CN1164962C - 具有自动对焦功能的多分辨率扫描装置及其对焦方法 - Google Patents

Abstract

一种具有自动对焦功能的多分辨率扫描装置，其采用一种总光程变换装置来改变图像信息的总光程，通过扫描设置在扫描装置中的标准图案的扫描结果，与图像信息对比，以进行微调图像信息的正确成像状态而达到精确自动对焦，以及获得各种不同分辨率的扫描效果。

Description

具有自动对焦功能的多分辨率 扫描装置及其对焦方法

本发明涉及一种具有自动对焦功能的多分辨率扫描装置及其对焦方法，特别是涉及一种在利用总光程变化来提供各种不同放大率与分辨率扫描的图像扫描装置中，使用标准图案来使多分辨率扫描装置得以自动对焦的装置及其对焦方法。

一般文件及底片的图像扫描，因所需扫描的范围以及所需的分辨率各不相同，所以有专用的文件扫描器以及底片扫描器，由此提供各种不同分辨率的扫描需求。

但一台扫描器上同时可满足低分辨率的扫描需求，与高分辨率的扫描需求，是目前产品的设计趋势，因此在现有的设计上，便有提供双分辨率的扫描平台。例如台湾专利公告第342158号“双分辨率透射及反射式扫描装置”的新型专利案、第391604号“具双分辨率扫描模块的平台式扫描器(一)”新型专利案、第368240号“具双分辨率扫描模块的平台式扫描器(二)”新型专利案，即分别揭露利用多组光感测元件与透镜组的配合，来达到具有双分辨率的效果；或利用不同光学路径的反射镜组及透镜组配合遮罩对光线的遮蔽，以进行光路的切换，以达到具有双分辨率的效果。

以上的双分辨率扫描装置的设计，均需利用多组的光感测元件与透镜，对于扫描器的制造成本而言，无疑将大幅度地提高；而且，扫描装置的分辨率受到光感测元件与透镜的组数限制，无法直接利用现有的光感测元件及透镜的组数，更进一步地提高扫描的分辨率，因此对于目前扫描器分辨率日益增加的情况而言，此种利用多组光感测元件与透镜配合而构成的双(多)分辨率结构，根本赶不上目前的市场需求。

另一方面，在以改变总光程而提供多分辨率扫描的同时，必须微调透镜模块与光感测元件的相对距离，以便获得良好聚焦的图像信息。单利用驱动装置而移动上述的相对距离，很有可能获致定位不精确的结果，导致聚焦效果不佳。

本发明的目的在于提供一种具有自动对焦功能的多分辨率扫描装置，其采用一种总光程变换装置来改变图像信息的总光程，接着通过扫描设置于扫描装置中的标准图案的扫描结果，以进行微调图像信息的正确成像状态而达到精确对焦。

本发明的另一目的在于提供一种自动对焦方法，其通过标准图案的参照与相对应的微调动作，而达到精确的自动对焦效果。

本发明的目的是这样实现的，即提供一种具有自动对焦功能的多分辨率扫描装置，其用以将代表扫描稿件后所产生的光学图像的图像信息进行处理，该扫描装置包括：

一总光程变换装置，包括：一光线折叠装置，是具有第一反射镜组，及与该第一反射镜组相对的第二反射镜组，且该光线折叠装置是用以导入图像信息，并使该图像信息在第一反射镜组与第二反射镜组间反射行进；及一最终反射镜组，包括至少一反射镜，用以接收由光线折叠装置传出的图像信息，该总光程变换装置接收该图像信息，并能改变该图像信息在该总光程变换装置中的反射次数，而变换总光程；

