KR101486215B1 - 문서 조사기용 광학 소자 - Google Patents

Abstract

시트 상에 이미지를 기록하기 위한 장치는 광원들의 선형 어레이 및 상기 광원으로부터 방출된 광을 전송하기 위한 광학 소자를 포함한다. 상기 광학 소자는 상기 광원들에 인접하게 위치된 입사면을 갖는 광 전송 부재를 포함한다. 상기 입사면은 적어도 하나의 프리즘들의 세트를 규정한다. 상기 광학 소자는 또한 단면에서 DCPC(dielectric compound parabolic concentrator)를 규정할 수 있다. SELFOC^®렌즈와 같은, 집광수단(collection optics)은 상기 시트로부터 반사된 광을 수신한다. 상기 광학 소자의 각각의 프리즘은 각도를 규정하여, 상기 광학 소자에서 나오는 광이 상기 집광수단의 수용 각도 밖에 있도록 한다.

광학 소자, 입사면, 광 전송 부재, 프리즘, 집광수단

Description

문서 조사기용 광학 소자{Optical element for a document illuminator}

본 발명은 디지털 스캐너, 팩스 머신, 및 디지털 복사기 등과 같은 디지털 기록을 위한 하드카피 문서들(hard-copy documents)을 조사하는데 이용되는 조사 장치에 관한 것이다.

문서 스캐닝에서 유용한 조사기(illuminator)의 한 유형은 광 전송 소자를 포함하고, 상기 광 전송 소자는 소자의 출사면으로부터 나오는, 발광 다이오드(LED)와 같은 하나 이상의 포인트 광원으로부터의 광을 문서로 향하게 하도록 내부 반사를 활용한다. 스캐너용 조사기를 설계하는 것은 무엇보다도 좁은 스트라이프를 따라 균일한 조사를 제공하고, 좁은 스트라이프를 가로질러 적절한 조사 프로파일(illumination profile)을 제공하는데 있어 나타나는 어려움을 극복해야 한다.

일 측면에 따라, 광원들의 선형 어레이로부터 방출된 광을 전송하기 위한 광학 소자가 제공된다. 상기 광학 소자는 약 1.4 내지 1.8의 굴절률을 갖는, 광 전송 부재로서, 상기 광원들에 가깝게 배치되어 적어도 하나의 프리즘들의 세트를 규정하는 입사면, 출사면, 및 상기 입사면과 출사면 사이의 DCPC부를 규정하는, 상기 광 전송 부재를 포함한다.

본 발명은 광의 산란 성분에는 영향을 주지않고, 반사 플레어(flare) 영향을 최소화하는 조사 시스템을 제공한다.

예시적 실시예의 측면들은 광학 소자 및 상기 광학 소자를 통합하는 문서 스캐닝 장치 또는 "스캐너"에 관한 것이다. 상기 예시적 실시예는 또한 스캐닝된 이미지들을 생성하기 위해 물리적 문서들을 스캐닝하는 방법에 관한 것이다. 스캐닝될 문서들은 스캐닝될 이미지 또는 이미지들이 배치되어 있는 종이 또는 다른 가요성 기판의 시트들을 포함할 수 있다. 스캐너는 독립 스캐너, 복사기, 팩스 머신 또는 스캐닝된 이미지가 종이에 표현되고 및/또는 예를 들어, 디지털 형태로 디스플레이, 프로세싱, 또는 전송되도록 디지털 형태로 저장되는 다기능 디바이스와 같은 이미징 디바이스의 일부를 형성할 수 있다.

도 1을 참조하면, 문서 스캐너는 개별 부분들을 가질 수 있고, 문서 시 트(12)가 그로부터 레코딩되도록 위치될 수 있는 플래튼(10)을 포함한다. 선택적으로, 다수 페이지 오리지널 문서로부터 시트들을 연속적으로 공급하는, 문서 핸들러(도시되지 않음)가 플래튼(10)과 연관될 수 있다. 통상 문서(12)는 플래튼의 평면에 놓인다. 책의 에지 또는 문서가 쭈그러지거나 달리 굴곡진 경우 존재할 수 있는 거울 반사 상태를 나타내도록 도 1에는 굴곡지게 도시되었다.

스캔 헤드(16)는 문서를 조사하도록 위치되고 조사기(18)와 검출기(20)를 포함한다. 상기 검출기는 감광성 디바이스(22)와 렌즈 장치(24)를 포함한다. 광원들의 선형 어레이(50)(도면에서 끝에 도시됨)로부터의 광은 이하 상세히 설명될 광학 소자(30)를 통해 이동하고, 문서에 좁은 스트라이프를 조사한다.

