KR20100009918U - Ｕ자형 광행로 이미지 스캐닝 모듈 - Google Patents

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KR20100009918U
KR20100009918U KR2020090011144U KR20090011144U KR20100009918U KR 20100009918 U KR20100009918 U KR 20100009918U KR 2020090011144 U KR2020090011144 U KR 2020090011144U KR 20090011144 U KR20090011144 U KR 20090011144U KR 20100009918 U KR20100009918 U KR 20100009918U
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image scanning
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아이-리엔 라이
칭-유안 린
산-웨이 슈
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이-핀 옵티칼 인더스트리 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 고안은 U자형 광행로 이미지 스캐닝 모듈에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 스캔을 하고자 하는 문서의 이미지를 복수 개의 반사경으로 반사시켜 이미지 스캐닝 모듈과 픽업 렌즈 세트로 출사시킨 이미지 광속을 U자형 광행로로 형성하는 것을 말하며, 상기 이미지 스캐닝 모듈은 최소한 하나 이상의 광원, 복수 개의 반사경, 픽업 렌즈 세트 및 이미지 센서를 포함하고, 그 중 상기 픽업 렌즈 세트 및 이미지 센서의 광축은 스캔을 하고자 하는 문서의 이미지와 평행한 상태가 되어 잡광이 픽업 렌즈 세트에 들어오는 것을 방지할 수 있으며, 이러한 구조를 통해 한정된 공간 내에 광행로 길이를 더욱 증가시켜 피사계 심도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제작 및 조립 시 픽업 렌즈 세트 및 이미지 센서를 더욱 쉽게 조정할 수 있어 조립 과정을 더욱 간단화하여 양산성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

Ｕ자형 광행로 이미지 스캐닝 모듈{U-SHAPED OPTICAL DISTANCE IMAGE SCANNING MODULE}
본 고안은 스캐닝 모듈에 관한 것으로서, 특히 평판 스캐너 혹은 복합 기능 프린터 등과 같은 각종 설비에 응용될 수 있는 U자형 광행로 이미지 스캐닝 모듈에 관한 것이다.
스캐너 중 특히 이미지 스캐너는 최근 몇 년간 꾸준히 발전해 왔으며, 현재 매우 중요한 컴퓨터 주변 용품 중 하나로 자리 잡았다. 이미지 스캐너는 문서, 문자 페이지, 사진, 필름, 심지어 평면 물품 등까지 스캔 작업을 통해 이미지로 전환할 수 있다. 이미지 전환 방식은 우선 광선을 문서에 투사하면, 해당 광선은 문서면에서 반사되어 이미지 광속으로 형성된 후, 다시 복수 개의 반사경의 반사를 통해 그 광행로를 변경한 후, 픽업 렌즈 세트를 통해 이미지 센서 초점에 모이게 된다. 문서의 내용은 대부분 문자나 그림으로 구성되어있기 때문에 문자나 그림이 있는 구역에 조사된 광선은 그 흡수율이 비교적 높게 되고 문자나 그림이 있는 구역 외에 조사된 광선은 그 흡수율이 비교적 낮게 되며 그로 인해 반사된 이미지 광속이 문서에 조사되는 위치에 따라 그 강도가 달라지게 된다. 이어서 이미지 센 서(CCD: Charge-Coupled Device, 전하결합소자)를 통해 초점이 모아진 후의 이미지 광속이 광전신호(photo-electric signal)로 변환된 후, 다시 스캔 소프트웨어를 통해 데이터로 읽혀지고 마지막으로 디지털 이미지로(digital image) 조합되고, 이러한 디지털 이미지는 TIFF, EPS, BMP, GIF, PCX 등과 같은 파일 형식으로 저장된다. 평판 스캐너와 같이 이미 상품화된 스캐너는 사진이나 인쇄물들을 스캔하는 데 사용되며, 현재 가장 보편적으로 사용하는 방식은 상기 스캐너에는 설치된 유리투광판 상에 스캔할 문서를 올린 후, 이미지 스캐닝 모듈이 궤도를 따라 이동하면서 순서에 의해 한 열 한 열씩 문서를 스캔하고, 스캔한 이미지를 디지털 데이터로 변환하게 되는 방식을 이용한다. 이와 비슷한 원리로 제작된 스캐너, 예를 들면 복합 기능 프린터(multi-function printer)등 과 같은 관련 설비들은 문서와 이미지 스캐닝 모듈의 상대 이동 방식을 통해 스캔을 진행하여 이미지들 얻게 된다.
