间的那些在显微镜下才能看清楚的微米级毛刺，是导致锂电池爆炸起火的主要元凶之一。由于无论是五金模切还是激光切割，都难以避免在上述部位产生毛刺，因此，对于上述微米级毛刺的全面、准确检测即成为保证锂电池产品安全的关键措施。

使用现有的图像检测手段对上述微米级图像特征进行全幅面实时高分辨率检测往往难以取得理想效果，如采用如CCD或者COMS相机进行图像获取时，由于设备体积较大，且扫描距离较远，往往并不适于在实际的生产线环境进行安装操作；而使用常规的接触式图像传感器时，由于其成像分辨率较低，则存在无法精确地实现高分辨率图像检测的问题。因此，迫切需要一种既能够有效地放大待检测产品的图像，以实现利用低分辨率芯片对高分辨率图像特征的精确获取，又能够保证图像检测的近距离、全幅面，以满足在生产过程中进行同步且全面检测的需要。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本申请的目的在于提供一种实现利用低分辨率成像芯片进行高分辨率、近距离及全幅面图像检测的阵列式图像检测装置。

本申请的实施例可以通过以下技术方案实现：

一种阵列式图像检测装置，包括沿第一方向间隔地设置的两列成像阵列，其中，每列成像阵列均包括沿第二方向间隔排列的多个成像模块，每个成像模块均包括沿其光轴依次排列的放大透镜与成像芯片；每个成像模块将位于其检测区域内的待检测图像放大地成像于其成像区域内并被位于其成像区域内的成像芯片获取；并且除位于第二方向的首尾两侧的检测区域外，每个检测区域沿第二方向的两端均有与其他检测区域重叠的部分。

进一步地，所述放大透镜为弯月透镜，其入光面为凹面，出光面为凸面；所述入光面的半径小于等于15mm，出光面的半径小于等于8mm，以及所述入光面、出光面与其光轴的交点之间的距离小于等于3mm。

优选地，所述放大透镜还经过以其光轴为轴心的切割处理，其在垂直于光轴的平面上的投影为矩形，所述矩形的长度范围为9～11mm，宽度范围为2～6mm。

优选地，每个成像模块的检测区域到成像区域的距离小于等于90mm且图像放大倍数为1～6倍。

进一步地，所述两列成像阵列中，其中一列成像阵列的各个成像模块具有相同方向的第一光轴，另一列成像阵列的各个成像模块具有相同方向的第二光轴，所述第一光轴与第二光轴均垂直于第二方向。

优选地，所述第一光轴与第二光轴所成的夹角的范围为8°～12°且所述夹角的平分线沿第三方向延伸，所述第三方向垂直于第一方向以及第二方向。

优选地，各个成像模块的检测区域在第三方向上处于相同高度。

进一步地，每个成像模块还包括位于其光轴上的孔径光阑，所述孔径光阑位于该成像模块的检测区域与放大透镜之间。

优选地，每个成像模块的孔径光阑到检测区域的距离小于等于25mm。

优选地，每个成像芯片的成像面垂直于其所在成像模块的光轴。

优选地，所述阵列式图像检测装置还包括固定地容置各个成像模块的中空的外框。

优选地，所述阵列式图像检测装置还包括不透光的挡板，所述挡板位于所述两列成像阵列之间。

优选地，所述阵列式图像检测装置还包括光源模块，用于产生指向所述检测区域的光线。

优选地，所述阵列式图像检测装置还包括：

数据转换模块，用于将各个成像芯片获取的模拟信号转换为数字信号；以及数据处理模块，用于对所述数字信号进行处理并生成待检测图像的数字化放大图像。

本申请的实施例提供的一种阵列式图像检测装置，通过各个成像模块中设置的放大透镜及对放大透镜结构参数的设计，在满足近距离放大成像的同时实现了设备的小型化，解决了设备安装空间过大的问题，从而实现使用低分辨率的成像芯片近距离扫描高分辨率物面的需求。