상기 검출기는 상기 감광성 디바이스에 의해 기록된 반사된 광을 표현하는 신호들을 포함하는 이미지를 생성하기 위해 적절한 프로세싱 디바이스(도시되지 않음)을 포함한다. 하나 이상의 감광 장치들(photosensors)의 선형 어레이들을 포함하는 감광성 디바이스(22)는 상기 반사된 광을 기록한다. 감광 장치들은 CCD(charge coupled device) 또는 CMOS(complementary netal oxide semiconductor) 디바이스들과 같은 고체 상태 디바이스들을 포함할 수 있다. SELFOC^?렌즈 또는 미리 결정된 수용 각도(θ)를 갖는 다른 마이크로 렌즈 장치와 같은 렌즈 장치(24)가 반사된 광을 상기 감광 장치 어레이에 포커스하도록 상기 플래튼(10)과 상기 감광성 디바이스(22) 사이에 끼워진다. 상기 스캔 헤드(16)는 플래튼(10)의 주요 부분에 위치된 시트들 상의 이미지들로부터 반사된 광을 기록하기 위해 움직일 수 있는 캐리지(carriage; 26) 상에 장착된다. 일반적으로, 상기 캐리지는 도 1에 도시된 바와 같이, 방향 A로 이동한다.

도 2는 도 1의 문서 스캐너 용 광학 소자의 일 실시예의 사시도를 개별적으로 도시한다. 상기 광학 소자(30)는, 약 1.4 내지 1.8의 굴절률을 갖는 유리 또는 플라스틱과 같은 광 투과 물질들의 단편으로부터 형성된다(약 1.52의 굴절율을 갖는 전형적인 플라스틱이 본 원에 이용됨). 소자(30)는 34로 일반적으로 표시된 입사면과 38로 일반적으로 표시된 출사표면을 규정한다. 본 실시예에서, 36과 같은 소자(30)의 단면은 예를 들어, 상기에 참조된 미국 특허 출원 번호 11/409,109호에 기술된 광학 소자와 같은, DCPC(dielectric compound parabolic concentrator)의 적어도 한 단면을 규정한다. 간단히, 상기 DCPC는 상기 출사면(38)으로부터 나오는 광선들의 원하는 장치들을 제공하도록 전체 내부 반사에 따른다.

입사면(34)에서 복수의 프리즘들의 세트들이 규정된다. 도 3은 일부 프리즘들의 세트의 상세한 도면을 보여주는, 도 2의 선 3-3을 통한 단면도이다. (상기 프리즘들은 상기 프리즘들을 리지들(ridges) 사이에 생성하는, 소자(30)의 몸통에서 리지들을 몰딩 또는 커팅함으로써 효과적으로 형성될 수 있다.) 소자(30)는 광원들의 선형 어레이(50)에 대응하는 방향으로 연장하고, 각 프리즘은 도시된 바와 같이, 상기 선형 어레이를 따른 방향에 수직한 방향으로 배향된다. 각각의 프리즘들의 세트(40)는 광을 입사면(34)에 제공하는 광원(50)에 인접하게 배치된다. 각각의 LED(50)의 표면과 상기 프리즘들의 세트(40) 사이의 거리(d)는 2mm 이하여야 하고, 일부 예에서 상기 LED(50)는 프리즘에 접할 수 있다.

구현예에서, 상기 프리즘들의 세트들(40)은 소자(30) 내에서 이동하는 광에 대해 약 80%의 반사율을 갖는 코팅으로 코팅되거나 페인트되는 간격 영역(42)과 교차한다.

도 4는 프리즘들의 세트(40)에서 인접한 리지들에 의해 규정된 단일 프리즘(44)의 상세한 도면이다. 각각의 프리즘(44)의 베이스(p)는 약 0.2mm 내지 약 1.0mm의 길이를 가진다. 각각의 프리즘(44)은 도시된 바와 같이 수평선에 대해 규정된 각(δ)을 규정한다. 상기 각(δ)은 거울 반사의 경우, 광 도파관에서 나오는 광이 스캐너에서 이용되는 렌즈 또는 광학의 수집 각도 밖에 있도록 선택된다. 상기 각은 전형적으로 48°이거나 SLA-09 렌즈가 이용되는 경우 더 크다. SLA-12 및 SLA-20 렌즈들에 대해 상기 δ값은 각각 52°및 55°와 같거나 크다. SELFOC^®렌즈 대신 거울 렌즈가 이용되는 경우, 프리즘 각도는 광 도파관을 나오는 광이 상기 렌즈의 수용 각도 밖에 있도록 선택된다.

