DE3634355C2

DE3634355C2 -

Info

Publication number: DE3634355C2
Application number: DE3634355A
Authority: DE
Inventors: Shigeru Suzuki; Harumitsu Yokohama Kanagawa Jp Mashiko
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1985-10-08
Filing date: 1986-10-08
Publication date: 1989-04-13
Also published as: US4849820A; DE3634355A1; DE3645031C2; US4774592A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum punktweisen digitalen Lesen eines Bildes auf einer Vorlage mit Hilfe mindestens einer ersten und einer zweiten Sensorzeile, die in Zeilenrichtung mit Abstand zueinander angeordnet sind.

Aus der EP 01 15 366 A2 ist bereits eine derartige Einrichtung zum punktweisen digitalen Lesen eines Bildes auf einer Vorlage bekannt. Diese bekannte Einrichtung enthält N linear angeordnete opto-elektronische Wandlerelemente, die auf Abstand zueinander angeordnet sind, so daß zwischen den jeweils benachbarten Wandlern ein Abstand vorhanden ist. Jedem Wandler ist ein Abbildungssystem zugeordnet, um einen schmalen Bildstreifen einer Vorlage auf dem Wandler abzubilden. Jeder Wandler läßt sich mit Hilfe einer Einstelleinrichtung gegenüber dem zugeordneten Abbildungssystem verstellen, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, die ganze Anordnung so zu justieren, daß die schmalen Abtast- Bildstreifen sich aneinander anschließen, die von dem jeweiligen Wandler bzw. Abbildungssystem aufgenommen werden. Mit Hilfe dieser bekannten Einrichtung läßt sich eine großflächige Vorlage schnell und mit hoher Auflösung abtasten.

Im allgemeinen wird in einem digitalen Bildleser eine CCD- oder eine ähnliche Bildleseeinrichtung zum Lesen eines Bildes auf einer Vorlage verwendet, welche in der bekannten Weise schlitzbelichtet wird. Ein solcher digitaler Bildleser erlaubt es, daß im Vergleich zu einem analogen Kopierer u. ä. Bilder auf sehr verschiedene Weise aufbereitet werden können. Eine Voraussetzung bei einem digitalen Bildleser, Bilder zu erzeugen, welche mit denen vergleichbar sind, welche mittels eines analogen Systems erzeugt werden, ist die Erhöhung der Bildelementdichte. Wenn eine zu lesende Vorlage eine Zeichnung u. ä. ist, welche beispielsweise eine Größe von A1 oder A0 hat, ist die Anzahl der Bildelemente so groß, daß die Bildelemente nicht mittels einer einzigen CCD-Einheit erfaßt werden können. Da insbesondere die maximale Anzahl von Bildelementen, welche derzeit mit einer CCD-Einheit erhaltbar und damit verfügbar sind, bei einer Bildelementdichte von beispielsweise 16 Bildelementen pro Millimeter bei 5000 liegt, kann nur ein Vorlagenbild, welches etwa 300 mm breit ist, erfaßt werden. Hieraus folgt, daß, um beispielsweise ein Vorlagenbild der Größe A0 zu lesen, dessen Breite 841 mm beträgt, bei einer Bildelementdichte von 16 Bildelementen/mm drei CCD-Einheiten erforderlich sind, da die erforderliche Anzahl Bildelemente 841×16=1845 beträgt.

Üblicherweise werden eine Anzahl CCD-Einheiten in einer Reihe auf einer Grundplatte angebracht. Um zu verhindern, daß ein Vorlagenbild an einer Stoßstelle von benachbarten CCD-Einheiten verlorengeht, lesen die benachbarten CCD-Einheiten ein Vorlagenbild, das der Stoßstelle entspricht, in einer überdeckenden Beziehung und dann werden die Bilddaten, welche durch eine der beiden CCD-Einheiten gelesen und damit bereitgestellt worden sind, gelöscht. In diesem Fall muß jede der CCD-Einheiten mit einer beachtlichen Genauigkeit an der Grundplatte positioniert sein. Da jedoch die Grundplatte üblicherweise in Form einer ebenen, glatten Stahlplatte ausgeführt ist, ändert sich deren Temperatur während des Betriebs des Bildlesers mit dem Ergebnis, daß sich dessen Abmessungen infolge von thermischer Ausdehnung verändern. Eine Änderung in den Abmessungen der Grundplatte hat dann auch eine Änderung in dem Verhältnis des überdeckenden Teils eines Vorlagenbildes zur Folge, welches der Schnittstelle von benachbarten CCD-Einheiten entspricht, und wird durch die CCD-Einheiten in einem Überdeckungsverhältnis gelesen, was dann wieder zu ungenauen Bildleseoperationen führt. Daher muß in einem Bildleser mit einer Anzahl von CCD-Einheiten, die in einer entsprechenden Anordnung auf einer Grundplatte angeordnet sind, die Lagebeziehung, d. h. der Abstand zwischen den auf der Grundplatte angebrachten CCD-Einheiten und den durch diese Einheiten gelesenen Daten ausgeglichen werden, wenn sich die Abmessungen der Grundplatte durch Wärmeausdehnung ändern.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Einrichtung zum punkweisen digitalen Lesen eines Bildes auf einer Vorlage der angegebenen Gattung zu schaffen, bei welcher temperaturbedingte Veränderungen des Abstandes zwischen den jeweils benachbarten Leseeinrichtungen automatisch kompensiert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 6.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines herkömmlichen Bildlesers mit einer Anzahl CCD-Einheiten;

