DE19829974C2 - Vorrichtung zur Vorlagenabtastung - Google Patents
Vorrichtung zur VorlagenabtastungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektronischen Reproduktionstech
nik und betrifft eine Vorrichtung zur pixel- und zeilenweisen optoelektronischen
Abtastung von Vorlagen.
In einer Vorrichtung zur pixel- und zeilenweisen optoelektronischen Abtastung von
Vorlagen, nachfolgend Scanner genannt, ist die abzutastende Vorlage für den
Fall, daß es sich um einen Flachbettscanner handelt, auf einem ebenen Vorla
genträger angeordnet, die sich senkrecht zur Richtung der Abtastzeilen relativ zu
einem Abtastorgan bewegt. Das Abtastorgan weist im wesentlichen eine Licht
quelle zur zeilenweisen Beleuchtung der Vorlage, einen optoelektronischen
Wandler, beispielsweise eine Fotodiodenzeile (CCD-Zeile), zur Umwandlung des
von der Vorlage kommenden Abtastlichts in die Bildwerte sowie ein Abtastobjektiv
zur Einstellung des Abbildungsmaßstabes bei Vorlagen unterschiedlicher Größe
auf. Ein derartiger Scanner ist beispielsweise aus DE 195 34 334 A bekannt.
Die Abtastfeinheit oder Abtastauflösung (Pixel/cm) in Richtung der Abtastzeilen ist
von der Anzahl Sensorelemente der Fotodiodenzeile und von der jeweiligen Vor
lagenbreite in Richtung der Abtastzeilen abhängig. Die Abtastfeinheit in Richtung
der Abtastzeilen läßt sich durch den Abbildungsmaßstab variieren, mit dem das
Abtastobjektiv die jeweilige Vorlagenbreite auf die Fotodiodenzeile abbildet. Dabei
wird die Einstellung des Abbildungsmaßstabes derart vorgenommen, daß die Vor
lagenbreite möglichst vollständig und mit optimaler Bildschärfe auf die Foto
diodenzeile abgebildet wird. Die Abtastfeinheit senkrecht zur Abtastzeilen wird
durch die Relativgeschwindigkeit zwischen Vorlage und Abtastorgan bestimmt.
Eine Änderung der Abtastfeinheit in Zeilenrichtung erfolgt bei herkömmlichen
Scannern meistens durch Einstellung der Bildweite (Abstand zwischen Foto
diodenzeile und Abtastobjektiv) und der Gegenstandsweite (Abstand zwischen
Abtastobjektiv und Vorlage) nach der bekannten Abbildungsgleichung für Linsen,
indem das Abtastobjektiv mit einer festen Brennweite und/oder die Fotodiodenzeile
verschoben wird oder Abtastobjektive mit unterschiedlichen Brennweiten in
den Strahlengang eingeschwenkt werden.
Um dabei auch eine optimale Einstellung einer optimalen Bildschärfe zu errei
chen, müssen aufgrund des nicht linearen Zusammenhanges zwischen der Bild
weite und der Gegenstandsweite sowohl die Gegenstandsweite als auch die Bild
weite geändert werden, denn nur bei Erfüllung der Abbildungsgleichung ist eine
optimale Bildschärfe garantiert. Die stufenlose Verschiebung der einzelnen opti
schen Komponenten gegenüber der meistens ortsfesten Vorlage erfolgt in der
Regel mittels unabhängiger mechanischer Verstelleinrichtungen in Form von
Schlitten oder Wagen, die, um genaue Einstellungen zu gewährleisten, aufwendig
und teuer sind und den Preis der Scanner erhöhen.
Bei preiswerten Scannern wird aus diesem Grunde oft auf eine variable Einstel
lung des Abbildungsmaßstabes verzichtet.
Ein solcher Scanner ist aus der JP 5-56217 A bekannt, bei dem ein Objektiv und
ein Spiegel auf einem gemeinsamen Kopplungselement angeordnet sind. Zur
Einstellung unterschiedlicher Abbildungsmaßstäbe ist das Kopplungselement mit
Objektiv und Spiegel parallel zur abzutastenden Vorlage auf definierte axiale Po
sitionen verschiebbar. In den axialen Positionen des Kopplungselements sind am
Transport des Abtastlichts von der Vorlage zu einem optoelektronischen Abtastor
gan jeweils andere und/oder zusätzliche Spiegel beteiligt, so daß sich in den ein
zelnen axialen Positionen unterschiedliche Strahlengänge ergeben, die in nachtei
liger Weise die Abtastqualität mindern können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur pixel- und
zeilenweisen optoelektronischen Abtastung von Vorlagen derart zu verbessern,
daß auch bei einem geringen gerätetechnischen Aufwand eine Veränderung des
Abbbildungsmaßstabes unter Beibehaltung einer guten Abtastqualität möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 oder
3 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Unteran
sprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel für den Strahlengang in einem Scanner, in
dem zwei unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe im Verhältnis 1 : 2 einge
stellt werden können, in einer schematische Darstellung,
Fig. 2 die optische Abbildungsgleichung für Linsen in einer grafischen Darstellung
und
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel für den Strahlengang in einem Scanner, in
dem zwei unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe im Verhältnis 1 : 3 einge
stellt werden können, in einer schematische Darstellung.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel für
den Strahlengang in einem Scanner, in dem zwei unterschiedliche Abbildungs
maßstäbe im Verhältnis 1 : 2 eingestellt werden können.
Der Scanner möge als Schwarz-Weiß-Scanner vom Flachbett-Typ zur Abtastung
von Durchsichtsvorlagen ausgebildet sein.
In dem Scanner befindet sich eine abzutastende transparente Vorlage (1) auf ei
nem ortsfesten Vorlagenträger (2). Die Vorlage (1) wird von einer Lichtquelle (3)
zeilenweise beleuchtet. Das mit dem Bildinhalt der Vorlage (1) modulierte und
durch die Vorlage (1) transmittierte Abtastlicht (4) wird durch drei Spiegel (5, 6, 7)
mehrfach umgelenkt und fällt dann durch ein Abtastobjektiv (8) mit fester Brenn
weite f auf einen optoelektronischen Wandler (9), der beispielsweise als Fotodi
odenzeile (CCD-Zeile) ausgebildet ist.
Der eingangsseitige erste Spiegel (5) und das Abtastobjektiv (8) sind starr mitein
ander gekoppelt und gemeinsam auf einem Optikwagen (10) oder Optikschlitten
als Kopplungselement montiert, das im ersten Ausführungsbeispiel parallel zur
Ebene des Vorlagenträgers (2) mittels einer Führung (10') verschiebbar gelagert
ist. Der zweite und dritte Spiegel (6, 7) sind ortsfest montiert. Jeder Spiegel (5, 6,
7) ist mit einem Winkel von 45° zur jeweiligen Einfallsrichtung des Abtastlichts (4)
ausgerichtet, so daß an jedem Spiegel (5, 6, 7) eine Umlenkung des Abtastlichts
(4) um 90° erfolgt.
Durch die gewählte Positionierung der drei Spiegel (5, 6, 7) wird erreicht, daß das
Abtastlicht (4) im Bereich zwischen dem ersten Spiegel (5) und dem zweiten Spie
gel (6) sowie im Bereich zwischen dem dritten Spiegel (7) und dem Abtastobjektiv
(8) parallel zueinander verläuft, wobei die Richtung des von der Vorlage (1) kom
mende Abtastlicht (4) mit der Richtung des auf den optoelektronischen Wandler
(9) fallenden Abtastlichts einen Winkel von 90° einschließt.
Durch die Verschiebung des Optikwagens (10) parallel zum Vorlagenträger (2)
wird somit die Länge des Strahlenganges des Abtastlichts (4) zwischen dem Ab
tastobjektiv (8) und dem ersten Spiegel (5) in einem doppelten Ausmaß wie der
Abstand zwischen dem optoelektronischen Wandler (9) und dem Abtastobjektiv
(8) verändert, wodurch zwei unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe im Verhältnis
1 : 2 bei optimaler Bildschärfe eingestellt werden können. Dadurch lassen sich bei
spielsweise Diapositive mit zwei unterschiedlichen Standardformaten mit optimaler
Abtastauflösung und Bildschärfe abtasten.
Fig. 2 zeigt in einer grafischen Darstellung die optische Abbildungsgleichung für
ein Objektiv als Kurvenschar mit der Brennweite f des Objektivs als Parameter in
einem Koordinatensystem. Die Abbildungsgleichung, welche den funktionsmäßi
gen Zusammenhang zwischen der Gegenstandsweite G und der Bildweite B wie
dergibt, lautet:
1/G + 1/B = 1/f
mit
G = Gegenstandsweite (Abstand zwischen Vorlage und Abtastobjektiv),
B = Bildweite (Abstand zwischen Abtastobjektiv und Wandler) und
f = Brennweite des Objektivs.
G = Gegenstandsweite (Abstand zwischen Vorlage und Abtastobjektiv),
B = Bildweite (Abstand zwischen Abtastobjektiv und Wandler) und
f = Brennweite des Objektivs.
Wird die Abbildungsgleichung unter Einführung des Abbildungsmaßstabes β je
weils nach G und B aufgelöst, ergeben sich folgende Gleichungen
G = f(1 + 1/β) und
B = f(1 + β)
Mit der Brennweite f des Objektivs als Parameter ist erkennbar, daß zu jeder
Bildweite B bzw. zu jeder Gegenstandsweite G ein eindeutiger Abbildungsmaß
stab β gehört. Die obigen Gleichungen können nochmals wie folgt umgewandelt
werden:
B = fG/(G - f) und
G = fB/(B - f)
In dem optisch interessierenden Bereich liegt somit ein hyperbelartiger Kurven
verlauf vor. Wird dem hyperbelartigen Kurvenverlauf ein linearer Zusammenhang
zwischen der Gegenstandsweite G und der Bildweite B überlagert, der in Fig. 2
als gestrichelte Einstellgerade (11) eingezeichnet ist, ergeben sich bei einem aus
reichenden Abstand der Einstellgeraden (11) vom Ursprung des Koordinatensy
stems zwei Schnittpunkte (12, 13) mit dem hyperbelartigen Kurvenverlauf. Im Be
reich der beiden Schnittpunkte (12, 13) ist jeweils eine scharfe Abbildung der
Vorlage (1) auf dem optoelektronischen Wandler (8) gewährleistet, wobei jedem
Schnittpunkt (12, 13) ein unterschiedlicher Abbildungsmaßstab β zugeordnet ist.
Durch Verschieben des Optikwagens (10) auf zwei definierte Positionen derart,
daß entweder eine erste Position entsprechend dem einen Schnittpunkt (12) oder
eine zweite Position entsprechend dem anderen Schnittpunkt (13) erfolgt, können
somit zwei unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe β bei optimaler Bildschärfe rea
lisiert werden. Die Lage der Schnittpunkte (12, 13) läßt sich durch die Steigung
der Einstellgeraden (11) sowie durch den Abstand der Einstellgeraden (11) zum
Ursprung des Koordinatensystems festlegen.
Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für den Strahlengang in einem Scan
ner, in dem zwei unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe im Verhältnis 1 : 3 einge
stellt werden können, in einer schematische Darstellung.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist in dem Strahlengang des Abtastlichts (4) ein
vierter Spiegel (14) angeordnet, der gemeinsam mit dem Abtastobjektiv (8) und
dem ersten Spiegel (5) auf dem Optikwagen (10) montiert ist. Der Optikwagen
(10) ist bei diesem Ausführungsbeispiel mittels der Führung (10') senkrecht zur
Ebene des Vorlagenträgers (2) verschiebbar gelagert.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind alle Spiegel (5, 6, 7, 14) in einem Win
kel von 45° zur jeweiligen Einfallsrichtung des Abtastlichts (4) ausgerichtet. Da
durch wird erreicht, daß der Strahlengang des Abtastlichts (4) zwischen der Vor
lage (1) und dem ersten Spiegel (2), zwischen dem zweiten Spiegel (11) und dem
dritten Spiegel (3) sowie zwischen dem vierten Spiegel (14) und dem Abtastobjek
tiv (8) jeweils parallel zueinander verläuft, wobei die Richtung des von der Vorlage
(1) kommende Abtastlicht (4) mit der Richtung des auf den optoelektronischen
Wandler (9) fallenden Abtastlichts (4) übereinstimmt.
Durch die gewählte Orientierung der Spiegel (5, 6, 7, 14) wird erreicht, daß sich
die Länge des Strahlenganges des Abtastlichts (4) zwischen dem Abtastobjektiv
(8) und der Vorlage (1) dreimal so stark verändert wie der Abstand zwischen dem
Abtastobjektiv (8) und dem optoelektronischen Wandler (9).
Zur weiteren Veranschaulichung der optischen Zusammenhänge sollen im folgen
den zwei Beispiele betrachtet werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 soll angenommen werden, daß bei
dem realisierten Verhältnis von Bildweite B zu Gegenstandsweite G von 1 : 2 das
Abtastobjektiv (8) eine Brennweite von f = 100 mm haben möge. Es ergeben sich
dabei die Abbildungsmaßstäbe β1 = 0,5 und β2 = 1. Hierzu korrespondieren bei
einer angenommenen Länge der Fotodiodenzeile von 72 mm Vorlagenbreiten von
144 mm und 72 mm. Eine typische Anwendung für diese Ausführungsform wäre
zum Beispiel die Abtastung von Vorlagen im Format von 10 cm × 13 cm oder von
6 cm × 7 cm.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 soll angenommen werden, daß bei
dem realisierten Verhältnis von Bildweite B zu Gegenstandsweite G von 1 : 3 das
Abtastobjektiv (8) eine Brennweite von f = 120 mm haben möge. In diesem fall er
geben sich die Abbildungsmaßstäbe β1 = 0,25 und β2 = 1,33. Bei einer Fotodi
odenzeile mit einer Länge von wiederum 72 mm ergeben sich hierbei Vorlagen
breite von 288 mm oder 54 mm.
Bei einer von den in den Fig. 1 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen abwei
chenden Orientierungen der Spiegel (5, 6, 7, 14) im Strahlengang des Abtastlichts
(4), beispielsweise derart, daß Bereiche des Strahlenganges des Abtastlichts (4)
nicht parallel zueinander angeordnet sind, lassen sich grundsätzlich auch unge
radzahlige Verhältnisse zwischen Bildweite B und Gegenstandsweite G erreichen.
Die jeweilige Orientierung der Spiegel (5, 6, 7, 14) kann auf einfache Weise ent
sprechend den zu realisierenden Anwendungsanforderungen gewählt werden.
Die Erfindung ist nicht auf einen Schwarz/Weiß-Scanner oder auf die Abtastung
von Durchsichtsvorlagen beschränkt. Es liegt im Rahmen der Erfindung, den
Scanner als Farbscanner oder zur Abtastung von Aufsichtsvorlagen auszubilden.
Claims (7)
1. Vorrichtung zur pixel- und zeilenweisen optoelektronischen Abtastung von
Vorlagen, bestehend aus
- - einer Lichtquelle (3) zur Beleuchtung einer abzutastenden Vorlage (1),
- - einem optoelektronischen Wandler (9) zur Umwandlung des mit dem Inhalt der Vorlage (1) modulierten Abtastlichts (4) in ein elektrisches Signal,
- - einem Objektiv (8) und Spiegeln (5, 6, 7) im Strahlengang des Abtastlichts (4) zwischen Vorlage (1) und optoelektronischem Wandler (9),
- - einem verschiebbar gelagerten Kopplungselement (10) zur starren Verbin dung des Objektivs (8) mit mindestens einem der Spiegel zur gemeinsamen gleichzeitigen und relativ zueinander äquidistanten Verschiebung, wobei
- - die Spiegel (5, 6, 7) relativ zur Richtung des Strahlenganges des Ab tastlichts (4) derart ausgerichtet sind, daß das Abtastlicht (4) in mindestens zwei Bereiche des Strahlenganges parallel verläuft und
- - das Kopplungselement (10) zur Einstellung von unterschiedlichen Abbil dungsmaßstäben, mit denen die Vorlage (1) auf den optoelektronischen Wandler (9) abgebildet wird, auf definierte Positionen verschiebbar ist, da durch gekennzeichnet, daß
- - das Kopplungselement (10) das Objektiv (8) und einen der Spiegel (5) trägt,
- - zwei ortsfeste Umlenkspiegel (6, 7) vorgesehen sind,
- - das Kopplungselement (10) zur Einstellung von zwei Abbildungsmaßstäben parallel zur Vorlage (1) auf zwei definierte Positionen verschiebbar ist,
- - das Objektiv (8) und die Spiegel (5, 6, 7) derart zueinander angeordnet sind, daß
- - das Abtastlicht (4) im Bereich des optoelektronischen Wandlers (9) eine um 90° gedrehte Orientierung als im Bereich der Vorlage (1) aufweist,
- - das von der Vorlage (1) kommende Abtastlicht (4) in beiden Positionen des Kopplungselement (10) direkt auf den Spiegel (5) des Kopplungselements (10) fällt und
- - das von dem Spiegel (5) des Kopplungselement (10) reflektierte Abtastlicht (4) mittels der Umlenkspiegel (6, 7) in beiden Positionen des Kopplungselements (10) direkt durch das Objektiv (8) auf den optoelektronischen Wandler (9) gelenkt wird, wodurch in beiden Positionen des Kopplungselements (10) alle Spiegel (5, 6, 7) am Transport des Abtastlichts (4) zwischen Vorlage (1) und optolektronischem Wandler (9) beteiligt sind und der Strahlengang des Abtastlichts (4) erhalten bleibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Posi
tionen des Kopplungselements (10) ein Verhältnis der Bildweite B zur Gegen
standsweite G von 1 : 2 realisiert ist.
