CN1299494C

CN1299494C - 影像感测组件及其方法

Info

Publication number: CN1299494C
Application number: CNB031505724A
Authority: CN
Inventors: 阙壮华
Original assignee: Hongguang Precision Industry Suzhou Co Ltd
Current assignee: Hongguang Precision Industry Suzhou Co Ltd
Priority date: 2003-08-26
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2023-08-26
Also published as: CN1592348A

Abstract

一种影像感测组件包括P个红光感测单元、P个绿光感测单元及P个蓝光感测单元，其中，P≥2，用以安装在一个影像扫描装置之中对一个待扫描文件中的数条扫描线进行曝光感测，影像扫描装置包含一个驱动装置，用以使影像感测组件对待扫描文件进行相对移动，当影像感测组件对扫描文件进行影像撷取时，每一次曝光可使P个红光感测单元、P个绿光感测单元以及P个蓝光感测单元分别对数条扫描线中的相邻3P条扫描线进行感测，且当驱动装置使上述影像感测组件对待扫描文件在Y轴方向上相对移动P条扫描线后，影像感测组件再继续对移动后所对应到的相邻3P条扫描线进行感测，并重复移动至数条扫描线均完成感测为止。

Description

影像感测组件及其方法

技术领域

本发明涉及一种影像感测组件及其方法，特别是涉及一种包括至少二组红光感测单元、绿光感测单元及蓝光感测单元以提高Y轴方向分辨率的影像感测组件及其方法。

背景技术

如图1(A)所示，是传统扫描仪扫描文件的光路径示意图。以反射式文件为例，一般扫描仪撷取影像的方式是由灯管110向待扫描文件112投射光线L，光线L经待扫描文件112反射后，进入光机113，经由反射镜114的反射，再经过透镜组116聚焦后，被电荷耦合组件(Charge Coupled Device；CCD)模块118接收，将光讯号转换成电讯号传给电路板120，然后，光机113受步进马达(未显示在图中)的驱动在Y轴上逐渐移动，直到扫描完整页待扫描文件112。其中CCD模块118感测影像的分辨率(Resolution)乃是决定扫描影像质量的重要因素之一。

如图1(B)所示，是图1(A)中CCD模块118感测待扫描文件112影像的光程示意图。长条状的CCD模块118可以在X轴方向上对待扫描文件112感测一条扫描线(Scan Line)122，此X轴方向的分辨率称为光学分辨率(Optical Resolution)，可以dpi代表每英时文件投射到CCD模块118时所涵盖到的感光组件(一般为光二极管，Photo Diode)的点数。另外，因光机113受步进马达的驱动在Y轴方向传动，CCD模块118可对待扫描文件112感测数条扫描线122，而Y轴方向的分辨率称为机械分辨率(Mechanical Resolution)，代表带动CCD模块118的步进马达每英时传动的步数，或者是CCD模块118沿Y轴方向传动每英时的扫描线数，因此扫描仪的分辨率通常以(X轴分辨率×Y轴分辨率)dpi来表示，例如600×300dpi。

再者，如图1(C)所示，是在省略反射镜反射的实际光程的传统CCD模块中利用过滤红光(R)、绿光(G)及蓝光(B)三条CCD来感测待扫描文件的光程示意图。一般CCD模块118还包括可分别感测红光、绿光及蓝光成份的RCCD、GCCD及BCCD，且三条CCD的设计以及搭配透镜组116的设置，是使得RCCD、GCCD及BCCD恰可一次分别感测到待扫描文件112的三条相邻扫描线122，如图1(C)所示的扫描线L_n、L_n+1及L_n+2，当步进马达驱使CCD模块118沿Y轴传动到下一步(感测下一条扫描线)时，RCCD、GCCD及BCCD(图1(C)中的虚线部份)又恰可一次分别感测到接下来的三条相邻扫描线L_n+1、L_n+2及L_n+3，以此类推，如底下的表1所示，设时间为T_i，三条相邻扫描线L_n、L_n+1及L_n+2的反射光线L恰可分别进入RCCD、GCCD及BCCD中，而当CCD模块118传动到下一步，设时间为T_i+1，接下来三条相邻扫描线L_n+1、L_n+2及L_n+3的反射光线L又恰可分别进入RCCD、GCCD及BCCD中，以此类推，可得知相对于感测同一条扫描线L_n+2的影像可分别在时间T_i、T_i+1及T_i+2被RCCD、GCCD及BCCD所感测，其它扫描线L_n+3、L_n+4…也可类推，R、G、B三原色可混合成彩色光，因而可得到完整的彩色影像。

