CN1306311C - 一种扫描模块与方法 - Google Patents

Abstract

一种扫描模块，可将照明与成像的光路合为一共同光路以缩小体积，并由偏振片进行滤光以增进扫描影像的品质，且可达到“投影扫描式”的数字相机效果。扫描模块包括：光源、第一偏振片、四分之一波片、偏振分光片、影像感测装置和第二偏振片。光源发出的光包含第一偏振和一第二偏振的偏振光，第一偏振片设置于光源前并且只能通过第一偏振光。光学单元使第一偏振光照在一欲扫描的对象处，并包括有一旋转镜片，改变该第一偏振光入射角度而改变扫描范围。光学单元将反射光转换为第二偏振光入射至影像感测装置以获得该对象的影像。第二偏振片设置在光学单元和影像感测装置之间，且其只允许第二偏振光通过，因此可隔绝该光源对该影像感测装置的影响。

Description

一种扫描模块与方法

技术领域

本发明涉及一种扫描模块与方法，特别是一种将照明与成像的光路合为一共同光路以缩小体积的扫描模块，并由偏振片进行滤光以增进扫描影像的品质，且进一步可达到类似数字相机的投影式扫描效果。

背景技术

电子化的社会已经在日新月异的科技发展下强力且快速的来临。近五年来，在每年的计算机展、电子化大展等的内容里，可以非常明确地体会到每个展览皆较前一个展览技术更新、价格更便宜、使用更方便。因为上述的原因，即造成前述加速整个社会电子化的速度。

即因为电子产品的科技进化已到了几乎是人人皆会使用的程度，所以才会在近几年间无论在生活或是工作上，都可以利用这些科技结晶达到极高的生活水准。以影像电子化而言，目前普遍有两种方式，一为利用数字相机将实务电子化，一为利用扫描仪将现有的影像经扫描后电子化。综观而论，数字相机与扫描仪各有其不同的应用而并行不悖的。

然而，请参考图1A与图1B，传统的扫描仪在体积与耗能上仍然有可以发展的空间。如图1A所示的一现有技术的立体图式。一扫描仪11大概包括一扫描仪本体15、一光学照明模块12、一文件承载透镜13、二导杆14、一电源供应器16与一光罩17。该光学照明模块12是一长条型，内有一长条型光源121。该电源供应器16供应光学照明模块12的电力，且由该二导杆14的导引，造成对该文件承载透镜13上的待扫描文件(图中未示)进行影像的扫描。该光罩17在扫描进行时覆盖在文件承载透镜13上，除可以固定待扫描文件外，亦可以防止扫描时有杂光进入扫描范围而影响清晰度与对比度。请参阅图1B所示的现有技术的侧视图。光学照明模块12中的一光源121发出光路，照射在文件承载透镜13上的待测文件后，再反射至光学照明模块12的一第一反射镜151、第二反射镜153、第三反射镜155，最后经由一透镜157而至一CCD159。光学引擎12可以自图的左方移动至图的右方，以进行对文件的扫描。然而，就以上所述，得知习用技术中因为光学引擎12形状成长方体状、且CCD159是为一“线性”影像提取模块，因此需要驱动使光学照明模块12连同CCD159由文件承载透镜13的最左侧移动至最右侧，以便提取整个“平面”的影像。相对地在该扫描仪本体15的内部会需要较大的空间，尤其以长、宽、高中的高方面的尺寸，因为长与宽的尺寸是为配合各种不同的扫描尺寸，所以十分地占空间。尤其，该光源121(通常是荧光灯管)的长度必须与文件承载透镜13的横向宽度相同，过大过长的光源121不仅占空间且更耗电。

在图1A与图1B所示的实施例中，光源121发出的光照射到文件承载透镜13，再反射至第一反射镜151、第二反射镜153、第三反射镜155，最后至透镜157与CCD159。在这段光程中，或许因为遮光机构的设计不良，将使部分光源121所发出的光直接散射至CCD159，而影响到该反射影像光最后进入CCD159中的品质，进而影响到输出的影像品质。因此，如何设计将反射光中的杂质去除，以得到纯化的光质，将是本发明另一个探讨的重点。

此外，由于所有习用的扫描仪均采用固定光程长的光学设计方式，也就是各反射镜、透镜与CCD的位置均固定，因此也只能扫描固定尺寸的待扫描原稿，例如A4、A3或其它尺寸等等，且那些待扫描原稿必须能够被平躺放置该文件承载透镜13上才有可能进行扫描。习用技术的扫描仪并不能由变更扫描焦距(也就是改变光程长)的方式来进行扫描。而如何在现有光学扫描仪与光学组件设计的技术下，由可变焦距的光学路径设计，来达到类似数字相机的“投影式扫描”，将更为本发明的再另一个探讨重点。

