CN1466101A - 具有针孔成像装置的光学扫描仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有针孔(pinhole)成像装置(imaging device)的光学扫描仪，将针孔成像装置取代透镜(lens)成像装置，并且位于光传感器(optical sensor)的前方，以接收照射扫描文件之后的影像光源，并将扫描得到的影像图案聚焦于光传感器上，当针孔成像装置上的孔洞半径小于或等于光传感器上的像素大小时，其影像光源通过针孔成像装置在光传感器上聚焦所形成的影像图案，其分辨率较佳，且不会有光色散效应的问题产生。

Description

具有针孔成像装置的光学扫描仪

技术领域

本发明涉及一种光学扫描装置，特别是一种防止光色散效应(lightdispersion effect)而获得较佳的调制转移函数(modulation transferfunction)的光学扫描模块的成像装置，即具有针孔成像装置的光学扫描仪。

背景技术

一般的扫描装置(scanner device)，如平台式扫描仪(flatbed scanner)为大众所熟知，此平台式扫描仪可以产生机械-可读取的影像资料，此影像资料代表扫描对象的影像资料。一般在扫描仪的应用上，影像资料以扫描仪扫描并且利用个人计算机以产生被扫描的对象的影像在显示装置上，在此显示装置可以是阴极射线管(CRT，cathode ray tube)或是打印机。

平台式扫描仪(flatbed scanner)广泛地与计算机系统一起使用，使得打印的资料可以转换成影像讯号(image signal)。光学扫描模块系为平台式扫描仪中最重要的组成组件的一。一般而言，光学扫描模块包含具有一开口的壳体(housing)，此壳体为了接收由扫描文件所传送的光源，此外，还包含一光传感器(optical sensor)，例如，电荷耦合装置(CCD，charge coupled device)，此光传感器位于壳体内侧，并且将扫描文件传送的光源转换成相对应的影像讯号，另外光学扫描模块还包含多个透镜装置(lens)，此透镜装置是将传送的光源对焦于光传感器上。

典型的平台式扫描仪包含了照射系统(illumination)及光学系统以完成对象的扫描。照射系统照射部份的对象(一般称为“扫描区域”(scanregion))，其光学系统是聚集被照射到扫描区域所反射的光，并且将这个被照射到扫描区域的一小块区域(一般称为“扫描线”(scan line))聚焦到一个位在这扫描仪内的光传感器的表面上。整个对象的影像资料，可由扫描线横跨过整个对象得到，通常是相对于对象移动照射系统与光学系统得到对象的影像资料讯号。

在此，照射系统包括光源(如萤光灯(fluorescent)或白灯(incandescent)或是发光二极管(LED，light-emitting diode)。光学系统包含透镜及/或镜面以聚焦照射扫描线的影像至侦测器表面的上方。另一方面，一“接触式影像传感器”(CIS，contact image sensor)也可以用于由照射扫描区域在侦测器上方聚集且聚焦光源。

光传感器用于由光学系统，如电荷耦合装置(CCD，charge-coupledevice)，侦测影像光源聚焦于光传感器上。一般电荷耦合装置包含一独立的室(cell)数组或是像素(pixel)排列，每一个室数组或是像素聚集或是增进电荷对应于对光的反应。由于在任何已知的室或是像素所累积的电荷量与光曝露的亮度及时间有关，故一电荷耦合装置可以用于在影像聚焦上侦测亮点和暗点。

根据图1A，在此图中参考标号100为扫描文件、102为照射扫描文件100所产生的反射光源(reflected light)、104为传统的透镜装置及参考标号106为光传感器，在此光传感器106为电荷耦合装置(CCD，charge coupled device)。在图1中表示一传统利用透镜装置104做为成像系统的光学扫描仪，经照射扫描文件100的后所产生的反射光源102经过透镜装置104进入光传感器106的示意图。在一般光学扫描模块的设计中，利用透镜装置104做为成像系统，经由扫描文件100所产生的反射光源102经过透镜装置104，利用透镜成像原理，在反射光源102通过透镜装置104时，会将光学扫描模块经扫描得到的数据讯号传送至光传感器106，例如电荷耦合装置，接着再利用其它的装置处理此影像讯号，并由输出装置如打印机或者是由屏幕(未在图1A中表示)输出影像图案。

