TW313631B - Optical mechanic system separately driven by CPU - Google Patents

Description

313631 at _B7 五、發明説明（） 本發明係有關一光學掃描器之光學機械糸統，特別是 一種區分此系統為複數個光學元件組，而可個別驅動每一 光學元件組，甚且可經由調整此複數個光學元件組之相對 位置，即調整光學成像糸统之物距與像距，進一步調整光 學解析度之光學機械糸統。 ' 請參見第1圖為現有的平台式掃描器常見的光學機械 糸統架構，其中有掃描燈管101 ，鏡>} 102〜104 ，鏡頭1 0 5 ’ C C D 1 0 6等組合》掃瞄時，利用步進 馬達和皮帶來帶動整組光學糸统，其中的鏡Η 1 02〜1 04 ’鏡頭} 05及CCD 1 0 6皆是固定的，但此種設 計卻會有下述的問題： ⑴整個光學機械姐太重’因此在掃描時所消耗的功率相當 大，不符合省電的原則。 ' (2)由於光學機械组的位置是一直在變動的，所以需要帶形 電纜' (Flat Cable)來傳輸C CD 1 0 6的信號至主機板 上。而琨今掃描器所使用的C C D其成像單元數愈來愈多 ’因此傳輸需要更快的速度，而在頻率相對提高的情況下 ’帶形電纜（F 1 a t C a b 1 e )會有輻射的問題要克服。再加 上帶形電纜（F 1 a t C a b 1 e )本身經常有接觸不良的問題， 經濟部中央標準局員工消費合作杜印裝 動改元 驅於學 件在光 機的之 器 目內 瞄要器 掃主描 用明掃 習發將 述本種 陳 ，一 所失出 分缺提 部的而 景面 ， %ί方點 。 明等缺 善：發度之 改逑之析術 Μ 概文解技 加及上學用 須的於光習 必目緣整述 此明 調上 因發 及進 本紙張跋適用中國國家揉準（CNS ) Α4祕（210Χ29·^公釐） 經濟部中央標率局員工消費合作社印裂 A7 B7 五、發明説明（） ， 件區分為幾個光學機械組，除C C D外，每组皆可獨立由 C P U分別控制步進馬達驅動的構想，如此，便可解決上 述之因整個光學元件組過重之弊端，因其整體驅動所耗電 太多，俟CCD固定後，便亦連帶解決了帶形電纜（Flat Cable) I畐射及接觸不良之問題。 槪括言之，本發明為一棰光學掃描器内之光學機械系 統包含，第一光學裝置，係用Μ作為掃描光源之發射及經 被掃描物件反射而回的光之接收裝置及將接收之光反射出 ;第二光學裝置，係用以接收上述之第一光學裝置所反射 出之光線，並於內部反射傳輸輪出；第三光學装置，係用 Κ接收上述之第二光學裝置所反射之光線，及傳輸出光； 第四光學裝置，係用Μ接收上述之第三光學裝置所傳出之 光線，及作為上述光學機械糸統之最终光學影像接收端； 及上述之第一、第二及第三光學装置皆係可各別設定調整 其位置者。 發明詳细說明： 在描述本發明之實施例及電路圖中，為便於能讓熟悉此 技術領域之人士能瞭解本發明而使用特定的衡語，但本發 明之精神更包括完成該特定術語之目的的均等技術，皆包 含在本發明之實質精神當中。 本發明所揭露之光學機械糸統，其重點在於能解決前 述發明背景中習用技術所造成之耗電多，及帶形電纜（ F 1 a t Cab 1 e )會有輻射以及經常有接觸不良現象等問題c, 此外，更能提掃瞄器之光學解析度。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐：） (t先閲讀背面之注$項再填寫本頁}

