CN201733368U - 接触式图像传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用由复合透镜阵列组成的棒状透镜阵列的接触式图像传感器，它包括至少能发出包括紫外光在内的两种颜色的光并能均匀照射原稿读取位置的光源，能将原稿的光信号转换成电信号并向外部输出的排列成直线的感光部，并且感光部由两部分组成，一部分为用于接收光源照到原稿上产生的反射光信息的反射光感光部，另一部分为用于接收光源照到原稿上产生的激励光信息的激励光感光部，以及能将原稿的产生的光信号汇聚并成像于感光部表面的复合棒状透镜阵列，复合棒状透镜阵列内部由多列排列成直线的单阵列透镜组成，本实用新型能有效平衡紫外光激励原稿产生的荧光信号与普通可见光照射原稿产生的反射光的图像信号的强度，提高图像读取的质量。

Description

接触式图像传感器 

技术领域

本发明涉及一种线阵图像读取装置，具体说是一种采用复合透镜阵列的接触式图像传感器。 

背景技术

图1是现有接触式图像传感器的断面图，图中1是能发出光并均匀照射原稿的线照明光源，2是将原稿反射光汇聚并进行成像的棒状透镜阵列，3是排列成直线的用于接收棒状透镜阵列2所汇聚的光并将光信号转换成电信号的感光部（光敏集成电路）， 4是搭载排列成直线的感光部3的传感器基板， 6是容纳光源1、透镜2、传感器基板4的框架，５是设置在框架6上的搭载原稿的透光板，10为原稿。 

在上述图像读取装置中，光源1发出的光，透过透光板5，照射到外面的原稿10上 ,原稿10上的文字黑色区域光被吸收,而在原稿其它的白色底色区域,光几乎100%被反射,这些反射光再穿过透光板5,被透镜2收集,照射到传感器基板4上搭载的感光部 3的表面。感光部3是由许多感光像素以及能将照射到各感光像素上的光进行光电转换,并将信号输出的驱动电路组成。接收的光转换成电信后经过驱动电路输出,作为图像（文字）信息向外输出。原稿不断移动，其上所记载的图像信息(文字)就会被连续读取下来。 

随着防伪技术的发展，要求图像传感器不仅仅要具有传统的图像扫描功能，还要能对原稿中的防伪图像信息进行扫描。通常为了使接触式图像传感器能扫描出纸币、有价证券等带有防伪信息的原稿中的防伪图像信息，接触式图像传感器的光源部分除了传统的可见光之外，又引入了不可见光如红外光、紫外光等。 

图2是另一种现有的增加了紫外光的接触式图像传感器的断面图，图中1a是能发出紫外光并能均匀照射原稿的紫外光照明光源，1b是可见光光源，8是紫外光隔离装置。其它与图1符号相同的则与图1相同或相当。 

在上述接触式图像传感器中，光源1a放出的紫外光，透过透光板5，照射到需要扫描的原稿10上，原稿10中隐藏的防伪标记在紫外光的激励作用下产生荧光，这些荧光再穿过透光板5，被棒状透镜阵列2所汇集，照射到传感器基板4上搭载的感光部3上，并由感光部3将其转换成电信号并向外输出。同时，为了防止原稿反射的紫外光进入感光部3产生无效的干扰信号，通常需使用紫外光隔离装置8对照射到感光部3的紫外光进行屏蔽。可见光图像的扫描过程与前述相同。 

图3为现有接触式图像传感器中使用的棒状透镜阵列的局部结构图，其包括具有支撑作用的第一侧板21，具有支撑作用的第二侧板22，单体棒状透镜200，由单体棒状透镜200按直线排列成的单阵列透镜201，以及透镜与侧板之间的粘接材料23。在上述图像传感器中，紫外光照射原稿产生的激励光以及可见光照射原稿产生的反射光都是通过透镜2中的单阵列透镜201中的每一个单体棒状透镜200汇聚到感光部表面的。其它与图1符号相同的则与图1相同或相当。 

上述接触式图像传感器中存在以下问题：由于目前紫外光光源的发光强度远比不上可见光光源的发光强度，因此由紫外光照射原稿激励产生的荧光的强度比原稿反向的可见光的强度要低很多，而且棒状透镜阵列对光的传输系数也是一定的，因此与由原稿反射的反射光经由棒状透镜阵列汇聚到感光部3并进行光电转换之后产生的信号相比，紫外光照射原稿激励产生的荧光经棒状透镜阵列汇聚到感光部3并进行光电转换所生成的电信号，其信噪比非常低，所得到的图像的质量非常差无法达到防伪鉴别的目的。如果以微弱的荧光信号为参考基准进行图像处理，而反射光的图像因强度远远高于荧光信号，因此会出现过饱和状态，产品也无法正常使用。另外，由于紫外光源的制作成本比可见光要高很多，如果为了提高紫外光照射原稿激励产生的荧光信号的强度而加强紫外光源的发光强度的话，光源的制作成本会非常高也会影响产品的推广使用。 

