DE69211776T2

DE69211776T2 - Einrichtung und Verfahren zur Steuerung der Positioniergenauigkeit eines Abtasters in der Y-Richtung

Info

Publication number: DE69211776T2
Application number: DE69211776T
Authority: DE
Inventors: David W Boyd; Greg A Degi; Irene F Stein; Steven L Webb
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1991-05-22
Filing date: 1992-05-14
Publication date: 1996-10-31
Anticipated expiration: 2012-05-15
Also published as: EP0515088B1; JP3437586B2; US5341225A; EP0515088A1; DE69211776D1; JPH05207238A

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Bildabtastvorrichtungen und insbesondere auf eine verbesserte Y-Positionierung des Abtastfensters, um eine feinere Genauigkeit als die Schrittgröße des Motors zu erreichen. Eine verbesserte Umpositionierung wird durch ein Synchronisieren der Mitte der Belichtungszeit mit der Zeit, zu der sich das Sensorarray über der Mitte der Dokumentenlinie befindet, erreicht.

2. Verwandte Technik

Übliche Abtastvorrichtungen bewegen den Wagen mit einer einzigen Geschwindigkeit und verwenden ein Linien-Weglassen und eine -Vervielfältigung, um verschiedene Auflösungen zu erhalten. Bei vorliegenden Abtastsystemen wird das Beginnen und das Neubeginnen des Abtastens nach einem Puffer-voll-Zustand beispielsweise stets an einer Schrittgrenze des Schrittmotors durchgeführt.
Sobald eine Abtastvorrichtung bestimmt, daß ein Abtasten aufgrund eines Puffer-voll-Zustands angehalten werden soll, muß der Schrittmotor gestoppt und neu gestartet werden. Da der Wagen jedoch während mehrerer Motorschritte abbremsen muß, muß der Schrittmotor umgeschaltet werden, um den Wagen neu zu positionieren. Der Neustart des Abtastens wird üblicherweise an einer Motorschrittgrenze durchgeführt. Daher werden bei herkömmlichen Abtastvorrichtungen unterschiedliche Abtastauflösungen durch das selektive Ignorieren abgetasteter Linien erreicht. Beispielsweise kann bei einer Abtastvorrichtung (Scanner) mit einer Schrittmotorgeschwindigkeit von 300 Punkten pro Inch (dpi) eine Auflösung von 200 dpi erhalten werden, indem nur zwei von jeweils drei abgetasteten Linien in einen Pufferspeicher gegeben werden.
Bei herkömmlichen Abtastvorrichtungen kann die Granularität der Belichtungszeit des CCD bis zu eine Fehlerlinie in der Auflösung einer angehaltenen Abtastung bewirken, da nur Positionsinformationen verwendet werden, um die Abtastvorrichtung neu zu starten.
Die EP-A-0,363,983 offenbart eine Bilderzeugungsvorrichtung, die einen Sensor zum Lesen eines Bilds eines Originals, eine Bewegungseinheit zuin Bewegen einer Bildleseposition des Lesers und einen Treiber zum Liefern eines Treibersignals zu der Bewegungseinheit aufweist. Zu der Zeit, zu der der Host-Computer den Leseunterbrechungsbefehl ausgibt, wird die Ausgabe des Treiberpulses zu dem Treiber gestoppt. Zur gleichen Zeit werden die Daten der Linie, die durch den Lesesensor gelesen wird, nicht in dem folgenden Zyklus von dem Host-Computer angenommen, sondern werden nach der Wiederaufnahme des Lesens zu dem Host-Computer übertragen. Folglich ist zu der Zeit der Wiederaufnahme des Lesens eine Auswahleinrichtung init deiü Pufferspeicher verbunden, wobei die Bilddaten in der letzten Linie, die vor der Unterbrechung gelesen worden sind, zuerst von dem Pufferspeicher zu dem Host-Computer übertragen werden, woraufhin die Auswahleinrichtung umgeschaltet wird, uin in den normalen Zustand zurückzukehren.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Bildabtastung zu schaffen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Bildabtastsystem geschaffen, wie es in Anspruch 1 spezifiziert ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren des Abtastens von Bildern geschaffen, wie es in Anspruch 3 spezifiziert ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Bildabtastsystem geschaffen, wie es in Anspruch 5 spezifiziert ist.
Die vorliegende Erfindung berücksichtigt die CCD-Belichtungszeit bei den Beschleunigungsberechnungen, um einen Granularitätsfehler zu minimieren. Indem ermöglicht wird, daß die Abtastvorrichtung den Beginn einer CCD-Belichtungszeit mit bekannten Motorschrittinkrementen neu synchronisiert, wird die Berechnung leichter gemacht.
Unterschiedliche Y-Auflösungen werden durch ein Ändern der Geschwindigkeit des Wagens erreicht.
Die vorliegende Erfindung kombiniert die Fähigkeit, den Beginn einer CCD-Linie mit Positionsinformationen genau auf einen kleinen Bruchteil einer Schrittmotor-Schrittgröße zu synchronisieren, wodurch ermöglicht wird, daß die Abtastvorrichtung das Abtasten nach einer Mittelabtastpause für einen breiten Bereich von Y-Positionierungsgeschwindigkeiten mit einer Positionsgenauigkeit wieder aufnimmt, die viel besser als eine Linie ist. Außerdem ermöglicht dieselbe eine Y-Positionierung des Abtastfensters mit einer feineren Genauigkeit als gerade der Motorschrittgröße.
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf das Abtasten von Bildern in einem System mit einem Photoerfassungsarray, einem Bildpuffer und einem Schrittmotor zum Erzeugen digitaler Daten eines Originals mit einer oder mehreren Auflösungen, die Abtastlinienabmessungen entlang einer Y-Richtung aufweisen, die durch die Beziehung der Y-Positionierungsgeschwindigkeit zu der Array-Belichtungszeit definiert sind.
Ein Steuersystem ist verwendet, um den Motor mit der Y-Positionierungsgeschwindigkeit schrittweise zu schalten, um das Array bezüglich des Originals zu positionieren. Die abgetasteten Daten werden dann zu dem Bildpuffer übertragen. Das Steuersystem synchronisiert ferner das schrittweise Schalten und die Datenübertragung, um die Abmessung der Abtastlinie bezüglich der Motorschritte zu ändern, und die eine oder die mehreren Auflösungen zu erreichen.
