TW201605224A - 掃描裝置 - Google Patents

Abstract

一種掃描裝置，其包括一本體、一透明玻璃板、一載具、一光源、一反射單元、一取像鏡頭組以及一影像感測器。光源發出的光線經過透明玻璃板照射至文件，由文件反射的光線穿過透明玻璃板並通過該反射空間而抵達該第一面鏡，該第一面鏡反射該光線至該第二面鏡，並在該反射空間中由該第二面鏡與該第三面鏡連續地做複數次反射後照射至該第四面鏡，照射至該第四面鏡的光線被反射至該第五面鏡，並由該第五面鏡反射後通過該取像鏡頭組而成像於該影像感測器。

Description

掃描裝置

本發明係有關於一種掃描裝置，特別是有關於一種可藉由兩平行排列的反射元件使光線做多次反射而增加總光程的掃描裝置。

掃描模組的原理主要是藉由一發光源將光線投射至欲掃描的文件上，由該文件反射的光線藉由反射單元中的反射件反射，然後藉由鏡頭聚焦在感測器上而成像，接著透過感測器將影像光束轉換成相對應的電子訊號，最後藉由軟體轉換成數位影像。

第1圖為美國專利US6,172,784的掃描裝置的光路示意圖。掃描光學系統包含有一載具150、一光源160、一反射鏡170、一第一面鏡180、一第二面鏡190、一第三面鏡110、一第四面鏡111、一第五面鏡112、一成像鏡頭113及一影像感測器114。當光源160發出光線，經反射鏡170反射，穿過玻璃140照射待掃描文件130後，產生入射於載具150之影像光束L1，影像光束L1由第一面鏡180反射至第二面鏡190並形成一反射光束L2，然後由第二面鏡190反射至第三面鏡110，再經由第四面鏡111後穿過光柵115，然後由第五面鏡112反射後形成光束L3，最終由水平方向進入位於載具150下半部的成像鏡頭113與影像感測器114，其中第四面鏡111於載具150的左上方呈順時針45度擺放，光線由第四反射件111反射，在通過光柵115時光線與軸線夾角為0度，然後進入第五面鏡112，第五面鏡112位於載具150左下方呈逆時 針45度擺放，藉由第五面鏡112的反射，光束L3由水平方向進入位於載具150下半部的成像鏡頭113與影像感測器114。此設計抑制入射光線直接藉由第五面鏡112進入影像擷取單元而與原本影像重疊產生鬼影的現象，也可縮小掃描光學系統的體積。

隨科技日新月異，使得影像掃描模組朝向輕薄短小的目標邁進，如何在有限的空間內達到更好的影像品質成為目前重要的課題。在有限的空間裡，藉由增加多面反射件而增加總光程距離，可使景深增加，讓皺折文件有較佳的影像品質，配合反射件的角度設計，可避免不必要的雜散光線藉由反射件的反射進入鏡頭與原本影像重疊，降低影像品質。

本發明的目的在於提供一種掃描裝置，在反射單元中使兩面鏡相互平行排列，藉由平行排列可固定兩反射件折射角度而增加兩反射件之間的反射次數，達到調整總光程效果。

本發明的掃描裝置的一較佳實施例包括包括一本體、一透明玻璃板、一載具、一光源、一反射單元、一取像鏡頭組以及一影像感測器。透明玻璃板設置於該本體，用於承載一文件，載具設置於該本體中，具有一入射孔，光源設置於該載具上，反射單元設置於該載具中並包括一第一面鏡、一第二面鏡、一第三面鏡、一第四面鏡以及一第五面鏡，該第一面鏡該透明玻璃板設置於該第一面鏡的反光側，該第二面鏡設置於該第一面鏡的反光側，該第三面鏡與該第二面鏡相向設置，以形成一反射空間，該第四面鏡設置於該第三面鏡的反光側，該第五面鏡設置於該第四面鏡的反光側，取像鏡頭組設置於該載具中，影像感測器設置於該載具中，其中， 該光源發出的光線經過該透明玻璃板照射至該文件，並通過該反射空間而抵達該第一面鏡，該第一面鏡反射該光線至該第二面鏡，並在該反射空間中由該第二面鏡與該第三面鏡連續地做複數次反射後照射至該第四面鏡，照射至該第四面鏡的光線被反射至該第五面鏡，並由該第五面鏡反射後通過該取像鏡頭組而成像於該影像感測器，第四面鏡的法線與該文件呈大於或等於220度且小於或等於230度角，該第五面鏡的法線與該文件呈大於或等於130度且小於或等於140度角。

