专利名称：一种影像系统的光学扫描装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种影像系统的光学扫描装置，尤指一种利用线性互补式金
氧半导体影像感测组件(linear CMOS image sensor)构成的光学扫描模块(Optical scanning module )，以可应用在影像系统如扫描器或多功能事务才几等。
背景技术：
目前在影像系统(imaging system)中，是以光线扫描物体并再转换成电子信 号而加以应用，如扫描器(scanner)、打印机(printer)、传真机(fax machine),或整 合影印、扫描、打印、传真为 一体的多功能事务机(MPF, multi-function printer) 为最常见；这些影像系统大都具有光学扫描模块(optical scanning module),其作用 方式主要为扫描模块内设有一光源，所述的光源可发出光线射至待扫描或打印 的图片或文字上，再通过一影像感测组件(image sensor,或称影像感光器)接收 反射的光线，而得到对应在图样上的电子讯号；其中所述的光学扫描模块使用的 影像感测组件主要有两种， 一是光电耦合影像感测组件CCD(Charge Coupled Device);另 一是接触式影像感测组件CIS ( Contact Image Sensor);从扫描质量 上看，CCD影像感测组件由于发展时间长，技术成熟，可得到较小的信号对噪声 S/N比(signal-to-noise ratio),因此CCD影像感测组件的扫描质量要比CIS影像感 测组件好；而CIS影像感测组件有成本低、轻巧和超薄等特点，适合在空间比较 拥挤的环境，而且不需调节与热机，所以启动比CCD影像感测组件快。
参照图l所示，其是背景技术中一CCD光学扫描模块(CCDM)的结构示意
(CCDM, CCDmodule) 1,其光源11为达最佳效果一般是使用冷阴极焚光灯管 (CCFL、 Fluorescent)发出白光，经由一窄长的孔径(Aperture)(图中未示)照射 在待扫描对象10上，其反射光可经由反射镜片12与聚焦镜片13而聚焦成像在 CCD影像感测组件16上。CCD影像感测组件16是半导体IC组件的一种，采用 半导体的制作，其分辨率较不受制程影响，因此可随需要做成高、中、低分辨率
的感测组件。由于CCD影像感测组件16的长度比一般待扫描对象10 (如文件或 图片)的宽度短很多，扫描时必须使用反射镜片12与聚焦镜片13将图像缩小， 才能完整地扫描。对于A4尺寸的待扫描对象IO反射光线后，经反射镜片12与 聚焦镜片13至CCD影像感测组件16，其焦距(Focus Length)约为1公尺，虽景深 DOF (depth of focus)较大可以扫描有点折皱的纸张，但相对也使CCDM1体积 较大；又由于CCD影像感测组件16相较在待扫描对象10小，需要将待扫描对象 IO相对位置聚焦到CCD影像感测组件16上，而增加了在组装上调整的必要性； 但CCD影像感测组件16可接受低噪声比S/N,故色彩较丰富，如JP2006-067504、 US2004/263915等所公开。
所述的CCD影像感测组件16发展上有数组CCD(array CCD)与线性 CCD(linearCCD)，这些利用CCD影像感测组件16构成的光学扫描模块CCDM 主要的问题在于所述的CCD影像感测组件16需要额外的电子组件，才能将CCD 影像感测组件16转换后的模拟信号转成数字信号而传输至外界使用，此称为影像 取的后端功能；此影像撷取的后端功能所需的组件如图3，若要以低压差动(LVDS， Low Voltage Differential Signaling)数字格式传输至外界，所述的A/D模拟数字转 换/传输器15则包括时序器14、发射器(Emitter)153、 A/D转换单元151与LVDS 传送单元152; CCD影像感测组件16受时序器14控制产生的电子信号先经由发 射器153发出模拟信号，而A/D转换单元151以将此模拟信号转换成数字信号， 而LVDS传送单元152将此数字信号以LVDS数字格式的信号经由接头161向外 界传输；由于CCD影像感测组件16不能与这些影像撷取后端的组件做到整合为 一，故增加复杂度与降低可靠度，也相对增加成本，使CCDM在发展上受到阻碍。 