Die Mitte der Arraybeleuchtungszeit ist festgelegt, um mit der Zeit zusammenzufallen, zu der das Array in der Mitte der Abtastlinie positioniert ist, was der Position des Arrays zu der Zeit der Abtastlinienpause entspricht, woraufhin die Datenübertragung von dem Array zu dem Bildpuffer wiederum begonnen wird.
Das Bildabtastsystem der vorliegenden Erfindung dient zum Erzeugen digitaler Daten einer vorbestimmten Auflösung, die ein abgetastetes Bild eines Originals darstellen. Das System weist ein Photoerfassungsarray (beispielsweise ein CCD oder ladungsgekoppeltes Bauelement), um analoge Daten zu erzeugen, die dann wieder in digitale Daten umgewandelt werden, einen Schrittmotor mit Schritten einer vorbestimmten Größe, um das CCD-Array bezüglich des Originals zu positionieren, einen Bildpuffer, um die Daten zu speichern, und ein Steuersystem, um das Speichern mit der Ausgabe des Arrays mit einer oder mehreren Y-Positionierungsgeschwindigkeiten zu synchronisieren, auf. Abtastlinienabmessungen entlang der Y- Richtung sind durch die Beziehung der Y-Positionierungsgeschwindigkeit zu der CCD-Belichtungszeit definiert. Die Abtastlinien in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung weisen Grenzen auf, wobei die Grenzen auf oder zwischen Motorschritten stattfinden knnen.
Die Erfindung wird besser offensichtlich, wenn auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigen:
Fig. 1 eine partielle schematische Seitenansicht der Umgebung eines Abtastvorrichtungssystems in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine linearisierte Darstellung des optischen Wegs der Abtastvorrichtung von Fig. 1;
Fig. 3 eine teilweise unterbrochene, schematische Ansicht des Schaltungsaufbaus zum Handhaben und Digitalisieren erfaßter analoger Daten, die von einem Abtastvorrichtungssystem in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung empfangen werden;
Fig. 4 ein Blockdiagramm der Schaltungselemente in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine Darstellung einer Pufferspeicherorganisation in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 eine Darstellung der Abtastkopfbewegung relativ zu einem Dokument, wie sie in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung bestimmt ist;
Fig. 7 ein Flußdiagramm des Systembetriebs gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 ein Blockdiagramm eines Abtastvorrichtungssystems in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 ein Blockdiagramm des Zeitgebers, der in Fig. 8 gezeigt ist, in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 ein Diagramm, das die Beziehung der Geschwindigkeit und des Abstands in der Y-Richtung für eine Abtastung ohne Umpositionierungen zeigt;
Fig. 11 ein Diagramm, das die Beziehung der Geschwindigkeit und des Abstands in der Y-Richtung für eine Abtastung mit einer Umpositionierung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 12 den trivialen Fall, bei dem Motorschritte und Abtastlinien zusammenfallen; und
Fig. 13 den nicht-trivialen Fall, bei dem Motorschritte und Abtastlinien nicht zusammenfallen, gemäß der vorliegenden Erfindung.
Eine typische Dokumentenabtastungs-Maschinenumgebung zum Implementieren der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 1 bis 3 in der Form eines Scannersystems 100 dargestellt. Obwohl dieser Scanner von dem allgemeinen Typ ist, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet wird, ist die Erfindung nicht auf diese Struktur begrenzt.
Bei diesem beispielhaften Scanner wird ein Dokument (oder Original) 102 derart positioniert, daß eine Seite abwärts einer transparenten Auflageplatte 104 zugewandt ist. Die abwärts gewandte Seite des Dokuments 102 wird dann abgetastet, um die sichtbaren Bilder, die auf demselben enthalten sind, in ein elektronisches Bild umzuwandeln, das durch Datenverarbeitungsmaschinen und dergleichen verwendbar ist.
Das Abtasten wird durch den beweglichen Wagen 106 erreicht, der eine lineare Lichtquelle 108 und ein Array 110 von reflektierenden Spiegeln enthält. Ein Motor 112 ist beispielsweise durch Getriebe, Kabel oder dergleichen mechanisch mit dem Wagen 106 gekoppelt, um den Wagen 106 entlang der Länge der Auflageplatte 104 zu bewegen. Das Licht, das von der Auflageplatte 104 reflektiert wird, wird in eine Linse 114 und daher in ein Sensorarray 116 umgeleitet.
Es sei bemerkt, daß alternative Abtastanordnungen verfügbar sind. Beispielsweise könnte der Beleuchtungskörper 108 fest bleiben, wobei sein Licht mittels noch eines weiteren Spiegeis auf dem Wagen 106 auf eine Abtastlinie 118 gerichtet ist. Ferner ist ein ähnliches Abtastergebnis möglich, indem der Beleuchtungskörper 108 ebenso wie ein Spiegelarray 110 festgehalten werden, während das Dokument 102 entsprechend der Linie 118 an einem festen Abtastort vorbei getrieben wird. Duale Spiegelwagen, wobei sich ein Wagen mit der Hälfte der Geschwindigkeit des anderen bewegt, um reflektiertes Licht in das stationäre Sensorarray 116 zu leiten, sind noch eine weitere voraussichtliche alternative Konfiguration.
Der Sensor 116 ist vorzugsweise eine Anordnung aus ladungsgekoppelten Bauelementen (CCD), die als ein lineares serielles Array von diskreten Detektorzellen konfiguriert ist. Jede Detektorzelle des Sensorarrays 116 definiert ein Dokumentenbildelement (PEL) oder Pixel. CCD's, die eine Vielzahl von Zellendichten auf dem Dokument unterscheiden können (beispielsweise 300 oder 400 Zellen pro Inch), sind ohne weiteres kommerziell erhältlich und können eine Auflösung guter Qualität liefern. Verschiedene andere Haibleiterelemente, die einen Widerstand oder ein Potential als Reaktion auf einfallendes Licht erzeugen, können verwendet werden, beispielsweise photoempfindliche Widerstände.