图1B是根据图1A所产生的应答曲线分布图形(responsedistribution curve diagram)。根据透镜成像原理，扫描文件(scanningobject)100上所反射的光源点102A、102B及102C在通过透镜装置104进入光传感器106的后所产生的应答曲线分布图形200。在此应答曲线分布图形200中，由于光色散效应(light dispersion effect)，导致所产生的应答曲线的两端点202A与202B低于由光源(直线光源)102C及其它在两光源点102A与102B的间的光源点(未在图1B中表示)所产生的应答曲线。此外，由于光色散效应，在两端点202A与202B所产生的影像讯号的分辨率较差，导致整个影像讯号的分辨率不佳。

在传统以透镜装置104做为成像系统的光学扫描仪中，其扫描文件100的光学影像图案(optical image)借助透镜装置104聚焦在光学传感器106上，并且借助模拟数字转换系统(ADC，analogy digital convertsystem)将扫描文件100的光学影像图案由模拟讯号转换成数字讯号。因此，为了得到较高的分辨率(resolution)，光传感器106如电荷耦合装置的像素(pixel)的数量必须要增加。然而，电荷耦合装置的成本与像素的平方成正比，因此，当像素的数量增加时，电荷耦合装置的成本也相对提高。此外，传统的光学扫描仪利用透镜成像装置104做为成像系统，但是因为透镜成像装置的成本较高，而且利用透镜成像装置会产生光色散效应(light dispersion effect)，不容易将光学影像图案完全的聚焦于于电荷耦合装置上。另外，利用透镜装置做为成像系统且为一平面时，当光传感器偏离透镜成像装置的平面时，调制转移函数(MTF，modulation transfer function)会变差。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提供一成像装置以取代传统的透镜装置以降低制程成本。

本发明的再一目的是提供一成像装置以改善光色散效应。

本发明的次一目的在于增加曝光时间以提高讯号/噪声比值(s/nratio，signal/noise)。

根据以上所述的目的，本发明提供了一种成像装置以取代传统利用透镜装置做为成像系统的光学扫描装置。其成像装置如针孔(pinhole)以取代传统光学扫描模块中的透镜装置，用以接收由扫描文件所产生的影像光源，且此影像光源由扫描文件所产生至针孔成像装置，然后再传送进入电荷耦合装置。其针孔成像装置的孔洞大小等于或是小于电荷耦合装置的像素大小，只要其孔洞大小足以使得影像光源能够穿过，然后传送到电荷耦荷装置，将光学影像图案完整的聚焦于电荷耦合装置上并使得光源可以对应到电荷耦合装置上的每一个像素，此时，光色散效应的问题即可以解决。此外，通过增加扫描文件的曝光时间，使得讯号/噪声的比值可以提高，以得到较佳的输出影像品质(高分辨率)。