도 1, 도 2, 도 3은 종래 기술의 이미지 스캐닝 모듈의 첫 번째, 두 번째, 세 번째 사시도이다. 도 1, 도 2, 도 3의 내용을 참조해보면, 도면 중 이미지 스캐닝 모듈(91)은 투광판(12), 프레임(13), 이미지 센서(14), 픽업 렌즈 세트(15), 반사경(917) 등을 포함하고 있다. 광원(16)에서 광선이 사출된 후, 스캔을 하고자 하는 문서(2)에 조사되어 이미지 광속으로 형성되고, 각기 다른 배열 방식의 반사경(917)을 통해 그 방향과 경로가 변경되고, 다시 픽업 렌즈 세트(15)와 이미지 센서(14)로 입사된다. 이때 광속이 지나가는 경로의 길이를 광행로(optical distance)라고 한다. 한정된 이미지 스캐닝 모듈(91)의 공간 내에서 동일한 해상도의 픽업 렌즈 세트(15)와 이미지 센서(14)의 경우 광행로가 길면 길수록 더욱 높 은 피사계 심도를 얻을 수 있고, 평평하지 않은 문서(2) 일수록 비교적 우수한 스캔 이미지를 얻을 수 있게 된다. 하지만 여러 번 반복 반사되는 이미지 광속은 그 광속 넓이의 영향을 받기 때문에 이미지 광속의 양측 반사 각도가 예정된 진행 방향을 이탈하는 경우가 발생하며 더 나아가 잡광이 생성되기도 하며 또한 픽업 렌즈 세트(15)로 입사된 후, 잡광과 예정된 광선 사이에 고스트 이미지(ghost image)가 생성되기도 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 기존의 기술에서는 각기 다른 해결 방법을 제시하였으며, 미국 특허 US6,058,281, US6,227,449, US2008/0007810, US2008/0170268, US6,421,158, US5,815,329, 일본 특허 JP6006524, JP2005-328187, JP2004-274299, 영국 특허 GB2317293, 타이완 특허 TW418367, TW476494 등이 모두 이에 속한다. 도 1에서는 4개의 반사경(917)을 사용하였고, 각 반사경(917)은 이미지 광속을 각 한 번씩 반사하고, 도 2에서는 5개의 반사경(917)을 사용하였고 그 중 하나의 반사경(917)은 이미지 광속을 두 번 반사하고, 도 3에서는 반사경(917)을 문서(2)의 측면에 배치하고, 픽업 렌즈 세트(15)와 이미지 센서(14)를 이동하거나 광원(16)을 이동하는 등의 각기 다른 방식으로 스캔을 진행한다. 비교적 우수한 피사계 심도와 고스트이미지 현상 감소 외에도, 기존의 이미지 스캐닝 모듈의 픽업 렌즈 세트(15)와 이미지 센서(14)의 광축(optical axis)은 입사 이미지 스캐닝 모듈(91)의 이미지 광속과 대략적으로 수직 관계를 형성한다. 그로 인해 이미지 스캐닝 모듈(91)을 조립할 때, 프레임(13) 상에 고정 설치된 이미지 센서(14)를 반드시 X-Y 평면 상에서 이동 교정을 진행하여 정확하게 대응되는 위치로 조절을 해야만 한다. 교정을 하는 과정에서 이미지 센서(14)가 X-Y평면 상에서 이동할 때 그 자체적인 무게로 인해 Z방향으로 위치이동 편차가 발생하게 되며 이러한 문제를 극복하기 위해 기존의 기술에서는 복잡하고 정밀한 고정물(fixture)을 사용하여 Z, Y 및Z방향에서 동시에 교정을 진행하기 때문에 교정 시간이 길어져 양산성을 향상시키기 어려웠다.
상술한 기존의 구조가 가진 문제점을 바탕으로 한 본 고안의 주요 목적은 U자형 광행로 이미지 스캐닝 모듈을 제공하여 피사계 심도를 더욱 증가시키고 기존의 기술에서 해결하기 어려웠던 고스트 이미지 현상을 해결하고자 하는 데 있다.
이에 의거하여 본 고안은 U자형 광행로 이미지 스캐닝 모듈을 제공하며, 도 11에서와 같이 최소한 하나 이상의 광원, 복수 개의 반사경, 픽업 렌즈 세트, 이미지 센서 및 프레임을 포함하고 있으며, 각 반사경 사이의 각도 관계는 다음 공식을 만족시킨다. :
Figure 112009052365048-UTM00001
그 중,
Figure 112009052365048-UTM00002
는 광로의 제i번째 반사경 반사면 수선(법선)(normal line)과 +Z축의 협각을 의미하고, 각 부호의 설명은 도 5에서와 같이
Figure 112009052365048-UTM00003
는 반사경M1의 수선(법선)31과 +Z축(+k방향)의 협각을 의미하고,
Figure 112009052365048-UTM00004
는 반사경M2의 수선(법선)32과 +Z축(+k방향)의 협각을 의미한다. N는 총반사 횟수를 의미하며, 예를 들면 도 11 중의 n=9는：
Figure 112009052365048-UTM00005
본 고안은 U자형 광행로 이미지 스캐닝 모듈을 제공하며, 그 중 픽업 렌즈 세트 광축 축 방향은 영상 이미지 스캐닝 모듈로 입사되는 이미지 광속Li과 반방향 관계를 나타내며, 그 광로는 U자형을 나타내고, 더 나아가 공식(2)의 조건을 만족시킨다. :
Figure 112009052365048-UTM00006
그 중, φ는 이미지 광속 Lo과 Z축 축선과 평행한 협각을 의미하며,
Figure 112009052365048-UTM00007
는 상기 +Z축 방향의 단위 벡터를 의미하며,
Figure 112009052365048-UTM00008
은 이미지 광속 Lo의 길이를 의미한다. 도 6 의 내용을 참조한다.
잡광이 픽업 렌즈 세트로 들어오는 것을 감소시키는 것에 관해 설명하면, 픽업 렌즈 세트와 이미지 센서 광축과 이미지 광속L과 평행한 협각 가 다음 조건을 만족할 때 가장 우수한 효과를 얻을 수 있다. :
Figure 112009052365048-UTM00009
그 중, 2λ는 이미지 센서의 유효 감지 범위의 대각선 길이를 의미하며, D는 반사경에 의해 반사된 이미지 광속 Lo의 반사점에서 이미지 센서까지의 거리를 의미한다. 도 7의 내용을 참조한다.
각기 다른 업체의 부품을 사용하는 것에 관해 설명하면, 만약 1개의 광원 혹은 2개(2개 이상)의 광원을 사용할 경우, 반사경의 위치나 각도를 변경할 필요가 없고, 단지 이미지 스캐닝 모듈로 입사되는 이미지 광속을 미리 설정된 위치로 조절만 하면 된다. 또한 만약 초점 거리가 서로 다른 픽업 렌즈 세트를 사용할 경우에도 2개, 3개, 4개 혹은 5개(이상)의 반사경을 적용하여 서로 다른 광행로 총길이(length，TTL)를 생성하여 서로 다른 피사계 심도를 조성할 수 있다. 또한 만약 서로 크기가 다른 이미지 센서를 사용하여 이미지 광속 Lo 위치를 변경할 경우, 단지 이미지 광속 Lo 위치만 조정하면 이미지 스캐닝 모듈에 입사되는 이미지 광속을 미리 설정된 위치로 조절만 하면 된다. 더 나아가 픽업 렌지 위치 조절을 통해 초점 거리가 서로 다른 픽업 렌즈 세트에도 적용을 할 수 있게 되어 그 운용 범위가 더욱 광범위 해지게 된다.
