DE69024273T2

DE69024273T2 - Optischer Abtaster

Info

Publication number: DE69024273T2
Application number: DE69024273T
Authority: DE
Inventors: David Wayne Boyd
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1989-07-20
Filing date: 1990-06-22
Publication date: 1996-05-15
Anticipated expiration: 2010-06-23
Also published as: EP0410578B1; DE69024273D1; EP0410578A2; EP0410578A3; US4926041A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf optische Abtaster und insbesondere auf optische Farbabtaster von dem Typ, die einen Lichtstrahlfarbseparator oder "Strahlteiler" verwenden.
Optische Abbildungsgeräte, die einen chromatischen Strahlteiler verwenden, der aus zusammengesetzten dichroitischen Strahlteilerplatten besteht, die einen Lichtstrahl in parallele Farbkomponentenstrahlen teilen, sind im US-Patent US-A-4,709,144 von Kent J. Vincent und in den US Patentanmeldungen Seriennummern 145,174 und 333,850, US-A-4870268, eingereicht am 19. Januar 1988 bzw. am 4. April 1989 von Kent J. Vincent und Hans D. Neuman offenbart.
Diese Referenz offenbart die Verwendung einer Schlitzöffnung, um einen Abbildungslichtstrahl zu definieren, der von einem linearen Objekt projiziert wird. Der Abbildungslichtstrahl wird in mehrere, voneinander beabstandete, parallele Komponentenlinienbilder mit unterschiedlichen Farben durch die chromatischen Strahlteiler geteilt. Jedes Farbkomponentenlinienbild wird auf ein zugeordnetes lineares Photodiodenarray projiziert. Jedes der linearen Photodiodenarrays liegt in einer gemeinsamen Ebene und diese sind um eine Entfernung voneinander getrennt, die proportional zu der Dicke der einzelnen zusammengesetzten Glasplatten des Strahlteilers ist.
Der Anmelder hat entdeckt, daß bei bestimmten Anwendungen der Farbabbildungsanordnung, die im Patent US-A-4,709,144 und in den Patentanmeldungen Seriennummern 145,174 und 333,850 offenbart ist, das Problem bezüglich der Ausrichtung der Farbkomponentenlinienbilder mit den zugeordneten linearen Photodiodenarrays auftritt. Der Anmelder hat ebenfalls entdeckt, daß der in den oben angeführten Referenzen beschriebene Strahlteiler sekundäre Außer-Farbkomponentenbilder erzeugt (off-color component images), die zwischen den primären Farbkomponentenbildern angeordnet sind. Das Vorhandensein dieser sekundären Komponentenbilder kompliziert das oben erwähnte Ausrichtungsproblem weiter.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist auf einen Farbabtaster gerichtet, der einen Lichtschlitz, einen chromatischen Strahlteiler und koplanare, lineare Photosensorarrays verwendet, bei dem Probleme bezüglich der Ausrichtung zwischen den Farbkomponentenbildern und zugeordneten linearen Photosensorarrays minimiert wurden. Der Abtaster der vorliegenden Erfindung verwendet einen Lichtschlitz, der Farbkomponentenbilder mit einer genauen Größe schafft, die ausreichend breit sind, um es zu ermöglichen, daß eine Ausrichtung zwischen den primären Farbkomponentenbildern und den zugeordneten linearen Photosensorarrays während geringer Ausrichtungsfluktuationen, wie zum Beispiel diejenige, die durch das Aufheizen und Abkühlen der Systemkomponenten erzeugt werden, beibehalten wird. Probleme die dem Auftreffen von sekundären Lichtkomponenten auf den Photosensorarrays zugeordnet sind, wurden minimiert, durch die Auswahl einer Öffnungsschlitzbreite, die ein Komponentenbild erzeugt, das eine Breite hat, die nicht größer ist als etwa eine Hälfte der Intervallbeabstandung zwischen zugeordneten linearen Photosensorarrays. Die Abtasterkomponentenausrichtungsprobleme wurden minimiert, durch Befestigen aller optischen Komponenten des Systems, einschließlich der Öffnung, in einer gemeinsamen Wagenanordnung.
Die Merkmale der Erfindung sind durch die Ansprüche 1 bzw. 9 definiert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ein beispielhaftes und derzeitig bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt, in denen:
Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines optischen Abtasters.
Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung eines optischen Abtasters, dessen oberes Bedienfeld entfernt ist.
Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung einer optischen Abtasterwagenanordnung, wobei eine modulare Lichtquelle und eine Lichtschlitzanordnung aus diesem entfernt wurden.
Fig. 4 ist eine perspektivische Darstellung einer optischen Abtasterwagenanordnung.
Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung einer optischen Abtasterwagenanordnung, wobei eine modulare Lichtquelle und eine Lichtschlitzanordnung aus diesem entfernt wurden, die einen festen Lichtweg darstellen, der sich von einem Lichtschlitz zu einer Fokussierungslinse erstreckt.
Fig. 6 ist eine Querschnittdraufsichtdarstellung einer optischen Abtasterwagenanordnung, die einen festen Lichtweg darstellt, der sich von einem Lichtschlitz zu einer fokussierenden Linse erstreckt.
Fig. 7 ist eine Draufsichtdarstellung eines Dokuments, das durch einen optischen Abtaster abgetastet wird.
Fig. 8 ist eine schematische Querschnittdraufsichtdarstellung, die ein abgetastetes Objekt, einen Lichtschlitz und einen Lichtstrahl, der sich von dem abgetasteten Objekt durch den Lichtschlitz erstreckt, darstellt.
Fig. 9 ist eine schematische Seitendraufsichtdarstellung, die den Betrieb einer Fokussierungslinse, einer Strahlteileranordnung und einer Photosensoranordnung darstellt.
