CN201499207U - U形光程影像扫描模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种U形光程影像扫描模块，系将待扫描的文件的影像经由多个反射镜反射后，使进入影像扫描模块的影像光束与进入取像镜头组的影像光束形成U形的光程。影像扫描模块包含至少一个光源、多个反射镜、取像镜头组及影像传感器。其中，取像镜头组及影像传感器的光轴平行于待扫描的文件的影像；可防止杂散光线进入取像镜头组，有效阻止鬼影现象。藉此，除可以在有限空间内增加光程长度以提高景深外，在制造组装时容易调整取像镜头组及影像传感器，简化组装困难与提高量产性。

Description

U形光程影像扫描模块

技术领域

本实用新型是有关于一种扫描模块，特别是有关于一种具有U形光程的影像扫描模块，以运用于平台式扫描仪(flatbed scanner)或多功能打印机(multi-function printer)等相关设备之影像扫描模块。

背景技术

扫描仪，尤其指影像扫描仪，在近几年发展下，已成为重要的计算机周边商品，影像扫描仪可以将文件、文字页、照片、底片、甚至平面物品等，都可以藉由扫描仪获取物品影像。影像获取的方式是先将光线投射到文件上，使文件反射此光线以成为影像光束，再经由多个反射镜反射改变其光程(optical path)由取像镜头组聚焦于影像传感器。因文件之内容多为文字或图片所构成，当部分光线照射到文字或图片区域时，其光线吸收率较高，部分光线照射于非文字或图片区域时，其光线吸收率较低，因而形成明暗不同的区域。因此，反射的影像光束随着其入射于文件之位置而具有不同的强度。接着，藉由影像传感器(CCD、Charge-Coupled Device，电荷耦合器件)将聚焦后的影像光束转换为光电信号(photo-electric signal)，再经由扫描软件读入数据，最后组成数字影像(digital image)，扫描后的影像可以储存的档案格式有TIFF、EPS、BMP、GIF与PCX等格式。商品化的扫描仪如平台式(Flat-bed)扫描仪，用来扫描照片或印刷品等，在扫描仪上具有一个玻璃透光板，可放置待扫描之文件，影像扫描模块藉由轨道移动，以一列列的方式依序扫描文件，并将其影像转换成数字化资料，此为最常使用的扫描仪；类似原理制成的扫描仪，如多功能打印机(multi-function printer)等相关设备，系藉由文件与影像扫描模块的相对移动方式来进行扫描取像。

请参阅图1、图2与图3，其分别为各种不同现有技术之影像扫描模块构造与光路安排之示意图。图中，影像扫描模块包含透光板12、机架13、影像传感器14、取像镜头组15、光源16及反射镜917。光源16发出光线后照射待扫描之文件2，以形成影像光束，其藉由不同排列方式的反射镜917改变其方向及路径，入射于取像镜头组15与影像传感器14，影像光束所经过的路径长度为光程(optical distance)。在有限的影像扫描模块之空间内，对于相同分辨率的取像镜头组15与影像传感器14而言，愈长的光程可获得较高的景深(depth of field)，对于不平整的文件2则可获得较佳的影像；但经多次反复反射的影像光束因受其光束宽度之影响，使位于影像光束两侧之反射角度偏离于预设行进方向，进而产生杂散光线，当其入射于取像镜头组15后，杂散光线与预设光线形成鬼影(ghost image)。为克服上述问题，现有技术公开了不同的解决方法，如美国专利US6,058,281、US6,227,449、US2008/0007810、US2008/0170268、US6,421,158、US5,815,329；日本专利JP6006524、JP2005-328187、JP2004-274299；英国专利GB2317293；台湾专利TW418367、TW476494等。如图1使用4个反射镜917，每个反射镜917各反射影像光束一次；如图2使用5个反射镜917，其中有1个反射镜917反射影像光束二次；如图3，将反射镜917安排于文件2之相反侧，移动取像镜头组15与影像传感器14或移动光源16等不同方式，以进行扫描。

除了较佳的景深与减少鬼影现象的要求外，现有的影像扫描模块之取像镜头组15与影像传感器14的光轴(optical axis)仅大致与入射影像扫描模块的影像光束形成垂直关系。因此于组装影像扫描模块时，固定于机架13上的影像传感器14，必需在X-Y平面上进行移动校准(calibration)，以调整至精确的对位位置。在校准过程中，由于影像传感器14为垂直放置，使影像传感器14在X-Y平面上移动时，其自身重量将使其于Z方向产生位移偏差。为克服此问题，现有技术须藉助复杂精密的夹具(fixture)，同步于X，Y及Z方向进行校准，导致校准时间拉长，因而难以提高量产性。

实用新型内容

有鉴于上述现有技术的问题，本实用新型之目的就是在提供一种U形光程影像扫描模块，可增加景深并解决现有技术的难以消除鬼影现象的问题。

据此，本实用新型提出一种U形光程影像扫描模块，如图11，包含至少一个光源、多个反射镜、一取像镜头组、一影像传感器及一机架；各反射镜之间的角度关系满足：

$-\frac{\mathrm{\π}}{2(n+1)}\≤\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_i-\frac{\mathrm{\π}}{2}(n+1)\≤\frac{\mathrm{\π}}{2(n+1)}---\left(1\right)$

其中，α_i为光路之第i个反射镜反射面法线(normal line)与+Z轴的夹角，符号说明如图5，α₁为反射镜M1之法线31与+Z轴(+k方向)的夹角、α₂为反射镜M2之法线32与+Z轴(+k方向)的夹角。n为总反射的次数，例如在图11中n＝9：

$\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_i-\frac{\mathrm{\π}}{2}(n+1)=({\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2+{\mathrm{\α}}_3+{\mathrm{\α}}_4+{\mathrm{\α}}_3+{\mathrm{\α}}_4+{\mathrm{\α}}_3+{\mathrm{\α}}_2+{\mathrm{\α}}_5)-\frac{\mathrm{\π}}{2}(9+1)$

本实用新型提出一种U型光程影像扫描模块，其中，取像镜头组光轴轴向与入射于影像扫描模块的影像光束L_i呈反向关系，其光路形成U形；并进一步满足式(2)条件：

$-1\≤\cos (\mathrm{\π}-\mathrm{\ψ})=\frac{{\stackrel{\→}{L}}_o\·\stackrel{\→}{k}}{\left|{\stackrel{\→}{L}}_o\right|}\≤-0.707---\left(2\right)$

其中，ψ为影像光束L_o与平行于Z轴之轴线23所形成的夹角，

为该+Z轴方向之单位向量，为影像光束L_o的长度，如图6。

对于减少杂散光进入取像镜头组，取像镜头组与影像传感器构成的光轴与平行于影像光束L_i之轴线23所形成的夹角θ，以满足下列条件为最佳：

$\mathrm{\θ}\≤{\tan }^{-1}{\left(\frac{\mathrm{\λ}}{D_o}\right)}^2---\left(3\right)$

其中，2λ为影像传感器有效感测范围的对角线长度，D_o为反射镜反射影像光束L_o之反射点至影像传感器的距离，如图7。

对于使用不同厂牌组件；如使用一个光源或二(或以上)个光源时，不必变更反射镜之位置及角度，仅需将入射影像扫描模块之影像光束调校于预定位置上即可；如使用不同聚焦距离的取像镜头组，也可适用于2个、3个、4个、5个或6(或以上)个反射镜，以产生不同的光程总长(total length，TTL)可造成不同的景深；如使用不同大小的影像传感器使影像光束L_o位置变更时，仅需调整影响影像光束L_o位置将入射影像扫描模块之影像光束调校于预定位置上即可；进一步，藉由调整取像镜头组位置，可适用于不同聚焦距离的取像镜头组；提供广泛的运用。

