CN1488968A - 适用于扫描仪上的光学装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于扫描仪上的光学装置包括：至少一凹面镜、一成像装置、一光栅、以及一影像调整模块。该凹面镜具有一反射面，用于聚集该光并将光折向至一预定路径。成像装置可接受经该至少一凹面镜所折向而来的光并将其转换为电子信号。光栅位于成像装置与凹面镜之间的光路径上，可用以过滤杂光。影像调整模块用以校正调整经该至少一凹面镜所聚集的光影像。该影像调整模块所采用的影像调整方法可进行扫描影像在其二维方向上的放大倍率调整、以及扫描影像在两侧末端侧附近的MTF值调整。

Description

适用于扫描仪上的光学装置及方法

技术领域

本发明涉及一种适用于扫描仪上的光学装置及方法，尤指一种适用包括一凹面镜且是藉由一光栅来过滤杂光的光学装置、以及用以对该光学装置的扫描影像进行影像调整的方法。

背景技术

请参阅图1，为目前市面上可见的典型的平台式(Flat Bed)光学扫描仪1(Optical Scanner)实施例。其主要是在一扫描仪1外壳11的上侧表面设有一原稿承载玻璃12(Document Window Glass)以承放一待扫描原稿(图中未示)，藉由一驱动装置13带动一光学引擎14(Optical Chassis)在中空外壳11内沿着导杆15方向进行线性运动，以进行玻璃12上的原稿的影像扫描工作。

请参阅图2，为图1所示的传统光学扫描仪1的光学引擎14的A-A剖面图。光学引擎14包括有：一中空壳体141、一光源142定位于壳体141的上侧面一适当位置、由复数个反射镜片143组构而成的导光装置、一镜头组144(LensSet)、以及一电荷耦合组件145(CCD)。由光源142发出光射向玻璃12上的原稿(图中未示)，其反射光进入光学引擎14的壳体141内后，由导光装置的复数个反射镜片143将其反射折向以增长光程距离(Optical Length)至一适当长度后，经镜头组144的聚焦而成像于电荷耦合组件145上并将扫描影像资料转换为电子信号，而此一清晰聚焦成像所需的总光程长度值(Total Track；简称TT值)，也就是如图2中所示的Y1+Y2+…+Y5的总值。

如图1及图2所示的传统光学引擎14，由于其镜头组144是以包括凸透镜等组件所构成，不仅镜头组144的组件、构造以及组装均较复杂，生产成本较高，并且透镜组144亦会产生色光分离的效应，影响扫描品质。且更由于其反射镜片143是藉由在一薄板状的玻璃片的背面上镀银所构成，所以光在反射折向的过程中需经玻璃片反复多次折射，如此将更加重色光分离效应。此外，玻璃材质的反射镜片143需以额外的簧片146、夹具机构或是配合螺丝锁固的方式来将其固定在壳体141内侧的预定位置上，不仅组装定位较麻烦，实质上亦将导致生产成本的增加。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种适用于扫描仪上的光学装置及方法，可省略传统用以聚光成像的镜头组予以舍弃不用，而改用至少一凹面镜配合一光栅的使用来进行光线的聚集并成像于成像装置上，以降低生产成本并减少色光分离现象。

本发明的第二目的是提供一种适用于扫描仪上的光学装置及方法，可采用凹面镜来进行光的聚集成像，并配合一影像调整方法将扫描影像进行放大倍率的调整与MTF(影像辉度)值的校正。

本发明的第三目的是提供一种适用于扫描仪上的光学装置，其凹面镜是由可挠性的薄板结构并施以镀膜层而制成，且该镀膜层是位于光反射面，可避免因玻璃折射产生的色光分离现象。

本发明的第四目的是提供一种适用于扫描仪上的光学装置，藉由在壳体内侧壁面上形成若干预定曲度的结合表面，并配合如前所述的可挠性的薄板结构的凹面镜，可直接藉由将凹面镜直接贴合于该结合表面上便同时形成该预定曲度的凹面镜以及凹面镜的定位工作，可大幅简化组装程序与生产成本。

为了便于进一步了解本发明的上述目的、特征和效果，下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是传统的光学扫描仪示意图；