Fig. 10 sind Draufsichtdarstellungen einer Photosensoranbis 15 ordnung und von Farbkomponentenbildern, die auf diese projiziert sind.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 stellt einen optischen Abtaster 100 von dem Typ dar, der angepaßt ist, um maschinenlesbare Daten zu erzeugen, die ein Farbbild eines Objekts darstellen, das abgetastet wird. Die maschinenlesbaren Daten, die durch den optischen Abtaster 100 erzeugt werden, sind angepaßt, um durch einen digitalen Computer auf eine herkömmliche Art empfangen und verwendet zu werden, zum Beispiel können die Daten auf einem Computerspeichergerät gespeichert werden oder sie können direkt verwendet werden, um eine Farbanzeige des Objekts auf einer Kathodenstrahlröhre oder auf einem elektrostatischen Farbausdruck, etc., zu erzeugen.
Der optische Abtaster 100 umfaßt ein Abtastergehäuse 102 mit einem vorderen Ende 101, einem hinteren Ende 103 und einer longitudinalen Mittelachse AA, Fig. 1 und 2. Das Gehäuse schließt ein relativ flaches oberes Bedienfeldbauglied 104 und ein unteres Gehäusebauglied 106 ein, Fig. 1 und 2. Das obere Bedienfeldbauglied 104 umfaßt eine transparente Platte 108, die etwa lateral in der Mitte dieses angeordnet sein kann. Die transparente Platte 108 ist relativ näher zu dem vorderen Ende 101 als zu dem hinteren Ende 103 des Abtastergehäuses angeordnet. Die vordere Kante des transparenten Plattenbauglieds 108 kann zum Beispiel 72 mm von der vorderen Abschlußkante des Abtastergehäuses entfernt sein. Die hintere Kante der transparenten Platte 108 kann zum Beispiel 160 mm von der hinteren Abschlußkante des Abtastergehäuses entfernt sein.
Das untere Gehäusebauglied 106 umfaßt eine im allgemeinen rechteckig geformte Bodenwand 110. Eine Vorderwand 112, eine Hinterwand 114 und laterale Seitenwände 116, 118 sind einstückig mit der Bodenwand 110 gebildet und stehen von dieser nach oben hervor. Pfostenbauglieder 111, 113 etc. sind vorgesehen, um das obere Bedienfeldbauglied an dem unteren Gehäusebauglied zu befestigen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die Gesamtlänge des Gehäuses 575 mm, die laterale Abmessung des Gehäuses beträgt 408 mm und die Entfernung von der Bodenwand 110 zu dem oberen Bedienfeldbauglied 104 beträgt 105 mm.
Wie es am besten in Fig. 2 zu sehen ist, wird eine sich Iongitudinal erstreckende Welle 120, die zum Beispiel 36 mm oberhalb der Gehäusebodenwand 110 angeordnet sein kann, an ihren entgegengesetzten Enden durch Klammern getragen, die auf der vorderen und der hinteren Gehäusewand 112, 114 befestigt sind. Die Welle 120 kann 79 mm von der lateralen Seitenwand 118 angeordnet sein. Eine sich longitudinal erstreckende Hebeeinrichtung 122, die einstückig mit der Bodenwand 110 gebildet sein kann, kann zum Beispiel 80 mm von der lateralen Seitenwand 116 angeordnet sein. Die obere Oberfläche der Hebeeinrichtung 122 kann zum Beispiel 37 mm oberhalb der unteren Wand 110 angeordnet sein.
Wie es ferner in Fig. 2 dargestellt ist, ist eine elektrische Leistungsversorgungseinheit 123 fest auf dem unteren Gehäusebauglied zwischen der Seitenwand 116 und dem Hebeeinrichtung 122 befestigt. Eine elektronische Steuerungsplatine 124 ist fest auf der unteren Wand 110 an einem hinteren Endabschnitt dieser befestigt. Die Steuerungsplatine 124 empfängt eine Leistung von der Leistungsversorgungseinheit 123 über ein Leistungskabel 125. Die Steuerungsplatine ist elektrisch über ein elektrisches Kabel 126 mit einer Lichtverarbeitungsanordnung 162 verbunden, die in einer Wagenanordnung 140 befestigt ist.
Ein reversibler Elektromotor 130, der Leistung durch ein elektrisches Zuführungskabel 132 empfängt, das mit der Steuerungsplatine 124 verbunden ist, ist fest auf der Bodenwand an einem Ort in der Nähe der lateralen Wand 118 an einem hinteren Endabschnitt des Gehäusebauglieds befestigt. Der reversible Elektromotor 130 hat eine vertikale Motorwelle 134 und wird durch die Steuerungsplatine gesteuert. Die Anschlußenden eines Wagenanordnungsantriebskabels 136 sind um die vertikale Motorwelle 134 gewunden. Ein Zwischenabschnitt des Kabels 136 wird um eine Riemenscheibe 138 aufgenommen, die in der Nähe eines vorderen Endes des Gehäuses befestigt ist.
Wie es am besten in Fig. 2 zu sehen ist, ist eine Abtasterwagenanordnung 140 longitudinal verschiebbar auf der Welle 120 und der Hebeeinrichtung 122 befestigt. Die Abtasterwagenanordnung 140 ist an dem Kabel 136 befestigt, das eine umkehrbare, longitudinale Bewegung dieser erzeugt.
Wie es am besten in Fig. 3 zu sehen ist, umfaßt die Abtasterwagenanordnung einen Wagenkörper 142, der bevorzugterweise aus einem starren Material mit großer Stärke, wie zum Beispiel Aluminium, Edelstahl oder ähnlichem, aufgebaut ist. Der Körper umfaßt eine Bodenwand 144 mit einer zweischichtigen Struktur, die eine vordere obere Schicht 145 und eine hintere untere Schicht 147 einschließt, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. Der Wagen hat eine vertikale Rückwand 146, eine vertikale erste laterale Seitenwand 148 und eine vertikale zweite laterale Seitenwand 150, Fig. 3. Die longitudinale Gesamtabmessung des Wagenkörpers 142 kann zum Beispiel 146 mm betragen. Die maximale Breite des Wagenkörpers 142 kann zum Beispiel 244 mm sein.
Ein erstes und ein zweites Führungsringbauglied 152, 154, Fig. 2 und 3, sind fest an dem Wagenkörper 142 befestigt und angepaßt, um die sich longitudinal erstreckende Welle 122 gleitbar aufzunehmen. Ein sich vertikal und longitudinal erstreckendes Führungsbauglied 156, das einstückig mit der lateralen Seitenwand 150 gebildet sein kann, ist angepaßt, um benachbart zu einem außenliegenden Abschnitt der Hebeeinrichtung 122 angeordnet zu sein. Die Bodenwand 144 des Wagenkörpers wird gleitbar auf der Hebeeinrichtung 122 getragen. Das Führungsbauglied 156 stellt eine ordnungsgemäße longitudinale Spurführung des Wagenkörpers 142 entlang der vertikalen Hebeeinrichtung 122 sicher.
