图像传感器、图像扫描和厚度检测方法与流程

本发明涉及图像检测领域，具体而言，涉及一种图像传感器、图像扫描和厚度检测方法。

背景技术：
近年来，作为图像读取使用的接触式传感器(ContactImageSensor，简称CIS，以下称作图像传感器)在很多领域都得到了实用化的发展，是目前纸质印刷物品等平面物品图像读取的主流技术。另一方面，平面薄片状物品，如纸张、票据、塑料薄膜、纺织物品等的在线连续厚度测量，在其产品的生产、检测、处理、回收等过程中处于越来越重要的地位，而目前的图像传感器尚不能进行厚度的测量。当前，各行业使用的厚度检测技术主要包括使用霍尔器件、反射型超声波、透射型超声波、电磁感应式、涡流式等技术来测试薄片状物品的厚度。但这些技术作为在线检测技术使用时，其检测装置体积大，成本高是其主要缺点，限制了这些技术的应用。近年来，通过电极间的静电感应进行厚度测量的技术也在不断研究探索之中，例如公开号CN210302446Y的专利公开的了一种电容式纸厚传感器，其主要是将电容器的容量变化转化成振荡频率的变化，再通过频压转换模块将频率的变化转换成电压的变化。公开号为CN103363887A的专利也公开了一种材料厚度的检测方法，利用平板电容的极板作为厚度检测的敏感器件，实测对象的厚度变化引起的电容活动极板产生位移，导致平板电容器的容量发生变化。这些通过电极间的静电感应的厚度测量技术在一定程度上减小了装置的体积，但仍需要传动机构，因此与设备的小型化的发展还不相称，并且这些测量装置与图像读取装置在结构上相对独立也是无法达到设备小型化、低成本化的目的，在使用上存在很大局限性。针对相关技术中图像传感器无法进行厚度检测的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种图像传感器、图像扫描和厚度检测方法，以解决现有技术中图像传感器无法进行厚度检测的问题。根据本发明的一个方面，提供了一种图像传感器。根据本发明的图像传感器包括：第一基板，用于承接待检测物品，并且所述第一基板为透明基板；第一光源；透镜，其中，所述透镜的入光侧与所述第一基板对应设置，用于接收所述待检测物品在所述第一光源照射下的反射光或透射光；转换器，设置在所述透镜的出光侧，用于将来自所述透镜的光信号转换为电信号；带电端；检测端，与所述带电端相对且间隔设置，用于产生感应电信号；以及检测电路，与所述检测端相连接，用于检测所述待检测物品经过传输通道过程中所述检测端的感应电信号，其中，所述传输通道为所述带电端与所述检测端之间的间隔。进一步地，所述带电端包括：第二基板和带电电极，其中，所述带电电极设置在所述第二基板的第一面上，所述检测端包括：所述第一基板和感应电极，其中，所述感应电极设置在所述第一基板的第一面上，所述感应电极为透明电极，所述第一基板的第一面为朝向或背向所述传输通道的面，所述第二基板的第一面为朝向或背向所述传输通道的面。进一步地，所述第二基板第一面的面积小于或等于所述第一基板第一面的面积。进一步地，所述带电端包括：第二基板和带电电极，其中，所述带电电极设置在所述第二基板的第一面上，所述检测端包括：第三基板和感应电极，其中，所述第三基板与所述第一基板位于同一水平面，所述感应电极设置在所述第三基板的第一面上，所述第三基板的第一面为朝向或背向所述传输通道的面，所述第二基板的第一面为朝向或背向所述传输通道的面。进一步地，所述带电电极为驻极体电极。进一步地，所述第二基板为透明基板，所述图像传感器还包括：第二光源，设置在所述第二基板的第一侧，其中，所述第二基板的第一侧为朝向所述第二基板的第二面的一侧，所述第二基板的第二面背向所述传输通道。进一步地，所述第一光源包括：第一子光源和第二子光源，均设置在所述第一基板的第一侧，其中，所述第一基板的第一侧为朝向所述第一基板的第二面的一侧，所述第一基板的第二面背向所述传输通道。进一步地，所述图像传感器还包括：调节件，连接在所述带电端和所述检测端之间，用于调节所述传输通道的大小。根据本发明的另一方面，提供了一种图像扫描和厚度检测方法。根据本发明的图像扫描和厚度检测方法包括：通过本发明上述内容所提供的任一种图像传感器进行图像扫描和厚度检测。在本发明中，采用具有以下结构的图像传感器：第一基板，用于承接待检测物品，并且所述第一基板为透明基板；第一光源；透镜，其中，所述透镜的入光侧与所述第一基板对应设置，用于接收所述待检测物品在所述第一光源照射下的反射光或透射光；转换器，设置在所述透镜的出光侧，用于将来自所述透镜的光信号转换为电信号；带电端；检测端，与所述带电端相对且间隔设置，用于产生感应电信号；以及检测电路，与所述检测端相连接，用于检测所述待检测物品经过传输通道过程中所述检测端的感应电信号，其中，所述传输通道为所述带电端与所述检测端之间的间隔。