Bei Fig. 2 wird die typische Bildabtastlinie 118 (siehe Fig. 1) längenmäßig in einem vorbestimmten Verhältnis (beispielsweise 7,5:1) reduziert, während sie durch die Linse 114 läuft, bevor sie das Sensorarray 116 erreicht. Der analoge elektrische Signalinhalt des Sensorarrays 116 wird periodisch ausgelesen, Dokumentenlinie um Dokumentenlinie, während sich der Wagen 106 entlang der Länge des Dokuments 102 auf der Auflageplatte 104 bewegt, wodurch derselbe eine Bewegung in der Y-Richtung definiert.
Wie wiederum in Fig. 1 gezeigt ist, werden die Ausgabeabtastsignale von dem Sensorarray 116 durch ein flexibles Kabel 120 für eine Umwandlung in eine digitale Form, wie nachfolgend in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben wird, zu einer elektronischen Steuerung 122 gekoppelt. Die Steuerung 122 führt Treibersignale zu dem Motor 112 ein und kann auf eine offenschleifige Art und Weise ohne Rückkopplung arbeiten. Sie kann jedoch ferner positions- oder Bewegungs-Rückkopplungsinformationen bezüglich des Wagens 106 empfangen. Die Steuerung 122 schließt die Datenverarbeitungs- und Handhabungs-Elemente zum Austauschen von Daten und Signalen mit einem Fernprozessor in Kommunikation mit dem Ausgabekabel 126 gemäß der vorliegenden Erfindung ein. Der Betrieb der Steuerungseinheit 122 ist detaillierter nachfolgend in Verbindung mit Fig. 4 und folgenden beschrieben.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung zum Auslesen des Inhalts des Sensorarrays 116. Mittels des Durchschaltens von Signalsteuerungen (nicht gezeigt), typischerweise von der Steuerung 122, wird der analoge Signalinhalt jeder zweiten Detektorzelle 335 des Photozellenarrays 116 parallel in ein analoges Schieberegister 336 gekoppelt, während die Signale, die in den anderen, dazwischenliegenden Zellen 335 vorliegen, parallel in ein analoges Schieberegister 338 gekoppelt werden. (Die Zellen 335 können Photodioden sein, während die analogen Schieberegister 336 und 338 ladungsgekoppelte Schieber sein können). D.h., daß der Inhalt der ungeradzahligen Zellen 335 des Arrays 116 periodisch zu dem Schieberegister 336 übertragen wird, wohingegen der Inhalt der geradzahligen Zellen zur gleichen Zeit zu dem Schieberegister 338 übertragen wird.
Die Signale, die in die Schieberegister 336 und 338 geladen werden, sind analoge Signale, die verschiedene reflektierte Lichtpegel von einzelnen Pixeln des Dokuments 102 in die Zellen 335 des Arrays 116 darstellen. Ihre elektrische analoge Größe entspricht dem Durchschnitt des Lichts, das von einer kleinen inkrementalen Fläche oder einem Pixel auf der Oberflcche des Dokuments 102 über eine vorbestimmte Zeitperiode reflektiert wird. Nach der Übertragung in die Register 336 und 338 werden diese Signale seriell durch einen Multiplexer 330 in einen Analog/Digital-Wandler (A/D) 332 geschoben. Eine Vielzahl von Analog/Digital-Wandlern sind für diesen Zweck kommerziell erhältlich.
Die Ausgabe 334 des A/D 332 ist eine Sequenz von Datenbytes, beispielsweise ein Datenbyte für jedes Dokumentenpixel (das auch als PEL bezeichnet wird). Jedes Byte wird codiert, um digital der Größe eines analogen Signals, das von den Schieberegistern 336 und 338 erhalten wird, zu entsprechen. Folglich entspricht jedes Byte der Größe von reflektiertem Licht, das an einer der Zellen des Arrays 335 vorliegt. D.h., daß, wenn das Array 335 300 Zellen oder Pixel pro Inch abbildet, die Ausgabe 334 des A/D 332 in gleicher Weise 300 Byte pro Inch (1 Inch = 2,54 cm) aufweist.
Die Organisation der elektrischen und elektronischen Hauptkomponenten, die einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zugeordnet ist, ist in Blockdiagrammform in Fig. 4 umrissen. Eine Master-Zentralverarbeitungseinheit (CPU) 440 steuert die Bewegung des Wagens 106 (siehe Fig. 1) durch geeignete Aktivierungssignale auf einer Verbindung 442 zum Weiterschalten des Motors 112. Zusätzlich schaltet ein Slave-Prozessor 452 die CCD-Abtastung und die Analog/Digital-Umwandlung des Sensor/Wandler-Arrays 116 über einen Steuerungssignaldialog über eine Steuerleitung 446 ein und aus.
Das digitale Datenergebnis, das von dem Array 116 erhalten wird, wird parallel auf einer Mehrleitungsverbindung 450 zu dem Slave-Prozessor 452 geliefert, der die Datenbytes über eine bidirektionale Verbindung 456 in einen Speicherort in einem Pufferspeicher 454 eingibt. In gleicher Weise überträgt der Pufferspeicher 454 Daten über die Verbindung 456 zurück zu dem Slave-Prozessor 452. Der Slave-Prozessor 452 empfängt und speichert Daten als Reaktion auf Befehle von dem Master-Prozessor 440 über eine Verbindung 458 und informiert den Master-Prozessor 440 über eine Verbindung 460 durchgehend über seinen Status und seine Operationen.
Der Slave-Prozessor 452 ist über die bidirektionale Kommunikationsverbindung 126, die oben erläutert wurde, ebenfalls mit einer Host-Datenhandhabungseinheit 470 in Verbindung. Obwohl Parallelbit-Mehrleitungskabel die Schnittstelle zwischen dem Host 470 und dem Slave-Prozessor 452 liefern könnten, ist eine Vielzahl von Datenübertragungstechniken zu diesem Zweck verfügbar, einschließlich Modems, Lichtleitfaser-Kommunikationen und Äquivalenten, wie für Fachleute offensichtlich ist.
Der Pufferspeicher 454 ist in Fig. 5 als eine Tabelle mit einer Sequenz von Datenspeicherorten 0 bis N dargestellt. Wenn ein Byte, ein Block oder eine Gruppe von Daten von dem Sensor/Wandler-Array 116 über das Kabel 450 empfangen wird, wird dasselbe in den nächsten verfügbaren Ort, beginnend mit dem Ort 0, eingefügt. Wenn der Host 470 dem Slave-Prozessor 452 mitteilt, daß er bereit ist, Daten zu empfangen, beginnt der Slave-Prozessor 452 Datenblöcke über die Verbindung 126 zu dem Host 470 zu übertragen, beginnend mit den Daten, die in dem Ort 0 des Pufferspeichers 454 enthalten sind. Das Laden des Orts N schließt das Füllen des Pufferspeichers 454 ab, wobei der Slave-Prozessor 452 zu diesem Zeitpunkt unmittelbar beginnt, Daten wiederum in den Ort 0 zu laden, vorausgesetzt, daß derselbe verfügbar ist. Der Slave-Prozessor 452 kann gleichzeitig den Eintrag von Datenblöcken in den Pufferspeicher 454 von dem Sensorarray 116 und die Übertragung von Datenblöcken von dem Pufferspeicher 454 zu dem Host 470 handhaben.
Solange der Host 470 Daten von dem Slave-Prozessor 452 so schnell wie, oder schneller als Daten in den Pufferspeicher 454 eingefügt werden, anfordert, fährt das System reibungslos fort, bis Daten, die dem gesamten Dokument 102 entsprechen, durch die Abtastvorrichtung abgetastet sind. Die Übertragung der Daten zu dem Host 470 beginnt mit dem Inhalt des Orts 0 und setzt sich sequentiell bis zu dem Ort "N" fort, so daß der Pufferspeicher 454 auf einer umlaufenden Zuersthinein-, Zuerst-heraus-Basis beladen und entladen wird. Typischerweise lädt der Slave-Prozessor 452 Daten in einen späteren Ort des Speichers 454, beispielsweise am Ort "X" zu der gleichen Zeit, zu der Daten aus einem früheren Speicherort (beispielsweise 0, 1, 2, 3, usw.) für eine Übertragung zu der Schnittstelle des Hosts 470 gewonnen werden.
Der Slave-Prozessor 452 benachrichtigt den Master-Prozessor 440, wann immer nicht ausreichend leere Speicherorte existieren, um Dokumentenliniendaten zu speichern. Dies könnte beispielsweise auftreten, wenn der Slave-Prozessor 452 den Ort N geladen hat, der Host 470 jedoch nicht in der Lage war, Daten abzurufen, die im Ort 0 enthalten sind. Alternativ kann der Host 470 Daten vom Ort 0 bis zum Ort X empfangen haben, wobei der Slave-Prozessor 452 bis zum Ort N geladen und die Daten umgeschichtet hat, derart, daß derselbe neu geladene Orte 0 bis X-20 aufweist und für die nächste Linie 30 Orte benötigt. Zu diesem Zeitpunkt bemerkt der Master-Prozessor 440 den Ort des Arrays 116 relativ zu dem Dokument und hält den Treibermotor 112 an. Er schaltet ferner den Treibermotor 112 um, um den Wagen 106 zu einem Punkt vor dem bemerkten Anhaltepunkt zurückzubringen, wo derselbe verbleibt, bis der Host 470 Daten von den Pufferspeicherorten wiedergewinnt.
Die Bewegung des Wagens 106 relativ zu der Auflageplatte 104 und dem betrachteten Dokument 102 gemäß dem vorher Gesagten ist in Fig. 6 dargestellt. Der Master-Prozessor 440 betätigt den Antriebsmotor 112, so daß der Wagen 106 eine vorbestimmte Geschwindigkeit aufweist, wenn er die vordere Kante des Dokuments 102 erreicht. Für dieses Beispiel sei angenommen, daß der Pufferspeicher 454 voll ist, wenn der Wagen 106 eine Linie 666 seiner Abtastung des Dokuments 102 erreicht. Der Master-Prozessor 440 bewirkt, daß der Antriebsmotor 112 anhält, so daß der Wagen 106 anhält, wenn er die Position 668, die jenseits von 666 liegt, errecht. Der Master-Prozessor 440 schaltet den Antriebsmotor 112 um, so daß der Wagen 106 in eine Position 470 zurückkehrt, wo derselbe verbleibt, bis der Master-Prozessor 440 bestimmt, daß der Slave-Prozessor 452 nun weitere Daten in den Pufferspeicher 454 laden kann. Der Abstand von 670 zu 666 ist derart, daß der Wagen 106 wiederum die volle Geschwindigkeit aufweist, wenn er die Position 666 erreicht, um das Erzeugen weiter Abtastdaten zu beginnen.
Die vorherige Stopp/Start-Sequenz wiederholt sich jedesmal, wenn der Pufferspeicher 454 voll ist und auf eine Datenanforderung von dem Host 470 wartet. Zwei weitere solche Sequenzen sind in Fig. 6 bei 672 - 676 und 678 - 682 darge stellt. Schließlich ist das gesamte Dokument 102, das die Daten definiert, die abgetastet werden sollen, in den Pufferspeicher 454 geladen und über die Schnittstelle 126 zu dem Fern-Host 470 übertragen.
Fig. 7 ist ein Flußdiagramm, das die Sequenz von Entscheidungen und Handlungen darstellt, die dem Betrieb der Elemente, die hierin in Verbindung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben sind, zugeordnet sind. D.h., daß Fig. 7 ein Flußdiagramm einer Abtastung ist, die sich auf die Puffersteuerung bezieht. Die rechte Hälfte von Fig. 7 ist der Host 470, der fordert, Daten, jeweils einen Teil einzeln, zu empfangen. Die linke Seite zeigt die Abtastvorrichtung 100, die zwei Operationen gleichzeitig durchführt: Füllen des Puffers 454 mit abgetasteten Daten und Leeren des Puffers 454, wenn er die Host-Anforderungen erfüllt. Andererseits ist Fig. 7 einfach und ohne weiteres für Fachleute verständlich.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ermöglicht das Abtastsystem das Abtasten von Dokumenten mit verschiedenen Y-Positionierungsgeschwindigkeiten. Die Abtastlinienabmessungen in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung entlang der Y-Richtung sind durch die gewünschte Abtastauflösung definiert. Die Abtastlinienabmessung ist durch die Beziehung der Y-Positionierungsgeschwindigkeit und der CCD-Belichtungszeit gesteuert. Das Ziel besteht darin, die Mitte der Belichtungszeit mit der Zeit zu synchronisieren, zu der der Wagen über der Mitte der Dokumentenlinie ist.