Ein mittig befestigter Trageblock 160 ist fest auf der Bodenwand 144 befestigt, Fig. 6. Eine Lichtverarbeitungsanordnung 162 ist fest auf dem Trageblock 160 befestigt. Die Lichtverarbeitungsanordnung 162 umfaßt bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einen dualen trichromatischen Strahl teiler 250 und eine Photosensorarrayanordnung 252, Fig. 9, die mit dem Typ identisch sein kann, der in den US Patenten Nummern US-A-4,709,144 und US-A-4,806,750 von Kent D. Vincent, und in der US-Patentanmeldung Seriennummer 07/145,174, eingereicht am 19. Januar 1988 von Kent D. Vincent und Hans D. Neuman, und in der US-Patentanmeldung Seriennummer 333,850 eingereicht am 4. April 1989 von Kent D. Vincent und Hans D. Neuman (nun US-A-4870268) beschrieben ist. Eine doppelt konvexe Linsenanordnung 164 ist einstellbar an einer Position direkt vor der Lichtverarbeitungsanordnung 162 durch eine röhrenförmige Befestigungsanordnung 166 befestigt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt die doppelt konvexe Linsenanordnung 164 eine Linse 165, Fig. 9, mit einem Durchmesser von 31 mm, einer Brennweite von 42 mm und einer Verstärkung von 0,126.
Wie es am besten in Fig. 4 und 6 zu sehen ist, ist eine modulare Lichtquelle und eine Lichtschlitz- oder Öffnungsanordnung 170 stationär an einem vorderen Ort auf dem Wagenkörper 140 befestigt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in den Zeichnungen dargestellt ist, umfassen die lateralen Seitenwände 148, 150 jeweils eine vordere ausgeschnittene Region darin, die horizontale Oberflächen 172, 174 definieren, die angepaßt sind, um die Anordnung 170 zu tragen. Eine Verriegelungsanordnung 171 ist jeder Trageoberfläche 172, 174 zugeordnet und ist angepaßt, um mit einer Fangordnung (nicht dargestellt) zusammenzuarbeiten, die auf einer unteren Oberfläche der modularen Lichtquelle und der Lichtschlitzanordnung 170 vorgesehen ist, um die Anordnung 170 in einer stationären Beziehung mit dem Wagenkörper an einem vorbestimmten Ort darauf zu halten.
Die modulare Lichtquellen- und Lichtschlitzanordnung 170 umfaßt ein längliches Bauglied 176 mit einem im wesentlichen W-förmigen Querschnitt, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Das längliche Bauglied 176 hat einen vorderen Abschnitt 178, der einen im allgemeinen U-förmigen Querschnitt aufweist, das angepaßt ist, um eine erste fluoreszierende Röhre 180 zu tragen, die einen Durchmesser von 15,5 mm haben kann. Das längliche Bauglied 176 umfaßt ebenfalls einen hinteren Abschnitt 182, der einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt zum Tragen einer zweiten fluoreszierenden Röhre 184 aufweist. Das längliche Bauglied 176 hat einen mittleren Anstiegsabschnitt 186. Ein schmaler Lichtschlitz oder eine Öffnung 188 ist an der Spitze des Anstiegsabschnitts 186 angeordnet und erstreckt sich im wesentlichen über dessen gesamte Länge. Der Lichtschlitz 188 steht mit einem im allgemeinen invertiert V-förmigen Hohlraum 190 innerhalb des mittleren Anstiegsabschnitts 186 in Verbindung. Der invertiert V-förmige Hohlraum 190 erstreckt sich ebenfalls im wesentlichen über die gesamte Länge des Anstiegs. Der schmale Schlitz 188 kann eine Länge umfassen, die quer bezüglich der longitudinalen Gehäuseachse AA 234 mm mißt. Die Schlitzbreite, die parallel zur Achse AA gemessen ist, kann zum Beispiel 0,8 mm sein. Der invertiert V-förmige Hohlraum kann an seinem oberen Ende eine Breite von zum Beispiel 0,8 mm und an seinem unteren Ende eine Breite von zum Beispiel 7,5 mm haben, und kann eine Höhe von zum Beispiel 215 mm haben. Die Oberfläche des invertiert V-förmigen Hohlraums 190 kann eine im allgemeinen invertierte Treppenstufenform haben, wobei jede invertierte Treppenstufe eine Höhe von zum Beispiel 2 mm und eine horizontale Abmessung von zum Beispiel 0,2 mm hat. Ein elektrisches Verbindungsbauglied 194, Fig. 4, ist an einem Ende des länglichen Bauglieds 176 fest befestigt und umfaßt zwei herkömmliche weibliche Verbindungen für fluoreszierende Röhren darin, die angepaßt sind, um herkömmliche männliche Verbindungsabschnitte von fluoreszierenden Röhren 180 bzw. 184 aufzunehmen. Ein flexibles Leistungskabel 196 ist wirksam an dem Verbindungsbauglied 194 befestigt, um den Röhren 180, 184 einen elektrischen Strom bereitzustellen. Unabhängige Endverbindungen 198, 200 sind an dem Ende jeder fluoreszierenden Röhre vorgesehen und stellen einen elektrischen Kontakt mit den männlichen Verbindungsabschnitten dieser her. Jede Verbindung 198, 200 ist durch ein Paar von Anschlußdrähten 202, 204 mit einem zugeordneten Abschnitt des Verbindungsbauglieds 194 verbunden. Abschirmbauglieder 193, 195 (die lediglich in Fig. 6 gezeigt sind) können vorgesehen sein, um Licht von den Röhren 180, 184 in Richtung eines Objekts, wie zum Beispiel einem Farbdokument 208, das abgetastet werden soll, zu reflektieren.
Der Lichtschlitz 188 läßt Licht, das von einer schmalen Bandregion 206 des Dokuments 208 reflektiert wird, durch und blockiert alles andere Licht, das von dem Dokument reflektiert wird, Fig. 6 bis 8. Die Region 206, von der Licht reflektiert wird, ändert sich selbstverständlich, wenn sich die Abtasterwagenanordnung 140 relativ zu dem Dokument 208 bewegt. Aus Gründen der Erklärung der Bildbildung etc. ist es jedoch hilfreich, die Abtasterwagenanordnung 140 und die schmale Bandregion 206 in einer statischen Position sichtbar zu machen. Die schmale Bandregion 206 wird hier manchmal als "Abtastobjekt" 206 bezeichnet.
