CN217957184U - 图像传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种图像传感器。图像传感器包括：框架；芯片基板，芯片基板设置在框架内；成像模块，成像模块设置在框架内且与芯片基板间隔设置；光电转换模块，光电转换模块位于芯片基板朝向成像模块的一侧表面上，且成像模块与光电转换模块对应设置；光源模块，光源模块设置在框架的外部且位于成像模块远离光电转换模块的一侧，光源模块包括多个发光件，多个发光件被分为至少两列，至少两列发光件平行设置，发光件的出光侧具有聚光结构，图像传感器的检测面位于光源模块远离框架的一侧，光源模块发射的光倾斜照射在检测面上。本实用新型解决了现有技术中的图像传感器存在识别困难的问题。

Description

图像传感器

技术领域

本实用新型涉及图像检测设备技术领域，具体而言，涉及一种图像传感器。

背景技术

目前，随着智能科技领域的发展，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逐渐成为热点。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。其中在工业自动化检测中，在提高效率的同时对微小缺陷的检测要求越来越高，未来这方面的市场还会不断扩大。

基于高速高分辨的检测需求，现有技术中设计了一种多颗镜头和芯片一一对应并且呈线性排列，且采集多幅图像进行拼接的图像传感器。现有技术存在一个问题：在高速高精度检测的多幅图像识别情况下，图像的亮度会比较低，不容易识别。

也就是说，现有技术中的图像传感器存在识别困难的问题。

实用新型内容

本实用新型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识别困难的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种图像传感器，包括：框架；芯片基板，芯片基板设置在框架内；成像模块，成像模块设置在框架内且与芯片基板间隔设置；光电转换模块，光电转换模块位于芯片基板朝向成像模块的一侧表面上，且成像模块与光电转换模块对应设置；光源模块，光源模块设置在框架的外部且位于成像模块远离光电转换模块的一侧，光源模块包括多个发光件，多个发光件被分为至少两列，至少两列发光件平行设置，发光件的出光侧具有聚光结构，图像传感器的检测面位于光源模块远离框架的一侧，光源模块发射的光倾斜照射在检测面上。

进一步地，成像模块包括多个镜头，多个镜头沿一直线间隔排列，光电转换模块包括多个光电转换芯片，多个光电转换芯片与多个镜头一一对应设置，光源模块为线性光源，光源模块的延伸方向与多个镜头的排列方向一致。

进一步地，光源模块包括：光源框体；光源基板，光源基板设置在光源框体内；多个发光件，多个发光件均为LED，同一列的相邻两个LED间隔设置，聚光结构为一个或多个，当聚光结构为一个时，聚光结构在光源基板上的投影覆盖两列LED。

进一步地，当聚光结构为一个时，聚光结构为单凸透镜，单凸透镜包括入光面、出光面和连接入光面和出光面的侧面，侧面为全反射面，入光面为平面，出光面为弧面。

进一步地，弧面的曲率半径大于等于6mm。

进一步地，当聚光结构为一个时，聚光结构为双凸透镜，双凸透镜包括入光面、出光面和连接入光面和出光面的侧面，侧面为全反射面，入光面为弧面，出光面为弧面。

进一步地，当聚光结构为多个时，多个聚光结构至少包括第一聚光结构和第二聚光结构，第一聚光结构和第二聚光结构沿LED的出光方向间隔设置；或者第一聚光结构和第二聚光结构与两列LED一一对应设置。

进一步地，第一聚光结构和第二聚光结构沿LED的出光方向间隔设置，且第二聚光结构位于第一聚光结构远离LED的一侧，第一聚光结构为圆棒结构，第二聚光结构为单凸透镜。

进一步地，圆棒结构的直径大于等于6mm；和/或单凸透镜具有凸面，凸面位于单凸透镜远离第一聚光结构的一侧。

进一步地，第一聚光结构和第二聚光结构与两列LED一一对应设置，第一聚光结构与第二聚光结构形状相同，第一聚光结构的截面呈椭圆形；和/或第一聚光结构包括入光面、出光面和连接入光面和出光面的侧面，入光面和出光面均为弧面且两者向彼此远离的方向凸出，侧面为全反射面。