表1

随着科技的进步，人们对彩色影像质量的需求，新一代的扫描仪往往朝着更高分辨率发展，如上所述，扫描仪对文件的扫描分辨率是取决于X轴及Y轴方向分辨率两者，因此，必须同时提高X轴方向及Y轴方向的分辨率。然而，一般X轴方向的分辨率是靠提高RCCD、GCCD、BCCD三条CCD本身具有的感光组件数来提高，至于Y轴方向的分辨率则是从步进马达以及灯管110上改良。

以8″×11″的文件、扫描速度30ppm为例，换言之，扫描一页(即11英时)需2秒。供Y轴分辨率为300dpi扫描仪使用的步进马达，因每页须扫描3300条扫描线，该步进马达传动频率即为3300/2(步/秒)，而每一步的停留时间(传动一步一条扫描线时间)是2/3300(秒/步)，因此，感光组件的曝光时间为2/3300秒。当分辨率提高为600dpi时，若要维持同样为30ppm的扫描速度，因每页扫描线数量增加到6600条，则步进马达的传动频率应变为6600/2(步/秒)，也就是转速要增加到两倍，此时单位扫描线的扫描时间缩短为1/3300(秒/步)，也就是感光组件的曝光时间缩短为1/3300(秒)。然而，步进马达的最大转矩τ与转速υ(rpm)一般成指数式反比的关系，如图1(D)的曲线所示。当马达转速加快，例如由υ_o增加为υ_i，马达所能产生的最大转矩则由τ_o减少为τ_i，此时步进马达可能无法稳定地驱动扫描模块，因此，必须使用更大或更贵的步进马达。另外，当步进马达停留时间缩短时，相对地，上述感光组件的曝光时间也变短，因而，必须增加灯管110的亮度如增加灯管管数，或对灯管加以高压，使得成本增加或灯管寿命缩短，不符经济效益。

以上是以待扫描文件112放置在扫描平台不动，而光机113受步进马达驱动沿Y轴方向前进的平台式扫描仪(Flatbed Scanner)为例所作的说明，如果改使光机113静止不动，而以步进马达带动待扫描文件112前进的自动走纸扫描来说明，也存在着待扫描文件112与光机113间的相对运动，因此实际上所遇到的问题是一样的。为说明上方便，本发明仅叙述平台式扫描仪的扫描模式，但在自动走纸扫描模式一样适用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的就是提供一种影像感测组件及其方法，其中至少增加一组红光感测单元、绿光感测单元及蓝光感测单元，搭配透镜组的适当设置，可使CCD模块在同一曝光时间内可以感测到的Y轴方向扫描线数至少增加两倍，不用改良步进马达或增加灯管的亮度，即可有效提高扫描分辨率。

根据本发明的目的，提出一种影像感测组件，用以对待扫描文件感测N条扫描线L_m，以进行影像撷取，其中N与m皆为自然数，且1≤m≤N，影像感测组件至少包括K条红光感测单元、K条绿光感测单元及K条蓝光感测单元(2≤K)，当影像感测组件对待扫描文件进行扫描时，3K条光感测单元一次同时分别感测待扫描文件上相邻的3K条扫描线，且影像感测组件受驱动每传动一步，各条光感测单元所感测的各条扫描线会往下传动K条，使得每条扫描线恰可在连续三次感测中由3K条光感测单元其中的一组红光感测单元、绿光感测单元及蓝光感测单元所感测，因此可在不增加马达传动速度的条件下，以同样的扫描速度将扫描分辨率提高K倍。

