KR20090051495A - 선형 ｃｍｏｓ 영상센서를 구비한 광학 스캐닝 모듈 - Google Patents

Abstract

스캐너나 다기능 프린터에 적용되는 선형 CMOS 영상센서(선형 CMOSM)를 갖는 광학 스캐닝 모듈이 개시된다. 본 발명의 스캔모듈은, 광을 방사하는 광원, 반사경 그룹, 초점렌즈 그룹, 적어도 하나의 CMOS 영상센서 유닛과 하나의 A/D변환기를 갖는 선형 CMOS 영상센서부로 구성된다. 상기 광원으로는 냉음극 형광램프(CCFL), 크세논램프, 또는 선형 LED를 사용할 수 있다. 광원에서 방사된 광은 스캔 대상물에 조사되고, 스캔 대상물에서 반사된 광은 스캔광이 되어 반사경 그룹과 초점렌즈 그룹을 통과하여 선형 COMS 영상센서에 결상되어 전기신호로 변환된다. 선형 CMOS 영상센서부 내의 CMOS 영상센서 유닛에서의 A/D 변환에 의해, 신호는 USB 또는 LVDS 형식으로 전송된다. 따라서 높은 스캔속도, 낮은 왜곡, 깊은 초점심도, 간편한 전송의 요청이 달성될 수 있다.

스캐너, 프린터, CMOS, 영상센서, A/D변환기, 형광램프

Description

선형 ＣＭＯＳ 영상센서를 구비한 광학 스캐닝 모듈 {Optical Scanning Module with Linear CMOS Image Sensor}

본 발명은 영상화 시스템(imaging system)의 광학 스캐닝 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 이미지 스캐너나 다기능 프린터 등과 같은 영상화 시스템에 적용되는, 선형 CMOS 영상센서를 구비한 광학 스캐닝 모듈에 관한 것이다.

현재 이용되고 있는 이미지 스캐너, 프린터, 팩시밀리, 다기능 프린터(MPF) 등의 영상화 시스템(imaging system)에서는 대상물체에 광을 스캔하여 취득한 광학신호를 전기신호로 변환하여 다양한 분야에 응용하고 있다. 대부분의 영상화 시스템에는 광학 스캐닝 모듈이 포함되는데, 이 광학 스캐닝 모듈은 스캔 대상인 도형이나 문자에 광을 조사하는 내부 광원에 의해서 실행된다. 도형이나 문자로부터 반사된 광은 영상센서에 감지되어 전기신호로 변환된다. 광학 스캐닝 모듈의 영상센서에는 CCD(Charge Coupled Device)와 CIS(Contact Image Sensor)의 두 종류가 있다. 오랜 동안의 기술개발 및 발전에 힘입어 CCD의 신호대잡음(S/N)비가 감소되어 CCD의 스캔 품질이 CIS보다 더 우월해졌다. 그러나 CIS는 가격이 저렴하고 크기가 작으며 기동시간이 빨라서 소형장치에 적합하다. 기동시간이 짧은 이유는 조 정(adjustment) 및 웜업(warm-up)을 하지 않기 때문이다.

종래에 도 1과 같은 CCD형 광학 스캐닝 모듈(CCDM)(1)이 공지되어 있다. 최적의 효과를 얻기 위해서 광원(11)으로는 백색광을 내는 냉음극관 형광램프(CCFL)를 사용하는데, 여기서 방사되는 빛은 좁은 개구부(aperture)(도 1에 도시 안됨)를 통해 대상물(10)에 조사된다. 스캔 대상물에서 반사된 빛은 반사렌즈(12)와 초점형성 렌즈(13)를 통하여 CCD(16) 상에 영상을 형성한다. 사용자의 요구에 따라, CCD(16)는 고해상도, 중해상도, 저해상도 영상센서로 구현될 수 있다. CCD(16)의 길이는 스캔 대상물(10)(문서나 도형 등)의 폭보다 훨씬 짧기 때문에, 완전한 스캔을 위해서는 반사렌즈(12)와 초점형성 렌즈(13)에 의해서 영상이 축소되어야 한다. 광이 반사렌즈(12)와 초점형성 렌즈(13)를 통해서 A4사이즈의 대상물(10)에서 반사되어 CCD(16)에 도달하는 경우에는, 초점형성 렌즈(13)의 초점거리가 대략 1m 정도로 계산된다. 그런데, 주름지거나 말린 용지를 스캔하려면, 초점심도(DOF, depth of focus)가 큰 모듈을 사용하더라도 CCDM(1)의 크기가 커지게 된다. CCD(16)가 스캔 대상물(10)에 비하여 작으며 스캔 대상물(10)에 조사된 광이 CCD(16)에 결상되어야 하므로, 이 장치의 조립시에는 더 많은 조정단계를 거쳐야 한다. 또한, CCD(16)의 경우에는 매우 낮은 신호대잡음비 성능을 가지며, 일본공개특허 JP2006-067504 및 미국공개특허 US2004-263915에 개시된 선행기술과 같이 양질의 컬러 영상을 스캔할 수 있다.