本实用新型U型光程影像扫描模块所使用之成像方法，主要将待扫描的文件的影像经由多个反射镜反射改变其方向与路径、增加光程后，使进入影像扫描模块的影像光束与进入取像镜头组之影像光束形成U形的光程，再经由影像传感器转换成光电信号。如图4，包含下列步骤：

S1：藉由光源照射一待扫描的文件，待扫描的文件反射光源以形成入射于影像扫描模块的影像光束L_i，其具有+Z轴方向，即在X-Z平面上，

方向与+Z轴夹角为0；

$1=\frac{{\stackrel{\→}{L}}_i\·\stackrel{\→}{k}}{\left|{\stackrel{\→}{L}}_i\right|}---\left(4\right)$

其中，为+Z轴方向之单位向量(unit vector)，

为入射于影像扫描模块的影像光束L_i的长度，如图6。

S2：设置至少二个反射镜，藉由其反射影像光束L_i以形成入射于取像镜头组之影像光束L_o，接着调整影像光束L_o与平行于影像光束L_i之夹角ψ，在X-Z平面上，满足：

$-1\≤\cos (\mathrm{\π}-\mathrm{\ψ})=\frac{{\stackrel{\→}{L}}_o\·\stackrel{\→}{k}}{\left|{\stackrel{\→}{L}}_o\right|}\≤-0.707---\left(2\right)$

其中，ψ为影像光束L_o与平行于Z轴之轴线所形成的夹角，

为该+Z轴方向之单位向量，

为影像光束L_o的长度，如图6。

S3：校准取像镜头组与影像传感器之光轴，使取像镜头组及影像传感器之光轴与入射于取像镜头组之影像光束L_o重合。

由此，本实用新型U型光程影像扫描模块所使用的扫描成像方法，可藉由至少2个反射镜反射影像光束L_i，以增加光程提高景深；再由于入射于取像镜头组的影像光束L_o与入射于影像扫描模块的影像光束L_i为反向，经由反射镜反复反射的影像光束，所产生的杂散光线不会进入取像镜头组的场视角(field of angle)内，可以消除鬼影现象，提高扫描质量。

承上所述，依本实用新型之U形光程影像扫描模块，其可具有一或多个下述优点：

(1)藉由多个反射镜将影像光束反射，可增加景深，且因影像光束于行进过程中形成U形光程，可大幅减少或消除反射镜多次反射产生的杂散光，有效阻止鬼影现象。

(2)在制造组装时，容易调整取像镜头组及影像传感器之光轴使其与影像光束L_o重合，简化组装困难与提高量产性。

(3)此具有U形光程之影像扫描模块，可适用于一个光源、二(或以上)个光源；也可适用于2个、3个、4个、5个或6(或以上)个反射镜，以产生不同的景深；进一步，藉由调整取像镜头组位置，可适用于不同聚焦距离的取像镜头组；提供广泛的运用。

