TWI451128B - 掃描系統 - Google Patents

Description

掃描系統

本發明是有關一種掃描系統，特別是一種包含兩種不同光學系統之透鏡模組之掃描系統。

請參照圖1，習知之掃描系統是利用桿透鏡(rod lens)模組11將來自物件10之光線會聚至影像感測器12，例如接觸式影像感測器(Contact Image Sensor，CIS)。此掃描系統所形成的數位影像相當於以近乎垂直物件10之視角觀測物件10的每一個位置，因此，圖1所示之掃描系統可應用於掃描平面物件(例如文件)或立體物件(例如紡織品、包含電子元件之電路板等)。

然而，受限於桿透鏡模組11以及影像感測器12的寬度，圖1所示之掃描系統之掃描寬度無法任意調整，且無法提高局部物件10之影像解折度。此外，影像感測器12大多為客製化零件，而非大量製造之標準規格，因此影像感測器12之取得成本相對較高，尤其是彩色之影像感測器。

請參照圖2，一種影像擷取系統則是利用單鏡頭(single lens)模組21將來自物件20之光線會聚至影像感測器22。一般而言，適當設計之單鏡頭模組21可與任意規格之影像感測器22搭配使用，因此，可選擇使用的影像感測器22較多，取得成本因而相對較低。然而，如圖2所示，物件20中偏離單透頭模組21的位置形成較大的觀測視角，因此，應用於立體物件時，上述影像擷取系統可能無法取得物件20之凹部或凸部之頂端影像。

綜上所述，如何應用單透鏡之光學系統取得近乎垂直物件之視角之數位影像便是目前極需努力的目標。

本發明提供一種掃描系統，其是利用多個並排配置之透鏡之光學模組，例如桿透鏡陣列，將來自物件之光線會聚至一成像表面以形成一平面化之光學影像，接著再利用單鏡頭光學系統之光學模組以及影像感測器擷取成像表面上之光學影像以形成一觀測視角近乎垂直物件之數位影像。

本發明一實施例之掃描系統包含一成像表面、一第一光學模組、一影像感測器以及一第二光學模組。第一光學模組用以會聚反射或透射自一物件之一第一光線，並將第一光線投射至成像表面以形成一光學影像，其中第一光學模組包含多個第一透鏡，且多個第一透鏡並排配置，使多個第一透鏡之一光軸彼此平行。影像感測器用以擷取成像表面上之光學影像，以形成一數位影像。第二光學模組設置於成像表面以及影像感測器之間，用以會聚光學影像之一第二光線至影像感測器，其中第二光學模組包含同軸配置之多個第二透鏡。

以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

請參照圖3以及圖4，以說明本發明之一實施例之掃描系統，其中圖3為與掃描方向A垂直之側視示意圖；圖4為與掃描方向(垂直紙面)平行之側視示意圖。本發明之掃描系統包含一第一光學模組31、一成像表面32、一第二光學模組33以及一影像感測器34。第一光學模組31用以會聚來自一物件30之一第一光線30R，並將第一光線30R投射至成像表面32以形成一光學影像。舉例而言，成像表面32可為一具有散射性質之粗化表面或摻雜散射材料之透光屏幕等。

第一光線30R可為透射物件30或經物件30反射之光線。舉例而言，於圖3所示之實施例中，本發明之掃描系統包含一光源35，其與 該第一光學模組31分別設置於物件30之相對側。光源35用以提供一照明光至物件30。因此，光源35所發出之光線透射過物件30而形成第一光線30R，第一光線30R再入射至第一光學模組31。但不限於此，光源35’亦可與第一光學模組31設置於物件30之相同側，使得光源35’所發出之光線經由物件30反射形成第一光線30R，第一光線30R再入射至第一光學模組31。於一實施例中，光源35、35’可為一發光二極體、一冷陰極螢光燈(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)或其它型式之光源。