CCD(16)에는 배열형 CCD와 선형 CCD의 두 종류가 있다. CCD(16)로 이루어지는 CCDM(1)의 가장 큰 단점은 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 전기장치가 추가로 필요하다는 것이다. 이를 영상 취득의 부가 기능(back-end function)이라 부르기로 한다. 이러한 전기장치는 도 3에 나타내었다. 예를 들어서, 저전압 미분신호전송(LVDS, low voltage differential signaling)이 데이터 전송형식으로 표준화되어 있다. 데이터를 이 형식으로 전송하는 경우에는, A/D변환/전송기(15)는 타이머(14), 송신기(emitter)(153), A/D변환 유닛(151) 및 LVDS전송 유닛(152)으로 구성된다. 타이머(14)의 컨트롤에 의해 CCD(16)에서 발생된 전자는 아날로그 신호 형태로 송신기(153)에 보내지고, A/D변환 유닛(151)은 이 아날로그신호를 디지털신호로 변환한다. 그 다음에, LVDS전송 유닛(152)은 디지털신호를 LVDS형식으로 전송한다. CCD(16)의 경우에는 이러한 부가 기능을 하나의 장치로 집적할 수 없기 때문에, 구조가 더 복잡해지며 신뢰성이 저하되고 가격이 상승하게 된다. 따라서 CCDM의 개발에는 어느 정도의 제약이 있게 된다.

도 2를 참조하면, CIS형 광학 스캐닝 모듈(2)에는 광원(21)이 포함된다. 대부분의 광원(21)은 LED로 이루어진 선형 광원이 사용된다. 선형 LED 광원(21)은 긴 인쇄회로기판에 LED칩을 일정한 거리로 배열하여서 제작한다. LED칩에서 방사된 광은 광가이드(도시 안됨)에서 굴절되어 균일한 광으로 분산되어 스캔 대상물(20)에 조사된다. 스캔 대상물(20)에 반사된 빛은 봉형 렌즈(22)를 통과해 CIS(23)에 상을 맺는다. CIS(23)는 스캔광을 전기신호로 변환한다. 이 전기신호는 타이머(24)와 A/D변환/전송부(25)에 의해서 디지털신호로서 출력된다. 도 4에 배열형 CSIM을 예로 들어 놨다. A/D변환/전송부(25)가 저전압 미분신호(LVDS) 형식으로 신호를 출력하는 경우에, 영상취득 기능에 부가적으로 필요한 기능(back-end function)을 수행 하는 구성요소로는 타이머(24), 수평 디코딩 유닛(232), 수직 디코딩 유닛(233), A/D변환 유닛(251) 및 LVDS 전송 유닛(253)이 필요하다. 타이머(24)는 A/D변환 유닛(251) 및 LVDS전송 유닛(253)을 통해, CIS(23) 수평신호를 변환하는 수평 디코딩 유닛(232)을 구동하는 타이밍신호를 발생한다. 수평신호는 LVDS 형식으로 변환되어 전송된다. 다음 번 타이밍신호에서, 타이머(24)에서 생성된 타이밍신호는, 수직 디코딩 유닛(233)이 수직신호를 LVDS 형식으로 변환하여 전송하도록 A/D변환 유닛(251) 및 LVDS전송 유닛(253)을 통해 수직 디코딩 유닛(233)를 구동한다. US2005/0145701, US7,166,827, US2003/0076552, US2007/0035785, US6,827,269에 개시된 선행기술을 참조하라.