在上述之較佳實施例中，該第三面鏡係與該第二面鏡平行設置。

在上述之較佳實施例中，該第一面鏡的法線與該文件呈45度角，該第二面鏡的法線與該文件呈175度角且該第三面鏡的法線與該文件呈-5度角。

在上述之較佳實施例中，該第四面鏡不設置在該第二面鏡背後延伸方向附近，使得當由該文件反射的該光線穿過該透明玻璃板而抵達該第一面鏡時，若該光線不與該第一面鏡的法線呈45度角入射該第一面鏡，則該光線由該第二面鏡與該第三面鏡反射後，不照射至該第四面鏡。

在上述之較佳實施例中，該第五面鏡與該光源的距離大於該第一面鏡、該第二面鏡、該第三面鏡以及該第四面鏡與該光源的距離。

在上述之較佳實施例中，該光源係固定於該載具的外部，並接近該入射孔。

在上述之較佳實施例中，該文件具有一第一尺寸，該第二面鏡與該第三面鏡保持一第一距離，該第一距離係對應於該第一尺寸。

在上述之較佳實施例中，該文件具有一第二尺寸，該第二面鏡與該第三面鏡保持一第二距離，該第二距離係對應於該第二尺寸，該第二尺寸係大於該第一尺寸。

在上述之較佳實施例中，該第三面鏡的法線與該第四面鏡的法線之夾角為135度角。

在上述之較佳實施例中，光線入射該第四面鏡的入射角與光線入射該第五面鏡的入射角的角度總和係大於或等於80度且小於或等於100度。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出實施例並配合所附圖式作詳細說明。