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer Grundausführung des Bildlesers gemäß einer ersten Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung;

Fig. 3 und 4 eine zweite Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung in Draufsicht bzw. in Form eines Teils einer vergrößerten Schnittansicht.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zuerst kurz ein herkömmlicher Bildleser anhand von Fig. 1 beschrieben. Der herkömmliche Bildleser 10 weist eine Auflageplatte 12, auf welcher eine Vorlage 14 liegt, eine Lampe 16, um die Vorlage 14 mittels Schlitzbelichtung zu beleuchten, drei CCD-Einheiten 18 a bis 18 c, die in einer Reihe auf einer Grundplatte 20 angebracht sind, Linsenanordnungen 22 a bis 22 c, um Bilder auf den CCD-Einheiten 18 a bis 18 c scharf einzustellen, und seitliche Platten 24 a und 24 b auf, welche vorgesehen sind, um die Auflagenplatte 12, die Lampe 16 und die Grundplatte 20 sowie andere Teile zu tragen und zu halten.

In Fig. 1 soll die Vorlage 14 auf der Platte 12 eine Größe A0 haben, deren Breite l₀ 841 mm (13 456 Bildelemente) beträgt, und soll CCD-Einheiten 18 a bis 18 c mit jeweils 5000 Elementen aufweisen, die nacheinander in Abständen l₁ von 280 mm angeordnet sind. Um zu verhindern, daß von einem Vorlagenbild an einem Schnittstellbereich von jeweils benachbarten CCD-Einheiten etwas verlorengeht, muß ein Bildteil der Vorlage 14, welcher gemeinsam von den benachbarten CCD-Einheiten 18 a und 18 b oder 18 b und 18 c zu lesen ist, d. h. ein Überdeckungsbereich mit einer Abmessung Δ1 vorgesehen sein, was 130 Bildelementen entspricht. Die sich überdeckenden 130 Bildelemente werden mittels der CCD-Einheiten 18 a, 18 b und 18 c gelesen, damit sich überdeckende Bildsignaldaten geliefert werden. In diesem Fall werden dann einige Daten, welche von einer der CCD-Einheiten 18 a und 18 b, und welche von einer der CCD-Einheiten 18 b und 18 c abgegeben werden, gelöscht, wodurch dann Bildsignaldaten geliefert werden, welche dann insgesamt fortlaufend sind.

Wenn nunmehr die Abstände der lichtempfindlichen Elemente jeder CCD-Einheit 7 Mikron beträgt, und wenn die Bildelementdichte zum Lesen einer Vorlage 16 Bildelemente pro Millimeter ist, dann wird die Abbildungsvergrößerung m eines Vorlagenbildes in jeder CCD-Einheit ausgedrückt als m=b/a, wobei a der Abstand zwischen der Vorlage und der Linsenanordnung und b der Abstand zwischen der Linse und der CCD-Einheit ist, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Insbesondere ist dann die Vergrößerung m annähernd 1/8, 926.

Wenn die Grundplatte 20 durch eine ebene Stahlplatte gebildet ist, ist deren Wärmeausdehnungskoeffizient annähernd 11×10^-6. Wenn nunmehr die Temperaturänderung an dem Bildleser 10 20°C ist, dann ändern sich die Abmessungen der Abstände l₁=280 mm der CCD-Einheiten 18 a bis 18 c um 280×20×11×10^-6=0,062 mm. Dies entspricht dann ungefähr 9 lichtempfindlichen Elementen der CCD-Einheiten 18 a bis 18 c und in Form von Abmessungen auf der Vorlage 14 0,062×8,926=0,553 mm. Solche Temperaturänderungen werden teilweise durch Änderungen in der Umgebungstemperatur und teilweise durch Temperaturanstiege in der Einrichtung 10 selbst infolge einer Aktivierung einer Energiequelle, einer Lampe usw. hervorgerufen. Obwohl in einem solchen Fall die Anzahl Elemente, die einander überdecken, jedesmal in Abhängigkeit von den Betriebstemperaturbedingungen ausgewählt werden können, ist ein solches Vorgehen vom Standpunkt des Betriebswirkungsgrades unerwünscht. Angesichts dieser Tatsache wird dann der Überdeckungswert üblicherweise als ein Wert festlegt, welcher einer Normtemperatur zugeordnet ist.