313631 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 請參照圖2，為將原 分開成為4個獨立的部分 本發明之對應於圖2的實 有一提供掃~描用光源之掃 被掃描物件所反射光學的 一光學裝置2 1所反射出 第二光學裝置中包含兩個 徑之用，而後，經此第二 傳送到第二光學裝置2 3 組2 3 1 ，係用Μ作為會 的光線，並將之傳送至第 係含有電荷耦合裝置（C 成像位置接收經透鏡組2 而後再經連於其上之帶形 缜之電腦解像處理而可在 上述之四涸光學裝置 2 1〜2 3 )是可移動的 或繩索、綱索等Μ來分別 〜2 3 >中的鏡片和鏡頭 4 _是固定不動的。此種 在圖2中，可掃瞄區域的 原點0，第二光學裝置在 ，在選擇固定的光學解析 頭组並不移動，因此其像 Β7 先圼現於圖1中的光學槠械糸統 ，分別為第1光學装'置2 4 ;在 施例中，第一光學装置21包含 描燈管2 1 1及一用Μ反射來自 第一反射鏡2 1 2，而後，此第 之光傳送至第二光學裝置2 2， 反射鏡纯係作為改變光線行進路 光學组22反射而出的光線，再 中，此裝置中至少須包含一透鏡 聚傳送至此第三光學装置2 3中 四光學裝置24中，此裝置24 CD) 24 1係用从在光學影像 3 1會聚光線而成的光學影像， 電纜（P 1 a ΐ C a M e )的傳訊及後 螢幕上顯像。 中，其中第一至第三光學裝置（ ’可Μ使用步.進馬達來帶動皮帶 驅動第一至第三光學裝置（.2 1 *第四光學裝置中的CCD2 1 設計的掃瞄動作如下. 長度為L，第〜光學裝置位置在 % L處’第三光學裝置也在原點 度掃瞄時，第三光學裝置中的鏡 距（第三光學裝置與第四光學装 - 4 - (f先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 313631 A7 B7 五、發明説明（） 置之間的距離）是固定的。而第光學裝置和第二光學装置 的鏡片組則K 2 : 1的速度移動。 即 V 1 = 2 V 2 ， 其中，V 1代表第一光學裝置的移動速度，而V 2係表示 第二光學裝置之移動速度，如此一來，在整個掃瞄過程中 ，物距會保持在L+1的固定值。 再參見圖3，假設VI =V，則V2 = ½ V，所K在 經過任何時間t ，第一光學裝置的移動距離=Vt 第二光學装置的移動距離=½ Vt 但Μ整個物距總長度的'角度來看，第一至第二光學装置的 距離縮短了 ％ Vt ，第二至第三光學裝置的距離則增加了 % V t ，所K整個物距不變，而在移動了 L / V的時間後 ，第一光學装置及第二光學装置會同時到達L，如圖4所 示，此時物距仍等於L+ 1 。 由ft可知，在整個掃瞄的過程中，物距和像距一直都 是固定的，所以掃瞄時原稿可Μ準確無誤的成像在C C D 2 4 1 上。 實際上，在到達L點時，第一光學裝置和第二光學装 置間仍應有一段距離△ L，但只要將第二光學装置的設定 位置由％ L移至H L + A L，則其最後位置會在L + A L ，整個物距則會由L + 1變成L + 1 + 2 △ L，（亦為 一固定值）。因此，一樣可在掃瞄時，將原稿準確無誤的 成像在C C D上。 再者，本發明所欲解決之另一垔點問題為，在選擇提 本紙張尺度適用中國國家捸準（CNS ) A4规格（2_10父297公| ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

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A7 B7五、發明説明（） 高解析度的掃瞄時，整個動作流程和前者有些許不同，以 提高解析度不變（像高不變）’因此，必須將可掃瞄區域 的寬度減半（物高減半）才能達到提高解析度至2倍的目 像高 - 的。由於放大率=--，因此提高解析度至2倍時，放大 物高 率會變成原來的2倍’所Μ我們必須調整掃瞄器的物距（ 移動第二光學裝置）及像距（移動第三光學裝置）Κ達到 此目的，且這些調整的動作需在開始掃瞄前完成。 至於調整的動作原理如下： 圖5是一般凸，透鏡的成像情形，其中 X:物距，Υ:像距，f :焦距 S:物高，像高，m:放大率 1 1 1 其關係式為：一 + —=— X ' Y fs , —=m S 而由於在圖5中，51 ，52兩個三角形為等比三角形， 所K我們可得Y s - —=—=m X S ;<-* k. ^ .^^1-1 n nn —It In (妹先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ml nn nn n·—-- nn 訂—---- 線 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Α4规格（：210Χ297公釐）

經濟部中央橾準局員工消費合作社印I Α7 Β7 五、發明説明（） 現在，我們需要將放大率提高為2倍，且物高減半，像高 不變，因此必須同時改變X，Y值成為X / ， Y /來滿足 條件。 請再參見圖6，新的關係式為：

