KR100607231B1 - 스캐너용 회절 광학렌즈 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스캐너의 광학계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광학렌즈로부터 입력되는 광원을 회절 광학렌즈 모듈을 통하여 CCD 소자에 전달하는 장치에 관한 것이다.
본 발명의 스캐너용 회절 광학렌즈 모듈은 원고에 광원을 제공하는 램프; 상기 램프를 조사하여 원고에 반사된 광원을 취득하는 플라스틱 비구면 렌즈; 소정 갯수의 상기 비구면 렌즈를 가로방향으로 배치하여 각각의 광원을 집광하는 DOE 렌즈 어레이부; 및 상기 DOE 렌즈 어레이부에서 집광된 광원을 CCD 소자로 전달하는 회절 프리즘;으로 구성된 것에 기술적 특징이 있다.
따라서, 본 발명은 미러를 이용하여 광원을 CCD센서에 전달하는 시스템에서 회절형 프리즘을 통하여 광로를 설계하는 기술로서 여러장의 미러를 설치하는 대신 하나의 회절형 프리즘에 결상렌즈인 DOE 렌즈어레이를 일체시켜 원고의 크기에 상관없이 초점거리를 일정하게 유지시켜 줄 수 있으며, 광로의 소형화로 소형 스캐너의 개발이 가능하게 된다. 회절 광학렌즈 모듈 장치를 모듈화하여 원고의 크기에 맞게 모듈을 조합하여 사용할 수 있어 스캐너 개발시 광학계의 설계가 용이하며, 저렴하게 구현할 수 있는 효과가 있다.
광학렌즈, 스캐너, CCD 소자, 회절, 프리즘

Description

스캐너용 회절 광학렌즈 모듈 {Diffractive optic lens module for scanner}
도 1은 종래기술에 의한 광학계의 구조와 이미지를 획득하는 과정을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 종래기술에 의한 광원전달 경로를 나타낸 흐름도이다.
도 3은 종래기술에 의한 CCD 렌즈 블록의 회전 좌표계이다.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명에 의한 회절형 프리즘과 렌즈 어레이 모듈의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 DOE 렌즈 어레이의 상세도이다.
도 6는 본 발명에 의한 광원전달 경로를 나타낸 흐름도이다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명에 의한 회절 프리즘의 구조도이다.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명에 의한 회절 프리즘의 금형구조도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
400,500 : 램프 410,510 : 플라스틱 비구면 렌즈
420,530 : 렌즈 어레이 430 : 회절형 프리즘
440 : CCD 520 : 렌즈 프레임
본 발명은 스캐너의 광학계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광학렌즈로부터 입력되는 광원을 회절 광학렌즈 모듈을 통하여 CCD 소자에 전달하는 장치에 관한 것이다.
도 1은 종래기술에 의한 광학계의 구조와 이미지를 획득하는 과정을 나타내는 블럭도이다. 기존의 스캐너용 광학렌즈 모듈은 원고 독취 유닛내의 결상 유닛인 CCD 렌즈 블록은 광원, 미러, 결상렌즈, CCD(Charge-Coupled Device : 고체촬영소자)와 이것들을 고정하는 구조체로 구성되어 있다.
기존의 원고 독취 유닛은 스케일(20), 접촉유리(30), 제1캐리지(60), 제2캐리지(90), 결상렌즈(100)와 촬영소자인 CCD(110) 및 구동부와 화상처리부로 구성되어 있다. CCD(110)에는 라인형을 사용하기 때문에, 원고(10)를 독취할 때에, 제1캐리지(60) 및 제2캐리지(90)가 원고면으로부터 CCD(110)까지의 광학적인 거리를 일정하게 유지하면서 주사한다, 이 주사시에 제1캐리지(60)내에 있는 광원(40)으로부터 조명된 원고(10)의 반사광이 제1캐리지(60)내에 있는 제1미러(50)와 제2캐리지(90)내에 있는 제2미러(70) 및 제3미러(80)를 통해서 결상렌즈(100)로부터 CCD상에 결상시킨다. 이 상을 CCD(110)에서 광전 변환하고, 그 데이터를 화상처리부에서 디지털 신호로 변환한다.
원고 독취부에서 원고(10)를 정확히 독취하려면 유닛내의 광학 소자인 접촉 유리(30), 제1미러(50), 제2미러(70), 제3미러(80), 결상렌즈 및 CCD(110)를 소정의 위치에 배치하는 것이 필요하다. 이 때, 제1캐리지(60) 등의 CCD 렌즈 블록(120) 이외의 부품은 부품 정도로 필요 위치를 맞추고, CCD 렌즈 블록(120)에서는 원고에 대한 결상렌즈(100)와 CCD(110)의 위치를 소정의 배율로 또한 공역관계의 위치로 미러를 조정해서 이것을 원고 독취 유닛내에 소정의 위치에 조립한다.
도 2는 종래기술에 의한 광원전달 경로를 나타낸 흐름도이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 광원전달 경로는 광원을 제공하는 램프에서 빛을 발생하면(S10), 스캔하고자 하는 원고에 반사되어(S20), 순차적으로 제1미러, 제2미러 및 제3미러를 통하여 전달되고(S30, S40, S50), 원고에서 반사된 광원을 결상렌즈에서 집광한다(S60). 최종적으로 상기 결상렌즈와 연결된 CCD 소자로 보낸다(S70).
도 3은 종래기술에 의한 CCD 렌즈 블록의 회전 좌표계이다. 도 3에 도시한 바와 같이, CCD 렌즈 블록의 회전 좌표계를 정하는 경우 CCD(320)의 위치 조정 방향은 X, Y, Z, β, γ의 5 축이다. 여기에서 α축에 대해서는 CCD(320)의 위치에서 벗어난 양이 화상에 미치는 영향은 다른 축에 비해서 충분히 작다. 600 dpi 대응 스캐너의 경우 결상렌즈(310)에 대한 CCD의 상대적인 위치 정도는 각 축에 따라 다르지만 가정 엄밀한 축에서는 수 μm 정도가 요구된다.
종래의 스캐너용 광학계 시스템의 구조에서는 원고와 CCD소자에 광원을 취득하기 위해서는 여러 개의 미러 및 캐리지가 요구되고 있다. 이는 원고의 크기가 커짐에 따라 원고의 이미지를 취득하기 위해 요구되는 초점거리도 커진다. 따라서 원 고와 CCD소자 사이의 거리가 길어지는 단점을 가지고 있으며, 스캐너의 크기는 용지 크기에 따라 커진다. 또한 광학계를 설계하기 위한 미러의 위치 설계 등의 기술적인 어려움과 미러를 배치하기 위한 캐리지 등의 부가적인 장비들을 추가적으로 설치해야 되고, 제작 및 설치비용이 많이 드는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 용지의 크기에 상관없이 소형 스캐너의 제작이 가능하고, 회절 광학 렌즈 모듈을 이용하여 원고와 CCD소자에 광원을 직접 전달하는 장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 원고에 광원을 제공하는 램프; 상기 램프를 조사하여 원고에 반사된 광원을 취득하는 플라스틱 비구면 렌즈; 소정 갯수의 상기 비구면 렌즈를 가로방향으로 배치하여 각각의 광원을 집광하는 DOE 렌즈 어레이부; 및 상기 DOE 렌즈 어레이부에서 집광된 광원을 CCD 소자로 전달하는 회절 프리즘;로 구성된 스캐너용 회절 광학렌즈 모듈에 의해 달성된다.