同时，使用两列成像阵列以错位间隔排列的方式，使各个检测区域沿扫描方向相互重叠。并且两列成像阵列的光轴优选的呈一定的夹角，有效地解决了单列成像阵列在放大检测时存在检测盲区的问题，可以保证在一定的误差范围内读取到相关待检测图像全幅面的扫描信息。

附图说明

图1为锂电池膜的结构示意图；

图2为一种现有集成于生产线环境的阵列式图像检测装置的布设示意图；

图3为根据本申请的一种实施例的阵列式图像检测装置沿第一方向的侧面剖视图；

图4为根据本申请的一种实施例的阵列式图像检测装置的一列成像阵列沿第二方向的侧面剖视图；

图5a为根据本申请的一种实施例的阵列式图像检测装置的一个放大透镜的立体示意图；

图5b为图5a所示的放大透镜的侧面剖视图；

图5c为图5a所示的放大透镜的俯视图；

图6为根据本申请的一种实施例的阵列式图像检测装置的一个放大透镜的光路图；

图7为根据本申请的一种实施例的阵列式图像检测装置的多个第一成像区域及第二成像区域的俯视图；

图8为与图7对应的多个第一检测区域及第二检测区域的俯视图；

图9为根据本申请的另一种实施例的阵列式图像检测装置沿第一方向的侧面剖视图。

图中标号

1：第一成像阵列，10：第一成像模块，11：第一放大透镜，11A，入光面，11B，出光面，12：第一成像芯片，121：第一光电转换芯片，122：第一芯片基板，13：第一孔径光阑，14：第一光轴，15：第一成像区域，16：第一检测区域，2：第二成像阵列，20：第二成像模块，21：第二放大透镜，22：第二成像芯片，221：第二光电转换芯片，222：第二芯片基板，23：第二孔径光阑，24：第二光轴，25：第二成像区域，26：第二检测区域，31：外框，32：第二外框，33：散热板，34：挡板，4：光源模块，41：散光膜，42：光源基板，43：光源芯片，51：中继基板，52：数据处理基板，600：插座，601：插座，602：数据处理芯片，603：插座，604：串口电路，605：插座，700：芯材，701：涂层，702：涂层，703：毛刺，800：CIS传感器，810：光电转换芯片基板，811：感光元件，900：待检测物体。

具体实施方式

以下，基于优选的实施方式并参照附图对本申请进行进一步说明。

此外，为了方便理解，放大或者缩小了图纸上的各种构件，但这种做法不是为了限制本申请的保护范围。

单数形式的词汇也包括复数含义，反之亦然。

在本申请实施例中的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本申请实施例的产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，本申请的描述中，为了区分不同的单元，本说明书上用了第一、第二等词汇，但这些不会受到制造的顺序限制，也不能理解为指示或暗示相对重要性，其在本申请的详细说明与权利要求书上，其名称可能会不同。

本说明书中词汇是为了说明本申请的实施例而使用的，但不是试图要限制本申请。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的技术人员而言，可以具体理解上述术语在本申请中的具体含义。

为更清楚地阐述本申请的技术方案，首先对目前生产制造过程中进行微米级图像特征的实时检测所面临的技术难点进行详细说明。

图1示出了一种锂电池的电池膜结构示意图，如图1所示，该电池膜包括由铜或铝等材料制成的芯材700以及在其两侧涂布的涂层701和702。一般地，芯材700以及涂层701和702的厚度在几十um左右。在电池膜的制造及切割过程中，芯材及涂层表面往往出现各种毛刺703，这些毛刺703使得电池膜的表面存在细微的瑕疵，并大大增加了锂电池出现泄露、爆炸等危险的几率。因此，在电池膜的生产过程中，对其存在的毛刺703进行检测是必不可少的工序。

利用显微镜等设备对上述毛刺703的大小进行统计分析，可以确定其大小一般在20um左右，且在电池膜的各个位置均可能出现毛刺703，这就决定了需要在不影响生产线正常运转的情况下在与整个电池膜幅面相当的范围内实现对微米级图像特征的实时检测。

