KR20140100346A - 인쇄장치용 다기능 광센서 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인쇄장치용 다기능 광센서 모듈에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 인쇄장치에서 용지의 위치, 인쇄 상태 등 인쇄 품질을 높이기 위해 필요한 여러 상태를 감지할 수 있는 다기능 광센서 모듈에 관한 것이다. 상기 다기능 광센서 모듈은, 용지 측을 향해 경사지게 광을 방출하는 광원으로서, 적색(R) 발광다이오드 칩, 녹색(G) 발광다이오드 칩 및 청색(B) 발광다이오드 칩으로 이루어진 발광소자; 상기 발광소자로부터 방출되어 상기 용지 측에 의해 반사된 광을 수신하여 전기신호로 변환하는 제1 수광소자; 상기 발광소자로부터 방출되어 상기 용지 측에 의해 산란된 광을 수신하여 전기신호로 변환하는 제2 수광소자; 및 상기 발광소자와 상기 제1 및 제2 수광소자가 장착되며, 이들을 광학적으로 분리시키는 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따라서 인쇄장치의 인쇄 품질을 높이는데 필요한 여러 상태를 감지할 수 있는 센서를 하나의 모듈로 구성함으로써 여러 센서를 장착하는데 필요한 공간과 제조 비용을 획기적으로 절감할 수 있으며, 고품질의 인쇄 품질을 보장하면서도 제품의 소형화를 도모할 수 있다.

Description

인쇄장치용 다기능 광센서 모듈{Optical sensor module having multi-functions for printers}

본 발명은 인쇄장치용 다기능 광센서 모듈에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 인쇄장치에서 용지의 위치, 인쇄 상태 등 인쇄 품질을 높이기 위해 필요한 여러 상태를 감지할 수 있는 다기능 광센서 모듈에 관한 것이다.

프린터, 복사기, 팩스, 복합기 등의 인쇄장치에는 실제 인쇄 동작을 수행하기까지 정확하고 고품질의 인쇄를 위해 여러 상태의 사전 점검이 요구된다. 예컨대, 인쇄의 시작 위치를 결정하기 위해 용지의 위치, 인쇄 품질을 높이기 위해 시험 인쇄에서의 염료 확인 등이 필요하고, 이를 위해 일반적으로 다수의 광센서가 사용된다.

다수의 광센서가 사용될 경우, 이들 광센서 각각에 대한 제어가 필요함은 물론이고, 이들 광센서를 장착하기 위한 공간이 필요하며, 인쇄장치의 제조 비용을 증가시키는 요인이 된다. 또한, 광센서의 위치에 따라 감지 능력에 있어서도 차이가 나게 되는데, 복수의 광센서의 최적 위치가 중복될 수 있어 어느 광센서는 자신의 설치 위치를 다른 광센서에게 양보해야 한다. 이러한 이유로 어떤 광센서를 생략하여 광센서의 개수를 줄이게 되면, 인쇄 품질이 하락하는 부작용을 감수해야만 한다. 따라서 인쇄장치에 사용되는 센서의 개수를 줄이면서도 인쇄 품질을 하락시키지 않는 기술이 요망된다.

본 발명은 인쇄장치에서 용지 및 인쇄와 관련된 여러 상태를 감지할 수 있는 다기능 광센서 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 다기능 광센서 모듈은, 용지 측을 향해 경사지게 광을 방출하는 광원으로서, 적색(R) 발광다이오드 칩, 녹색(G) 발광다이오드 칩 및 청색(B) 발광다이오드 칩으로 이루어진 발광소자; 상기 발광소자로부터 방출되어 상기 용지 측에 의해 반사된 광을 수신하여 전기신호로 변환하는 제1 수광소자; 상기 발광소자로부터 방출되어 상기 용지 측에 의해 산란된 광을 수신하여 전기신호로 변환하는 제2 수광소자; 및 상기 발광소자와 상기 제1 및 제2 수광소자가 장착되며, 이들을 광학적으로 분리시키는 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다기능 광센서 모듈은 기본적으로 광의 세 가지 성분과 광의 반사 특성과 광의 산란 특성을 이용하며, 서로 다른 위치에 반사광을 수신하는 수광소자와 산란광을 수신하는 수광소자를 배치하고 확인하고자 하는 인쇄장치의 상태의 유형에 따라 이들 수광소자의 전기신호를 예컨대 마이크로 제어 장치(MCU) 같은 프로세서에 의해 분석함으로써 인쇄장치의 여러 상태를 정확하게 확인할 수 있다.