봉형 렌즈(22)는 작은 직경의 방사형(radial) 그레디언트 인덱스(gradient index, GRIN) 렌즈(굴절률이 방사 방향에 따라 변화하는 렌즈)를 일렬로 배열하여 제작됨으로써 영상취득 기능을 갖게 되어 영상을 형성할 수 있게 된다. 봉형 렌즈(22)에 의해서 스캔 대상물의 도형이나 문자의 영상이 1:1로 CIS(23) 위에 형성된다. 이는, CIS(23)의 길이가 스캔 대상물(20)의 길이와 동일하다는 의미이다. 봉형 렌즈(22)의 장점은 광로 길이가 짧다는 것이고, 단점은 초점심도가 얕다는 것이다. 초점심도가 얕기 때문에 스캔 대상물(20)은 더 평평하고 굴곡이 없어야 하며, 스캐너의 소정 평면에 안착되어야 한다. 스캔 대상물이 주름지거나 말려있는 경우에는 주름진 부분이 검게 영상화될 것이다. 따라서 CIS의 경우에는 3차원 물체 스캔용 렌즈의 개발이 보다 더 어려워진다. 이에 대해서는 1) CN200620175613에 개시된 CCDM 또는 CSIM, 2) US6,111,244에 개시된 깊은 초점심도의 이미지스캔 장치를 참조하라(이들 두 특허는 모두 양호한 초점심도를 얻기 위하여 렌즈와 반사경을 이용하여 스캔광을 CIS(23)에 형성함).

한편, CIS(23)는 일반적인 CMOS 논리프로세스에 의해 제작 가능하다. 따라서 배열형 CMOS(면감응 CMOS)와 선형 CMOS가 제작된다. 소형 카메라의 영상캡쳐 모듈에는 보통, 배열형 CMOS가 사용되는 것이 일반적이다. 영상캡쳐 장치에 적용되는 배열형 CMOS를 개시하고 있는 US2007/0024926, US2007/0045510 및 TW00490977을 참조하라. 또, US7,113,215, US2005/0145701 및 US2003/0146994에는 영상센서에 적용되는 CMOS 관련기술이 개시되어 있다. 그러나 이 경우에도 A/D변환기 및 전송이기가 신호전송을 위해서 여전히 필요하다. US2002/0096623에는 선형 CMOS가 개시되어 있고, US2002/0096625에는 선형 CMOS의 데이터 전송에 대해서 개시되어 있다. 이와 같이, 영상 감지에 선형 CMOS가 사용된다.

선형 CMOS에서는 광학센서가 일렬로만 배치되어 있기 때문에 선형 CMOS의 속도가 배열형 CMOS의 속도보다 빠르다. 또한 선형 CMOS의 전력소모가 더 적기 때문에 휴대용 전자기기에 적용하기에 용이해진다. 따라서 낮은 전력소모, 높은 스캔 속도, 신호전송의 편리성 등이 필요한 광학 스캐닝 모듈의 개발이 필요해진다.

또한, 영상스캔 후에 다른 기기로 간편하게 고속으로 전송하는 다기능 프린터(MPF)의 요구사항을 충족하기 위하여, 그리고 부가 장치인 A/D변환기, DSP(digital signal processor), 인코더, 인터페이스 등이 집적된 SOC(system on chip)와 같은 보다 통합적인 전송인터페이스를 제공하기 위하여, 간편하고 용이하고 높은 신뢰성을 갖는 선형 CMOS를 위한 전송방식을 개발할 필요가 있다.

스캔 데이터의 전송에 있어서, 종래의 선형 CCDM의 단점은 높은 비용과 낮은 신뢰성이었다. CMOS에 비교할 때 CISM은 초점심도가 얕고, S/N비가 낮으며, A/D변환기와 함께 다른 전송장치가 추가로 필요하였다. 따라서 본 발명의 주요 목적은 광을 방사하는 광원, 반사경 그룹, 초점렌즈 그룹, 적어도 하나의 CMOS 영상센서 유닛을 갖는 선형 CMOS 영상센서부로 구성되는 선형 CMOS 영상센서(선형 CMOSM)를 갖는 광학 스캐닝 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른, 선형 CMOS 영상센서(선형 CMOSM)를 갖는 광학 스캐닝 모듈은, 광을 방사하는 광원, 반사경 그룹, 초점렌즈 그룹, 적어도 하나의 CMOS 영상센서 유닛을 갖는 선형 CMOS 영상센서부로 구성된다. 상기 광원으로는 냉음극 형광램프(CCFL), 크세논램프, 또는 선형 LED를 사용할 수 있다. 광원에서 방사된 광은 스캔 대상물에 조사되고, 스캔 대상물에서 반사된 광은 스캔광(scanning light)이 되어 반사경 그룹과 초점렌즈 그룹을 통과하여 선형 COMS 영상센서에 결상되어 전기신호로 변환된다. 선형 CMOS 영상센서부 내의 CMOS 영상센서 유닛에서의 A/D 변환에 의해, 신호는 USB 또는 LVDS 형식으로 전송된다. 따라서 높은 스캔속도, 낮은 왜곡, 깊은 초점심도, 간편한 전송의 요청이 달성될 수 있다.