参照图2所示，其是背景技术中一 CIS光学扫描模块(CISM )的结构示意图， 其是以接触式影像传感器CIS ( contact image sensor)构成的CIS光学扫描模块 (CISM， CIS module )2,其光源21大多是以发光二极管LED(light-emitting diodes) 形成的线性光源(linear light source) ， LED线性光源21是直接将LED芯片等间隔 黏着在一长条形印刷线路板上，LED芯片发出的光线经由导光板(light guide)(图 中未示)折射后，形成照度均匀的线性光源，以确保光线可分布射出至待扫描物 件20上，光线经由待扫描对象20反射后先经过一柱状透镜(rodlens) 22而再成 像在CIS影像感测组件23上；CIS影像感测组件23可将此扫描光线转变成电子 信号，经由外加的时序器24与A/D模拟数字转换/传输器25以数字格式传输至外
界4吏用，而得到对应在待扫描对象20的图片或文字上彩色或黑白灰阶变化的电子 数字讯号。如图4所示，是以 一数组CSIM(Array CSIM)为例说明，A/D模拟数字 转换/传输器25若要以低压差动(LVDS)数字格式传输至外界，则影像撷取后端的 组件包含时序器24、水平译码单元232、垂直译码单元233、 A/D转换羊元251 与LVDS传送单元253;时序器24产生的时序信号驱动水平译码单元232将CIS 影像感测组件23的水平电子信号经由A/D转换单元251与LVDS传送单元253 转换成LVDS数字格式的信号向外界传输；在下一个时序，时序器24产生的时序 信号驱动垂直译码单元233将垂直电子信号经由A/D转换单元251与LVDS传送 单元253转换成LVDS数字格式的信号向外界传输；如US2005/0145701、 US7，166，827、 US2003/0076552、 US2007/0035785、 US6，827,269所公开等。
在光学考虑上，由于柱状透镜(rod lens ) 22是由一排小口径的渐变折射率柱 状透镜(radial gradient index lens)构成，每个透镜的折射率沿径向逐渐改变，使柱 状透镜22具有成像的功能。整个柱状透镜22能将待扫描对象20的图片或文字以 1: 1的比例成像在CIS影像感测组件23，也就是CIS影像感测组件23的长度须 与待扫描对象20同长度；另，柱状透镜22成像的优点为光路径短，但缺点是景 深小，因此扫描时，待扫描对象(如图片或文字对象)必须贴着扫描器的特定平 面，也要求待扫描对象必须比较平整，也就是当待扫描对象上有不平整处(如图 片或文字对象的表面有凹凸落差时)，则内凹处的成像会形成黑色部分，相对地 还难以发展成扫描立体对象；因此如CN200620175613发展CCDM或CSIM使用 的镜头，如US6，111，244发展长景深的影像扫描装置，运用透镜与反射镜组合， 使扫描光线能成像在CIS影像感测组件23上以具有良好的景深。 另 一方面，CIS影〗象感测组件23可以互补式金氧半导体CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor )逻辑制程制造，而有数组CMOS 影像感测组件(Array CMOS image sensor,或称为面型CMOS影像感测组件Area CMOS image sensor)与线性CMOS影像感测组件(Linear CMOS image sensor)的使 用，其中，数组CMOS影像感测组件一般是应用在手机照相模块，不同在本发明 的影像光学扫描模块；而如US2007/0024926、 US2007/0045510与TW00490977, 公开利用数组CMOS影像感测组件在影像撷取装置；如US7，113,215、 US2005/0145701与US2003/0146994公开发展CMOS用在影像感测组件的技术， 但在电子信号传输仍要外加模拟数字转换器与传输器；US2002/0096623公开线性
CMOS影像感测组件装置；US2002/0096625公开线性CMOS影像感测组件传输 数据的方法，使得线性CMOS影像感测组件可实现在影像的感测。
由于线性CMOS影像感测组件因为是线性的，所以只有一列感光组件，使得 它的运作速度比lt组CMOS影〗象感测组件还快；加上线性CMOS影〗象感测组件的 低耗能特性，可有效减轻可携式电子产品在功率上的负担；因此，发展一能解决 降低耗电、速度高、便于将电子信号传输至外界的光学扫描模块，乃为迫切需求。 再者，对于多功能事务机等使用需求，扫描后的电子信号要能方便、快速的 传输至其它使用，且线性CMOS影像感测组件可与影像撷取后端的功能，如ADC (模拟数字转换)、DSP(数字信号处理器)、译码(Encoder)、界，(Interface)整合 为一单芯片(SOC， system on chip),有助在解决传输界面整合与传输便利性，因 此应发展一能简易、高可靠度且能与线性CMOS影像感测组件结合的传输方式， 也为需要突破的问题。