一透镜模块，接收由该总光程变换装置所传来的图像信息，并对该图像信息进行聚焦；

一光感测元件，接收聚焦的图像信息；

一标准图案，设置在该扫描装置中，在总光程改变时，根据对比扫描标准图案所得到的物理特性与一预设的标准图案物理特性的范围所得到的结果，微调该扫描装置的对焦状态。

本发明还提供一种具有自动对焦功能的多分辨率扫描装置的对焦方法，包括以下步骤：

调整图像信息在该扫描装置中的总光程；

调整一透镜模块与一光感测元件的相对距离；

扫描位于该扫描装置上的一标准图案，而获致扫描所得的标准图案的物理特性；

依据扫描所得的标准图案的物理特性，并通过与一预设的标准图案物理特性的值相比较，微调透镜模块与光感测元件的相对距离，以及

判断扫描所得的标准图案的物理特性是否落在一预设范围之内。

本发明还提供一种具有自动对焦功能的多分辨率扫描装置的对焦方法，包括以下步骤：

调整图像信息在该扫描装置中的总光程；

调整一透镜模块的焦距；

扫描位于该扫描装置上的一标准图案，而获致扫描所得的标准图案的物理特性；

依据扫描所得的标准图案的物理特性，并通过与一预设的标准图案物理特性的值相比较，微调透镜模块的焦距，以及

判断扫描所得的标准图案的物理特性是否落在一预设范围之内。

本发明的优点在于，其采用了一种总光程变换装置来改变图像信息的总光程，通过扫描设置在扫描装置中的标准图案的扫描结果，与图像信息对比，以进行微调图像信息的正确成像状态而达到精确自动对焦，以及获得各种不同分辨率的扫描效果，其聚焦精确效果好，并成本低。

下面结合附图，详细说明本发明的实施例，其中：

图1为本发明的成像原理的示意图；

图2为本发明的总光程变换装置的一实例的立体图；

图3A-图3C为本发明的总光程变换装置的光学路径示意图之一；

图4为本发明的总光程变换装置的光学路径示意图之二；

图5为本发明的总光程变换装置的另一实例的立体图；

图6A、图6B为本发明的总光程变换装置的光学路径示意图之三；

图7A、7B为本发明的总光程变换装置的光学路径示意图之四；

图8A-8C为本发明的总光程变换装置的光学路径示意图之五；

图9为本发明的总光程变换装置的光学路径示意图之六；

图10A、10B为本发明的总光程变换装置的光学路径示意图之七；

图11A、11B为本发明的总光程变换装置的光学路径示意图之八；

图12为本发明的较佳实施例的扫描器的立体示意图；

图13为本发明的校正纸54上的标记区55中的标准图案56的一例；

图14为本发明的自动对焦方法的流程图之一；

图15为本发明的自动对焦方法的流程图之二。

成像原理：请参阅图1所示，原稿1的图像信息是透过透镜3而聚焦至感测器2上。此时限定物距p，是指原稿1至透镜3之间的光程。限定像距q，是指透镜3至感测器2之间的光程。限定透镜3的焦距为f。则由光学成像原理可理解到下述公式： $\frac{1}{p}+\frac{1}{q}=\frac{1}{f}$

其中，放大率限定为M＝q/p。

总光程限定为T＝p+q。

由上可知，要提高放大率可通过缩短物距p而达成。即可由缩小总光程T而达成。

例如在缩短物距p的情况下，原稿4(如虚线所示)的图像信息，由透镜3(如虚线所示)而聚焦至感测器2上。此时放大率即随着物距的缩短而增大。然而为了符合成像原理，在物距p改变后，原来的像距q也必须微调整成q’，以达到良好的聚焦效果。

此时，物距由p变成p’，且p’＜p，而像距也由q变成q’(该像距的变化可由透镜与成像位置的距离变化而达成，且q’近似于q)，而新形成的放大率M’(＝q’/p’)将大于原先的放大率M(＝q/p)。

简言之，假设原稿1为8英寸宽，而感测器2中具有9600个感测单元，则将8英寸宽的图像信息记录在9600个感测单元中，即可达到1200dpi的分辨率。若原稿4为4英寸宽，则将4英寸宽的图像信息记录在9600个感测单元中，即可达到2400dpi的效果。