附图说明

图1为现有技术的影像扫描模块一的示意图；

图2为现有技术的影像扫描模块二的示意图；

图3为现有技术的影像扫描模块三的示意图；

图4为本实用新型使用的U形光程扫描成像方法流程示意图；

图5为光路和反射镜反射面法线与Z轴夹角符号说明图；

图6为取像镜头组光轴与平行于Z轴之轴线所形成夹角示意图；

图7为影像光束L_o与平行于Z轴之轴线所形成夹角示意图；

图8为本实用新型影像扫描模块的第一实施例示意图；

图9为本实用新型影像扫描模块的第二实施例示意图；

图10为本实用新型影像扫描模块的第三实施例示意图；以及

图11为本实用新型影像扫描模块的第四实施例示意图。

【主要组件符号说明】

1：影像扫描模块(scanning module)；

2：文件(document)；

12：透光板(cover glass)；

13：机架(frame)；

14：影像传感器(image sensor)；

15：取像镜头组(pickup lens)；

16：光源(light source)；

16a、16b：光源；

171：反射镜M1(Ml reflection mirror)；

172：反射镜M2(M2reflection mirror)；

173：反射镜M3(M3reflection mirror)；

174：反射镜M4(M4reflection mirror)；

175：反射镜M5(M5reflection mirror)；

21、22：影像光束(image beam)；

23：平行于Z轴之轴线；

31：反射镜M1之法线；

32：反射镜M2之法线；

917：反射镜；以及

S1～S3：步骤流程。

具体实施方式

为使本实用新型更加明确详实，兹列举较佳实施例并配合下列图示，将本实用新型之结构及其技术特征详述如后。

请参阅图11，其为本实用新型之U形光程影像扫描模块之一较佳实施例之示意图。图中，影像扫描模块1包含二个光源16a、16b、五个反射镜(M1、M2、M3、M4、M5)171～175、一取像镜头组15、一影像传感器14及一机架13。当光源16发出光线后，穿过透光板12照射于待扫描的文件2上。当待扫描的文件2反射光线后，使其穿过透光板12而形成入射于影像扫描模块1之影像光束L_i(参见图5-7的21)。影像光束L_i经由第一反射镜(M1)171第一次反射后，再依序经由第二反射镜(M2)172进行第二次反射、第三反射镜(M3)173进行第三次反射、第四反射镜(M4)174进行第四次反射、第三反射镜(M3)173进行第五次反射、第四射镜(M4)174进行第六次反射、第三反射镜(M3)173进行第七次反射、第二反射镜(M2)172进行第八次反射、第五反射镜(M5)175进行第九次反射，最后形成入射于取像镜头组15之影像光束L_o。为便于了解其光路可以L_i→M1→M2→M3→M4→M3→M4→M3→M2→M5→L_o来表示，且影像光束L_i与影像光束L_o之行进方向为反向平行，大致形成U形的光路。

其中，各反射镜之间的角度关系满足：

$-\frac{\mathrm{\π}}{2(n+1)}\≤\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_i-\frac{\mathrm{\π}}{2}(n+1)\≤\frac{\mathrm{\π}}{2(n+1)}$

在X-Z平面(在此，X-Z平面是指U形光程影像扫描模块的竖直截面，该竖直截面包含所述取像镜头组的光轴，+X轴指向水平向右方向，+Z轴指向竖直向下方向)上，影像光束L_o(参见图6、7的22)之行进方向为+Z轴反向，且影像光束L_o与平行于Z轴之轴线(参见图6、7的23)所形成的夹角ψ，满足：

$-1\≤\cos (\mathrm{\π}-\mathrm{\ψ})=\frac{{\stackrel{\→}{L}}_o\·\stackrel{\→}{k}}{\left|{\stackrel{\→}{L}}_o\right|}\≤-0.707$

在影像扫描模块1组装时，取像镜头组15与影像传感器14构成的光轴与平行于影像光束L_i(即平行于+Z轴)之轴线所形成的夹角为θ，满足：

$\mathrm{\θ}\≤{\tan }^{-1}{\left(\frac{\mathrm{\λ}}{D_o}\right)}^2$

各反射镜之间的位置关系为由前一个的反射镜反射点坐标(M_iX，M_iZ)、反射镜角度与入射于反射镜光线的角度所决定：

M_(i+1)X＝M_iX-Dsin(180°±(2α_i+β_i))    (5)

M_(i+1)Z＝M_iZ-Dcos(180°±(2α_i+β_i))

其中，α_i为光路之第i个反射镜反射面法线(normal line)与+Z轴的夹角，(M_iX，M_iZ)为第i个反射镜反射点的(X，Z)坐标，β_i为入射第i个反射镜之影像光束与+Z轴的夹角，说明如图5。另外，D为第i个反射镜反射点与第i+1个反射镜反射点之间的光程长。

