光源模块和图像传感器的制作方法

1.本实用新型涉及图像传感设备技术领域，具体而言，涉及一种光源模块和图像传感器。


背景技术：

2.目前，随着机器视觉领域的发展，利用模拟生物视觉成像和处理信息的方式，帮助机器人提取，处理和理解所提取的信息，从而让其准确、高效且安全的自动化作业逐渐成为当前主流。机器视觉的重要性主要体现在：引导定位，外观检测，高精度监测以及图像识别。其中光源是视觉检测中必不可少的部件，在对某一区域的检测面进行图像扫描识别的情况下，若光源照射到检测面上的光亮度不均匀或者宽度不够，会使得在后续扫描过程中，扫描识别困难的情况。
3.也就是说，现有技术中的光源模块存在均匀性差的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的在于提供一种光源模块和图像传感器，以解决现有技术中的光源模块存在均匀性差的问题。
5.为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种光源模块，包括：框体；光源基板，光源基板设置在框体内；光源结构，光源结构设置在光源基板上；聚光结构，聚光结构设置在光源结构的出光侧，聚光结构远离光源结构的一侧表面为出光面，出光面包括至少两个凸面段和至少两个平面段，且至少两个凸面段的两侧分别有至少一个平面段。
6.进一步地，至少两个凸面段连接。
7.进一步地，光源结构包括多个led，多个led被分为两列，同一列的多个led沿一直线间隔排列，两列led的排列方向平行设置，聚光结构呈条状，条状的聚光结构的延伸方向与同一列的多个led的排列方向一致，两列led与至少两个凸面段一一对应设置。
8.进一步地，至少一个凸面段的顶点与光源基板之间的距离大于至少一个平面段与光源基板之间的距离；和/或平面段平行于光源基板，至少两个平面段与光源基板之间的距离相等，以使至少两个平面段处于同一高度；和/或至少两个凸面段与光源基板之间的距离相等，以使至少两个凸面段处于同一高度。
9.进一步地，凸面段包括弧面段与直面段组成的复合式面段，其中直面段为多个，且弧面段的两侧分别设置有至少两个直面段，同侧的至少两个直面段之间呈角度设置，弧面段的两侧的直面段沿弧面段的中心线对称设置。
10.进一步地，平面段包括第一平面段、第二平面段、第三平面段和第四平面段，聚光结构远离光源结构的一侧表面还包括连接第一平面段和第二平面段的第一过渡面段以及连接第三平面段和第四平面段的第二过渡面段，其中，第二平面段、第三平面段与凸面段连接。
11.进一步地，第二平面段的宽度小于第一平面段的宽度；和/或第二平面段和第三平面段分别与光源基板之间的距离相等；和/或第一平面段和第四平面段分别与光源基板之间的距离相等；和/或第一平面段与光源基板之间的距离大于第二平面段与光源基板之间的距离。
12.进一步地，聚光结构朝向光源结构的一侧表面具有至少两个凹部，至少两个凹部通过一个连接平面连接，至少两个凹部彼此远离的一侧分别设置有一个连接端面，凹部形成容纳光源结构的容纳腔，凹部具有入光面，入光面为弧面。
13.进一步地，连接端面的宽度小于连接平面的宽度；和/或连接端面和连接平面位于同一平面内。
14.进一步地，至少两个凹部与至少两个凸面段一一对应设置，且对应设置的凹部的中心线和凸面段的中心线共线设置。
15.进一步地，聚光结构还包括连接连接端面和出光面的侧面，侧面为全反射面，侧面由沿一曲线方向连续设置的多个面段构成，相邻两个面段之间呈角度设置，面段为平面。
16.进一步地，光源模块还包括散热结构，散热结构设置在框体上，且位于光源结构的背光侧，散热结构包括散热片和风扇中的一种。
17.根据本实用新型的另一方面，提供了一种图像传感器，包括：框架；芯片基板，芯片基板设置在框架内；成像模块，成像模块设置在框架内且与芯片基板间隔设置，芯片基板位于成像模块的光轴的延伸方向上；芯片模块，芯片模块位于在芯片基板朝向成像模块的一侧表面上，芯片模块与成像模块对应设置；上述的光源模块，光源模块位于框架的周侧，图像传感器的检测面位于成像模块远离芯片基板的一侧，光源模块发射的光倾斜入射检测面。
18.进一步地，光源模块与检测面的垂直距离小于成像模块与检测面的垂直距离。
19.进一步地，光源模块为一个或多个，当光源模块为多个时，框架的至少两侧设置有光源模块，且至少两侧的光源模块分别与检测面的垂直距离相等。