상기 제1 수광소자는 바람직하게는 상기 용지 측과 경사지게 위치하도록 배치되고, 좀더 바람직하게는 상기 용지 측에 의해 반사된 광에서 정반사 성분을 수신할 수 있는 위치에 즉, 상기 용지 측과의 수직 축을 중심으로 상기 발광소자와 대칭이 되게 배치된다.

본 발명에 있어서, 상기 제2 수광소자는 바람직하는 상기 발광소자와 상기 제1 수광소자의 사이에 배치되고, 좀더 바람직하게는 상기 용지 측과 실질적으로 수직인 축 상에 위치하도록 배치된 것을 특징으로 한다. 여기서 용어 “실적으로 수직”이란 반드시 상기 용지 측과 수직인 경우만을 의미하는 것으로 제한되어서는 안 되며, 예컨대 상기 수직인 축과 ±20°의 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 다기능 광센서 모듈은 바람직하게는 상기 발광소자로부터 방출된 광을 집광시키기 위한 렌즈를 상기 발광소자의 전방에 포함하고 상기 용지 측에 의해 반사 또는 산란된 광을 집광시키기 위한 렌즈를 상기 제1 및 제2 수광소자의 전방에 각각 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 다기능 광센서 모듈은 바람직하게는 상기 제1 수광소자의 시야각을 줄이기 위한 광학적 기구물을 상기 제1 수광소자의 전방에 포함한다.

본 발명에 따른 다기능 광센서 모듈은 인쇄장치의 인쇄 품질을 높이는데 필요한 여러 상태를 감지할 수 있는 센서를 하나의 모듈로 구성함으로써 여러 센서를 장착하는데 필요한 공간과 제조 비용을 획기적으로 절감할 수 있으며, 고품질의 인쇄 품질을 보장하면서도 제품의 소형화를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 광센서 모듈의 기본 구조 및 용지와의 관계를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 다기능 광센서 모듈에서 제1 수광소자 측의 부분 확대도이다.
도 3은 광이 물체의 표면에 입사되었을 때 광의 반사 및 산란 특성을 표현한 도면이다.
도 4는 용지의 크기 측정을 위해 다기능 광센서 모듈이 장착되는 위치와 수광소자의 출력을 나타내는 도면이다.
도 5는 다기능 광센서 모듈의 출력신호로부터 구현되는 색도계를 나타낸 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.

A. 다기능 광센서 모듈의 구조

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 광센서 모듈의 구조를 나타내는 단면도이다. 상기 다기능 광센서 모듈은 예컨대 잉크젯 프린터에서 잉크 카트리지 옆에 장착되어 용지 측의 특정 위치에 광을 조사하고 용지 측에 의해 반사 및/또는 산란된 광을 수신하여 전기신호로 변환된 출력신호를, 신호처리를 위한 MCU 같은 프로세서(도시되지 않음)에 전달하는 기능을 수행한다. 선택적으로, 상기 다기능 광센서 모듈은 프로세서를 자체적으로 포함하도록 구성될 수 있다.

상기 다기능 광센서 모듈은 전체적으로 외란광의 내부 유입을 차단할 수 있는 플라스틱 구조물(10)에 여러 구성요소가 장착된 구조를 가진다. 상기 플라스틱 구조물(10) 내부에는 전원 공급 및 신호 전달을 위한 회선이 마련된 기판(20)에 발광소자(30), 제1 수광소자(40) 및 제2 수광소자(50)가 이들 간에 소정의 각도를 이루도록 실장되어 있다. 상기 플라스틱 구조물(10) 내부는 또한 발광소자(30)와 수광소자들(40, 50) 간의 크로스토크(cross talk) 즉, 발광소자(30)의 방출 광이 수광소자들(40, 50)로 직접 유입되는 것을 차단하기 위해, 각각의 소자가 모듈 외부로만 광학적으로 소통할 뿐 이들 간에는 광학적으로 차폐하는 구조를 가진다.

상기 제2 수광소자(50)는 용지(P)와 수직인 축(X) 상에 배치되고, 상기 발광소자(30)와 상기 제1 수광소자(40)는 상기 축(X)을 중심으로 바람직하게는 등각으로 경사지게 배치된다. 따라서 상기 제1 수광소자(40)는 용지 측에 의한 반사광(특히, 정반사(specular)광)을 수신하지만, 상기 제2 수광소자(50)는 상기 반사광을 실질적으로 수신하지 못한다.

상기 발광소자(30)는 세 개의 발광다이오드 칩, 즉 적색(red) 발광다이오드 칩과 녹색(green) 발광다이오드 칩과 청색(blue) 발광다이오드 칩으로 이루어지는데, 이들은 세 칩은 하나로 발광소자로 패키징되는 것이 바람직하다. 광전 변환소자인 상기 제1 및 제2 수광소자(40, 50)는 바람직하게는 포토다이오드이다.

각각의 소자(30, 40, 50)의 전방에는 상기 플라스틱 구조물(10)에 마련된 슬릿에 렌즈(61, 62, 63)가 장착된다. 렌즈(61)는 용지(P) 측으로 방출되는 광을 집광시키고, 렌즈(62, 63)은 각각 제1 및 제2 수광소자(40, 50) 측으로 입사되는 광을 집광시킨다.

상기 제1 수광소자(40)는 좁은 시야각을 가져야 하는데, 시야각이 좁아야 분해 능력이 올라가서 예컨대 용지에 인쇄된 패턴을 인식할 수 있다. 이를 위해 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 수광소자(40)의 전방에는 여기로 유입되는 광의 범위를 제한하기 위해 창의 크기를 제한하는 광학적 기구물(41)을 포함한다.

B. 광의 반사 및 산란 특성

본 발명에 따른 다기능 광센서 모듈은 광의 반사성 산란(reflective scattering) 원리를 이용한 광센서이고, 서로 다른 위치에 배치된 두 개의 수광소자를 이용하여 하나의 모듈로 다기능을 구현할 수 있다. 도 3은 이러한 광의 특성을 표현하기 위해 광이 물체의 표면에 입사되었을 때 도 3은 광이 물체의 표면에 입사되었을 때 광의 반사 및 산란 특성을 표현한 도면이다.

도시된 바와 같이, 표면에 입사된 광의 일부는 표면과의 수직 축을 중심으로 광의 입사각에 대응하는 반사각으로 반사되지만, 일부는 산란된다. 도 2의 그래프로부터 반사되는 광의 세기가 가장 큰 방향은 정반사 방향이고 산란되는 광의 세기가 가장 큰 방향은 수직 축 방향임을 알 수 있다. 이러한 광의 특성을 본 발명의 다기능 광센서 모듈과 결부시키면, 입사광 측에 모듈의 발광소자(30)가 위치하고, 정반사 측에 제1 수광소자(40)가 위치하며, 수직 축 측에 제2 수광소자(50)가 위치하는 것으로 이해될 수 있고, 물체의 표면은 용지(P) 측 표면에 해당한다.

C. 다기능 광센서 모듈의 기능들

(1) 염료의 검출

본 발명에 따른 다기능 광센서 모듈의 기능들 중 첫 번째 기능은 용지에 인쇄된 염료를 검출하는 기능이다. 일반적으로, 인쇄장치는 시안(C), 마젠타(M), 옐로우(Y), 블랙(K) 등 4종의 염료를 용지에 정착시켜 이미지를 용지에 인쇄하는데, 인쇄 품질을 높이기 위해서는 각각의 염료가 정착되는 위치를 조정해야 한다. 이를 위해서, 인쇄장치는 프린터 헤드 같은 구성을 정렬시키기 위해 테스트 패턴 출력을 수행한 후, 광센서로 염료의 정착 위치를 파악하고 필요에 따라 MCU의 제어 하에 염료가 정착되는 위치를 조정하게 된다.