由于反射镜(M2)172反射影像光束二次、反射镜(M3)173反射影像光束三次、反射镜(M4)174反射影像光束二次，在现有技术中，同一反射镜经多次反射后会产生严重的杂散光线，而形成鬼影现象，必需藉由调整适当的反射镜宽度或角度以设法减少杂散光线。但本实施例之影像扫描模块1藉由U形光程扫描成像方法，除可使用较少的反射镜进行多次反射，以增加光路长度及增加景深外，且因光束形成U形光程，使取像镜头组15面向于入射的影像光束L_i的反向方向，且控制取像镜头组15取像角度也得以阻止反射镜间来回反射的杂散光线进入。藉此，绝大部分的杂散光线于机架内壁即被吸收殆尽故可大幅减少或消除杂散光线，以有效阻止鬼影现象。

此外，在影像扫描模块1制造组装时，由于影像传感器14为水平放置(放置于X-Y平面上)，可以直接承架在机架13上，校准光轴与影像光束L_o重合时，仅校准X-Y方向即可；以改善现有技术如图1，影像传感器14为垂直放置，以Y-Z方向校准时因受重力影响而不易校准的缺点，以简化组装困难与提高量产性。

<第一实施例>二个反射镜之影像扫描模块

如图8，为本实用新型使用二个反射镜的影像扫描模块1之第一实施例示意图。在本实施例中，影像扫描模块1包含二个冷阴极灯管光源16a、16b、二个反射镜M1(171)、M2(172)、一个取像镜头组15、一个影像传感器14及一个机架13。

当光源16a、16b发出光线，穿过表玻璃12照射待扫描文件2后，产生入射于影像扫描模块1之影像光束L_i；影像光束L_i经由反射镜M1反射后，照射于反射镜M2，经由反射镜M2反射后形成影像光束L_o，其经由取像镜头组15聚焦后于影像传感器14成像。其中，机架13用以容纳影像扫描模块1内的各组件。其光程为Obj(待扫描文件)→M1→M2→Img(影像传感器)，总光程长(TTL)为D_i+D₁+D_o＝164.85mm。反射镜M1(171)、M2(172)反射面之法线与+Z轴的夹角α_i、反射镜M1(171)、M2(172)反射点的坐标(M_iX，M_iZ)如表一：

表一、第一实施例之光学参数表

由于入射于影像扫描模块的影像光束L_i与入射于取像镜头组之影像光束L_o之行进方向呈反向关系；其光路形成如U字型，取像镜头组15面向+Z轴方向，可减少影像光束L_i的杂散光线、反射镜M1反射的影像光束的杂散光线进入取像镜头组15，有效减少鬼影现象。

在X-Z平面上，ψ＝1.012(deg.)，满足下列条件：

$-1\&le;\frac{{\stackrel{\&RightArrow;}{L}}_o\&CenterDot;\stackrel{\&RightArrow;}{k}}{\left|{\stackrel{\&RightArrow;}{L}}_o\right|}=-0.99984\&le;-0.707$

其中，夹角ψ为影像光束L_o与平行于Z轴之轴线所形成的夹角，

为影像光束L_o的长度，

为+Z轴方向之单位向量。

反射镜M1(171)与反射镜M2(172)角度，

满足：

$-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2(n+1)}\&le;\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&alpha;}}_i-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}(n+1)\&le;\frac{\mathrm{\&pi;}}{2(n+1)};$

其中，α_i为光路之第i个反射镜反射面之法线(normal line)与+Z轴的夹角，n为影像光束总反射的次数，在此实施例中，n＝2。

本实施例使用的影像传感器14为1.58x35.02mm(宽度x长度)，2λ＝35.05mm，

本实施例取像镜头组15与影像传感器14的光轴与平行于Z轴之轴线所形成的夹角θ为0.127°，满足下列条件：

$\mathrm{\&theta;}=0.127\&le;{\tan }^{-1}{\left(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{D_o}\right)}^2$