20.进一步地，成像模块包括多个镜头，多个镜头成线性排列，光源模块为线性光源，多个镜头的延伸方向与光源模块的延伸方向一致。
21.应用本实用新型的技术方案，光源模块包括框体、光源基板、光源结构和聚光结构，光源基板设置在框体内；光源结构设置在光源基板上；聚光结构设置在光源结构的出光侧，聚光结构远离光源结构的一侧表面为出光面，出光面包括至少两个凸面段和至少两个平面段，且至少两个凸面段的两侧分别有至少一个平面段。
22.通过将光源基板、光源结构和聚光结构设置在框体内，使得框体对光源基板、光源结构和聚光结构形成了保护，同时提供了安装位置，保证了光源基板、光源结构和聚光结构的使用可靠性和装配稳定性。光源结构设置在光源基板上，使得光源基板能够为光源结构提供电路，同时光源基板还能够加快光源结构散热，以对光源结构形成保护，保证了光源结构工作的稳定性和安全性，保证光源结构能够稳定出光。通过在光源结构的出光侧设置聚光结构，使得聚光结构起到了收拢光线的效果，使得聚光结构能够汇聚光源结构的发光角度，从而达到聚光增加光亮的效果，有效增加了光亮度。出光面包括至少两个凸面段和至少两个平面段，且至少两个凸面段的两侧分别有至少一个平面段，这样设置能够有效减少光由出光面出射时光能量的损失，提高了光效利用率，保证了聚光结构高效的聚光效果。同
时，通过对聚光结构的出光面进行设计，使得光源模块能够提供一定宽度的均匀的光斑，有利于提高对某一区域的检测面的图像扫描识别能力。
附图说明
23.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
24.图1示出了本实用新型的一个可选实施例的光源模块的结构示意图；
25.图2示出了图1中的聚光结构的一个角度的示意图；
26.图3示出了图2中的聚光结构的另一个角度的示意图；
27.图4示出了图2中设置一列led经聚光结构的光路示意图；
28.图5示出了图2中设置两列led经聚光结构的光路示意图；
29.图6示出了图1的光源模块的模拟光斑效果图；
30.图7示出了本实用新型的一个可选实施例的图像传感器的结构示意图；
31.图8示出了本实用新型的另一个可选实施例的图像传感器的结构示意图；
32.图9示出了本实用新型的另一个可选实施例的图像传感器的结构示意图。
33.其中，上述附图包括以下附图标记：
34.10、光源模块；11、框体；12、基板；13、led；14、聚光结构；141、弧面段；142、直面段；143、第一平面段；144、第二平面段；145、第三平面段；146、第四平面段；147、第一过渡面段；148、第二过渡面段；149、容纳腔；1491、入光面；1400、连接平面；1401、连接端面；1402、侧面；1403、第一面段；1404、第二面段；1405、第三面段；1406、第四面段；1407、第五面段；1408、第六面段；15、中心线；16、散热结构；20、框架；30、芯片基板；40、镜头；50、光电转换芯片；60、检测面。
具体实施方式
35.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
36.需要指出的是，除非另有指明，本技术使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
37.在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本实用新型。
38.为了解决现有技术中的光源模块存在均匀性差的问题，本实用新型提供了一种光源模块和图像传感器。
39.如图1至图6所示，光源模块10包括框体11、光源基板12、光源结构和聚光结构14，光源基板12设置在框体11内；光源结构设置在光源基板12上；聚光结构14设置在光源结构的出光侧，聚光结构14远离光源结构的一侧表面为出光面，出光面包括至少两个凸面段和至少两个平面段，且至少两个凸面段的两侧分别有至少一个平面段。