염료의 검출은 광의 흡수 및 반사의 원리를 이용하여 수행된다. 용지(백색)는 파장에 관계 없이 광을 반사시키지만 염료는 색상에 따라 흡수와 반사의 양이 달라진다. 본 발명에 따른 다기능 광센서 모듈에 있어서 염료의 검출은 발광소자(30)와 제1 수광소자(40)의 상호 작용에 의해 수행된다. 발광소자(30)인 광원의 색상을 변경시키면서 용지 측에 광을 조사하면, 용지 측에 의해 반사된 광을 제1 수광소자(40)가 수신한다. 제1 수광소자(40)의 출력신호를 염료가 정착되어 있지 않은 용지 부분에 의해 반사된 광의 출력신호와 비교하면 특정 색상의 염료가 용지의 특정 위치에 정착되어 있는지를 식별할 수 있다. 용지에 정착된 염료의 위치와 색상을 바탕으로, 프린터 헤드 등의 정렬 오차 등을 보정할 수 있는 데이터를 얻을 수 있는데, 이와 관련된 세부 기술은 당해 기술분야에서 잘 알려져 있으므로 여기서는 자세한 설명은 생략한다.

(2) 용지의 모서리 감지

본 발명에 따른 다기능 광센서 모듈의 두 번째 기능은 인쇄의 시작 위치를 결정하기 위해 용지의 모서리를 감지하는 기능이다. 용지에 인쇄를 하기 위해서 일반적으로 인쇄장치는 이미지 처리부에 종이를 밀어 넣고, 그 후 이미지를 인쇄하고 인쇄물을 배출한다. 인쇄물이 여러 장이 경우 동일한 위치에 이미지를 인쇄하기 위해서는 용지의 시작점을 정확하게 알아야 출력물 간의 인쇄 결과물이 동일하게 된다.

용지의 시작점을 검출하기 위해서 통상적으로 투과형 광센서가 이용되지만, 본 발명에 따른 다기능 광센서 모듈에서는 발광소자(30)와 좁은 시야각을 가진 제1 수광소자(40)의 조합(반사형 광센서)에 의해 수행될 수 있다. 즉, 발광소자(30)에 의해 용지 측으로 광이 조사되면 용지의 시작 전 수광소자(40)의 출력신호와 용지의 시작 후 수광소자(40)의 출력신호가 차이가 나게 되므로, 이러한 출력신호 차이로부터 용지의 시작점을 검출할 수 있다.

(3) 용지의 크기 측정 및 가로축 인쇄 시작 위치 검출

상기 다기능 광센서 모듈의 세 번째 기능은 인쇄장치의 인쇄 영역에 들어온 용지의 크기를 측정하고 가로축 인쇄 시작 위치를 검출하는 기능이다. 인쇄장치에는 보통 다양한 크기의 용지가 종이가 사용될 수 있는데, 고가의 인쇄장치는 용지 보관함(tray)을 복수 개 구비하고 각각의 용지 보관함에 서로 다른 크기의 용지를 수납하여 사용할 수 있게 구성된다. 그러나 보급형 인쇄장치는 하나의 용지 보관함만을 구비하고 여기에 여러 크기의 용지를 넣을 수 있게 구성된다. 용지 크기는 국제규격에 따르지만 비슷한 크기의 용지 사용 시 사용자의 실수에 의해 의도와 다른 출력물을 얻을 수 있다. 본 발명에서 전술한 첫 번째와 두 번째 기능에서 구현된 기능을 이용하여 용지의 양단의 모서리를 검출하여 가로축 인쇄 시작 위치와 인쇄 영역에 들어온 용지의 크기를 알 수 있으며 측정된 용지 크기에 맞춰 인쇄를 조절할 수 있다. 예컨대, 광센서 모듈이 잉크 분사장치 등의 기구물에 장착되면, 기구물의 좌우 이동에 따른 수광소자의 출력 변화에 의해 용지의 크기를 알 수 있다.

세 번째 기능을 구현하기 위해서는 도 4에 도시된 바와 같이 거리를 알 수 있는 구동축에 상기 광센서 모듈이 부착되어야 한다. 잉크젯 프린터는 프린터 헤드를 움직이기 위해서 광학 인코더가 프린터 헤드에 부착되어 사용되기 때문에 별도의 장치 없이 거리 측정이 가능하다. 프린터 헤드를 좌우로 움직이면, 광센서의 출력신호는 용지가 인쇄 영역에 들어올 경우 High이고 벗어날 경우 Low일 것이므로, 출력신호가 High인 구간의 거리를 광학 엔코더를 이용하여 적산하면 용지의 크기를 측정할 수 있다. 통상적으로, 광학 인코더는 380 LPI 또는 600 LPI의 분해능을 가지므로, 약 66 μm 또는 42 μm의 해상도로 거리 측정이 가능하다.