发明内容

本发明的第一目的是提供一扫描模块及方法，可以使用较低成本线性扫描模块以“投影式扫描”的方式扫描较大的范围，进而达到类似数字相机的功效。

附加地，本发明的另一目的是提供一扫描模块及方法，以较小的功率消耗量与较小的体积进行扫描。

附加地，本发明的又一目的是提供一扫描模块及方法，以特殊的滤光设计将扫描后的反射光进行过滤与纯化的处理，以增加扫描后影像输出的效果。

本发明的上述目的是这样实现的，一种扫描模块，包括：

一光源，产生双偏振光，该双偏振光光束具有相差二分之一相位的一第一偏振光和一第二偏振光；

一第一偏振片，设置于该光源前并且只能通过第一偏振光；

一光学单元，使第一偏振光照在一欲扫描的对象处以产生该对象的反射光，并且将该反射光转换为第二偏振光后入射至一影像感测装置，其中该光学单元包括有一旋转镜片，设置在该第一偏振光的光学路径上，改变该第一偏振光入射角度，使得该第一偏振光射向随着入射角度变化而改变影像扫描范围，以便使用线性影像感测装置来提取该对象的面扫描影像；

影像感测装置，接收该第二偏振光，以获得该对象的影像；

一第二偏振片，设置在该光学单元和该影像感测装置之间，该第二偏振片只允许第二偏振光通过；

其中，该影像感测装置由第一及第二偏振片，隔绝该光源对该影像感测装置的影响。

下面结合附图以具体实例对本实用新型进行详细说明。

附图说明

图1A是一现有技术的立体图式；

图1B是该现有技术的侧视图；

图2是本发明的扫描模块的第一较佳实施例；

图3是本发明的扫描模块的第二较佳实施例；

图4是本发明的扫描模块的第三较佳实施例；

图5是本发明的扫描模块的第四较佳实施例；

图6A是本发明的光源第一较佳实施例上视图；

图6B是本发明的光源第一较佳实施例侧视图；

图7是本发明的光源第二较佳实施例侧视图；

图8是本发明的方法流程图；

图9是为图4的第三较佳实施例立体示意图式；

图10是本发明的扫描模块的第五较佳实施例。

附图标记说明：11扫描仪；12光学引擎；121光源；13文件承载透镜；14-导杆；15-扫描仪本体；151-第一反射镜；153-第二反射镜；155-第三反射镜；157-透镜；159-CCD；16-电源供应器；17-光罩；21-光源；22-第一偏振片；23-透镜；24-四分之一波片；25-反射镜；25a、25b-旋转反射镜；26-待扫描对象；27-第二偏振片；28-影像感测装置；29-光学单元；31-LED晶粒模块；311-LED晶粒丛；313-LED晶粒座；315-外壳；41-LED晶粒改良模块；411-LED晶粒丛；413-LED晶粒座；415-外壳；417-灯罩；91-光源；911-隔离罩；912-开口；92-影像感测装置；93-透镜单元；94-反射镜；95-对象；96-第一光学路径；97-第二光学路径；步骤81～步骤84-本发明方法的步骤。

具体实施方式

请参阅图2所示的本发明的扫描模块的第一较佳实施例。该扫描模块包括：一光源21、一第一偏振片22、一光学单元29、一反射镜25、一影像感测装置28和一第二偏振片27。光源21(在此较佳实施例中，光源21其是由复数个LED(发光二极管)组合成一线型光源，但亦可是其它线型光源)，光源21可以产生一双偏振光，双偏振光具有一第一偏振和一第二偏振的光，其中第一偏振光为P偏振光、S偏振光其中之一，第二偏振光也为P偏振光、S偏振光其中之一而且第一及第二偏振光相差二分之一相位。

第一偏振片22设置于光源21前且只允许第一偏振光通过，当双偏振光通过第一偏振片22时，此时第二偏振光将被隔绝，只允许第一偏振光通过，第一偏振片22为P偏振或S偏振的平板型Polarize beam splitter或是P偏振或S偏振的棱镜型Polarize beam splitter其中之一。光学单元29使第一偏振光照在一欲扫描的对象26处，并且将反射光转换为第二偏振光入射至影像感测装置28。光学单元29由一透镜23和一四分之一波片24所组成，两者皆设置在第一偏振光的光学路径上，透镜23可将第一偏振光聚集在一欲扫描的对象26，四分之一波片24可以将通过的光线位移四分之一相位。

