專利名稱：帶有多掃描陣列的接觸式圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器，特別是記錄掃描運動的位移和速度特征，并通過運動特征參數(shù)對圖像進行拼接組合、避免圖象失真的圖像傳感器。
背景技術(shù)：
接觸式圖像傳感器的英文是Contact Image Sensor (縮寫為CIS)。它是一種將光信號轉(zhuǎn)化為電信號的傳感器，廣泛用于圖形式掃描器、傳真機、標(biāo)志識別器及辦公自動化設(shè)備等領(lǐng)域。如附圖3所示，CIS傳感器主要由光源、柱狀透鏡、玻璃、外殼、光電轉(zhuǎn)換元件及感光電路組成。光源發(fā)出的光線透過玻璃達(dá)到被掃描的物體上(文件、圖像等)，隨著被掃描物體的明暗程度的不同，光線被部分或全部反射到柱狀透鏡上，光線經(jīng)透鏡聚焦后，照射到感光電路板的光電轉(zhuǎn)換元件成像陣列上，成像陣列由若干個光敏元件組成，明暗程度不同的光信號由光敏元件轉(zhuǎn)變成電壓幅值大小不同的電信號，然后通過移位寄存器將信號送至運算放大器，信號經(jīng)放大后傳送到連接器，通過連接器可得到經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后的圖文信號。現(xiàn)有的CIS傳感器的成像陣列為直線型排列、與之對應(yīng)的透鏡組也呈直線型排列；構(gòu)成成像陣列的每個光電轉(zhuǎn)換元件中包含多個感光元件，這些感光元件也為直線型排列。因此CIS傳感器一次采集一條線的圖像數(shù)據(jù)。中國專利CN201830342 “帶有速度補償單元的圖像掃描裝置”，其中公開了通過記錄掃描速度對掃描過程的失真進行補償?shù)膱D像掃描裝置。而在現(xiàn)有技術(shù)中，采用接觸式圖像傳感器掃描時，接觸式圖像傳感器本身不能直接偵測掃描運動，通常采用輔助手段保證掃描采樣的運動精度。對于平板掃描儀，通常通過提高機械傳動組件的步進精度保證采樣精度，對于手持式掃描儀通過在掃描面安裝滾輪并與測速器聯(lián)動以測定掃描運動速度。以上方法，對掃描運動過程中速度變化的幅度的容忍度都較低。而且，圖像傳感器只能做直線運動掃描，對于手持式掃描儀而言，這樣的限制降低了掃描儀的便捷性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的則是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過應(yīng)用多個掃描陣列，在主掃描陣列掃描原稿的同時采用副掃描陣列獲取掃描運動數(shù)據(jù)、并與圖像數(shù)據(jù)合并輸出，通過副掃描對主掃描獲得的圖像數(shù)據(jù)進行速度補償，保證圖像的質(zhì)量。本發(fā)明的目的可以通過以下措施來實現(xiàn)在圖像傳感器中包括主掃描陣列1、用于定位掃描運動的副掃描陣列2和運算模塊。主掃描陣列1用于掃描原稿、副掃描陣列2 用于定位掃描運動。副掃描陣列2位于主掃描陣列1周圍，記錄掃描運動的特征影像數(shù)據(jù)。主掃描陣列1中的主掃描光電轉(zhuǎn)換元件4和副掃描陣列2中的副掃描光電轉(zhuǎn)換元件6集成于同一個印刷電路板中，同步輸出數(shù)據(jù)信號。
運算模塊可以采用單片機，根據(jù)副掃描所拍攝的帶有掃描運動速度特征的影像， 運算模塊首先計算出掃描運動位置變化參數(shù)曲線，然后再通過該參數(shù)曲線將主掃描數(shù)據(jù)拼接組合成完整的圖像。本發(fā)明的有益效果為通過采用多個成像陣列，使得接觸式圖像傳感器具備了偵測掃描運動的能力，不需要借助其他機構(gòu)或部件、即可自行完成圖像的拼接組合。由于主掃描陣列和副掃描陣列封裝為一體，精度高、一致性好，更能適應(yīng)各種掃描的應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用需求。


圖1為現(xiàn)有接觸式圖像傳感器原理圖。圖2為現(xiàn)有接觸式圖像傳感器中的光電轉(zhuǎn)換元件芯片結(jié)構(gòu)圖。圖3為現(xiàn)有接觸式圖像傳感器結(jié)構(gòu)圖。圖4為本發(fā)明的矩陣形光電轉(zhuǎn)換元件芯片示意圖。圖5為本發(fā)明的帶有直線形副掃描陣列的接觸式圖像傳感器結(jié)構(gòu)圖。圖6為本發(fā)明的帶有矩陣形副掃描陣列的接觸式圖像傳感器結(jié)構(gòu)圖。圖中1、主掃描陣列；2、副掃描陣列；D0C、待掃描原稿；3、主掃描透鏡組；4、主掃描光電轉(zhuǎn)換元件；7、感光元件；5、副掃描透鏡組；6、副掃描光電轉(zhuǎn)換元件；8、印刷電路板。
具體實施例方式下面依托本領(lǐng)域的基本常識，結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步地說明如附圖1所示，在原稿與接觸式圖像傳感器的成像陣列(即一組光電轉(zhuǎn)換元件) 之間有一組透鏡，每一個光電轉(zhuǎn)換元件正上方對應(yīng)一對透鏡，將原稿聚焦投射在光電轉(zhuǎn)換元件上成像。如附圖2所示，光電轉(zhuǎn)換元件中包含一組呈直線型排列的感光元件。圖例中的光電轉(zhuǎn)換元件芯片總長度為8080 μ m，其中包含96個感光元件，感光元件呈直線排列、間距為 84 μ m0副掃描的精度實際上就是掃描的運動定位精度，為獲得質(zhì)量穩(wěn)定的圖像，掃描的運動定位精度級別一般要高于掃描圖像的精度級別。例如，當(dāng)主掃描精度為300DPI時，運動定位精度會設(shè)定為600DPI或更高。本發(fā)明的重點在于增加了副掃描陣列2，其作用在于追蹤掃描運動時產(chǎn)生的位移變化量。因此，副掃描陣列2需要按較高的分辨率標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計。 但副掃描的采集數(shù)據(jù)的總量較低，所以不會對掃描過程產(chǎn)生影響。為使得副掃描陣列2更適合追蹤掃描運動時產(chǎn)生的位移變化量，其設(shè)計和結(jié)構(gòu)與主掃描陣列1有一定的區(qū)別。接觸式圖像傳感器通常采用LED發(fā)光二級管作為光源，接觸式圖像傳感器在獲取彩色圖像時發(fā)出的光源一次直接將光照射到原稿上。三種顏色發(fā)光二極管(紅、綠、藍(lán))通過快速的切換發(fā)光提供掃描所需要的三原色。此時，獲取每一楨圖像數(shù)據(jù)時主掃描陣列1進行了三次采樣，而與副掃描陣列2對應(yīng)的光源則無須切換，副掃描陣列2以灰度采樣模式采集數(shù)據(jù)。即，在彩色掃描模式下，副掃描的采樣頻率實際上是主掃描采樣頻率的三倍。這樣的設(shè)計，可以進一步提高副掃描陣列2的定位精度。由于主掃描陣列1與副掃描陣列2可能采用不同光學(xué)效果的光源，因此可以在主掃描陣列1與副掃描陣列2之間，設(shè)置不透光的擋板將兩個陣列的光路分隔開，形成相對獨立的光路，以達(dá)到較好的光學(xué)效果。實施例1 采用如附圖5所示的結(jié)構(gòu)，兩個副掃描陣列2分別設(shè)置于主掃描陣列1的兩側(cè)。副掃描陣列2中的副掃描光電轉(zhuǎn)換元件6的排列為直線形排列，副掃描陣列2的安裝方向與主掃描陣列1形成90度夾角，其中副掃描光電轉(zhuǎn)換元件6的安裝方向也與主掃描光電轉(zhuǎn)換元件 4形成90度夾角，每個副掃描光電轉(zhuǎn)換元件6的正上方對應(yīng)一對透鏡，將原稿聚焦成像。在掃描過程中，主掃描陣列1沿Y方向做直線運動掃描原稿，副掃描陣列2則同時采集Y方向掃描運動位移量。為取得較高的定位精度，當(dāng)主掃描分辨率為300DPI時，將副掃描分辨率設(shè)定為 600DPI。可采用感光元件排列更緊密的光電轉(zhuǎn)換元件芯片即可達(dá)到600DPI的精度芯片總長8080 μ m,感光元件間距42 μ m,包含192個感光元件。接觸式圖像傳感器中的透鏡組有時會采用類似階梯透鏡的技術(shù)。階梯透鏡是指有 “階梯”形不連續(xù)表面的透鏡，由一系列同心圓環(huán)狀帶區(qū)構(gòu)成，又稱環(huán)帶透鏡，達(dá)到焦距短而直徑大的光學(xué)成像效果。采用光學(xué)塑料制造的階梯透鏡，環(huán)帶寬度可最小可以小于1毫米， 每個環(huán)帶都是圓錐面的一部分，不同環(huán)帶的錐頂角不同；因環(huán)帶很窄，圓錐面和理論要求的曲面幾乎沒有差別，故不影響光學(xué)性能。當(dāng)主掃描透鏡組3為階梯透鏡組時，副掃描透鏡組5的設(shè)計也與主掃描透鏡組3 配合，達(dá)到連貫的光學(xué)性能和成像效果。該實施例的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，缺點是適用于追蹤直線方向上的運動位置變化，適合在具有直線運動軌道的掃描設(shè)備中使用(如平板掃描儀)。實施例2 采用如附圖6所示的結(jié)構(gòu)，兩個副掃描陣列2分別設(shè)置于主掃描陣列1的兩側(cè)。副掃描陣列2中的副掃描光電轉(zhuǎn)換元件6的排列為矩形排列(也可以根據(jù)實際情況排列成其他形狀，如圓形或不規(guī)則形等)，其中副掃描光電轉(zhuǎn)換元件6中的感光元件7按矩形排列，每個副掃描光電轉(zhuǎn)換元件6的正上方對應(yīng)一對透鏡，將原稿聚焦成像。掃描器在掃描平面內(nèi)自由移動，在掃描過程中，主掃描陣列1做平面運動掃描原稿，副掃描陣列2則同時采集平面掃描運動位移量。