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种对紫外光产生的荧光图像信号和对可见光产生的反射图像信号能进行有效的平衡，使两种图像信号都能精确读取和输出的高精确的接触式图像传感器。 

本发明可以通过如下措施达到。   

一种接触式图像传感器，包括光源、棒状透镜阵列、感光部、传感器基板、框架、透光板，其特征在于光源为至少能发出包括紫外光在内的两种颜色的光并能均匀照射原稿读取位置，感光部由两部分组成，一部分为用于接收光源照到原稿上产生的反射光信息的反射光感光部，另一部分为用于接收光源照到原稿上产生的激励光信息的激励光感光部，棒状透镜阵列内部由多列排列成直线的单阵列透镜组成。

本发明的接触式图像传感器，构成复合棒状透镜阵列的单阵列透镜中的每一个单个的棒状透镜是相同的，并且单个棒状透镜的直径为d，单个棒状透镜在焦点位置平面内的有效作用直径为D，复合棒状透镜阵列内部所排列的单列透镜阵列的列数可达到D/d。根据单个透镜的TC值、直径、长度及开口角的不同，一般可达到3列至8列左右。 

本发明的接触式图像传感器，激励光感光部设置于由多列单阵列透镜组成的棒状透镜阵列的中心轴位置上。在此位置上，复合棒状透镜阵列中的每一单阵列的透镜都能收集到图像读取位置处的原稿的激励光信号并成像与激励光感光部表面，由感光部将其转换成电信号向外输出，由于有多列单阵列的透镜进行激励光的收集，因此收集到的光的信号的强度加大了，转换后的电信号也加强了。同时在激励光感光部表面处设置有能够防止原稿反射的紫外光到达激励光感光部的紫外光隔离装置，以消除原稿反射的紫外光到达激励光感光部产生干扰信号。 

本发明的接触式图像传感器，反射光感光部设置于激励光感光部的一侧，位于棒状透镜阵列的靠近边缘的单阵列透镜的中心轴位置上。这样只有正对着反射光感光部的单阵列的透镜或其旁边的单阵列透镜才会对收集原稿的反射光信号起作用，这样收集到的光信号会仍然保持原来的强度而不会因为透镜列数的增加而加强。因此其由反射光感光部转换成的电信号也是保持了原来的强度。 

本发明的接触式图像传感器，其紫外光与其它颜色的光分时发光，这样可以分别获取激励光的信号以及可见光的反射光信号。 

本发明的效果是，接触式图像传感器采用了复合棒状透镜阵列，以及两种感光部即激励光感光部和反射光感光部，感光部设置于棒状透镜阵列的中心位置，可以收集到更多的激励光信号以提供激励光信号的输出强度，反射光感光部设置于棒状透镜阵列的边缘，保持反射光信号的输出强度不变，这样使用激励光信号与反射光信号基本达到统一的输出强度，大大提高了图像的读取质量。 

附图说明。 

      图1为现有的接触式图像传感器的截面图。 

      图2为另一种接现在触式图像传感器的截面图。 

      图3为现有接触式图像传感器使用的棒状透镜阵列局部示意图 

图4为本发明的接触式图像传感器的截面示意图。

图5为本发明中使用的棒状透镜阵列的示意图。 

图6为本发明中使用的棒状透镜阵列的局部放大示意图。 

图7为本发明中作用的棒状透镜阵列的结构特性示意图。 

图8为本发明的接触式图像传感器的感光部与棒状透镜阵列的相对位置示意图。 

图9为本发明中原稿发出的光与接收透镜的位置关系图 

图10为棒状透镜阵列中各单阵列透镜接收光的强度的示意图。

图11为激励光感光部接收透镜汇聚光的示意图。 

图12为反射光感光部接收透镜汇聚光的示意图。 

图13为本发明的棒状透镜阵列的内部结构示意图。 

图14为本发明的棒状透镜阵列的另一种内部结构示意图。 

图15为本发明实施例2的接触式图像传感器的截面示意图。 

图16为本发明实施例3的接触式图像传感器的截面示意图。 

图17为本发明实施例4的接触式图像传感器的截面示意图。 

具体实施方式。 

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述： 

实施例1：图4是本发明实施例1的断面结构图，图中1a是可以发出紫外光并能均匀照射原稿的紫外光源，1b是能发出单色或多色可见光并能均匀照射原稿的可见光光源，20是复合棒状透镜阵列，用于收集光源照射原稿产生的反射光或激励光，3a是接收棒状透镜阵列20所汇聚的紫外光源照射原稿激励产生的荧光的激励光感光部，3b是接收棒状透镜阵列20所汇聚的可见光光源照射原稿产生的反射光的反射光感光部。