而本发明的主要原理即是利用调整总光程，以达到增大放大率M与分辨率的效果。其具体实施方式将说明如下。

以下描述改变总光程的结构：总光程变换装置

1.第一例：改变光线折叠装置的状态

请参阅图2所示，本发明于一承座11中枢设一光线折叠装置12，以及在光线折叠装置12的一邻侧装设一组最终反射镜组(包括至少一反射镜)13。而对应最终反射镜组13的光路上，设有一透镜模块14及一光感测元件15。

其中，该光线折叠装置12组合时与承座11紧贴，并以工具将两构件进行焊接(可以采用点焊)固定在一起，或以枢接方式使两构件结合在一起。值得注意的是，虽然光线折叠装置12与承座11已经被焊接住，但是光线折叠装置12与承座11间仍然存在有相对转动的趋势。又该透镜模块14受到驱动装置16(可以是马达或电磁阀等)驱动而沿着图中箭头方向移动。光线折叠装置12受到角度驱动装置18(可以是马达配合蜗轮蜗杆、电磁阀、或其他等效装置)的驱动而转动其角度。

请参阅图2、图3A所示，该光线折叠装置12由一个第一反射镜组21，及一个与该第一反射镜组21相对的第二反射镜组22所构成。该第一反射镜组21与第二反射镜组22可以是单片状的平面反射镜，而且第一反射镜组21与第二反射镜组22相向。

请参阅图3A所示，将扫描文件后所产生的光学图像限定为图像信息41，并将该图像信息41引导入射于光线折叠装置12内。该图像信息41在光线折叠装置12的第一反射镜组21与第二反射镜线22之间反射行进。

当图像信息41通过光线折叠装置12后，即由最终反射镜组13接收，然后再将图像信息41反射出去，而被反射出的图像信息41穿过透镜模块14后，由光感测元件15接收。

请参阅图2、图3B所示，当以角度驱动装置18驱动光线折叠装置12旋转时，图像信息41在光线折叠装置12与最终反射镜组13间所形成的反射路径会改变，以缩小图像信息41的总光程。此时，必须微调透镜模块14与光感测元件15的相对距离，以达到正确聚焦的效果。

请参阅图3C所示，仅驱动光线折叠装置12的第二反射镜组22旋转，也能改变图像信息41的总光程。

请参阅图4所示，光线折叠装置12的第一反射镜组21与第二反射镜组22也可分由多个子反射镜42与子反射镜43所组成。而转动子反射镜42与子反射镜43，或单独转动子反射镜42或子反射镜43，也可获得调整总光程的效果。

调整图像信息41经光线折叠装置12、最终反射镜组13而至透镜模块14所形成的总光程，与透镜模块14和光感测元件15的相对距离后，即可改变扫描所得的分辨率，此为熟悉本领域技术人员在参阅上述说明后所能轻易理解到的，故在此不再详述。

此外，以下方式都能改变透镜模块14与光感测元件15的相对距离，可以根据需要来采用：

(1)单独调整透镜模块14或单独调整光感测元件15；

(2)同时调整透镜模块14与光感测元件15，再单独调整透镜模块14或光感测元件15。

2.第二例：改变最终反射镜组的状态

请参阅图5所示，本发明在一承座11中枢设一光线折叠装置12，以及在光线折叠装置12的一邻侧装设一最终反射镜组13。而对应最终反射镜组13的光路上，设有一透镜模块14及一光感测元件15。

其中，该光线折叠装置12组合时与承座11紧贴，并以工具将两构件进行焊接(可以采用点焊)固定在一起，或以枢接方式使两构件结合在一起。值得注意的是，虽然光线折叠装置12与承座11已经被焊接住，但是光线折叠装置12与承座11间仍然存在有相对转动的趋势。又该透镜模块14受到驱动装置16(可以是马达或电磁阀等)驱动而沿着图中箭头方向移动。

