CN219084738U - 一种图像检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种图像检测装置，包括成像单元、光电转换单元、数据处理单元及第一框架，所述成像单元包括孔径光阑及双胶合透镜；所述双胶合透镜包括靠近物面的第一透镜与靠近像面的第二透镜，且所述第一透镜的出光面与所述第二透镜的入光面贴合；所述光电转换单元包括光电转换模组及承载所述光电转换模组的第一基板，所述光电转换模组位于所述双胶合透镜的像面上，包括间隔地排列的多个光电转换元件；所述第一框架固定地容置所述成像单元和所述光电转换单元。本申请提供的图像检测装置，利用较低分辨率的光电转换器件实现了图像的高分辨率、高清晰度采集及检测，且设备模块化程度高，安装调试方便。

Description

一种图像检测装置

技术领域

本申请属于光学图像采集技术领域，具体地，提供一种图像检测装置。

背景技术

图像传感器，特别是接触式图像传感器，是一种能够将接收到的光信号转换为电信号并生成图像的设备，目前已经广泛地应用于对物体表面进行扫描成像或缺陷检测等领域。

图像传感器的核心部件为其光电转换芯片，一般地，光电转换芯片由多个感光芯片间隔排列形成的感光芯片阵列构成，单位长度包含的感光芯片的数量(一般以每英寸包含的点数，即DPI表示)即可以用于表示图像传感器的图像分辨能力。

上述光电转换芯片的分辨率决定了其对需要扫描或检测的物体表面图像、纹理的成像及检测能力。例如，当使用分辨率为1200DPI的图像传感器对物体表面进行扫描时，其获取的图像中单个像素点的尺寸为25.4mm/1200≈21um，如果需要对物体表面小于21um的纹理等结构特征进行清晰的成像及检测，或需要使用非接触式的CCD/CMOS相机，或选用更高分辨率的接触式图像传感器，然而上述设备或者体积较大且安装不便，无法适应对物体进行实时扫描及检测的工况条件；或者设备的使用及调试成本随分辨率的提高急剧增加。

除此以外，当需要对物体表面的细微结构进行高分辨率的扫描成像时，由不同位置发出的光线进入光电转换芯片的角度不同，并可能引起光电转换后的图像存在轴外像差、色差等现象，上述现象使得即使图像传感器的分辨率达到要求，其扫描得到的图像仍可能存在变形、模糊等问题。

发明内容

本申请的目的在于解决上述现有技术存在的问题，提供一种能够对物体表面进行高清晰度的放大成像，并尽可能减小图像放大时的轴外像差、色差等现象，适合于各类扫描与检测工况且安装方便、成本低廉的设备。

本申请的实施例可以通过以下技术方案实现：

一种图像检测装置，包括成像单元、光电转换单元、数据处理单元及第一框架；所述成像单元包括孔径光阑及双胶合透镜，且所述孔径光阑与所述双胶合透镜同轴地设置；所述双胶合透镜包括靠近物面的第一透镜与靠近像面的第二透镜，且所述第一透镜的出光面与所述第二透镜的入光面贴合，所述孔径光阑位于所述第一透镜的入光面与所述双胶合透镜的物面之间；所述光电转换单元包括光电转换模组及承载所述光电转换模组的第一基板，所述光电转换模组位于所述双胶合透镜的像面上，包括间隔地排列的多个光电转换元件，所述光电转换元件接收入射的光信号并转换为模拟电信号输出；所述第一框架固定地容置所述成像单元和所述光电转换单元。

