TWI507011B - 接觸式影像感測裝置 - Google Patents

Description

接觸式影像感測裝置

本發明係有關於一種線型影像感測模組，尤指一種接觸式影像感測裝置。

接觸式影像感測器(Contact Image Sensor,CIS)為線型影像感測器的一種，用於將平面的圖像或文件掃描成電子格式，使達到便於儲存、顯示或傳輸等功能，其主要應用範圍包含掃描器、傳真機以及多功能事務機。

接觸式影像感測器的工作原理是將一發光源產生的光線照射到待掃描的物體，如:稿件上，並利用一鏡片組將經過物體反射後之光線聚集於電荷耦合元件(Charge-Coupled Device,CCD)或是互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)等光電轉換元件，該光電轉換元件係將光的訊號改變為電的訊號，並產生相對應的類比或數位畫素(pixel)資料。

在掃描過程中，感光元件依據物體上各區域反射回來之具有不同強度的光線，將所有反射的光線轉換為類比或數位的電訊號，其中，電訊號會與光線的強度成正相關，意即較暗的區域反射光線之強度較弱、較亮的區域反射光線的強度較強，最後再透過與掃描器對應之文字或影像掃描軟體處理這些數據，並將其重現於電腦影像檔。

配合參閱第一圖A及第一圖B，分別為習知之接觸式影像感測裝置之剖視圖及習知之柱狀透鏡陣列之立體圖。該接觸式影像感測裝置包含一殼體90、一發光單元92、一柱狀透鏡陣列94及一感測單元96，該發光單元92設置於該殼體90，用以提供該接觸式影像感測裝置感測一物體(圖未視)時所需的光源提供。該柱狀透鏡陣列94包含一固定件942及複數個柱狀透鏡944，該固定件942具有複數個穿孔943，該等柱狀透鏡944對應地設置於該等穿孔943。於實際使用時，由該發光單元92發出的一光線係投射至該物體，經由物體反射後之影像光線係通過該等柱狀透鏡944成像於該感測單元96。

然而，由於該等柱狀透鏡944必須具備漸變式折射率變化，使得影像光線於其內轉折並於該感測單元96成一正立之實像，因此具有製作難度高且製作成本高等缺點；並且，各該柱狀透鏡944之成像比例為1:1，因此該感測單元96的排列長度必須等於該物體的長度，意即該感測單元96的使用數量多，致使整體的製作成本提升。

鑒於先前技術所述，本發明之一目的，在於提供一種接觸式影像感測裝置，該接觸式影像感測裝置具有簡易製作及及製作成本低等優點。

為達上述目的，本發明提供一種接觸式影像感測裝置，該接觸式影像感測裝置包含一殼體、一發光單元及一感測模組。該殼體包含一溝槽及一大致平行於該溝槽之穿槽，該發光單元設置於該溝槽。該感測模組包含一透鏡陣列及一感測單元，該透鏡陣列設置於該穿槽並具有複數個沿著一軸線排列透鏡單元，該透鏡陣列與該物體之間具有一第一距離。該感測單元具有複數個沿平行該軸線排列之感測元件，該等感測元件分別對應該等透鏡單元設置，該感測單元與該透鏡陣列具有一第二距離，且該第一距離為第二距離的兩倍。

本發明之接觸式影像感測裝置係利用該透鏡陣列以使物體影像成像於該感測元件，可有效地降低該接觸式影像感測裝置之製作成本並降低組裝的難度；並且，該透鏡陣列與該物體之間之該第一距離為該感測單元與該透鏡陣列之間之該第二距離的兩倍，使該接觸式影像感測模組的具有較大的景深，以降低該感測元件的使用數量，並可更進一步的降低製作成本。