图2是传统光学扫描仪的光学引擎及其内的导光装置的示意图；

图3A是本发明的一号凹面镜的上视图、正视图以及侧视图；

图3B是本发明的二号凹面镜的上视图、正视图以及侧视图；

图3C是本发明的三号凹面镜的上视图、正视图以及侧视图；

图4A是本发明的光栅的第一实施例示意图；

图4B是本发明的光栅的第二实施例示意图；

图4C是本发明的光栅的第三实施例示意图；

图5A是本发明的光学装置的第一应用实施例示意图；

图5B是本发明的光学装置的第二应用实施例示意图；

图6A是本发明的一校正图形较佳实施例示意图；

图6B是扫描该图6A所示的校正图形所得的一扫描影像实施例示意图；

图7是本发明的光学装置的影像调整方法的一较佳实施例；

图8是本发明的光学装置的壳体与凹面镜结合构造的一较佳实施例示意图；

图9是图8中B区域的部份放大立体示意图。

具体实施方式

本发明的适用于扫描仪上的光学装置的主要特征之一，是藉由将扫描仪中传统用以聚光成像的镜头组予以舍弃不用，而改用至少一凹面镜来进行光线的聚集并成像于成像装置上，并且，更配合一光栅的使用来隔除杂光以提供较佳的影像品质。此外，为避免因凹面镜的使用造成扫描影像的扭曲现象，本发明亦提供一影像调整机制来进行影像的校正。由于本发明不需使用镜头组，因此可具有成本较低以及较不会产生色光分离现象的优点。

以下将举出数个较佳实施例详细说明本发明的光学装置与影像调整方法的详细手段、动作方式、达成功效、以及本发明的其它技术特征。

为清楚说明本发明的技术特征与实施方式，以下将先针对本发明的凹面镜与光栅的数种实施例类型进行介绍。

如图3A、图3B、与图3C所示，为本发明的凹面镜的三种实施类型，其分别揭示有一号凹面镜170、二号凹面镜180、与三号凹面镜190共三种型态。

如图3A所示的一号凹面镜170为具有一类似圆柱形或直桶形的表面，一号凹面镜170具有两平行的长边(第一长边171与第二长边172)、与该两长边相交的两短边(第一短边173、第二短边174)、以及由该长边与短边所定义的相互对应的一第一平面175与一第二平面176。在一号凹面镜170上，藉由将两短边173、174朝同一侧方向弯曲，而两长边171、172保持不动，可形成使第一平面175向内凹、第二平面176向外凸出的一号凹面镜170。

如图3B所示的二号凹面镜180为具有一类似圆球形或椭圆球形的表面，二号凹面镜180具有两平行的长边(第一长边181与第二长边182)、与该两长边相交的两短边(第一短边183、第二短边184)、以及由该长边与短边所定义的相互对应的一第一平面185与一第二平面186。在二号凹面镜180上，藉由将两短边183、184以及两长边181、182均朝同一侧方向弯曲，可形成使第一平面185向内凹、第二平面186向外凸出的二号凹面镜180。

如图3C所示的三号凹面镜190为具有一类似圆柱形或直桶形的表面，三号凹面镜190具有两平行的长边(第一长边191与第二长边192)、与该两长边相交的两短边(第一短边193、第二短边194)、以及由该长边与短边所定义的相互对应的一第一平面195与一第二平面196。在三号凹面镜190上，藉由将两长边191、192朝同一侧方向弯曲，而两短边193、194保持不动，可形成使第一平面195向内凹、第二平面196向外凸出的三号凹面镜190。

于一较佳实施例中，本发明的各凹面镜170、180、190可为非玻璃材质且为可挠性材质的薄板结构为佳，且于薄板的内凹面(亦即第一表面175、185、195)上布设有一反光材质的镀膜层178、188、198，以提供光反射面的功能。其中，该反光材质的镀膜层178、188、198材料可为银、铬、铝、白金、或其它良好反光材料，其可以蒸镀(Evaporating Sputtering)、溅镀(Sputtering)、化学沉积(Chemical Deposition)或其它方式形成在薄板上，其镀膜层178、188、198的厚度可能为单层，亦可能为多层。并且，该薄板的材质可为下列的其中一种：纸、塑料、树脂、高分子聚合物、玻璃纤维、橡胶、金属薄片、以及其它非玻璃的可挠性材质者。值得一提的是，此所谓可挠性材质并非指极软的材质，而是应具备适当的硬度以便能保持薄板本身的平面度以达到良好的光反射效果，但在受到外力时仍可弯曲一定程度构成一曲面的凹面镜170、180、190却不至于碎裂，且可挠性材质又相对较易于被加工成不同形状，其可适用范围相对宽广许多者。相对地，习用以玻璃构成的反射镜片，由于玻璃的硬度与脆度很高，不仅不容易加工，且更无法被弯折成曲面，适用范围受限。