(4) 용지의 표면 상태 검지

본 발명에 따른 다기능 센서 모듈의 네 번째 기능은 용지의 표면 상태를 검지하는 것이다. 인쇄장치에는 용지로서 종이 외에 사진 출력을 위한 포토용지, 투명재질의 OHP 필름 등이 사용될 수 있다. 종이의 경우 표면이 거칠어서 염료의 흡수가 좋은 반면 포토용지나 OHP 필름은 흡수가 거의 없는 관계로, 용지 표면의 상태에 따라 염료의 양을 조절해야만 최상의 출력 결과물을 얻을 수 있다. 따라서 보통은 사용자가 인쇄 전에 용지의 종류를 설정하는 과정이 요구된다.

본 발명에 따른 다기능 광센서 모듈은 제1 및 제2 수광소자(40, 50)의 출력 비교를 통해 용지의 표면 상태를 검지할 수 있다. 즉, 발광소자(30)로 방출되는 광을 용지에 조사하면 용지 표면에 부딪혀 반사광과 산란광이 발생되는데, 종이는 포토용지에 비해 산란광이 크고 반사광이 작다. 이를 다음과 같은 비율로 변환하게 되면, 용지 표면에 대한 고유의 값이 산출되며, 이에 대한 정보를 이용하여 용지의 표면 상태를 알아낼 수 있게 된다.

비율 = (확산광 - 제2 수광소자)/(반사광 - 제1 수광소자) X 100(%)

(5) 색도계

본 발명에 따른 다기능 광센서 모듈은 광원으로 RGB LEDs로 이루어진 발광소자(30)를 포함한다. RGB LEDs를 순차적으로 인쇄물에 조사하면 각각의 염료에 대한 흡수율과 반사율에 대한 차이가 발생되는데, 염료에 따른 흡수율과 반사율의 차이는 제1 수광소자(50)의 출력 신호로부터 식별할 수 있고, 이를 이용하여 색도계를 구현할 수 있다. 도 5에는 색도계에 대한 결과를 표시하였다. 색도계 기능에 의해, CMY 염료에 대한 각각의 용지 증착 정도를 조정함으로써 인쇄 품질을 높일 수 있다.

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 20: 기판 30: 발광소자 40: 제1 수광소자 41: 광학적 기구물 50: 제2 수광소자 61, 62, 63: 렌즈 P: 용지 X: 수직 축

Claims (5)

1. 용지 측을 향해 경사지게 광을 방출하는 광원으로서, 적색(R) 발광다이오드 칩, 녹색(G) 발광다이오드 칩 및 청색(B) 발광다이오드 칩으로 이루어진 발광소자;
   상기 발광소자로부터 방출되어 상기 용지 측에 의해 반사된 광을 수신하여 전기신호로 변환하는 제1 수광소자;
   상기 발광소자로부터 방출되어 상기 용지 측에 의해 산란된 광을 수신하여 전기신호로 변환하는 제2 수광소자; 및
   상기 발광소자와 상기 제1 및 제2 수광소자가 장착되며, 이들을 광학적으로 분리시키는 하우징;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 광센서 모듈.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 수광소자는 상기 용지 측에 의해 반사된 광에서 정반사 성분을 수신할 수 있는 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 다기능 광센서 모듈.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제2 수광소자는 상기 발광소자와 상기 제1 수광소자의 사이에서 상기 용지 측과 실질적으로 수직인 축 상에 위치하도록 배치된 것을 특징으로 하는 다기능 광센서 모듈.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 발광소자로부터 방출된 광을 집광시키기 위한 렌즈를 상기 발광소자의 전방에 포함하고 상기 용지 측에 의해 반사 또는 산란된 광을 집광시키기 위한 렌즈를 상기 제1 및 제2 수광소자의 전방에 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 광센서 모듈.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제1 수광소자의 시야각을 줄이기 위한 광학적 기구물을 상기 제1 수광소자의 전방에 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 광센서 모듈.

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