进一步地，光源模块为多个，框架的至少两侧设置有光源模块。

应用本实用新型的技术方案，图像传感器包括框架、芯片基板、成像模块、光电转换模块和光源模块，芯片基板设置在框架内；成像模块设置在框架内且与芯片基板间隔设置；光电转换模块位于芯片基板朝向成像模块的一侧表面上，且成像模块与光电转换模块对应设置；光源模块设置在框架的外部且位于成像模块远离光电转换模块的一侧，光源模块包括多个发光件，多个发光件被分为至少两列，至少两列发光件平行设置，发光件的出光侧具有聚光结构，图像传感器的检测面位于光源模块远离框架的一侧，光源模块发射的光倾斜照射在检测面上。

通过将芯片基板、成像模块和光电转换模块设置在框架内，使得框架为芯片基板、成像模块和光电转换模块提供了安装位置，同时框架对芯片基板、成像模块和光电转换模块形成了保护，提高了使用可靠性，保证图像传感器的工作稳定性。光电转换模块位于芯片基板朝向成像模块的一侧表面上，使得芯片基板用于搭载光电转换模块同时为光电转换模块提供电路，实现信号的传递；成像模块与光电转换模块对应设置，这样设置使得光电转换模块能够接收到成像模块处传来的图像信息，使得光电转换模块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。光源模块发射的光倾斜照射在检测面上，同时检测面反射的光线射入成像模块中，以将图像信息传递给与成像模块对应的光电转换模块中，光电转换模块将接收到的光信号转换为电信号。光源模块包括多个发光件，多个发光件被分为至少两列，至少两列发光件平行设置，这样设置增加了发光件的列数，进而增加了光源模块的发光强度。发光件的出光侧具有聚光结构，使得聚光结构能够汇聚发光件的发光角度，从而达到聚光增加光亮的效果，增加了射入检测面的光的亮度，从而避免图像传感器在检测过程中，图像亮度低，导致识别检测困难的情况，通过设置聚光结构，提高了图像亮度，有利于实现高速高精度的检测，保证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实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了本实用新型的一个可选实施例的图像传感器的结构示意图；

图2示出了本实用新型的一个可选实施例的光源模块的结构示意图；

图3示出了图2中的光源模块的光路示意图；

图4示出了本实用新型的一个可选实施例的图像传感器的一个角度的结构示意图；

图5示出了本实用新型的另一个可选实施例的图像传感器的一个角度的结构示意图；

图6示出了本实用新型的另一个可选实施例的图像传感器的一个角度的结构示意图；

图7示出了本实用新型的另一个可选实施例的图像传感器的一个角度的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、框架；20、芯片基板；30、镜头；40、光电转换芯片；50、光源模块；51、光源框体；52、光源基板；53、LED；54、聚光结构；541、第一聚光结构；542、第二聚光结构；543、入光面；544、侧面；545、出光面；60、检测面。

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实用新型。

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。

在本实用新型中，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实用新型。

为了解决现有技术中的图像传感器存在识别困难的问题，本实用新型提供了一种图像传感器。

如图1至图7所示，图像传感器包括框架10、芯片基板20、成像模块、光电转换模块和光源模块50，芯片基板20设置在框架10内；成像模块设置在框架10内且与芯片基板20间隔设置；光电转换模块位于芯片基板20朝向成像模块的一侧表面上，且成像模块与光电转换模块对应设置；光源模块50设置在框架10的外部且位于成像模块远离光电转换模块的一侧，光源模块50包括多个发光件，多个发光件被分为至少两列，至少两列发光件平行设置，发光件的出光侧具有聚光结构54，图像传感器的检测面60位于光源模块50远离框架10的一侧，光源模块50发射的光倾斜照射在检测面60上。

通过将芯片基板20、成像模块和光电转换模块设置在框架10内，使得框架10为芯片基板20、成像模块和光电转换模块提供了安装位置，同时框架10对芯片基板20、成像模块和光电转换模块形成了保护，提高了使用可靠性，保证图像传感器的工作稳定性。光电转换模块位于芯片基板20朝向成像模块的一侧表面上，使得芯片基板20用于搭载光电转换模块同时为光电转换模块提供电路，实现信号的传递；成像模块与光电转换模块对应设置，这样设置使得光电转换模块能够接收到成像模块处传来的图像信息，使得光电转换模块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。光源模块50发射的光倾斜照射在检测面60上，同时检测面60反射的光线射入成像模块中，以将图像信息传递给与成像模块对应的光电转换模块中，光电转换模块将接收到的光信号转换为电信号。光源模块50包括多个发光件，多个发光件被分为至少两列，至少两列发光件平行设置，这样设置增加了发光件的列数，进而增加了光源模块50的发光强度。发光件的出光侧具有聚光结构54，使得聚光结构54能够汇聚发光件的发光角度，从而达到聚光增加光亮的效果，增加了射入检测面60的光的亮度，从而避免图像传感器在检测过程中，图像亮度低，导致识别检测困难的情况，通过设置聚光结构54，提高了图像亮度，有利于实现高速高精度的检测，保证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，本方案主要是设计一种配置高亮光源模块50的图像传感器，以此解决在高速高精度监测的多幅图像识别情况下，图像的亮度会比较低，不容易识别的问题。

还需要说明的是，上述框架10优选为树脂材料，如PC等材料。

如图1所示，成像模块包括多个镜头30，多个镜头30沿一直线(扫描方向)间隔排列，光电转换模块包括多个光电转换芯片40，多个光电转换芯片40与多个镜头30一一对应设置，光源模块50为线性光源，光源模块50的延伸方向与多个镜头30的排列方向一致。在本申请的一个可选实施例中，选用6颗镜头30进行拼接成像，其中6颗镜头30沿扫描方向依次成线性排列，此6颗镜头30成像模式按一定比例的成缩小的像。其中相邻镜头30之间的间距如图所示为B11-B15，本实施例中相邻两颗镜头30的距离是相同的，如B11＝B12＝B13＝B14＝B15。优选地B11＝12.9mm。对应的成像区域在检测面60上分别为130-135，本实施例中每个检测面60上的扫描区域相等，即130＝131＝132＝133＝134＝135＝12.9mm，同时在检测面60上的扫描区域是重叠的，重叠部分为D11-D15,并且D11＝D12＝D13＝D14＝D15＝0.4mm。这样的成像面积构成了小型化的产品。

如图1所示，在本申请的一个可选实施例中，多个光电转换芯片40包括6个，光电转换芯片40能够把成像得到的光学信号转换成数字信号进行输出。此光电转换芯片40与上述镜头30在预定方向上相对间隔地设置，且6个光电转换芯片40与6颗镜头30一一对应，任意两个相邻的上述光电转换芯片40在上述扫描方向上的成像区域至少重叠。上述预定方向为多个上述镜头30的光轴的延伸方向。

如图2所示，在本申请的一个可选实施例中，上述框架10的周侧设置了光源模块50，光源模块50包括光源框体51、光源基板52，光源基板52设置在光源框体51内；多个发光件，多个发光件均为LED53，光源基板52为LED53提供电路，同一列的相邻两个LED53间隔设置，不同列的对应的LED53也是间隔设置的，聚光结构54为一个或多个，当聚光结构54为一个时，聚光结构54在光源基板52上的投影覆盖两列LED53。也就是说，两列LED53均成线性等间距排列，密度高，有利于增加亮度。单颗LED53的发光面积为3mm*3mm。当聚光结构54为多个时，多个可为两个，在两列LED53的前面对应增加聚光结构54，可以达到收拢光的效果，进一步增加光强。此两个聚光结构54呈柱状长条形结构。

需要说明的是，上述光源基板52选用铝制基板，增加散热效果。同样的光源框体51采用铝制材料，增加散热效果。另外，光源框体51增加白色氧化镀层，有利于增加光源模块50的发光效果。

如图3所示，示出了图2中的光源模块50的光路示意图，由图可知，小角度的光经过聚光结构54的入光面543之后，发生一次折射，折射光线经过出光面545之后，再发生一次折射，光聚拢到检测面60上。一部分大角度的光线经过入光面543之后，折射到聚光结构54的两个侧面544之后，经过一定的全反射，然后通过出光面545，折射之后聚拢到检测面60上。还有一部分的光线照射到相邻的聚光结构54内，通过聚光结构54的入光面543之后，经过几次侧面544的全反射，通过出光面545射出，同样聚拢到检测面60上。以此类推。当聚光结构54为两个时，每个聚光结构54的截面尺寸均大于等于LED53的发光面尺寸，优选聚光结构54的截面宽度≥3mm，也可以使得聚光结构54的尺寸更加小型化。

需要说明的是，图像传感器的工作原理为：第一颗光电转换芯片40在对应的镜头30的成像下，扫描到相应的检测面60的区域，相应的，第二颗光电转换芯片40在对应的镜头30的成像下，扫描到相应的检测面60的区域，两个区域有重叠区。以此类推，此不赘述。

下面结合具体实施例和附图来描述本申请的图像传感器。

如图4所述的具体实施例中，光源模块50为多个，图像传感器的框架10的至少两侧设置有光源模块50。每个光源模块50中的聚光结构54为多个，多个聚光结构54包括第一聚光结构541和第二聚光结构542，第一聚光结构541和第二聚光结构542与两列LED53一一对应设置，且第一聚光结构541和第二聚光结构542并列设置。具体的，第一聚光结构541与第二聚光结构542形状相同，第一聚光结构541和第二聚光结构542的截面均呈椭圆形；第一聚光结构541包括入光面543、出光面545和连接入光面543和出光面545的侧面544，入光面543和出光面545均为弧面且两者向彼此远离的方向凸出，侧面544为全反射面，第二聚光结构542与第一聚光结构541的结构相同，在此不做赘述。

通过第一聚光结构541和第二聚光结构542与两列LED53一一对应设置，使得每列LED53均对应设置有聚光的结构，且通过合理规划第一聚光结构541和第二聚光结构542的形状，有利于保证第一聚光结构541和第二聚光结构542的聚光作用，保证使用可靠性，同时将第一聚光结构541和第二聚光结构542的侧面544设置为全反射面，有利于保证入射至全反射面的光，以较少损失反射至出光面545，进而照射至检测面60，以保证检测面60的高亮度，同时增加了光了利用率。在实际应用时，可调整光源模块50的位置、角度等，进一步调整光源模块50照射到检测面60上的区域范围。

如图5所示的另一个具体实施例中，光源模块50为多个，图像传感器的框架10的至少两侧设置有光源模块50。每个光源模块50中的聚光结构54为多个，多个聚光结构54包括第一聚光结构541和第二聚光结构542，第一聚光结构541和第二聚光结构542沿LED53的出光方向顺次间隔设置且第二聚光结构542位于第一聚光结构541远离LED53的一侧，第一聚光结构541为圆棒结构，第二聚光结构542为单凸透镜，且单凸透镜凸向出光侧设置。

具体的，圆棒结构的直径大于等于6mm；单凸透镜具有凸面，凸面位于单凸透镜远离第一聚光结构541的一侧。通过在圆棒结构的出光侧叠加单凸透镜，能够进一步聚拢光线，以增加光亮度。

如图6所示的另一个具体实施例中，光源模块50为多个，图像传感器的框架10的至少两侧设置有光源模块50。每个光源模块50中的聚光结构54为一个，聚光结构54为单凸透镜，单凸透镜包括入光面、出光面和连接入光面和出光面的侧面，侧面为全反射面，入光面为平面，出光面为弧面，且弧面凸向出光侧设置。弧面的曲率半径大于等于6mm。通过将聚光结构54设置为单凸透镜，使得单凸透镜能够进一步收拢LED53发射的光线，保证聚光的效果。

如图7所示的另一个具体实施例中，光源模块50为多个，图像传感器的框架10的至少两侧设置有光源模块50。每个光源模块50中的聚光结构54为一个，聚光结构54为双凸透镜，双凸透镜包括入光面、出光面和连接入光面和出光面的侧面，侧面为全反射面，入光面为弧面，出光面为弧面，且两个弧面的半径均大于等于6mm，这样设置可达到进一步增加光强的效果。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

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。

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

Claims (11)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括：

框架(10)；

芯片基板(20)，所述芯片基板(20)设置在所述框架(10)内；

成像模块，所述成像模块设置在所述框架(10)内且与所述芯片基板(20)间隔设置；

光电转换模块，所述光电转换模块位于所述芯片基板(20)朝向所述成像模块的一侧表面上，且所述成像模块与所述光电转换模块对应设置；

光源模块(50)，所述光源模块(50)设置在所述框架(10)的外部且位于成像模块远离所述光电转换模块的一侧，所述光源模块(50)包括多个发光件，多个所述发光件被分为至少两列，至少两列所述发光件平行设置，所述发光件的出光侧具有聚光结构(54)，所述图像传感器的检测面(60)位于所述光源模块(50)远离所述框架(10)的一侧，所述光源模块(50)发射的光倾斜照射在所述检测面(60)上。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述成像模块包括多个镜头(30)，多个所述镜头(30)沿一直线间隔排列，所述光电转换模块包括多个光电转换芯片(40)，多个所述光电转换芯片(40)与多个所述镜头(30)一一对应设置，所述光源模块(50)为线性光源，所述光源模块(50)的延伸方向与多个所述镜头(30)的排列方向一致。

3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述光源模块(50)包括：

光源框体(51)；

光源基板(52)，所述光源基板(52)设置在所述光源框体(51)内；

多个所述发光件，多个所述发光件均为LED(53)，同一列的相邻两个所述LED(53)间隔设置，所述聚光结构(54)为一个或多个，当所述聚光结构(54)为一个时，所述聚光结构(54)在所述光源基板(52)上的投影覆盖两列所述LED(53)。

4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，当所述聚光结构(54)为一个时，所述聚光结构(54)为单凸透镜，所述单凸透镜包括入光面、出光面和连接所述入光面和所述出光面的侧面，所述侧面为全反射面，所述入光面为平面，所述出光面为弧面。

5.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述弧面的曲率半径大于等于6mm。

6.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，当所述聚光结构(54)为一个时，所述聚光结构(54)为双凸透镜，所述双凸透镜包括入光面、出光面和连接所述入光面和所述出光面的侧面，所述侧面为全反射面，所述入光面为弧面，所述出光面为弧面。

7.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，当所述聚光结构(54)为多个时，多个所述聚光结构(54)至少包括第一聚光结构(541)和第二聚光结构(542)，

所述第一聚光结构(541)和所述第二聚光结构(542)沿所述LED(53)的出光方向间隔设置；或者

所述第一聚光结构(541)和所述第二聚光结构(542)与两列所述LED(53)一一对应设置。

8.根据权利要求7所述的图像传感器，其特征在于，所述第一聚光结构(541)和所述第二聚光结构(542)沿所述LED(53)的出光方向间隔设置，且所述第二聚光结构(542)位于所述第一聚光结构(541)远离所述LED(53)的一侧，所述第一聚光结构(541)为圆棒结构，所述第二聚光结构(542)为单凸透镜。

9.根据权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，

所述圆棒结构的直径大于等于6mm；和/或

所述单凸透镜具有凸面，所述凸面位于所述单凸透镜远离所述第一聚光结构(541)的一侧。

10.根据权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，所述第一聚光结构(541)和所述第二聚光结构(542)与两列所述LED(53)一一对应设置，所述第一聚光结构(541)与所述第二聚光结构(542)形状相同，

所述第一聚光结构(541)的截面呈椭圆形；和/或

所述第一聚光结构(541)包括入光面(543)、出光面(545)和连接所述入光面(543)和所述出光面(545)的侧面(544)，所述入光面(543)和所述出光面(545)均为弧面且两者向彼此远离的方向凸出，所述侧面(544)为全反射面。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述光源模块(50)为多个，所述框架(10)的至少两侧设置有所述光源模块(50)。

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