如图4A、图4B、与图4C所示分别为本发明的光栅的三个不同较佳实施例示意图。于图4A中，该光栅80具有一圆形透光孔81，并且，该透光孔81的孔径一般以介于2～6mm为较佳，光栅除了透光孔81以外的其它部份则需以不透光的材质所构成。此的所以限定透光孔81的尺寸，主要是由于透光孔81的孔径若太大则无法提供良好的杂光隔除作用、而倘若孔径太小时则又易产生光绕射现象，故需将光栅80的透光孔81的尺寸限定在一定范围内方能提供较佳的扫描影像品质。于图4B中，其光栅80a的透光孔是呈一水平延伸的狭长条状透光孔81a，其狭长条状透光孔81a的宽度(较窄边)一般亦为介于2～6mm为较佳。于图4C中，其光栅80b的透光孔81b的数量是为复数个且是水平延伸排列呈一狭长条状，其每一透光孔81b的宽度或孔径一般亦为介于2～6mm为佳。

如图5A与图5B所示分别为本发明的光学装置的两个不同应用实施例示意图。

如图5A所示，本发明的该光学装置8的一较佳实施例中是由包括：一凹面镜190、两平面镜831、832、一光栅80、以及一成像装置86所组成。当欲对待扫描物84进行反射式稿件的扫描模式时，是由一第一光源851对待扫描物84发出光，经待扫描物84反射的光影像进入光学装置8中，由该凹面镜190与平面镜831、832进行若干次反射与折向后，透过光栅80隔绝掉不必要的杂光后、成像于成像装置86上。而当欲进行透射式稿件的扫描模式时，则是由第二光源852对待扫描物84发出光并穿透的以进入光学装置8中。于本较佳实施例中，成像装置86可接受经该凹面镜190与平面镜831、832所折向而来的光并将其转换为电子信号，其可是为一电荷耦合组件(CCD)为佳，然而其也可能是CMOS影像撷取装置、或其它可进行将光影像转换为电子信号的装置。

于图5A的实施例中，该凹面镜190可选用如图3B所示的二号凹面镜180、或是如图3C所示的三号凹面镜190为较佳，其两者的长边均是呈弯曲状，且其内凹的反射面(亦即第一表面185、195)均可用以将扫描影像的光加以聚集(聚焦)并将光折向至一预定路径。至于平面镜831、832的使用则是用来将光进行反射折向至预定路径并藉此延长光程长度，平面镜并不具有聚光作用。光栅80是位于成像装置86与至凹面镜(或平面镜)之间的光路径上，于较佳的实施例中，光栅80的透光孔81是位于光路径的接近聚焦点位置附近，以提供较佳的杂光过滤效果。较佳者，该光学装置8还可增设一影像调整模块87，用以校正调整经该凹面镜190所聚集的光影像。关于此影像调整模块87的功效与调整方法将进一步详述于后。

如图5B所示为本发明的该光学装置8a的第二较佳实施例，其光学装置8a是由包括三平面镜833、834、835、一个一号凹面镜170、一个三号凹面镜190、一光栅80、以及一成像装置86所构成。与前述图5A的实施例的不同点在于，本实施例藉由使用较多的(五片)反射镜片以及适当的光程路径设计，使得在相同总光程长(Total Track；简称TT)的状态下可得到一较小体积的光学装置8a。并且，藉由一号凹面镜170的聚光作用，不仅可加强扫描影像的辉度值、且可降低因三号凹面镜190聚光成像时所产生的影像扭曲现。图5B所示的该光学装置8a同样可增设一影像调整模块87以校正调整经该三号凹面镜190所聚集的光影像。