请参阅图5、图6A所示，该光线折叠装置12由一个第一反射镜组21，及一个与该第一反射镜组21相对的第二反射镜组22所构成。该第一反射镜组21与第二反射镜组22可以是单片状的平面反射镜，而且第一反射镜组21的反射镜面23与第二反射镜组22的反射面24相向。

又，最终反射镜组13由一个第一反射镜25及一个第二反射镜26(第一反射镜25及第二反射镜26可视为最终反射镜组13)所构成。其中该第一反射镜25配合电磁阀或马达或其他等效机构的驱动(未显示)，而可移动地设置在光线折叠装置12的一邻侧，且该第一反射镜25的反射面27朝向光线折叠装置12。又第二反射镜26固定设置在光线折叠装置12的一邻侧，且该第二反射镜26的反射面28以一定角度对应光线折叠装置12及透镜模块14。

请参阅图6A所示，将扫描文件后所产生的光学图像限定为图像信息41，并将该图像信息41引导入射于光线折叠装置12内。该图像信息41在光线折叠装置12的第一反射镜组21与第二反射镜组22之间反射行进。

当图像信息41通过光线折叠装置12后，即由固定的第二反射镜26接收，然后再将图像信息41反射出去，而被反射出的图像信息41穿过透镜模块14后，由光感测元件15接收。

请参阅图6B所示，当以驱动最终反射镜组13的第一反射镜25移动至第二反射镜26的反射面之前时(即图中所示的位置)，图像信息41在光线折叠装置12中的反射路径会改变，由此缩小图像信息41的总光程。此时，必须微调透镜模块14与光感测元件15的相对距离，以达到正确聚焦的效果。

请参阅图7A、图7B所示，光线折叠装置12的第一反射镜组21由多个子反射镜31所构成，第二反射镜组22由多个子反射镜32所构成，最终反射镜组13由一个子反射镜31及一个反射镜35所构成。在改变最终反射镜组13的状态时，可将最终反射镜组13的子反射镜31移动至如图7B所示的位置，由此改变图像信息41的总光程。

请参阅图8A、图8B、图8C所示，最终反射镜组13由第一反射镜25与第二反射镜26所构成。配合着第二反射镜26与第一反射镜25相对位置的变化可以达到调整图像信息41的总光程的效果。

请参阅图9所示，最终反射镜组13由一反射镜35构成，可直接转动反射镜35，以达到调整图像信息41的总光程的效果。

请参阅图10A、图10B所示，最终反射镜组13由一个可动的第一反射镜25及一个固设的第二反射镜26所组成。该第一反射镜25设在图像信息41行经光线折叠装置12与第二反射镜26的光路之中。在调整总光程时，仅需转动第一反射镜25到达图10B所示的位置，就可以使图像信息41直接经由反射面27而反射至透镜模块14。

请参阅图11A、11B所示，最终反射镜组13由一可移动的反射镜35所构成。可直接平移反射镜35，以达到调整图像信息41的总光程的效果。

此外，以下方式都能改变透镜模块14与光感测元件15的相对距离，可以根据需要而采用之：

(1)单独调整透镜模块14或单独调整光感测元件15；

(2)同时调整透镜模块14与光感测元件15，再单独调整透镜模块14或光感测元件15。

此外，除了调整透镜模块14与光感测元件15的相对距离之外，也可直接采用具有变焦功能的透镜模块，以达到微调成像的作用。

以下介绍本发明自动对焦的结构与方法：

1.结构：

请参阅图12所示，其为依据本发明的较佳实施例的扫描器的立体示意图。扫描器包括壳体51、扫描平台52、上盖53、校正纸54、及标记区55。校正纸54一般装设于壳体51的内部。就熟悉本领域技术人员而言，校正纸54用以作扫描器光源(未显示)的色彩亮度等等光学特性的校正与补偿，在校正纸54上标记有特定的图案，可用以作为扫描起始点的判定。