发明内容
鉴于现有技术在线性CCDM存在扫描信息传输上可靠度低、成本高的问题； 在CISM甚至使用CMOS影像感测组件则有景深小、S/N比过低的缺点与限制与 传输仍要外加模拟数字转换器与传输器的不便；因此，本发明主要目的乃在于提 供一种线性互补式金氧半导体(CMOS)影像光学扫描模块(Optical Scanning Module with Linear CMOS Image Sensor)(以下简称线性CMOSM ),
为实现上述目的，本发明采用的技术方案在于，提供一种线性互补式金氧半 导体(CMOS)影像光学扫描模块，其是包含 一可发出扫描光线的光源、 一反 射镜片组、 一聚焦镜片组、与一CMOS影像感测组件且其中至少包含一线性互补 式金氧半导体(CMOS)影像感测单元(image sensor unit),其中所述的光源可 使用冷阴极荧光灯管(CCFL, Fluorescent)或氙(Xe)气灯管或直下式发光二极 管(LED)为任一光源，光源发出光线后照射在待扫描对象上，待扫描对象反射 其光线成为扫描光线，再经反射镜片组与聚焦镜片组而聚焦射至所述的线性 CMOS影像感测组件上并转换成电子信号，再通过所述的线性CMOS影像感测单 元所具有的模拟/数字转换功能，以通用总线(USB)或低压差动(LVDS)信号 传输至外界，以达成高速扫描、低失真率、具景深与传输方便的需求。
本发明所公开的线性互补式金氣半导体(CMOS )影像光学扫描模块(Optical
Scanning Module with Linear CMOS Image Sensor)(以下简称线性CMOSM )， 主要是由 一可发出扫描光线的光源(light source )、 一反射4免片組(reflection mirror group )、 一聚焦4竟片组(focus lens group )、与 一线性CMOS影4象感观'J組件(linear CMOS image sensor )所构成，其中所述的线性CMOS影像感测组件至少包含一 线性互补式金氧半导体影像感测单元(线性CMOS image sensor unit);所述的反 射镜片组与聚焦镜片组可依光路安排，而通过反射镜片组的反射作用与聚焦镜片 组的聚焦作用，可使原为1: l对应设计的线性CMOS影像感测组件有效缩小长 度，且使景深DOF ( depth of focus )加大，以提高线性CMOS影像感测组件对扫 描光线的识别程度；又所迷的线性CMOS影像感测組件可以整合线性CMOS影像 感测单元及其它电子信号传输与转换功能电路成以一单芯片系统(SOC， System OnaChip)构成，也就是使线性CMOS影像感测单元及其它相关单元如时序产生 单元、A/D模拟数字信号转换单元、与LVDS转换传输单元(LVDS transmission unit) 或USB转换传输单元(USB transmission unit)或AD转换传输单元(AD transmission unit),整合在一个半导体芯片上，以使所述的一线性CMOS影像感测组件同时 具有模拟数字转换(Analog Digital Converter)或通用总线USB(Universal Serial Bus) 传输或低压差动接口(LVDS);如此，使本发明的线性CMOSM达成高速扫描、低 失真率与传输方便的需求。
图1是背景技术CCDM的示意图2是背景技术CISM的示意图3是背景技术CCDM的功能块解图4是背景技术CISM的功能块解图5是本发明的实施例的示意图6是本发明的实施例使用LVDS传输的功能块解图7是本发明的实施例使用USB传输的功能块解图8是本发明的实施例使用AD传输的功能块解图9是本发明的实施例的时序图IO是本发明的第二实施例的示意图。
附图标记说明3 -光学扫描模块(线性CMOSM ) ; 31 -光源(light source); 311 -光线(light); 312 -扫描光线(scanning light); 32 -反射镜片组(reflection mirror group); 321、 322、 323 -反射镜片(reflection mirror); 33 _聚焦镜片组(focus lens group); 331 、 332、 333 —光学透镜(focus lens); 34 —线性CMOS影像感测组件(linear CMOS image sensor); 341 —线寸生CMOS影i象感测单元(linear CMOS image sensor unit); 342 -时序产生单元(timing generator unit); 343 - A/D模拟数字信号转换单 元(A/D analog-digital converter); 344 - LVDS转换传输单元(LVDS transmission unit); 345 - USB转换传输单元(USB transmission unit); 346 - AD转换传输单元(AD transmission unit); 35 —自动变焦镜头(AF zooming lens); 351 - AF 4空制单元(AF controller)。
具体实施例方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。 参照图5所示，本发明的线性互补式金氧半导体(CMOS)影像光学扫描模 块(Optical Scanning Module with Linear CMOS Image Sensor)(以下简称线性 CMOSM)3,主要包含 一光源31，可发出光线31 l(Light)而射向待扫描对象30， 若为应用在扫描的目的，基本上是发出白色的光线但也不限于白色光线；当光线 311照射在待扫描对象30上并反射为扫描光线312 ( Reflected scanning light); 一反射镜片组(reflection mirror group ) 32，是由一个或数个反射镜片(reflection mirror)如图示的反射镜片321、 322、 323所組成，以使由待扫描对象30反射的扫 描光线312依预定的光路行进并射向后续的聚焦镜片组33; —聚焦镜片组(focus lens group) 33，是由 一个或数个透镜所组成，以使由反射镜片组32出射的扫描 光线312聚焦； 一线性CMOS影像感测组件(linear CMOS image sensor unit) 34， 以将经聚焦镜片组33聚焦后的扫描光线转变成电子信号，并将所述的电子信号转 换为数字格式传输至外界使用；以达成缩小光学扫描模块体积、提高分辨率、降 低失真率(Optical Distortion)的目的。
参照图6 、图7或图8所示，由于所述的线性CMOS影像感测组件(linear CMOS image sensor )34可设计以单芯片构成，故所述的线性CMOS影像感测组件(linear CMOS image sensor )34进一步可包含 一线性CMOS影像感测单元(linear CMOS image sensor unit )341、 一时序产生单元(timing generator unit) 342、 一 A/D才莫 拟数字信号转换单元(A/D analog-digital converter ) 343、与一LVDS(低压差动)
转换传输单元(LVDS transmission unit) 344 (如图6所示)或一 USB (通用串行 总线)转换传输单元(USB transmission unit) 345 (如图7所示)或A/D(模拟数 字)转换传输单元(A/D transmission unit) 346 (如图8所示)；其中，线性CMOS 影像感测单元341，用以将成像的扫描光线312转换成电子信号；时序产生单元 342用以产生时序以控制线性CMOS影像感测组件341进行取样；A/D模拟数字 信号转换单元343用以将所述的取样后的电子信号转换成数字信号；而不同类型 的转换传输单元，如LVDS转换传输单元344 (如图6所示)或USB转换传输单 元345 (如图7所示)或A/D转换传输单元346 (如图8所示)，用以将所述的 数字信号转成数字格式以传输至外界；又所述的线性CMOS影像感测组件34是 以单芯片(SOC)构成，可以达成降低成本、缩小体积、高制造性、高可靠度的 效果，如此，待扫描对象得以成为数字格式的信号，可为储存、打印或投像以还 原待扫描对象的原貌。 <第一实施例〉