一种可选的图像检测方案是使用线性扫描相机(如CCD或者COMS相机)连续地对产品进行扫描与检测，然而线性扫描相机虽然能够实现高分辨率的动态扫面，但其体积一般都比较大，且扫描距离远，往往受限于设备空间无法进行安装，同时过远的扫描距离将导致对上述微米级毛刺进行检测所需要的满足性能指标的硬件设备成本急剧增加。

另一种可选的方案是使用CIS(Contact Image Sensor,接触式传感器)或CIS阵列对电池膜进行近距离地动态扫描。CIS是一种常见的用于图像获取/采集的传感器，其通过阵列排列的多个感光元件及对应的光电转换芯片能够将图像的光信号转换为电信号，由于其体积小，集成度高，特别适用于在各种生产线环境下进行产品图像的采集与获取。

图2示出了一种集成于生产线环境的图像检测装置的布设及图像检测方案，如图2所示，待检测物体900的表面沿Y方向(通常将该方向称为扫描方向)具有一定的幅面宽度，在生产线正常运转条件下，其沿X方向(通常将该运动方向称为扫描副方向)持续地运动。该图像检测装置包括沿Y方向间隔设置的多个CIS传感器800(通常需要根据待检测物体900的幅面确定CIS传感器800的数量以形成对整个幅面的覆盖)，其中每个CIS传感器800包含由线性间隔排列的感光元件811阵列构成的光电转换芯片，用于将从待检测物体900表面发出的光线转换为模拟信号(电信号)，显然，单位长度内包含的感光元件811数量即为CIS传感器的分辨率(以DPI为单位)，上述光电转换芯片一般搭载于光电转换芯片基板810上，此外，CIS传感器通常还包括将光电转换后的模拟信号串行输出的接口电路等结构。

在完成上述布设后，即可在待检测物体900持续运动的过程中按照一定的时间间隔对经过上述图像检测装置的不同区域进行连续且全幅面的扫描，每次扫描可以通过各个感光元件811得到一列经过光电转换的图像信号，将多次扫描得到的多列图像信号进行拼接，即可得到待检测物体900的二维检测图像。

上述图像检测装置可以对常规尺寸的待检测物体进行图像检测，但难以直接应用于对电池膜的微米级毛刺图像的检测，其原因在于：常规的接触式图像传感器的成像分辨率较低，以分辨率为1200DPI的CIS传感器为例，其像素点大小为25.4mm/1200≈21um，即其成像面的最小分辨率是21um。显然，对于20um左右的毛刺，单独使用上述规格的接触式图像传感器无法进行清晰地成像及识别，需要对其结构进行改进，以满足高分辨率的图像识别要求。

然而，仅仅通过简单地使用单个放大透镜并不能同时满足覆盖整个检测幅面的清晰成像以及近距离接触式检测的要求，为此，需要结合实际生产线环境及所选取的图像传感器的特点，合理设计图像放大部分的光路及其与成像部分的配合关系，从而实现对微米级图像特征的近距离、全幅面检测。

为实现上述目的，本申请通过实施例提供一种阵列式图像检测装置，包括沿第一方向间隔地设置的两列成像阵列，每列成像阵列均包括沿第二方向间隔排列的多个成像模块，每个成像模块均包括沿其光轴依次排列的放大透镜与成像芯片；每个成像模块将位于其检测区域内的待检测图像放大地成像于其成像区域内并被位于其成像区域内的成像芯片获取；并且除位于第二方向的首尾两侧的检测区域外，每个检测区域沿第二方向的两端均有与其他检测区域重叠的部分。

本申请通过实施例提供的阵列式图像检测装置，设置了两列在第一方向具有按预定间隔设置的成像阵列，其中每列成像阵列均包括多个沿第二方向间隔排列的用于放大地成像的模块，且上述两列成像阵列的各个检测区域被设置为沿第二方向互相重叠。上述两列成像阵列间隔且交错排列的设置方式，能够使多个检测区域形成对第二方向全幅面的覆盖，从而保证了处于上述多个检测区域覆盖范围内的图像能够被无遗漏地清晰放大成像。

