KR20140100016A - 종이에 인쇄된 잉크의 위치 및 색상 확인을 위한 광센서 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종이에 인쇄된 잉크의 위치 및 색상 확인을 위한 광센서 모듈에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 잉크젯 프린트의 두 개 이상의 잉크 카트리지 각각의 헤드 간의 인쇄 정렬 오차를 자동으로 보정하기 위해 테스트 인쇄 시 종이에 인쇄된 잉크의 위치 및 색상을 광학적으로 확인하기 위한 광센서 모듈에 관한 것이다. 상기 광센서 모듈은, 잉크가 인쇄된 용지를 향해 광을 방출하는 광원으로서 발광소자를 포함하는 발광부; 상기 용지에 의해 반사된 광을 수신하여 전기신호로 변환하는 수광소자를 포함하는 수광부; 및 상기 발광부와 상기 수광부의 활성 영역을 제외한 부분을 둘러싸며 상기 발광부와 상기 수광부를 광학적으로 분리시키는 하우징;을 포함하며, 상기 발광부의 상기 발광소자는 적색 발광다이오드 칩과 청색 발광다이오드 칩으로 이루어진 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 광센서 모듈은 발광소자로서 적색 발광다이오드 칩과 청색 발광다이오드 칩인 두 개의 발광다이오드 칩을 사용하여 용지에 인쇄된 모든 색의 위치 확인이 가능하다. 본 발명에 따라서 광센서 모듈을 간단하고 저렴하게 구성하면서도 용지에 인쇄된 잉크의 위치를 정확하게 측정함으로써, 잉크젯 프린터의 고품질 인쇄가 지속적으로 유지되게 할 수 있다.

Description

종이에 인쇄된 잉크의 위치 및 색상 확인을 위한 광센서 모듈{Optical sensor module for checking ink positions and colors printed on paper}

본 발명은 종이에 인쇄된 잉크의 위치 및 색상 확인을 위한 광센서 모듈에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 잉크젯 프린트의 두 개 이상의 잉크 카트리지 각각의 헤드 간의 인쇄 정렬 오차를 자동으로 보정하기 위해 테스트 인쇄 시 종이에 인쇄된 잉크의 위치 및 색상을 광학적으로 확인하기 위한 광센서 모듈에 관한 것이다.

잉크젯 프린터는 액체 잉크를 미세한 노즐로 분사하여 용지(paper)에 정착시킴으로써 문자나 이미지를 형성하는 비충격식 프린터를 말하며, 잉크를 분사하는 방법에 따라 크게 피에조 방식(piezoelectric type)과 써멀 버블 방식(thermal bubble type)으로 나뉜다.

잉크젯 프린터의 방식에 관계없이 일반적으로 컬러 잉크젯 프린터에 사용되는 잉크는 시안(C: cyan), 마젠타(M: magenta), 옐로우(Y: yellow)의 세 가지 색상과 블랙(K: black)으로 이루어지고, 이러한 잉크는 보통 컬러 잉크 카트리지(ink cartridge)와 블랙 잉크 카트리지의 두 개의 잉크 카트리지에 담기거나, 색상마다 별개의 잉크 카트리지 예컨대, 네 개의 잉크 카트리지에 담긴다. 잉크 카트리지에는 잉크를 실제로 용지 위에 분사시키기 위한 프린터 헤드가 일체로 형성되거나 잉크 카트리지가 프린터 헤드와 결합되는 구조를 가지며, 프린터 헤드에는 잉크가 분사되는 다수의 노즐이 있다.

잉크젯 프린터는 일반적으로 두 개 이상의 잉크 카트리지를 장착하여 사용하므로, 프린터 헤드의 정렬(alignment) 오차로 인해 컬러 이미지 인쇄 시 이미지의 정렬 오차 즉, 인쇄물의 품질이 저하되는 현상이 일어날 수 있다. 이러한 프린터 헤드의 정렬 오차는 어느 하나 또는 모든 잉크 카트리지의 교환 장착 시 프린터 헤드가 미세하게 틀어짐으로써 노즐들의 배열이 균일하지 않게 되거나, 잉크젯 프린터의 작동 중의 물리적 요인으로 장치에서의 에러에 의해서 일어날 수 있다 (예컨대, 등록특허공보 제10-0490427호 참조). 잉크젯 프린터에서 정렬 오차는 잉크 카트리지의 수에 관계 없이, 다수의 칩을 이용하여 고속으로 인쇄하는 어레이 헤드형 잉크젯 프린터에서도 발생한다 (예컨대, 공개특허공보 제2002-0026075호 참조).