본 고안인 U자형 광행로 이미지 스캐닝 모듈을 사용하여 이미지로 스캔하는 방법은 우선 스캔하고자 하는 문서의 이미지를 복수 개의 반사경을 통해 반사하여 그 방향과 경로를 변경시키고 광행로를 증가시킨 후, 이미지 스캐닝 모듈로 입사되는 이미지 광속과 픽업 렌즈로 입사되는 이미지 광속을 U자형의 광행로로 형성되게 하며, 이것을 다시 이미지 센서를 거쳐 광전신호로 변환 시킨다. 도 4와 같이 다음과 같은 순서를 포함한다. :
S1：광원이 스캔하고자 하는 문서에 조사되고, 스캔하고자하는 문서에서 닿은 광원은 반사되어 이미지 스캐닝 모듈로 입사된 후, 이미지 광속 Li로 형성된 다. 상기 이미지 광속 Li는 +Z축 방향을 가지고 있고, X-Z평면 상에서
Figure 112009052365048-UTM00010
방향과 +Z축 협각은 0이 된다. ;
Figure 112009052365048-UTM00011
그 중,
Figure 112009052365048-UTM00012
는 +Z축 방향의 단위 벡터(unit vector)를 의미하며,
Figure 112009052365048-UTM00013
는 이미지 스캐닝 모듈로 입사된 이미지 광속 Li의 길이를 의미한다. 도 6의 내용을 참조한다.
S2：최소한 2개의 반사경을 설치하고, 반사되어 형성된 이미지 광속 Li를 픽업 렌즈 세트로 입사한 후, 다시 이미지 광속 Lo과 이미지 광속 Li에 평행한 협각 φ이 X-Z평면 상에서 다음 조건을 만족시킨다. :
Figure 112009052365048-UTM00014
그 중, φ는 이미지 광속 Lo과 Z축 축선과 평행한 협각을 의미하며,
Figure 112009052365048-UTM00015
는 상기 +Z축 방향의 단위 벡터를 의미하며,
Figure 112009052365048-UTM00016
는 이미지 광속 Lo의 길이를 의미한다. 도 6의 내용을 참조한다.
S3：픽업 렌즈 세트와 이미지 센서의 광축을 교정하기 위해 픽업 렌즈 세트 및 이미지 센서의 광축과 픽업 렌즈 세트로 입사되는 이미지 광속 Lo을 다시 합친 다.
여기서 본 고안인 U자형 광행로 이미지 스캐닝 모듈이 사용하는 이미지 스캔 방법은 최소한 2개의 반사경을 사용해 이미지 광속 Li를 반사하여 광행로의 피사계 심도를 향상시키고, 다시 픽업 렌즈 세트로 입사되는 이미지 광속 Lo과 이미지 스캐닝 모듈로 입사되는 이미지 광속 Li가 서로 반방향이 되기 때문에 반사경에 의해 반복 반사되어 생성된 이미지 광속은 잡광이 픽업 렌즈 세트의 필드 앵글 내로 들어오지 않게 되고, 또한 고스트이미지 현상을 제거할 수 있기 때문에 스캔 품질을 향상시킬 수 있게 된다.
상술한 내용을 종합해보면, 본 고안인 U자형 광행로 이미지 스캐닝 모듈은 다음과 같은 장점 및 효과를 갖을 수 있게 된다. :
(1) 복수 개의 반사경을 이용해 이미지 광속을 반사하여 피사계 심도를 증가시키고, 또한 이미지 광속이 이동하는 과정에서 U자형 광행로가 생성되기 때문에 반사경에 의해 여러 차례 반사되는 과정에서 발생할 수 있는 잡광 현상을 대폭 감소시키거나 혹은 제거시킬 수 있으며, 또한 고스트 이미지 현상을 방지할 수 있다.
(2) 제조 조립 과정 시 픽업 렌즈 세트 및 이미지 센서의 광축을 쉽게 조정하여 이미지 광속L과 다시 합칠 수 있으므로 조립 상에 복잡함을 감소시키기고 양산성을 향상 시킬 수 있다.
(3) 본 고안인 U자형 광행로를 갖춘 이미지 스캐닝 모듈은 1개의 광원, 2개 (혹은 이상)의 광원에 적용할 수 있으며, 또한 2개, 3개, 4개, 5개(혹은 이상)의 반사경에도 적용하여 서로 다른 피사계 심도를 생성할 수 있고, 더 나아가 픽업 렌즈 세트 위치를 조정함으로써 서로 다른 초점 거리의 픽업 렌즈 세트에도 적용할 수 있어 그 운용 범위가 더욱 광범위해질 수 있다.