종래의 CCDM이나 CISM과 비교해 볼 때, 선형 CMOS 영상센서부(34)와 광학소 자로 이루어지는 본 발명의 선형 CMOSM(3)은 다음과 같은 장점을 갖는다.

<1> 종래의 CISM과 비교할 때, 본 발명의 선형 CMOSM(3)의 경우에는 비용 절감, 소형화, 고해상도, 적은 영상 왜곡, 높은 생산성 및 높은 스캔 신뢰도의 효과를 갖게 된다.

<2> 종래의 CISM과 비교해 볼 때, 본 발명의 선형 CMOSM(3)은 전기신호의 전송 성능이 더 좋다. 또한 선형 CMOSM(3)에 사용할 광원의 종류에 제약이 없어서, 유저의 요구에 따라서 다양한 광원을 사용할 수 있게 된다.

<3> 봉형 렌즈를 갖는 종래의 CISM에 있어서는 스캔광이 스캔 대상물에서 반사되어 봉형 렌즈를 통과해서 CIS 영상센서(도 2)에 영상을 형성할 때에, 종래의 CISM에서는 초점심도(DOF, depth of focus) 효과가 없었지만, 본 발명에 따른 CMOSM(3)의 경우에는 초점심도 효과를 얻을 수 있다.

<4> 종래의 CISM에서는, 선형 LED를 광원으로 사용할 경우에는 광가이드판이 필요하였다(광가이드판은, 스캔 대상물에 균일하게 광을 조사하기 위하여 LED 광을 굴절시켜서 균일한 조도의 광원으로 만들기 위한 역할을 함). 그러나 광가이드판을 사용하게 되면 LED 광원에 영향을 주게 된다. 즉, 광가이드판을 통과한 광의 조도가 감소되어 스캐닝 속도에 나쁜 영향을 미치게 된다. 스캔속도를 증가시키려면 LED 광원의 조도(출력)를 올려야만 하였다. 이 때에는 열이 더 많이 발생하게 되고, 종래 CISM의 적용시에 문제점을 일으키게 된다. 그러나 본 발명의 선형 CMOSM(3)의 경우에는 반사경 그룹과 초점렌즈 그룹을 사용하여 선형 CMOS 영상센서부(34)에 영상을 형성함에 의해 광을 최대한으로 이용할 수 있게 된다. 따라서 종 래 CISM의 광가이드판이 필요없게 된다. 본 발명에 따르면 광원의 효율을 향상시킬 뿐만 아니라, 스캔속도도 향상시킬 수 있는 것이다.

제1실시예

도 5를 참조하면, 선형 CMOS 영상센서를 채용한 광학 스캐닝 모듈(선형 CMOSM)(3)이 스캐너에 적용되어 있다. 스캔 대상물(30)은 A4 사이즈의 문서이며 스캐너의 유리판 위에 놓여 있다. 본 발명에 따른 선형 CMOSM(3)은 스캐너 내부에 설치되는데, 선형 CMOSM(3)에는 스캔 대상물(30)에 광(311)을 조사하는 냉음극 형광램프(CCFL)로 구성되는 광원(31)이 포함된다. 스캔 대상물(30)에서 반사된 광을 스캔광(scanning light)(312)이라 하기로 한다. 반사경 그룹(32)에는 적어도 하나의 반사경이 포함된다. 본 실시예에서 반사경 그룹(32)은 제1초점렌즈(321), 제2초점렌즈(322), 제3초점렌즈(323)로 구성된다. 스캔광(312)은 일차로 제1초점렌즈(321)를 향해 방사되어 차례대로, 제1초점렌즈(321), 제2초점렌즈(322), 제3초점렌즈(323)에서 반사된다.

반사경그룹(32)의 배치에 의해서 소정의 광경로를 특정 제한 영역 내에 구성할 수 있다. 따라서 선형 CMOSM(3)의 크기가 작아진다. 또한 반사경 그룹(32)에서 반사된 스캔광(312)은 초점렌즈 그룹(33)으로 입사된다. 이 초점렌즈 그룹(33)은 적어도 하나의 초점렌즈 또는 서로 다른 초점을 갖는 다수의 초점렌즈로 이루어진다. 본 실시예에서는 초점렌즈 그룹(33)을 세 개의 초점렌즈(유리렌즈 두 개, 플라스틱 렌즈 한 개)로 구성하였다. 해상도가 600dpi인 경우에 스캔광(312)에 대한 반 사경 그룹(33)의 초점비는 8x~10x가 된다. 초점렌즈 그룹(33)에 의해서, 스캔광의 길이가 짧아지게 되며, 또한 수차 보정된 영상이 선형 CMOS 영상센서부(34)에 형성된다. 따라서 형성된 영상의 길이는 A4 문서의 폭보다 짧아지면서도 해상도가 저하되지 않는다. 선형 CMOS 영상센서부(34)는 영상 형성 후에 스캔광(312)을 전기신호로 변환한다.

도 6을 참조하며, 선형 CMOS 영상센서부(34)에는 선형 CMOS 영상센서 유닛(341), 타이밍신호 발생 유닛(342), A/D변환기(343), LVDS 전송 유닛(344)이 포함된다. 타이밍신호 발생 유닛(342)은 선형 CMOS 영상센서 유닛(341)의 샘플링 동작을 제어하는 타이밍신호를 생성하는 것이다. 다른 실시예로서, 타이밍신호 발생 유닛(342) 대신에 외부로부터 입력되는 타이밍신호를 이용할 수도 있다. 즉, 선형 CMOS 영상센서 유닛(341)의 샘플링이 외부에서 입력되는 타이밍신호에 의해 컨트롤되는 것이다. A/D변환기(343)는 샘플링된 전기신호를 디지털신호로 변환하며, LVDS전송 유닛(344)은 이 디지털신호를 LVDS 형식으로 변환하여 디지털신호를 출력한다. 선형 CMOS 영상센서부(34)는, 선형 CMOS 영상센서 유닛(341), 타이밍신호 발생 유닛(342), A/D변환기(343), LVDS 전송 유닛(344)을 하나의 반도체칩으로 집적하여 형성한 SOC(system on chip)이다. 따라서 낮은 생산비용, 소형화, 고신뢰도, 높은 생산성, 고해상도, 낮은 광학적 왜곡의 효과를 얻을 수 있다.

도 9에서, CLK는 타이밍신호 발생 유닛(342)에서 생성되는 타이밍신호이고, GBST는 전체 시작펄스(global start pulse), SO는 스캔펄스의 마지막, VOUT은 비디오 출력전압의 아날로그 신호이다. 본 실시예에서는 AMI반도체사의 600dpi 선형 CMOS 영상센서인 PI6050D를 사용하였다. 가령, 타이밍신호 발생 유닛(342)에서 타이밍신호를 발생하거나 외부장치에서 타이밍신호가 입력될 때에, 타이밍신호의 55번째 펄스(110개의 비활성 픽셀에 해당함)가 인가된 다음부터 영상 감지가 시작되어 영상을 캡쳐하게 된다. 그리하여 타이밍신호의 172번째 펄스가 끝날 때까지(344개의 활성 픽셀에 해당함) 영상 감지가 실행된다.

도 7에는 본 발명의 다른 실시예가 개시되어 있다. LVDS 전송 유닛(344) 대신에 USB 전송 유닛(345)이 설치되어, 디지털신호를 USB형식으로 변환하여 출력한다. 한편 도 8에는 LVDS 전송 유닛(344) 대신에 A/D 전송 유닛(346)이 설치되어, 디지털신호를 A/D형식으로 변환하여 출력한다.