影像感测装置28接收第二偏振光，以获得对象26的影像。第二偏振片27设置在光学单元29和影像感测装置28之间，第二偏振片27只允许第二偏振光通过，第二偏振片27为P偏振或S偏振的平板型Polarize beam splitter或是P偏振或S偏振的棱镜型Polarize beam splitter其中之一。

在此较佳实施例，定义第一偏振光为S偏振光，第二偏振光为P偏振光，然而亦可将第一偏振光定义为P偏振光，第二偏振光定义为S偏振光。本发明的扫描模块作动时，光源21发出含有P偏振光和S偏振光的光束，光束先穿透过第一偏振片22，由第一偏振片22的偏光特性，会将P偏振光滤除，仅剩S偏振光可通过第一偏振片22，而S偏振光通过透镜23，透镜23可使S偏振光聚焦并继续通过一四分之一波片24。当S偏振光通过该四分之一波片24时，S偏振光会经四分之一相位的转换，此处以S’代表。此处的透镜23与四分之一波片24其位置可互相调换，其达成的功效是相同的。然后，具S’偏振的光会继续前进至反射镜25，以改变光进行的方向至一待扫描对象26处。在攫取待扫描对象26的反射影像后，具有S’偏振与待扫描对象26反射影像的光会再次通过原四分之一波片24，因此，S偏振光总共会改变二分之一相位，转变为P偏振光，然后通过透镜23与第二偏振片27，进入影像感测装置28。此时进入影像感测装置28的光已经是单纯的P偏振光。利用上述的第一偏振片22和第二偏振片27的偏旋光性，使得影像感测装置28不会受到光源21所发出的散射光的影响，可以使得两者在有限的空间内可以设置在一起或是设置在邻近位置以达到节省空间的功效(亦即，光源21的尺寸大小可以缩小成跟影像感测装置28相同或类似尺寸)，亦可确保影像感测装置28不会受到光源21的影响。此外若是本发明的扫描模块实施于一扫描仪时(图未示)，光源21发光面积不需要配合扫描对象的尺寸，可以由透镜23的光学特性将光源投射范围放大，以达到缩小光源体积的功效，此外，经由第一偏振片22、四分之一波片24与第二偏振片27所过滤、变换相位的光，主要是将光中所含的噪声与不同的波长过滤与转换，因为这些噪声与不同的波长会影响扫描后影像输出的品质，尤其是第二偏振片27所作用的是仅容许P偏振光可以进入，其它的光波全部挡下，故具有纯化的作用。由此，本实施例可适用于工程上需要极高分辨率的领域。

请参阅图3所示的本发明的扫描模块的第二较佳实施例。扫描模块包括有：一光源21、一第一偏振片22、一光学单元29、一旋转反射镜25a、一影像感测装置28和一第二偏振片27。在此较佳实施例中与第一较佳实施例不同点在于此实施例中的旋转反射镜25a为可旋转的反射镜，设置在第一偏振光的光学路径上，且可受一驱动装置(图中未示)所驱动而以一适当速率做一旋转位移。使得第一偏振光入射至旋转反射镜25a的入射角随着旋转反射镜25a的旋转位移而改变，假设当旋转反射镜25a在Z1位置处时，第一偏振光经过四分之一波片24后，转换为S’偏振的光，入射角为θ1，由于在光学原理上，同一平面上反射角度为入射角度，所以S’偏振的光投射在X处，但是当旋转反射镜25a在Z2位置处时，入射角为θ2，S’偏振的光投射在对象Y处，随着旋转反射镜25a的位移，可以改变扫描位置，上述的动作原理可以达到由“线性”影像提取模块(例如常见于习用平台式光学扫描仪上的CCD等)来进行“面”的影像扫描工作，并增加扫描范围。因此，由本发明的独特设计，使用者将不需移动本发明的扫描模块，只需将扫描模块固定在某一定点位置，由驱动反射镜旋转便可进行位于另一特定位置上的待扫描对象26的影“面”像扫描工作，而是为一“投影式”的扫描效果。其它的作动原理则如同第一较佳实施例所述，在此不加以赘述。