然而，除了上述目的以外，本发明在校正纸54上设有标记区55的目的，是用以达到自动对焦的功能。

图13显示了本发明的校正纸54上的标记区55中的标准图案56的一实例，然而，本发明的范围并未受限于此。任何已知的几何图案(甚至是彩色图案)，都可以作为本发明的标准图案56。

除了上述的标准图案56以外，还可建立一数据库，在其中存放有上述标准图案56的物理特性(诸如色彩、亮度、对比、尺寸等等)、以及标准图案56的这些物理特性的可容忍的上下限(预设范围)，其细节将在以下说明。

2.自动对焦的方法

请参阅图14所示，其为本发明的自动对焦方法的流程图。说明如下：

步骤S61：开始进行扫描。

步骤S62：通过调整光线折叠装置12或最终反射镜组13的状态(如位置、角度)，即，通过改变图像信息41在光线折叠装置12与最终反射镜组13中的反射次数，以达到调整总光程的目的。

步骤S63：因应于步骤S62的调整，粗略调整透镜模块14与光感测元件15的相对距离。

步骤S64：扫描标准图案56，得到扫描所得的标准图案56的物理特性。

步骤S65：判断扫描所得的标准图案的物理特性(诸如宽度、色彩、亮度等等)是否落在预设范围之内。

步骤S66：如果步骤S65的判断值为“否”，则依据扫描标准图案56所得的物理数据的特性与相对的数据库，细微调整透镜模块14与光感测元件15的相对距离。

步骤S67：如果步骤S65的判断值为“是”，则完成对焦的动作。

值得注意的是，在完成步骤S66之后，可以继续回到步骤S65(如实线路径所示)，以进行更精确的调整。或者，可以直接跳到步骤S67(如虚线路径所示)，以节省再一次判断的时间。

举例而言，以下以标准图案的线条间的物理特性(譬如色彩、亮度、对比等)，说明执行步骤S65的细节。

请再次参见图13所示，标准图案56为多条线段，从成像原理可知，若标准图案56未获得正确的聚焦，则其在光感测元件15上所呈现的相对应的两条线段之间的物理特性必定与理论值或实验值不同。这些理论值或实验值可以在扫描器出厂之前就确定，并存储于存储器中以作为数据库。而在这个理论值左右的预设范围也同样可在出厂之前就确定，同样存储于存储器中以作为数据库。因此，在使用者操作扫描器时，利用这些既定的数据库，即可轻易做出判断。并接着进行随后的微调动作。

此外，数据库中也可存储有对应于光感测元件15扫描所得的物理特性所需调整的透镜模块14与光感测元件15的相对距离(或变焦透镜所需调整的参数)，譬如表1所示：

表1

光感测元件扫描所得的物理特性值	透镜模块与光感测元件的相对距离调整量
		A1	B1
A2	B2
		A3	B3
	...
		An	An

如此，即可轻易达成对焦的效果。

值得注意的是，标记区55不一定要设在校正纸54的中央区域，也可设在两侧或其他地方。此外，标准图案56并非一定要是直线线段，任何已知的几何图形都是可行的方式。

应理解到，标准图案56不一定要设置在校正纸54上，在扫描装置的机壳内部或是平台玻璃上设置标准图案56以供扫描，也是可行的方式。

此外，请参阅图15所示，其为本发明的另一自动对焦方法的流程图。在本实施例中，由于采用的是具有变焦功能的透镜模块，所以步骤S63与S66与图14不同。其不同之处在于以调整透镜模块的焦距的方式，代替调整透镜模块与光感测元件的相对距离的方式，其是熟悉本领域技术人员所能轻易理解到的作法。其他步骤都与图14相同，在此不再赘述。

因此，依据本发明的上述结构与方法，可利用装设在扫描器上的标准图案，即可进行效果非常良好的自动对焦功能。上述自动对焦功能，也不限定于在提高分辨率时采用，如果需要的话，在降低分辨率的时候，也可采用。