習知技術

110‧‧‧第三面鏡

111‧‧‧第四面鏡

112‧‧‧第五面鏡

113‧‧‧成像鏡頭

114‧‧‧影像感測器

115‧‧‧光柵

130‧‧‧待掃描文件

140‧‧‧玻璃

150‧‧‧載具

160‧‧‧光源

170‧‧‧反射鏡

180‧‧‧第一面鏡

190‧‧‧第二面鏡

L1‧‧‧影像光束

L2‧‧‧反射光束

L3‧‧‧光束

本發明

3‧‧‧文件

4‧‧‧透明玻璃板

5‧‧‧載具

6‧‧‧光源

10‧‧‧本體

13‧‧‧取像鏡頭組

14‧‧‧影像感測器

52‧‧‧載具蓋

54‧‧‧入射孔

F‧‧‧反射單元

M1‧‧‧第一面鏡

M2‧‧‧第二面鏡

M3‧‧‧第三面鏡

M4、M4”‧‧‧第四面鏡

M5‧‧‧第五面鏡

N1、N2、N3、N4‧‧‧法線

S‧‧‧反射空間

T1‧‧‧光線

T1”‧‧‧入射光線

T2”‧‧‧入射光線

第1圖為習知的掃描裝置的示意圖。

第2圖為本發明的掃描裝置的一實施例的示意圖。

第3圖表示在第2圖的掃描裝置中，以不同角度入射反射單元的光線的光路的示意圖。

第4圖表示在第2圖的掃描裝置中，第四面鏡設置於適當的位置以避免雜散光進入影像感測器。

第5圖為本發明的掃描裝置的另一實施例的示意圖。

第6圖為本發明的掃描裝置的另一實施例的示意圖。

第7圖為本發明的掃描裝置的另一實施例的示意圖。

請參閱第2圖，本發明的掃描裝置包括一本體10、一透明玻 璃板4、一載具5、光源6、一反射單元F、一取像鏡頭組13以及一影像感測器14。以下分別說明其構造。

透明玻璃板4安裝於本體10的一面，欲掃描的文件3放置於透明玻璃板4上，在本體10的內部設有一載具5，載具5表面被一載具蓋52所覆蓋，以避免多餘的光線進入載具5中，產生不必要的掃描影像而降低掃描品質。載具蓋52上設有一入射孔54，光源6安裝於載具蓋52上鄰近於入射孔54的位置，反射單元F、取像鏡頭組13以及影像感測器14皆設置於載具5中。

反射單元F包括一第一面鏡M1、一第二面鏡M2、一第三面鏡M3、一第四面鏡M4以及一第五面鏡M5，透明玻璃板4設置於第一面鏡M1的反光側，第二面鏡M2設置於第一面鏡M1的反光側，第三面鏡M3與該第二面鏡M2相向且平行設置而形成一反射空間S，第四面鏡M4設置於第三面鏡M3的反光側，第五面鏡M5設置於第四面鏡M4的反光側。影像感測器14可以是電荷耦合元件影像感測器(CCD)或互補式金屬氧化半導體影像感測器(CMOS)。

光源6發出的光線經過透明玻璃板4照射至文件3，由文件3反射的光線T1穿過透明玻璃板4並通過反射空間S而抵達第一面鏡M1，第一面鏡M1反射光線至第二面鏡M2，並在反射空間S中由第二面鏡M2與第三面鏡M3做六次反射後照射至第四面鏡M4，照射至第四面鏡M4的光線被反射至第五面鏡M5，並由第五面鏡M5反射後通過取像鏡頭組13而成像於影像感測器14。

在本實施例中，第一面鏡M1的法線N1與文件3呈45度角，第二面鏡M2的法線N2與文件3呈175度角且第三面鏡M3的法線N3與文件3 呈-5度角。第四面鏡M4的法線N4與文件3呈225度角，第五面鏡M5的法線N5與文件3呈135度。第三面鏡M3的法線N3與第四面鏡M4的法線N4之夾角為135度角。光線入射第四面鏡M4的入射角與光線入射第五面鏡M5的入射角的角度總和為90度。

由於光線最終藉由第五面鏡M5進入影像感測器14，為避免入射光線與雜散光線直接或間接進入第五面鏡M5，造成不必要光線進入影像擷取單元而與原本影像重疊產生鬼影的現象，因此將第五面鏡M5擺放於離入射孔54最遠的右下方。並藉由反射單元F及影像感測器14角度與位置擺設，使得影像感測器14接收的光線與掃描文件以水平的方式呈現，另一方面也增加總光程距離。

現進一步說明光線行進情形。請參閱第3圖，當發光源6發出光線後，穿過透明玻璃板4照射於文件3上，該反射光線穿過透明玻璃板4，形成光線T1進入反射單元F中。光線T1可區分兩部份，一部份是與第一面鏡M1的法線N1夾角呈45度的入射光線T1”，及其它部份則是與法線N1夾角呈非45度的入射光線T2”。當夾角呈45度的入射光線T1”接觸第一面鏡M1之後，轉變成水平方向的反射光線，再依序在第二、第三面鏡M2、M3之間進行五次的反射，最終轉變成水平方向進入取像鏡頭組13以及影像感測器14。而當夾角呈非45度的入射光線T2”接觸第一面鏡M1之後，轉變成趨近水平方向的反射光線進入第二面鏡M2之後，依序在第二、第三面鏡M2、M3之間進行的反射，最終光線會因不滿足反射條件或進入無反射件區域而消失。