请参阅图4所示的本发明的扫描模块的第三较佳实施例。扫描模块包括有：一光源21、一第一偏振片22、一透镜23、一四分之一波片24、一影像感测装置28和一第二偏振片27a。在此较佳实施例中与第一较佳实施例不同点在于此较佳实施例具有不同配置位置以及第二偏振片27a除了允许P偏振光通过外，亦可将S偏振光依照S偏振光的入射角度将其反射，使其通过透镜23和四分之一波片24至对象26处。在攫取待扫描对象26的影像后，反射的光会再次通过原四分之一波片24，此时由于S偏振光通过四分之一波片24两次，因此，S偏振光会改变二分之一相位，转变为P偏振光，然后通过透镜23与第二偏振片27，进入影像感测装置28，影像感测装置28即可获得对象的影像。相同地，于此实施例中，该影像感测装置28也可为一“线性”影像撤取模块，而反射镜25也可加装驱动装置使其旋转而扫描对象26的“面”影像。

请参阅图5所示的本发明的扫描模块的第四较佳实施例。扫描模块包括有：一光源21、一第一偏振片22、一光学单元29、一旋转反射镜25b、一影像感测装置28和一第二偏振片27。在此较佳实施例中与第二较佳实施例不同点在于该旋转反射镜25b为一六边形的反射镜面以及增加一校准透镜50。该旋转反射镜25b且以一适当速率做转动，使得第一偏振光入射至旋转反射镜25b的入射角随着旋转反射镜25b的位移而改变，以进行“面”的扫描。该校准透镜50用来校准旋转反射镜25b转动时入射角度的非线性，以达到较为线性的入射角度，以获取一大面积的扫描范围。由此种技术，可使本发明的扫描模块具有类似“数字摄影机(Digital Video)”的功能。亦即，该具有六边形反射镜面(亦即有六个镜面)的旋转反射镜25b，其每一镜面在旋转的过程中便会对某一特定的“面”进行扫描一次，并由影像感测装置28(可为一“线性”影像提取模块，例如一般平台式光学扫描仪常用的CCD)提取该“面”的影像。如此一来，当旋转反射镜25b以特定速率朝同一方向持续转动，例如每秒钟旋转三圈，则该影像感测装置28将每秒重复提取该“面”影像18次。如此便可获得该“面”的一动态的影像文件，故可作为“数字摄影机(Digital Video)”之用。相较于习用技术的“平台式光学扫描仪”仅能提取平面静态扫描影像、以及习用技术的“数字摄影机”必须使用高成本的“二维(面)影像提取模块”，本发明仅仅使用“线性”影像提取模块却可获得“数字摄影机”的动态摄影功能。

请参阅图6A所示的本发明的光源第一较佳实施例上视图。其中，一LED晶粒模块31包括一LED晶粒丛311、一LED晶粒座313(图中未示)与一外壳315。每一LED晶粒丛311由复数个LED所形成，以增加强亮度。且因为LED晶粒丛311的强度较一般光源为亮，故LED晶粒模块31的体积会较传统的光源小。图6B所示是本发明的光源第一较佳实施例侧视图。其中，每一个LED晶粒丛311皆植入LED晶粒座313中，以求固定，并有电性连接至电源(图中未示)。

请参阅图7所示的本发明的光源第二较佳实施例侧视图。本实施例是第一较佳实施例的改良结构，其中，除了一LED晶粒改良模块41包括一LED晶粒丛411、一LED晶粒座413、一外壳415，还包括一灯罩417。上述前三项组件其功能与第一较佳实施例的三组件相同，然该灯罩417是一具有聚光的作用的表面，因灯罩417的表面具有数个凸面镜平均分布在每一个LED晶粒丛411对应位置，以强化每一个LED晶粒丛所发出光的均匀效果。

请参阅图8所示的本发明的方法的步骤，包括：

步骤81：利用一光源发出光线，该光线含有相差二分之一相位的一第一偏振光和一第二偏振光(P偏振光和S偏振光)；

步骤82：以一偏振片滤除第二偏振光，仅剩第一偏振光；

步骤83：将第一偏振光投射至欲扫描的对象处，提取该对象的影像并且经一转换装置将第一偏振光投射转换成第二偏振光反射至一影像感测装置；

步骤84：影像感测装置接收第二偏振光以获取该对象的影像，而该影像成像装置是一电荷耦合装置或是一CMOS检测器。

其中，该转换装置利用一四分之一波片，让第一偏振光通过该四分之一波片投射至对象处，并且反射的光再次通过该四分之一波片，使得第一偏振光改变二分之一相位，转换成第二偏振光再送至影像感测装置。