Jedoch besteht dann die Schwierigkeit bei einem festgelegten Überdeckungswert darin, daß, wenn die Abstände der CCD-Einheiten 18 a bis 18 c beispielsweise um 0,062 mm länger werden, an jeder Schnittstelle auf der Vorlage 14 Bilddaten auf einer Länge von 0,553 mm verlorengehen. Wenn dagegen die Abstände kürzer werden, werden sich überlappende Bilddaten in dem Schnittstellenbereich erzeugt. Bei einem festgelegten Überdeckungswert ist es folglich nicht möglich, Temperaturveränderungen vollständig auszugleichen und somit Bilder mit der geforderten Genauigkeit zu lesen.

Obwohl die Grundplatte 20 aus einem Material, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient klein ist, wie z. B. Invar hergestellt werden kann, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient 1,2×10^-6 beträgt, kann bei einem solchen Material die erforderliche Genauigkeit nicht erreicht werden, und darüber hinaus erhöhen sich die Erstellungskosten.

Auf jeden Fall ist es in der Praxis vorteilhaft, daß die Dimensionsänderungen der Grundplatte 20 infolge von Temperaturänderungen auf weniger als den halben Bildelementabstand der CCD-Einheiten 18 a bis 18 c unterdrückt werden können. Auch müssen die CCD-Einheiten 18 a bis 18 c und die ihnen zugeordneten Linsenanordnungen 22 a bis 22 b als eine Einheit auf der Grundplatte 20 angebracht sein, um sie so in einer vorbestimmten Lagebeziehung zu halten.

In Fig. 2 ist ein in seiner Gesamtheit mit 30 bezeichneter Bildleser gemäß einer ersten Ausführungform mit Merkmalen nach der Erfindung dargestellt. Der Bildleser 30 weist zwei CCD-Einheiten 32 und 34 auf. Insbesondere die CCD-Einheit 32, welche als eine Bezugsleseeinrichtung dient, ist an einer vorherbestimmten Stelle auf einer Grundplatte 36 angebracht, welche mit einem Ende an einer der beiden Seitenplatten 38 a und 38 b befestigt ist. Die andere CCD-Einheit 34 ist nicht unmittelbar an der Grundplatte 36 angebracht, d. h sie ist auf einer Tragplatte 40 gehaltert. Obwohl das eine Ende der Tragplatte 40, welches auf der der CCD-Einheit 32 abgewandten Seite liegt, mittels einer Schraube 42 an der Grundplatte 36 befestigt ist, ist das andere Ende der Platte 40 freigelassen, obwohl es durch ein Führungsteil 44 gestützt ist. Die CCD-Einheit 34 ist nahe bei dem freien Ende der Platte 40 angeordnet. Die Grundplatte 36 hat einen Wärmeausdehnungskoeffizient α₁ von 11×10^-6 und ist beispielsweise aus einer ebenen Stahlplatte hergestellt. Die Tragplatte 40 dagegen ist aus einem Material hergestellt, das sich hinsichtlich des Wärmeausdehnungskoeffizienten von der Grundplatte 36 unterscheidet. In der speziellen Ausführungsform ist die Platte 40 aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, deren Wärmeausdehnungskoeffizient α₂ bei 23×10^-6 liegt.

Nachstehend werden nun die Einbauabmessungen u. ä. der CCD-Einheiten 32 und 34 beschrieben. Wenn die Anbringungsstellen der CCD-Einheiten 32 P₀ und die der CCD-Einheit 34 P₁ ist, dann ist die Stelle, an welcher die Tragplatte 40 an der Grundplatte 36 mittels der Schraube 42 befestigt ist, P₂ und der erforderliche Abstand zwischen den Stellen P₀ und P₁ ist L₀ und beträgt 280 mm. In dieser speziellen Ausführungsform ist das Verhältnis eines Abstandes L₁ zwischen den Stellen P₂ und P₀ zu einem Abstand L₂ zwischen den Stellen P₂ und P₁, d. h. L₁/L₂, so gewählt, daß er umgekehrt proportional zu dem Verhältnis des Wärmeausdehnungskoeffizienten α₂ der Grundplatte 36 zu dem Koeffizienten α₁ der Tragplatte 40 ist, d. h. L₁/L₂=α₂/α₁. Wenn bei dieser Ausführung die Abstände L₁ und L₂ bei einer Temperatur t sich in L′₁ bzw. L′₂ ändern, bleibt der Abstand L₀ zwischen den CCD-Einheiten 32 und 34 unverändert. Das heißt, grundsätzlich läßt sich der Abstand L₀ ausdrücken als

