DE4320059A1 - Optischer Farbscanner - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf optische Farbscanner und im besonderen auf optische Farb­ scanner, bei denen nur ein einziger Abtastvorgang notwendig ist. Diese optischen Farbscanner verwenden nur ein einzelnes lineares Sensor-Array.

Optische Farbscanner sind optischen Schwarz- und Weiß- Scannern dahingehend ähnlich, daß Daten, die einem abgetasteten Dokument (Objekt) entsprechen, dadurch gewonnen werden, daß ein Bild des abgetasteten Dokumentes auf einen optischen Sensor projiziert wird. Der optische Sensor erzeugt Datensignale, die der Intensität des auf diesen einfallenden Lichtes entsprechen. Diese Datensignale werden typischerweise digitalisiert und in entsprechenden Speichermedien abgespeichert. Die so abgespeicherten Daten können später benutzt werden, um z. B. durch einen Personalcomputer und einen Computerbildschirm ein Bild des abgetasteten Objekts anzuzeigen.

Das Bild des abgetasteten Objekts wird durch die Benutzung einer sich bewegenden Abtastzeile stückweise auf den optischen Photosensor-Array projiziert. Die sich bewegende Abtastzeile wird dadurch erzeugt, daß entweder das Dokument relativ zu der optischen Scanneranordnung bewegt wird oder daß die optische Scanneranordnung relativ zum Dokument bewegt wird.

Optische Farbscanner unterscheiden sich von Schwarz- und Weiß-Scannern dadurch, daß Bilder eines Objektes mit vielen Farbkomponenten erfaßt und gespeichert werden müssen, um ein Farbanzeigebild des Objektes zu erzeugen. Typischerweise werden Daten, die das rote, grüne und blaue Farbkomponentenbild des abgetasteten Objektes darstellen, erzeugt und für eine Speicherung korreliert.

Um die Daten zu erfassen, die die vielen Farbkomponenten­ bilder darstellen, werden verschiedene Techniken benutzt. Eine Technik besteht darin, das Abbildungslicht auf ein einzelnes lineares Sensor-Array während mehrerer Abtast­ vorgänge bei Verwendung verschiedenfarbiger Lichtquellen zu projizieren. Ein Dokument wird z. B. zuerst nur mit rotem Licht, dann nur mit grünem Licht und abschließend nur mit blauem Licht abgetastet. Bei einer Abwandlung dieser Technik werden drei Abtastvorgänge, bei Benutzung einer weißen Lichtquelle, durchgeführt, wobei jedoch das Abbildungslicht bei jedem Abtastvorgang durch verschiedene Farbfilter gefiltert wird, bevor es auf das Sensor-Array trifft. Diese Technik wird im US-Patent 5,122,911 beschrieben, dessen Offenbarungsgehalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.

Eine andere Technik, wie sie im US-Patent 4,709,144 und im US-Patent 4,926,041 beschrieben wird und deren Offenba­ rungsgehalte durch Bezugnahme aufgenommen werden, besteht darin, einen polychromatischen Abtastzeilenlichtstrahl in mehrere Farbkomponentenstrahlen aufzuteilen, die auf mehrere lineare Photosensor-Arrays projiziert werden. Z.B. wird ein Abbildungsstrahl, der von dem gleichen schmalen Abtast­ zeilenbereich eines Dokumentes stammt, in einen roten, grünen und blauen Komponentenstrahl aufgespaltet , die dann gleichzeitig auf getrennte lineare Photosensor-Arrays projiziert werden. Durch Benutzung dieser Technik werden die Farbkomponentenbilddaten von jeder einzelnen Abtastzeile gleichzeitig erzeugt und werden deshalb einfach in einer korrelierten Form gespeichert.

Wiederum eine weitere Technik, zum Erzeugen von mehrfarbigen Komponentenbildern aufgrund eines polychromatischen Licht­ strahles besteht darin, gleichzeitig Licht von verschiedenen Gebieten der Abtastzeile des Dokumentes auf getrennte lineare Photosensor-Arrays zu projizieren. Diese Technik wird beschrieben in Takeuchi, R. et al. (1986) "Color Image Scanner with an RGB Linear Image Sensor," SPSE Conference, The Third International Congress On Advances in Non-Impact Printing Technologies, Seiten 339-346, August 1986, wobei der Offenbarungsgehalt dieser Veröffentlichung durch Bezug­ nahme aufgenommen wird. Bei der Benutzung dieser Technik ist es notwendig, eine Datenmanipulation durchzuführen, um die Daten, die die unterschiedlichen Abtastzeilenkomponenten­ bilder darstellen, zu korrelieren, da die verschiedenen Farbkomponentenbilder eines jeglichen Abtastzeilenbereiches des Dokumentes zu verschiedenen Zeiten erzeugt werden.

In optischen Scannern können verschiedene Arten von Photo­ sensorvorrichtungen eingesetzt werden. Die zur Zeit meist verwendete Photosensorvorrichtung für optische Scanner ist die ladungsgekoppelte Photosensorvorrichtung, oder das "CCD" (Charge Coupled Device). Als Reaktion auf die Belichtung mit Licht baut das CCD eine elektrische Ladung auf. Die Größe der aufgebauten elektrischen Ladung ist von der Intensität und der Dauer der Bestrahlung abhängig. In optischen Scannern sind die CCD-Zellen in linearen Arrays angeordnet. Während die Abtastzeile über das abzutastende Objekt fährt, fällt auf jede Zelle oder jedes "Pixel" ein Teil der Abbildung der Abtastzeile. Die Ladung, die sich in jedem Pixel aufbaut, wird gemessen und in regelmäßigen "Abtast­ intervallen" entladen. In den meisten modernen optischen Scannern sind die Abtastintervalle der CCD-Arrays fest. Ein typisches CCD-Abtastintervall hat eine Länge von 4,5 Milli­ sekunden.

Wie im Vorausgegangenen bereits erwähnt, wird ein Bild eines Abschnittes der Abtastzeile eines Dokumentes auf das lineare Sensor-Array durch Scanner-Optiken projiziert. Die Scanner-Optiken umfassen eine Bilderzeugungslinse, die typischerweise die Größe des projizierten Bildes von der Originalgröße des Dokumentes erheblich verkleinert. Die Pixel eines linearen Photosensor-Arrays eines Scanners werden in einer Querrichtung ausgerichtet, d. h. eine Richtung parallel zu der Längsachse des Abtastzeilebildes, das hierauf projiziert wird. Die Richtung senkrecht zu der Querrichtung wird im weiteren als Abtastrichtung bezeichnet. Jedes Pixel hat eine "Länge", die in der Querrichtung ge­ messen wird, und eine "Breite", die in der Abtastrichtung gemessen wird. In den meisten CCD-Arrays sind die Länge und Breite der Pixels gleich, z. B. 8 Mikrometer in jede Rich­ tung. Die "Linienbreite" eines linearen CCD-Arrays ist ebenso groß, wie die Breite der einzelnen Pixels in dem Array.

Zu jedem Zeitpunkt, zu dem ein Objekt abgetastet wird, hat jedes Pixel in dem CCD-Array eine entsprechende Fläche auf dem Objekt, welche auf dieses abgebildet wird. Diese entsprechende Fläche auf dem abgetasteten Objekt wird im weiteren als "Objekt-Pixel" oder einfach als "Pixel" bezeichnet. Eine Fläche auf einem abgetasteten Objekt, die der gesamten Fläche des linearen Sensor-Arrays entspricht, wird im weiteren als "Objekt-Abtastzeile" oder einfach "Abtastzeile" bezeichnet. Eine Objekt-Abtastzeile hat die Dimension des linearen Sensor-Arrays multipliziert mit dem Vergrößerungsfaktor der Bilderzeugungslinse. Zur einfacheren Beschreibung wird angenommen, daß ein abgetastetes Objekt aus einer Serie von festen benachbart angeordneten Abtast­ zeilen besteht.

Scanner arbeiten üblicherweise mit einer Abtastzeilenab­ lenkrate derart, daß eine Abtastzeilenbreite während jedes CCD-Abtastintervalls überquert wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Scanner, bei dem sich der Abbildungslichtweg zwischen einer Abtastfläche auf einem Objekt, das abgetastet wird, und einer Abbildungsebene erstreckt. Die Abtastfläche auf dem Objekt beinhaltet eine Mehrzahl von Abtastzeilen, die auf die Abbildungsebene abgebildet werden. Ein einzelnes lineares Photosensor-Array ist auf der Abbildungsebene pa­ rallel zu den abgebildeten Abtastzeilen angeordnet und er­ zeugt ein Datensignal, das einem Abtastzeilenbild ent­ spricht, das auf diesen einfällt. Das Photosensor-Array hat ein vorgewähltes Abtastintervall. Die relative Bewegung zwischen dem abzubildenden Objekt und der Scanner-Optik be­ wirkt, daß die Abtastfläche über das Objekt in einer "Ab­ tastrichtung" abgelenkt wird, was zu einer entsprechenden Ablenkung der Abtastzeilenbilder über das lineare Photo­ sensor-Array führt. Die Abtastablenkgeschwindigkeit kann eine Abtastzeile pro Photosensor-Array-Abtastintervall sein.

Ein längliches drehbares Farbrad mit einer Rotationsachse, die quer zum Abbildungslichtweg angeordnet ist, ist in dem Abbildungslichtweg angeordnet. Das Farbrad hat einen im wesentlichen vieleckigen Querschnitt mit entsprechenden sich in axialer Richtung und in Umfangsrichtung erstreckenden Frontteilen. Die Frontteile auf einer diametralen Hälfte des Farbrades sind identische Filterplatten. Jede Filterplatte umfaßt umfänglich benachbarte rote, grüne und blaue Filter­ teile. Die Frontteile auf der anderen diametralen Hälfte des Farbrades sind offene Fronten. Das Farbrad rotiert mit einer Rate derart, daß eine Drehung über eine Bogenentfernung, die einer Filterplatte zugeordnet ist, über jeweils drei Photo­ sensor-Abtastintervalle stattfindet. Das Farbrad ist derart aufgebaut und angeordnet, bezogen auf den Abbildungslicht­ weg, daß eine einzelne Front des Farbrades den Lichtweg für eine Dauer von drei Photosensor-Abtastintervallen schneidet. Die Rotation des Farbrades ist auf den Sensor-Abtastprozeß abgestimmt und die Farbfilterteile auf jeder Platte sind derart aufgebaut und angeordnet, daß ein einzelner Farb­ filterteil den Lichtweg während jedes Photosensorabtast­ intervalles schneidet.

Zu Beginn eines ersten Photosensorabtastintervalles befindet sich die Filterplatte, die den Abbildungslichtweg schneidet, in einem ersten, schrägen Einfallwinkel zum Abbildungslicht­ weg. An einem mittleren Punkt in einem zweiten Abtast­ intervall befindet sich die Filterplatte in einem zweiten, rechten Einfallswinkel zum Lichtweg. Am Ende eines dritten Abtastintervalles befindet sich die Filterplatte in einem dritten, schrägen Einfallwinkel zum Lichtweg. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Dicke der Platte und der Brechungsindex der Platte derart gewählt, daß eine relative Verschiebung des Abtastbildes auf der Abtastebene um plus eine Abtastzeilenbreite beim ersten Einfallwinkel und um minus eine Abtastzeilenbreite beim dritten Einfallwinkel erzeugt wird. Aufgrund der Tatsache, daß sich das Abtastabbild über die Abbildungsebene mit einer Rate von einer Abtastzeile pro Sensorabtastintervall bewegt, verursacht die oben beschriebene Rotation des Farbrades, daß eine einzelne Abtastzeile in Ausrichtung mit dem linearen Photosensor-Array während der Zeitdauer von drei auf­ einanderfolgenden Abtastintervallen verbleibt, während der eine Front des Farbrades den Lichtweg schneidet. Folglich erzeugt das lineare Photosensor-Array ein erstes Daten­ signal, das einem blauen Farbkomponentenbild einer ersten Abtastzeile während eines ersten Sensorabtastintervalls entspricht. Dann erzeugt er ein zweites Datensignal, das einem grünen Farbkomponentenbild der ersten Abtastzeile während eines zweiten Sensorabtastintervalles entspricht. Dann erzeugt er ein drittes Datensignal, das einem roten Farbkomponentenbild der ersten Abtastzeile während eines dritten Sensorabtastintervalles entspricht. Während der Zeitdauer, in der der nächste Plattenteil des Farbrades den Lichtweg schneidet, werden Signale erzeugt, die den blauen, grünen und roten Farbkomponentenbildern der zweiten Abtast­ zeile entsprechen, usw.

Folglich wird durch die Verwendung des Farbrades jede Ab­ tastzeile durch Ausrichtung mit dem Photosensor-Array für die Dauer von drei aufeinanderfolgende Abtastintervallen "eingefroren", während der Daten erzeugt werden, die den roten, grünen und blauen Komponentenbildern der Abtastzeile entsprechen. Das Farbrad schließt auf diese Weise Unschärfen im Zusammenhang mit der Abtastzeilenbewegung über den linearen Photosensor aus. Das Farbrad verursacht außerdem, daß Daten, die sich auf die Farbkomponentenbilder der Abtastzeilen beziehen, mit den nachfolgend erzeugten Daten­ sätzen korreliert sind. Das Farbrad ermöglicht weiterhin, alle notwendigen Informationen zur Bildung eines Farbbildes eines Objektes in einem einzigen Abtastvorgang zu erzeugen.

Für Fachleute ist es offenkundig, daß die Farben auf den Filterplatten auf eine andere Art angeordnet werden könnten, daß verschiedene Farben benutzt werden könnten oder daß das Farbrad so aufgebaut werden könnte, um eine größere oder kleinere Zahl von Farbfilterteilen aufzunehmen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach­ folgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Farbscanneranordnung;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Farbrades in Querschnitts­ darstellung;

Fig. 3 eine detaillierte Draufsichtdarstellung eines Frontplattenteiles des Farbrades;

Fig. 4, 5 und 6 detaillierte Querschnittsdarstellungen, die die relativ gedrehten Positionen der Farbrad­ frontplattenteile zeigen und die Verschiebung im Abtastflächenbild veranschaulichen, die durch eine derartige Drehung hervorgerufen wird; und

Fig. 7 eine ebene Darstellung eines abgetasteten Objekts mit Abtastzeilenabschnitten.

Fig. 1 veranschaulicht schematisch die Hauptfunktionsko­ mponenten eines optischen Farbscanners 110. Ein Abtastobjekt 112, wie z. B. ein Blatt Papier mit graphischen Darstellungen 113 (vgl. Fig. 7), wird zum Abtasten durch den Scanner 110 durch eine durchsichtige Platte (nicht gezeigt) getragen. Der Scanner 110 weist einen Lichtschlitz 114, ein Farbrad 116, eine Bilderzeugungslinsenanordnung 118 und eine lineare Photosensoreinheit 120, die ein einzelnes lineares Photosensor-Array 122 umfaßt.

Die Photosensoreinheit 120 erzeugt zu regelmäßigen Abtast­ intervallen ein Datensignal, das der Intensität des auf das lineare Photosensor-Array 122 einfallenden Lichtes ent­ spricht. Das analoge Datensignal der linearen Photosensor­ einheit wird durch einen A/D-Wandler 124 digitalisiert und an einen Datenprozessor 126 übertragen, der das Signal in einem vorher festgelegten konventionellen Format an einen Computer überträgt, um es anschließend abzuspeichern und/oder es für die Erzeugung einer visuellen Darstellung zu benutzen.

Ein Abbildungslichtweg 130 (es ist nur die mittlere Ebene des Lichtweges gezeigt) erstreckt sich von der Abtastfläche 132 über den die Abtastfläche 132 definierenden Lichtschlitz 114 und die Bilderzeugungslinsenanordnung 118 zu einer Abbildungsebene II (vgl. Fig. 4 bis 6), die mit der Front der linearen Photosensoreinheit 120 übereinstimmt. Ein Bild 134 der Abtastfläche 132 wird auf die Abbildungsebene projiziert. Die Abtastfläche 132 hat eine Mehrzahl von Abtastzeileteilen 136 (nur ein Abtastzeilenteil wird in Fig. 1 gezeigt). Jedes Abtastzeilenteil auf dem Dokument hat eine Breite, die mit der Breite des linearen Photosensor-Arrays multipliziert mit dem Vergrößerungs­ verhältnis der Bilderzeugungslinsenanordnung 118 überein­ stimmt. In der Darstellung von Fig. 1 wird eine Abbildung 138 der Abtastzeile 136 auf die Abbildungsebene in Aus­ richtung mit dem linearen Photosensor-Array 122 projiziert.

Folglich erzeugt das lineare Photosensor-Array 122 während seines derzeitigen Abtastintervalles ein Datensignal, das der Abtastzeile 136 entspricht. Die Abtastfläche 132 bewegt sich über das Dokument 112 in eine Abtastrichtung 140, wobei eine entsprechende Bewegung von abgebildeten Abtastzeilen in Richtung 124 auf der Abbildungsebene erzeugt wird.

Ein Farbrad 116 mit einer Rotationsachse AA, die sich quer zum Lichtweg 130 erstreckt, hat, wie in Fig. 2 dargestellt, eine im wesentlichen vieleckige Querschnittsstruktur. Das Farbrad umfaßt eine Mehrzahl von sich in axialer Richtung und in Umfangsrichtung erstreckenden Fronten 152, 154, 156, 158, 160, 162, 164, 166. Filterplatten 172, 174, 176, 178, befinden sich auf den Fronten 152, 154, 156, 158 auf einer diametralen Hälfte des Farbrades. Jede Filterplatte umfaßt einen roten Filterteil 182, einen grünen Filterteil 184 und einen blauen Filterteil 186, die sich, wie am besten in Fig. 3 gezeigt, axial über die volle Länge des Farbrades er­ strecken. Die roten, grünen und blauen Filterteile lassen nur rotes, grünes bzw. blaues Licht hindurch. Die Filter­ plattenteile auf jeder Platte sind in Umfangsrichtung durch kleine lichtundurchlässige Teile 188, 190, 192, 194 voneinander und von anderen Filterteilen auf benachbarten Platten getrennt, wie am besten in Fig. 3 bis 6 gezeigt.

Die Fronten 160, 162, 164, 166 auf einer zweiten diametralen Hälfte des Farbrades sind offene Fronten, die den ungestörten Durchgang des Lichtes erlauben. Trotzdem sind periphere Bauelemente 196, etc. und Gegengewichte 198 vorhanden, um eine gleichmäßige periphere Gewichts­ verteilung des Farbrades zu erzeugen, um ruhiges Dreh­ verhalten zu sichern.

Wie in Fig. 1 zu sehen, wird ein Farbradmotor 210 mit einem Absolutwertkodierer 211, der ein Datensignal erzeugt, das sich auf die relative Drehlage des Farbrades zu jedem be­ stimmten Zeitpunkt bezieht, bereitgestellt. Dieses Daten­ signal wird an eine Farbradsteuerung 212 übergeben. Die Farbradsteuerung 212 empfängt ebenfalls ein Zeitsignal von dem Photosensordatenprozessor 126, das das Auftreten von Abtastintervallen der Photosensoreinheit darstellt. Die Farbradsteuerung 212 sendet ein Steuerungssignal an den Farbradmotor 210 und bewirkt, daß er sich mit einer vor­ bestimmten Geschwindigkeit, in richtiger Phasenbeziehung zu der Abtastoperation des linearen Photosensor-Arrays, dreht. Dies wird im folgenden genauer beschrieben.

Ein Abtastkopfmotor 214 mit einem Absolutwertkodierer 215 wird benutzt, um die relative Bewegung einer Abtastzeilen­ verschiebungsanordnung zu erzeugen. Der Abtastkopfmotor 214 wird durch eine Abtastkopfmotorsteuerung 216 gesteuert, die ein Datensignal vom Photosensordatenprozessor 126 erhalten kann, das die Abtastfrequenz des Photosensors darstellt. Der Abtastkopfmotor 214 wird durch die Abtastkopfmotorsteuerung 216 so gesteuert, daß er mit einer Rate direkt proportional zur Abtastfrequenz des Photosensors arbeitet. Bei einem be­ vorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Abtast­ kopfmotor so betrieben, daß er eine relative Verschiebung von einer Abtastzeile pro Photosensorabtastintervall zwi­ schen dem Abtastobjekt 112 und der Scanneroptik erzeugt. Verschiedene Strukturen zur Erzeugung einer relativen Bewegung zwischen einem Abtastobjekt und der Scanneroptik, um eine Abtastfläche über ein Objekt abzulenken, sind in Fachkreisen bekannt und umfassen Vorrichtungen, um ein Dokument relativ zur stationären Scanneroptik zu bewegen, Vorrichtungen, um die Scanneroptik relativ zu einem stationären Dokument zu bewegen und Vorrichtungen, um Spiegel so zu verschieben, daß das Abbildungslicht von einem stationären Objekt auf eine stationäre Abbildungsanordnung reflektiert wird. Es wird darauf hingewiesen, daß jedes der bekannten Verfahren zur Erzeugung einer relativen Ver­ schiebung einer Abtastfläche über ein Dokument bei der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann. Das bekannte Verfahren, bei dem ein Paar von Spiegeln relativ zu einem stationären Dokument und zu einer stationären Abbildungs­ anordnung bewegt werden, wird zur Zeit als die beste Möglichkeit betrachtet, um diese Funktion im Zusammenhang mit dem Farbrad der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Aufgrund der Tatsache, daß Abtastflächenverschiebungs­ anordnungen in Fachkreisen bekannt sind, werden spezielle Möglichkeiten, um diese Ergebnis zu erreichen, hier nicht weiter beschrieben.

Das Farbrad dreht sich um eine Achse AA, die quer zum Licht­ weg 130 angeordnet ist, in einer Drehrichtung 218. Vor einer Abtastablenkung wird das Farbrad auf eine vorher festgelegte Drehgeschwindigkeit beschleunigt, die bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Geschwindigkeit ist, die notwendig ist, um eine Verschiebung über einen Bogenabschnitt des Rades, der eine Farbfilterplatte, wie z. B. 172, enthält, während drei Photosensorabtastintervallen durchzuführen. Folglich entspräche bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem drei Farbfiltergebiete 182, 184, 186 auf jeder Platte sind und bei dem die Platten in einer achteckigen Ausführung angeordnet sind, die Rotationsrate einer Rotation pro 24 Abtastintervallen. Die Rotation des Rades wird phasenmäßig derart bezüglich der Betriebsweise des Photosensor-Arrays eingestellt, daß Licht, das auf das lineare Photosensor-Array einfällt, nur durch ein Farbfilterteil während jedes Abtastintervalles durch­ tritt. Folglich fällt z. B. nur blaues Licht auf den linearen Photosensor während eines ersten Abtastintervalles, nur grünes Licht während des folgenden Abtastintervalles und nur rotes Licht nur während des darauffolgenden Abtast­ intervalls. Dann wieder nur blaues Licht während des nächsten Abtastintervalls, usw.

Wie aus dem Gebiet der Optik bekannt ist, kann die relative laterale Verschiebung "d" des Weges des Lichtstrahles, die erzeugt wird, wenn ein Lichtstrahl auf eine Platte mit einer Dicke "x" und einem Brechungsindex "N" unter einem Winkel "a" trifft, durch die folgende Gleichung beschrieben werden: d=x[tan(a)-tan[sin^-1(sin(a)/N)]]/cos(a). Folglich wird Ab­ bildungslicht, das auf eine Filterplatte, wie z. B. 174, trifft, auf der Abbildungsebene relativ in Abtastrichtung jedesmal dann verschoben, wenn sich der Einfallswinkel "a" von 90½ unterscheidet. Die maximale Verschiebung, die auftreten kann (und folglich der maximale und der minimale Einfallswinkel), kann durch die Wahl der Anzahl der Seiten in der vieleckigen Struktur des Rades und durch Wahl der Plattendicke und des Brechungsindizes gewählt werden. Fig. 4 zeigt, daß bei einer anfänglichen Drehung einer Platte, wie z. B. 174, in eine Schnittlage bezüglich des Abbildungslicht­ strahles, die Abbildung auf der Abbildungsebene II relativ in die Abbildungsebenenabtastrichtung 142 verschoben wird. Der maximale Bildverschiebungsweg tritt zu Beginn und am Ende des Zeitabschnittes auf, in dem eine bestimmte Platte, wie z. B. 174, den Lichtweg 130 schneidet, während keine Verschiebung zu dem Zeitpunkt auftritt, zu dem die Platte 174 senkrecht zum Lichtstrahl angeordnet ist.