参考图5所示，其是将本发明的光学扫描模块(线性CMOSM) 3运用在一 个文件扫描机，待扫描对象30为一 A4大小的文件，置在扫描机的玻璃板上，扫 描才几内i殳有本发明的线性CMOSM3，主要包含一CCFL光源31，可发出光线 311 (light)并照射在待扫描物件30上，经由待扫描对象30反射为扫描光线312 (scanning light);反射镜片组32是由一个或数个反射镜片所组成，本实施例中 所述的反射镜片组32是由第一反射镜321、第二反射镜322与第三反射镜323所 组成；扫描光线312先照射在第一反射镜321，第一反射镜321将所述的扫描光 线312折射在第二反射镜322，第二反射镜322将所述的扫描光线312再折射在 第三反射镜323,使扫描光线312可依预定的光路行进；通过所述的反射镜片组 32的安排，使实际光路能在有限空间内行进，以缩小本发明光学扫描模块(线性 CMOSM) 3的体积；又扫描光线312经由反射镜片组32以预定的光路行进后可 照射至聚焦镜片组33;所述的聚焦镜片组33可以一个或数个光学透镜组成，以 造成不同倍率，在本实施例为三片光学透镜所构成，是由二个玻璃镜片与一片塑 料镜片组合为聚焦镜片组33,以600dpi的分辨率规格，设计反射镜片组32将扫 描光线312以八倍率至十倍率聚焦；由于聚焦镜片组33可将扫描光线312缩短其 长度，还可修正像差而在线性CMOS影像感测组件34上成像；此成像的长度即 可小于A4文件的宽度且又不会降低分辨率；而线性CMOS影像感测组件34可将 成4象后的扫描光线312转变成电子信号。
参照图6所示，线性CMOS影像感测组件(linear CMOS image sensor ) 34是 由一线性CMOS影i象感测单元(linear CMOS image sensor unit) 341 、 一时序产生 单元342、 一 A/D模拟数字信号转换单元343、与一 LVDS转换传输羊元344所 构成；所述的时序产生单元342用以产生时序以控制线性CMOS影像感测单元341 进行取样；在不同的应用上，所述的时序产生单元342可由外部输入的时序所取 代，也就是使用外部输入的时序来控制线性CMOS影像感测单元341进行取样； A/D模拟数字信号转换单元343将所述的取样后的电子信号转换成数字信号； LVDS转换传输单5t 344可将所述的数字信号转成LVDS数字格式并传输至外界； 线性CMOS影像感测组件34可以单芯片所构成，以将线性CMOS影像感测单元 341、时序产生单元342、 A/D;f莫拟数字信号转换单元343、 LVDS转换传输单元 344整合在一个半导体芯片上，形成一单芯片(SOC)。
参照图9所示，CLK为时序产生单元342产生的时序信号，GBST为整体启 动驱动信号(Global start pulse ) , SO为扫描结束驱动信号(End of Scan pulse )， VOUT为模拟影像输出电压(Analog video output voltage )的信号，在本实施例中， 使用AMI Semiconductor's产品PI6050D,其为600dpi分辨率的线性CMOS影像 感测单元；例如，当时序产生单元342产生时序(或外部输入时序信号)在第55 个时序时，启动影像感测，此相当110个无作用像素(inactive pixel);启动后172 个时序进行影像感测，此相当344个作用像素(active pixel);也就是在一个时序时 间中产生二个像素。
对于其它应用上，如图7所示，可将上述的LVDS转换传输单元344还换为 USB转换传输单元345,则USB转换传输单元345可将所述的数字信号转换成 USB数字格式并传输至外界；或如图8所示，可将上述的LVDS转换传输单元344 还换为A/D转换传输单元346,则A/D转换传输单元346可将所述的数字信号转 成A/D数字格式并传输至外界。
在本实施例中，由于聚焦镜片组33是由三片透镜组成，第一片透镜可为非球 面玻璃镜片，第二片透镜可为球面玻璃镜片、第三片透镜可为球面塑料镜片，以 构成约八倍倍率的焦距比，使原1: 1的扫描光线可通过反射镜片组32与聚焦镜 片组33而缩小宽度，俾可使用还小的线性CMOS影像感测单元341;在本实施例 中，扫描物体为一 A4大小的文件，其宽度为297mm，若以现有CISM而言，其
使用的CIS影像感测组件的器长度至少为297mm;若以具有三个反射镜片所组成 的反射镜片组32与三片聚焦镜片所组成的八倍缩小倍率的聚焦镜片组33,则所 述的线性CMOS影^象感测单元341的长度纟夺可缩小至60mm以下；以有效缩小本 发明的线性CMOS影l象感测组件34中所述的线性CMOS影^象感测单元341的长 度，并因使用反射镜片组3的数个反射镜片使光路折射而可有效缩小光学扫描模 块的体积，此为本发明的功效之一。