본 실시예에서 초점렌즈 그룹(3)에 포함되는 세 렌즈의 초점비는 8이다. 제1, 제2, 제3렌즈는 각각 비구면 유리렌즈, 구면 유리렌즈, 구면 플라스틱렌즈이다. 따라서 렌즈 입사 전의 스캔광은 반사경 그룹(32)과 초점렌즈 그룹(33)에 의해서 축소됨으로써 선형 CMOS 영상센서 유닛(341)을 작은 사이즈로 제작할 수 있다. 본 실시예에서 스캔 대상물은 폭이 297mm인 A4 크기의 문서이다. 종래의 CISM에 있어서, CIS 영상센서의 길이는 297mm보다 컸다. 그러나 본 실시예에서는 선형 CMOS 영상센서 유닛(341)의 길이를 60mm 보다도 작게 소형화할 수 있다. 반사경 그룹(32)에 포함되는 다수의 반사경에 의해서 광로(optical path) 길이가 효율적으로 줄어들 수 있기 때문에 본 발명에 따른 광학 스캐닝 모듈의 크기를 효과적으로 축소할 수 있는 것이다.

스캔 대상물(30)이 반사가능한 물체인 경우에, 스캔광(312)은 반사경 그 룹(32)의 반사경에서 반사되는데, 이때 대상물의 우측과 좌측 간에 광학적 차이(수차)가 발생하게 된다. 초점렌즈 그룹(33)을 짧은 초점거리비를 갖도록 제작하게 되면, 이러한 수차가 보정되어 스캔 대상물을 충실히 재현할 수 있게 되므로, 스캔 해상도를 향상시킬 수 있다.

본 실시예에서, 선형 CMOS 영상센서 유닛(341)은 논리 CMOS 공정 또는 DRAM 공정으로 제조되며, 다수의 포토다이오드로 구성된다. 각 포토다이오드는 빛을 전기로 변환하는 역할을 한다. 포토다이오드(포토센서)와 컨트롤게이트가 함께 하나의 픽셀(화소)을 이룬다. 단위 영역 내에 포토다이오드가 많을수록 픽셀이 많은 것이 된다. 포토다이오드는 입사광에 반응하여 전기신호를 발생하기 때문에 입사광의 강도, 즉 빛의 세기가 전기신호에 직접적인 영향을 미치고 그에 따라 픽셀의 품질이 영향을 받는다. 선형 CMOS 영상센서 유닛(341)에 입사되는 스캔광(312)의 수차가 적을수록, 그에 반응하는 전기신호의 편차도 또한 작아지고 픽셀의 해상도가 높아진다. 초점렌즈 그룹(33)과 선형 CMOS 영상센서부(34)에 의해서, 스캔광(312)은 선형 CMOS 영상센서부(34)에 영상을 맺게 되는데, 이때에도 영상의 축소, 수차, 왜곡에 의해서 해상도가 저하되지 않는다. 따라서 종래의 초점심도가 얕고 해상도가 낮은 CIS센서의 단점이 개선된다.

또한, 선형 CMOS 영상센서부(34)는, 선형 CMOS 영상센서 유닛(341), 타이밍신호 발생 유닛(342), A/D변환기(343), LVDS 전송 유닛(344)을 하나의 반도체칩으로 집적하여 형성된 SOC(system on chip)이므로, 신뢰도가 높아지고 비용을 줄일 수 있다. 또한, 스캔된 전기신호를 LVDS, USB, A/D 형식 등의 디지털 형식으로 용 이하고 간편하게 타기기로 전송할 수 있다. 이 점이 또한 본 발명의 또다른 효과가 된다.

제2실시예

도 10은 본 발명에 따른 선형 CMOSM(3)의 다른 실시예를 나타내는 것으로서, 초점렌즈 그룹(33) 대신에 A/F(자동초점) 줌렌즈(35)와 A/F 컨트롤러(351)가 채용된 실시예를 나타낸다. A/F 컨트롤러(351)에 의해서, A/F 줌렌즈(35)의 초점이 자동으로 조절됨으로써 선형 CMOSM(3)의 사용상 편의성을 증대시킬 수 있다. 또한 표면이 고르지 못한 스캔 대상물(예컨대 도 10에 나타낸 입체물)의 영상이 왜곡 형성되는 것이 방지된다. A/F 줌렌즈(35)는 적어도 두 벌의 렌즈를 포함하는데, 이들 중 적어도 한 벌의 렌즈는 분리가 가능하다. 그리고 이들 렌즈 세트는 A/F 컨트롤러(351)에 의해 제어된다. 자동 조절 및 이동 기능에 의해 렌즈 세트 간의 거리를 변화시킴으로써 스캔광(312)은 선형 CMOS 영상센서 유닛(341)에 자동으로 초점을 맺게 된다. 따라서 3차원 물체에 대해서도 스캔가능해진다.