Bezugnehmend nun auf Fig. 8 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der Master-Prozessor 440 ermöglicht, daß der Motor 112 die Steuerleitung 442 verwendet. Ein Zeitgeber 900 ist dem Slave-Prozessor 452, dem Master-Prozessor 440 und dem Motor 112 gemeinsam. Ein Funktionsblockdiagramm des Zeitgebers 900 ist in Fig. 9 gezeigt.
Der Zeitgeber 900 weist ein Ausgabevergleichsregister (OCR; OCR = Output Compare Register) 902, einen freilaufenden Taktzähler 904 und ein Eingabevergleichsregister (ICR; ICR = Input Compare Register) 906 auf.
Variable Motorgeschwindigkeiten werden erhalten, indem der Wert der Zahleneingabe in das OCR 902 von dem Master-Prozessor 440 über eine Verbindung 910 geändert wird. Wenn die Zahl in dem OCR 902 mit der Anzahl in dem freilaufenden Taktzähler 904 übereinstimmt, wird ein Auslöserpuls 908 zu dem Motor 112 gesendet, um zu bewirken, daß derselbe schrittweise weiterschaltet.
Geringere Geschwindigkeiten werden erhalten, indem dem vorherigen Inhalt des OCR 902 größere Zahlen hinzugefügt werden, und indem dieser Inhalt ersetzt wird, während schnellere Geschwindigkeiten erhalten werden, indem kleinere Zahlen zu dem Inhalt des OCR 902 für nachfolgende Schritte hinzugefügt werden.
Eine Beschleunigung von einem angehaltenen Zustand auf die gewünschte Abtastgeschwindigkeit durch schrittweises Weiterschalten des Motors 112 zuerst langsam und dann zunehmend schneller durchgeführt, bis die gewünschte Abtastgeschwindigkeit erreicht ist, wobei zu dieser Zeit der Motor 112 beständig mit der gleichen Rate schrittweise weitergeschaltet wird.
Die Zahlen, die während einer Beschleunigungszeit zu dem OCR 902 hinzugefügt werden, werden einer "Beschleunigungs-Nachschlagtabelle" entnommen, welche eine Tabelle von Zahlen von groß zu kleiner in variablen Inkrementen ist, um zu ermöglichen, den Motor reibungslos rampenmäßig zu erhöhen (zu beschleunigen) oder rampenmäßig zu erniedrigen (abzubremsen). Die Beschleunigung wird durchgeführt, indem die Zahlen von groß zu klein verwendet werden, und ein Abbremsen wird durchgeführt, indem von klein zu groß zurückverfolgt wird. Die Nachschlagtabelle ist in den Figuren nicht gezeigt, würde jedoch vorzugsweise unter Verwendung beispielsweise eines EEPROM oder eines PLA implementiert sein.
(Für Fachleute werden äquivalente Techniken, um den vorhergehenden numerischen Vergleich zum schrittweisen Weiterschalten des Motors mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu erreichen, ohne weiteres offensichtlich sein. Es sollte offensichtlich sein, daß diese Technik als ein Beispiel und nicht als eine Begrenzung dargelegt wurde).
Damit der Master-Prozessor 440 weiß, wo der Wagen 106 für jeden Motorschritt ist, zählt er lediglich jeden Schritt des Motors 112.
Fig. 10 ist ein Diagramm, das die Beziehung der Geschwindigkeit und des Abstands in der Y-Richtung für eine Abtastung ohne Umpositionierungen zeigt. Die abgetasteten Daten sind durch den Abschnitt einer Linie vom Punkt C zum Punkt D dargestellt.
Es sei bemerkt, daß der gleiche Abstand vom Punkt A zum Punkt B benötigt wird, um den Wagen 106 zu beschleunigen, wie benötigt wird, um den Wagen 106 von einem Punkt E zu einem Punkt F abzubremsen. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, gilt zwischen den Punkten B und E ZEIT = ABSTAND * KONSTANTE, da der Wagen 106 mit einer konstanten Rate weitergeschaltet wird.
Die Zeit zwischen den Punkten B und C ist die Zeit (und der Abstand), die benötigt wird, um das System zu stabilisieren und das Array mit der Motorgeschwindigkeit zu synchronisieren, um die Abtastung präzise am Punkt C zu beginnen. Der Punkt C muß nicht auf einer Motorschrittgrenze liegen, wie nachfolgend weiter erläutert wird.
Es existiert ein kurzer Abstand zwischen dem Punkt D, dem Ende der abgetasteten Daten, und dem Punkt E, dem Start des Abbremsens. Dies ist nicht notwendig, existiert jedoch in der Realität, da der Master-Prozessor 440 eine begrenzte Zeit benötigt, um zu realisieren, daß die Abtastung abgeschlossen ist, und um den Abbremsprozeß zu starten.
Fig. 11 ist ein Diagramm, das die Beziehung der Geschwindigkeit und des Abstands in der Y-Richtung für eine Abtastung mit einer Umpositionierung zeigt. Die abgetasteten Daten sind als der Abschnitt der Linie zwischen den Punkten C und D gezeigt. Die Umpositionierung findet am Punkt I statt. Es ist wichtig zu bemerken, daß an den Punkten A, H, K und F jeweils die gleiche Geschwindigkeit, nämlich 0, vorliegt.
Während der Wagen 106 (beispielsweise das Array 116 und die CCD-Zellen 335) weitergeschaltet wird und zwischen den Punkten C und I abgetastet wird, wird durch den Slave-Prozessor 452 eine Abtastlinienpause- (oder eine Puffer-voll) Bedingung über die Verbindung 460 dem Master-Prozessor 440 signalisiert.
Ein Abbremsen zu einem Stillstand ist durch das Liniensegment JK gezeigt. Der Wagen 116 wird dann durch eine Beschleunigung in die negative Richtung umgedreht, wie durch das Liniensegment KL gezeigt ist, bis die Abtastgeschwindigkeit erreicht ist. Der Wagen bewegt sich mit Abtastgeschwindigkeit um den Stabilisierungsabstand plus den Reaktionsabstand IJ rückwärts, woraufhin der Wagen erneut gebremst wird, wie durch das Liniensegment MH gezeigt ist, und wartet, bis es Zeit ist, um erneut ein Abtasten zu beginnen. Der Stabilisierungsabstand sollte ausreichend lang sein, um zu ermöglichen, daß die mechanischen Störungen aufgrund einer Beschleunigung einen stabilen Zustand erreichen.