对于待扫描对象30为反射式对象时，扫描光线311照射在待扫描物体后反射 成扫描光线312，经由反射镜片组32多次反射后，其在左右二侧存在有光学位差， 此时若聚焦镜片组33的光学透镜能利用短后焦距(short back focal length)比的透 镜片组成，可将所述的光学位差予以修正，成为与待扫描对象接近的扫描，可提 高扫描的分辨率，此为本发明的另一功效。
在本实施例中，线性CMOS影像感测单元341可由CMOS逻辑或DRAM等 制程制造，其由许多光电二极管所组成，每个光电二极管可接受光线而转成电子 信号，可称为画素(pixel)，当光电二极管在单为面积愈多，其画素愈高；由于光 电二极管是受光线强弱而送出电子信号，射入光线的强度或明暗分别直接影响送 出电子信号的筌别程度，也即画素的质量；当射入线性CMOS影像感测单元341 的扫描光线312的像差小，反应出来的电子信号偏差就小，即画素分辨率 (resolution)也就高；本发明利用 一聚焦镜片组33与 一线性CMOS影像感测组件 34配合组成，可将扫描光线312聚焦在线性CMOS影像感测组件34上成像，不 会因成像缩小、像差失真，而丧失分辨率，可改善现有技术因利用CIS影像感测 组件致景深小、分辨率低的缺点，此为本发明再一功效。
另在本实施例中，线性CMOS影像感测组件34可将线性CMOS影像感测单 元341、时序产生单元342、 A/D模拟数字信号转换单元343、转换传输单元(344、 345或346)整合为一单芯片(SOC、 System on Chip)封装，可提高组件的可靠度并 降低成本、并简易将扫描的电子信号以数字格式用LVDS、 USB或A/D数字格式 传输至其它装置使用，此为本发明又一功效。 <第二实施例〉
参照图10所示，本发明的光学扫描模块(线性CMOSM) 3可进一步将所述 的聚焦镜片组33还换为由一 自动对焦4竟片组(AF zooming lens ) 35与一 AF控制 单元351构成，通过所述的AF控制单元351以自动调整自动对焦镜片组(AF
zooming lens ) 35的聚焦点，以增进线性CMOSM3使用的方便性，还可避免因持 扫描对象30 (如图所示一立体对象)的表面不平整而失真。自动对焦镜片组35 包含至少二个透镜群，其中至少一个透镜群可移动，并经由所述的AF控制单元 351 ( AF Controller)控制透镜群的移动，通过透4竟群之间相对移动所产生间i 巨的 变化，以将扫描光线312自动对焦在聚焦点并在线性CMOS影像感测单元341上 成像。本发明使用的自动对焦镜片组可设计为二透镜群，其第一透镜群为负屈光， 包含二个负屈光的镜片以构成第一透镜群；第二透镜群为正屈光，包含二个正屈
光镜片以构成第二透镜群；通过第二透镜群的移动而可改变焦距，使扫描光线312 调整聚焦，以最佳化成像在线性CMOS影像感测单元341，如此安排可扫描立体 的待扫描对象。
当扫描不平整的文件或立体的待扫描对象时，光线311照射在不同距离的待 扫描对象表面，其反射的位置也不同，扫描光线312经由反射镜片组32的反射后， 在线性CMOS影像感测单元341上成像的位置会产生变还；自动对焦镜片组(AF zooming lens) 35可通过AF控制单元351的控制功能，将此不同扫描位置的扫描 光线312控制其聚焦点，而仍可在线性CMOS影像感测单元341清晰成像，此为 本发明的可应用的功效。
<第三实施例〉
本发明的线性CMOSM3所使用的光源31并不会如现有CCDM或CISM的光 源受到限制，所述的光源31可选择使用冷阴极焚光灯管CCFL，或氣(Xe)气灯 或直下式LED中为光源，此为本发明可应用的另一功效。
当选择以冷阴极荧光灯管(CCFL)为光源31时，所述的光源31是包含一 CCFL 灯管与一窄长的孔径(aperture),光源31的长度可设为待扫描物件的扫描宽度 (scanning width );所述的CCFL灯管为水银放电灯管，应用在本发明的光源时， 其结构是在灯管内涂布可发出白光的荧光剂，并封存少许惰性气体与水银，当灯 管两端通入电流，水银分子被电子撞击便会产生紫外线，萸光剂吸收紫外线后， 即可发出白光；所述的窄长的孔径(aperture)可使CCFL发出的光线通过而形成细 条状的光线，所述的光线为待扫描物件的扫描宽度；光线照射在待扫描对象上而 反射为扫描光线，再经由反射镜片组32与聚焦镜片组33聚焦，再由线性CMOS 影像感测组件34转换成电子信号。
当选择以氙(Xe)气灯为光源31时，所述的光源31是包含一氛(Xe)气灯