优选地，所述第一透镜的折射率为1.7～1.8，所述第二透镜的折射率为1.6～1.7，且所述第一透镜的折射率大于所述第二透镜的折射率。

优选地，所述第一透镜的入光面为平面或凹面，所述第一透镜的出光面为凹面。

优选地，所述第二透镜的出光面为凸面；所述第二透镜的出光面的曲率小于所述第一透镜的出光面的曲率且大于所述第一透镜的入光面的曲率。

优选地，所述第一透镜的入光面与出光面的轴心距离≤2mm；所述第二透镜的入光面与出光面的轴心距离≤4mm。

优选地，所述双胶合透镜的放大倍数为1～6，且40pl/mm下的MTF≥20％，其中，pl/mm为每毫米的线对数，MTF为调制传递函数。

优选地，所述孔径光阑通过在所述第一框架上开孔形成。

优选地，所述光电转换单元为CIS传感器。

进一步地，所述数据处理单元包括AD转换模块和图像处理模块；

所述AD转换模块将所述模拟电信号转换为数字电信号，所述图像处理模块基于所述数字电信号生成位于物面处的物体的放大图像；所述图像检测装置还包括第二框架，所述第二框架固定地容置所述AD转换模块与所述图像处理模块，并可拆卸地与所述第一框架连接。

优选地，所述图像检测装置还包括光源单元；所述光源单元包括发光部、光源基板、散光膜及光源框架；所述发光部设置于所述光源基板上，产生指向位于物面处的物体的光线，所述散光膜位于所述发光部与所述物面之间，所述光源框架固定地容置所述发光部、所述光源基板和所述散光膜。

本申请的实施例提供的一种图像检测装置，通过双胶合透镜实现了待检测物体表面的放大成像，并有效地消除了图像放大过程中的轴外像差及色差，利用较低分辨率的光电转换器件实现了图像的高分辨率、高清晰度采集及检测，且设备模块化程度高，安装调试方便。

附图说明

图1为根据本申请实施例的图像检测装置的外观示意图；

图2为根据本申请实施例的图像检测装置的内部结构示意图；

图3为根据本申请实施例的图像检测装置的侧面剖视图；

图4为根据本申请实施例的双胶合透镜的立体示意图；

图5为根据本申请实施例的双胶合透镜的分解视图；

图6为根据本申请实施例的双胶合透镜的半视场光路图；

图7为根据本申请实施例的双胶合透镜的MTF函数图。

图中标号

10：孔径光阑，11：双胶合透镜，111：第一透镜，112：第二透镜，12：光电转换单元，121：光电转换元件，122：第一基板，13：光轴，21：第一框架，22：第二框架，23：散热板，31：中继基板，32：数据处理基板，41：AD转换模块，42：图像处理模块，51：第一插座，52：第二插座，6：光源单元，61：发光部，62：光源基板，63：光源框架，64：散光膜，8：物面，9：像面。

具体实施方式

在本说明书中，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。在本申请实施例中的描述中，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。

此外，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。

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。

本申请提供一种图像检测装置，图1示出了根据优选的实施例的该图像检测装置的外观示意图，图2为该图像检测装置的内部结构示意图，其中对外侧的框架结构进行了A-A向剖切，图3为该图像检测装置的C-C向剖切视图。

如图1至图3所示，该图像检测装置包括成像单元、光电转换单元12、数据处理单元及第一框架21。

第一框架21用于承载内部的各类部件。在一些具体的实施例中，第一框架21可以采用金属铝制材料，以进一步增加结构的稳定性。同时，第一框架21的内部采用黑色氧化涂层，以有效地消除杂散的环境光线对成像的影响。

具体地，成像单元包括沿光轴13(图中光轴13平行于Z轴)间隔地设置地孔径光阑10及双胶合透镜11，孔径光阑10位于双胶合透镜11与双胶合透镜11的物面8(如图所示，物面8平行于XY平面)之间，并且孔径光阑10的轴心与光轴13重合。

光电转换单元12包括光电转换模组及第一基板122，在一些优选的实施例中，如图2、图3所示，第一基板122的表面垂直于光轴13，光电转换模组设置于第一基板122朝向双胶合透镜11一侧的表面上，且位于双胶合透镜11的像面上(本申请的实施例中，物面与像面保持平行)。

进一步地，光电转换模组包括沿Y轴方向间隔地排列的多个光电转换元件121，每个光电转换元件121将其所在位置处入射的光信号转换为模拟电信号输出，每个光电转换元件121即对应于一个像素点，单位长度包含的光电转换元件121的数量即对应于该光电转换模组的分辨率。