Wiederum ist es wichtig zu bemerken, daß die Punkte C, I und D nicht an Motorschrittgrenzen auftreten müssen.
Wie oben erläutert wurde, weist das Array 116 ein Array von Photoerfassungszellen 335 und die zwei Schieberegister 336 und 338 auf. Bei einem Signal von dem Slave-Prozessor (siehe Verbindung 812 in Fig. 8) werden die Informationen von den Zellen 335 zu den Schieberegistern 336 und 338 übertragen. Während die Schieberegister 336 und 338 verwendet werden, um Daten durch die Verbindung 450 zu dem Slave-Prozessor 452 zu leiten, sammelt das CCD 335 Informationen von der nächsten Linie des Dokuments.
Fig. 12 zeigt den trivialen Fall, bei dem die Motorschritte und die Abtastlinien zusammenfallen. Dies würde beispielsweise stattfinden, wenn ein Motorschritt bewirkt, daß sich der Motor 112 um 1/400 eines Inchs bewegt, und die gewünschte Abtastauflösung in die Y-Richtung 400 dpi war.
An dem Punktort C soll die Abtastung beginnen, so daß "Linie 7" die erste Linie ist, die in den Pufferspeicher 454 gegeben wird. Die Linie 7 in Fig. 12 stellt den Informationsbereich dar, der durch das Array gesammelt wird, und fällt in diesem trivialen Fall mit dem Bereich auf dem Dokument zusammen, der zwischen dem Motorschritt n+7 und dem Motorschritt n+8 durch das Array abgetastet wird.
Das Array sammelt vor dem Beginn der Abtastung Liniendaten. Die Linien 1, 2 ... 6 werden normalerweise durch das Array gesammelt, jedoch nicht durch den Slave-Prozessor in den Pufferspeicher eingegeben. Es ist jedoch notwendig, daß das Array während dieser Zeit läuft, um zu ermöglichen, daß sich verschiedene angehäufte Ladungen verteilen und ein neues Gleichgewicht erreicht wird.
Es sei bemerkt, daß der Punkt C der Start einer Abtastung sein könnte, oder ein Neustart einer Abtastung, wenn eine Umpositionierung stattfindet (d.h. wie die Position 1, auf die in Fig. 11 verwiesen wurde).
Fig. 13 zeigt den nicht-trivialen Fall, bei dem Motorschritte und Abtastlinien nicht zusammenfallen. Dies würde beispielsweise auftreten, wenn der Motorschritt bewirkte, daß sich der Motor um 1/400 eines Inchs bewegt, und die gewünschte Abtastauflösung in der Y-Richtung 300 dpi war. Die Abtastlinienabmessungen entlang der Y-Richtung sind daher durch die Beziehung der Y-Positionierungsgeschwindigkeit zu der gewünschten Sensorarray- (CCD-) Belichtungszeit definiert. Die Abtastlinien definieren Grenzen, wobei die Grenzen auf oder zwischen Motorschritten auftreten.
Am Punkt C soll die Abtastung starten, so daß die Linie 5 die erste Linieneingabe in den Pufferspeicher ist. Die Linie 5 in Fig. 13 stellt den Bereich dar, von dem das Sensorarray Informationen sammelt, wobei derselbe in diesem Fall mit dem Bereich zwischen dem Punkt C (welcher ein Drittel des Wegs zwischen dem Schritt n+5 und dem Schritt n+6 liegt) und dem Punkt D (welcher zwei Drittel des Wegs zwischen dem Schritt n+6 und dem Schritt n+7 liegt) zusammenfällt.
Es ist wichtig, daß das Sensorarray den Inhalt der photoempfindlichen Elemente in die Schieberegister überträgt und das Sammeln von Informationen auf der nächsten Linie am Punkt C beginnt.
Der Slave-Prozessor steuert das Sensorarray, um die Abtastlinien, die über die Verbindung 446 aus dem Sensorarray kommen, zu synchronisieren.
Jedesmal, wenn der Slave-Prozessor die Verarbeitung einer Linie von dem Sensorarray beendet hat, unterbricht der Slave-Prozessor den Master-Prozessor durch den Zeitgeber. Die Unterbrechung wird nicht notwendigerweise unmittelbar durch den Master-Prozessor gehandhabt, da eine Verbindung 812 zwischen dem Slave-Prozessor und dem Eingabeaufnahmeregister (ICR; ICR Input Capture Register) 906 des Zeitgebers enthalten ist, um ein Ende eines Leitungsereignisses zu signalisieren. Das Ende des Leitungsereignisses, das auf 812 signalisiert wird, ermöglicht, daß der Zeitgeber 900 die exakte Zeit des Linienendes in dem ICR 906 aufzeichnet.
Der Master-Prozessor zählt Abtastlinien, indem er zählt, wie oft der Slave-Prozessor über die Verbindung 460 signalisiert hat, und weiß ferner exakt, wann ein Ende einer Abtastlinienunterbrechung in Relation zu dem letzten Notorschritt aufgetreten ist, indem die Zeit der Ereignisinformationen von dem ICR 906 des Zeitgebers über die Verbindung 814 gelesen wird.
Wenn das Ende der Linienunterbrechung (460) ferner die letzte Linie ist, die in den Pufferspeicher 454 passen könnte (wie durch den Slave-Prozessor bestimmt wird), zeigt der Slave-Prozessor dem Master-Prozessor beispielsweise über die Verbindung 460 (d.h. die Verbindung 460 kann eine Mehr-Leiter- oder -Spur-Verbindung, wie sie auf dem Gebiet üblicherweise verwendet wird, sein), an, daß der Puffer voll ist. Der Master-Prozessor weiß nun durch das Lesen des ICR exakt, wann die Puffer-voll-Bedingung in Relation zu dem letzten Motorschritt stattgefunden hat. Dies ist der Punkt, an dem das Abtasten nach einer Umpositionierung wieder aufgenommen werden muß.
Da sowohl das OCR 902 als auch das ICR 906 auf den gleichen Taktzähler 904 bezogen sind, und der Motor mit einer konstanten Geschwindigkeit läuft, ist die Position des Motors 106 bezüglich der Motorschritte zu exakt der Zeit, zu der die Puffer-voll-Bedingung erhalten wird, bekannt.
Die Beziehung zwischen der Motorschrittlänge und der gewünschten Auflösung wird verwendet, um die exakte Motorweiterschaltung oder Zeit zwischen spezifischen Motorschritten zu bestimmen, um das Sensorarray neu zu synchronisieren.
Nach dem Umpositionieren des Sensorarrays wird diese exakte Position/Zeit verwendet, um das Puffern der abgetasteten Daten exakt an dem Punkt zu beginnen, an dem es vorher beendet wurde.