与 一 窄长的孔径(aperture )，光源31长度可为待扫描物件的扫描宽度(scanning width);氛(Xe)气灯常以混合气体He: Xe: NF3-100: 2: 1为填充的惰性气体， l秒可输出500脉沖，也即平均功率可达500w,效率较高；所述的窄长的孔径 (aperture)可使氛(Xe )气灯发出的光线通过而形成细条状的光线，所述的光线 再照射在待扫描对象上而反射为扫描光线，再经由反射镜片组32与聚焦镜片组 33聚焦，再由线性CMOS影像感测组件34转换成电子信号。
当选择以LED为光源31时，所迷的光源31可为一直下式线性LED,直下式 线性LED线性是将一个或数个LED芯片以等间隔方式直接黏着在一长条形的印 刷线路板上，所述的LED芯片是利用电能直接转化为光能的原理，在半导体内正 负极端子施加电压，当电流通过，使电子与电洞相结合时，剩余能量便以光的形 式释放；当光线经由LED线性发光体发出后，可采直下(或某一定向)射出至待 扫描对象上，经待扫描对象反射为扫描光线，再经由反射镜片组32与聚焦镜片组 33聚焦，再由线性CMOS影像感测组件34转变成电子信号。
本发明使用线性CMOS影像感测组件与光学组件所构成的线性CMOSM，与 现有CCDM或CISM比较，至少可达到下列优点
<1>、本发明的线性CMOSM与现有CISM比较，本发明的线性CMOSM 具有降低成本、体积小、高分辨率、较低的失真(Optical Distortion )、高制造性 (high productivity )、与高可靠度(Scanning Reliability)的优点。
<2>、本发明的线性CMOSM与现有CISM比较，本发明的线性CMOSM 具有电子信号传输性还高的优点，且可弹性使用不同光源，也就是使用光源的选 择较不受限制。
< 3 > 、本发明的线性CMOSM与现有设有柱状透镜(rod lens )的CISM比 较，由于所述的现有CISM的扫描光线经由待扫描对象反射后先经过一柱状透镜
(rod lens )而再成像在CIS影像感测组件上(如图2所示)，而因所述的柱状透 镜致所述的现有CISM不具有景深DOF ( depth of focus )效率，影响现有CISM 的使用效率，而本发明的线性CMOSM则具有景深(DOF)效率。
< 4 〉、在现有CSIM中，当使用线性LED为光源时须使用导光板(light guide)，使LED芯片发出的光线先经由所述的导光板折射以形成照度均匀的线 性光源，以确保光线可均匀分布出射至待扫描对象上，但因使用导光板会相对降 低LED光源使用率，也就是光线经所述的导光板后会降低亮度，致影响扫描速度；
然而若欲加快扫描速度，则LED光源的亮度须加强(加强LED光源的功率)， 却相对容易产生热，造成现有CSIM的使用困扰；而本发明线性CMOSM可通过 其中反射镜片组与聚焦镜片组的光学设计以充份利用光线并在线性CMOS影像感 测组件上成像，因此可省略现有CISM中的导光板，进一步提高光源利用率，并 达到扫描速度提升的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅是说明性的，而非限制 性的；本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进 行许多改变、修改、甚至等效变还，但都将落入本发明的保护范围内。
权利要求
1、一种线性互补式金氧半导体影像光学扫描模块，其特征在于其包含一光源，用以向待扫描物体发出光线；一反射镜片组，用以将待扫描物体反射后的扫描光线，形成预定的光路；一聚焦镜片组，用以将反射镜片组扫描光线聚焦成像；一线性金氧半导体影像感测组件，用以将成像后的扫描光线转换成为数字电子信号并以数字格式传输至外界；其中所述的反射镜片组还包含至少一片反射镜片，将扫描光线经反射镜片改变其光路；其中所述的聚焦镜片组还包含至少一片光学透镜，将扫描光线聚焦并修正扫描光线的像差；其中所述的线性金氧半导体影像感测组件器包含一线性金氧半导体影像感测单元、一时序产生单元、一模拟/数字信号转换单元与一转换传输单元，且是整合为一单芯片；其中所述的线性金氧半导体影像感测单元将聚焦后的扫描光线转变成电子信号；其中所述的时序产生单元产生时序信号以控制线性金氧半导体影像感测单元；其中所述的模拟/数字信号转换单元将线性金氧半导体影像感测单元产生的电子信号转成数字信号；其中所述的转换传输单元将模拟/数字信号转换单元转成的数字信号转成预设的输送格式而传输。
2、 根据权利要求i所述的线性互补式金氧半导体影像光学扫描模块，其特征在于所述的光源是由冷阴极荧光灯管产生，可以一个定向照射在待扫描物体。