40.通过将光源基板12、光源结构和聚光结构14设置在框体11内，使得框体11对光源基板12、光源结构和聚光结构14形成了保护，同时提供了安装位置，保证了光源基板12、光源结构和聚光结构14的使用可靠性和装配稳定性。光源结构设置在光源基板12上，使得光源基板12能够为光源结构提供电路，同时光源基板12还能够加快光源结构散热，以对光源结构形成保护，保证了光源结构工作的稳定性和安全性，保证光源结构能够稳定出光。通过在光源结构的出光侧设置聚光结构14，使得聚光结构14起到了收拢光线的效果，使得聚光结构14能够汇聚光源结构的发光角度，从而达到聚光增加光亮的效果，有效增加了光亮度。出光面包括至少两个凸面段和至少两个平面段，且至少两个凸面段的两侧分别有至少一个平面段，这样设置能够有效减少光由出光面出射时光能量的损失，提高了光效利用率，保证了聚光结构14高效的聚光效果。同时，通过对聚光结构14的出光面进行设计，使得光源模块10能够提供一定宽度的均匀的光斑，有利于提高对某一区域的检测面60的图像扫描识别能力。
41.具体的，至少两个凸面段连接，这样设置有利于两个凸面段能够与光源结构进行配合，进而有利于保证聚光结构14的收拢光线的效果。
42.需要说明的是，上述光源基板12优选采用铝基板12，进一步加快光源结构的散热，有效保护光源结构。上述聚光结构14为透明的，且聚光结构14的材料可选择pc或者pmma等材质。
43.具体的，光源结构包括多个led13，多个led13被分为两列，同一列的多个led13沿一直线间隔排列，两列led13的排列方向平行设置，聚光结构14呈条状，且为对称结构，条状的聚光结构14的延伸方向与同一列的多个led13的排列方向一致，两列led13与至少两个凸面段一一对应设置。两列led13均呈线性等间距排列，led13优选采用球形结构，且该球形结构的直径优选为3mm，以此进一步的达到聚光的效果，两列led13之间的距离在5mm左右，通过设置两列led13，增加了led13的数量，有利于保证光源结构实现具有一定宽度的均匀光斑。
44.如图2所示，至少一个凸面段的顶点与光源基板12之间的距离大于至少一个平面段与光源基板12之间的距离，也就是说在聚光结构14的出光侧的凸面段凸出平面段设置；平面段平行于光源基板12，至少两个平面段与光源基板12之间的距离相等，以使至少两个平面段处于同一高度；至少两个凸面段与光源基板12之间的距离相等，以使至少两个凸面段处于同一高度。
45.如图2和图3所示，凸面段包括弧面段141与直面段142组成的复合式面段，其中直面段142为多个，且弧面段141的两侧分别设置有至少两个直面段142，同侧的至少两个直面段142之间呈角度设置，弧面段141的两侧的直面段142沿弧面段141的中心线15对称设置。在本技术中，弧面段141的两侧分别设置有两个呈角度连接地直面段142。
46.如图2所示，平面段由右至左依次包括第一平面段143、第二平面段144、第三平面段145和第四平面段146，聚光结构14远离光源结构的一侧表面还包括连接第一平面段143和第二平面段144的第一过渡面段147以及连接第三平面段145和第四平面段146的第二过渡面段148，其中，第二平面段144、第三平面段145与两个凸面段彼此远离的一侧连接。第一过渡面和第二过渡面段148可以设置成垂直于光源基板12的情况，以便于连接两个平面段。第二平面段144的宽度小于第一平面段143的宽度；第二平面段144和第三平面段145分别与
光源基板12之间的距离相等；第一平面段143和第四平面段146分别与光源基板12之间的距离相等；第一平面段143与光源基板12之间的距离大于第二平面段144与光源基板12之间的距离。
47.如图2所示，聚光结构14朝向光源结构的一侧表面具有至少两个凹部，至少两个凹部通过一个连接平面1400连接，至少两个凹部彼此远离的一侧分别设置有一个连接端面1401，凹部形成容纳光源结构的容纳腔149，凹部具有入光面1491，入光面1491为弧面。连接端面1401的宽度小于连接平面1400的宽度，且连接端面1401和连接平面1400位于同一平面内。至少两个凹部与至少两个凸面段一一对应设置，且对应设置的凹部的中心线15和凸面段的中心线15共线设置。led13发射的光通过入光面1491进入聚光结构14，上述容纳腔149的尺寸可根据设置在其中的led13的尺寸进行确定，在本技术的具体实施例中，容纳腔149的直径为3.3mm，放置led13时，应让led13的中心在凹部的中心线15上，同时使得led13的发光位置与连接平面1400位于同一平面。
48.如图3所示，聚光结构14还包括连接出光面和连接端面1401的侧面1402，侧面1402为两个，两个侧面1402均为全反射面，侧面1402由沿一曲线方向连续设置的多个面段构成，相邻两个面段之间呈角度设置，面段为平面。侧面1402包括沿一曲线顺次连接地第一面段1403、第二面段1404、第三面段1405、第四面段1406、第五面段1407和第六面段1408。聚光结构14左侧的侧面1402的第一面段1403远离第二面段1404的一侧与连接端面1401连接，第六面段1408远离第五面段1407的一侧与第四平面段146连接。聚光结构14右侧的侧面1402的第一面段1403远离第二面段1404的一侧与连接端面1401连接，第六面段1408远离第五面段1407的一侧与第一平面段143连接。通过将两个侧面1402均设置成全反射面，以对led13的光线进行全反射，使得光线经过全反射之后与中心线15平行射出，以保证射入检测面60的光亮的均匀性。
49.具体的，第一面段1403与中心线15的夹角为41.5
°
；第二面段1404与中心线15的夹角为35
°
；第三面段1405与中心线15的夹角为30.5
°
；第四面段1406与中心线15的夹角为27.5
°
；第五面段1407与中心线15的夹角为24.5
°
；第六面段1408与中心线15的夹角为22
°
。
50.如图4所示，为光源模块10仅设置一列led13的情况，左侧容纳腔149中未设置led13。由图可知，一个led13发射的大角度光线，本实施例中为78
°
以上的光线，通过靠近其的侧面1402的全反射之后，形成与中心线15接近平行的光线，然后由第一平面段143射出；而另外一侧部分光线，本实施例中130
°
以上光线，则通过另一个侧壁全反射之后，形成与中心线15接近的平行的光线，最后由第四平面段146射出。而其他部分光线，例如115
°
到130
°
的光线，则会射到与第三平面段145连接的直面段142上，然后通过该直面段142，射入第二过渡面段148，通过再一次折射后到其左侧的侧面1402上，形成全反射光线，然后通过第四平面段146射出形成一定角度的汇聚光线。另外还有一部分的光线，78
°
到115
°
的光线会直射到靠经第三平面段145的一侧的弧面段141和直面段142上，此时经过折射之后，形成一定角度的汇聚光线射出。同理其余led13不再赘述。在本实施例中，两个弧面段141的曲率半径均为r＝4.5mm。led13发出的小角度的光线，本实施例中为40
°
以内光线，通过其对应的弧面段141，形成与中心线15接近平行的光线射出。led13光源发出的中间角度的光线，本实施例中40
°
到53
°
以内的光线，通过与对应弧面段141连接的直面段142和与该直面段142对称设置的直面段142，形成与中心线15接近平行的光线射出；led13光源发出的中间角度的光线，
本实施例中53
°
到78
°
以内的光线，通过与第二平面段144连接的直面段142和与该直面段142对称设置的直面段142，形成全反射光线，再通过对应的弧面段141，形成与中心线15接近平行的光线射出。
51.如图5所示，为光源模块10采用两列led13的光路效果图。如图6所示，为本技术的光源模块10的模拟光斑效果图。由图可知，通过设置聚光结构14，使得各部分角度的光线都起到一定的汇聚作用，以此在检测面60上形成一定宽度的均匀光斑的效果，本实施例中的光斑，在led13与检测面60的距离为30mm左右的时候，形成25mm左右宽度的光斑。进一步的，此光斑呈长条形形状。
52.如图1所示，光源模块10还包括散热结构16，散热结构16设置在框体11上，且位于光源结构的背光侧，散热结构16包括散热片和风扇中的一种。当散热结构16为散热片时，散热片可以采用金属材质，通过散热片可以让光源结构发光产生的热量快速的散失，达到快速散热的效果，可选的，也可以采用风扇进行散热。在本技术中采用的是散热片，散热片的材质可以采用金属材质，通过散热片可以使光源结构发光产生的热量快速消失，达到快速散热的效果，当然也可以采用风扇对光源结构进行散热。
53.如图7至图9所示，本实用新型还提供了一种图像传感器，图像传感器包括框架20、芯片基板30、成像模块、芯片模块和上述的光源模块10，芯片基板30设置在框架20内；成像模块设置在框架20内且与芯片基板30间隔设置，芯片基板30位于成像模块的光轴的延伸方向上；芯片模块位于在芯片基板30朝向成像模块的一侧表面上，芯片模块与成像模块对应设置；光源模块10位于框架20的周侧，图像传感器的检测面60位于成像模块远离芯片基板30的一侧，光源模块10发射的光倾斜入射检测面60。