 4是搭载排列成直线的光敏集成电路 3a和3b的传感器基板， 6是容纳紫外光源1a、可见光光源1b、棒状透镜阵列20以及传感器基板4的框架，５是设置在框架6上的搭载原稿的透光板， 8是涂在3a上的紫外光滤光膜，10为原稿。7是为接触式图像传感器提供电压信号、逻辑控制信号、光源控制信号以及向外输出图像信号的插座。 

棒状透镜阵列20是一个细长条形的结构，其长度覆盖整个扫描范围，其整体结构示意图如图5所示。图6是棒状透镜阵列的局部放大图，整个棒状透镜阵列20包括具有支撑作用的侧板21及22，单体棒状透镜200，由单体棒状透镜200按直线排列成的单阵列透镜201，多列单透镜阵列201紧密排列夹在支撑侧板21和22之间，侧板与透镜之间由粘接材料23粘接固定。 

棒状透镜阵列是单阵列透镜排列的列数与单体透镜的特征有关。单体透镜的共役长度为TC，高度为Z，直径为d，透镜的开口角为θ，透镜两端对应的TC值所在的平面即是两端的焦点平面，在焦点平面内，透镜的有效作用范围的直径为D，也就是说以透镜的轴线为中心，焦点平面内的直径D的范围内的光才可能进入透镜被透镜收集，此范围以外的光无法被透镜收集，如图7所示。D值的大小与透镜参数的关系为： 

D=(TC-Z)*Tanθ+d

    对于焦点平面内的透镜中心轴上的一点来说，其所发光的光对应于透镜端面平面内的同样D范围之内才满足透镜开口角的特性，也就是说在透镜端面的平面内的D范围之内的光才有可能被接收，超过此范围的光就无法被接收了。所以棒状透镜阵列20中单阵列透镜201的有效列数为D/d。

    本实话例中使用的透镜的TC值为10mm，透镜高度为4.4mm，直径为0.35mm，透镜的开口角为12度，所以本实施例中使用的棒状透镜阵列20是由5列单阵列透镜201构成的。实际中D/d往往不会是个整数，所以实际的列数取D/d的近似值就可以了。但不管比D/d大还是小，都在本发明的保护之内。 

    在本实施例中，接收紫外光源照射原稿激励产生的荧光信号的激励光感光部3a设置于整个复合棒状透镜阵列的中心轴的位置上，接收可见光光源照射原稿产生的反射光信号的反射光感光部3b设置于3a的一侧，位于复合棒状透镜阵列中最边缘的单阵列透镜的中心轴上，如图8所示。图8中给出了感光部与棒状透镜阵列的相对位置的局部结构示意图。激励光感光部3a正对于棒状透镜阵列20的5列单阵列透镜201的中心一列的轴线位置上，反射光感光部3b位于激励光感光部3a的一侧，正对于棒状透镜阵列20的边缘的单阵列透镜201的中心轴上。 

    通常的原稿，如纸币、有价证券或纸张文稿等，其表面并非是镜面，而是一种粗糙的表面，光无论从哪个方向照射到原稿上，无论是原稿的反射光还是激励光，都可以近似地看成是乱散光，即在原稿侧面的各个方向上都有，而且在与原稿垂直方向上强度比较大，而与原稿平等的方向上其强度比较小。因此对于棒状透镜阵20中的5列单阵列透镜来说，中心的一列单阵列透镜接收到的光最强，两侧的会稍微弱一些。如图9和图10所示。图9为本发明中原稿发出的光与接收透镜的位置关系图，图10为棒状透镜阵列中各单阵列透镜接收光的强度的示意图。 

    本实施例中采用的棒状透镜阵列是包含5列单阵列透镜，在光源不变，原稿也相同的情况下，其接收到的光的强度是只有一列的棒状透镜阵列的4倍左右，大大提高了原稿提供的光信号的利用率。尤其是对于紫外光照射原稿产生的激励光这种比较微弱的信号来说，这种方法对于提高图像的读取质量其效果是非常明显的。 

    在本实施例中，接收紫外光源照射原稿激励产生的荧光信号的激励光感光部3a设置于整个复合棒状透镜阵列的中心轴的位置上，其接收透镜汇聚光的示意图如图11所示。在整个透镜的中心位置上，每一列单阵列透镜201都能将收集到的激励光汇聚成像于激励光感光部3a表面，大大提高了光信号的利用率。3a将光信号转换成电信号并向外输出。 