配合參閱第二圖及第三圖，分別為本發明第一實施例之接觸式影像感測裝置之立體分解圖及立體組合圖。該接觸式影像感測裝置用以感測一物體50(如第五圖所示)之影像，並將物體影像轉換為類比或數位影像資料。該接觸式影像感測裝置包含一殼體100、一發光單元110及一感測模組120。該殼體100具有一溝槽102及一大致平行於該溝槽102之穿槽104，該殼體100於對應該穿槽104之壁面形成有複數之容置部1042及至少一卡扣1044；於本實施例中，該容置部1042的數量以九個為例，實際實施時則不以此限。該發光單元110設置於該溝槽102內，並朝向該物體50發出光線，該發光單元110為一線型發光單元，該發光單元110包含至少一用以作為發光源之發光元件1102及一導光柱1104，該發光元件1102可例如為小型燈泡或發光二極體，該發光元件1102設置於該導光柱1104之至少一側並朝向該導光柱1104發出光線，使產生一線性光源，或者該發光單元110也可以為一燈條。

該感測模組120包含一透鏡陣列122及一感測單元124，該透鏡陣列122設置於該穿槽104，該透鏡陣列122包含複數個沿著一軸線I互相連接排列之透鏡單元1222，該等透鏡單元1222分別對應設置於該殼體100之該等容置部1042。於本實施例中，各該透鏡單元1222為雙凸透鏡，實際實施時則不以此限，並且，該透鏡陣列122所具有之透鏡單元1222的數量以九個為例，實際實施時則不以此限。該等透鏡單元1222可以使用聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)或聚碳酸酯(PC)等透明材質製成，且該等透鏡單元1222較佳地可以為一體成型。該透鏡陣列122具有至少一凹部1224，該凹部1224供與該卡扣1044對應卡合(如第四圖所示)，藉以將該等透鏡單元1222固定於該殼體100上。

該感測單元124設置於該殼體100下方並包含一電路板1242及複數個感測元件1244，該電路板1242可以為印刷電路板(printed circuit board,PCB)且其上預先形成有複數之電路佈線(未圖示)及焊墊(未圖示)。該等感測元件1244係平行該軸線地設置於該電路板1242並電連接該電路板1242，且該等感測元件1244之光軸A大致垂直於該物體50；於本實施例中，該等感測元件1244的數量相等於該透鏡單元1222的數量，且該等感測元件1244分別對應該等透鏡單元1222設置。該感測元件1244可以為電荷耦合元件(CCD)、互補式金屬氧化物半導體(CMOS)或其他具有光電轉換特性之元件，且較佳地該感測元件1244可以為高解析度光線耦合元件。

配合參閱第五圖及第六圖，分別為本發明第一實施例之接觸式影像感測裝置之剖視圖及感測模組之一示意圖。由該發光單元110投射至該物體50並經由該物體50反射後之影像光線，係通過該透鏡陣列122成像於該感測元件1244，其中，該透鏡陣列122與該物體50之間的一第一距離d1(即物距)為該透鏡陣列122與該感測模組120之間之一第二距離d2(即像距)的兩倍，如此一來，可以增加該感測元件1244的感測面積，進而可以使該感測元件1244的使用數量降低，以降低製作成本。

再者，相鄰的兩影像光線會有些微重疊，並形成一重疊部分13，藉以避免相鄰的二感測元件1244擷取之影像光線不連接，從而在後續影像處理時無法達到良好的接合效果。

配合參閱第七圖及第八圖，分別為本發明第二實施例之殼體之立體圖及接觸式影像感測裝置之局部剖視圖。本實施例之接觸式影像感測裝置大致與上述第一實施例接觸式影像感測裝置相似，且相同的元件標示以相同的符號。其不同之處在於該殼體100a於對應該穿槽104a之壁面包含至少一點膠槽1044a，該點膠槽1044a係供該透鏡陣列122對應設置於該容置槽1042後，可以填注一膠材14使固定該透鏡陣列122及該殼體100a，如此一來，可以更有效地避免該透鏡陣列122因外力擠壓或碰撞而脫落。