1 1 I _____ —-— zzz - X ' Y / f .·

Y - Y / - Y 一 =m " = 2 m -ί> ,：; — = 2 ·—

X ^ - X / X 由於在掃瞄器中，X、Y、f值都是已知，所Μ X / ，Υ Ζ值可Μ順利求得將上述關係應用至掃瞄器中在提高 解析度時（Κ 2倍為例）需在開始掃瞄前，先移動第二光 學裝置和第三光學裝置的鏡片及鏡頭來調整物距和像距， 至於二者移動的距離，則引用上述方程來計算所需的X / 、丫 ’值。 如圖7所示，將第二光學裝置移至L1處，第三光學 裝置移至L2處，第一光學裝置及第四光學裝置則不變， 完成此動作後，即可開始2倍解析度的掃瞄，掃瞄控制的 模式和原來的一樣（.即V 1 = 2 V 2 ，第三及第四光學裝 置則保持不動） > 如此一來，在整個掃瞄的過程中，我們 就可02Κ得到固定的物距和像距。 不苘的是，此時掃瞄區域不但寬度減半，且長度也會 縮短，新的掃瞄區域長度為2 L 1 ，也就是說第一光學 -7 - 本紙張尺度逍用中國國家樣準（CNS )人4规格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 313631 __B7 五、發明説明（） 裝置及第二光學裝置會同時到達2 * L1處而结束掃猫， 如此一來，物距才能保持固定。·至於在實際操作時，仍要 考慮Δί值，不過，同前面例子的方式，並不會影響正確 的结果。 综.h所妹，利用調窄物距和像距之間比例的方式，可 W提富掃瞬器中掃猫時的解祈博1 «但枏對的；解析疳提高 時，可掃瞄區域也#寒小。 解析麽的塥高可Μ巾S3動器說.定成某一範圍中，幾個 不同的設定值，可預設在記憶體中内建一表格，如4〇〇dp i ，500dpi，600dpi’ 800dpi等（其中400dp〖為掃瞄器預設 的光學解析度），而每個不同的設定值在掃瞄前、掃瞄器 都會自動去調整鏡片組和鏡頭的位置K符合需求。然後在 掃瞄時，物距和像距則保持固定值Μ確保原稿正確無誤的 成像在C C D上，而上述之調整機制流程皆係可由C P U 控制者。這個方式不但可Κ提高解析度，更可Κ解決原來 掃瞄器中，因底盤'過重而消耗功率大的問題。且C C D 2 4 1 (第四光學裝置）一直是固定不動的，所Κ我們可Κ 使用其他的影像傳輸線來取代帶形電纜（Flat Cable)， 一併解決因帶形電讀（F 1 at Cab 1 e)所產生的問題。 雖然本發明已K 一較佳實施例揭·示如上，然其並非用 Κ限定本發明，任何熟習此領域技藝者，在不脫離本發明 之精神和範圍内，當可作些許之更動和潤飾，因此本發明 之保護範圍視後附之申請專利範圍所界定者為準。 圖式簡單說明： 本紙張尺度逋用中國國家標率（CNS ) Α4规格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) λ 訂 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 __B7________ 五、發明説明（） 第1圖：為習用平台式掃描器之光學機械糸統架構圖。 第2圖：為本發明之可調式光學掃描系統结構圖。 第3、4圖：為本發明可調式光學掃描系統之掃描動作說 明圖。 第5A、5B圖：為本發明有關調整光學解析度之光學原 理說明圖。 第6圖：為本發明調整光學解析度為原來2倍之光學成像 原理說明圖。 第7圖：為對應於第5及第6圖之光學解析度調整的掃描 範圍調整之.說明掘。 ---—1 L·— ί n n - —ml - —I J— ----- ' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 修正 補尤 六、申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 1· 一種 被擇描 出； 所反射 所反射 所傳出 接收端 光學裝 以改變 光學掃描 签 , 弟一光 物件反射 第二光 出之光線 之光線及 第四光 之光線， ，其中上 置係以_ 其栢對之 器内之光 學裝置， 而回的光 學裝置， ’並於内 學裝置， 傳輸出光 學裝置， 及作爲上 述之第一 電子控制 光程，因 學機械系统，至少包含： 係用以作爲择描光源之發射及經 之接收裝置，及將接收之光反射 係用以接收上述之第—光學装置 部反射傳輸 > 輸出； 係用《接收上述之第二光學装置 ;及 係用以接收上述之第三光學装置 述光學機械系统之最終光學影像 光學裝置、第二光學裝置及第三 器分别控制其相對移動速度，藉 而改變其放大倍率及解析度。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •装丨 2_如申請專利範圍第1項之系統，其中上述之第—光學裝 置至少包含： 一掃描燈組，係用以作爲上述之光學掃描器的光 源；及 光 一第一反射鏡，係用以反射該被择插物件反射之 訂 線 經濟部中央揉準局員工消費合作社印製 3.如申請專利範圍第1項之系统，其中上述之第二光學裝 置至少包含： 一第二反射鏡，係用以反射由上述第一光學裝置 10 本紙張又度適用中國國家揉準（CNS } Α4規格（210Χ297公釐） 313631 as B8 C8 D8 六、申請專利範圍 . 所輸出之光；及 一第三反射鏡，係用以反射由該第二反射鏡所反 射之光。 4 .如申請專利範圍第1項之系统，其中上述之第三光學裝 置至少包含： 一透鏡组，係用以會聚上述之第二光學装置所輸 出之光。 5. 如申請專利範圍第1項之系統，其中上述之第四光學裝 置至少包含： 電荷耦合器（CCD)，係用以接收上述之第三光學 裝置所輸出之光，及形成一初步光學影像。 6. 如申請專利範圍第1項之系统，其中上述之電子控制器 至少包含一中央處理單元（CPU)。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ........ - II 、1T 線 經濟部中夬標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐）