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Bilderzeuger-System und -Verfahren mit Filterung

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DE102004018633B4
DE102004018633B4 DE200410018633 DE102004018633A DE102004018633B4 DE 102004018633 B4 DE102004018633 B4 DE 102004018633B4 DE 200410018633 DE200410018633 DE 200410018633 DE 102004018633 A DE102004018633 A DE 102004018633A DE 102004018633 B4 DE102004018633 B4 DE 102004018633B4
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    • H04N5/341Extracting pixel data from an image sensor by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels having been sampled or to be sampled
    • H04N5/349Extracting pixel data from an image sensor by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels having been sampled or to be sampled for increasing resolution by shifting the sensor relative to the scene, e.g. microscanning

Abstract

Bilderzeugersystem, das folgende Merkmale aufweist:
ein Array (120) von Pixeln (115); und
eine Mehrzahl von Filtern (100, 105), die jedem der Pixel (115) zugeordnet sind, wobei jedes der Filter (100, 105) betreibbar ist, um zwischen dem Übertragen und dem Filtern des Lichts für einen jeweiligen Abschnitt (A, B) seines zugeordneten Pixels (100, 115) zu wechseln, der sich von dem Pixelabschnitt für jedes andere Filter unterscheidet, das demselben Pixel (115) zugeordnet ist;
wobei jedes der Filter (100, 105) individuell adressierbar ist.

Description

  • [0001]
    Eine Vielzahl von Verbraucher- und wissenschaftlichen Vorrichtungen verwenden eine digitale Bilderzeugung und Nachverarbeitung, um Stand- und Bewegungs-Bilder zu erfassen und aufzuzeichnen. Flachbettscanner, Kopiemaschinen, digitale Kameras und das Hubbell-Raumteleskop verwenden alle einen Bilderzeuger, der Pixel aufweist, die empfindlich gegenüber elektromagnetischer Strahlung (ER; ER = electromagnetic radiation) sind, um ein Bild eines Objekts zu erfassen. Sowohl CCD-(charge-coupled device = ladungsgekoppelte Vorrichtung) als auch CMOS-(complementary-metal Oxide semiconductor)Bilderzeuger weisen Pixel auf, die entweder in einem ein- oder zwei-dimensionalen Array angeordnet sind, kombiniert mit Lichtführungsoptiken. Die räumliche Auflösung eines Arrays von Pixeln in einem Bilderzeuger bezieht sich auf die Fähigkeit des Arrays, Abmessungen auf einem Dokument aufzulösen, das abgebildet werden soll. Die Auflösung kann als die Anzahl von auflösbaren Bildeinheiten (RIUs = resolvable image units) definiert sein, die auf dem abgebildeten Objekt unterscheidbar sind. Die räumliche Auflösung des Bilderzeugers kann durch die Qualität der Spiegel und der Linse eingeschränkt sein, ist jedoch fest aufgrund ihrer festen relativen Positionen in dem dargestellten System.
  • [0002]
    Die räumliche Auflösung ist besonders wichtig für Bilderzeugerentwickler, genauso wie Kosten und Lichtempfindlichkeit, wobei alle derselben durch die Pixelgröße beeinträchtigt werden. Die Auflösung der Bilderzeuger, wie z. B. Scanner, ist teilweise fest, durch die Größe der Pixel. Wenn Pixelabmessungen halbiert werden, um zweimal so viele Pixel in dem Bilderzeuger zu ermöglichen, könnte die räum liche Auflösung des Systems proportional erhöht werden. Fortschritte bei der Halbleiterverarbeitung haben es Herstellern möglich gemacht, Pixelgrößen zu reduzieren, um mehr Pixel pro Einheitsbereich in einem Bilderzeuger zu ermöglichen. Leider, während das Reduzieren der Pixelgröße eine verbesserte räumliche Auflösung ermöglicht, geht die Verbesserung auf Kosten von reduzierten Signal-zu-Rauschen-Verhältnissen (SNR = signal-to-noise ratios). Die Reduzierung reduziert ferner Lichtempfindlichkeit und erhöht die Empfindlichkeit gegenüber Pixelausblühung, die durch unsachgemäße Auslösung verursacht wird.
  • [0003]
    Ein effektives Verschließen verringert einen Teil der Empfindlichkeit gegenüber Ausblühung, die durch reduzierte Pixelgröße verursacht wird. Ein solches Verschließen kann entweder elektronisch erreicht werden, durch Variieren der Frequenz des Pixel-Auslesens und Rücksetzens (im Fall eines CMOS-Bilderzeugers), oder mechanisch, durch Steuern des Lichtbetrags, der den Bilderzeuger erreicht. Leider, während die Verwendung des Verschlusses beim Lösen von Überstrahlungsproblemen hilft, hilft es nicht, andere Probleme zu reduzieren, die aus einer geringeren Pixelgröße resultieren, wie z. B. ein reduziertes SNR.
  • [0004]
    Ein Lösungsansatz zum Erhalten einer besseren räumlichen Auflösung ohne das SNR eines Bilderzeugers zu opfern ist das Erhöhen der Pixelgröße. Dieser Lösungsansatz erhöht jedoch System-Größe und -Kosten. Ein anderer Lösungsansatz ist das Abbilden mehrerer Punkte auf einem Objekt auf dasselbe Pixel und das Durchführen mehrerer Abtastungen, um die Punkte für eine spätere Neukombination durch einen Prozessor in ein vollständiges Bild zu erfassen. Separate Abtastungen werden durchgeführt und die Bilder werden neu kombiniert, um das vollständige Bild zu erzeugen. Leider neigen solche Lösungen dazu, Herstellungskosten und Systemkomplexität zu erhöhen.
  • [0005]
    Es besteht weiterhin ein Bedarf zum Verbessern der räumlichen Auflösung, ohne Systemkosten und Pixelanzahl zu erhöhen oder die Pixelgröße zu reduzieren.
  • [0006]
    Die JP 08-289080 A beschreibt einen Bildleser mit einer Reihe von Pixeln, die jeweils durch erste und zweite Filter bedeckt sind, wobei jeweils alle ersten Filter gemeinsam zwischen einem durchlässigen Zustand und einem undurchlässigen Zustand umgeschaltet werden. Ebenso werden alle zweiten Filter gemeinsam zwischen einem durchlässigen Zustand und einem undurchlässigen Zustand umgeschaltet.
  • [0007]
    Diana C. Chen beschreibt in „Display resolution enhancement with optical scanners", Applied Optics, Vol. 40, No. 5, 10. Februar 2001, Seiten 636 bis 643 einen Ansatz zur Verbesserung der Auflösung unter Verwendung von Scannern mit Flüssigkristall-Polarisationsschaltern und doppeltbrechenden Materialien.
  • [0008]
    Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bilderzeugervorrichtung, ein Bilderzeugersystem und ein Verfahren zum Abtasten eines Objekts mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
  • [0009]
    Diese Aufgabe wird durch eine Bilderzeugervorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Abtasten eines Objekts gemäß Anspruch 10 gelöst.
  • [0010]
    Die Komponenten in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei statt dessen die Betonung auf dem Darstellen der Prinzipien der Erfindung liegt. Ferner bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile in den unterschiedlichen Ansichten.
  • [0011]
    Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • [0012]
    1 ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel darstellt, das ein Filterarray aufweist, das direkt über einem Pixelarray positioniert ist, wobei beide Arrays durch einen Prozessor gesteuert werden;
  • [0013]
    2 ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel mit einem ersten und einem zweiten Filter über dem lichtempfindlichen Abschnitt eines Pixels in einem CMOS-Bilderzeuger darstellt;
  • [0014]
    3A3D perspektivische Ansichten eines Ausführungsbeispiels, bei dem ein erster bis vierter Filter über jedem individuellen Pixel in einem Pixelarray positioniert sind, wobei jede der 3A3D unterschiedliche Filter- und unterschiedliche transparente Zustände der Filter darstellt;
  • [0015]
    4 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels mit ungeraden und geraden Mehrfachpixelfiltern, wobei die ungeradzahligen Filter in ihren Filterzuständen und geradzahlige Filter in ihren transparenten Zuständen vorliegen;
  • [0016]
    5 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht und ein Strahlenschema eines optischen Verschlusses, unter Verwendung einer ferroelektrischen Flüssigkristallzelle (FLC-Zelle), zur Verwendung bei den Ausführungsbeispielen, die in 3A bis 4 dargestellt sind;
  • [0017]
    6 ein Querschnitt eines Ausführungsbeispiels mit einem Filter und einem Pixelarray eingesetzt in einer Verpackungsstruktur; und
  • [0018]
    7 ein Blockdiagramm und ein Strahlenschema eines Dokumentscanners, der ein Filterarray positioniert vor dem Bilderzeuger aufweist, um die räumliche Auflösung zu verbessern.
  • [0019]
    Ein Bilderzeuger gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist ein Array aus ER-empfindlichen Pixeln mit einer Mehrzahl von Strahlungsreduzierungsmechanismen („Filtern") auf, die Abschnitten jedes Pixels zugeordnet sind. Obwohl die Ausführungsbeispiele im Hinblick auf ER in dem sichtbaren Spektrum beschrieben sind, würde die Wellenlänge der ER, die verwendet wird, von der Empfindlichkeit des Bilderzeugers gegenüber dieser Wellenlänge und der Fähigkeit der Filter abhängen, die ER auf die Pixel zu reduzieren. Folglich bedeutet der Ausdruck „Licht" jegliche ER, gegen die das Pixelarray empfindlich ist. Die Filter sind zwischen den Pixeln und dem abzubildenden Objekt positioniert. Vorzugsweise sind die Filter entweder direkt benachbart zu den Pixeln oder direkt benachbart zu dem abzubildenden Objekt positioniert. Da der Bereich jedes Pixels einem bestimmten Bereich auf dem abgebildeten Objekt entspricht, wird die Fähigkeit eines Prozessors, zwischen Punkten auf dem abgebildeten Objekt zu unterscheiden, erhöht, durch sequentielles Betätigen der Filter über jedem Pixel in einer Mehrzahl von Abtastungen, die in einzelnes Bild kombiniert werden. Effektiv erhöht die sequentielle Aktivierung und die Mehrzahl von Abtastungen die Anzahl von Pixel in dem Array, ohne die Pixel relativ zu dem abgebildeten Objekt zwischen Abtastungen zu übersetzen. Ausführungsbeispiele der Erfindung können auf größere räumliche Auflösungen ausgedehnt werden, durch Erhöhen der Anzahl von Filtern, die jedem der Pixel zugeordnet sind, und sind nur durch die Fähigkeit eingeschränkt, progressiv kleinere Filter herzustellen und zwischen progressiv kleineren Beleuchtungsebenen auf jedem Pixel zu unterscheiden.
  • [0020]
    1 stellt ein erstes und ein zweites Filter (100, 105) in einem Filterarray 110 dar, positioniert über individuellen Pixeln 115 in einem Pixelarray 120, wobei beide Arrays (110, 120) in Kommunikation mit einem Prozessor 125 sind. Der Prozessor 125 ist mit einem Zeitgebungs- und Steuerungs-Abschnitt 130 gekoppelt, der koordinierte Steuerungssignale sowohl zu dem Pixelarray 120 für ein Pixelauslesen als auch zu vertikalen und horizontalen Filtertreibern (135, 140) liefert, zur Betätigung des Filterarrays 110. Der vertikale Filtertreiber weist einen ersten und einen zweiten vertikalen Ausgang (136, 138) auf, die jeweils mit jedem des ersten bzw. des zweiten Filters (100, 105) gekoppelt sind. Der horizontale Treiber weist einen ersten bis fünften horizontalen Ausgang (141, 142, 143, 144, 145) auf, die jeweils mit einem getrennten ersten und zweiten Filter (100, 105) gekoppelt sind. Ein bestimmtes Filter wird betätigt, wenn es sowohl ein vertikales als auch horizontales Betätigungssignal empfängt, entweder eine positive oder eine negative Spannung, von den zwei Treibern (135, 140). Jedes der Pixel 115 liefert Auslesedaten, wenn es ein Auslesesteuerungssignal von dem Zeitgebungs- und Steuerungs-Abschnitt 130 empfängt.
  • [0021]
    Die Auslesedaten werden zu einem Analog-zu-Digital-Wandler (A/D-Wandler) 147 kommuniziert, der die analogen Signale in digitale Daten umwandelt, die in einem Speicher 150 gespeichert werden. Der Speicher 150 ist vorzugsweise ein Flash-Speicher, kann jedoch einen RAM (random-access memory = Direktzugriffsspeicher) oder einen ROM (read-only memory = Nur-Lese-Speicher) umfassen, um ein temporäres Zwischenspeichern oder eine permanente Speicherung von Auslesedaten zu erreichen. Der Speicher 150 ist in Kommunikation mit dem Prozessor 125 für eine Bildverarbeitung und/oder -wiedergewinnung. Eine Benutzerschnittstelle 155 kommuniziert mit dem Prozessor 125, um einem Benutzer Zugriff auf Statusinformationen zu liefern, wie z. B. „Leistung ein" und „Bereit". Die Benutzerschnittstelle 155 kann eine visuelle Anzeige oder eine Audioausgabe umfassen.
  • [0022]
    Das Pixelarray 120 spricht auf einfallendes Licht an, um Auslösedaten zu liefern, und kann z. B. ein CCD-Bilderzeuger oder ein CMOS-Bilderzeuger sein, der ein ein- oder zwei-dimensionales Pixelarray aufweist. Der Prozessor 125 kann ein digitaler Allzweck-Signalprozessor (DSP; DSP = digital signal prozessor) oder ein anwendungsspezifischer Prozessor (ASIC) sein. Wenn das Pixelarray 120 ein CMOS-Bilderzeuger ist, kann der Prozessor 125 in dem Pixelarray 120 auf einem einzelnen Substrat integriert sein, das die notwendigen Pixel 115 und ein Zeitgebungs- und Steuerungs-Element 130 umfaßt. Bei dem Ausführungsbeispiel, das in 1 dargestellt ist, ist das Filterarray 110 direkt über dem Pixelarray 120 positioniert, um Streulicht zu reduzieren, das zwischen den beiden eingebracht wird. Der A/D-Wandler 147 kann ein Sigma-Delta- oder Zweirampen-Wandler sein, um das analoge Ausgangssignal des Pixelarrays 110 in eine digitale Form zur Speicherung in dem Speicher 110 umzuwandeln. Wenn das Pixelarray 110 ein CMOS-Bilderzeuger ist, könnte der A/D-Wandler 145 auf einem gemeinsamen Chip mit dem Array 110 und dem Prozessor 125 integriert sein. Obwohl die verschiedenen Komponenten mit elektrisch leitfähigen Wegen zwischen denselben dargestellt sind, können auch andere Signaltransportmechanismen verwendet werden, wie z. B. ein optischer Bus.
  • [0023]
    Ein erstes und ein zweites Filter (100, 105) sind vorzugsweise aus FLC-Scheiben gebildet, die undurchlässig werden gegenüber Licht nach der Anwendung einer positiven Spannung von sowohl dem vertikalen als auch dem horizontalen Filtertreiber (135, 140), und lichtdurchlässig nach der Anwendung einer negativen Spannung durch dieselben (135, 140). Alternativ können die Filter (100, 105) derart aufgebaut sein, daß Spannungen einer entgegengesetzten Polarität die lichtundurchlässigen und lichtdurchlässigen Zustände induzieren. In jedem Fall bleibt für FLC-Scheiben das Filter lichtundurchlässig oder lichtdurchlässig, nachdem die Spannung entfernt wird, und ändert sich nicht, bis eine Spannung entgegengesetzter Polarität angelegt wird. In 1 induziert der Zeitgebungs- und Steuerungs-Abschnitt 130 den vertikalen Treiber 135, um dessen zweiten vertikalen Ausgang 138 mit einer positiven Spannung zu treiben, und den ersten bis fünften horizontalen Ausgang (141145) des horizontalen Filtertreibers 140, um ferner eine positive Spannung zu treiben, um alle zweiten Filter 105 in ihre jeweiligen lichtundurchlässigen Zustände zu betätigen. Wenn die ersten Filter 100 nicht bereits in ihren lichtdurchlässigen Zuständen vorliegen, werden der horizontale und vertikale Filtertreiber (140, 135) induziert, um die ersten Filter 100 mit einer negativen Spannung zu treiben. Der Pixelabschnitt B empfängt im wesentlichen reduziertes einfallendes Licht, während Abschnitt A im wesentlichen das gesamte einfallende Licht von dem lichtdurchlässigen ersten Filter 100 empfängt. Der Zeitgebungs- und Steuerungs-Abschnitt 130 induziert ein erstes Pixelauslesen, wenn die zweiten Filter 105 lichtundurchlässig und die ersten Filter 100 lichtdurchlässig sind. Eine zweite Pixelauslesung wird induziert, wenn die Zustände des ersten und des zweiten Filters (100, 105) umgekehrt werden, so daß der Prozessor 125 zwischen den räumlichen Koordinaten eines Objekts unterscheiden kann, die den zwei Filtersätzen entsprechen. Tatsächlich wird die Anzahl von Pixeln verdoppelt, wobei jedes Filter einem separaten Pixel entspricht.
  • [0024]
    Bei einem Ausführungsbeispiel sind das erste und das zweite Filter (100, 105) nicht lichtundurchlässig, wenn eine positive Spannung angelegt wird, sondern sind halbdurchlässig zum Filtern von Licht, das auf die Abschnitte A und B der Pixel 115 einfällt. Wenn die vorbestimmte Filterlichtundurchlässigkeit bekannt ist, würden Luminanzwerte für die zwei räumlichen Koordinaten des projizierten Bildes erhalten werden, während eine bessere Lichtempfindlichkeit beibehalten wird als bei dem Ausführungsbeispiel, das für die lichtundurchlässigen Filterzustände beschrieben wurde. Ferner würde bei einer zweidimensionalen Implementierung das Filterarray eine Filterabdeckung für sowohl den Abschnitt A als auch B jedes Pixels in dem Array liefern. Verschiedene Techniken können verwendet werden, um die Filter zu adressieren und zu steuern, wie z. B. das Adressieren jedes individuellen Filters nacheinander, das Adressieren aller A-Filter gleichzeitig und aller B-Filter zu einer anderen Zeit, oder das Gruppieren der Filter nach Zeilen, Spalten oder anderen Geometrien zum Adressieren.
  • [0025]
    Bei einer CMOS-Bilderzeugerimplementierung können das erste und das zweite Filter (100, 105) über dem gesamten Pixel 115 positioniert sein, oder über den photoempfindlichen Abschnitten des Pixels. 2 stellt ein erstes und ein zweites Aktivbereichsfilter (200, 205) dar, die im wesentlichen nur über dem photoempfindlichen Abschnitt 210 eines Pixels positioniert sind, hergestellt in CMOS („CMOS-Pixel 215"). Der nicht-photoempfindliche Abschnitt 220 würde eine Steuerungsschaltungsanordnung enthalten, die nicht bedeutend auf einfallendes Licht anspricht, und würde kein Filtern erfordern. Zum Beispiel, in einem CMOS-Bilderzeuger mit einem Füllfaktor von 14% (14% des gesamten Pixelbereichs ist konfiguriert, um der photoempfindliche Abschnitt 210 zu sein), würden das erste und das zweite Aktivbereichsfilter (200, 205) jeweils zumindest 7% des Gesamtpixelbereichs abdecken und direkt über dem photoempfindlichen Abschnitt 210 des CMOS-Pixels 215 positioniert sein. Das erste und das zweite Filter (200, 205) können ebenfalls als ein Array aus mikroelektromechanischen Elementen, Filtern oder Auslöser implementiert sein, die betätigt werden, um einfallendes Licht auf die Pixelabschnitte A und B zu blockieren oder zu ermöglichen.
  • [0026]
    3A3D stellen jeweils ein Ausführungsbeispiel dar, das ein Filterarray 300 mit vier Filtern (305, 310, 315, 320) über Abschnitten A, B, C bzw. D jedes Pixels 115 aufweist. Analog zu der Zweifilterimplementierung, die in 1 gezeigt ist, wird jedes der vier Filter (305, 310, 315, 320) sequentiell betätigt, um jeweiligen sequentiellen Auslesungen der Pixel 115 zu entsprechen. 3A zeigt das erste Filter 305 in einem transparenten Zustand, um einfallendes Licht 307 zu einem Abschnitt A jedes Pixels 115 zu kommunizieren. Das zweite, dritte und vierte Filter sind in einen lichtundurchlässigen Zustand plaziert. Die Pixel 115 werden ausgelesen, wodurch eine Anzeige des Betrags des Lichts 307 geliefert wird, das auf den Abschnitt A einfällt. 3B, 3C oder 3D stellen die Betätigung der anderen Filter in den vier Filtersätzen durch den Prozessor 125 dar, die programmiert werden können, um in einer gewünschten Sequenz aufzutreten. Wie bei der Implementierung mit zwei Filtern pro Pixel, können die Filter separat oder in Gruppen mit einem analogen vertikalen und horizontalen Treibersatz adressiert und betätigt werden.
  • [0027]
    4 stellt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels mit einem Array aus Mehrfachpixelfiltern 400 dar, wobei jedes Filter in dem Weg des einfallenden Lichts 402 für zwei benachbarte Pixel in einem Pixelarray 200 positioniert ist. Wie dargestellt ist, liegen „ungerade" und „gerade" Mehrfachpixelfilter (405, 410) in den Einfallslichtwegen für den Abschnitt A bzw. B der Pixel 115 vor. Somit, im Gegensatz zu den Filtern, die in 35D dargestellt sind, wo jedes Filter nur einem Pixel zugeordnet ist, ist das Mehrfachpixelfilterarray 400, das in 4 dargestellt ist, für jedes Filter konfiguriert, um gleichen Hälften der zwei Pixel 115 zugeordnet zu sein. Analog zu der Zweifilterimplementierung, die in 1 gezeigt ist, wird jedes der dargestellten ungeradzahligen und geradzahligen Mehrfachpixelfilter (405, 410) sequentiell in seinen Filter- und Transparent-Zustand während jeweiligen Pixelauslesungen plaziert, um eine Anzeige des Lichtbetrags 402 zu liefern, der auf die Abschnitte A und B einfällt. Ausführungsbeispiele der Erfindung können für ein zweidimensionales Array ausgedehnt werden, wobei ein einzelnes Filter einen Abschnitt mehrerer Pixel abdeckt, um zwischen dem Einfallslichtbetrag auf jedem Abschnitt jedes Pixels zu unterscheiden.
  • [0028]
    5 stellt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Implementierung des ersten und des zweiten Filters (100, 105) dar, mit dem ersten Filter 100 in seinem lichtundurchlässigen Zustand und dem zweiten Filter 105 in seinem transparenten Zustand. Jedes Filter (100, 105) umfaßt jeweilige dünne FLC-Schichten (500, 502), die zwischen jeweiligen Eingangs-(505, 507) und Kreuz-(510, 512)Polarisierern positioniert sind. Jeder der Kreuzpolarisierer (510, 512) ist optisch um +90° von den anfänglichen Polarisierern (505, 507) gedreht. In ihrem ursprünglichen Zustand weisen die FLC-Schichten (500, 502) ihre optische Achse um +45° von optischen Achse ihrer jeweiligen anfänglichen Polarisierer (505, 507) gedreht auf.
  • [0029]
    Bei dem ersten Filter 100 wird die optische Achse der FLC-Schicht 500 um –45° gedreht, nach dem Anlegen einer positiven Gleichspannung, um die Schicht 500 mit der optischen Achse des Anfangspolarisierers 505 auszurichten. Nicht-polarisiertes Licht 515, das in den Anfangspolarisierer 505 eingebracht wird, wird vertikal polarisiert, und die FLC-Schicht 500 ändert die Orientierung der Polarisierungsachse des übertragenen Lichts nicht. Folglich blockiert der gekreuzte Polarisierer 510 des ersten Filters 100 das polarisierte Licht 520 und das Filter wird derart betrachtet, daß es in seinem lichtundurchlässigen Zustand vorliegt.
  • [0030]
    Das zweite Filter 105 ist mit der optischen Achse seiner FLC-Schicht 502 um +45° gedreht von dessen ursprünglicher Drehung um +45° dargestellt, nach dem Anlegen einer negativen Gleichspannung, so daß die Schicht 502 mit der optischen Achse ihres Kreuzpolarisierers 512 ausgerichtet ist. Licht, das durch den ersten Polarisierer 507 polarisiert wird, wird um +90° durch den FLC 502 gedreht, um zu ermöglichen, daß Licht durch den zweiten Polarisierer 510 geleitet wird.
  • [0031]
    6 stellt ein Ausführungsbeispiel dar, bei dem das Filterarray direkt auf dem Pixelarray positioniert ist. Der Kreuzabschnitt stellt das Filter- und das Pixel-Array (110, 120) eingesetzt in eine starre Verpackung 600 dar, die aus einer starren Kunststoff-, Metall- oder Verbundstofformung gebildet sein könnte, um die Arrays 110, 120 zu halten und dieselben vor einer Beschädigung zu schützen.
  • [0032]
    7 stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Dokumentscanner dar. Ein Objekt 700 wird mit einer Lichtquelle 705 beleuchtet, und das Bild des Objekts wird auf einen Scannerwagen 707 gerichtet, der einen Lichtdirektor 725 aufweist, der bei einer Implementierung eine Linse zum Fokussieren des Bildes auf das Pixelarray 120 durch das Filterarray 110 ist. Verschiedene Lichtdirektorschemata können verwendet werden, um das Bild auf das Pixelarray zu richten, abhängig von der physischen Anordnung der Systemkomponenten. Bei der Darstellung aus 7 werden drei Spiegel 710, 715 und 720 und eine Linse 725 in dem Scannerwagen 707 verwendet. Für CMOS- und CCD-Bilderzeuger kann die Lichtquelle 705 fluoreszierende oder einfallende ER im sichtbaren Spektrum (380–780 nm) erzeugen. Die Linse 725 ist eine Sammellinse, um das Bild auf das Filter- und Pixel-Array (110, 120) zu reduzieren. Die Linse 725 kann Beschichtungen umfassen, um die Übertragung von Streu- oder reflektiertem Licht auf das Pixelarray 120 zu reduzieren. Der Wagen 707 wird relativ zu dem Objekt 700 während mehrerer Abtastungen übersetzt, um ein Bild des gesamten Objekts 700 bei einer Bildnachbearbeitung zu erfassen.
  • [0033]
    Anstatt des Positionierens eines Filterarrays auf dem Bilderzeuger, kann ein Filterarray 730 direkt benachbart zu dem Objekt 700 positioniert sein, das abgebildet werden soll. Jedes Pixel, das auf das Objekt (die Scannerplatte) abgebildet wird, würde zumindest zwei benachbarten Filtern auf dem Filterarray 730 zugeordnet werden. Die Reflexion von Licht 705 weg von dem Filterarray 730 würde bei der Bildnachbearbeitung entfernt werden, um nur das Licht zu lassen, das von den nicht-gefilterten, abgebildeten Räumen auf dem Objekt 700 reflektiert wird. Zum Beispiel würde ein Ab tastbild genommen werden, um die Reflexion des Lichtes weg von allen Filtern in ihren lichtundurchlässigen Zuständen zu erfassen. Dieses Abtastbild würde dann von einem Objektbild beim Nachbearbeiten subtrahiert werden, um ein echtes Bild des abgebildeten Objekts fertigzustellen. Verschiedene Filtersequenzierungen können verwendet werden, wie oben beschrieben wurde.
  • [0034]
    Während verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden, ist es für Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet offensichtlich, daß viele weitere Ausführungsbeispiele und Implementierungen möglich sind. Während z. B. ein Bilderzeugersystem derart beschrieben wurde, daß es eine Lichtquelle zum Beleuchten eines Objekts umfaßt, ist die Erfindung ferner an die Bilderzeugung eines Objekts anwendbar, das seine eigene Strahlung emittiert, wie bei einer Infrarotbilderzeugung.

Claims (13)

  1. Bilderzeugersystem, das folgende Merkmale aufweist: ein Array (120) von Pixeln (115); und eine Mehrzahl von Filtern (100, 105), die jedem der Pixel (115) zugeordnet sind, wobei jedes der Filter (100, 105) betreibbar ist, um zwischen dem Übertragen und dem Filtern des Lichts für einen jeweiligen Abschnitt (A, B) seines zugeordneten Pixels (100, 115) zu wechseln, der sich von dem Pixelabschnitt für jedes andere Filter unterscheidet, das demselben Pixel (115) zugeordnet ist; wobei jedes der Filter (100, 105) individuell adressierbar ist.
  2. Bilderzeugersystem gemäß Anspruch 1, mit: einem Lichtdirektor (725), der zum Leiten von Licht von einem Objekt (700) auf die Pixel (120) positioniert ist; und einem Betriebssystem (125), das angeschlossen ist, um die Filter (100, 105) zu betreiben, die jedem Pixel (115) in Reihe zugeordnet sind, um eine räumliche Bildauflösung größer als ohne die Filter zu liefern.
  3. Bilderzeugersystem gemäß Anspruch 2, bei dem die Filter (100, 105) betreibbar sind, um im wesentlichen das gesamte Licht von ihren jeweiligen Abschnitten des Pixels (115) zu blockieren.
  4. Bilderzeugersystem gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem die Filter (100, 105) betreibbar sind, um im wesentlichen weniger als das gesamte Licht von den jeweiligen Abschnitten des Pixels (115) zu blockieren.
  5. Bilderzeugersystem gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem das Betriebssystem die Filter jedes Pixels separat von den Filtern der anderen Pixel betreibt.
  6. Bilderzeugersystem gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem das Betriebssystem gleichzeitig die Filter in Gruppen von Pixeln betreibt.
  7. Bilderzeugersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Filter benachbart zu ihren jeweiligen Pixeln positioniert sind.
  8. Bilderzeugungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Filter benachbart zu einem Objekt positioniert sind, das abgebildet werden soll.
  9. Bilderzeugungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Filter ferroelektrische Flüssigkristallfilter umfassen.
  10. Verfahren zum Scannen eines Objekts, das folgende Schritte aufweist: Richten von Licht von jeweiligen unterschiedlichen Abschnitten des Objekts zu unterschiedlichen Abschnitten jedes Pixels (115) eines Pixelarrays (120), abwechselndes Übertragen und zumindest teilweises Blockieren des Lichts für die unterschiedlichen Pixelabschnitte in Reihe unter Verwendung eine Mehrzahl von Filtern (100, 105), die jedem der Pixel (115) zugeordnet sind; und Auslesen der Pixel, so daß jedes Pixel zwischen mehr als einer räumlichen Region auf dem Bild unterscheiden kann, wobei jedes der Filter (100, 105) individuell adressierbar ist.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem das Licht im wesentlichen vollständig blockiert wird für die unterschiedlichen Pixelpositionen.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, bei dem das Licht abwechselnd für jedes der Pixel separat übertragen und zumindest teilweise blockiert wird.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, bei dem das Licht abwechselnd für Gruppen von Pixeln gleichzeitig übertragen und zumindest teilweise blockiert wird.
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