Fig. 4 veranschaulicht eine Position des Farbrades, bei der die Platte 174 Licht von einer Abtastfläche 132 geschnitten hat, das zur Zeit die Abtastzeilen 1 bis 6, wie in Fig. 7 zu sehen, beinhaltet. Die Zeilen 1 bis 6 in Fig. 4 zeigen die Mittellinie des Abbildungslichtkegels, der von den Abtastzeilen 1 bis 6 in Fig. 7 projiziert wird. Wie Fig. 4 zeigt, wären ohne die durch die Platte 174 erzeugte Licht­ brechung die Abtastzeilen 1, 2, 3, 4, 5, 6 mit den festen Zeilen B, C, D, E, F, G auf der Abbildungsebene II ausgerichtet. Aufgrund der Brechung wird das Abbildungslicht um eine Abtastzeilenbreite auf der Abbildungsebene derart nach oben verschoben, daß die Abtastzeilen 1, 2, 3, 4, 5, 6 mit den Abbildungsebenenzeilen A, B, C, D, E, F ausgerichtet sind. Die Abtastlinie 6 in Fig. 4 ist durch diese Ver­ schiebung aufgrund der Brechung mit dem linearen Photo­ sensor-Array 138, das bei einer festen Abbildungsebenenzeile F angeordnet ist, ausgerichtet. In dieser Position der Bewegung, die in Fig. 4 dargestellt ist, tritt die Abtastzeile 6 nur durch das blaue Filtergebiet 186 hindurch und folglich fällt auf blaues Licht auf den Photo­ sensor-Array 138.

Fig. 5 veranschaulicht die Position der Platte 174, nachdem sie aus der Position in Fig. 4 in eine Ausrichtung senkrecht zum Abbildungslichtweg gedreht wurde. In der Position in Fig. 5 verursacht die Platte 174 keine brechungsmäßige Verschiebung des Lichtes der Abtastzeilen. Jedoch sind aufgrund der Bewegung der Abtastfläche von 132 (1) nach 132 (2) die Abtastzeilen 2, 3, 4, 5, 6, 7 nun direkt mit den Abbildungsebenenzeilen B, C, D, E, F, G, H ausgerichtet. Folglich bleibt das Licht von Abtastzeile 6 mit dem linearen Photosensor-Array an der Position F der Abbildungsebene II trotz der relativen Bewegung der Objektabtastzeilen aufgrund der Abtastflächenbewegung ausgerichtet. In Fig. 5 tritt das Licht von Abtastzeile 6 nur durch das grüne Filtergebiet 184 und folglich fällt nur grünes Licht auf den Photosensor 138 ein.

Fig. 6 zeigt die Filterplatte 174 an einer weiter gedrehten Position, an der einfallende Lichtstrahlen im Abbildungs­ lichtweg die Platte 174 unter einem schrägen Winkel a treffen. In Fig. 6 hat sich die Abtastfläche wieder um eine Abtastzeilenbreite bewegt derart, daß das Licht von Abtastzeile 7 auf den Photosensor 138 fallen würde, wenn die durch die Platte verursachte Brechung nicht vorhanden wäre. Als ein Ergebnis der Brechung, die durch die Platte 174 verursacht wird, verschiebt sich das Abtastzeilenbild um eine Abtastzeilenbreite nach unten, d. h. entgegengesetzt der Richtung 142 derart, daß die Abtastzeile 6 mit dem Photo­ sensor 138 ausgerichtet bleibt. Aus Fig. 6 geht ebenfalls hervor, daß als Ergebnis der Bewegung der Abtastfläche 132 nach Position 132 (3) und der relativen Bewegung der Platte 174 in Rotationsrichtung 218 die Abtastzeile 6 nun durch die rote Filterfläche 182 derart tritt, daß nur rotes Abbildungslicht auf das lineare Photosensor-Array 138 trifft.

Nach der obigen Beschreibung ist es offensichtlich, daß eine einzelne Abtastzeile, wie z. B. 6, bei Drehung des Farbrades 116 mit dem linearen Photosensor-Array 138 während des gesamten Zeitabschnittes ausgerichtet "eingefroren" wird, in dem Licht, das durch die Platte 174 tritt, auf dem Photo­ sensor 138 abgebildet wird. Dieses Ergebnis wird aufgrund der Tatsache erreicht, daß die Verschiebungsbewegung des Abtastzeilenbildes, die normalerweise als ein Ergebnis der Abtastflächenverschiebung auf dem Objekt erwartet würde, durch die Verschiebung des Abtastflächenbildes kompensiert wird, die durch die relative Winkelverschiebung der Platte 174 bezogen auf den Abbildungslichtweg hervorgerufen wird. Daraus geht ebenfalls hervor, daß das Farbrad phasenmäßig auf die Abtastintervalle des linearen Photosensor-Arrays derart abgestimmt wird, daß während jedes Abtastintervalls nur von einem der drei verschiedenen Filterteile Licht auf das lineare Photosensor-Array trifft. Folglich werden Daten, die zuerst einem blauen Komponentenbild, dann einem grünen Komponentenbild und dann einem roten Komponentenbild der Abtastzeile 6 entsprechen während der drei Abtastintervalle, in denen die Abtastzeile 6 auf den Photosensor 138 trifft, erzeugt. Um zu verhindern, daß Licht, das auf den linearen Photosensor 138 trifft, durch mehr als einen Filterteil tritt, sind lichtundurchlässige Teile 188, 190, 192, 194 zwischen den Gebieten 182, 184, 186 und an den Enden der Platte 174 vorgesehen.

Nach dem Obigen ist es ebenfalls offensichtlich, daß bei Drehung der Platte 174 über die Position, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, hinaus, die nächste Platte 172 anfänglich die ungefähre Position von Platte 174 in Fig. 4 einnehmen wird und daß sie zu dieser Zeit eine Verschiebung der Abtastzeile, die mit dem linearen Photosensor 138 aus­ gerichtet ist, verursachen wird. D.h., daß die Abtastzeile 7 mit dem linearen Photosensor-Array 138 ausgerichtet wird und die Abtastzeile 6 ersetzt. Nachdem die Platte 172 ihren Durchgang durch den Abbildungslichtstrahl abgeschlossen hat, schneidet sich Platte 178 mit dem Abbildungslichtstrahl, um wiederum eine Abtastzeilenverschiebung der Abtastzeile, die mit dem Photosensor ausgerichtet ist, zu verursachen. Der Abbildungslichtstrahl von der Abtastfläche fällt auf die radiale, äußere Oberfläche der Platte 178 ein, während sie sich nach oben durch den Abbildungslichtstrahl dreht. Trotzdem werden die Abtastzeilenverschiebungs- und Farbfilterungs-Operationen, die die Platte 178 durchführt, identisch mit solchen sein, die oben beschrieben wurden, wenn der Abbildungsstrahl auf die radiale, innere Oberfläche einer Filterplatte trifft.

Auf diese Weise bleibt jede Abtastzeile auf dem Dokument ihre Abbildung in Ausrichtung mit dem linearen Photo­ sensor-Array 138 während drei aufeinanderfolgende Abtastintervalle, während denen ein blaues, grünes und rotes Farbkomponentenbild der Abtastzeile erzeugt wird.

Claims (13)

1. Optischer Farbscanner (110) zur Erzeugung von Daten, die ein Farbbild eines abgetasteten Objektes (112) dar­ stellen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale

• a) ein lineares Sensor-Array (122), daß sich auf einer Abbildungsebene (142; II) befindet, um Datensignale zu erzeugen, die die Intensität des auf das lineare Sensor-Array (122) einfallenden Lichtes darstellen und das Sensorabtastintervalle von vorbestimmter Länge hat;
• b) eine Abbildungseinrichtung (118) zur Abbildung einer sich bewegenden Abtastfläche (132) auf dem Objekt (112) mit einer Mehrzahl von Abtastzeilen (136) auf einer Abbildungsebene (142; II) und zur Festlegung eines Abbildungslichtweges (130), der sich zwischen der Abtastfläche (132) auf dem Objekt (112) und der Abbildungsebene (142; II) erstreckt; und
• c) eine Farbradeinrichtung (116), die entlang des Abbil­ dungslichtweges (130) angeordnet ist und eine Dreh­ achse (AA) hat, die sich quer zu dem Abbildungs­ lichtweg (130) erstreckt und eine Mehrzahl von Fronten (152, 154, 156, 158, 160, 162, 164, 166) hat, die nacheinander in eine schneidende Beziehung mit dem Lichtstrahl (130) drehbar sind, wobei eine Mehr­ zahl der Fronten (152, 154, 156, 158) eine Mehrzahl von Filterteilen (182, 184, 186) mit verschiedenen spektralen Durchlässigkeiten umfaßt, die nacheinander in die schneidende Beziehung mit dem Lichtweg (130), während verschiedener Farbabbildungsintervalle, die die gleiche Länge wie die Sensorabtastintervalle haben, gedreht werden.

2. Optischer Farbscanner nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Farbrad (116) für unterschiedliche Verschiebungen des Abschnittes der sich bewegenden Abtastfläche (132), die mit dem linearen Sensor (122) ausgerichtet ist, aufgebaut und angeordnet ist.

3. Optischer Farbscanner nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet,
daß mindestens eine erste Hälfte der Farbradeinrichtung (116) im Querschnitt die Form eines halben regelmäßigen Vielecks hat,
daß die Mehrzahl der Fronten (152, 154, 156, 158), die die Filterteile (182, 184, 186) umfassen, in be­ nachbarter Beziehung um die erste Hälfte des Farbrades (116) angeordnet sind, und
daß die zweite Hälfte des Farbrades (116) offene Fronten (160, 162, 164, 166) umfaßt.

4. Optischer Farbscanner nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Farbradantriebseinrichtung (210), die mit der Farb­ radeinrichtung (116) verbunden ist, um die Farbradein­ richtung (116) mit einer Winkelgeschwindigkeit zu drehen, die direkt proportional zu der Frequenz der Sensorabtastintervalle und umgekehrt proportional zu der Anzahl der Fronten (152, 154, 156, 158) auf der ersten Hälfte des Farbrades (116) ist.

5. Optischer Farbscanner nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anzahl der Fronten (152, 154, 156, 158) auf der ersten Hälfte des Farbrades (116), die Dicke der Filterteile (182, 184, 186) und der Brechungsindex der Filterteile (182, 184, 186) derart ausgewählt sind, daß das gleiche einzelne Abtastzeilengebiet des Objekts (112) auf die lineare Sensoreinrichtung (122) während aufeinanderfolgender Farbabbildungsintervalle abgebildet wird.

6. Verfahren zum Erzeugen von Datensignalen, die ein Farbbild eines Objektes (112) darstellen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
Abbilden einer Abtastfläche (132) eines Objektes (112) auf eine Abbildungsebene (142; II), die ein lineares Photosensor-Array (122) mit einem voreingestellten Abtastintervall enthält;
relatives Bewegen der Abtastfläche (132) über das Objekt (112) mit einer Abtastrate;
aufeinanderfolgendes Bewegen einer Reihe von Platten (172, 174, 176, 178), mit vielen Farbfilterteilen (182, 184, 186), mit vorher festgelegten Plattendicken und vorher festgelegten Brechungsindizes durch den Abbildungslichtweg (130) mit einer vorher festgelegten Rate; und
stetiges Verändern des Einfallwinkels zwischen jeder Platte (172, 174, 176, 178) und dem Abbildungslichtweg (130), wenn jede Platte (172, 174, 176, 178) durch den Lichtweg (130) bewegt wird, um die Abbildung der Abtastfläche (132), die auf die Abbildungsebene (142; II) projiziert wird, stetig zu verschieben.

7. Optischer Farbscanner nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet,
daß die Platten (172, 174, 176, 178) im wesentlichen in einer vieleckigen Konfiguration auf der Peripherie des Rades (116) angebracht sind, und
daß die Schritte des aufeinanderfolgenden Bewegens der Reihe der Platten (172, 174, 176, 178) und des stetigen Änderns des Einfallswinkels zwischen jeder Platte (172, 174, 176, 178) und dem Abbildungslichtweg (130) durch die Drehung des Rades (116) ausgeführt werden.

8. Optischer Farbscanner nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schritt des Drehens des Rades (116) eine Drehung des Rades (116) mit einer Rate umfaßt, die von dem voreingestellten Abtastintervall des linearen Photo­ sensor-Arrays (122) abhängig ist.

9. Optischer Farbscanner nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der genannte Schritt des relativen Bewegens der Ab­ tastfläche (132) über das Objekt (112) mit einer Ab­ tastrate das Bewegen der Abtastfläche (132) mit einer Abtastrate umfaßt, die von dem Abtastintervall des linearen Photosensor-Array (122) abhängig ist.

10. Optischer Farbscanner nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schritt des Drehens des Rades (116) das Drehen des Rades (116) mit einer derartigen Rate umfaßt, daß eine einzelne Platte von einen Teil des Lichtweges (130) geschnitten wird, der auf das Photosensor-Array (122) während eines Zeitabschnittes abgebildet wird, der der Anzahl der Farbfilterteile (182, 184, 186) auf der Platte (172, 174, 176, 178) multipliziert mit dem Abtastintervall des Photosensor-Arrays (122) gleicht.

11. Optischer Farbscanner nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch den Schritt des phasenmäßigen Abstimmens des Rades (116) mit dem Abtastintervall des Photosensor-Arrays (122) derart, daß bei jedem Photosensorabtastintervall ein jeweils anderer Teil (182, 184, 186) des Farbfilters der Platte (172, 174, 176, 178), die sich momentan mit dem Abbildungslichtweg (130) schneidet, mit dem Abschnitt des Lichtweges (130) ausgerichtet ist, der auf das lineare Photosensor-Array (122) abgebildet wird.

12. Optischer Farbscanner nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schritt des relativen Bewegens der Abtastfläche (132) über das Objekt (112) mit einer Abtastrate das Bewegen der Abtastfläche (132) mit einer Abtastrate umfaßt, die einer Abtastzeile (136) pro Abtastintervall des linearen Photosensor-Arrays (122) entspricht.

13. Optischer Farbscanner nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch den Schritt des Auswählens der Dicke und des Brechungs­ indizes jeder Platte (172, 174, 176, 178) derart, daß die gesamte relative Verschiebung der Position der abgebildeten Abtastfläche auf der Abbildungsebene (142; II), die durch die Veränderung des Einfallswinkels während der Bewegung der Platte (172, 174, 176, 178) durch den Abbildungslichtweg (130) hervorgerufen wird, einer Abtastzeilenbreite multipliziert mit der Gesamt­ anzahl der verschiedenen Farbfilterabschnitte (182, 184, 186) auf der Platte (172, 174, 176, 178) vermindert um Eins entspricht.