偵測平面運動需要的定位精度更高，因此當(dāng)主掃描分辨率為300DPI時，應(yīng)將副掃描分辨率設(shè)定為600DPI或1200DPI。此時，不僅可選用感光元件排列更緊密的副掃描光電轉(zhuǎn)換元件6，同時可以提高副掃描透鏡組5的光學(xué)放大率。例如，主掃描透鏡組3的光學(xué)放大率為0. 5倍時，副掃描透鏡組5的光學(xué)放大率設(shè)定為1倍或1. 5倍等等。該實施例的優(yōu)點是可以全方位追蹤掃描運動的位置變化，適用于便攜式的掃描應(yīng)用，尤其是手動推動掃描器進行掃描的應(yīng)用，如手持式掃描筆等。該實施例的也可以適用于曲形表面掃描的應(yīng)用。以上實施例不是對本發(fā)明的具體限制，在不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求書限定的范圍，可以對該裝置做出種種具體的修改。
權(quán)利要求
1.帶有多掃描陣列的接觸式圖像傳感器，其特征在于該圖像傳感器包括用于掃描原稿的主掃描陣列(1)、用于定位掃描運動的副掃描陣列(2)和運算模塊，其中副掃描陣列⑵位于主掃描陣列⑴周圍，記錄掃描運動的特征影像數(shù)據(jù)；運算模塊首先根據(jù)該運動特征數(shù)據(jù)計算主掃描陣列(1)的位置變化量；最后通過對比位置變化量數(shù)據(jù)完成掃描圖像的拼接組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有多掃描陣列的接觸式圖像傳感器，其特征在于所述的主掃描陣列⑴和副掃描陣列⑵封裝為一個整體，主掃描陣列⑴中的主掃描光電轉(zhuǎn)換元件⑷和副掃描陣列⑵中的副掃描光電轉(zhuǎn)換元件(6)集成于同一個印刷電路板⑶中， 同步輸出數(shù)據(jù)信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有多掃描陣列的接觸式圖像傳感器，其特征在于所述的副掃描陣列(2)的分辨率高于主掃描陣列(1)的分辨率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有多掃描陣列的接觸式圖像傳感器，其特征在于與所述的主掃描陣列(1)使用的主掃描透鏡組(3)相比，副掃描陣列O)中使用的副掃描透鏡組 (5)的光學(xué)放大率更高。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有多掃描陣列的接觸式圖像傳感器，其特征在于與所述的主掃描陣列(1)使用的主掃描光電轉(zhuǎn)換元件(4)相比，副掃描陣列(2)使用的副掃描光電轉(zhuǎn)換元件(6)中的感光元件的排列更緊密、間距更小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有多掃描陣列的接觸式圖像傳感器，其特征在于所述的副掃描光電轉(zhuǎn)換元件(6)排布形狀包括直線形、矩形、圓形或不規(guī)則形，與副掃描光電轉(zhuǎn)換元件(6)配套的副掃描透鏡組(5)也呈現(xiàn)相同形狀的排列。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有多掃描陣列的接觸式圖像傳感器，其特征在于所述的副掃描光電轉(zhuǎn)換元件(6)中的感光元件(7)的排列形態(tài)是直線形或矩形排列。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有多掃描陣列的接觸式圖像傳感器，其特征在于所述的接觸式圖像傳感器在進行彩色圖像掃描時，副掃描陣列(2)采用灰度采樣模式。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有多掃描陣列的接觸式圖像傳感器，其特征在于所述的主掃描陣列(1)與副掃描陣列(2)之間，設(shè)置不透光的擋板將兩個陣列的光路分隔開，形成相對獨立的光路。
全文摘要
帶有多掃描陣列的接觸式圖像傳感器，其特征在于該圖像傳感器包括用于掃描原稿的主掃描陣列(1)、用于定位掃描運動的副掃描陣列(2)和運算模塊，通過采用多個成像陣列，使得接觸式圖像傳感器具備了偵測掃描運動的能力，不需要借助其他機構(gòu)或組件、即可自行完成圖像的拼接組合。由于主掃描陣列和副掃描陣列封裝為一體，精度高、一致性好，更能適應(yīng)各種掃描的應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用需求。
文檔編號H04N1/028GK102325233SQ20111030435
公開日2012年1月18日 申請日期2011年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月10日
發(fā)明者朱杰 申請人:朱杰