於一實施例中，第一光學模組31包含多個第一透鏡31a。多個第一透鏡31a為並排配置，亦即第一透鏡31a之一光軸彼此平行。舉例而言，第一光學模組31可為一桿透鏡陣列(rod lens array)。依據此結構，成像表面32上所形成之光學影像中，對應於物件30每一個位置的觀測視角皆近乎垂直於物件30。

接續上述說明，第二光學模組33設置於成像表面32以及影像感測器34之間。第二光學模組33用以會聚成像表面32上之光學影像之一第二光線32R至影像感測器34。如此，影像感測器34擷取成像表面32上之光學影像以形成一數位影像。於一實施例中，第二光學模組33包含同軸配置之多個第二透鏡33a、33b。舉例而言，第二光學模組33可為一單鏡頭光學系統之取像鏡頭。較佳者，第二光學模組33可為一變焦鏡頭。如此，本發明之掃描系統可藉由調整第二光學模組33以改變投射至影像感測器34之數位影像之放大率。換言之，使用者可藉由調整第二光學模組33以掃描物件30之局部區域，進而取得局部區域之較高解析度之數位影像。或者，藉由多次局部掃描物件30，再經影像處理以取得完整物件30之較高解析度之數位影像。需注意者，圖3以及圖4所示之實施例是以第一光學模組31以及第二光學模組33之光軸彼此平行作說明。但不限於此，第一光學模組31之光軸以及第二光學模組33之光軸可依據設計需求而具有一夾角。

依據上述結構，適當設計之第二光學模組33可與多種規格之影像 感測器34搭配使用，換言之，設計者有較多影像感測器34之種類可選擇使用，以降低取得影像感測器34的成本。於一實施例中，影像感測器可為一線性感測器(linear sensor)。舉例而言，影像感測器可為電荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)或互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)感測器。

於一實施例中，本發明之掃描系統包含一驅動模組(未圖示)。驅動模組可驅動第一光學模組31以及物件30沿一掃描方向A相對移動。舉例而言，驅動模組可與第一光學模組31連接，以驅動第一光學模組31沿掃描方向A掃描靜止之物件30。或者，驅動模組與一平台連接，以驅動平台沿一掃描方向A移動。物件30放置於平台上即可隨著平台移動並通過靜止之第一光學模組31之掃描區域以進行掃描作業。於一實施例中，驅動模組可為一步進馬達。

圖3以及圖4所示之實施例中，第一光學模組31以及第二光學模組33是設置於成像表面32之相異側，亦即第一光學模組31所會聚之光線透射成像表面32，再入射至第二光學模組33。但不限於此，請參照圖5，於一實施例中，第一光學模組31以及第二光學模組33是設置於成像表面32之相同側。因此，第一光學模組31所會聚之光線是經由成像表面32反射，再入射至第二光學模組33。

請參照圖6a，於一實施例中，本發明之掃描系統包含一反射元件36，其設置於成像表面32以及第二光學模組33之間。反射元件36可反射來自成像表面32之第二光線32R，使第二光線32R以彎折的路徑入射至第二光學模組33。如圖6a所示，第一光線30R以及第二光線32R之光軸彼此呈垂直。因此，藉由反射元件36可增加本發明之掃描系統之設計彈性。需注意者，依據實際設計需求，反射元件36可為多個，如圖6b所示，以進一步增加本發明之掃描系統之設計彈性。

請參照圖7，於一實施例中，本發明之掃描系統包含一可控制光圈37，其設置於第二光學模組33以及影像感測器34之間。可控制光圈37可用以調整進入影像感測器34之第二光線32R之光強度，或 者可防止一外部光線入射至影像感測器34。

綜合上述，本發明之掃描系統是利用多個並排配置之透鏡之第一光學模組，例如桿透鏡陣列，將來自物件之光線會聚至一成像表面以形成一平面化之光學影像，接著再利用單鏡頭光學系統之第二光學模組以及影像感測器擷取成像表面上之光學影像。因此，本發明之掃描系統採用單鏡頭光學系統之第二光學模組仍可獲得觀測視角近乎垂直物件之數位影像。此外，藉由調整第二光學模組之取像範圍即可改變系統之掃描寬度，而不需更換影像感測器。換言之，不同型式之掃描系統可以採用同一種規格之影像感測器，不僅降低取得元件的成本，亦可降低元件的管理成本。採用變焦之第二光學模組更可獲得物件局部之較高解析度之數位影像。