根据本发明的目的，提出一种影像感测方法，用于上述的影像感测组件，用以对待扫描文件感测N条扫描线L_m，以进行影像撷取，其中N与m皆为自然数，且1≤m≤N，影像感测方法包括：利用K组红光感测单元、K组绿光感测单元及K组蓝光感测单元(2≤K)分别对待扫描文件感测扫描线L_m、L_m+1、L_m+2、...及L_m+3k-1；以及在影像感测组件受驱动传动一次时，将m值递增K，并重复上述步骤至完成对待扫描文件感测N条扫描线L_m的影像撷取为止，可在不增加马达传动速度的条件下，以同样的扫描速度将扫描分辨率提高K倍。

为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图作详细说明。

附图说明

图1(A)所示为传统扫描仪扫描文件的光路径示意图；

图1(B)所示为图1(A)中CCD模块感测待扫描文件影像的光程示意图；

图1(C)所示为传统CCD模块中利用过滤红光(R)、绿光(G)及蓝光(B)三条CCD来感测待扫描文件的光程示意图；

图1(D)所示为传统扫描仪中步进马达的转矩τ与转速υ的关系曲线图；

图2(A)所示为依照本发明一较佳实施例影像感测组件使用在扫描仪上的示意图；

图2(B)所示为图2(A)中CCD模块感测待扫描文件的示意图；

图3所示为一种交错型CCD模块的示意图；

图4所示为一种双向输出CCD模块的示意图。

具体的实施方式

本发明的影像感测组件是以使用在扫描仪中的CCD模块为例来说明该影像感测组件如何提高扫描分辨率。如图2(A)所示，是依照本发明一较佳实施例影像感测组件使用在扫描仪中的示意图。扫描仪200包括上盖210及底座220，底座220包括扫描平台221、光机223以及电路板225，扫描平台221用以置入待扫描文件222(以反射式文件为例)，光机223还包括光源224、反射镜226、透镜组227以及CCD模块228。当进行文件扫描时，由光机223上的光源224向待扫描文件222投射一光线L，光线L经待扫描文件222反射后，进入光机223之中，然后由反射镜226反射，经过透镜组227的聚焦后，再由CCD模块228接收，将光讯号转换成电讯号，再经由电路板225输出。接着光机223受步进马达(未显示在图中)驱动沿着Y轴方向逐步传动，使得CCD模块228沿着Y轴方向逐步对待扫描文件222进行影像感测，直到完成整页的影像扫描。

如图2(B)所示，是图2(A)中CCD模块感测待扫描文件的示意图。在不增加马达转速及灯管亮度的前提下，为提高上述Y轴方向的扫描分辨率，本发明直接从CCD模块228的设计上来改良，以达到提高分辨率的目的。如图2(B)所示，CCD模块228包括依序为RCCD、RCCD、GCCD、GCCD、BCCD、BCCD的六条CCD，比已知多了一组RCCD、GCCD、BCCD，可一次分别感测相邻六条扫描线L_m、L_m+1、L_m+2、L_m+3、L_m+4及L_m+5，而且六条CCD可适当搭配透镜组227的设置，使得每英时文件被感测的扫描线数为已知的2倍(即Y轴分辨率为已知的2倍)，当CCD模块228受步进马达驱动沿Y轴传动时，控制让CCD模块228每被传动一步可以向前移动两条扫描线继续感测，不同于已知的每传动一步移动一条扫描线，也就是说，接下来CCD模块228可感测到的六条扫描线(如图2(B)中的虚线所示)为L_m+2、L_m+3、L_m+4、L_m+5、L_m+6及L_m+7，以此类推，如表2所示：

设时间为T_i(第i次感测)，相邻六条扫描线L_m、L_m+1、L_m+2、L_m+3、L_m+4及L_m+5反射的光线L恰由RCCD、RCCD、GCCD、GCCD、BCCD、BCCD六条CCD接收，接着，时间T_i+1，CCD模块228的感测传动到下两条扫描线，因此，是相邻六条扫描线L_m+2、L_m+3、L_m+4、L_m+5、L_m+6及L_m+7所反射的光线L由RCCD、RCCD、GCCD、GCCD、BCCD、BCCD六条CCD接收，以此类推，可得知相对于同一条扫描线L_m+4或L_m+5可分别在时间T_i、T_i+1及T_i+2被其中的BCCD、GCCD及RCCD三条CCD所感测，其它扫描线L_m+6、L_m+7…也可以此类推，由于R、G、B三原色可混合成彩色光，因此，可撷取到完整的彩色影像。

表2

当然，若往前推至一开始的四条扫描线L₁、L₂、L₃及L₄是无法取得完整的R、G、B影像部份，因此，可设计光机223由第五条扫描线才开始对待扫描文件222进行感测，而上述的六条CCD的排列方式可由二条RCCD、二条GCCD以及二条BCCD两两一组来排列组合，除了上述的(RCCD、RCCD、GCCD、GCCD、BCCD、BCCD)排列顺序之外，也可以是(RCCD、RCCD、BCCD、BCCD、GCCD、GCCD)或(GCCD、GCCD、RCCD、RCCD、BCCD、BCCD)等，也可以是RCCD、GCCD、BCCD三条CCD先排列组合再复制相同一组并列，例如是(RCCD、GCCD、BCCD、RCCD、GCCD、BCCD)或(RCCD、BCCD、GCCD、RCCD、BCCD、GCCD)的顺序等，另外RCCD、GCCD、BCCD三条也可以先排列组合再镜射一组并列，例如是(RCCD、GCCD、BCCD、BCCD、GCCD、RCCD)或(BCCD、RCCD、GCCD、GCCD、RCCD、BCCD)的顺序等，都可以达到上述同一扫描线在连续三次感测反射的光线恰可由其中的RCCD、GCCD及BCCD所感测，以取得完整的彩色影像。

以扫描8″×11″的文件及30ppm(即每2秒要扫描完11英时长的文件)、Y轴分辨率600dpi(即Y轴方向每英时应感测600条扫描线)为例，依照本发明的影像感测组件，因为针对一页6600条扫描线步进马达是以传动一步移动二条扫描线的模式驱动扫描仪的光机，所以传动频率为3300/2(步/秒)，每一步的停留时间为2/3300(秒/步)，与已知的300dpi扫描仪步进马达的传动频率及停留时间是相同的，也就是说，不用提高步进马达的转速以及光源224的亮度，利用本发明多一组RCCD、GCCD及BCCD的设计，即可将扫描分辨率提高为已知的两倍。

同样的原理，若要维持300dpi的分辨率不变，而要将扫描纸张速度由30ppm提高为60ppm，可利用本发明的感测组件与方法，因每页的扫描线共有3300条，要达到60ppm的速度必须1秒钟就完成一页的扫描，利用本发明可以使步进马达每传动一步移动二条扫描线，因此步进马达传动频率为3300/2(步/秒)，每一步的停留时间为2/3300(秒/步)，也与已知的30ppm、300dpi的扫描仪步进马达传动频率及停留时间相同。另外，也可以说，若欲将扫描纸张速度与分辨率自30ppm及300dpi同时提高为60ppm及600dpi，利用本发明增加至少一组RCCD、GCCD、BCCD的设计，仅需将步进马达的转速增加两倍，灯管亮度增加两倍即可，比已知技术须提高到四倍，显然容易达到许多。

上述待扫描文件是以反射式文件为例，待扫描文件也可以是透射式，该光源224可设计在上盖210上，用以透射光线经过待扫描文件，再由CCD模块228接收，仍能达到本发明提高分辨率的目的。

本发明上述较佳实施例的影像感测组件虽以CCD模块为例作说明，但本发明的影像感测组件也可以是接触式影像感测(Contact Image Sensor，CIS)模块或者是互补金氧半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)模块，都不脱离本发明的技术范围。而且本发明的影像感测组件也可以应用在一种交错型(Staggered Type)CCD模块，如图3所示，CCD模块302包括有第一CCD移位缓存器310A、第二CCD移位缓存器310B、第一光感测单元组306A与第二光感测单元组306B。第一CCD移位缓存器310A与第二移位缓存器310B都由多个CCD组件所组成，以第一移位缓存器310A为例，该移位缓存器由多个第一CCD组件Ea与多个第二CCD组件Ea’所组成，且第一CCD组件Ea与第二CCD组件Ea’间隔配置。第一光感测单元组306A及第二光感测单元组306B分别包括多个第一光感测单元Da及Db，用以接受第一、第二光讯号(未绘示于图中)并产生对应的多个第一、第二讯号电荷Sa及Sb。第一及第二讯号电荷Sa及Sb，经由第一及第二移位闸312A及312B的控制，传送至第一及第二CCD组件Ea及Ea’。利用两个光感测单元组306A及306B的交错排列可以提高在X轴方向的扫描分辨率。交错型CCD模块搭配利用本发明，在CCD模块302中增加至少一组RCCD、GCCD、BCCD，则可达到在不提高马达规格及光源亮度的前提下，同时又提高Y轴分辨率的目的。

本发明的影像感测组件也可应用在一种双向输出CCD模块，如图4所示，CCD模块402包括有光感测单元组406与CCD移位缓存器410。光感测单元组406，用以接受光讯号并产生相对应的多个讯号电荷。而CCD移位缓存器410则是由第一段CCD组件组412A与第二段CCD组件组412B所组成。第一段与第二段CCD组件组412A及412B分别接收一部分的讯号电荷并经由控制电路408及404输出至电荷储存组件，将移位缓存器410分成至少二段，由各段各自接收讯号电荷输出，以增加扫描速度。双向输出CCD模块搭配利用本发明，在CCD模块402中增加至少一组RCCD、GCCD、BCCD，则可达到在不提高马达规格及光源亮度的前提下，同时又提高Y轴分辨率的目的。

本发明较佳实施例所公开的影像感测组件具有如下的优点：在影像感测组件中增加一组红光感测单元、绿光感测单元及蓝光感测单元以形成六条光感测单元，加以适当的排列组合，搭配透镜组的设置，可在每英时的待扫描文件中感测到两倍的扫描线数，并控制步进马达每传动一步即相对移动两条扫描线，根据此巧妙的设计，不必使用质量更好、更贵的步进马达以及增加灯管的亮度，即可有效提高扫描Y轴方向分辨率，相当符合经济效益。

上述实施例中，虽以增加一组红光感测单元、绿光感测单元及蓝光感测单元为例作说明，但本发明并不局限于增加一组红光感测单元、绿光感测单元及蓝光感测单元，也可增加二组以上的红光感测单元、绿光感测单元及蓝光感测单元，经由适当的排列组合，例如：红光感测单元、绿光感测单元、蓝光感测单元、红光感测单元、绿光感测单元、蓝光感测单元、红光感测单元、绿光感测单元及蓝光感测单元的排列顺序，且配合步进马达每传动一步移动三条扫描线，也可以达到上述提高扫描分辨率的目的，并不脱离本发明的范围。

另外，目前的彩色扫描仪的CCD模块除了具有红光感测单元、绿光感测单元与蓝光感测单元外，部份彩色扫描仪的CCD模块也具有黑白影像感测单元。当此类彩色扫描仪选择对待扫描文件进行黑白扫描时，以黑白影像感测单元对待扫描文件进行影像撷取，反而可以达到较佳的黑白扫描效果。对于选用此类CCD模块的扫描仪而言，若使用本发明在该扫描仪CCD模块中装设两个黑白影像感测单元，进行黑白影像扫描时一次即可感测两条扫描线，也可以达到上述提高扫描分辨率等目的，以大大提高经济效益。

综上所述，虽然本发明已经以一较佳实施例公开如上，但是并非用以限定本发明，任何熟知此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当如权利要求范围所界定的为准。

符号说明

110：灯管

112、222：待扫描文件

113、223：光机

114、226：反射镜

116、227：透镜组

118、228、302、402：CCD模块

120、225：电路板

122：扫描线

200：扫描仪

210：上盖

220：底座

221：扫描平台

224：光源

306A、306B、406：光感测单元组

310A、310B、310C、410：CCD移位缓存器

312A、312B、312C、312D：移位闸

404、408：控制电路

412A、412B：CCD组件组

Claims

1.一种影像感测组件，用以安装在一个影像扫描装置之中对一个待扫描文件中的数条扫描线进行曝光感测，所述影像扫描装置包含一个马达用以使所述影像感测组件对所述待扫描文件进行相对移动，其特征在于，所述影像感测组件包括：

P个红光感测单元；

P个绿光感测单元；以及

P个蓝光感测单元；

其中，P≥2，当所述影像感测组件对所述扫描文件进行彩色影像撷取时，每一次曝光可使所述P个红光感测单元、P个绿光感测单元以及P个蓝光感测单元分别对相邻的P条扫描线进行感测，即共感测相邻的3P条扫描线，且当所述影像扫描装置的马达传动一次使所述影像感测组件对所述待扫描文件在Y轴方向上相对移动P条扫描线后，使所述影像感测组件再继续对移动后所对应到的相邻3P条扫描线进行感测，并重复传动至这些扫描线均完成感测为止。

2.如权利要求1所述的影像感测组件，其特征在于，还包括：

P个黑白影像感测单元；

其中，P≥2，当所述影像感测组件选择对所述待扫描文件进行黑白影像撷取时，每一次曝光可使所述P个黑白影像感测单元对相邻P条扫描线进行感测，且当所述影像扫描装置的所述马达传动一次使所述影像感测组件对所述待扫描文件在Y轴方向上相对移动P条扫描线后，所述影像感测组件再继续对移动后所对应到的相邻P条扫描线进行感测，并重复传动至这些扫描线均完成感测为止。

3.如权利要求1所述的影像感测组件，其特征在于，其中所述待扫描文件是一个反射式文件。

4.如权利要求1所述的影像感测组件，其特征在于，其中所述待扫描文件是一个透射式文件。

5.如权利要求1所述的影像感测组件，其特征在于，所述影像感测组件为一个电荷耦合组件模块。

6.如权利要求5所述的影像感测组件，其特征在于，所述影像感测组件为一个交错型电荷耦合组件模块。

7.如权利要求5所述的影像感测组件，其特征在于，所述影像感测组件为一个双向输出电荷耦合组件模块。

8.如权利要求1所述的影像感测组件，其特征在于，所述影像感测组件为一个接触式影像感测模块。

9.如权利要求1所述的影像感测组件，其特征在于，所述影像感测组件为一个互补式金氧半导体模块。

10.一种影像感测方法，其特征在于，使用在一个影像扫描装置之中，所述影像扫描装置包含一个影像感测组件，用以对一个待扫描文件中的数条扫描线进行曝光感测，所述影像感测组件包括P个红光感测单元、P个绿光感测单元以及P个蓝光感测单元，P≥2，所述影像感测方法包括：

以所述P个红光感测单元、P个绿光感测单元及P个蓝光感测单元分别对相邻的P条扫描线进行感测，即所述P个红光感测单元、P个绿光感测单元及P个蓝光感测单元共感测相邻的3P条扫描线；

所述影像扫描装置的马达传动一次，使所述感测组件对所述待扫描文件在Y轴方向上相对移动P条扫描线；

所述影像感测组件对移动后所对应到的相邻3P条扫描线进行感测；以及

重复所述影像感测组件与所述待扫描文件在Y轴方向的相对运动至这些扫描线均被完成感测为止。

11.如权利要求10所述的影像感测方法，其特征在于，其中所述影像感测组件还包括P个黑白影像感测单元，当所述影像感测组件选择对所述待扫描文件进行黑白影像撷取时，所述影像感测方法包括：

以所述P个黑白影像感测单元分别感测P条扫描线；

所述影像感测组件对移动后所对应到的相邻P条扫描线进行感测；以及

12.如权利要求10所述的影像感测方法，其特征在于，其中所述影像感测组件为一个电荷耦合组件模块。

13.如权利要求10所述的影像感测方法，其特征在于，其中所述影像感测组件是一个交错型电荷耦合组件模块。

14.如权利要求10所述的影像感测方法，其特征在于，其中所述影像感测组件是一个双向输出电荷耦合组件模块。

15.如权利要求10所述的影像感测方法，其特征在于，其中所述待扫描文件是一个反射式文件。

16.如权利要求10所述的影像感测方法，其特征在于，其中所述待扫描文件是一个透射式文件。