須注意第四面鏡M4不可設置在第二面鏡M2背後延伸方向 附近，以免原本設定要消失的雜散光也被第四面鏡M4所反射。請參閱第4圖，圖中顯示設置在不正確位置的第四面鏡M4”，其設置在第二面鏡M2背後延伸方向附近，圖中同時以虛線畫出設置在正確位置的第四面鏡M4作為對照。當夾角呈非45度的入射光線T2”接觸第一面鏡M1之後，轉變成趨近水平方向的反射光線進入第二面鏡M2，之後，依序在第二、第三面鏡M2、M3之間進行的反射，原本會因不滿足反射條件而消失，卻藉由第四面鏡M4”進行反射，最後進入取像鏡頭組13以及影像感測器14，而與原本影像重疊產生鬼影的現象。總之第四面鏡M4不可設置在第二面鏡M2背後延伸方向附近，當光線T2”不與第一面鏡M1的法線N1呈45度角入射第一面鏡M1，則光線T2”由第二面鏡M2與第三面鏡M3反射後，不照射至第四面鏡M4。

請參閱第5圖，其說明本發明掃描裝置之另一實施例。本實施例的構造與第2至4圖的實施例大致相同，其差異在於第二面鏡M2與第三面鏡M3之間減少兩次反射，在固定的角度的情況下，須將第二面鏡M2與第三面鏡M3距離拉遠，即可增加反射距離，間接減少反射次數。因此第2至4圖所示的實施例適用於尺寸較小的影像掃描模組，例如A4影像掃描模組，用於掃描第一尺寸(A4尺寸)的文件，其中第二面鏡與第三面鏡保持對應於第一尺寸的第一距離；而本實施例則適用於尺寸較大的A3影像掃描模組，用於掃描第二尺寸(A3尺寸)的文件，其中第二面鏡與第三面鏡保持對應於第二尺寸的第二距離，第二尺寸大於第一尺寸，且第二距離大於第一距離。

請參閱第6圖，其說明本發明的掃描裝置的另一實施例。本實施例的構造與第2至4圖的實施例大致相同，其差異在於光線T1在第二面鏡M2與第三面鏡M3之間進行了多次反射之後，反射光線直接通過取像鏡頭 組13，最後成像於影像感測器14。

請參閱第7圖，其表示本發明的掃描裝置之另一實施例。本實施例的構造與第2至4圖的實施例大致相同，其差異在於第二面鏡M2與第三面鏡M3的距離拉開更遠，甚至超過第四面鏡M4與第三面鏡M3的距離，此實施例可在總光程距離不變的情況下，減少光線反射的次數，因而得以對應減少第二面鏡M2及第三面鏡M3的面積，進而可以減少掃描裝置的體積。

在上述實施例中，第四面鏡M4的法線N4與文件3呈225度角，第五面鏡M5的法線N5與文件3呈135度。然而可以了解到，如果擴大角度範圍，令第四面鏡M4的法線N4與文件3的夾角係小於或等於230度且大於或等於220度，第五面鏡M5的法線N5與文件3的夾角係大於或等於130度且小於或等於140度角，亦為可行。

在上述實施例中，光線入射該第四面鏡的入射角與光線入射該第五面鏡的入射角的角度總和約為90度。然而可以了解到，如果擴大角度範圍，令光線入射該第四面鏡的入射角與光線入射該第五面鏡的入射角的角度總和係大於或等於80度且小於或等於100度，亦為可行。

本發明之功效在於反射單元F中第二面鏡M2與第三面鏡M3是相互平行排列，藉由平行排列可固定第二面鏡M2與第三面鏡M3折射角度而增加第二面鏡M2與第三面鏡M3之間的反射次數，達到調整總光程效果，此外藉由其餘面鏡做角度微調，可使感測器接收的影像光束與掃描文件呈水平的狀態，最後固定各反射件角度，當作設計角度。藉由固定設計角度而調整位置的設計的優點如下：(1)可拉長總光程距離增加景深，能使皺摺的 文件有較佳的影像表現，另一方面，藉由調整各面鏡的距離即可套用於不同模組當中。(2)避開在面鏡背後延伸方向附近擺設另一面鏡，使雜散光線不能藉由其他面鏡繼續在反射單元中反射，最後進入影像擷取單元。(3)第五面鏡M5須遠離入射孔54，避免入射光線直接藉由第五面鏡M5進入取像鏡頭組13而與原本影像重疊形成鬼影的現象。