3. Vorrichtung zur pixel- und zeilenweisen optoelektronischen Abtastung von
Vorlagen, bestehend aus
- - einer Lichtquelle (3) zur Beleuchtung einer abzutastenden Vorlage (1),
- - einem optoelektronischen Wandler (9) zur Umwandlung des mit dem Inhalt der Vorlage (1) modulierten Abtastlichts (4) in ein elektrisches Signal,
- - einem Objektiv (8) und Spiegeln (5, 6, 7, 14) im Strahlengang des Ab tastlichts (4) zwischen Vorlage (1) und optoelektronischem Wandler (9),
- - einem verschiebbar gelagerten Kopplungselement (10) zur starren Verbin dung des Objektivs (8) mit mindestens einem der Spiegel zur gemeinsamen gleichzeitigen und relativ zueinander äquidistanten Verschiebung, wobei
- - die Spiegel (5, 6, 7, 14) relativ zur Richtung des Strahlenganges des Ab tastlichts (4) derart ausgerichtet sind, daß das Abtastlicht (4) in mindestens zwei Bereiche des Strahlenganges parallel verläuft und
- - das Kopplungselement (10) zur Einstellung von unterschiedlichen Abbil dungsmaßstäben, mit denen die Vorlage (1) auf den optoelektronischen Wandler (9) abgebildet wird, auf definierte Positionen verschiebbar ist, da durch gekennzeichnet, daß
- - das Kopplungselement (10) das Objektiv (8) und zwei Spiegel (5, 14) trägt, die jeweils eine das Abtastlicht (4) um 90° umlenkende Orientierung aufwei sen,
- - zwei ortsfeste Umlenkspiegel (6, 7) vorgesehen sind,
- - das Kopplungselement (10) zur Einstellung von zwei Abbildungsmaßstäben senkrecht zur Vorlage (1) auf zwei definierte Positionen verschiebbar ist,
- - das Objektiv (8) und die Spiegel (5, 6, 7, 14) derart zueinander angeordnet sind, daß
- - das Abtastlicht (4) im Bereich des optoelektronischen Wandlers (9) die glei che Orientierung wie im Bereich der Vorlage (5) aufweist,
- - das von der Vorlage (1) kommende Abtastlicht (4) in beiden Positionen des Kopplungselement (10) direkt auf den einen Spiegel (5) des Kopplungsele lements (10) fällt und auf den anderen Spiegel (14) des Kopplungselements (10) gelenkt wird,
- - das von dem anderen Spiegel (14) des Kopplungselements (10) reflektierte Abtastlicht (4) mittels der Umlenkspiegel (6, 7) in beiden Positionen des Kopplungselements (10) direkt durch das Objektiv (8) auf den optoelektroni schen Wandler (9) gelenkt wird, wodurch in beiden Positionen des Kopplungselements (10) alle Spiegel (5, 6, 7, 14) am Transport des Abtastlichts (4) zwischen Vorlage (1) und optolektroni schem Wandler (9) beteiligt sind und der Strahlengang des Abtastlichts (4) erhalten bleibt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden
definierten Positionen des Kopplungselements (10) ein Verhältnis der Bild
weite B zur Gegenstandsweite G von 1 : 3 realisiert ist.
5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Vorrichtung als Flachbettscanner ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß der optoelektronische Wandler (9) eine Fotodiodenzeile (CCD-
Zeile) ist.
7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Kopplungselement (10) als Optikwagen oder Optikschlitten
ausgebildet ist, der mittels Führungen (10') verschiebbar ist.
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- 1999-07-05 JP JP19066899A patent/JP3202734B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH0556217A (ja) * | 1991-08-27 | 1993-03-05 | Mitsubishi Electric Corp | イメージスキヤナの縮小光学機構 |
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