在本实施例中，接收可见光光源照射原稿产生的反射光信号的反射光感光部3b设置于3a的一侧，位于复合棒状透镜阵列中最边缘的单阵列透镜的中心轴上，其接收透镜汇聚光的示意图如图12所示。在整个透镜的一侧的边缘位置上，只有这一侧靠近边缘的单阵列透镜201都能将收集到的反射光汇聚成像于反射光感光部3b表面，另一侧的单透镜阵列由于光的入射角度大于透镜的开口角θ，因此无法被透镜收集，这样基本保证了整个透镜收集到的反射光信号基本保持原来的水平不会增加太多，使之与激励光的信号基本达到一种强度平衡状态，有利于对图像数据的处理，以便能得到清晰的图像扫描结果。 

    在本实施例中，棒状透镜阵列20内部的单阵列透镜采用交错排列的方式构成，如图13所示，也可以采用图14的正交排列方式，也可以在棒状透镜阵列内部两种排列方式都使用，无论哪种排列方式都具有本发明的效果，都在本发明的保护之内。

    实施例2：在上述实施例中，采用了激励光感光部和反向光感光部分别接收强度两种差别较大的激励光信号和反射光信号，并通过感光部的位置不同来调节接收光信号的强度。本实施例与实施例1的不同之外在于感光部只设置了激励光感光部而光源只设置了能发出紫外光的紫外光源，激励光感光部仍设置于棒状透镜阵列20的中心轴位置上。如图15所示。本实施例的接触式图像传感器适用于不需要对常规的可见光图像进行读取，而只单独用于对个别防伪图像的荧光信号进行读取鉴别的场合。 

实施例3：在本实施例中，光源只设置了常规的可见光光源1b，感光部只设置了常规的反射光感光部3b，并且感光部3b设置于棒状透镜阵列20的中心轴位置上。本实施例的接触式图像传感器适用于只对常规图像进行高速读取的场合。通常读取速度越高时，读取一行的时间就越短，感光部接受光照的时间就会越短，图像传感器的输出信号强度越低。本实施例将可见光感光部3b也设置于棒状透镜20的中心轴位置上，在同样的扫描速度下，可以大幅提高信号的输出强度；也可以保持输出信号的强度不变而实现扫描速度的大幅提高。 

实施例4：本实施例是在实施例3的基础上增加了外置透过光源100，如图17所示，适用于对原稿的透过图像进行高速读取的场合。外置光源100包括导光棒101，电路基板102，光源框架103，光源透光板104，以及电气连接插座105，光源的发光部设置于光源的两端（图中未画出）。 

外置光源发出的光可以是可见光，也可以是红外光或紫外光等不可见光。外置光源100与内置光源1b分别由控制器控制其发光时间，控制器与现有技术相同，此不赘述，当进行反射光图像读取时，内置光源1b开启，外置光源100关闭。当要进行透过图像读取时，外置光源100开启，内置光源1b关闭。 

Claims (9)

1.一种接触式图像传感器，包括光源、棒状透镜阵列、感光部、传感器基板、框架、透光板，其特征在于光源为至少能发出包括紫外光在内的两种颜色的光并能均匀照射原稿读取位置，感光部由两部分组成，一部分为用于接收光源照到原稿上产生的反射光信息的反射光感光部，另一部分为用于接收光源照到原稿上产生的激励光信息的激励光感光部，复合棒状透镜阵列内部由多列排列成直线的单阵列透镜组成。

2.根据权利要求1所述的接触式图像传感器，其特征在于构成复合棒状透镜阵列的单阵列透镜中的每一个单个的棒状透镜是相同的。

3.根据权利要求2所述的接触式图像传感器，其特征在于单个棒状透镜的直径为d，单个棒状透镜在焦点位置平面内的有效作用直径为D，复合棒状透镜阵列内部所排列的单列透镜阵列的列数为D/d。

4.根据权利要求1所述的接触式图像传感器，其特征在于激励光感光部设置于由多列单阵列透镜组成的棒状透镜阵列的中心轴位置上。

5.根据权利要求4所述的接触式图像传感器，其特征在于激励光感光部在棒状透镜阵列的中心轴位置上将所有单阵列透镜收集到的激励光信号转换成电信号并向外输出。

6.根据权利要求5所述的接触式图像传感器，其特征在于激励光感光部表面处设置有能够防止紫外光到达激励光感光部的紫外光隔离装置。

7.根据权利要求1所述的接触式图像传感器，其特征在于反射光感光部设置于激励光感光部的一侧，位于棒状透镜阵列的靠近边缘的单阵列透镜的中心轴位置上。

8.根据权利要求7所述的接触式图像传感器，其特征在于反射光感光部在棒状透镜阵列的靠近边缘的单阵列透镜的中心轴位置上将部分单阵列透镜收集到的反射光信号转换成电信号并向外输出。

9.根据权利要求1所述的接触式图像传感器，其特征在于紫外光与其它颜色的光分时发光。

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