Wie es in Fig. 6 gezeigt ist, bewegt sich ein Teil des Lichtes von den fluoreszierenden Röhren 180, 184, das von einer Schmalbandabtastregion 206 des Dokuments 208 reflektiert wird und das abschließend in die Linse 165 eintritt, entlang eines Lichtweges 210, der durch den Schlitz 188 und den invertiert V-förmigen Hohlraum 190 führt. Der Lichtweg 210 wird danach durch einen ersten Spiegel 212, einen zweiten Spiegel 214 und einen dritten Spiegel 216 "gefaltet", bevor er durch die fokussierende Linse 165 läuft. Der Lichtweg 210 läuft danach durch das röhrenförmige Bauglied 166 in die Lichtverarbeitungsanordnung 162 und endet an der Photosensorarrayanordnung 252 darin, Fig. 9. Jeder Spiegel 212, 214, 216 kann eine Breite von zum Beispiel 127 mm haben, und ist in einer Position durch ein Paar von Befestigungsanordnungen, zum Beispiel 220, 221, Fig. 5, gehalten, die ein Klammerbauglied 222 umfassen können, das fest an einer zugeordneten lateralen Seitenwand der Wagenanordnung befestigt ist, und ein Halterbauglied, das einen Endabschnitt jedes Spiegels an den zugeordneten Klammerbaugliedern 222 befestigt. Im Fall des Spiegels 214 ist ebenfalls eine Spiegelwinkeleinstellanordnung 226 vorgesehen, um die relative Winkelposition des Spiegels 214 um eine Achse einzustellen, die sich senkrecht zur Achse AA erstreckt. Die Spiegelbefestigungsanordnungen können identisch zu denjenigen sein, die insbesondere in der US Patentanmeldung Seriennummer 345,384 eingereicht am 1. Mai 1989 von David Wayne Boyd, (veröffentlicht als US-A-4984882) beschrieben sind.
Wie es am besten in Fig. 5 und 6 zu sehen ist, umfaßt der Lichtweg 210 einen ersten sich vertikal nach unten erstreckenden Lichtwegabschnitt 238, der sich zwischen dem abgetasteten Dokument 208 und dem Lichtschlitz 288 erstreckt; einen zweiten sich vertikal nach unten erstreckenden Lichtwegabschnitt 240, der sich von dem Schlitz 188 zum Spiegel 212 erstreckt; einen dritten sich im allgemeinen nach hinten und nach oben erstreckenden Lichtwegabschnitt 242, der sich zwischen dem Spiegel 212 und dem Spiegel 214 erstreckt; einen vierten sich im allgemeinen nach unten und nach vorne erstreckenden Lichtwegabschnitt 244, der sich zwischen dem Spiegel 214 und dem Spiegel 216 erstreckt; und einen fünften sich im allgemeinen nach hinten erstreckenden Lichtwegabschnitt 246, der sich zwischen dem Spiegel 216 und der vorderen Oberfläche der Linse 165 erstreckt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die Länge des ersten Lichtwegabschnitts 238 6 mm; die Länge des zweiten Lichtwegabschnitts 240 beträgt 35,7 mm; die Länge des dritten Lichtwegabschnitts 242 beträgt 124,4 mm; die Länge des vierten Lichtwegabschnitts 244 beträgt 32,8 mm; und die Länge des fünften Lichtwegabschnitts 246 beträgt 61,0 mm. Die Neigung des ersten und des zweiten Lichtwegabschnitts bezüglich einer vertikalen Ebene BB kann 0 Grad sein. Die Neigung der Mittellinie des dritten Lichtwegabschnitts 242 bezüglich der vertikalen Ebene BB kann 80,6 Grad betragen, die Neigung des vierten Lichtwegabschnitts 244 bezüglich der vertikalen Ebene BB kann 71,3 Grad sein, und die Neigung eines fünften Lichtwegabschnitts 246 bezüglich der vertikalen Ebene BB kann 90 Grad sein.
Die laterale Konvergenz des Lichtweges bezüglich des Sichtfeldes der Linse 164 ist am besten in Fig. 5 zu sehen. Diese laterale Konvergenz kann von einer Abmessung von 212 mm an qeinem Punkt, an dem das Licht in den Schlitz 188 eintritt, auf eine laterale Abmessung von 190 mm am ersten Spiegel 212, auf eine laterale Abmessung von 114 mm am zweiten Spiegel 214, auf eine laterale Abmessung von 33 mm am dritten Spiegel 216, auf eine laterale Abmessung von 10 mm auf der vorderen Oberfläche der Linse 165 betragen. Die Weite (die Abmessung, die der Breite des Schlitzes 188 entspricht) des Lichtweges, die durch die Linse 164 gesehen wird, erhöht sich, wenn es sich vom Schlitz 188 auf die vordere Oberfläche der Linse bewegt, von einer Abmessung von 0,8 mm am Schlitz 188 auf eine Abmessung von 1,05 mm am ersten Spiegel 212, auf eine Abmessung von 4,5 mm am zweiten Spiegel 214, auf eine Abmessung von 8,2 mm am dritten Spiegel 216, auf eine Abmessung von 10 mm an der vorderen Oberfläche der Linse 164.
Wie es schematisch in Fig. 9 dargestellt ist, umfaßt die Lichtverarbeitungsanordnung 162 einen dualen chromatischen Strahlteiler 250 und eine Photosensoranordnung 252, die identisch zu dem Strahlteiler und dem Photosensorarray sein können, die anhand der Fig. 18 in der US Patentanmeldung Seriennummer 333,850, eingereicht am 4. April 1989 von Vincent u.a. (US-A-4870268) beschrieben ist. Die Photosensoranordnung 252 umfaßt drei beabstandete, parallele, lineare Photosensorarrays 254, 256, 258 mit longitudinalen Achsen CC, DD, EE, die in einer gemeinsamen Photosensorebene XX angeordnet sind. Der Strahlteiler 250 ist innerhalb des Lichtweges 210 am hinteren Ende der Linse 165 angeordnet. Der Strahlteiler 250 krümmt den zusammengesetzten Lichtstrahl, der sich entlang des Lichtweges 210 bewegt, um 90 Grad und trennt diesen in parallele rote, grüne und blaue Komponentenstrahlen. Die Photosensoranordnung ist senkrecht zu den Wegen der Komponentenstrahlen an einer Brennweitenentfernung von der Linse (wie sie entlang des Lichtweges gemessen wird) angeordnet. Ein rotes Komponentenbild 260 des Abtastobjekts 206 wird auf die Photosensoranordnung 252 in einer übereinanderliegenden Beziehung mit dem linearen Photosensorarray 254 projiziert, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. Ein grünes Komponentenbild 262 des Abtastobjekts 206 wird auf die Photosensoranordnung in einer übereinanderliegenden Beziehung mit dem linearen Photosensorarray 256 projiziert. Ein blaues Komponentenbild 264 des Abtastobjekts 206 wird auf die Photosensoranordnung in einer übereinanderliegenden Beziehung mit dem linearen Photosensorarray 258 projiziert.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet der Strahlteiler 250 eine Mehrzahl von gleich dicken Glasplatten, von den jede eine Plattendicke von etwa 0,1 mm hat; wodurch Komponentenbilder 260, 262, 265 erzeugt werden, die um etwa 0,3 mm zwischen den Mittellinien HH, II und JJ dieser beabstandet sind. (Die Beabstandung der Komponentenbilder ist bei einer Strahlteileranordnung von dem Typ, wie sie bei 250 dargestellt ist, wie sie detailliert in der US Patentanmeldung von Vincent u.a., siehe oben, beschrieben ist, etwa gleich den Strahlteilereinzelglasdicken multipliziert mit dem Doppelten der Quadratwurzel aus 2).
Wie es in Fig. 10 dargestellt ist, ist die Photosensoranordnung 252 derart angeordnet, daß die longitudinalen Mittelachsen CC, DD und EE der linearen Photosensorarrays während eines "Betriebszustandes bei mittlerer Temperatur" des Abtasters 100 mit den Komponentenbildmittellinien HH, II bzw. JJ koaxial sind. Der Anmelder hat entdeckt, daß das differenzielle Aufwärmen und Abkühlen von verschiedenen Abtasterkomponenten während des Abtasterbetriebs sowie Toleranzfluktuationen eine relative Verschiebung zwischen den Achsen CC, DD und EE der linearen Photosensorarrays und der Mittellinien HH, II und JJ der Komponentenbilder bewirken, wie dies in Fig. 11 dargestellt ist. Folglich ist die Photosensoranordnung 252 an einem Ort etwa in der Mitte zwischen den Extrema der Verschiebungsbewegung der Komponentenbilder angeordnet, die während eines typischen Aufwärm- und Abkühl-Betriebszyklus des Abtasters auftritt. Aufgrund der relativ engen Beabstandung, zum Beispiel 0,2 bis 0,3 mm, zwischen den linearen Photosensorarrays stellt die Auswahl der geeigneten Komponentenbildbreite bezüglich des Betriebs des Abtasters ein wichtiges Merkmal dar.
Jedes lineare Photosensorarray 254, 256, 258 erzeugt ein elektronisches Signal, das durch das Abtasterdatenverarbeitungssystem als eine Darstellung der Farbe des bestimmten Komponentenbildes interpretiert wird, das entworfen ist, um über diesem bestimmten linearen Photosensorarray zu liegen.
Wenn die Komponentenbilder Breiten haben, die so groß sind, daß sie sich überlappen, wird ein lineares Photosensorarray, das zwei überlappenden Bereichen von zwei Komponentenbildern ausgesetzt ist, folglich falsche Daten erzeugen. Ein solcher Fehlerzustand ist in Fig. 12 gezeigt, in der die Verschiebungsverschiebung der überlappenden Komponentenbilder sich überlappende Abschnitte des roten und des grünen Komponentenbildes 260, 262 bewirkt hat, die auf dem roten Sensor 254 auftreffen, und sich überlappende Abschnitte des grünen und des blauen Komponentenbildes 262, 264 bewirkt hat, die auf dem grünen Sensor 256 auftreffen.
Wenn andererseits, wie es in Fig. 13 dargestellt ist, die Komponentenbilder eine extrem schmale Breite haben, dann bewirkt die geringste Verschiebungsbewegung der Komponentenbilder relativ zu den linearen Photosensorarrays einen Verlust der Ausrichtung zwischen diesen, wodurch folglich eine Fehlerbedingung erzeugt wird.
Die optimale Kompanentenbildbreite für ein System, das lediglich drei primäre Komponentenbilder mit gleicher Breite erzeugt, wie es in Fig. 14 dargestellt ist, ist eine Komponentenbildbreite, die gleich der Entfernung zwischen den longitudinalen Mittelachsen der Photosensorarrays ist. Eine solche Bildbreite ermöglicht die maximal mögliche Größe der Verschiebung zwischen den Komponentenbildmittellinien und den longitudinalen Sensorachsen, bevor eine Fehlerbedingung auftritt, d.h. ein mittiges Bild kann um bis zu einer Hälfte der Entfernung zwischen den Sensorachsen verschoben werden, bevor eine Fehlerbedingung auftritt.
Die Anmelder haben jedoch entdeckt, daß aus Gründen, die sich auf das unzureichende Verhalten der Filterschichten beziehen, zumindest einige Strahlteiler von dem Typ, der in dem oben angeführten Patent von Vincent und der Patentanmeldung von Vincent u.a. beschrieben wurde, Bänder 261, 263 des sekundären Außer-Farblicht (off-color light), Fig. 15, zwischen dem roten und dem grünen Komponentenbild 260, 262 bzw. zwischen dem grünen und dem blauen Komponentenbild 262, 264 erzeugen. Das Licht in den Bändern 261, 263 stellt nicht genau das Licht in jedem der Komponentenbilder 260, 262, 265 dar. Folglich erzeugt jedes Auftreffen der Lichtbänder 261, 263 auf einem linearen Photosensorarray eine Fehlerbedingung. Es wurde herausgefunden, daß diese Außer-Farblichtbänder (off-color light bands) 261, 263 etwa mittig zwischen benachbarten Komponentenbildern liegen und eine Breite haben, die ungefähr gleich der Breite der einzelnen Komponentenbilder ist. Folglich wurde herausgefunden, daß die optimale Komponentenbildbreite in Situationen, in denen solche Außer-Farblichtbänder auftreten, eine Bildbreite ist, die etwa gleich der Hälfte der Entfernung zwischen den longitudinalen Achsen der benachbarten linearen Photosensorarrays ist, wie es in Fig. 15 gezeigt ist.