54.通过设置框架20，以使框架20内部搭载芯片基板30、成像模块和芯片模块，以形成保护，有利于保证搭载器件的使用可靠性。成像模块包括多个镜头40，多个镜头40沿扫描方向成线性间隔排列，光源模块10为线性光源，多个镜头40的延伸方向与光源模块10的延伸方向一致，本技术的图像传感器采用多个镜头40进行拼接成像的方法，在本实施例中，采用5个镜头40进行说明。此5个镜头40的成像模式按一定比例成缩小的像。其中相邻镜头40之间的间距如图所示为b11-b14，本实施例中相邻两颗镜头40的距离是相同的，如b11＝b12＝b13＝b14。优选的b11＝16.9mm。对应的成像区域在检测面60上分别为130-134，本实施例中每个镜头40的扫描区域相等，即130＝131＝132＝133＝134＝18.3mm，同时在检测面60上的扫描区域是重叠的，重叠部分d11-d14,并且d11＝d12＝d13＝d14＝1.4mm。这样的成像面积构成了小型化的产品。本实施例中，5幅图像的有效读取区域为85.9mm，其中镜头40到检测面60的距离为34mm。
55.上述芯片模块为光电转换芯片50，芯片基板30用于为光电转换芯片50提供电路，光电转换芯片50把成像得到的光学信号转换成数字信号进行输出。光电转换芯片50为5个，5个光电转换芯片50与5个镜头40一一对应设置，此光电转换芯片50与上述镜头40在预定方向上相对间隔地设置且一一对应，任意两个相邻的上述光电转换芯片50在上述扫描方向上的成像区域至少重叠。上述预定方向为多个上述镜头40的光轴的延伸方向。
56.本技术的图像传感器的工作原理为：光源模块10发射的光，照射到检测面60上，形成一定的光照范围，此光照范围大于多个镜头40的成像范围，同时可以通过调整光源模块10的角度或者光源模块10距离检测面60的距离，来进一步的调整光照的范围大小。检测面
60反射回来的光通过镜头40照射到对应的光电转换芯片50上，其中第一颗光电转换芯片50在对应的镜头40的成像下，扫描到相应的检测面60的区域，相应的第二颗光电转换芯片50在对应的镜头40的成像下，扫描到相应的检测面60的区域，两个扫描到检测面60的区域重叠，重叠区域为d11。以此类推，此不赘述。
57.具体的，光源模块10与检测面60的垂直距离小于成像模块与检测面60的垂直距离。两列led13发出的各个角度的光线通过聚光结构14的汇聚作用，在检测面60上，汇聚成具有一定宽度光照范围的长条形的光斑。在镜头40的成像区域内，本实施例以130＝18.3mm为例的范围内，形成的光照范围，在x范围内大于13.7mm。进一步的x范围内光源形成的光照范围为20mm-30mm。在y范围内的光照范围，大于5幅图像的有效读取区域为85.9mm。进一步的在y范围内光源模块10形成的光斑形状为长条形。
58.如图8所示，为本技术的一种可选实施例的图像传感器，在此实施例中，光源模块10为一个，仅框架20的一侧设置有光源模块10，该光源模块10发射的主光线正好照射到成像区域内，实现这个区域的成像照明。
59.如图9所示，为本技术的另一种可选实施例的图像传感器，在此实施例中，光源模块10为多个，框架20的至少两侧设置有光源模块10，且至少两侧的光源模块10分别与检测面60的垂直距离相等。在某些使用要求更亮的应用场合，光源模块10并不局限于一侧，也可以根据需求进行双侧放置，双侧放置的光源模块10同时发光，进一步提高了检测面60的亮度。也可以调整光源模块10的发光角度，进一步调整检测面60的发光照射面积。
60.显然，上述所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
61.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
62.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
63.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。