配合參閱第九圖，為本發明第三實施例之接觸式影像感測裝置之剖視圖。該接觸式影想感測裝置包含一殼體200、一發光單元210、一感測模組220及一反射鏡230，該發光單元210設置於該殼體200之一溝槽202並朝向一物體50發出光線。該感測模組220包含一透鏡陣列222及一感測單元224，該透鏡陣列222包含複數個透鏡單元2222，該感測單元224包含一電路板2242及複數個設置於該電路板2244之感測單元2244，該感測單元2244之一光軸A大致平行於該物體50，意即該感測單元2244的感測方向大致平行於該物體50。

由於該感測單元2244的感測方向大致平行於該物體50，因此，該反射鏡230設置於該物體50與該透鏡單元2222之間，用以彎折經由該物體50反射後之影像光線，使該影像光線通過該透鏡單元2222成像於該感測單元2244。如此一來，可以有效地降低該影像感測裝置之厚度，使該影像感測裝置達到薄型化的效果。

配合參閱第十圖，為本發明第四實施例之接觸式影像感測裝置之立體圖。本實施例之接觸式影像感測裝置大致與上述第一實施例接觸式影像感測裝置相似，且相同的元件標示以相同的符號，其不同之處在於透鏡陣列322。該透鏡陣列322包含複數個沿著一軸線I方向排列之透鏡單元3222，該等透鏡單元3222設置於該殼體100之該等容置部1042；各該透鏡單元3222包含至少一凹部3224，該凹部3224係供與至少一形成於該殼體100之卡扣1044對應卡合，從而固定該透鏡單元3222及該殼體100。於本實施例中，各該透鏡單元3222以包含二凹部3224為例，該兩凹部3224分別位於各該透鏡單元3222之兩側，如此一來，可以穩固該透鏡單元3222於該殼體100上。

配合參閱第十一圖及第十二圖，分別為本發明第五實施例之接觸式影像感測裝置之剖視圖及透鏡陣列之立體圖。本實施例之接觸式影像感測裝置大致與上述第一實施例接觸式影像感測裝置相似，且相同的元件標示以相同的符號，其不同之處在於:該透鏡陣列422包含複數個透鏡單元4222及一支撐件4226，該支撐件4226具有複數個沿著一軸線I之貫穿孔4227，該等透鏡單元4222沿著該軸線I對應地設置於該等貫穿孔4227。於本實施例中，各該透鏡單元4222的外觀大致呈圓形。該支撐件4227的表面較佳地塗佈一遮光塗料，該遮光塗料較佳地為黑色，如此一來，可以有效地避免散射光線影響該感測單元124的感測效果。

綜合以上所述，本發明之接觸式影像感測裝置係利用該透鏡陣列以使物體影像成像於該感測元件，可有效地降低該接觸式影像感測裝置之製作成本並降低組裝的難度；並且，使該透鏡陣列與該物體之間之該第一距離為該感測單元與該透鏡陣列之間之該第二距離的兩倍，使該接觸式影像感測模組的具有較大的景深，使降低該感測元件的使用數量，可更進一步的降低製作成本。

然以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍意圖保護之範疇。

<先前技術>

90．．．殼體

92．．．發光單元

94．．．柱狀透鏡陣列

942．．．固定件

943．．．穿孔

944．．．柱狀透鏡

96．．．感測單元

<本發明>

100、100a、200．．．殼體

102、202．．．溝槽

104．．．穿槽

1042．．．容置部

1044．．．卡扣

1044a．．．點膠槽

110、210．．．發光單元

1102．．．發光元件

1104．．．導光柱

120、220．．．感測模組

122、222、322、422．．．透鏡陣列

1222、2222、3222、4222．．．透鏡單元

1224、3224．．．凹部

124、224．．．感測單元

1242、2242．．．電路板

1244、2244．．．感測元件

13．．．重疊部分

230．．．反射鏡

4226．．．支撐件

4227．．．貫穿孔

50．．．物體

d1．．．第一距離

d2．．．第二距離

I．．．軸線

A．．．光軸

第一圖A為習知之接觸式影像感測裝置之剖視圖。

第一圖B為習知之柱狀透鏡陣列之立體圖。

第二圖為本發明第一實施例之接觸式影像感測裝置之立體分解圖。

第三圖為本發明第一實施例之接觸式影像感測裝置之立體分解圖。

第四圖為本發明第一實施例之接觸式影響感測裝置之剖視圖。

第五圖為本發明第一實施例之接觸式影像感測裝置之剖視圖。

第六圖為本發明之感測單元之示意圖。

第七圖為本發明第二實施例之殼體之立體圖。

第八圖為本發明第二實施例之接觸式影像感測裝置之局部剖視圖。

第九圖為本發明第三實施例之接觸式影像感測裝置之剖視圖。

第十圖為本發明第四實施例之接觸式影像感測裝置之立體圖。

第十一圖為本發明第五實施例之透鏡陣列之立體圖。

第十二圖為本發明第五實施例之接觸式影像感測裝置之剖視圖。

100．．．殼體

102．．．溝槽

104．．．穿槽

1042．．．容置部

1044．．．卡扣

110．．．發光單元

1102．．．發光元件

1104．．．導光柱

120．．．感測模組

122．．．透鏡陣列

1222．．．透鏡單元

1224．．．凹部

124．．．感測單元

1242．．．電路板

1244．．．感測元件

I．．．軸線

Claims (10)

1. 一種接觸式影像感測裝置，用以感測一物體之影像，該接觸式影像感測裝置包含:
   一殼體，包含一溝槽及一大致平行於該溝槽之穿槽；
   一發光單元，設置於該溝槽；
   一感測模組，包含:
   一透鏡陣列，設置於該穿槽，該透鏡陣列具有複數個沿著一軸線排列透鏡單元，該透鏡陣列與該物體之間具有一第一距離；及
   一感測單元，具有複數個沿平行該軸線排列之感測元件，該等感測元件分別對應該等透鏡單元設置，該感測單元與該透鏡陣列具有一第二距離，且該第一距離為第二距離的兩倍。
2. 如申請專利範圍第1項所述之接觸式影像感測裝置，其中該殼體於對應該穿槽之一壁面形成有複數之容置部，該等透鏡單元對應地設置於該容置部。
3. 如申請專利範圍第1項所述之接觸式影像感測裝置，其中該等透鏡單元係使用聚甲基丙烯酸甲脂或聚碳酸酯製成。
4. 如申請專利範圍第1項所述之接觸式影像感測裝置，更包含一反射鏡，設置於該物體及該透鏡陣列之間，且該等感測元件之一光軸大致平行於該物體。
5. 如申請專利範圍第1項所述之接觸式影像感測裝置，其中該感測元件電荷耦合元件或互補式金屬氧化物半導體。
6. 如申請專利範圍第1項所述之接觸式影像感測裝置，其中該殼體於對應該穿槽之壁面設置有至少一卡扣，該透鏡陣列具有對應該卡扣設置之至少一凹部，該卡扣係對應地卡合於該凹部以固定該透鏡陣列及該殼體。
7. 如申請專利範圍第1項所述之接觸式影像感測裝置，其中該座體於對應該穿槽之一內壁面設置至少一點膠槽，該透鏡陣列係通過一設置於該點膠槽之膠材以與該殼體結合。
8. 如申請專利範圍第1項所述之接觸式影像感測裝置，其中該等透鏡單元係沿著該軸線互相連接。
9. 如申請專利範圍第8項所述之接觸式影像感測裝置，其中該等透鏡單元為一體成型。
10. 如申請專利範圍第1項所述之接觸式影像感測裝置，其中該發光單元包含至少一發光元件及一導光柱，該發光元件設置於該導光柱之至少一側並朝向該導光柱發出光線。