본 고안 구조를 통해 상기 탄성 유닛을 슬라이드 이동장치 상에 설치하고자 할 때, 상기 위치고정부와 이와 대응되는 축걸림부를 서로 결합하여 연결하는 방식을 택하면 신속하고 간편하게 위치 고정의 목적을 달성할 수 있을 뿐만 아니라 제조 및 조립 원가를 낮추고 탄성 구성의 결합 강도를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
본 고안에 관해 더욱 명확하게 설명하기 위해 비교적 우수한 실시예와 도면을 함께 사용하여 본 고안의 구조 및 그 기술 내용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 11은 본 고안인 이미지 스캐닝 모듈의 네 번째 실시예에 관한 사시도이다. 도 11의 내용을 참조해 보면, 본 이미지 스캐닝 모듈은 2개의 광원(16a, 16b), 5개의 반사경(M1、M2、M3、M4、M5, 171~175), 픽업 렌즈 세트(15), 이미지 센서(14), 프레임(13)을 포함하고 있다. 그 중 상기 광원(16)에서 광선이 사출된 후, 투광판(12)을 통해 스캔을 하고자 하는 문서(2) 상으로 조사된다. 이어서 해당 광선은 스캔을 하고자 하는 문서(2)에 의해 반사된 후, 다시 투광판(12)을 통해 이미지 스캔닝 모듈로 입사되는 이미지 광속 Li(21)로 형성된다. 상기 이미지 광속 Li(21)는 다시 제1 반사경(M1, 171)을 통해 첫 번째 반사가 된 후, 다시 순서대로 제 2 반사경(M2, 172)을 통해 두 번째 반사가 되고, 제 3 반사경(M3, 173)을 통해 세 번째 반사가 되고, 제 4 반사경(M4, 174)을 통해 네 번째 반사가 되고, 제 3 반사경(M3, 173)을 통해 다섯 번째 반사가 되고, 제 4 반사경(M4, 174)을 통해 여섯 번째 반사가 되고, 제 3 반사경(M3, 173)을 통해 일곱 번째 반사가 되고, 제 2 반사경(M2, 172)을 통해 여덟 번째 반사가 되고, 제 5 반사경(M5, 175)을 통해 아홉 번째 반사가 되어 마지막으로 픽업 렌즈 세트(15)로 입사되는 이미지 광속Lo으로 형성된다. 그 광로를 더욱 쉽게 설명하면 Li→M1→M2→M3→M4→M3→M4→M3→M2→M5→Lo으로 표시할 수 있고, 이때 상기 이미지 광속 Li과 이미지 광속 Lo이 서로 반방향이 되기 때문에, 대략적으로 U자형태의 광로를 형성하게 된다.
그 중, 각 반사경 사이의 각도 관계는 다음 공식을 만족시킨다. :
Figure 112009052365048-UTM00017
X-Z평면 상에서, 이미지 광속 Lo(22)의 진행 방향은 +Z축 방향이 되며, 또한 이미지 광속 Lo과 Z축 축선(23)과 평행한 협각 φ는 다음 공식을 만족시킨다. :
Figure 112009052365048-UTM00018
상기 이미지 스캐닝 모듈(1)을 조립할 때, 상기 픽업 렌즈 세트(15)와 이미 지 센서(14) 광축과 이미지 광속 Li와 평행한 (즉 +Z축과 평행한) 협각 θ는 다음 공식을 만족시킨다.:
Figure 112009052365048-UTM00019
각 반사경들 간의 위치 관계는 바로 앞의 반사경 반사점 좌표
Figure 112009052365048-UTM00020
, 반사경 각도와 반사경에 입사되는 광선의 각도에 의해 결정된다.:
Figure 112009052365048-UTM00021
그 중,
Figure 112009052365048-UTM00022
는 광로의 제i 반사경 반사면 수선(법선)(normal line)과 +Z축의 협각을 의미하며,
Figure 112009052365048-UTM00023
는 제i 반사경 반사점의 (X,Z)좌표를 의미하며,
Figure 112009052365048-UTM00024
는 제I 반사경에 입사되는 이미지 광속과 +Z축의 협각을 의미한다. 도 5의 설명을 참조한다.
반사경(M2, 172)에서 이미지 광속을 두 번 반사하고, 반사경(M3, 173)에서 이미지 광속을 세 번 반사하고, 반사경(M4, 174)에서 이미지 광속을 두 번 반사하게 되는데, 종래의 구조에서는 동일한 반사경에서 수차례 반사를 진행하기 때문에 심각한 잡광의 영향을 받게 되어 고스트이미지 현상이 발생되어 반드시 반사경의 넓이와 각도를 적당한 상태로 조정하여 이러한 현상을 해결해야만 했다. 하지만 본 실시예에 사용된 이미지 스캐닝 모듈(1)은 U자형 광행로를 이용해 이미지 스캔 을 진행하기 때문에 비교적 적은 수량의 반사경을 이용해 수차례의 반사 작업을 진행할 수 있어 광로의 길이 및 피사계 심도를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 또한 광속이 U자형으로 형성되기 때문에 픽업 렌즈 세트(15) 면의 방향이 입사되는 이미지 광속 Li와 반방향이 되고, 또한 픽업 렌즈 세트(15)의 이미지 픽업 각도를 통제하여 반사경들 사이에서 반사 작업을 진행할 때 잡광이 들어오는 것을 방지할 수 있게 된다. 이러한 구조로 완성된 본 고안은 대부분의 잡광 광선이 프레임 내벽에 흡수되어 대폭적으로 감소되거나 혹은 제거될 수 있으므로 고스트 이미지 현상을 방지할 수 있다.
이 외에도 본 이미지 스캐닝 모듈(1)을 제작 조립할 때, 이미지 센서(14)를 수평으로 설치(X-Y평면 상에 설치)하기 때문에 직접 프레임(13) 상에 연결 설치할 수 있고, 광축과 이미지 광속 Lo을 다시 합칠 때는 단지 X-Y 방향만 조절하면 된다. 이러한 구조는 도 1에서와 같이 이미지 센서(14)를 수직 방향으로 설치하였을 경우 Y-Z방향으로 위치 조절을 할 때 비교적 무거운 힘의 영향을 받게 되어 위치 조절이 쉽지 않은 단점을 보완하였고 또한 조립 상에 복잡함을 제거하여 양산성을 향상시킬 수 있게 된다.
<제1 실시예> 2개 반사경을 사용한 이미지 스캐닝 모듈
도 8은 본 고안인 이미지 스캐닝 모듈의 첫 번째 실시예에 관한 사시도이다. 도 8의 내용을 참조해 보면, 본 이미지 스캐닝 모듈은 2개의 광원(16a, 16b), 2개의 반사경(M1, M2; 171, 172), 픽업 렌즈 세트(15), 이미지 센서(14), 프레임(13) 을 포함하고 있다. 그 중 상기 광원(16a, 16b)에서 광선이 사출된 후, 투광판(12)을 통해 스캔을 하고자 하는 문서(2) 상으로 조사된다. 이어서 해당 광선은 스캔을 하고자 하는 문서(2)에 의해 반사된 후, 다시 투광판(12)을 통해 이미지 스캔닝 모듈(1)로 입사되는 이미지 광속 Li로 형성되고, 다시 반사경 M1에 의해 반사되어 반사경 M2로 조사된 후, 다시 반사경 M2에 의해 반사되어 이미지 광속Lo으로 형성되고, 픽업 렌즈 세트(15)를 통해서 초점이 모아진 후 이미지 센서(14)에 이미지로 형성된다. 그 중 상기 프레임(13)은 상기 이미지 스캐닝 모듈(1) 내의 각 부품들을 유닛들을 수용하여 설치하는데 사용된다. 본 실시예의 광행로는 Obj→M1→M2→Img이며, 광행로의 총길이(TTL)는 Di+D1+Do=164.85mm이다. 상기 반사경 M1(171), M2(172) 반사면의 수선(법선)과 +Z축의 협각
Figure 112009052365048-UTM00025
i, 반사경 M1(171), M2(172) 반사점의 좌표 (MiX, MiZ)는 다음 표1과 같다. :
표 1. 제1 실시예의 광학 참수표
Surface
Figure 112009052365048-UTM00026
i(°deg.)		 Di(mm) (MiX,MiZ)
Obj 0 (0,0)
M1 135.00 71.84 (0,71.84)
M2 135.00 40.38 (-40.38, 71.84)
Img 52.65 (-41.31, 19.20)
이미지 스캐닝 모듈로 입사되는 이미지 광속Li과 픽업 렌즈 세트로 입사되는 이미지 광속 Lo의 진행 방향이 서로 반방향 관계가 되어 그 광로가 U자형으로 형성되고, 픽업 렌즈 세트(15)면은 +Z축 방향을 향하고 있기 때문에 이미지 광속 Li의 잡광 광선을 감소시킬 수 있고, 또한 반사경 M1에서 반사되는 이미지 광속의 잡광 광선이 픽업 렌즈 세트(15)로 들어가는 것을 방지하여 효과적으로 고스트 이미지 현상을 감소시킬 수 있게 된다.
X-Z평면 상에서
Figure 112009052365048-UTM00027
는 다음 조건을 만족시킨다. :
Figure 112009052365048-UTM00028
그 중, 협각 φ는 이미지 광속 Lo과 Z축 축선과 평행한 협각을 의미하며,
Figure 112009052365048-UTM00029
은 이미지 광속 Lo의 길이를 의미하며,
Figure 112009052365048-UTM00030
은 +Z축 방향의 단위 벡터를 의미한다.
반사경M1(171)과 반사경M2(172) 각도，
Figure 112009052365048-UTM00031
는 다음 공식을 만족시킨다.
Figure 112009052365048-UTM00032
그 중，
Figure 112009052365048-UTM00033
는 광로의 제i 반사경 반사면의 수선(법선)(normal line)과 +Z축의 협각을 의미하며, n은 이미지 광속의 총반사 횟수를 의미하며, 본 실시예에서 n=2이다.
본 실시예에서 사용하는 이미지 센서(14)는 1.58x35.02mm，2λ=35.05mm，
Figure 112009052365048-UTM00034
이다.
본 실시예의 픽업 렌즈 세트(15)와 이미지 센서(14)의 광축과 Z축 축선과 평행한 협각 θ는 0.127이며, 다음 조건을 만족시킨다. :
Figure 112009052365048-UTM00035
<제2 실시예> 3개 반사경을 사용한 이미지 스캐닝 모듈
도 9는 본 고안인 이미지 스캐닝 모듈의 두 번째 실시예에 관한 사시도이다. 도 9의 내용을 참조해 보면, 본 이미지 스캐닝 모듈은 2개의 크세논 램프 광원(16a, 16b), 3개의 반사경(M1과 M2와 M3; 171, 172, 173), 픽업 렌즈 세트(15), 이미지 센서(14), 프레임(13)을 포함하고 있다. 그 중 상기 광원(16a, 16b)에서 광선이 사출된 후, 투광판(12)을 통해 스캔을 하고자 하는 문서(2) 상으로 조사된다. 이어서 해당 광선은 스캔을 하고자 하는 문서(2)에 의해 반사된 후, 다시 투광판(12)을 통해 이미지 스캔닝 모듈(1)로 입사되는 이미지 광속 Li로 형성되고, 다시 반사경 M1, 반사경 M2에 의해 반사되고 다시 반사경 M3에 의해 반사되어 이미지 광속 Lo로 형성되고, 픽업 렌즈 세트(15)를 통해서 초점이 모아진 후 이미지 센서(14)에 이미지로 형성된다. 그 중 상기 프레임(13)은 상기 이미지 스캐닝 모듈(1) 내의 각 부품들을 유닛들을 수용하여 설치하는데 사용된다. 본 실시예의 광행로는 Obj→M1→M2→M3→Img이며, 광행로의 총길이(TTL)는 Di+D1+D2+Do=184.01mm이 다. 상기 반사경 M1(171), M2(172), M3(173) 반사면의 수선(법선)과 +Z축의 협각
Figure 112009052365048-UTM00036
, 반사경M1(171), M2(172), M3(173) 반사점의 좌표
Figure 112009052365048-UTM00037
는 다음 표 2와 같다. :
표 2. 제 2 실시예의 광학 참수표
Surface
Figure 112009052365048-UTM00038
(deg.)		 Di(mm) (MiX,MiZ)
Obj 0 (0, 0)
M1 153.15 69.54 (0, 69.54)
M2 67.82 15.87 (12.83, 60.19)
M3 139.53 52.63 (-39.18. 68.11)
Img 45.97 (-40.38, 22.15)
이미지 스캐닝 모듈로 입사되는 이미지 광속 Li와 픽업 렌즈 세트로 입사되는 이미지 광속 Lo의 진행 방향이 서로 반방향 관계가 되어 그 광로가 U자형으로 형성되고, 픽업 렌즈 세트(15)면은 +Z축 방향을 향하고 있기 때문에 이미지 광속 Li의 잡광 광선을 감소시킬 수 있고, 또한 반사경 M1, M2에서 반사되는 이미지 광속의 잡광 광선이 픽업 렌즈 세트(15)로 들어가는 것을 방지하여 효과적으로 고스트 이미지 현상을 감소시킬 수 있게 된다.
X-Z평면 상에서
Figure 112009052365048-UTM00039
는 다음 조건을 만족시킨다. :
Figure 112009052365048-UTM00040
그 중, 협각 φ는 이미지 광속 Lo와 Z축 축선과 평행한 협각을 의미하며,
Figure 112009052365048-UTM00041
은 이미지 광속 Lo의 길이를 의미하며,
Figure 112009052365048-UTM00042
은 +Z축 방향의 단위 벡터를 의미한다.
반사경M1(171), 반사경M2(172)과 반사경M3(173)의 각도,
Figure 112009052365048-UTM00043
는 다음 공식을 만족시킨다. :
Figure 112009052365048-UTM00044
그 중，
Figure 112009052365048-UTM00045
는 광로의 제 i반사경 반사면의 수선(법선)(normal line)과 +Z축의 협각을 의미하며, n은 이미지 광속의 총반사 횟수를 의미하며, 본 실시예에서 n=3이다.
본 실시예에서 사용하는 이미지 센서(14)는 1.58x35.02mm，2λ=35.05mm，
Figure 112009052365048-UTM00046
이다.
본 실시예의 픽업 렌즈 세트(15)와 이미지 센서(14)의 광축과 Z축 축선과 평행한 협각 θ는 1.26°이며，다음 조건을 만족시킨다. :
Figure 112009052365048-UTM00047
<제3 실시예> 4개 반사경을 사용한 이미지 스캐닝 모듈
도 10은 본 고안인 이미지 스캐닝 모듈의 세 번째 실시예에 관한 사시도이다. 도 10의 내용을 참조해 보면, 본 이미지 스캐닝 모듈은 2개의 LED 램프 광원(16a, 16b), 4개의 반사경(M1과 M2와 M3과 M4; 171, 172, 173, 174), 픽업 렌즈 세트(15), 이미지 센서(14), 프레임(13)을 포함하고 있다. 그 중 상기 광원(16a, 16b)에서 광선이 사출된 후, 투광판(12)을 통해 스캔을 하고자 하는 문서(2) 상으로 조사된다. 이어서 해당 광선은 스캔을 하고자 하는 문서(2)에 의해 반사된 후, 다시 투광판(12)을 통해 이미지 스캔닝 모듈(1)로 입사되는 이미지 광속 Li로 형성되고, 다시 반사경 M1, 반사경 M2, 반사경 M3에 의해 반사되고 다시 반사경 M4에 의해 반사되어 이미지 광속 Lo으로 형성되고, 픽업 렌즈 세트(15)를 통해서 초점이 모아진 후 이미지 센서(14)에 이미지로 형성된다. 그 중 상기 프레임(13)은 상기 이미지 스캐닝 모듈(1) 내의 각 부품들을 유닛들을 수용하여 설치하는데 사용된다. 본 실시예의 광행로는 Obj→M1→M2→M3→M4→Img이며, 광행로의 총길이(TTL)는 Di+D1+D2+ D3+Do=248.60。이다. 상기 반사경 M1(171), M2(172), M3(173), M4(174) 반사면의 수선(법선)과 +Z축의 협각
Figure 112009052365048-UTM00048
, 반사경M1(171), M2(172), M3(173), M4(174) 반사점의 좌표
Figure 112009052365048-UTM00049
는 다음 표 3과 같다. :
표 3. 제3 실시예의 광학 참수표
Surface
Figure 112009052365048-UTM00050
(deg.)		 Di(mm) (MiX,MiZ)
Obj 0 (0, 0)
M1 169.98 70.18 (0, 70.18)
M2 52.26 38.60 (-13.02, 33.87)
M3 74.16 24.91 (11.93, 34.75)
M4 151.41 61.28 (-39.18, 66.57)
Img 　 53.63 (-40.38, 12.94)
이미지 스캐닝 모듈로 입사되는 이미지 광속 Li와 픽업 렌즈 세트로 입사되는 이미지 광속 Lo의 진행 방향이 서로 반방향 관계가 되어 그 광로가 U자형으로 형 성되고, 픽업 렌즈 세트(15)면은 +Z축 방향을 향하고 있기 때문에 이미지 광속 Li의 잡광 광선을 감소시킬 수 있고, 또한 반사경 M1, M2, M3에서 반사되는 이미지 광속의 잡광 광선이 픽업 렌즈 세트(15)로 들어가는 것을 방지하여 효과적으로 고스트이미지 현상을 감소시킬 수 있게 된다.
X-Z평면 상에서
Figure 112009052365048-UTM00051
는 다음 조건을 만족시킨다. :
Figure 112009052365048-UTM00052
그 중, 협각 φ는 이미지 광속 Lo과 Z축 축선과 평행한 협각을 의미하며,
Figure 112009052365048-UTM00053
은 이미지 광속 Lo의 길이를 의미하며,
Figure 112009052365048-UTM00054
은 +Z축 방향의 단위 벡터를 의미한다.
반사경M1(171), 반사경M2(172), 반사경M3(173)과 반사경M4(174)의 각도,
Figure 112009052365048-UTM00055
는 다음 공식을 만족시킨다. :
Figure 112009052365048-UTM00056
그 중，
Figure 112009052365048-UTM00057
는 광로의 제i 반사경 반사면의 수선(법선)(normal line)과 +Z축의 협각을 의미하며, n은 이미지 광속의 총반사 횟수를 의미하며, 본 실시예에서 n=4이다.