표면이 고르지 못한 문서나 입체물을 스캔할 경우에는, 광원의 광(311)이 스캔 대상물 표면에 조사될 때 대상물 표면과 광원 사이의 거리가 다르기 때문에 반사위치도 또한 달라지게 되어, 선형 CMOS 영상센서 유닛(341)에 형성되는 영상의 위치도 변화하게 된다. A/F 컨트롤러(351)에 의해서, A/F 줌렌즈(35)가 스캔광(312)의 초점 위치가 다른 것을 조절할 수 있기 때문에 선형 CMOS 영상센서 유 닛(341)에 명료한 영상이 형성될 수 있는 것이다.

제3실시예

본 발명의 광원(31)에 냉음극 형광램프(CCFL)를 사용할 경우에, 광원(31)에는 냉음극 형광램프와 좁은 개구부(aperture)가 포함된다. 광원(31)의 길이는 스캔 대상물의 폭을 스캔할 수 있도록 설정된다. 냉음극 형광램프는 그 내면에 인이 코팅되고 내부에 수은 및 희유가스(rare gas)가 장입되어 있다. CCFL의 전극 양단에 고전압을 인가하면, 전극에서 방출된 전자가 높은 전압에 의해 가속되어 수은 원자와 충돌한다. 충돌에 의해서 수은 원자에서 발생한 높은 에너지가 불안정 상태에서 안정상태로 급격히 전이되면서 자외선(253.7nm)이 방사된다. 이 자외선은 형광물질에 흡수되어 가시광으로 변환된다. 광은, 좁은 개구부를 통과하면서 그 폭이 스캔 대상물의 스캔폭과 같은 띠 형태의 광으로 된다. 스캔 대상물에 조사된 광은 반사되어 스캔광이 되고 반사경 그룹(32)와 초점렌즈 그룹(33)에 의해 결상되고 선형 CMOS 영상센서부(34)에 의해 전기신호로 변환된다.

광원(31)으로서 크세논 램프를 사용시에는, 광원(31)은 크세논 램프와 좁은 개구부를 포함하게 된다. 광원(31)의 길이는, 그 폭이 스캔 대상물의 스캔폭과 같다. 크세논 램프에는 He:Xe:NF₃=100:2:1인 혼합가스가 충전된다. 초당 500개의 펄스가 출력되며 평균출력은 고효율 사용의 경우 500W이다. 좁은 개구부는 크세논 램프에서 방사되는 광을 스캔 대상물에 조사되는 띠 형태의 광으로 바꾸는 역할을 한 다.

광원(31)으로서 LED를 사용시에는, 광원(31)은 긴 인쇄회로기판 상에 일정 간격으로 배치된 LED 칩을 포함하는 선형 LED가 사용될 수 있다. 광이 선형 LED에서 방출되어 스캔 대상물에 직접 또는 다른 임의의 방향으로 조사된다.

본 발명의 다른 장점이나 변경 등은 당업자에 의해 용이하게 이루어질 수 있다. 따라서 본 발명의 사상은 상기 구체적인 구조 및 장치에 한정되는 것이 아니다. 따라서 특허청구범위 및 균등 범위에 의해 설정된 발명사상의 범위 내에서 다양한 변형물이 파생될 수 있을 것이다.

도 1은 종래기술의 CCDM 구조도

도 2는 종래기술의 CISM 구조도.

도 3은 종래기술에 따른 CCDM의 블록구성도

도 4는 종래기술에 따른 CISM의 블록구성도

도 5는 본 발명의 일실시예의 분해도

도 6은 본 발명에 따른, LVDS 전송을 채용한 일실시예의 블록구성도

도 7은 본 발명에 따른, USB 전송을 채용한 일실시예의 블록구성도

도 8은 본 발명에 따른, AD 전송을 채용한 일실시예의 블록구성도

도 9는 본 발명에 따른, AD 전송을 채용한 일실시예의 타이밍도

도 10은 본 발명의 다른 실시예의 분해도

Claims (7)