本發明雖以實施例揭露如上，然其非用以限定本發明的範圍，任何於其所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

3‧‧‧文件

4‧‧‧透明玻璃板

5‧‧‧載具

6‧‧‧光源

10‧‧‧本體

13‧‧‧取像鏡頭組

14‧‧‧影像感測器

52‧‧‧載具蓋

54‧‧‧入射孔

F‧‧‧反射單元

M1‧‧‧第一面鏡

M2‧‧‧第二面鏡

M3‧‧‧第三面鏡

M4‧‧‧第四面鏡

M5‧‧‧第五面鏡

N1、N2、N3、N4‧‧‧法線

S‧‧‧反射空間

T1‧‧‧光線

Claims (10)

1. 一種掃描裝置，用於掃描一文件，該掃描裝置包括：一本體；一透明玻璃板，設置於該本體，用於承載該文件；一載具，設置於該本體中，具有一入射孔；一光源，設置於該載具上；一反射單元，設置於該載具中並包括：一第一面鏡，該透明玻璃板設置於該第一面鏡的反光側；一第二面鏡，設置於該第一面鏡的反光側；一第三面鏡，與該第二面鏡相向設置，以形成一反射空間；一第四面鏡，設置於該第三面鏡的反光側；以及一第五面鏡，設置於該第四面鏡的反光側；一取像鏡頭組，設置於該載具中；以及一影像感測器，設置於該載具中，其中，該光源發出的光線經過該透明玻璃板照射至該文件，並通過該反射空間而抵達該第一面鏡，該第一面鏡反射該光線至該第二面鏡，並在該反射空間中由該第二面鏡與該第三面鏡連續地做複數次反射後照射至該第四面鏡，照射至該第四面鏡的光線被反射至該第五面鏡，並由該第五面鏡反射後通過該取像鏡頭組而成像於該影像感測器，該第四面鏡的法線與該文件呈大於或等於220度且小於或等於230度角，該第五面鏡的法線與該文件呈大於或等於130度且小於或等於140度角。
2. 如申請專利範圍第1項所述之掃描裝置，其中該第三面鏡係與該第二面鏡 相向且平行設置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之掃描裝置，其中該第一面鏡的法線與該文件呈45度角，該第二面鏡的法線與該文件呈175度角且該第三面鏡的法線與該文件呈-5度角。
4. 如申請專利範圍第1項所述之掃描裝置，其中該第四面鏡不設置在該第二面鏡背後延伸方向附近，使得當由該文件反射的該光線穿過該透明玻璃板而抵達該第一面鏡時，若該光線不與該第一面鏡的法線呈45度角入射該第一面鏡，則該光線由該第二面鏡與該第三面鏡反射後，不照射至該第四面鏡。
5. 如申請專利範圍第1項所述之掃描裝置，其中該第五面鏡與該光源的距離大於該第一面鏡、該第二面鏡、該第三面鏡以及該第四面鏡與該光源的距離。
6. 如申請專利範圍第1項所述之掃描裝置，其中該光源係固定於該載具的外部，並接近該入射孔。
7. 如申請專利範圍第1項所述之掃描裝置，其中該文件具有一第一尺寸，該第二面鏡與該第三面鏡保持一第一距離，該第一距離係對應於該第一尺寸。
8. 如申請專利範圍第7項所述之掃描裝置，其中該文件具有一第二尺寸，該第二面鏡與該第三面鏡保持一第二距離，該第二距離係對應於該第二尺寸，該第二尺寸係大於該第一尺寸。
9. 如申請專利範圍第1項所述之掃描裝置，其中該第三面鏡的法線與該第四面鏡的法線之夾角為135度角。
10. 如申請專利範圍第1項所述之掃描裝置，其中光線入射該第四面鏡的入射角與光線入射該第五面鏡的入射角的角度總和係大於或等於80度且小於或等於100度。