DE19835348A1 - Vorrichtung zur Abtastung von Vorlagen - Google Patents

Vorrichtung zur Abtastung von Vorlagen

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur pixel- und zeilenweisen Abtastung von Vorlagen mittels eines optoelektronischen Wandlers (6) zur Umwandlung der abgetasteten Information der Vorlage (4) in elektrische Signale. Die Vorlage (4) wird durch eine Lichtquelle (1, 2) zeilenweise beleuchtet. Der optoelektronische Wandler (6) weist zwei Fotodiodenzeilen (8a, 8b) mit jeweils einer Vielzahl von Sensorelementen (10) auf. Die Fotodiodenzeilen (8a, 8b) sind in Richtung der Vorschubbewegung hintereinander angeordnet und erstrecken sich mit ihren Längsausdehnungen im wesentlichen in Richtung der Abtastzeilen (3). Zur Verdoppelung der Abtastauflösung sind die Fotodiodenzeilen (8a, 8b) derart in Richtung der Abtastzeilen (3) verschoben angeordnet, daß die Sensorelemente (10) der einen Fotodiodenzeile (8a) zu den Sensorelementen (10) der anderen Fotodiodenzeile (8b) um die halbe Ausdehnung eines Sensorelementes (10) in Längsrichtung der Fotodiodenzeilen liegen. Die in dem optoelektronischen Wandler (6) gewonnenen Bildsignale werden in einer Signalaufbereitungs-Stufe (13) weiterverarbeitet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektronischen Reproduktionstech­ nik und betrifft eine Vorrichtung zur pixel- und zeilenweisen Abtastung von schwarzweißen und farbigen Vorlagen mittels eines optoelektronischen Wandlers.
In der elektronischen Reproduktionstechnik werden mit einem Abtastgerät durch pixel- und zeilenweise optoelektronische Abtastung von zu reproduzierenden Vor­ lagen Bildwerte gewonnen und weiterverarbeitet. In einem solchen Abtastgerät ist die abzutastende Vorlage auf einer Vorlagenhalterung angeordnet, die sich relativ zu einer Abtasteinheit senkrecht zur Richtung der Abtastzeilen bewegt. Die Abtast­ einheit weist im wesentlichen eine Abtastlichtquelle zur Beleuchtung der Vorlage, einen optoelektronischen Wandler zur Wandlung des Abtastlichts in Bildwerte und ein Objektiv zur Abbildung der Vorlage auf den optoelektronischen Wandler auf.
Aus der DE-A- 195 34 334 ist bereits ein Abtastgerät bekannt, in dem eine Fotodi­ odenzeile (CCD-Zeile) als optoelektronische Wandler verwendet wird. Eine solche Fotodiodenzeile besteht im wesentlichen aus einer Vielzahl von in Reihe angeord­ neten, lichtempfindlichen Sensorelementen, einem Transfergatter und einem ana­ logen Schieberegister mit einer Anzahl Speicherzellen, die der Anzahl lichtemp­ findlicher Sensorelemente entspricht. Das von jeder Abtastzeile kommende und mit dem Bildinhalt der einzelnen Pixel modulierte Abtastlicht wird innerhalb einer Integrationszeit als Ladungen in den lichtempfindlichen Sensorelementen der Fo­ todiodenzeile gespeichert. Jeweils nach Abtastung einer Abtastzeile werden die gespeicherten Ladungen über das Transfergatter in das analoge Schieberegister übertragen und aus diesem seriell als analoges Bildsignal herausgeschoben, wäh­ rend die Abtastung der nächsten Abtastzeile erfolgt. Das analoge Bildsignal wird in einem A/D-Wandler in digitale Bildwerte umgesetzt, die dann in einer nachge­ schalteten Signalaufbereitungs-Stufe zwischengespeichert und weiterverarbeitet werden.
Die erreichbare Abtastauflösung ist abhängig von der Anzahl Sensorelemente der verwendeten Fotodiodenzeile. Die Flächengröße der einzelnen Sensorelemente ist zusammen mit der Leuchtdichte der Abtastlichtquelle der wesentliche Parame­ ter für die Umsetzung des Abtastlichts in elektrische Ladungen und damit verant­ wortlich für einen geringen Rauschpegel und eine gute Dynamik, die wiederum die erreichbare Abtastqualität und Abtastgeschwindigkeit bestimmen.
In der elektronischen Reproduktionstechnik besteht die Forderung nach höheren Abtastauflösungen, um beispielsweise Strichvorlagen und gerasterte Vorlagen mit guter Qualität abtasten zu können.
Eine höhere Abtastauflösung bei gleichbleibender Fläche der Sensorelemente ließe sich jedoch nur durch eine längere Fotodiodenzeile erreichen. Eine höhere Abtastauflösung bei gleichbleibender Baulänge der Fotodiodenzeile hingegen wä­ re nur durch Verkleinerung der Flächen der Sensorelemente möglich, wodurch aber in nachteiliger Weise ein Verlust an Dynamik und Abtastgeschwindigkeit ein­ treten würde.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur pixel- und zeilenweisen Abtastung von schwarzweißen oder farbigen Vorlagen mittels minde­ stens eines optoelektronischen Wandlers derart zu verbessern, daß bei einem einfachen Aufbau und ohne wesentliche Vergrößerung des Bauvolumens der in dem Wandler verwendeten Fotodiodenzeilen eine höhere Abtastauflösung erreicht wird.
Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angege­ ben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein prinzipielles Blockschaltbild eines Abtastgerätes vom Flachbett-Typ zur pixel- und zeilenweisen optoelektronischen Abtastung von schwarzweißen Vorlagen,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für einen optoelektronischen Wandler zur Abta­ stung von farbigen Vorlagen und
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen optoelektronischen Wandler zur Abtastung von farbigen Vorlagen.
Fig. 1 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild eines Abtastgerätes vom Flachbett-Typ zur pixel- und zeilenweisen Abtastung von schwarzweißen Vorlagen. Eine Licht­ quelle (1) für Durchsichtsabtastung oder eine Lichtquelle (2) für Aufsichtsabta­ stung beleuchtet Abtastzeile (3) für Abtastzeile (3) eine auf einer nicht dargestell­ ten Vorlagenhalterung befestigte Vorlage (4). Die Abtastzeilen (3) werden nach­ einander mittels eines Objektivs (5) auf die lichtempfindliche Fläche eines opto­ elektronischen Wandlers (6) abgebildet. Die flächenhafte Abtastung der Vorlage (4) erfolgt durch eine relative Vorschubbewegung zwischen der Vorlage (4) einer­ seits und der Lichtquelle (1, 2) und dem optoelektronischen Wandler (6) anderer­ seits senkrecht zu den Abtastzeilen (3) in Richtung eines Pfeiles (7).
Der optoelektronische Wandler (6) weist in dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Fotodiodenzeilen (8a, 8b) auf, die parallel zueinander und in Richtung (7) der Vor­ schubbewegung hintereinander angeordnet sind. Die Fotodiodenzeilen (8a, 8b) erstrecken sich mit ihren Längsausdehnungen in Richtung der Abtastzeilen (3). Jede Fotodiodenzeile (8a, 8b) weist eine Vielzahl in einer Reihe angeordneter, lichtempfindlicher Sensorelemente (10) auf. Der Abbildungsmaßstab des Objektivs (5) ist derart gewählt, daß jeweils die Breite der Vorlage (4), die der maximalen Länge der Abtastzeilen (3) entspricht, auf die Fotodiodenzeilen (8a, 8b) abgebildet wird.
Zur Verdoppelung der Abtastauflösung in Richtung der Abtastzeilen (3) sind die beiden Fotodiodenzeilen (8a, 8b) derart in Richtung der Abtastzeilen (3) verscho­ ben angeordnet, daß die Sensorelemente (10) der ersten Fotodiodenzeile (8a) zu den Sensorelementen (10) der zweiten Fotodiodenzeile (8b) um die halbe Aus­ dehnung eines Sensorelementes (10) in Längsrichtung der Fotodiodenzeilen (8a, 8b) versetzt auf Lücke zueinander liegen. Auf diese Weise kann in der Vorlage (4) die doppelte Anzahl von Pixeln pro Abtastzeile (3) abgetastet werden, wobei die Baugröße des optoelektronischen Wandlers (6) im wesentlichen erhalten bleibt. Eine entsprechend höhere Abtastauflösung in Vorschubrichtung wird über die Vor­ schubgeschwindigkeit erreicht.
Die aus den beiden Fotodiodenzeilen (8a, 8b) ausgelesenen, analogen Bildsignale werden in Verstärkern (11a, 11b) verstärkt und in A/D-Wandlern (12a, 12b) in die digitalen Bildwerte umgesetzt. Die digitalen Bildwerte werden dann in einer den A/D-Wandlern (12) nachgeschalteten Signalaufbereitungs-Stufe (13) weiterverar­ beitet, indem die beiden Bildsignale der Fotodiodenzeilen (8a, 8b) zu einem Ge­ samtbildsignal zusammengefaßt werden. Die Phasenverschiebung der beiden Bildsignale zueinander wird in der Signalaufbereitungs-Stufe (13) durch eine digi­ tale Filterung eliminiert. Durch die Verdoppelung der Abtastauflösung können bei­ spielsweise störende Aliasingprobleme weitestgehend vermieden werden.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, anstelle der beiden Fotodiodenzeilen mehrere Fotodiodenzeilen versetzt zueinander anzuordnen, um die Abtastauflösung weiter zu erhöhen.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen optoelektronischen Wandler (6) zur Abtastung von farbigen Vorlagen. Der optoelektronische Wandler (6) besteht in diesem Fall aus drei farbselektiven Fotodiodenzeilen (14, 15, 16), mit denen die Farbanteile "Rot", "Grün" und "Blau" einer farbigen Vorlage erfaßt werden. Die Sensorelemente (10) der drei farbselektiven Fotodiodenzeilen (14, 15, 16) sind jeweils um ein Drittel der Ausdehnung eines Sensorelementes (10) in Längsaus­ dehnung der Fotodiodenzeilen (14, 15, 16) zueinander versetzt.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen optoelektronischen Wandler (6) zur Abtastung von farbigen Vorlagen. Der optoelektronische Wandler (6) be­ steht in diesem Fall aus drei Gruppen (17, 18, 19) von Fotodiodenzeilen für die Farbanteile "Rot", "Grün" und "Blau". Jede Gruppe (17,18, 19) zwei Fotodioden­ zeilen (17a, 17b, bzw. 18a, 18b, bzw. 19a, 19b) gleicher Farbselektivität auf. Die beiden Fotodiodenzeilen (17a, 17b, bzw. 18a, 18b, bzw. 19a, 19b) einer jeden Gruppe (17, 18, 19) sind um die halbe Ausdehnung eines Sensorelementes (10) in Längsrichtung der Fotodiodenzeilen versetzt angeordnet.
Die zueinander versetzten Fotodiodenzeilen werden vorzugsweise gemeinsam auf ein Halbleitersubstrat aufgebracht.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur pixel- und zeilenweisen Abtastung von Vorlagen mittels min­ destens eines optoelektronischen Wandlers (6) zur Umwandlung der abge­ tasteten Information der Vorlage (4) in elektrische Signale, wobei Vorlage (4) und optoelektronischer Wandler (6) eine relative Vorschubbewegung senk­ recht zur Richtung der Abtastzeilen (3) ausführen, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der optoelektronische Wandler (6) mindestens zwei Fotodiodenzeilen (8a, 8b) mit jeweils einer Vielzahl von Sensorelementen (10) aufweist,
  • - die Fotodiodenzeilen (8a, 8b) in Richtung der Vorschubbewegung hinter­ einander angeordnet sind und sich mit ihren Längsausdehnungen im we­ sentlichen in Richtung der Abtastzeilen (3) erstrecken und
  • - die Fotodiodenzeilen (8a, 8b) derart in Richtung der Abtastzeilen (3) ver­ schoben angeordnet sind, daß die Sensorelemente (10) in den einzelnen Fotodiodenzeilen versetzt zueinander liegen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der optoelektronische Wandler (6) zwei Fotodiodenzeilen (8a, 8b) aufweist und
  • - die Sensorelemente (10) der einen Fotodiodenzeile (8a) zu den Sensorele­ menten (10) der anderen Fotodiodenzeile (8b) um die halbe Ausdehnung eines Sensorelementes (10) in Längsrichtung der Fotodiodenzeilen versetzt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optoelek­ tronische Wandler (6) zur Abtastung von farbigen Vorlagen (4)
  • - drei farbselektive Fotodiodenzeilen 14, 15, 16) aufweist und
  • - die Sensorelemente (10) der drei farbselektiven Fotodiodenzeile (14, 15, 16) jeweils um ein Drittel der Ausdehnung eines Sensorelementes (10) in Längsausdehnung der Fotodiodenzeilen gegeneinander versetzt sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optoelek­ tronische Wandler (6) zur Abtastung von farbigen Vorlagen (4)
-drei Gruppen (17, 18, 19) mit jeweils zwei Fotodiodenzeilen (17a, 17b bzw. 18a, 18b bzw. 19a, 19b) gleicher Farbselektivität aufweist und
  • - in jeder Gruppe (17, 18, 19) die Sensorelemente (10) der beiden Fotodi­ odenzeilen (17a, 17b bzw. 18a, 18b bzw. 19a, 19b) gegeneinander versetzt sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Gruppe (17, 18, 19) die Sensorelemente (10) der einen Fotodiodenzeile (17a, 18a, 19a) zu den Sensorelementen (10) der anderen Fotodiodenzeile (17b, 18b, 19b) um die halbe Ausdehnung eines Sensorelementes (10) versetzt sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotodiodenzeilen gemeinsam auf einem Halbleitersubstrat angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Signalausgänge des optoelektronischen Wandlers (6) über A/D-Wandler (12a, 12b) mit einem Digitalfilter in der Bildauswerte-Stufe (13) verbunden sind.
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