以上所述之實施例僅是為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

10、20‧‧‧物件

11‧‧‧桿透鏡模組

12、22‧‧‧影像感測器

21‧‧‧單鏡頭模組

30‧‧‧物件

30R‧‧‧第一光線

31‧‧‧第一光學模組

31a‧‧‧第一透鏡

32‧‧‧成像表面

32R‧‧‧第二光線

33‧‧‧第二光學模組

33a、33b‧‧‧第二透鏡

34‧‧‧影像感測器

35、35’‧‧‧光源

36‧‧‧反射元件

37‧‧‧可控制光圈

A‧‧‧掃描方向

圖1為一示意圖，顯示習知之掃描系統。

圖2為一示意圖，顯示習知之影像擷取系統。

圖3為一示意圖，顯示本發明第一實施例之掃描系統。

圖4為一示意圖，顯示本發明第一實施例之掃描系統。

圖5為一示意圖，顯示本發明第二實施例之掃描系統。

圖6a為一示意圖，顯示本發明第三實施例之掃描系統。

圖6b為一示意圖，顯示本發明第四實施例之掃描系統。

圖7為一示意圖，顯示本發明第五實施例之掃描系統。

30‧‧‧物件

30R‧‧‧第一光線

31‧‧‧第一光學模組

31a‧‧‧第一透鏡

32‧‧‧成像表面

32R‧‧‧第二光線

33‧‧‧第二光學模組

33a、33b‧‧‧第二透鏡

34‧‧‧影像感測器

35‧‧‧光源

Claims (12)

1. 一種掃描系統，包含：一成像表面；一第一光學模組，其用以會聚反射或透射自一物件之一第一光線，並將該第一光線投射至該成像表面以形成一光學影像，其中該第一光學模組包含多個第一透鏡，且該多個第一透鏡並排配置，使該第一透鏡之一光軸彼此平行；一影像感測器，其用以擷取該成像表面上之該光學影像，以形成一數位影像；以及一第二光學模組，其設置於該成像表面以及該影像感測器之間，用以會聚該光學影像之一第二光線至該影像感測器，其中該第二光學模組包含同軸配置之多個第二透鏡。
2. 如請求項1所述之掃描系統，其中該第一光學模組包含一桿透鏡陣列。
3. 如請求項1所述之掃描系統，其中該第二光學模組包含一變焦鏡頭。
4. 如請求項1所述之掃描系統，其中該第一光學模組以及該第二光學模組設置於該成像表面之相同側或相異側。
5. 如請求項1所述之掃描系統，更包含：一驅動模組，其驅動該第一光學模組以及該物件沿一掃描方向相對移動。
6. 如請求項5所述之掃描系統，其中該驅動模組包含一步進馬達。
7. 如請求項1所述之掃描系統，更包含：一光源，其用以提供一照明光至該物件。
8. 如請求項7所述之掃描系統，其中該光源包含一發光二極體或一冷陰極螢光燈(CCFL)。
9. 如請求項1所述之掃描系統，更包含：至少一反射元件，其設置於該成像表面以及該第二光學模組之間，用以反射該第二光線，使該第二光線入射至該第二光學模組。
10. 如請求項1所述之掃描系統，更包含：一可控制光圈，其設置於該第二光學模組以及該影像感測器之間，用以調整進入該影像感測器之該第二光線之光強度或防止一外部光線入射至該影像感測器。
11. 如請求項1所述之掃描系統，其中該影像感測器包含一線性感測器。
12. 如請求項1所述之掃描系統，其中該影像感測器包含電荷耦合元件(CCD)或互補式金屬氧化物半導體(CMOS)感測器。