由于一般的光学扫描装置是采用线性CCD来撷取影像，所以如三号凹面镜190的结构在进行扫描影像的光聚集成像过程中，会造成扫描影像在二维方向上的不均等放大作用。例如，倘若取一如图6A所示的校正图形88，然后以图5A所示的仅具有一三号凹面镜190的光学装置8加以扫描，由于三号凹面镜190于二维方向的X轴与Y轴方向上的放大倍率不同，所以扫描该校正图形所得到的结果将为如图6B所示的扫描影像89。藉由计算该扫描影像89上复数个像素、与实际上该校正图形88的该些像素之间于二维方向(包括X轴与Y轴方向)上的距离差距，可将其转换为二维方向放大倍率，并将其储存于内存中。于是，日后当使用如图5A所示的光学装置8进行扫描工作时，只要将扫描所得影像先乘以该预先储存于内存中的二维方向(包括X轴与Y轴方向)上的放大倍率，便可调整还原得到实际正确的扫描影像。

又，由于以如二号凹面镜180或三号凹面镜190进行光的聚集时，于光影像在垂直于该扫描方向(亦即光学装置移动的方向)的近两侧末端侧附近，可能会有些微少的MTF(影像辉度)值降低的现象，藉由校正其扫描影像的MTF值将可克服此一问题。至于，校正MTF值的详细技术揭露部份，由于是为传统技术且非为本发明的主要特征，故于此不再赘述，相关资料可参考台湾发明专利公告号第338216号。

前述的影像调整模块87，便是用于进行如前所述的放大倍率调整以及MTF值校正工作。

如图7所示，如上所述，本发明的适用于扫描仪上的光学装置的影像调整模块的影像调整方法的一较佳实施例，可包括有下列步骤：

步骤91：沿着一扫描方向执行扫描一原始影像并得到一扫描影像；

步骤92：将扫描影像在其二维方向上分别乘以一预定的放大倍率；

步骤93：校正该扫描影像在垂直于该扫描方向的近两末端侧附近的MTF值；

步骤94：得到一输出影像。

请参阅图8与图9，本发明的适用于扫描仪上的光学装置的另一较佳实施例中，该光学装置还包括有一壳体95，其用以容置并定位该凹面镜190、170、平面镜831、光源851、成像装置86以及光栅80，并且，于壳体95内侧壁面的预定位置上形成有若干以预定角度与位置互相对应的结合表面951以供结合定位该凹面镜190、170与平面镜831。并且，该结合表面951是设计成配合凹面镜190弯曲曲度外型的曲面形状，使凹面镜190可直接容纳定位于结合表面951中。由于，如前所述，凹面镜190是可以为可挠性材质所构成为较佳，所以可藉由直接贴合的方式直接结合并定位在结合表面951上，而构成该曲面的凹面镜190。所以，当进行光学装置8的组装时，只要先以可挠性材质生产平面的薄板状且镀有镀层膜的光反射组件，并将薄板状的光反射组件直接贴合定位到壳体95的圆弧凹面状的结合表面951上时，便可直接形成该凹面镜190结构，十分容易、省时且低成本。并且，以非玻璃材质的可挠性薄板结构亦十分容易被加工、弯折或设计成曲面或不规则形状的光反射组件以供特殊需求。

以上所述是利用较佳实施例详细说明本发明，而非限制本发明的范围。本技术领域的普通技术人员将会明白，适当而作些微小改变及调整，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围。

Claims (26)

1.一种适用于扫描仪上的光学装置，可接受来自一待扫描物影像的光，该光学装置包括有：

至少一凹面镜，该凹面镜具有一反射面，用于聚集该光并将光折向至一预定路径；

一成像装置，可接受经该至少一凹面镜所折向而来的光并将其转换为电子信号；以及，

一光栅，位于成像装置与至少一凹面镜之间的光路径上，可用以过滤杂光。

2.如权利要求1所述的适用于扫描仪上的光学装置，其中，该光栅具有至少一透光孔。

3.如权利要求2所述的适用于扫描仪上的光学装置，其中，该透光孔是呈一水平延伸的狭长条状透光孔。

4.如权利要求2所述的适用于扫描仪上的光学装置，其中，该透光孔的数量为复数个且是水平延伸排列呈一狭长条状。

5.如权利要求1所述的适用于扫描仪上的光学装置，其中，该凹面镜具有两平行长边以及与该长边相交的两短边、以及由该长边与短边所定义的相互对应的一第一平面与一第二平面。