<第二实施例>三个反射镜之影像扫描模块

如图9，为本实用新型使用三个反射镜的影像扫描模块1之第二实施例示意图。在本实施例中，影像扫描模块1包含二个氙气灯管光源16a、16b、三个反射镜M1(171)、M2(172)、M3(173)、一个取像镜头组15、一个影像传感器14及一个机架13。

当光源16a、16b发出光线，穿过表玻璃12照射待扫描文件2后，产生入射于影像扫描模块1之影像光束L_i；影像光束L_i经由反射镜M1、反射镜M2反射，再经由反射镜M3反射后产生影像光束L_o，其经由取像镜头组15聚焦后于影像传感器14成像；机架13用以容纳影像扫描模块1内的各组件。其光程为Obj→M1→M2→M3→Img，总光程长(TTL)为D_i+D₁+D₂+D_o＝184.01mm。反射镜M1(171)、M2(172)、M3(173)反射面之法线与+Z轴的夹角α_i、反射镜M1(171)、M2(172)、M3(173)反射点的坐标(M_iX，M_iZ)如表二：

表二、第二实施例之光学参数表

由于入射于影像扫描模块的影像光束L_i与入射于取像镜头组之影像光束L_o之行进方向呈反向关系；其光路形成如U字型，且取像镜头组15面向+Z轴方向，可减少影像光束L_i的杂散光线、反射镜M1、M2反射的影像光束的杂散光线进入取像镜头组15，有效减少鬼影现象。

在X-Z平面上，

ψ＝2.88(deg.)，满足下列条件：

$-1\&le;\frac{{\stackrel{\&RightArrow;}{L}}_o\&CenterDot;\stackrel{\&RightArrow;}{k}}{\left|{\stackrel{\&RightArrow;}{L}}_o\right|}=-0.998\&le;-0.707$

其中，夹角ψ为影像光束L_o与平行于Z轴之轴线所形成的夹角，

为影像光束L_o的长度，

为+Z轴方向之单位向量。

反射镜M1(171)、反射镜M2(172)与反射镜M3(173)角度，

满足：

$-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2(n+1)}\&le;\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&alpha;}}_i-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}(n+1)\&le;\frac{\mathrm{\&pi;}}{2(n+1)}$

其中，α_i为光路之第i个反射镜反射面之法线(normal line)与+Z轴的夹角，n为影像光束总反射的次数，在此实施例中，n＝3。

本实施例使用的影像传感器14为1.58x35.02mm，2λ＝35.05mm，

本实施例取像镜头组15与影像传感器14的光轴与平行于Z轴之轴线所形成的夹角θ为1.26°，满足下列条件：

<第三实施例>四个反射镜之影像扫描模块

如图10，为本实用新型使用四个反射镜的影像扫描模块1之第三实施例示意图。在本实施例中，影像扫描模块1包含二个LED灯光源16a、16b、四个反射镜M1(171)、M2(172)、M3(173)、M4(174)，一个取像镜头组15、一个影像传感器14及一个机架13。

当光源16a、16b发出光线，穿过表玻璃12照射待扫描文件2后，产生入射于影像扫描模块1之影像光束L_i；影像光束L_i经由反射镜M1、反射镜M2、反射镜M3反射，再经由反射镜M4反射后之影像光束L_o，经由取像镜头组15聚焦，而于影像传感器14成像；机架13用以容纳影像扫描模块1内的各组件。其光程为Obj→M1→M2→M3→M4→Img，总光程长(TTL)为D_i+D₁+D₂+D₃+D_o＝248.60mm。反射镜M1(171)、M2(172)、M3(173)、M4(174)反射面之法线与+Z轴的夹角α_i、反射镜M1(171)、M2(172)、M3(173)、M4(174)反射点的坐标(M_iX，M_iZ)如表三：