본 실시예에서 사용하는 이미지 센서(14)는 1.58x35.02mm，2λ=35.05mm，
Figure 112009052365048-UTM00058
이다.
본 실시예의 픽업 렌즈 세트(15)와 이미지 센서(14)의 광축과 Z축 축선과 평행한 협각 θ는 1.56°이며，다음 조건을 만족시킨다. :
Figure 112009052365048-UTM00059
<제4 실시예> 5개 반사경을 사용한 이미지 스캐닝 모듈
도 11은 본 고안인 이미지 스캐닝 모듈의 네 번째 실시예에 관한 사시도이다. 도 11의 내용을 참조해 보면, 본 이미지 스캐닝 모듈은 2개의 LED 램프 광원(16a, 16b), 3개의 반사경 (M1과 M2와 M3과 M4와 M5; 171, 172, 173, 174, 175), 픽업 렌즈 세트(15), 이미지 센서(14), 프레임(13)을 포함하고 있다. 그 중 상기 광원(16a, 16b)에서 광선이 사출된 후, 투광판(12)을 통해 스캔을 하고자 하는 문서(2) 상으로 조사된 후, 이미지 스캔닝 모듈(1)로 입사되는 이미지 광속 Li로 형성되고, 해당 이미지 광속 Li 은 각 반사경을 통해 반사되어 이미지 광속 Lo로 형성되어 픽업 렌즈 세트(15)를 통해서 초점이 모아진 후 이미지 센서(14)에 이미지로 형성된다. 그 중 상기 프레임(13)은 상기 이미지 스캐닝 모듈(1) 내의 각 부품들을 유닛들을 수용하여 설치하는데 사용된다. 본 실시예의 광행로는 Obj→M1→M2→M3→M4→M3→M4→M3→M2→M5→Img이며, 광행로의 총길이(TTL)는 Di+D1+D2+D3+D4+D5+D6+D7+D8+Do=363.01mm이다. 상기 반사경 M1(171), M2(172), M3(173), M4(174), M5(175) 반사면의 수선(법선)과 +Z축의 협각
Figure 112009052365048-UTM00060
, 반사경M1(171), M2(172), M3(173), M4(174), M5(175) 반사점의 좌표
Figure 112009052365048-UTM00061
는 다음 표4와 같다. :
표 4. 제4 실시예의 광학참수표
Surface
Figure 112009052365048-UTM00062
(deg.)		 Di(mm) (MiX,MiZ)
Obj 0 (0, 0)
M1 149.51 69.54 (0, 69.54)
M2 88.48 16.39 (14.32, 61.46)
M3 90.23 31.91 (-13.65, 46.10)
M4 81.53 28.12 (11.87, 34.17)
M3 90.23 25.18 (-13.17, 31.58)
M4 81.53 24.47 (11.28, 30.65)
M3 90.23 25.77 (-13.39, 38.17)
M2 88.48 29.55 (14.25, 48.61)
M5 145.46 57.35 (-39.18, 69.47)
Img 54.74 (-40.38, 12.10)
이미지 스캐닝 모듈로 입사되는 이미지 광속 Li와 픽업 렌즈 세트로 입사되는 이미지 광속 Lo의 진행 방향이 서로 반방향 관계가 되어 그 광로가 U자형으로 형성되고, 픽업 렌즈 세트(15)면은 +Z축 방향을 향하고 있기 때문에 이미지 광속 Li의 잡광 광선을 감소시킬 수 있고, 또한 반사경 M1, M2, M3에서 반사되는 이미지 광속의 잡광 광선이 픽업 렌즈 세트(15)로 들어가는 것을 방지하여 효과적으로 고스트 이미지 현상을 감소시킬 수 있게 된다.
X-Z평면 상에서
Figure 112009052365048-UTM00063
는 다음 조건을 만족시킨다. :
Figure 112009052365048-UTM00064
그 중, 협각 φ는 이미지 광속 Lo과 Z축 축선과 평행한 협각을 의미하며,
Figure 112009052365048-UTM00065
은 이미지 광속 Lo의 길이를 의미하며,
Figure 112009052365048-UTM00066
은 +Z축 방향의 단위 벡터를 의미한다.
반사경M1(171), 반사경M2(172), 반사경M3(173), 반사경M4(174)와 반사경M5(175)의 각도,
Figure 112009052365048-UTM00067
는 다음 공식을 만족시킨다. :
Figure 112009052365048-UTM00068
그 중,
Figure 112009052365048-UTM00069
는 광로의 제i 반사경 반사면의 수선(법선)(normal line)과 +Z축의 협각을 의미하며, n은 이미지 광속의 총반사 횟수를 의미하며, 본 실시예에서 n=9이다.
본 실시예에서 사용하는 이미지 센서(14)는 1.58x35.02mm，2λ=35.05mm，
Figure 112009052365048-UTM00070
이다.
본 실시예의 픽업 렌즈 세트(15)와 이미지 센서(14)의 광축과 Z축 축선과 평행한 협각 θ는 1.13°이며, 다음 조건을 만족시킨다. :
Figure 112009052365048-UTM00071
상술된 내용을 종합해 보면 본 고안인 이미지 스캐닝 모듈의 효과는 U자형 광행로를 이용해 이미지 스캔을 진행하기 때문에 비교적 적은 수량의 반사경을 이용해 수차례의 반사 작업을 진행할 수 있어 광로의 길이 및 피사계 심도를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 또한 광속이 U자형으로 형성되기 때문에 반사경의 수차례 반사 과정으로 인해 생성되는 잡광을 대폭 감소시킬 수 있거나 혹은 제거할 수 있어 효과적으로 고스트 이미지 현상을 방지할 수 있다.