请参阅图9所示图4的第三较佳实施例立体示意图式。经由第二偏光板27a可直接将光源反射至待扫描对象26且具有将偏振分离的特性，加上透镜23的聚焦与放大的作用，所攫取到的待扫描对象26的影像，不但分辨率高(是依据傅立叶光学理论；Fourier Optics Theory，相同几何光学架构下，偏振光的成像分辨率高于非偏振光的成像分辨率)，且可扫描的影像将不限于传统扫描的1∶1的比例；又因为偏振(即偏振分离)的效果，影像愈加纯化。本实施例可应用于扫描较大对象，其原理如同投影机般，可进行甚至三公尺以上距离的对象的影像扫描，且扫描尺寸不受限制，甚至可能大至数公尺长宽的尺寸(当然需有足够光源亮度与投影距离、或是在适当环境例如暗房等)，而此种“投影式扫描”确实是所有习用技术所不及的。

请参阅图10所示的本发明的扫描模块第五较佳实施例。扫描模块包括有：一光源91、一影像感测装置92、一透镜单元93和一反射镜95。光源91可产生光束并具有一隔离罩911以非封闭式环绕光源91的四周，隔离罩具911有一开口912，使得光束透过开口912以一第一光学路径96行进，且透镜单元93位于第一光学路径96上，并且将光束聚集和利用反射镜94将光束反射至欲扫描的对象95处，并且产生提取对象95影像的反射光，该反射光以一第二光学路径97行进。影像感测装置92设置在第二光学路径97上以接收该反射光，而获得对象95的影像。其中，影像感测装置92由该隔离罩911隔绝光源91对影像感测装置92的影响，因此不需偏振片与四分之一波片的设置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，不能以此限定本发明所实施的范围，凡依本发明权利要求所作的均等变化与修饰，皆应仍属于本发明专利涵盖的范围内。

Claims (8)

1、一种扫描模块，包括：

一光源，产生双偏振光，该双偏振光束具有相差二分之一相位的一第一偏振光和一第二偏振光；

一第一偏振片，设置于该光源前并且只能通过该第一偏振光；

一光学单元，使该第一偏振光照在一欲扫描的对象处以产生该对象的反射光，并且将该反射光转换为第二偏振光后入射至一影像感测装置，其中该光学单元包括有一旋转镜片，设置在该第一偏振光的光学路径上，改变该第一偏振光入射角度，使得该第一偏振光射向随着入射角度变化而改变影像扫描范围，以便使用线性影像感测装置来提取该对象的面扫描影像；

该影像感测装置，接收该第二偏振光，以获得该对象的影像；

一第二偏振片，设置在该光学单元和该影像感测装置之间，该第二偏振片只允许该第二偏振光通过；

其中，该影像感测装置由第一及第二偏振片，隔绝该光源对该影像感测装置的影响。

2、如权利要求1所述的扫描模块，其中，该光学单元包括有一透镜，设置在该第一偏振光的光学路径上，并且该光源由至少一个发光二极管组合而成。

3、如权利要求1所述的扫描模块，其中，该光学单元包括有一四分之一波片，设置在该第一偏振光的光学路径上，该四分之一波片将通过的光进行四分之一相位转换，并且，该反射光会再次通过该四分之一波片以成为该第二偏振光后再进入该影像感测装置。

4、如权利要求1所述的扫描模块，其中，该旋转镜片是一多边形的反射镜面，其可受驱动而朝一方向持续旋转，并由该影像感测装置对该对象进行动态影像提取。

5、如权利要求1所述的扫描模块，其中，该光源具有一隔离罩以非封闭式环绕该光源的四周，该隔离罩具有一开口，使得该光束透过该开口传播，该隔离罩也隔绝该光源对该影像感测装置的影响。

6、一种扫描方法，包括：

利用一光源发出光束，该光束含有相差二分之一相位的一第一偏振光和一第二偏振光；

以一偏振片滤除第二偏振光，仅剩第一偏振光；

将第一偏振光投射至欲扫描的对象处，以产生该对象的反射影像，并且经一转换装置将第一偏振光的反射影像转换成第二偏振光后入射至一影像感测装置，其中在第一偏振光的一光学路径上，设置有一旋转镜片，以改变该第一偏振光入射角度，使得该第一偏振光射向随着入射角度变化而改变影像扫描范围；以及

该影像感测装置接收第二偏振光以获取该对象的反射影像。

7、如权利要求6所述的方法，其中，该转换装置利用一四分之一波片，让第一偏振光通过该四分之一波片，使光位移四分之一相位后才投射至对象处，并且反射影像将再次通过该四分之一波片，之后才入射至影像感测装置。

8、如权利要求6所述的方法，其中，该光学单元还包括有一校准透镜，可以校正该旋转镜片的非线性，使得入射角度变化较为线性。

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