表三、第三实施例之光学参数表

由于入射于影像扫描模块的影像光束L_i与入射于取像镜头组之影像光束L_o之行进方向呈反向关系；其光路形成如U字型，取像镜头组15面向+Z轴方向，可减少影像光束Li的杂散光线、反射镜M1、M2、M3反射的影像光束的杂散光线进入取像镜头组15，有效消除鬼影现象。

在X-Z平面上，

ψ＝4.678(deg.)，满足下列条件：

$-1\&le;\frac{{\stackrel{\&RightArrow;}{L}}_o\&CenterDot;\stackrel{\&RightArrow;}{k}}{\left|{\stackrel{\&RightArrow;}{L}}_o\right|}=-0.996\&le;-0.707$

其中，夹角ψ为影像光束L_o与平行于Z轴之轴线所形成的夹角，

为影像光束L_o的长度，为+Z轴方向之单位向量。

反射镜M1(171)、反射镜M2(172)、反射镜M3(173)与反射镜M4(174)角度，满足：

$-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2(n+1)}\&le;\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&alpha;}}_i-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}(n+1)\&le;\frac{\mathrm{\&pi;}}{2(n+1)}$

其中，α_i为光路之第i个反射镜反射面之法线(normal line)与+Z轴的夹角，n为影像光束总反射的次数，在此实施例中，n＝4。

本实施例使用的影像传感器14为1.58x35.02mm，2λ＝35.05mm，

本实施例取像镜头组15与影像传感器14的光轴与平行于Z轴之轴线所形成的夹角θ为1.56°，满足下列条件：

<第四实施例>五个反射镜之影像扫描模块

如图11，为本实用新型使用五个反射镜的影像扫描模块1之第四实施例示意图。在本实施例中，影像扫描模块1包含二个LED灯光源16a、16b、五个反射镜M1(171)、M2(172)、M3(173)、M4(174)、M5(175)，一个取像镜头组15、一个影像传感器14及一个机架13。

当光源16a、16b发出光线，穿过表玻璃12照射待扫描文件2后，产生入射于影像扫描模块1之影像光束L_i；影像光束L_i经由各反射镜反射后之影像光束L_o，经由取像镜头组15聚焦，而于影像传感器14成像。其中，机架13用以容纳影像扫描模块1内的各组件。其光程为Obj→M1→M2→M3→M4→M3→M4→M3→M2→M5→Img，总光程(TTL)为D_i+D₁+D₂+D₃+D₄+D₅+D₆+D₇+D₈+D_o＝363.01mm。反射镜M1(171)、M2(172)、M3(173)、M4(174)、M5(175)反射面之法线与+Z轴的夹角α_i、反射镜M1(171)、M2(172)、M3(173)、M4(174)、M5(175)反射点的坐标(M_iX，M_iZ)如表四：

表四、第四实施例之光学参数表

由于入射于影像扫描模块的影像光束L_i与入射于取像镜头组之影像光束L_o为反向；其光路形成如U字型，取像镜头组15面向+Z轴方向，可减少影像光束L_i的杂散光线、各反射镜反射的影像光束的杂散光线进入取像镜头组15，有效消除鬼影现象。

在X-Z平面上，

ψ＝1.256(deg.)，满足下列条件：

$-1\&le;\frac{{\stackrel{\&RightArrow;}{L}}_o\&CenterDot;\stackrel{\&RightArrow;}{k}}{\left|{\stackrel{\&RightArrow;}{L}}_o\right|}=-0.9997\&le;-0.707$

其中，夹角ψ为影像光束L_o与平行于Z轴之轴线所形成的夹角，

为影像光束L_o的长度，

为+Z轴方向之单位向量。

反射镜M1(171)、反射镜M2(172)、反射镜M3(173)、反射镜M4(174)与反射镜M5(175)角度，

满足：

$-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2(n+1)}\&le;\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&alpha;}}_i-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}(n+1)\&le;\frac{\mathrm{\&pi;}}{2(n+1)}$