附图说明

图1A表示影像光源通过传统的透镜成像装置的操作示意图；

图1B表示影像光源通过传统的透镜成像装置所产生的应答曲线分布图；

图2A是根据本发明的装置，影像光源通过具有针孔成像装置的光学扫描装置的示意图；

图2B是根据本发明的装置，影像光源通过针孔成像装置所产生的应答曲线分布图；

图3A是根据本发明的装置，影像光源通过针孔成像装置时的巨观示意图；及

图3B是根据本发明的装置，影像光源通过针孔成像装置所产生的讯号图形。

图中符号说明

10    扫描文件

10A   区段A

10B   区段B

10C   区段C

12    影像光源

14    针孔成像装置

16    孔洞

18    光传感器

18A   区段A

18B   区段B

18C   区段C

20    应答曲线分布图

20A   端点

20B   端点

30    讯号图形

100   扫描文件

102   光源

102A  光源点

102B  光源点

102C  光源点

104   透镜成像装置

106   电荷耦合装置

200   应答曲线分布图

202A  端点

202B  端点

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的具体实施方式。

由于传统的光学扫描装置(optical scanner apparatus)利用透镜(lens)做为成像系统，并且让光学影像图案聚焦于光传感器(optical sensor)上，使得光学影像图案借助模拟-数字转换系统(ADC，analogy-digitalconvert system)将模拟讯号转换成数字讯号。由于传统的光学扫描仪利用透镜做为成像系统，当影像光源(imaged light)通过透镜至光传感器时，由于光色散效应(light dispersion effect)，使得影像光源不能完全聚焦于光传感器上，而造成光学影像图案的分辨率不佳。因此，为了改善光学影像图案分辨率及光色散效应的问题，本发明提供一种利用针孔成像装置做为成像系统以取代传统的透镜成像装置，使得影像光源在通过针孔成像装置的后可以完全聚焦于光传感器上，以改善光色散效应所造成分辨率不佳的问题，并且可以得到较佳的调制转移函数(MTF，modulation transfer function)。

参考图2A，根据本发明利用针孔成像装置取代传统的透镜成像装置的巨观示意图。在图2A中，参考标号10为扫描文件(scanningobject)，参考标号12为经由照射至扫描文件10所造成的影像光源(imaged light)，此影像光源12可以是反射式光源(reflected light)或是穿透式光源(transparent light)；参考标号12A及12B表示在扫描文件10两端点的光源点以及参考标号14为针孔成像装置(pinhole imagingdevice)用以接收影像光源12，并通过针孔成像装置14中的孔洞(aperture)16传送到光传感器(optical sensor)18上，其中，针孔成像装置14上孔洞16的尺寸大小可以小于或是等于光传感器18上像素(pixel)的大小，借助针孔成像装置14将影像图案聚焦在光传感器18上。在此，光传感器18可以是电荷耦合装置(CCD，charge coupled device)或是接触式影像传感器(CIS，contact image sensor)，在本发明中是利用电荷耦合装置作为光传感器18。

图2B是根据图2A中影像光源12通过针孔成像装置14中的孔洞16，再传送并聚焦在电荷耦合装置18的后所产生的应答曲线分布图(response distribution curve diagram)20。由于针孔成像装置14能够将通过孔洞16的影像光源12传送至电荷耦合装置18上并且完全的将光学影像图案聚集在电荷耦合装置18上，使得光色散效应大幅的减少(由图2B与图1B比较可以得到图2B的应答分布曲线较图1B来得佳)，因此，当光学影像图案的模拟讯号转换成数字讯号时，可以增加光学影像图案的分辨率，此外，光学影像输出至计算机屏幕或是打印机的品质也可以大幅的改善。

参考图3，为一针孔成像装置的放大图以利于说明影像光源在通过针孔成像装置时的描述。在本发明的实施例中，将经过扫描的后的扫描文件10视为有许多光线照射在扫描文件10上，使得扫描文件10可以视为被这些光线分割成许多区段(section)，如图3中的参考标号10A、10B及10C三个区段。光源在照射每一段的扫描文件10的后，由扫描文件10所反射的光源传送经由针孔成像装置14的孔洞16传送到电荷耦合装置18，并聚焦于电荷耦合装置18上。同样地，在电荷耦合装置18上也可以视为分成许多区段以相对应于扫描文件10上的各个区段，如图中参考标号18A、18B及18C。由于光源在照射扫描文件10的后，通过针孔成像装置14可以将扫描文件10的某一区段完整地聚焦于电荷耦合装置18上，根据此原理，扫描文件10的每一区段均可以完整的被聚焦在电荷耦合装置18上，使得所产生的光学影像图案的分辨率可以增加，其影像品质也可以大幅地提升。此外，由于影像光源12可以完整的通过针孔成像装置14，使得光色散效应的问题可以被解决，因此也可以得到较佳的调制转移函数(MTF，modulation transfer function)。