L₀ = L₁ - L₂

Bei der Temperatur t gelten die Gleichungen

L′₁ = L₁ (1 + α₁ · t)
L′₂ = L₂ (1 + α₂ · t)

Daher wird die Länge L′ ₀ erzeugt durch

L′₀ = L′₁ - L′₂
= L₁ (1 + α₁ · t) - L₂ (1 + α₂ · t)
= (L₁ - L₂) + (L₁ · α₁ - L₂ · α₂)t

Infolge der voher festgelegten Dimensionsbeziehung L₁/L₂=α₂/α₁ wird der Ausdruck (L₁ · α₁ - L₂ · α₂), auf welchen die Temperatur bezogen ist, Null und folglich gilt:

L′₀ = L′₁ - L′₂
= L₁ - L₂ = L₀

Bezüglich der speziellen Werte von L₁ und L₂ gilt, da L₁ = L₀ + L₂ = 280 + L₂ ist:

L₂ ist 256,7 mm lang und L₁ ist 536,7 mm lang.

In Fig. 3 und 4 ist eine zweite Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung dargestellt, wobei dieselben oder ähnliche Elemente wie die in Fig. 2 dargestellten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Der Bildleser 50 weist drei CCD-Einheiten 32, 34 a und 34 b auf. Insbesondere die CCD-Einheiten 34 a und 34 b sind in einer Reihe angeordnet, wobei dazwischen die CCD-Einheit 32 vorgesehen ist, welche als Bezugseinheit dient. Die Bezugs-CCD-Einheit 32 ist in der Mitte P₀ der Grundplatte 32 gehaltert (Fig. 4). Zwei unabhängige Tragplatten 40 a und 40 b sind in entsprechender Weise angeordnet, so daß die CCD-Einheit 32 dazwischen gehaltert ist. Ein Ende der Platte 40 a ist mittels einer Schraube 42 a und einer Mutter 44 a an der Grundplatte 36 befestigt, um so einen Verbindungspunkt P₂ festzulegen. Ferner ist ein Ende der Platte 40 b an der Grundplatte 36 mittels einer Schraube 42 b und einer Schraubmutter 44 b befestigt, um einen weiteren Verbindungspunkt P₂ festzulegen. Die CCD-Einheit 34 a ist an dem anderen oder freien Ende der Platte 40 a und die CCD-Einheit 40 b ist an dem anderen oder freien Ende der Platte 40 b gehaltert. Die Abstände L₀, L₁ und L₂ und anderen Abmessungen sind genau so gewählt wie in der Ausführungsform der Fig. 2. Schrauben 46 a und 46 b sind in die freien Enden der Platten 40 a bzw. 40 b geschraubt, wobei die freien Enden der Schrauben 40 a und 40 b auf der Grundplatte 36 aufsitzen. Die Schrauben 46 a und 46 b werden verwendet, um den parallelen Verlauf sowie die Höhe der zugeordneten Platten 40 a und 40 b bezüglich der Grundplatte 36 einzustellen. Exentrische Führungsstäbe 48 a und 48 b sind außerhalb der freien Enden der Platten 40 a bzw. 40 b angeordnet, um die CCD-Einheiten 34 a und 34 b bezüglich der CCD-Einheit 32 auszurichten. Ferner sind Federn 49 a und 49 b jeweils an den freien Enden der Platten 40 a und 40 b so befestigt, daß sie die zugeordneten Platten 40 a und 40 b nach außen gegen die Führungsstäbe 48 a und 48 b ständig vorspannen. Wie in Fig. 4 dargestellt, verläuft jede der Federn 39 a und 49 b etwas nach unten, um noch eine weitere Funktion zu erfüllen, nämlich das untere Ende der Einstellschrauben 46 a und 46 b in Anlage an der Grundplatte 46 zu halten und um dadurch zu verhindern, daß das freie Ende der Platte 40 a oder 40 b hochsteht. Unterlagen 52, 54 a und 54 b, die zur Korrektur einer Fehlausrichtung verwendet werden, sind den CCD-Einheiten 32, 34 a bzw. 34 b zugeordnet.