본 고안의 또 하나의 효과는 제작 및 조립 시 픽업 렌즈 세트 및 이미지 센서의 광축을 조정하여 더욱 쉽게 이미지 광속 L2로 다시 합칠 수 있기 때문에 조립 과정을 더욱 간단화하여 양산성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 고안의 또 다른 하나의 효과는 1개의 광원, 2개(혹은 이상)의 광원에 적용할 수 있으며, 또한 2개, 3개, 4개, 5개(혹은 이상)의 반사경에도 적용하여 서로 다른 피사계 심도를 생성할 수 있고, 더 나아가 픽업 렌즈 세트 위치를 조정함으로써 서로 다른 초점 거리의 픽업 렌즈 세트에도 적용할 수 있어 그 운용 범위가 더욱 광범위해질 수 있다.
이상 상술한 내용은 단지 본 고안의 특징과 장점 등을 상세히 설명하기 위해 비교적 우수한 실시예를 예로 들어 설명한 것으로 본 고안 신청의 범위는 이에 국한되지 않고 본 고안 신청 정신과 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 기타 변형 등의 과정을 통한 경우에도 본 고안 신청 범위에 모두 포함된다.
도 1은 종래 기술의 이미지 스캐닝 모듈의 첫 번째 사시도이다.
도 2는 종래 기술의 이미지 스캐닝 모듈의 두 번째 사시도이다.
도 3은 종래 기술의 이미지 스캐닝 모듈의 세 번째 사시도이다.
도 4는 본 고안인 U자형 광행로를 이용해 이미지 스캐닝을 하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 광행로와 반사경 반사면 수선(법선)과 Z축 협각 부호에 관한 설명도이다.
도 6은 픽업 렌즈 세트 광축과 Z축에 평행으로 놓인 축선에 의해 형성된 협각을 나타낸 사시도이다.
도 7은 이미지 광속L과 Z축에 평행으로 놓인 축선에 의해 형성된 협각을 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 고안인 이미지 스캐닝 모듈의 첫 번째 실시예에 관한 사시도이다.
도 9는 본 고안인 이미지 스캐닝 모듈의 두 번째 실시예에 관한 사시도이다.
도 10은 본 고안인 이미지 스캐닝 모듈의 세 번째 실시예에 관한 사시도이다.
도 11은 본 고안인 이미지 스캐닝 모듈의 네 번째 실시예에 관한 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 이미지 스캐닝 모듈 2 : 문서
12 : 투광판 13 : 프레임
14 : 이미지 센서 15 : 픽업 렌즈 세트
16 : 광원 16a, 16b : 광선
171 : 반사경M1 172 : 반사경M2
173 : 반사경M3 174 : 반사경M4
175 : 반사경M5 21, 22 : 이미지 광속
23 : Z축에 평행으로 놓인 축선 31 : 반사경M1의 수선(법선)
32 : 반사경M2의 수선(법선) 917: 반사경
S1∼S3 : 순서 흐름

Claims (5)

  1. U자형 광행로 이미지 스캐닝 모듈로서, 최소한 하나 이상의 광원, 복수 개의 반사경, 픽업 렌즈 세트, 이미지 센서 및 프레임을 포함하고 있으며, 상기 광원이 스캔하고자 하는 문서에 조사된 후, 상기 이미지 스캐닝 모듈로 입사되는 이미지 광속 Li로 형성되고, 다시 상기 이미지 광속이 복수 개의 반사경에 의해 반사되어 픽업 렌즈 세트로 들어가는 이미지 광속 Lo으로 형성되며, 상기 픽업 렌즈 세트는 입사된 광속의 초점을 상기 이미지 센서 상으로 모아주고, 상기 프레임은 상기 광원, 상기 복수 개의 반사경, 상기 픽업 렌즈 세트 및 상기 이미지 센서를 설치할 수 있는 공간을 제공하고, 상기 픽업 렌즈 세트의 광축 축방향은 상기 이미지 스캐닝 모듈로 들어가는 상기 이미지 광속 Li와 반방향 관계가 되어 그 광로가 U자형 광행로를 형성할 수 있게 해주며, X-Y 평면 상에 다음과 같은 조건을 만족시키는, U자형 광행로 이미지 스캐닝 모듈.
    Figure 112009052365048-UTM00072
    그 중, 협각 φ는 이미지 광속 Lo과 Z축 축선과 평행한 협각을 의미하며,
    Figure 112009052365048-UTM00073
    은 이미지 광속 Lo의 길이를 의미하며,
    Figure 112009052365048-UTM00074
    은 +Z축 방향의 단위 벡터를 의미한다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 U자형 광행로 이미지 스캐닝 모듈 상에 상기 복수 개의 반사경들 사이의 각도는 다음과 같은 조건을 만족시키는, U자형 광행로 이미지 스캐닝 모듈.
    Figure 112009052365048-UTM00075
    ；
    그 중,
    Figure 112009052365048-UTM00076
    는 광로의 제i 반사경 반사면의 수선(법선)(normal line)과 +Z축의 협각을 의미하며, n은 이미지 광속의 총반사 횟수를 의미한다.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 U자형 광행로 이미지 스캐닝 모듈 상에 상기 픽업 렌즈 세트 및 상기 이미지 센서 광축과 상기 이미지 광속 Li와 평행한 협각 θ는 다음과 같은 조건을 만족시키는, U자형 광행로 이미지 스캐닝 모듈.
    Figure 112009052365048-UTM00077
    그 중, 2λ는 이미지 센서의 유효 감지 범위의 대각선 길이를 의미하며, D는 반사경에 의해 반사된 이미지 광속Lo의 반사점에서 이미지 센서까지의 거리를 의미한다.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 U자형 광행로 이미지 스캐닝 모듈 상에 상기 광원은 냉음극 램프, 발광 다이오드 램프 및 크세논 램프 중 하나를 선택해 구성할 수 있는, U자형 광행로 이미지 스캐닝 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 U자형 광행로 이미지 스캐닝 모듈 상에 상기 반사경의 수량은 2개-6개까지 구성이 가능한, U자형 광행로 이미지 스캐닝 모듈.
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