通过在图像传感器中设置带电端、检测端和检测电路，实现了在图像传感器中添加能够进行厚度检测的检测部，解决了现有技术中的图像传感器无法进行厚度检测的问题，进而实现了厚度检测和图像扫描的一体化，达到了大大减小设备的体积，实现了在线高速连续测量厚度和图像读取的功能。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1是根据本发明第一实施例的图像传感器的断面示意图；图2是根据本发明第一实施例的图像传感器的侧面示意图；图3是根据本发明第二实施例的图像传感器的断面示意图；图4是根据本发明第三实施例的图像传感器的断面示意图；图5是根据本发明第四实施例的图像传感器的断面示意图；以及图6是根据本发明第五实施例的图像传感器的断面示意图。具体实施方式为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。需要说明的是，本发明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，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。在不冲突的情况下，本申请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发明。根据本发明实施例，提供了一种图像传感器，以下对本发明实施例所提供的图像传感器做具体介绍：图1是根据本发明第一实施例的图像传感器的断面图，如图1所示，该图像传感器主要包括第一基板15、第一光源11、透镜12、转换器13、带电端21、检测端22和检测电路25，其中：第一基板15、第一光源11、透镜12和转换器13是构成图形传感器第一检测部1的主要部件，该第一检测部1主要用于对待检测物品4进行图像扫描，带电端21、检测端22和检测电路25是构成图像传感器第二检测部2的主要部件，该第二检测部2主要用于对待检测物品4进行厚度检测，具体地，第一基板15用于承接待检测物品4，并且是第一检测部1和第二检测部2共用的透明基板，在第一检测部1中作为搭载待检测物品4的透明基板，在第二检测部2中作为检出电极基板使用，为了不影响图像传感器的图像读取功能，第一基板15上使用透明的ITO导电膜制成了检测端22的检测电极。在本发明实施例中，图像传感器还包括容纳第一光源11、透镜12和传感器基板14的框架16，其中，传感器基板14是承接转换器13的基板。透镜12的入光侧与第一基板15对应设置，用于接收待检测物品4在第一光源11照射下的反射光或透射光，转换器13设置在透镜12的出光侧，用于将来自透镜12的光信号转换为电信号，该转换器13可以为光敏传感器，也可以为其它能够将光信号转换为电信号的器件。检测端22与带电端21相对放置并相隔一定的距离，使二者之间形成一种平板电容的结构，并且二者之间没有固定介质填充而是形成一个检测通道27，在进行图像读取或厚度测量的在线检测过程中，待检测物品4通过检测通道27在带电端21和检测端22之间传输，从而达到图像读取和测量膜厚的目的。检测电路25与检测端22相连接，用于检测待检测物品4经过传输通道27过程中检测端22的感应电信号，其中，感应电信号可以是感应电荷，也可以是感应电压。由于感应电信号是一种比较微弱的信号，所以需要进行放大处理后才能供后续电路进行数字化及运算处理，以计算得到待检测物品的厚度，在本发明实施例中，具体根据感应信号计算待检测物品厚度的计算方式，可以采用现有技术中的任一种根据感应电荷或感应电压进行厚度的方式，此处不再赘述。以下具体说明本发明实施例所提供的厚度传感器检测厚度的原理：带电端21与检测端22相对放置，构成了类似于平板电容的结构，由于带电端21上施加有电压，检测端22上也会感应出电荷，检测端22上感应出的电荷的多少，取决于两个基板的面积、两个基板相隔的距离、带电端21的带电电极上所施加的电压，以及两个基板之间的介电常数。在结构一定的情况下，只与两个基板之间介电常数有关，因此当待检测物品4经过检测通道27时，就改变了两个基板间的介质的介电常数，使检测端22上感应的电荷的数量也随之发生变化，待检测物品4的厚度不同，带电端21与检测端22之间的介电常数的改变也不相同，检测端22上感应的电荷也不相同，因此根据检测端22上感应电荷的多少可以计算出待检测物品4的厚度。