6.如权利要求5所述的适用于扫描仪上的光学装置，其中，藉由将两短边弯曲，以形成第一平面向内凹而第二平面向外凸出的凹面镜。

7.如权利要求5所述的适用于扫描仪上的光学装置，其中，藉由将两长边弯曲，以形成第一平面向内凹而第二平面向外凸出的凹面镜。

8.如权利要求5所述的适用于扫描仪上的光学装置，其中，藉由将两长边与两短边同时向同一侧方向弯曲，以形成第一平面向内凹而第二平面向外凸出的凹面镜。

9.如权利要求1所述的适用于扫描仪上的光学装置，其中，该光学装置还包括有至少一平面镜，其位于光路径上，以将光进行反射折向。

10.如权利要求1所述的适用于扫描仪上的光学装置，其中，该光学装置还包括有一影像调整模块，用以校正调整经该至少一凹面镜所聚集的光影像。

11.如权利要求1所述的适用于扫描仪上的光学装置，其中，各凹面镜均是为薄板结构且于薄板的一侧表面上布设有一反光材质的镀膜层。

12.如权利要求11所述的适用于扫描仪上的光学装置，其中，该镀膜层布设于凹面镜的内凹面上。

13.如权利要求1所述的适用于扫描仪上的光学装置，其中，该光学装置还包括有一壳体其用以容置并定位各凹面镜、成像装置以及光栅，并且，于壳体的预定位置上形成有若干以预定角度与位置互相对应的结合表面以供结合定位该至少一凹面镜。

14.如权利要求13所述的适用于扫描仪上的光学装置，其中，该结合表面设计成配合凹面镜弯曲曲度外型的曲面形状，使凹面镜直接容纳定位于结合表面中。

15.如权利要求14所述的适用于扫描仪上的光学装置，其中，凹面镜由可挠性材质所构成，且是藉由直接贴合于结合表面中而构成曲面的凹面镜。

16.如权利要求1所述的适用于扫描仪上的光学装置，其中，凹面镜的数量为复数个。

17.如权利要求16所述的适用于扫描仪上的光学装置，其中，该复数个凹面镜均是相同弯曲曲面的凹面镜。

18.如权利要求16所述的适用于扫描仪上的光学装置，其中，在该复数个凹面镜中，至少具有两种不同弯曲曲面的凹面镜。

19.一种适用于扫描仪上的光学装置，可接受来自一待扫描物影像的光，该光学装置包括有：

至少一凹面镜，该凹面镜具有一反射面，用于聚集该光并将光折向至一预定路径；以及，

一成像装置，可接受经该至少一凹面镜所折向而来的光并将其转换为电子信号；

其特征在于，该光学装置中并不具有镜头组亦不具有凸透镜，而是包括有：

一光栅，其具有至少一透光孔，且位于该成像装置与该至少一凹面镜之间的光路径上，用以过滤杂光。

20.如权利要求19所述的适用于扫描仪上的光学装置，其中，该光学装置还包括有至少一平面镜，其位于光路径上，以将光进行反射折向。

21.如权利要求19所述的适用于扫描仪上的光学装置，其中，该光学装置还包括有一影像调整模块，用以校正调整经该至少一凹面镜所聚集的光影像。

22.如权利要求19所述的适用于扫描仪上的光学装置，其中，各凹面镜均是为可挠性材质的薄板结构且于薄板的一侧表面上布设有一反光材质的镀膜层。

23.如权利要求23所述的适用于扫描仪上的光学装置，其中，该光学装置还包括有一壳体，用于容置并定位各凹面镜、成像装置以及光栅，并且，于壳体的预定位置上形成有若干以预定角度与位置互相对应的结合表面，该结合表面被设计成配合凹面镜弯曲曲度外型的曲面形状，使凹面镜可直接贴合定位于结合表面中而构成曲面的凹面镜。

24.一种适用于扫描仪上的光学装置的影像调整方法，包括下列步骤：

沿着一扫描方向执行扫描一原始影像并得到一扫描影像；

将扫描影像在其二维方向上分别乘以一预定的放大倍率；

校正该扫描影像在垂直于该扫描方向的近两末端侧附近的MTF值；

得到一输出影像。

25.如权利要求24所述的适用于扫描仪上的光学装置的影像调整方法，其中，该计算获得该预定的放大倍率的方法包括下列步骤：

提供一校正图形；

执行扫描该校正图形并取得该校正图形的扫描影像；

计算该扫描影像上复数个像素与实际上该校正图形的这些像素之间于二维方向上的距离差距，并将其转换为放大倍率；

储存该放大倍率以供影像调整之用。

26.如权利要求24所述的适用于扫描仪上的光学装置的影像调整方法，用于如权利要求第1项所述的光学装置上。

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