以下通过具体实施例对本申请提供的阵列式图像检测装置进行详细说明。

[实施例1]

图3示出了根据本申请优选的实施例1的阵列式图像检测装置的沿X轴方向的侧面剖视图，如图3所示，该阵列式图像检测装置包括沿第一方向(在图3中以X轴表示)按照预定的间隔设置的第一成像阵列1与第二成像阵列2。

图4进一步示出了第一成像阵列1沿第二方向(图4中以Y轴表示，Y轴与X轴方向不同，其中优选地，Y轴垂直于X轴)的侧面剖视图。如图3、4所示，第一成像阵列1包括沿Y轴方向以长度H为间隔排列的多个第一成像模块10。Y轴方向一般被称为扫描方向，显然，第一成像模块10的数量可以根据每个成像模块10沿扫描方向能够进行有效检测的长度以及在扫描方向上总体需要进行检测的长度确定，以保证对总体检测幅面的覆盖。应当知晓的是，图中各个第一成像模块10的间隔H仅为一种示意性的优选的设置方式，但并不构成对本申请方案的限制。

进一步地，该阵列式图像检测装置还包括中空的外框31，用于固定地容置上述各个成像模块，外框31可以采用金属铝制材料制造，以进一步增加结构的稳定性。通过粘结、插接等方式按照上述各个成像模块各自的光路参数将其固定于外框31的内部，同时外框31的内壁采用黑色氧化涂层进行涂覆，可以有效的消除杂散光对图像检测的影响。

在本实施例中，优选地，如图3所示，该阵列式图像检测装置还包括光源模块4，其发出的光线指向待检测的区域，以增加处于待检测区域的物体表面所发出的光线，从而有利于后续的图像检测。该光源模块4为线性光源，其有效发光区域沿Y轴方向延伸并覆盖整个需要检测的幅面。其中，光源基板42上面搭载了光源芯片43。

优选地，如图3所示，光源基板42采用铝制基板，增加散热效果，同时为了起到匀光的效果，还设置有散光膜41。为了进一步的增加光照效果，光源模块4的数量也可以是两个或更多个，并采用两侧光源照明的方式。

在本实施例中，优选地，该阵列式图像检测装置还包括数据转换模块，以实现将各个成像模块中成像芯片获取的模拟信号转换为数字信号。具体地，如图3所示，数据转换模块包括中继基板51，以及其上搭载的用于数据传输和转换的电路(图中未示出)。其中中继基板51和各个成像芯片的数据传送是通过对应的信号接口实现的，即中继基板51的焊盘和成像芯片的背面焊盘通过插针或者回流焊等工艺焊接到一起，从而实现数据的传送。

在本实施例中，优选地，该阵列式图像检测装置还包括数据处理模块，具体地，如图3所示，数据处理模块包括数据处理基板52，其上搭载有数据处理芯片602和串口电路604。其中，数据处理芯片602具有图像预处理功能，对从数据转换模块接收到的数字信号进行处理以合成为检测图像，并通过串口电路604发送到外部显示模块PC端，完成整幅图像的显示。本领域技术人员可以根据具体需要选用合适的数据芯片及串口电路基板，如选用FPGA芯片及CAMRALINK串口电路基板，或其他可选的数据芯片及串口电路。

此外，数据处理芯片602还通过内部寄存器的设置，控制时序的周期，以实现对光源模块4的控制，从而达到在扫描周期内，光源模块4的发光频率和各个成像模块扫描帧率同步的目的。

优选地，如图3所示，该阵列式图像检测装置还包括第二外框32，上述数据转换模块固定地容置于外框31内部，上述数据处理模块固定地容置于第二外框32内部，第二外框32与外框31通过插接、粘结、一体成型或其他任意合适的方式固定地连接。数据转换模块输出的数字信号通过插座601和数据处理模块的插座603连接，以实现信号的转换和传递。