기존방식은 CCD 소자를 이용하여 초소형의 스캐너를 구성하는 데에는 미러와 결상렌즈 때문에 어려움이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 본 발명은 프리즘의 원리를 이용하여 원고와 CCD 사이의 거리를 획기적으로 줄이고, 미러와 결상렌 즈의 사용으로 인하여 결상에 영향을 미치는 요소를 최소화할 수 있는 광학 시스템을 개시한다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명에 의한 회절형 프리즘과 렌즈 어레이 모듈의 단면도이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 원고에 광원을 제공하는 램프(400), 상기 램프(400)를 조사하여 원고에 반사된 광원을 취득하는 플라스틱 비구면 렌즈(410), 소정 갯수의 상기 플라스틱 비구면 렌즈(410)를 가로방향으로 배치하여 각각의 광원을 집광하는 DOE 렌즈 어레이부(420), 및 상기 DOE 렌즈 어레이부(420)에서 집광된 광원을 CCD(440) 소자로 전달하는 회절 프리즘(430)으로 구성되어 있다. 상기 램프(400)는 할로겐 램프를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
회절 광학렌즈 모듈은 도 4b에 도시된 바와 같이, 모듈 형태로 구성되어 있기 때문에 용지의 크기에 맞게 모듈을 조립하여 다양한 형태의 용지를 스캔하는 장치에 사용되어 질 수 있다. 따라서, 용지의 크기에 상관없이 소형의 스캐너를 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명에 의한 DOE 렌즈 어레이의 상세도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 렌즈 어레이는 플라스틱 비구면 렌즈(510)를 이용하여 어레이 형태로 배치하는 렌즈 프레임(520)을 설계한다. 램프(500)를 통하여 빛이 발생하면 원고에서 반사된 광원을 렌즈 어레이부에서 광원을 집광한다. 상기 램프(500)는 원고에 광원을 제공하는 램프로 빛의 발생역할을 수행하며, 상기 플라스틱 비구면 렌즈(510)는 램프에서 발생한 광원이 원고에 반사되어 CCD 이미지 센서에 보내지게 광원을 집광한다.
도 6는 본 발명에 의한 광원전달 경로를 나타낸 흐름도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 광원전달 경로는 광원을 제공하는 램프에서 빛을 발생하면(S600), 스캔하고자 하는 원고에 반사되어(S610), 렌즈 어레이를 통하여 원고에서 반사된 광원을 집광한다(S620). 상기 렌즈 어레이에 연결된 회절 프리즘에 광원을 전달하고(S630), 최종적으로 CCD 소자로 보내지게 된다(S640).
도 7a 내지 도 7b는 본 발명에 의한 회절 프리즘의 구조도이다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 몰드 금형을 이용하여 플라스틱 광로를 설계하여 사출성형으로 생산하고 광원의 흡수를 최소화하기 위해 플라스틱 광로내에 코팅을 위하여 코팅제에 하이브리드용 고분자 수지를 혼합하여 저광손실과 빛의 굴절 특성을 이용하여 제작한다. 이때 코팅제는 TiO2 를 사용하는 것이 바람직하다. 도 7b는 사출성형된 회절 프리즘을 나타낸 것이다.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명에 의한 회절 프리즘의 금형구조도이다. 도시된 바와 같이, 회절 프리즘의 금형 구조는 원통형 프리즘을 성형하기 위하여 상부 코어(810),하부 코어(820)로 각각 1/2로 분할된 금형구조로 설계되었다. 광로 이외의 영역은 고분자 수지를 사출성형하는 구조로 설계된다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설 명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
본 발명은 미러를 이용하여 광원을 CCD센서에 전달하는 시스템에서 회절형 프리즘을 통하여 광로를 설계하는 기술로서 여러장의 미러를 설치하는 대신 하나의 회절형 프리즘에 결상렌즈인 DOE 렌즈어레이를 일체시켜 원고의 크기에 상관없이 초점거리를 일정하게 유지시켜 줄 수 있으며, 광로의 소형화로 소형 스캐너의 개발이 가능하게 된다. 회절 광학렌즈 모듈 장치를 모듈화하여 원고의 크기에 맞게 모듈을 조합하여 사용할 수 있어 스캐너 개발시 광학계의 설계가 용이하며, 저렴하게 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 스캐너용 회절 광학렌즈 모듈 장치에 있어서,
    원고에 광원을 제공하는 램프;
    상기 램프를 조사하여 원고에 반사된 광원을 취득하는 플라스틱 비구면 렌즈;
    소정 갯수의 상기 비구면 렌즈를 가로방향으로 배치하여 각각의 광원을 집광하는 DOE 렌즈 어레이부; 및
    상기 DOE 렌즈 어레이부에서 집광된 광원을 CCD 소자로 전달하는 회절 프리즘;
    을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스캐너용 회절 광학렌즈 모듈 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회절 프리즘은 플라스틱 수지로 사출성형하는 것을 특징으로 하는 스캐너용 회절 광학렌즈 모듈 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 회절 프리즘의 광로 영역은 코팅제와 하이브리드 고분자 수지를 혼합하 는 것을 특징으로 하는 스캐너용 회절 광학렌즈 모듈 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 코팅제는 TiO2 인 것을 특징으로 하는 스캐너용 회절 광학렌즈 모듈 장치.
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