参考图3B，根据图3A当光源照射扫描文件10，产生影像光源12，经由针孔成像装置14中的孔洞16将光学影像图案聚焦于电荷耦合装置18上的后所产生的讯号图形30。由此讯号图形30可知，在电荷耦合装置18上的每一个像素所接收到的光源的亮度一致，因此所产生的波形一样。此外，利用增加光源的亮度(illumination)，使得光学影像图案通过针孔成像装置14，再传送到电荷耦合装置18可以增加讯号与噪声(s/n，signal/noise)的比值，当此讯号与噪声的比值增加时，即表示扫描时的讯号大于噪声，故可以得到较佳的扫描结果也可以得到较佳的调制转移函数(MTF，modulation transfer function)。另外，欲得较佳的扫描结果，也可以将曝光时间增加，使得扫描的后的分辨率可以大幅增加，同样地也可以提高讯号与噪声的比值。

接着，光学影像图案利用模拟-数字转换系统(ADC，analogy digitalconvert system)将模拟讯号转换成数字讯号，并且将数字讯号传送至特殊用途集成电路(ASIC，application specific integrated circuit)，利用此特殊用途集成电路中不同用途的芯片组(chip set)，借助界面(interface)将数字讯号传送至个人计算机的主机(host)(未在图中表示)，其中，界面可以是平行串行端口(parallel port)、通用序列总线(Universal SerialBus)、小型计算机系统界面(SCSI、Small Computer System Interface)或者是红外线传输(IR communication，infrared ray communication)等等的传输协议将影像资料或是讯号传送至个人计算机的主机(host)，再经由个人计算机的主机将讯号传送至输出装置，如屏幕、打印机或是个人数字助理(PDA，personal digital assistant)，将扫描的影像资料完全的输出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的保护范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种光学扫描装置，其特征在于，该光学扫描装置包含：

一光源用以照射一扫描文件以产生一影像光源，其中该扫描文件位于一光学扫描装置的一平台上方；

具有一孔洞的一针孔成像装置用以接收该影像光源，并聚焦于一光传感器上以产生一影像图案于该光传感器上其中该光传感器用以接收由该针孔成像装置传送的该影像光源；

一模拟数字转换系统以接收由该光传感器传送的一影像资料并将该影像资料转换成一数字讯号；及

一特殊用途集成电路以接收由该模拟数字转换系统传送的该数字讯号并处理该数字讯号。

2.如权利要求1所述的光学扫描装置，其特征在于，上述该孔洞的半径小于该光传感器的一像素大小。

3.如权利要求1所述的光学扫描装置，其特征在于，上述该孔洞的半径等于该光传感器的一像素大小。

4.如权利要求1所述的光学扫描装置，其特征在于，上述影像光源包含一反射式光源。

5.如权利要求1所述的光学扫描装置，其特征在于，上述影像光源包含一穿透式光源。

6.如权利要求1所述的光学扫描装置，其特征在于，上述光传感器为一电荷耦合装置。

7.一种具有针孔成像装置的一光学扫描装置，其特征在于，该光学扫描装置包含：

一光源用以照射一扫描文件并产生一影像光源，其中该扫描文件位于该光学扫描装置的一平台上方；

具有一半径等于一电荷耦合装置的一像素大小的一孔洞的一针孔成像装置用以接收该影像光源，并聚焦于该电荷耦合装置上以产生一影像图案于该电荷耦合装置上，其中该电荷耦合装置用以接收由该针孔成像装置传送的该影像光源；

一模拟数字转换系统以接收由该电荷耦合装置传送的一影像资料并将该影像资料转换成一数字讯号；及

一特殊用途集成电路以接收由该模拟数字转换系统传送的该数字讯号并处理该数字讯号。

8.如权利要求7所述的光学扫描装置，其特征在于，上述孔洞的该半径小于该电荷耦合装置的该像素大小。

9.如权利要求7所述的光学扫描装置，其特征在于，上述影像光源包含一反射式光源。

10.如权利要求7所述的光学扫描装置，其特征在于，上述影像光源包含一穿透式光源。

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