优选地，在第二外框32在背向外框31一侧还设置有散热板33，散热板33优选散热性能优良的金属等材质，以对数据处理芯片602运行中产生的热量进行散热处理。

以上对本实施例的阵列式图像检测装置的整体结构进行了介绍，接下来对该阵列式图像检测装置的工作原理进行详细阐述。

仍以第一成像阵列1为例，如图3、图4所示，第一成像阵列1中的每个第一成像模块10包括沿其光轴(以第一光轴14表示)依次排列的第一放大透镜11与第一成像芯片12。

进一步地，由于第一放大透镜11的放大作用，每个第一成像模块10在第一放大透镜11的两侧具有第一检测区域16及第一成像区域15，其中位于第一检测区域16中的待检测图像能够放大地成像于第一成像区域15中，并被位于第一成像区域15中的第一成像芯片12所获取。

图5a至图5c分别示出了在一些优选的实施例中，第一成像模块10所包含的第一放大透镜11的立体图、侧面剖视图及俯视图。如图5a所示，优选地，第一放大透镜11由弯月形透镜制成，其中朝向物侧的为入光面11A，此入光面为凹面，对光起到一定的汇聚作用，朝向像侧的为出光面11B，此出光面是凸面，对光起到一定的发散作用。

本领域技术人员已经知晓，通过设计入光面、出光面的半径以及入、出光面的间距，能够确定透镜的物距、像距及放大倍数。在本实施例中，优选地，如图5b所示，入光面11A的半径R11A≤15mm，出光面11B的半径R11B≤8mm，且入光面11A、出光面11B与第一光轴14的交点的距离H11≤3mm。通过设置上述优选的结构参数，能够在满足第一检测区域16与第一成像区域15的距离小于等于90mm的条件下对待检测图像进行1～6倍的放大，从而实现在满足设备小型化的基础上对待检测图像的放大检测。

在本实施例中，优选地，第一放大透镜11采用光学性能较好且加工性能高的玻璃等材质制成。进一步地，透镜采用镀膜等工艺，可以减少镜片表面的反射光，增加透光率。此外，为便于透镜的安装及实现设备的小型化，如图5a及图5c所示，可以以透镜的光轴为中心将其切割为长条状，优选地，切割后的第一放大透镜11沿Y轴方向的长度为9-11mm，沿X轴方向的宽度为2-6mm。

在本实施例中，可选地，第一成像模块10所包含的第一成像芯片12为上文所述的线性CIS传感器，具体地，包括第一芯片基板122，上面搭载了第一光电转换芯片121，以及相应的连接线与接口电路(图中未示出)。此外，在其他一些实施例中，也可以根据实际的图像检测需要选择其他具有图像扫描功能的传感器。

在本实施例中，如图3所示，第一成像模块10优选地还包括沿第一光轴14设置的第一孔径光阑13，第一放大透镜11位于第一孔径光阑13与第一成像芯片12之间。利用第一孔径光阑13可以遮掉光束中较为偏离第一光轴14的光线，对成像的清晰度、正确性、亮度和景深等有直接影响。第一孔径光阑13为圆孔结构，其孔径为1.4mm～1.6mm，可以是用在遮光纸中间挖孔的方式制成，也可以在外框31与第一光轴14的交点位置通过挖孔的方式直接进行加工。

优选地，第一孔径光阑13到第一检测区域15的工作距离≤25mm，这样可以实现近距离扫描成像的效果，有利于设备的小型化，解决了设备安装空间的问题。

图6进一步示出了第一成像模块10的半视场光路图，如图6所示，基于近距离放大成像的具体要求，通过设计第一放大透镜11的尺寸参数，包括入光面和出光面的半径以及入光面/出光面与第一光轴交点的距离，能够确定第一放大透镜11的放大倍数以及清晰成像的物距与像距，同时配合第一孔径光阑13及外框对偏离第一光轴14的光线进行限制，从而在第一光轴14两侧分别形成第一检测区域16以及能够对位于第一检测区域16中的待检测图像进行放大成像的第一成像区域15，其中，第一成像区域15与第一检测区域16沿Y轴方向的长度分别为L’与L，L’/L即为第一放大透镜11的放大倍数。

需要说明的是，如图6所示，经过放大的待检测图像为经过反转的实像，在后续的图像处理过程中还要进行信号的反转操作等。

在实际的图像检测过程中，将待检测物体900(如上文所述的电池膜)置于第一检测区域16内，将第一成像芯片12置于第一成像区域15内。一般地，由于第一成像模块10通过第一成像芯片12实现图像获取，因此，第一成像芯片12的有效扫描长度即可认为等于L’，此时，待检测物体表面的图像(待检测图像)即可以放大地在第一成像区域15内清晰成像并被第一成像芯片12获取。

下表1示意性地给出了一组优选的第一成像模块10的设计参数，显然，本领域技术人员也可以根据实际的图像检测指标确定相应的设计参数。

表1第一成像模块优选的设计参数

以上对第一成像模块10的结构及放大成像原理进行了详细说明，进一步地，将多个第一成像模块10以间距H沿Y轴方向间隔地排列，即形成第一成像阵列1。

上述第一成像阵列1利用间隔排列的多个放大透镜及与之一一对应的成像芯片，能够在保证特定放大倍数及对宽幅面扫描的前提下，有效地缩短物像之间的距离，实现近距离扫描及设备的小型化，从而有效地解决使用单一放大透镜时，为满足对较大幅面的图像检测区域的覆盖及避免成像畸变，必须增大物像之间的距离，使得设备尺寸大大增加的弊端。然而，单一使用一列成像阵列，仍然存在对整个检测幅面中的特定区域漏检的问题，其原因可以通过图4进行说明。

如图4所示，第一成像阵列1的多个第一成像模块10中，由于各个第一成像区域15沿Y方向对第一检测区域16进行了放大，因此即使各个第一成像芯片12尽可能靠近地相互连接，使得各个第一成像区域15首尾相接，其对应的各个第一检测区域16沿Y方向仍存在多个检测盲区，其中每个检测盲区的长度为H-L，上述检测盲区的存在是由于间隔设置的多个放大光路结构本身特性所决定的，且导致了对待检测物体表面的漏检现象，因此，需要进一步对单列放大成像的方式进行改进。

为此，如图3所示，在本实施例中，除第一成像阵列1外，还设置了沿X轴方向与第一成像阵列1具有一定间隔的第二成像阵列2。具体地，第二成像阵列2包括沿Y轴方向间隔排列的多个第二成像模块20，其中每个第二成像模块20包括沿其光轴(以第二光轴24表示)依次排列的第二放大透镜21与第二成像芯片22。相应地，在第二光轴24两侧分别形成第二检测区域26以及放大成像的第二成像区域25，且第二成像芯片22置于第二成像区域25内。

与第一成像模块10类似地，第二成像模块20也可以包括第二孔径光阑23，第二成像芯片22包括第二芯片基板222以及搭载于其上的第二光电转换芯片221。

在一些优选的实施方式中，第一成像阵列1所包含的各个第一成像模块10与第二成像阵列2所包含的各个第二成像模块20的结构参数相同，即可以使用完全相同的成像模块，同时各个第二成像模块20沿Y轴方向的间距与各个第一成像模块10沿Y轴方向的间距相同(均以H表示)，因此，图4也可用于对第二成像阵列2的结构进行解释说明，为简洁起见，在此不再赘述。

在本实施例中，优选地，如图3所示，上述各个第一检测区域16与第二检测区域26在Z轴方向处于同一高度，其中Z轴垂直于X轴及Y轴。

图7示出了在本优选的实施例中，多个第一成像区域15及第二成像区域25的俯视图，(图中示意性地展示了3个第一成像区域15以及3个第二成像区域25，其中各个第一成像芯片12及第二成像芯片22即位于上述各个成像区域内，图8示出了与图7对应的多个第一检测区域16及第二检测区域26的俯视图。结合图3、图4以及图7、图8所示，在本申请的优选的实施例中，各个第一成像模块10与第二成像模块20沿Y轴方向互相错位地排列，其排列方式被设计为满足如下要求：除位于Y轴方向的首尾两侧的第一检测区域16和/或第二检测区域26外，每个第一检测区域16的两端沿Y轴方向均有与第二检测区域26重叠的部分，同时每个第二检测区域26的两端沿Y轴方向均有与第一检测区域16重叠的部分。通过上述设置，第一成像阵列1与第二成像阵列2实现了对整个待检测区域的无盲区的覆盖，从而实现了对微米级图像特征的全幅面放大检测。

在本实施例中，优选地，如图7所示，每个第一成像区域15的中心恰好与相邻的两个第二成像区域25的中心连线的中点对齐，相应地，如图8所示，每个第一检测区域16的中心恰好与相邻的两个第二检测区域26的中心连线的中点对齐，且每个第一检测区域16的两端分别与相邻的两个第二检测区域26具有ΔZ的重叠部分，对于第二成像区域25及第二检测区域26亦是如此，在此不再赘述。

具体地，以表1所列出的参数为例，针对上述第一成像模块10及第二成像模块20的设计参数，H被优选地设计为21mm，从而ΔZ＝0.5mm。

需要说明的是，本领域技术人员可以灵活地对第一成像阵列1与第二成像阵列2中各个成像模块的间距、错位排列的方式、重叠部分的大小等进行调整，以满足实际图像检测的需要，上述调整均未脱离本申请的技术思路。

如图3所示，优选地，各个第一成像模块10的第一光轴14方向相同，各个第二成像模块20的第二光轴24方向相同，第一光轴14与第二光轴24均垂直于Y轴方向，且第一光轴14与第二光轴24所成夹角θ的平分线指向Z轴方向。

在本实施例中，θ的优选的取值范围在8°到12°之间，如图3及图8所示，当各个放大透镜的景深为Δl时，根据正弦定理可知，各个检测区域在扫描副方向即X方向的有效宽度为：ΔD＝4Δl*Sin(θ/2)。该有效宽度即代表了检测区域在X方向上的容许的公差范围ΔD，也就是说在此景深公差范围为都可以扫描到清晰的图像。处于上述ΔD范围内的被检测物体持续地沿X方向运动并被连续地扫描，其表面的光信号被第一成像阵列1与第二成像阵列2获取并转换为电信号后，经过数据转换模块进行模数转换，最后通过数据处理模块合成为表面图像。具体地，数据处理模块的处理过程包括对信号的倒转、位置校准、去除重叠、图像拼接、补正合成等。上述操作已为本领域技术人员所知晓。

当第一成像阵列1与第二成像阵列2在X方向上间隔较近时，其成像模块的光路可能会发生相互影响。这是由于光线在进入一侧的放大透镜时，虽然在正常情况下光线会照射到各自所在的成像芯片上，但是由于放大透镜的出光面是凸起结构，光会呈一定的角度发散地出射，同时两侧的成像芯片之间间隔的距离较小，这样一侧的光线会进入另外一侧的成像芯片，造成干扰。

为此，优选地，如图3所示，该阵列式图像检测装置还包括挡板34。在本实施例中，挡板34位于第一成像阵列1与第二成像阵列2之间，平行于Z轴并沿Y轴延伸，通过插接、粘结等方式与外框固31定地连接，以起到分开两侧的放大透镜和成像芯片的作用。挡板34优选地采用黑色PC材料或其他较易吸收光线的材料制成，以吸收由于壁面反射造成的杂散光，进一步增加有效的光信号，呈现更加清晰的图像。

[实施例2]

图9示出了根据本申请优选的实施例2的阵列式图像检测装置的沿X轴方向的侧面剖视图，本实施例与实施例1的区别在于，将第一成像芯片12与第二成像芯片22也分别地相对于第一光轴14与第二光轴24进行相应的旋转，从而使得每个成像芯片的成像面被设置为垂直于其所在成像模块的光轴。

具体地，如图9所示，对第一芯片基板122进行旋转，使得其表面垂直于第一光轴14，并使第一光轴14对准第一光电转换芯片121的中心，这样可以使第一成像芯片12的成像面垂直于第一光轴14，同时主光线也可以正好通过第一放大透镜11的中心，照射到第一光电转换芯片121的中心上，更有利于实现光的对称性，可以容许更大范围的扫描偏差。