프린터 헤드의 정렬 오차를 보정하는 것은 노즐들로부터 용지 위로 실제 분사된 잉크의 위치를 광학적으로 측정하는 것으로부터 시작되고, 측정된 잉크 위치의 오프셋 값으로부터 헤드의 정렬을 위한 보정 값을 노즐의 알고리즘에 제공함으로써 수행된다 (예컨대, 공개특허공보 제2005-0051507호 참조). 따라서 장치의 구성적인 측면에서, 가능한 한 간단한 구성으로 잉크의 위치 및 색상을 정확하게 측정할 수 있는 장치가 요망된다.

본 발명은 잉크젯 프린터의 프린터 헤드의 정렬 오차를 보정하기 위해 용지에 정착된 잉크의 위치를 정확하게 파악할 수 있고 잉크의 색상을 식별할 수 있는 광센서 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한, 위와 같은 기능을 가지는 광센서 모듈을 최소한의 발광다이오드(LED)를 사용하여 구성하는 것을 목적으로 한다.

용지에 정착된 잉크의 위치 및 색상을 확인하기 위한 본 발명에 따른 광센서 모듈은, 잉크가 인쇄된 용지를 향해 광을 방출하는 광원으로서 발광소자를 포함하는 발광부; 상기 용지에 의해 반사된 광을 수신하여 전기신호로 변환하는 수광소자를 포함하는 수광부; 및 상기 발광부와 상기 수광부의 활성 영역을 제외한 부분을 둘러싸며 상기 발광부와 상기 수광부를 광학적으로 분리시키는 하우징;을 포함하며, 상기 발광부의 상기 발광소자는 적색 발광다이오드 칩과 청색 발광다이오드 칩으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 광센서 모듈에 있어서, 상기 발광부의 발광소자에서 방출된 광이 용지에 조사되면 용지에 의해 반사된 광이 상기 수광부의 수광소자로 들어오게 된다. 이때 용지의 특정 위치에 특정 색의 잉크가 예컨대 테스트 패턴으로 인쇄되어 있는 경우 그 잉크는 특정 파장의 광을 흡수하게 되므로 용지의 특정 위치에서 반사된 광의 파장은 잉크의 색에 따라 달라지게 되고, 이에 따라 수광소자의 출력이 달라지게 된다. 따라서 용지 상의 잉크의 유무와 색상에 따라 달라지는 수광소자의 출력을 분석함으로써 잉크의 색상과 위치를 정확하게 확인할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 발광소자의 적색 발광다이오드 칩으로부터 나온 적색 광은 잉크의 색상 중 시안(C)을 구별할 수 있게 하고, 청색 발광다이오드 칩으로부터 나온 청색 광은 잉크의 색상 중 마젠타(M) 및 옐로우(Y)를 구별할 수 있게 한다. 여기서 적색 광은 약 580 nm 내지 약 650 nm의 광을 나타내는 것으로 의도되고, 청색 광은 약 420 nm 내지 약 470 nm의 광을 나타내는 것으로 의도된다.

본 발명에 있어서, 용어 “활성 영역”은 용지에 인쇄된 잉크의 위치를 확인하기 위해 발광소자로부터의 광을 모듈 외부로 방출시키기 위한 영역과, 용지에 의해 반사된 광을 수광소자로 유입시키기 위한 영역을 나타내도록 의도된다.

본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 발광부는 상기 발광소자로부터 방출된 광을 집광시키기 위한 렌즈를 상기 발광소자의 전방에 포함하고, 상기 수광부는 상기 용지에 의해 반사된 광을 집광시키기 위한 렌즈를 상기 수광소자의 전방에 포함한다. 상기 발광부 측 렌즈와 상기 수광부 측 렌즈는 단일 렌즈 또는 별개의 렌즈로 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 광센서 모듈은 발광소자로서 적색 발광다이오드 칩과 청색 발광다이오드 칩인 두 개의 발광다이오드 칩을 사용하여 용지에 인쇄된 모든 색의 위치 확인이 가능하다. 따라서 광센서 모듈을 간단하고 저렴하게 구성하면서도 용지에 인쇄된 잉크의 위치를 정확하게 측정함으로써, 잉크젯 프린터의 고품질 인쇄가 지속적으로 유지되게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광센서 모듈의 기본 구조 및 용지와의 관계를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 광센서 모듈에서 사용될 수 있는 광원의 파장 대역을 검토하기 위해 사용될 수 있는, 잉크젯 프린터의 잉크 색상에 따라 달라지는 스펙트럼 응답 곡선을 나타낸다.
도 3은 광센서 모듈을 사용하여 프린터 헤드의 노즐을 정렬하는 과정과 관련된 도면이다.

본 발명의 부가적인 양태, 특징 및 이점은 대표적인 실시예의 하기 설명을 포함하고, 그 설명은 수반하는 도면들과 함께 이해되어야 한다. 본 발명의 명확한 이해를 돕기 위해, 각 도면에서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시될 수 있다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광센서 모듈의 단면도이다. 상기 광센서 모듈은 잉크젯 프린터에서 예컨대 잉크 카트리지 옆에 장착되어 용지의 특정 위치에 광을 조사하고 용지에 의해 반사된 광을 수신하여 전기신호로 변환된 출력 신호를, 신호 처리를 위한 마이크로 제어 장치(MCU) 같은 프로세서(도시되지 않음)에 전달하는 기능을 수행한다.

상기 광센서 모듈은 전체적으로 외란광의 내부 유입을 차단할 수 있는 플라스틱 구조물(10)에 여러 구성요소가 장착된 구조를 가진다. 상기 광센서 모듈은 발광소자(20)와 렌즈(31)를 포함하는 발광부와, 수광소자(40)와 렌즈(32)를 포함하는 수광부로 이루어진다. 구조물(10) 내부에서 발광부와 수광부는 이들 간의 크로스토크(cross talk) 즉, 발광소자(20)의 방출 광이 수광소자(40)로 직접 유입되는 것을 차단하기 위한 분리부(11)에 의해 구분될 수 있고, 예컨대 도면에서 분리부(11)의 우측은 발광부이고 좌측은 수광부이다.

상기 발광소자(20)는 두 개의 발광다이오드 칩, 즉 청색 발광다이오드 칩과 적색 발광다이오드 칩으로 이루어지는데, 이들은 두 칩은 하나로 발광소자로 패키징되는 것이 바람직하다. 상기 렌즈들(31, 32)은 각각 예컨대 발광소자(20)와 수광소자(40)의 전방에 마련된 플라스틱 구조물(10)의 슬릿에 장착되는데, 이들 렌즈는 별개 부품으로 제작되거나, 제조비용 절감 및 장착 용이성을 위해 단일 부품으로 제작될 수 있다.

발광소자(20)에서 방출된 광((L1)은 발광부 렌즈(31)에 의해 집광되어 용지(P)를 향해 화살표와 같이 진행한다. 용지에 의해 반사된 광(L2)은 수광부 렌즈(32)를 통해 집중되어 수광소자(40)로 입사하게 된다. 포토다이오드 같은 광전 변환소자인 수광소자(40)는 입사된 반사광(L2)의 세기에 따라 증감하는 출력 신호를 생성하게 되는데, 용지에 잉크가 인쇄되어 있는 경우 잉크에 의해 광의 일부가 흡수되므로, 잉크가 인쇄되어 있지 않은 용지 부분에 의해 반사된 광의 출력 신호와의 비교를 통해 잉크가 용지의 특정 위치에 인쇄되어 있는지를 식별할 수 있다.

도 2는 적색 및 청색 발광다이오드 칩인 두 색상을 광원으로 사용하여 어떻게 색상을 구별할 수 있는지를 보여주기 위해, 잉크젯 프린터의 잉크 카트리지에 담기는 잉크인 시안(C), 마젠타(M), 옐로우(Y), 블랙(K) 잉크 등의 파장에 따른 흡수율을 스펙트럼 응답 곡선으로 표현한 것이다.

도 2에서 흰색 라인은 흰색 용지의 흡수 특성을 나타내고, 청색, 분홍색, 노란색, 흑색 라인들은 각각 시안(C), 마젠타(M), 옐로우(Y), 블랙(K)의 흡수 특성을 나타낸다. 통상의 기술자에게 이해되는 바와 같이, 흰색 라인과의 응답 차가 커야 신호대잡음비(SNR)가 커서 광센서로 구분이 가능하다. 흑색 라인으로 표시된 블랙 잉크는 모든 파장에 대해 매우 흡수율이 좋고, 모든 파장에서 흰색 라인과 응답 차(SNR)가 크다. 따라서 블랙은 광원의 파장에 관계 없이 검출이 가능하다.

청색 라인으로 표시된 시안(C)의 경우는 400 nm대의 광원에서 SNR이 작으며, 분홍색 라인으로 표시된 마젠타(M)의 경우는 600 nm대에서 SNR이 떨어지며, 노란색 라인으로 표시된 옐로우(Y)는 500 nm대 이상의 파장에서 SNR이 낮아진다. 이러한 도 2의 스펙트럼 분석 결과로부터, 광의 3원소인 RGB 중 적색 광과 청색 광만을 이용하여도, 용지 위에 인쇄된, 잉크젯 프린터에 사용되는 컬러 잉크인 시안(C), 마젠타(M), 옐로우(Y) 색상 모두에 대하여 구별이 가능하며, 특히 적색 광은 시안 색상을, 청색 광은 마젠타 및 옐로우를 구별할 수 있음을 알 수 있다. 따라서 잉크젯 프린터로 용지에 잉크 카트리지 색상별 패턴을 인쇄하고 도 1에 도시된 광센서 모듈을 이용하여 광원의 색상을 적색 또는 청색으로 변경하면서 인쇄된 패턴의 위치와 색상을 확인하고, 이를 바탕으로 프린터 헤드의 정렬 오차를 보정할 수 있는 데이터를 얻을 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 광센서 모듈의 사용을 통해 프린터 헤드의 노즐을 정렬하는 과정에 대해 기술한다. 일반적으로 프린터 헤드에는 다수의 노즐이 사각형 형태의 매트릭스 구조로 형성된다. 프린터 헤드의 수직 정렬을 위해, 용지에 하나의 카트리지에서 인접된 노즐들을 개방함으로써 각도가 다른 패턴을 예컨대 도 3의 (a)와 같이 형성시킨다. 인쇄된 패턴을 광센서로 연속적으로 감지하면, 용지에서 패턴이 인쇄된 부분(출력이 낮음)과 인쇄되지 않은 부분(출력이 높음)에 따라 수광소자의 출력이 변하므로, 도 3의 (b)와 같은 출력신호 그래프가 얻어진다. 기울기의 차이에 따라 사이클의 거리가 달라지게 되는데, 제일 작은 d를 가지는 패턴이 수직에 근접하기 때문에 이 패턴을 형성한 노즐들로 수직 정렬된다. 이때 거리는 프린터 헤드에 부착된 옵티컬 인코더로 인식된다.

또한 여러 개의 카트리지가 사용될 경우에는 일차적으로 정렬된 카트리지 별로 분사 위치를 상하로 하여 도 3의 (c)와 같이 패턴을 형성시키고 동일한 측정 방법을 이용하여 수직 정렬한다. 수평 정렬은 도 3의 (d)와 같이 노즐의 시작점을 변경하면서 패턴을 인쇄하고 광센서로 감지하면 광센서의 출력이 도 3의 (e)의 그래프와 같이 얻어질 것이다. 두 개의 잉크 출력 사이에 용지의 노출이 없는 것보다 노출이 있는 상태가 출력신호의 강하(drop)이 적게 되는데 일정 전압 이하로 나오게 되는 시작 위치가 잉크가 가장 오버랩이 적은 즉, 수평으로 정렬된 노즐 분사 위치가 된다.

전술한 실시예는 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자가 본 발명을 이해하고 용이하게 실시하기 위해 본 발명의 바람직한 실시 형태를 예시하기 위한 것이지, 본 발명을 제한하는 것으로서 해석되어서는 안 된다. 통상의 기술자는 본 발명의 사상과 목적 범위 내에서 다양한 변경과 수정이 가능함을 인식할 것이고, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 청구항의 모든 범위에서 보호받을 권리가 있음이 이해되어야 할 것이다.

10: 플라스틱 구조물 11: 분리부 20: 발광소자 31: 발광부 측 렌즈 32: 수광부 측 렌즈 40: 수광소자 P: 용지 L1: 발광소자로부터 방출되어 용지로 향하는 광 L2: 용지에 의해 반사되어 수광소자로 입사되는 광

Claims (4)

1. 용지에 정착된 잉크의 위치 및 색상을 확인하기 위한 광센서 모듈로서,
   잉크가 인쇄된 용지를 향해 광을 방출하는 광원으로서 발광소자를 포함하는 발광부;
   상기 용지에 의해 반사된 광을 수신하여 전기신호로 변환하는 수광소자를 포함하는 수광부; 및
   상기 발광부와 상기 수광부의 활성 영역을 제외한 부분을 둘러싸며 상기 발광부와 상기 수광부를 광학적으로 분리시키는 하우징;
   을 포함하며, 상기 발광부의 상기 발광소자는 적색 발광다이오드 칩과 청색 발광다이오드 칩으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광센서 모듈.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 적색 발광다이오드 칩과 상기 청색 발광다이오드 칩은 하나의 발광소자로 패키징된 것을 특징으로 하는 광센서 모듈.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 발광부는 상기 발광소자로부터 방출된 광을 집광시키기 위한 렌즈를 상기 발광소자의 전방에 포함하고, 상기 수광부는 상기 용지에 의해 반사된 광을 집광시키기 위한 렌즈를 상기 수광소자의 전방에 포함하는 것을 특징으로 하는 광센서 모듈.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 따른 광센서 모듈을 사용하여 용지에 정착된 잉크의 색상 및 위치를 확인하기 위한 방법에 있어서, 상기 적색 발광다이오드 칩으로부터의 발광은 시안 색상의 잉크의 인쇄를 식별하는데 적용되고 상기 청색 발광다이오드의 칩으로부터의 발광은 시안 색상의 잉크 및 마젠타 색상의 잉크의 인쇄를 식별하는데 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.

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