其中，α_i为光路之第i个反射镜反射面之法线(normal line)与+Z轴的夹角，n为总反射的次数，n＝9。

本实施例使用的影像传感器14为1.58x35.02mm，2λ＝35.05mm，

本实施例取像镜头组15与影像传感器14的光轴与平行于Z轴之轴线所形成的夹角θ为1.13°，满足下列条件：

归纳上述，本实用新型之影像扫描模块之功效在于藉由使用U形光程扫描成像方法，可使用较少的反射镜进行多次反射，以增加光路长度而得以增加景深，且因光路形成U形光程，可大幅减少或消除反射镜多次反射产生的杂散光，有效阻止鬼影现象。

本实用新型之影像扫描模块之另一功效在于在制造组装时，容易调整取像镜头组及影像传感器之光轴使与影像光束L_o重合，简化组装困难与提高量产性。

本实用新型之影像扫描模块之再一功效在于可适用于一个光源、二(或以上)个光源；也可适用于2个、3个、4个、5个或6(或以上)个反射镜，以产生不同的景深；进一步，藉由调整取像镜头组位置，可适用于不同聚焦距离的取像镜头组；提供广泛的运用。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本实用新型之精神与范畴，而对其进行之等效修改或变更，均应包含于权利要求的保护范围中。

Claims (5)

1.一种U型光程影像扫描模块，其特征在于包含至少一个光源、多个反射镜、一取像镜头组、一影像传感器及一机架；所述光源照射待扫描文件以产生入射于该影像扫描模块的影像光束；所述多个反射镜用以反射该影像光束，以形成入射于所述取像镜头组的影像光束；所述取像镜头组用以将入射的影像光束聚焦于所述影像传感器上；所述机架用以容纳所述光源、所述多个反射镜、所述取像镜头组及所述影像传感器，所述取像镜头组的光轴轴向与入射于所述影像扫描模块的所述影像光束形成反向关系，使其光路形成U形光程；在X-Z平面上，满足下列条件：

$-1\&le;\cos (\mathrm{\&pi;}-\mathrm{\&psi;})=\frac{{\stackrel{\&RightArrow;}{L}}_o\&CenterDot;\stackrel{\&RightArrow;}{k}}{\left|{\stackrel{\&RightArrow;}{L}}_o\right|}\&le;-0.707;$

其中，ψ为入射于所述取像镜头组的影像光束L_o与平行于Z轴之轴线所形成的夹角，

为该影像光束的长度，

为+Z轴方向之单位向量，在此，X-Z平面是指所述U形光程影像扫描模块的竖直截面，该竖直截面包含所述取像镜头组的光轴，+X轴指向水平向右方向，+Z轴指向竖直向下方向。

2.如权利要求1所述的U型光程影像扫描模块，其特征在于，所述多个反射镜之间的角度满足下列条件：

$-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2(n+1)}\&le;\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&alpha;}}_i-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}(n+1)\&le;\frac{\mathrm{\&pi;}}{2(n+1)};$

其中，α_i为光路之第i个反射镜反射面之法线与+Z轴方向的夹角，n为入射于所述影像扫描模块的影像光束总反射的次数。

3.如权利要求1所述的U型光程影像扫描模块，其特征在于，所述取像镜头组及所述影像传感器构成的光轴与平行于入射于所述影像扫描模块的影像光束之轴线所形成的夹角θ，满足下列条件：

$\mathrm{\&theta;}\&le;{\tan }^{-1}{\left(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{D_o}\right)}^2;$

其中，2λ为所述影像传感器有效感测范围的对角线长度，D_o为入射于所述取像镜头组的影像光束之反射点至所述影像传感器的距离。

4.如权利要求1所述的U型光程影像扫描模块，其特征在于所述光源为冷阴极灯管、发光二极管灯管及氙气灯管之其中一者所构成。

5.如权利要求1所述的U型光程影像扫描模块，其特征在于所述反射镜数量为二个至六个。

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