제조 공정상의 제한으로 인해, 매우 뾰족한 코너를 갖는 프리즘은 불가능하지만, 곡선이나 평평한 코너를 가질 수 있다. 각각의 프리즘(44)에 의해 형성된 코너들 및 각각의 프리즘(44) 사이의 코너들의 반지름은 가능한 한 작아야한다.

상기 소자(30)를 따라 각각의 프리즘들의 세트(40)의 길이는 양쪽에서 상기 세트에 대응하는 LED(50)를 넘어 연장하고, 본 실시예에서, 상기 LED(50)의 4배가 된다. 개략적으로, 본 실시예는 광의 산란 성분에는 영향을 주지않고, 매끄러운 오리지널 이미지 또는 플래튼(10)에 직접 접하지 않는 이미지로부터 반사 플레어 영향을 최소화하는 조사 시스템을 제공한다. 특히, 미국 특허 출원 11/409,109호에 기술된 바와 같은 DCPC는 LED 광원으로부터 문서 면으로 전송되는 광의 양을 최대로 할 수 있다. 프리즘들은 문서 면에 도달하는 광이 이미징 렌즈의 수용 각도보다 크다는 것을 보장하고, 따라서 임의의 거울 반사 광이 렌즈에 의해 이미징되지 않는다는 것을 보장한다. SELFOC^®렌즈는 렌즈를 따라 각각의 포인트에서 잘 규정되고 너무 크지 않은 수용 각도를 가져 프리즘 설계가 비교적 균일하게 한다. 구현예에서, 프리즘의 임의의 부분에서 각(δ)은 48°보다 커야하고; 그렇지않으면, 광이 SELFOC^®렌즈의 수용 각도 내에서 전송된다. 이는 SELFOC^®렌즈의 수용 각도 내에서 광의 전송을 피하기 위해 최소 각도 보다 작은 표면 경사의 일부분들을 갖는, 딤플(dimple) 등과 같은 종래 기술의 다른 표면이 고르지 않은 구조들이 효율적으로 동작할 수 없다는 것을 의미한다.

도 1은 문서 스캐너의 간략화된 정면도.

도 2는 도 1의 문서 스캐너 용 광학 소자(광 도파관)만을 나타낸 일 실시예의 사시도.

도 3은 도 2의 선 3-3을 따른 단면도.

도 4는 도 3의 상세를 도시하는 단면도.

Claims (4)

1. 시트 상에 이미지를 기록하기 위한 장치에 있어서:

   광원;

   상기 광원으로부터 상기 시트로 광을 배향하기 위한 광학 소자로서, 상기 광학 소자는 1.4 내지 1.8의 굴절률을 갖는 광 전송 부재를 포함하고,

   상기 광원에 가깝게 배치하기 위한 입사면,

   출사면, 및

   상기 입사면과 상기 출사면 사이의 DCPC(dielectric compound parabolic concentrator)부를 규정하는, 상기 광학 소자, 및

   상기 시트로부터 반사된 광을 수신하기 위한 집광수단(collection optics)으로서, 상기 집광 수단은 수용 각도(acceptance angle)를 규정하는, 상기 집광수단을 포함하고;

   상기 광원은 광원들의 선형 어레이를 포함하고; 상기 광학 소자는 상기 광원들의 선형 어레이를 따라 연장하고; 상기 입사면은 프리즘들의 적어도 하나의 세트를 규정하고; 상기 광학 소자는 상기 광원들의 선형 어레이에 대응하는 제 1 방향으로 연장하고, 각각의 프리즘이 상기 제 1 방향에 수직인 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하고;

   상기 프리즘들 세트의 각각의 프리즘은 상기 광학 소자에서 나오는 광이 상기 집광수단의 수용 각도 밖에 있도록 하는 각도를 규정하는, 시트 상에 이미지를 기록하기 위한 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 입사면은 인접한 프리즘들의 세트들 사이의 갭들을 규정하는, 시트 상에 이미지를 기록하기 위한 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   각각의 갭은 상기 소자 내에서 이동하는 광을 적어도 부분적으로 반사하는, 시트 상에 이미지를 기록하기 위한 장치.

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