Bestimmte Parameter, die bezüglich der Auswahl der Komponentenbildbreite wesentlich sind, werden nun anhand der Fig. 7 bis 9 beschrieben. Fig. 7 zeigt eine Draufsichtdarstellung einer Schmalbandregion 206 eines Dokuments, von der Licht von den Abtasterröhren 180, 184 (Fig. 6) reflektiert wird. Diese Schmalbandregion wird ebenfalls als "Abtastobjekt 206" bezeichnet. Licht von dieser Region und nur diese Region schafft den Lichtstrahl, der sich entlang des Lichtweges 210 bewegt, und der durch die Linse 216 fokussiert ist und durch den Strahlteiler 250 geteilt wird, um ein rotes, grünes und blaues Komponentenbild 260, 262, 264 auf der Photosensoranordnung 252 zu bilden. Anderes Licht von den Röhre 180, 184, das von dem Dokument 208 reflektiert wird, wird durch das Bauglied 176 daran gehindert, in die Linse 165 einzutreten. Das Abtastobjekt 206 hat eine erste lineare Grenze oder "Objektlinie" 280 und eine zweite lineare Grenze oder "Objektlinie" 282, die an entgegengesetzten Kanten 189, 191 des Lichtschlitzes 188 angeordnet sind. Eine Querschnittdarstellung des Abtastobjekts 206 und des Lichtschlitzes 108 sind schematisch in Fig. 8 gezeigt, wobei die Glastrageplatte 108 (Fig. 6) der Klarheit halber entfernt wurde. Fig. 8 zeigt zwei periphere Ebenen 286, 288, die durch die Strahlen des Lichts geformt sind, das von der Objektlinie 280 strahlt, das durch den Schlitz 188 läuft, und zeigt ebenfalls zwei periphere Ebenen 280, 292, die durch die Strahlen des Lichts gebildet sind, die von der Objektlinie 282 ausgehen. Die Ebene 286 und die Ebene 292 definieren die äußeren Grenzen des Lichtweges 210, der oben beschrieben wurde. (Die Breite des Lichtschlitzes 188 und die Entfernung zwischen dem Abtastobjekt 206 und dem Schlitz 188 wurden aus darstellerischen Gründen in Fig. 8 erheblich übertrieben. In einem echten Maßstab würden die Ebenen 286 und 292 vielmehr nahezu parallel gesehen.) Fig. 9 stellt die Fokussierung der Komponentenlinienbilder der Objektlinien 280 und 282 auf die Photosensoranordnung 252 dar. Das Aufteilen des Lichtstrahles, der den Lichtstrahlen in den Ebenen 286 und 288 zugeordnet ist und von der Objektlinie 280 ausgeht, in Komponentenstrahlen, die auf die Photosensoranordnung 252 fokussiert sind, um Komponentenlinienbilder 300, 302, 304 (Fig. 9 und 10) zu bilden, sind in Fig. 9 detailliert gezeigt. Das Aufteilen und Projizieren der Komponentenlinienbilder des Lichtstrahles, der den Lichtstrahlen in den Ebenen 290 und 292 zugeordnet ist und von der Objektlinie 282 ausgeht, ist in Fig. 9 nicht gezeigt, um unnötige Verwirrung zu vermeiden. Die Komponentenlinienbilder der Objektlinien 282 sind jedoch in Fig. 10 als Linienbilder 306, 308, 310 gezeigt.
Folglich kann durch Auswählen der geeigneten Parameter eine erwünschte Breite für die Komponentenabtastbilder ausgewählt werden. Die Breite jedes Komponentenabtastbildes, zum Beispiel die Entfernung zwischen den Bildlinien 300, 306, kann zum Beispiel wie folgt ausgedrückt werden:
W&sub2; = W&sub1;M (1 + D&sub1;/(D&sub2; - D&sub1;))
mit:
W&sub2; ist die Breite jedes Komponentenabtastbildes;
W&sub1; ist die Breite des Schlitzes 188;
M ist die Vergrößerung der Linse 165;
D&sub1; ist die Lichtwegentfernung zwischen dem Abtastobjekt 206 und dem Schlitz 188; und
D&sub2; ist die Lichtwegentfernung zwischen dem Lichtschlitz 188 und dem Mittelpunkt der Linse 165.
Bei einer typischen Anwendung ist der Lichtschlitz 188 so nahe an der Glasplatte 108 (Fig. 6), die das Dokument 208 trägt, angeordnet, wie dies physikalisch möglich ist, und folglich ist die Entfernung D&sub1; verglichen mit der Entfernung zwischen dem Lichtschlitz 188 und der Linse 165 sehr klein. Als ein Ergebnis ist der Wert des Terms (D&sub1;/(D&sub2;-D&sub1;) im allgemeinen so klein, daß dieser vernachlässigbar ist. Folglich stellt W&sub2; = W&sub1;M eine gute Approximation dar. Folglich ist die Breite eines Komponentenbildes etwa gleich der Breite des Lichtschlitzes 188 multipliziert mit der Verstärkung der Linse 165, oder umgekehrt die Breite des Lichtschlitzes 188 ist etwa gleich der Breite eines Komponentenbildes geteilt durch die Verstärkung der Linse 165. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Breite der Komponentenbilder nicht größer als etwa das Beabstandungsintervall zwischen den Photosensoren und nicht kleiner als etwa die Hälfte des Beabstandungsintervalls zwischen den Photosensoren. Folglich ist die Breite des Lichtschlitzes 188 multipliziert mit der Vergrößerung der Linse 165 nicht größer als etwa das Beabstandungsintervall zwischen den Photosensoren und ist nicht kleiner als etwa die Hälfte der Beabstandung zwischen den Photosensoren. Etwas anders ausgedrückt ist das Beabstandungsintervall zwischen den linearen Photosensorarrays nicht kleiner als etwa die Breite des Lichtschlitzes multipliziert mit der Linsenverstärkung und ist nicht größer als etwa das Doppelte der Breite des Lichtschlitzes multipliziert mit der Linsenverstärkung.
Obwohl ein beispielhaftes und derzeit bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung hier detailliert beschrieben wurde, wird darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäßen Konzepte auf andere Weise vielfach ausgeführt und verwendet werden können, und daß die nachfolgenden Ansprüche dazu dienen, solche Veränderungen einzuschließen, außer wenn diese durch den Stand der Technik begrenzt sind.

Claims

1. Ein optisches Abtastergerät zum Erzeugen maschinenlesbarer Daten, die Farbbilder von abgetasteten Objekten darstellen, mit:

a) einer länglichen Lichtschlitzeinrichtung (188) mit schmaler Breite, um den Durchlaß eines Abbildungslichtstrahles von einem schmalen Bandabschnitt eines Objekts, das abgetastet wird, zu ermöglichen;

b) einer Linseneinrichtung (165), um den Abbildungslichtstrahl zu fokussieren;

c) einer Strahlteilereinrichtung (250), um den Abbildungslichtstrahl in eine Mehrzahl von Farbkomponentenstrahlen zu trennen;

d) einer Mehrzahl von parallelen, linearen Photosensorarrayeinrichtungen (252), die in einer gemeinsamen Sensorebene angeordnet sind und voneinander um gleiche Intervalle beabstandet sind, um Farbkomponentenbilder anzunehmen, die durch die Farbkomponentenstrahlen projiziert werden; und

e) wobei die Lichtschlitzeinrichtung (188) und die Linseneinrichtung (165) aufgebaut und angeordnet sind, so daß die Breite jedes Farbkomponentenbildes in der gemeinsamen Sensorebene nicht größer ist als etwa die Intervallbeabstandung der Photosensorarrayeinrichtung (252) und nicht kleiner als etwa die Hälfte der Intervallbeabstandung der Photosensorarrayeinrichtung (252).