Claims

1. Ein Bildabtastsystem mit folgenden Merkmalen: einem Photoerfassungsarray (116), einem Bildpuffer (454), einem Schrittmotor (112) zum Erzeugen digitaler Daten eines Originals (102) als eine Reihe von Abtastlinien, die sich über eine Abtastrichtung des Systems erstrecken, wobei die Abtastlinien in der Abtastrichtung als eine Funktion der Abtastgeschwindigkeit und einer vorbestimmten Array-Belichtungszeit voneinander beabstandet sind;

einer ersten Einrichtung zum schrittweisen Weiterschalten des Schrittmotors (112) mit einer Abtastgeschwindigkeit zum Positionieren des Arrays (116) bezüglich des Originals (102);

einer zweiten Einrichtung (452) zum Bewirken, daß das Array (116) Daten zu dem Bildpuffer (454) überträgt;

einer Steuereinrichtung (440) zum Synchronisieren der ersten und der zweiten Einrichtung und zum Ändern der Abtastgeschwindigkeit, um dadurch die Beabstandung zwischen benachbarten Abtastlinien zu variieren, um eine oder mehrere Abtastauflösungen zu erhalten;

einer dritten Einrichtung zum Bestimmen einer Puffervoh-Bedingung und zum Initiieren einer Abtastlinienpause beim Auftreten einer Puffer-voll-Bedingung durch Signalisieren der zweiten Einrichtung, die Übertragung der Daten anzuhalten; und

einer vierten Einrichtung zum Bestimmen der Position des Arrays bezüglich der Motorschritte beim Auftreten der Abtastlinienpause;

wobei die Steuereinrichtung ferner konfiguriert ist, um das Array umzupositionieren, um das Abtasten basierend auf der bestimmten Position wieder aufzunehmen.