在图像获取及检测过程中，待检测的物体置于双胶合透镜11的物面8上并沿X轴方向持续地运动，其表面发出的光线通过孔径光阑10及双胶合透镜11，放大地成像于双胶合透镜11的像面上，光电转换模组按照一定的频率持续地获取上述经过放大的光线，每一次多个光电转换元件121获取的光线即转换为一行模拟电信号。上述光电转换单元12进一步固定于中继基板31的一侧，并通过设置于中继基板31另一侧的第一插座51输出至数据处理单元，经过数据处理单元进行后续的信号转换、图像拼接等过程，即可形成物体表面的放大图像。在一些具体的实施例中，上述光电转换单元12可以直接采用现有的CIS传感器(接触式图像传感器)中的成像部件，通过双胶合透镜11的放大作用，可以实现利用现有的较低分辨率的图像传感器部件对物体表面进行较高分辨率的成像及检测的效果。例如，当双胶合透镜11的放大倍数为1.67时，选用1200DPI的光电转换模组，能够实现1200*1.67≈2000DPI分辨率的成像能力，从而利用低成本的常规图像传感设备实现了与昂贵的高分辨率图像传感设备相同的分辨率，被极大地拓展了常规图像传感设备的成像能力与应用领域。

在一些优选的实施例中，孔径光阑10优选地采用圆形结构，直径在1.6mm至1.8mm之间，孔径光阑10到物面8的距离≤25mm，以实现近距离扫描成像的效果。在另一些优选的实施例中，如图1至图3所示，孔径光阑10可以在第一框架21上直接加工形成。通过设置孔径光阑10，能够遮掉偏离光轴13角度过大，从而具有较大的轴外像差与色差的光线，以提高成像的清晰度。

尽管通过孔径光阑10能够滤除掉偏离光轴13角度过大的光线，但是通过孔径光阑10进入并成像于像面上的不同部分的光线，由于相对于光轴13的角度不同，仍存在像差及色差，从而造成所成图像的模糊。为进一步消除上述轴外像差及色差，降低放大后图像各个部分的几何变形及色差，在本申请的实施例中，用于实现放大成像的透镜采用双胶合透镜方式形成，

图4及图5分别示出了在一些优选地实施例中，双胶合透镜11的立体示意图及分解视图，如图双胶合透镜11包括靠近物面8的第一透镜111与靠近像面的第二透镜112，且所述第一透镜111的出光面与所述第二透镜112的入光面贴合。为便于双胶合透镜11安装于第一框架21中，图中的双胶合透镜11进一步进行了切割，切割后的双胶合透镜11长度L为10～12mm，宽度W为2～6mm。

具体地，如图4、图5所示，第一透镜111的入光面111a为平面或凹面，第一透镜111的出光面111b为凹面；第二透镜112的入光面112a为凸面，且与第一透镜111的出光面111b完全贴合，第二透镜112的出光面112b为凸面，其中第二透镜112的出光面112b的曲率小于第一透镜111的出光面111b的曲率(同时也是112a的曲率)且大于第一透镜111的入光面111a的曲率。例如，在一些优选的实施例中，第一透镜111的入光面111a为平面，其曲率为0，第一透镜111的出光面111b与第二透镜112的入光面112a具有相同的曲率，其曲率在1/(12mm)到1/(10mm)之间，第二透镜112的出光面112b的曲率在1/(14mm)到1/(12mm)之间。

在一些优选的实施例中，第一透镜111的入光面111a与出光面111b的轴心距离H1≤2mm，第二透镜112的入光面112a与出光面112b的轴心距离H2≤4mm。

进一步地，第一透镜111的折射率为1.7～1.8，第二透镜112的折射率为1.6～1.7，且第一透镜111的折射率大于第二透镜112的折射率，该双胶合透镜11的放大倍数为1～6。

图6示出了在一些优选的实施例中，上述双胶合透镜11的半视场光路图，如图6所示，从物面8出射的光线通过折射率不同的凹透镜与凸透镜结合形成的双胶合透镜模组后，能够在放大地成像于像面9的同时，进一步矫正不同角度的光线的轴外像差和色差，从而同时提高成像的分辨率及成像的清晰程度。

图7示出了在一些优选的实施例中，该双胶合透镜11的MTF函数图像。本领域技术人员所公知地，MTF函数用于评价透镜的清晰成像能力，如图7所示，本申请实施例的双胶合透镜11，其在40pl/mm下的MTF≥20％，其中，pl/mm为每毫米的线对数，MTF为调制传递函数。