同时，当待检测物品4(原稿)通过检测通道时，第一光源11发出的光，透过第一基板15，照射到检测通道中的待检测物品4上，待检测物品4上的文字黑色区域光被吸收，而在待检测物品4其它的白色底色区域，光几乎100％被反射，这些反射光再穿过第一基板15，被透镜阵列12收集，照射到传感器基板14上搭载的转换器13上。转换器13将接收到的光信号转换成电信号，并经过驱动电路输出，最终通过接口作为图像(文字)信息向外输出。待检测物品4不断移动，其上所记载的图像(文字)信息就会被连续读取下来。在本发明实施例中，待检测物品4(原稿)进入检测通道27后，第一检测部1和第二检测部2可以同时工作，对待检测物品4的厚度进行检测及对待检测物品4的图像进行扫描读取。本发明实施例所提供的图像传感器，通过在图像传感器中设置带电端、检测端和检测电路，实现了在图像传感器中添加能够进行厚度检测的检测部，解决了现有技术中的图像传感器无法进行厚度检测的问题，进而实现了厚度检测和图像扫描的一体化，达到了大大减小了设备的体积，实现了在线高速连续测量厚度和图像读取的功能。具体地，带电端21主要包括第二基板211和带电电极212，其中，带电电极212设置在第二基板211的第一面上，即，第二基板211为带电电极212的带电电极基板，带电电极212上通过施加一定的电压使电极带电，根据对不同检测物品的感度的要求，通常所施加的电压在几伏到几十伏左右，本发明实施例的图像传感器主要用于检测纸币以及纸币上所贴付的胶带，要求有比较高的感度以便区别纸币上是否贴有胶带，施加的电压达到20V左右。第二基板211是带电电极212的载体，并且与第一基板15相对放置构成检测通道。其材料一般为玻璃、PCB、金属板或陶瓷板等，本实施例中使用PCB作为带电电极基板，并在PCB上预先设计好所需要的电极图像。检测端22主要包括第一基板15和感应电极221，其中，感应电极221设置在第一基板15的第一面上，即，第一基板15为感应电极221的基板，感应电极221为在检测电极基板的设置面上形成的可形成静电感应电荷的电极，第一基板15的材料也可使用玻璃、PCB、金属板或陶瓷板等，本实施例中因为厚度检测和图像扫描共用第一基板15，因此只能使用透明基板，本实施例中使用玻璃板作为检出电极基板。并且在玻璃板上形成ITO膜厚作为感应电极221。在图1中示出的第一实施例的图像传感器中，第二基板211的第一面和第一基板15的第一面均为朝向传输通道的面。待检测物品4通过传输通道27在两个电极之间传输过程中，检测电路25主要是检测感应电极221上的感应电荷或感应电压电路。需要说明的是，带电电极212和感应电极221不一定非要设置在两个基板的靠近检测通道27的一侧，带电电极212和感应电极221中的一个电极或两个电极设置在相应基板的另外一侧也具有同样的功能。即，带电电极212可以设置在第二基板211背向传输通道27的一面上，感应电极221也可以设置在第一基板15背向传输通道27的一面上。图2是根据本发明第一实施例的图像传感器的侧面示意图，如图2所示，本发明第一实施例的图像传感器还可以包括调节件26，该调节件26连接在带电端21和检测端22之间，用于调节传输通道27的大小，即，调节件26是图像传感器两端通道宽度调节装置，对于相对固定的检测对象，通过调节件26可以将传输通道设置成固定高度，使厚度传感器保持一个固定宽度的传输通道，从而可以简化传感器的结构、减小体积。对于检测物品厚度范围比较广的应用情况，调节件26可以设置具有活动结构的调节件，以对传输通道的宽度进行活动调节，适应不同的检测对象。在本发明实施例中，为了便于待检测物品4在两个电极间顺利传输，根据待检测物品4厚度的不同，两个电极间的距离在1mm到10mm的程度左右，即，传输通道的大小(或者说宽度)1mm到10mm的程度左右。优选地，在本发明实施例中，带电电极212可以是采用驻极体材料制成的驻极体带电电极。由于驻极体材料本身带有电荷，因此驻极体电极不需要外界进行供电，从而可消除外界电源带来的不稳定以及噪音的影响。通过使用驻极体电极提供了非常稳定的带电电压，取消了通过外加电源而形成的带电电压，从而使电极不需要外部提供电压，减少了外部的电源及外部环境的影响，能够提供高精度的准确测量。其中，形成驻极体电极的材料有很多种类，如氟化物聚合物系列，聚烯烃系列等，只要能够携带一定量的固定电荷，都可应用于本发明实施例的膜厚检测图像传感器，本实施例中使用的驻极体材料为聚四氟乙烯的特氟龙材料，先将其印刷或涂覆在第二基板211上，在高温下通过高压放电方式使其携带电荷。图3是根据本发明第二实施例的图像传感器的断面示意图，如图3所示，该第二实施例所提供的图像传感器与图1中示出的第一实施例的图像传感器的区别在于：第二实施例的图像传感器中，第一光源11包括第一子光源11a和第二子光源11b。这种结构的图像传感器根据对所读取的待检测物品的图像的要求，将第一光源11设置为包括两个子光源，这两个子光源可以相同，也可以不同，达到适应不同待检测物品的要求。图4是根据本发明第三实施例的图像传感器的断面示意图，如图4所示，该第三实施例所提供的图像传感器与图1中示出的第一实施例的图像传感器的区别在于：第三实施例的图形传感器还包括第二光源3，该第二光源3设置在第二基板211的第一侧，其中，第二基板211的第一侧为朝向第二基板211的第二面的一侧，第二基板211的第二面背向传输通道27。其中，第二光源3的透光板与图像传感器的带电电极基板211共用，由于图像传感器要接收外置的第二光源3的透过光的图像，因此本实施例中的第二基板211也是采用透明的玻璃板构成，在玻璃板上制作透明的带电电极212，与图像传感器侧的透明的第一基板15(即，检测电极基板)及检测电极221构成图像传感器中进行厚度检测的两个电极。在该实施例中，同样可以根据对所读取的待检测物品的图像的要求，将第一光源11设置为包括第一子光源11a和第二子光源11b，这两个子光源可以相同，也可以不同，达到适应不同待检测物品的要求。图5是根据本发明第四实施例的图像传感器的断面示意图，如图5所示，该第四实施例所提供的图像传感器与图1中示出的第一实施例的图像传感器的区别在于：检测端22包括第三基板222和感应电极221，其中，第三基板222与第一基板15位于同一水平面，感应电极221设置在第三基板222的第一面上，第三基板222的第一面为朝向或背向传输通道27的面，图5中示意性示出了感应电极221设置在第三基板222朝向传输通道27的一面上。通过单独设置第三基板222，实现了将进行厚度检测的第二检测部2单独置于进行图像扫描的第一检测部1的上部的一侧，使原稿(或待测物品4)先经过图像读取的位置，再进行进度检测通道(或相反的顺序)，使原稿在传输过程中，图像的读取与厚度的测量互不影响，即不增大体积，也减小了相互之间的干扰，使图像的读取质量及膜厚的测量精度都得到了提高。同时检出回路25置于图像传感器的传感器基板4之内，减少了外界的噪音对检出回路的干扰，简化了主机对两个传感器的控制及信号传输，也减小了信号传输过程中的噪音及干扰，提高了检测质量。在该实施例中，同样可以根据对所读取的待检测物品的图像的要求，将第一光源11设置为包括第一子光源11a和第二子光源11b，这两个子光源可以相同，也可以不同，达到适应不同待检测物品的要求。图6是根据本发明第五实施例的图像传感器的断面示意图，如图6所示，该第五实施例所提供的图像传感器与图1中示出的第一实施例的图像传感器的区别在于：第二基板211第一面的面积小于或等于第一基板15第一面的面积。此种结构的图像传感器，同样实现了将进行厚度检测的第二检测部2独立于进行图像扫描的第一检测部1，使原稿在传输过程中，图像的读取与厚度的测量互不影响，即不增大体积，也减小了相互之间的干扰，使图像的读取质量及膜厚的测量精度都得到了提高。并且，在第一检测部1和第二检测部2相互独立的情况下，又维持检测电极基板与图像扫描透明玻璃板的共用，可以更加减小图像传感器的体积，制作过程也更加方便，主品结构也相对稳定，有利于规模化生产。根据本发明实施例，还提供了一种利用上述实施例所提供的图像传感器进行图像扫描和厚度检测方法，该图像扫描和厚度检测方法主要通过检测待检测物品经过传输通道过程中检测电极的感应电信号，来计算待检测物品的厚度，并在待检测物品经过传输通道过程中进行图像扫描，其中，传输通道即是本发明实施例上述内容所提供的图像传感器的传输通道。利用本发明实施例上述内容所提供的图像传感器，实现了提供一种将膜厚传感器与图像传感器一体化的测量装置，或者说是一种带有膜厚检测功能的图像读取传感器，用以对在线连续高速运转条件下平面薄片状等物品的厚度及图像同时进行高精度的检测，以满足金融、化工、纺织、造纸、印刷、保险等行业对于高精度厚度测量及图像读取的需求。显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。