为了便于权利保护的清楚界定，上述的光线折叠装置12与最终反射镜组13可以称为是一个总光程变换装置。通过改变光线折叠装置12或最终反射镜组13的状态，即可改变总光程，因此称之为总光程变换装置。而且，除了上述光线折叠装置12与最终反射镜组13之外，本领域技术人员可以清楚理解到还有其他各种的总光程变换装置，在此不再详述。

Claims (13)

1.一种具有自动对焦功能的多分辨率扫描装置，其用以将代表扫描稿件后所产生的光学图像的图像信息进行处理，该扫描装置包括：

一总光程变换装置，包括：一光线折叠装置，是具有第一反射镜组，及与该第一反射镜组相对的第二反射镜组，且该光线折叠装置是用以导入图像信息，并使该图像信息在第一反射镜组与第二反射镜组间反射行进；及一最终反射镜组，包括至少一反射镜，用以接收由光线折叠装置传出的图像信息，该总光程变换装置接收该图像信息，并能改变该图像信息在该总光程变换装置中的反射次数，而变换总光程；

一透镜模块，接收由该总光程变换装置所传来的图像信息，并对该图像信息进行聚焦；

一光感测元件，接收聚焦的图像信息；

一标准图案，设置在该扫描装置中，在总光程改变时，根据对比扫描标准图案所得到的物理特性与一预设的标准图案物理特性的范围所得到的结果，微调该扫描装置的对焦状态。

2.如权利要求1所述的扫描装置，其中，该总光程变换装置通过改变该图像信息在该光线折叠装置中的反射次数而达成变换总光程。

3.如权利要求2所述的扫描装置，其中，该光线折叠装置由一个第一反射镜组与一个第二反射镜组所构成，且其中至少有一个反射镜组是为可动状态。

4.如权利要求1所述的扫描装置，其中，该总光程变换装置通过改变该最终反射镜组与该标准图案的对应角度而达成变换总光程的动作。

5.如权利要求1所述的扫描装置，其中，该总光程变换装置通过改变该最终反射镜组与该标准图案的对应位置而达成变换总光程的动作。

6.如权利要求4所述的扫描装置，其中，该最终反射镜组包括一固定反射镜与一可动反射镜。

7.如权利要求4所述的扫描装置，其中，该最终反射镜组仅由一可动反射镜所构成。

8.如权利要求5所述的扫描装置，其中，该最终反射镜组包括一固定反射镜与一可动反射镜。

9.如权利要求5所述的扫描装置，其中，该最终反射镜组仅由一可动反射镜所构成。

10.如权利要求1所述的扫描装置，其中，微调该扫描装置的对焦状态通过调整该透镜模块与该光感测元件的相对距离而达成。

11.如权利要求1所述的扫描装置，其中，微调该扫描装置的对焦状态通过调整具有变焦功能的透镜模块而达成。

12.一种具有自动对焦功能的多分辨率扫描装置的对焦方法，包括以下步骤：

调整图像信息在该扫描装置中的总光程；

调整一透镜模块与一光感测元件的相对距离；

扫描位于该扫描装置上的一标准图案，而获致扫描所得的标准图案的物理特性；

依据扫描所得的标准图案的物理特性，并通过与一预设的标准图案物理特性的值相比较，微调透镜模块与光感测元件的相对距离，以及

判断扫描所得的标准图案的物理特性是否落在一预设范围之内。

13.一种具有自动对焦功能的多分辨率扫描装置的对焦方法，包括以下步骤：

调整图像信息在该扫描装置中的总光程；

调整一透镜模块的焦距；

扫描位于该扫描装置上的一标准图案，而获致扫描所得的标准图案的物理特性；

依据扫描所得的标准图案的物理特性，并通过与一预设的标准图案物理特性的值相比较，微调透镜模块的焦距，以及

判断扫描所得的标准图案的物理特性是否落在一预设范围之内。

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