Bei der Ausführungsform der Fig. 3 und 4, welche auf dem in Fig. 2 dargestellten Grundgedanken basiert, ist verhindert, daß der Abstand L₀ zwischen jeder der CCD-Einheiten 34 a und 34 b und der CCD-Einheit 32 durch Temperatur beeinflußt wird, so daß der Bildleser 80 Bilder unter Bedingungen lesen kann, welche anfangs eingestellt werden.

Wie bereits dargestellt und beschrieben, werden bei den beiden Ausführungformen eine Grundplatte, auf welcher eine Bezugsleseeinrichtung gehaltert ist, und eine Tragplatte verwendet, welche einen bezüglich der Grundplatte unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat. Die Tragplatte ist mit einem Ende an der Grundplatte befestigt und an ihrem anderen oder freien Ende mit einer weiteren Leseeinrichtung versehen. Verschiedene Abmessungen sind basierend auf dem Verhältnis des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Grundplatte und der Trägerplatte gebildet. Bei einer Temperaturänderung werden bei einer solchen Ausführung Temperaturfaktoren infolge des Unterschieds im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Grundplatte und der Trägerplatte annulliert, wodurch es zu einer minimalen Änderung in dem Abstand zwischen den Leseeinrichtungen kommt. Hierdurch wird ein Bildlesen ohne ein Überdecken oder ohne einen Bildverlust gefördert, wozu es sonst an der Schnittstelle von benachbarten Leseeinrichtungen kommen kann.

Claims

1. Einrichtung zum punktweisen digitalen Lesen eines Bildes auf einer Vorlage mit Hilfe mindestens einer ersten und einer zweiten Sensorzeile, die in Zeilenrichtung mit Abstand zueinander angeordnet sind, gekennzeichnet durch eine Grundplatte (36), auf welche die erste Leseeinrichtung befestigt ist, eine Tragplatte (40), welche sich neben der ersten Leseeinrichtung (32) in Zeilenrichtung erstreckt und nur an einem von der ersten Leseeinrichtung (32) fernen Ende an einer Verbindungsstelle (42) auf der Grundplatte (36) befestigt ist, die zweite Leseeinrichtung (34), die nahe an dem der ersten Leseeinrichtung (32) zugewandten Ende der Tragplatte (40) befestigt ist, wobei die Tragplatte (40) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (α₂) hat, welcher von dem Koeffizienten (α₁) der Grundplatte (36) verschieden ist, und wobei das Verhältnis des Abstandes (L₁) zwischen der Verbindungsstelle (42) und der ersten Leseeinrichtung (32) zu dem Abstand (L₂) zwischen der Verbindungsstelle (42) und der zweiten Leseeinrichtung (34) umgekehrt proportional zu dem Verhältnis des Wärmeausdehnungskoeffizienten (α₁) der Grundplatte (36) und dem Koeffizienten (α₂) der Tragplatte (40) ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leseeinrichtungen (32, 34; 34 a) ladungsgekoppelte Einrichtungen (CCD-Einheiten) aufweisen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Führungsteile (44; 46 a, 46 b; 48 a, 48 b) zum Führen des freien Endes der Tragplatte (40).

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (36) ein ebenes, strukturiertes Stahlblech mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten (α₁) von 11×10^-6 aufweist, und daß die Tragplatte (40) ein Aluminiumlegierungsblech mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten (α₂) von 23×10^-6 aufweist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite Tragplatte (40 b), welche sich neben der ersten Leseeinrichtung (32) in Zeilenrichtung erstreckt und nur an einem von der ersten Leseeinrichtung (32) fernen Ende an einer zweiten Verbindungsstelle (42 b) auf der Grundplatte (36) befestigt ist, eine dritte Leseeinrichtung (34 b), die nahe an dem der ersten Leseeinrichtung (32) zugewandten Ende der zweiten Tragplatte (40 b) befestigt ist, wobei die zweite Tragplatte (40 b) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (α₃) hat, welcher von dem Koeffizienten (α₁) der Grundplatte (36) verschieden ist, und wobei das Verhältnis des Abstandes (L₀) zwischen der zweiten Verbindungsstelle (42 b) und der ersten Leseeinrichtung (32) zu dem Abstand (L₂) zwischen der zweiten Verbindungstelle (42 b) und der dritten Leseeinrichtung (34 b) umgekehrt proportional zu dem Verhältnis des Wärmeausdehnungskoeffizienten (α₁) der Grundplatte (36) und dem Koeffizienten (α₃) der zweiten Tragplatte (40 b) ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Leseeinrichtung (34 b) eine CCD-Einheit aufweist.