2. Das Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Lichtschlitzeinrichtung (188) und die Linseneinrichtung (165) aufgebaut und angeordnet sind, so daß die Breite jedes Farbkomponentenbildes in der gemeinsamen Sensorebene etwa gleich der Hälfte der Intervallbeabstandung der Photosensorarrayeinrichtung (252) ist.

3. Das Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Lichtschlitzeinrichtung (188), die Linseneinrichtung (165), die Strahlteilereinrichtung (250) und die lineare Photosensorarrayeinrichtung (252) relativ zueinander in einer gemeinsamen Wagenanordnung (140) fest angeordnet sind.

4. Das Gerät nach Anspruch 3, bei dem die Wagenanordnung (140) ferner eine Mehrzahl von fest befestigten Spiegeln (212, 214, 216) umfaßt, die zwischen der Lichtschlitzeinrichtung (188) und der Linseneinrichtung (165) angeordnet sind und angepaßt sind, um den Abbildungslichtstrahl von der Lichtschlitzeinrichtung (188) zu der Linseneinrichtung (165) zu reflektieren.

5. Das Gerät nach Anspruch 4, bei dem die Wagenanordnung (140) relativ zu einer Trageplatte (108) linear verschiebbar ist, die angepaßt ist, um ein Objekt, das abzutasten ist, stationär zu tragen.

6. Das Gerät nach Anspruch 2, bei dem die Lichtschlitzeinrichtung (188), die Linseneinrichtung (165), die Strahlteilereinrichtung (250) und die lineare Photosensorarrayeinrichtung (252) relativ zueinander in einer gemeinsamen Wagenanordnung (140) fest angeordnet sind.

7. Das Gerät nach Anspruch 6, bei dem die Wagenanordnung (140) ferner eine Mehrzahl von fest befestigten Spiegeln (212, 214, 216) umfaßt, die zwischen der Lichtschlitzeinrichtung (188) und der Linseneinrichtung (165) angeordnet sind und angepaßt sind, um den Abbildungslichtstrahl von der Lichtschlitzeinrichtung (188) zu der Linseneinrichtung (165) zu reflektieren.

8. Das Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Wagenanordnung (140) relativ zu einer Trageplatte (108) linear verschiebbar ist, die angepaßt ist, um ein Objekt, das abzutasten ist, stationär zu halten.

9. Ein optisches Abtastergerät zum Erzeugen maschinenlesbarer Daten, die Farbbilder von abgetasteten Objekten darstellen, mit:

b) einer Linseneinrichtung (165), um den Abbildungslichtstrahl zu fokussieren;

c) einer Lichtteilereinrichtung (250), um den Abbildungslichtstrahl in eine Mehrzahl von Farbkomponentenstrahlen zu trennen;

e) wobei die Intervallbeabstandung der linearen Photosensorarrayeinrichtungen (252) nicht kleiner als etwa die Breite der Lichtschlitzeinrichtung (188) multipliziert mit der Verstärkung der Linseneinrichtung (165) und nicht größer als etwa das Doppelte der Breite der Lichtschlitzeinrichtung (188) multipliziert mit der Verstärkung der Linseneinrichtung (165) ist.

10. Das Gerät nach Anspruch 9, bei dem die Intervallbeabstandung der linearen Photosensorarrayeinrichtung etwa gleich dem Doppelten der Breite der Lichtschlitzeinrichtung multipliziert mit der Verstärkung der Linseneinrichtung ist.

11. Das Gerät nach Anspruch 1, das ferner einschließt:

a) eine feste, transparente Trageplatte zum stationären Tragen von abzutastenden Medien;

b) eine Wageneinrichtung, die gegenüber einer Oberfläche der transparenten Platte angeordnet ist und parallel zu dieser verschiebbar ist, um alle optischen Komponenten der Abbildungsanordnung zu tragen, wobei die Lichtschlitzeinrichtung fest auf der Wageneinrichtung befestigt ist, um ein Band mit schmaler Breite des Abbildungslichtes durchzulassen, das von einem umgekehrt angeordneten Abschnitt der Medien dadurch reflektiert wird;

c) eine Spiegeleinrichtung, die fest auf der Wageneinrichtung befestigt ist, um das Abbildungslicht entlang eines vorbestimmten Lichtweges zu führen, wobei die Linseneinrichtung an einer vorbestimmten Position entlang des Lichtweges angeordnet ist und fest auf der Wageneinrichtung befestigt ist, um das Abbildungslicht zu fokussieren, wobei die Strahlteilereinrichtung auf der Wageneinrichtung fest befestigt ist, um das Abbildungslicht in getrennte Abbildungslichtfarbkomponenten zu trennen, und wobei die linearen Photosensorarrayeinrichtung fest auf der Wageneinrichtung befestigt ist, um ein Signal zu erzeugen, das Farbkomponentenbilder der Abbildungslichtfarbkomponenten, die darauffokussiert sind, darstellt.