对于第二成像芯片22可以进行同样的操作，在此不再赘述。

在本实施例中，如图9所示，第一光电转换芯片121和第二光电转换芯片221将待检测图像的光信号转换成模拟信号后，通过第一芯片基板122及第二芯片基板222上设置的插座600，分别和中继基板51上面设置的对应的插座605进行连接，连接方式可以是FFC电缆等方式。从而实现成像芯片到数据转换模块之间数据的传送。

以上对本申请的具体实施方式作了详细介绍，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也属于本申请权利要求的保护范围。

Claims (14)

1.一种阵列式图像检测装置，包括沿第一方向间隔地设置的两列成像阵列，其特征在于：

每列成像阵列均包括沿第二方向间隔排列的多个成像模块，每个成像模块均包括沿其光轴依次排列的放大透镜与成像芯片；

每个成像模块将位于其检测区域内的待检测图像放大地成像于其成像区域内并被位于其成像区域内的成像芯片获取；并且

除位于第二方向的首尾两侧的检测区域外，每个检测区域沿第二方向的两端均有与其他检测区域重叠的部分。

2.根据权利要求1所述的一种阵列式图像检测装置，其特征在于：

所述放大透镜为弯月透镜，其入光面为凹面，出光面为凸面；

所述入光面的半径小于等于15mm，出光面的半径小于等于8mm，以及

所述入光面、出光面与其光轴的交点之间的距离小于等于3mm。

3.根据权利要求1所述的一种阵列式图像检测装置，其特征在于：

所述放大透镜还经过以其光轴为轴心的切割处理，其在垂直于光轴的平面上的投影为矩形，所述矩形的长度范围为9～11mm，宽度范围为2～6mm。

4.根据权利要求1所述的一种阵列式图像检测装置，其特征在于：

每个成像模块的检测区域到成像区域的距离小于等于90mm且图像放大倍数为1～6倍。

5.根据权利要求1所述的一种阵列式图像检测装置，其特征在于：

所述两列成像阵列中，其中一列成像阵列的各个成像模块具有相同方向的第一光轴，另一列成像阵列的各个成像模块具有相同方向的第二光轴，所述第一光轴与第二光轴均垂直于第二方向。

6.根据权利要求5所述的一种阵列式图像检测装置，其特征在于：

所述第一光轴与第二光轴所成的夹角的范围为8°～12°且所述夹角的平分线沿第三方向延伸，所述第三方向垂直于第一方向以及第二方向。

7.根据权利要求6所述的一种阵列式图像检测装置，其特征在于：

各个成像模块的检测区域在第三方向上处于相同高度。

8.根据权利要求1所述的一种阵列式图像检测装置，其特征在于：

每个成像模块还包括位于其光轴上的孔径光阑，所述孔径光阑位于该成像模块的检测区域与放大透镜之间。

9.根据权利要求8所述的一种阵列式图像检测装置，其特征在于：

每个成像模块的孔径光阑到检测区域的距离小于等于25mm。

10.根据权利要求1所述的一种阵列式图像检测装置，其特征在于：

每个成像芯片的成像面垂直于其所在成像模块的光轴。

11.根据权利要求1所述的一种阵列式图像检测装置，其特征在于：

所述阵列式图像检测装置还包括固定地容置各个成像模块的中空的外框。

12.根据权利要求1所述的一种阵列式图像检测装置，其特征在于：

所述阵列式图像检测装置还包括不透光的挡板，所述挡板位于所述两列成像阵列之间。

13.根据权利要求1所述的一种阵列式图像检测装置，其特征在于：

所述阵列式图像检测装置还包括光源模块，用于产生指向所述检测区域的光线。

14.根据权利要求1所述的一种阵列式图像检测装置，其特征在于，所述阵列式图像检测装置还包括：

数据转换模块，用于将各个成像芯片获取的模拟信号转换为数字信号；以及

数据处理模块，用于对所述数字信号进行处理并生成待检测图像的数字化放大图像。

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