2. Ein System gemäß Anspruch 1, das ferner folgende Merkmale aufweist:

eine Einrichtung zum Umpositionieren des Arrays (116) auf einen Ort, der vor der Abtastlinienpause von dem Array überquert wird, um dadurch Daten zu stabilisieren, die durch das Array (116) vor dem Erreichen dieser Position, die durch die vierte Einrichtung bestimmt wird, erfaßt werden;

eine Einrichtung zum Bewirken, daß eine Mitte der Array-Belichtungszeit im wesentlichen mit einer Zeit zusammenfällt, zu der das Array (116) in der Mitte der Abtastlinie, die der Position des Arrays (116) zu der Zeit der Abtastlinienpause entspricht, positioniert ist; und

eine Einrichtung zum Signalisieren der zweiten Einrichtung, die Übertragung von Daten von dem Array zu dem Bildpuffer wieder zu beginnen.

3. Ein Verfahren zum Abtasten von Bildern in einem System mit einem Photosensorarray (116), einem Bildpuffer (454) und einem Schrittmotor (112) ium Erzeugen digitaler Daten eines Originals (102) als eine Reihe von Abtastlinien, die sich über eine Abtastrichtung des Systems erstrecken, wobei die Abtastlinien in der Abtastrichtung als eine Funktion der Abtastgeschwindigkeit und einer vorbestimmten Array-Belichtungszeit voneinander beabstandet sind, mit folgenden Schritten:

schrittweises Weiterschalten des Motors (112) mit einer Abtastgeschwindigkeit zum Positionieren des Arrays (116) bezüglich des Originals (102);

Bewirken, daß das Array (116) die Daten zu dem Bildpuffer (454) überträgt;

Synchronisieren des Weiterschaltens und der Datenübertragung, um die Abtastgeschwindigkeit zu ändern und dadurch die Beabstandung zwischen benachbarten Abtastlinien zu ändern, um eine oder mehrere Abtastauflösungen zu erhalten;

Bestimmen einer Puffer-voll-Bedingung;

Beginnen einer Abtastlinienpause beim Auftreten einer Puffer-voll-Bedingung, um die Übertragung der Daten zu beenden;

Bestimmen der Position des Arrays bezüglich der Motorschritte beim Auftreten der Abtastlinienpause; und

Umpositionieren des Arrays, um die Abtastung basierend auf der bestimmten Position wieder aufzunehmen.

4. Ein Verfahren gemäß Anspruch 3, das ferner folgende Schritte aufweist:

Umpositionieren des Arrays (116) auf einen Ort, der vor der Abtastlinienpause durch das Array (116) überquert wird, um dadurch Daten zu stabilisieren, die vor der Ankunft an der Position, an der die Datenübertragung angehalten wird, durch das Array (116) abgetastet werden;

Bewirken, daß eine Mitte der Array-Belichtungszeit im wesentlichen mit einer Zeit zusammenfällt, zu der das Array (116) in der Mitte der Abtastlinie, die der Position des Arrays zu der entsprechenden Zeit der Abtastlinienpause entspricht, positioniert ist; und

Wiederaufnehmen der Übertragung von Daten von dem Array (116) zu dem Bildpuffer.

5. Ein Bildabtastsystem mit einem Photoerfassungsarray (116); einem Bildpuffer (454); einem Schrittmotor (112), der Motorschritte einer vorbestimmten Schrittgröße aufweist, zum Erzeugen von Daten eines Originals (102) als eine Reihe von Abtastlinien, die sich über eine Abtastrichtung des Systems erstrecken, wobei die Abtastlinien in der Abtastrichtung als eine Funktion der Abtastgeschwindigkeit und einer vorbestimmten Array-Belichtungszeit voneinander beabstandet sind;

einer ersten Einrichtung zum schrittweisen Weiterschalten des Motors (112) mit einer Abtastgeschwindigkeit zum Positionieren des Arrays (116) bezüglich des Originals;

einer zweiten Einrichtung (452) zum Bewirken, daß das Array (116) die Daten zu dem Bildpuffer (454) überträgt;

einer dritten Einrichtung zum Bestimmen einer Puffer- voll-Bedingung und zum Initiieren einer Abtastlinienpause beim Auftreten einer Puffer-voll-Bedingung durch das Signalisieren der zweiten Einrichtung, die Übertragung der Daten anzuhalten;

einer vierten Einrichtung zum Bestimmen der Position des Arrays (116) bezüglich der Motorschritte bei einem Auftreten der Abtastlinienpause;

wobei die erste Einrichtung konfiguriert ist, um das Array (116) umzupositionieren, um ein Abtasten basierend auf der bestimmten Position wieder aufzunehmen, um dadurch den Neustart des Abtastens und die Übertragung der Daten zu dem Bildpuffer mit Positionierungsinformationen genau auf einen kleinen Bruchteil der Schrittgröße des Schrittmotors (112) zu synchronisieren.