1. 선형 CMOS 영상센서를 구비한 광학 스캐닝 모듈로서,

   스캔광을 생성하기 위하여 스캔 대상물에 광을 조사하는 광원;

   소정의 광로를 따라 상기 스캔광을 반사시키는 반사경 그룹;

   상기 반사경 그룹에서 반사된 스캔광을 결상하기 위한 초점렌즈 그룹; 및

   영상을 디지털 전기신호로 변환하고 이 디지털 전기신호를 디지털 형식으로 전송하는 선형 CMOS 영상센서부를 포함하되,

   상기 반사경 그룹은, 소정의 광로를 따라 상기 스캔광을 반사시키는 적어도 하나의 반사렌즈를 포함하고,

   상기 초점렌즈 그룹은 상기 스캔광을 결상하며 스캔광의 수차를 보정하는 정도의 하나의 광학렌즈를 포함하고,

   상기 선형 CMOS 영상센서부는, SOC(system on chip)로 집적된 선형 CMOS 영상센서 유닛, 타이밍신호 발생 유닛, A/D 변환기, 및 전송 유닛을 포함하며,

   상기 선형 CMOS 영상센서 유닛은 영상을 전기신호로 변환하고,

   상기 타이밍신호 발생 유닛은 선형 CMOS 영상센서 유닛을 컨트롤하기 위한 타이밍신호를 발생하고,

   상기 A/D 변환기는 선형 CMOS 영상센서 유닛에서 출력되는 전기신호를 디지털신호로 변환하고,

   상기 전송 유닛은 A/D변환기에서 출력되는 디지털신호를 소정의 전송 형식으 로 변환하여 전송하는 것을 특징으로 하는 광학 스캐닝 모듈.
2. 선형 CMOS 영상센서를 구비한 광학 스캐닝 모듈로서,

   스캔광을 생성하기 위하여 스캔 대상물에 광을 조사하는 광원;

   소정의 광로를 따라 상기 스캔광을 반사시키는 반사경 그룹;

   상기 반사경 그룹에서 반사된 스캔광을 결상하기 위한 초점렌즈 그룹;

   영상을 디지털 전기신호로 변환하고 이 디지털 전기신호를 디지털 형식으로 전송하는 선형 CMOS 영상센서부를 포함하되,

   상기 반사경 그룹은, 소정의 광로를 따라 상기 스캔광을 반사시키는 적어도 하나의 반사렌즈를 포함하고,

   상기 초점렌즈 그룹은 상기 스캔광을 결상하며 스캔광의 수차를 보정하는 정도의 하나의 광학렌즈를 포함하고,

   상기 선형 CMOS 영상센서부는, SOC(system on chip)로 집적된 선형 CMOS 영상센서 유닛, A/D 변환기, 및 전송 유닛을 포함하며,

   상기 선형 CMOS 영상센서 유닛은 외부에서 입력된 타이밍신호를 수신하고, 이 타이밍신호에 따라 영상을 전기신호로 변환하고,

   상기 A/D 변환기는 선형 CMOS 영상센서 유닛에서 출력되는 전기신호를 디지털신호로 변환하고,

   상기 전송 유닛은 A/D변환기에서 출력되는 디지털신호를 소정의 전송 형식으 로 변환하여 전송하는 것을 특징으로 하는 광학 스캐닝 모듈.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광원은 스캔 대상물에 소정 방향으로 광을 방사하는 냉음극 형광램프인 것을 특징으로 하는 광학 스캐닝 모듈.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광원은 스캔 대상물에 소정 방향으로 광을 방사하는 크세논 램프인 것을 특징으로 하는 광학 스캐닝 모듈.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광원은 스캔 대상물에 소정 방향으로 광을 방사하는 적어도 하나의 LED를 갖는 것을 특징으로 하는 선형 LED인 광학 스캐닝 모듈.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 선형 CMOS 영상센서부에서 전송되는 신호의 디지털 형식은 AD형식, LVDS형식, USB형식, 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 광학 스캐닝 모듈.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 초점렌즈 그룹은 A/F(자동초점) 줌렌즈와 A/F 컨트롤러를 추가로 포함하여, A/F 줌렌즈의 초점이 A/F 컨트롤러에 의해 조절됨으로써 서로 다른 위치에서 입사된 스캔광을 동일한 초점으로 조정하여 영상을 상기 선형 CMOS 영상센서 유닛에 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 광학 스캐닝 모듈.

Images