进一步地，如图3所示，数据处理单元包括AD转换模块41和图像处理模块42，并且该图像检测装置还包括第二框架22。第二框架22与第一框架21可拆卸地连接，AD转换模块41和图像处理模块42设置于第二框架22中并固定于数据处理基板32的一侧，数据处理基板32的另一侧设置有第二插座52，接收光电转换单元12输出的模拟电信号并传输至AD转换模块41。其中，AD转换模块41将光电转换模组输出的模拟电信号转换为数字电信号，图像处理模块42基于上述数字电信号生成位于物面8处的物体的放大图像并进行图像检测操作。第二框架22上还设置有散热板23，散热板23优选地采用金属材料制成，以实现对数据处理单元产生的热量进行散热。

优选地，如图3所示，该图像检测装置还包括光源单元6，光源单元6进一步包括发光部61、光源基板62、散光膜64及光源框架63，其中，发光部61设置于光源基板62上，产生指向位于物面8处的物体的光线，散光膜64位于发光部61与物面8之间，光源框架63固定地容置发光部61、光源基板62和散光膜64。

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 (9)

1.一种图像检测装置，包括成像单元、光电转换单元、数据处理单元及第一框架，其特征在于：

所述成像单元包括孔径光阑及双胶合透镜，且所述孔径光阑与所述双胶合透镜同轴地设置；

所述双胶合透镜包括靠近物面的第一透镜与靠近像面的第二透镜，且所述第一透镜的出光面与所述第二透镜的入光面贴合，所述孔径光阑位于所述第一透镜的入光面与所述双胶合透镜的物面之间；

所述光电转换单元包括光电转换模组及承载所述光电转换模组的第一基板，所述光电转换模组位于所述双胶合透镜的像面上，包括间隔地排列的多个光电转换元件，所述光电转换元件接收入射的光信号并转换为模拟电信号输出；

所述第一框架固定地容置所述成像单元和所述光电转换单元。

2.根据权利要求1所述的一种图像检测装置，其特征在于：

所述第一透镜的折射率为1.7～1.8，所述第二透镜的折射率为1.6～1.7，且所述第一透镜的折射率大于所述第二透镜的折射率。

3.根据权利要求1所述的一种图像检测装置，其特征在于：

所述第一透镜的入光面为平面或凹面，所述第一透镜的出光面为凹面。

4.根据权利要求3所述的一种图像检测装置，其特征在于：

所述第二透镜的出光面为凸面；

所述第二透镜的出光面的曲率小于所述第一透镜的出光面的曲率且大于所述第一透镜的入光面的曲率。

5.根据权利要求1所述的一种图像检测装置，其特征在于：

所述第一透镜的入光面与出光面的轴心距离≤2mm；

所述第二透镜的入光面与出光面的轴心距离≤4mm。

6.根据权利要求1所述的一种图像检测装置，其特征在于：

所述双胶合透镜的放大倍数为1～6，且40pl/mm下的MTF≥20％，其中，pl/mm为每毫米的线对数，MTF为调制传递函数。

7.根据权利要求1所述的一种图像检测装置，其特征在于：

所述孔径光阑通过在所述第一框架上开孔形成。

8.根据权利要求1所述的一种图像检测装置，其特征在于：

所述数据处理单元包括AD转换模块和图像处理模块；

所述AD转换模块将所述模拟电信号转换为数字电信号，所述图像处理模块基于所述数字电信号生成位于物面处的物体的放大图像；

所述图像检测装置还包括第二框架，所述第二框架固定地容置所述AD转换模块与所述图像处理模块，并可拆卸地与所述第一框架连接。

9.根据权利要求1所述的一种图像检测装置，其特征在于：

所述图像检测装置还包括光源单元；

所述光源单元包括发光部、光源基板、散光膜及光源框架；

所述发光部设置于所述光源基板上，产生指向位于物面处的物体的光线，所述散光膜位于所述发光部与所述物面之间，所述光源框架固定地容置所述发光部、所述光源基板和所述散光膜。

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