3、 根据权利要求1所述的线性互补式金氧半导体影像光学扫描模块，其特征 在于所述的光源是由氙气灯产生，可以一个定向照射在待扫描物体。
4、 根据权利要求1所述的线性互补式金氧半导体影像光学扫描模块，其特征 在于所述的光源是由线性发光二极管产生，所述的线性发光二极管是由至少一 发光二极管所构成，所述的线性发光二极管发出的光线以一个定向照射在待扫描 物体。
5、 根据权利要求1所迷的线性互补式金氧半导体影像光学扫描模块，其特征 在于所述的线性金氧半导体影像感测组件的输送格式为AD信号输送格式、 LVDS信号输送格式、或USB信号输送格式的任一种或其组合。
6、 根据权利要求1所述的线性互补式金氧半导体影像光学扫描模块，其特征 在于所述的聚焦镜片组进一步可由一自动变焦镜头与一AF控制单元所组成， 其特征在于所述的AF控制单元可控制自动变焦镜头的焦距，以对不同位置的扫 描光线使其调整为同一聚焦点而在线性金氧半导体影像感测单元上清晰成像。
7、 一种线性互补式金氧半导体影像光学扫描模块，其特征在于其包含 一光源，用以向待扫描物体发出光线；一反射镜片组，用以将待扫描物体反射后的扫描光线，形成预定的光路；一聚焦镜片组，用以将反射镜片组扫描光线聚焦成像；一线性金氧半导体影像感测组件，用以将成像后的扫描光线转换成为数字电 子信号并以数字格式传输至外界；其中所述的反射镜片组还包含至少一个反射镜片，将扫描光线经反射镜片改 变其光路；其中所述的聚焦镜片组还包含至少一片光学透镜，将扫描光线聚焦并修正扫 描光线的像差；其中所述的线性金氧半导体影像感测组件包含 一线性金氧半导体影像感测 单元、 一模拟/数字信号转换单元与一转换传输单元，且是整合为一单芯片；其中所述的线性金氧半导体影像感测单元接受外部输入的时序信号并依此时 序信号，将聚焦后的扫描光线转变成电子信号；其中所述的模拟/数字信号转换单元将线性金氧半导体影像感测单元产生的 电子信号转成数字信号；其中所述的转换传输单元将模拟/数字信号转换单元转成的数字信号转成预 设的输送格式而传输。
8、 根据权利要求7所述的线性互补式金氧半导体影像光学扫描模块，其特征 在于所述的光源是由冷阴极荧光灯管产生，可以一个定向照射在待扫描物体。
9、 根据权利要求7所述的线性互补式金氧半导体影像光学扫描模块，其特征 在于所述的光源是由氙气灯产生，可以一个定向照射在待扫描物体。
10、 根据权利要求7所述的线性互补式金氧半导体影像光学扫描模块，其特;f正在于所述的光源是由线性发光二丰及管产生，所述的线性发光二才及管是由至少 一发光二极管所构成，所述的线性发光二极管发出的光线以一个定向照射在待扫 描物体。
11、 根据权利要求7所述的线性互补式金氧半导体影像光学扫描模块，其特 征在于所述的线性金氧半导体影像感测组件的输送格式为AD信号输送格式、 LVDS信号输送格式、或USB信号输送格式的任一种或其组合。
12、 根据权利要求7所述的线性互补式金氧半导体影像光学扫描模块，其特 征在于所述的聚焦镜片组进一步可由一自动变焦镜头与一 AF控制单元所组成, 其特征在于所述的AF控制单元可控制自动变焦镜头的焦距，以对不同位置的扫 描光线使其调整为同一聚焦点而在线性金氧半导体影像感测单元上清晰成像。
全文摘要
本发明为一种线性互补式金氧半导体影像光学扫描模块(Optical Scanning Module with Linear CMOS Image Sensor)，其包含一可发出扫描光线的光源(light source)、一反射镜片组(reflection mirror group)、一聚焦镜片组(focus lens group)、与一线性互补式金氧半导体(CMOS)影像感测组件(linear CMOS image sensor)且其中至少包含一线性互补式金氧半导体(CMOS)影像感测单元(image sensor unit)、一A/D模拟数字信号转换单元(A/D analog-digital converter)；其中所述的光源发出光线后照射在待扫描对象上，待扫描对象反射其光线成为扫描光线，再经反射镜片组与聚焦镜片组而聚焦射至所述的CMOS影像感测组件的CMOS影像感测单元上并转换成电子信号，通过A/D模拟数字信号转换单元转换成数字信号，通用总线(USB)或低压差动(LVDS)信号传输至外界，达成高速扫描、低失真率、具景深与传输方便的需求。
文档编号H04N5/335GK101355658SQ200710128469
公开日2009年1月28日 申请日期2007年7月24日 优先权日2007年7月24日
发明者徐三伟, 林清源, 汪康生 申请人:一品光学工业股份有限公司