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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Abtasttechniken
für Dokumente
und insbesondere auf ein Verfahren zum kontinuierlichen unidirektionalen
Abtasten, das eine mechanische Hysterese verringert und die Fläche unabgetasteter
Medien durch ein Abtasten entlang eines spiralförmigen Ortsweges auf Null reduziert.
Dieses Verfahren erzeugt Daten, die genau mit den Datenanforderungen eines
Tintenstrahldruckers mit spiralförmigem Wegort
zusammenpassen.
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Die
vorliegende Anmeldung bezieht sich auf die ebenfalls anhängige europäische Patentanmeldung
Nr. 0952003 mit dem Titel „Ink
Jet Printing", die am
gleichen Datum eingereicht wurde.
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Herkömmliche
optische Abtastvorrichtungen setzen optische Lineararraysensoren
und eine Vorrichtung zum Liefern einer Relativbewegung zwischen
dem abzutastenden Dokument oder Bild und dem Lineararraysensor ein.
In einem allgemeinen Sinn wird das Bild durch ein Erzeugen einer
Reihe von Abtastungen einer gegebenen Bandbreite abgetastet, die
dann durch einen Prozessor in einem geradlinigen, kartesischen Sinn
zusammengesetzt oder verarbeitet werden, um die abgetasteten Daten
bereitzustellen, die das Bild oder das Dokument darstellen.
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Diese
Erfindung verbessert die normale, geradlinige kartesische Dokumentabtastung
in einer Weise, dass abgetastete Informationen von gedruckten, gezeichneten
oder photographischen Medien erzeugt werden, die genau mit einem
Verfahren eines Tintenstrahldruckens entlang eines spiralförmigen Wegortes
zusammenpassen. Diese Erfindung liefert auch eine Möglichkeit,
um die Informationen, die auf den Medien vorhanden sind, bis zu
den Kanten der abgetasteten Medien zu erfassen, gleichartig wie
bei Flachbettabtastvorrichtun gen, und ergibt eine einfachere mechanische
Struktur für
die Abtastvorrichtung.
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Die
US-A-4,609,818 offenbart ein optisches Abtastverfahren, das ein
optisches Abtastsystem einsetzt, das ein optisches Sensorarray aufweist,
das eine Mehrzahl von Sensorelementen zum Sammeln von Bilddaten
während
eines optischen Abtastzyklus aufweist, wobei ein flaches Medium
relativ zu dem Sensorarray positioniert ist, um ein optisches Erfassen
eines Bildes, das durch das flache Medium getragen ist, während eines
optischen Abtastzyklus zu gestatten, und eine Vorrichtung zum Liefern
einer Relativbewegung zwischen dem Sensorarray und dem Medium, derart,
dass während
eines optischen Abtastzyklus ein gekrümmter Ort durch das Sensorarray
relativ zu dem Medium definiert ist.
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In
der im Vorhergehenden erwähnten
ebenfalls anhängigen
Anmeldung ist ein Verfahren beschrieben, das Verbesserungen bzgl.
eines Tintenstrahldruckhystereseproblems und eines Tintenstrahldruckrandproblems
liefert. Bei dieser ebenfalls anhängigen Anmeldung wird gezeigt,
dass durch ein Drucken in einer unidirektionalen Weise entlang eines
spiralförmigen
Weges diese Druckprobleme beide verringert oder beseitigt werden.
Da jedoch Dokumentabtastvorrichtungen normalerweise Informationen
von einem Text oder von photographischen Medien auf eine Raster-
oder kartesische x-y-Weise abtasten, ist dann ein erneutes Abtasten
oder eine Umwandlung von rechteckigen Koordinaten zu Polarkoordinaten
notwendig, um das Drucken der abgetasteten Daten auf einem spiralförmigen Weg
zu bewirken. Es ist zu erkennen, dass dieser Umwandlungsprozess
unter einigen Umständen
nicht erwünschte Druckartefakte
erzeugen könnte,
und der Zweck dieser Erfindung besteht darin, diese Artefakte ganz
zu beseitigen. Auch verhindern bei vielen Nicht-Flachbettabtastvorrichtungen mechanische
Einschränkungen,
dass die Abtastsensoren Dokumente bis zu den Dokumentkanten einsehen;
daher können
während eines
herkömmlichen
Nicht-Flachbettabtastprozesses
Informationen verloren gehen.
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Diese
Erfindung kann auch eine Vereinfachung des Mechanismus zur Folge
haben, der erforderlich ist, um die Abtastvorrichtung zu bewegen
und unterzubringen, da das Abtastarray entweder an der Stelle von
oder radial kolinear mit einem Tintenstrahldruckdüsenarray
befestigt sein kann, wodurch ein Drucker und ein Scanner bereitgestellt
werden, die beide elektrische und mechanische Teile in großem Umfang
gemeinschaftlich verwenden.
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Ein
Verfahren zum optischen Abtasten eines flachen Bildes wird gemäß einem
Aspekt der Erfindung geschaffen. Das Verfahren umfasst eine Sequenz
der folgenden Schritte:
Bereitstellen eines optischen Sensorarrays;
Tragen
eines flachen Mediums, das durch das Sensorarray während eines
Abtastzyklus optisch abgetastet werden soll;
Liefern einer
Relativbewegung zwischen dem Sensorarray und dem Medium, derart,
dass durch die Bahn des Sensorarrays auf den Medien während eines
optischen Abtastzyklus ein Weg definiert ist; und
Sammeln von
Sensordaten, die das Bild darstellen, während dem optischen Abtastzyklus;
und ist dadurch gekennzeichnet, dass:
der Weg eine Spirale
ist, und dadurch, dass die Kanten von benachbarten Teilen des Wegs über einer wesentlichen
Erstreckung desselben voneinander beabstandet sind.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird
der Schritt des Lieferns einer Relativbewegung erzielt, ohne dass
bewirkt wird, dass das Sensorarray periodisch während des Abtastzyklus anhält und seine
Richtung umkehrt.
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Bei
einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein optisches Abtastsystem
ein optisches Sensorarray auf, das eine Mehr zahl von Sensorelementen
zum Sammeln von Bilddaten während
eines optischen Abtastzyklus aufweist; ein flaches Medium, das relativ
zu dem Sensorarray positioniert ist, um ein optisches Erfassen eines
Bildes, das durch das flache Medium getragen ist, während eines
optischen Abtastzyklus zu gestatten; eine Vorrichtung zum Liefern
einer Relativbewegung zwischen dem Sensorarray und dem Medium, derart,
dass durch die Bahn des Sensorarrays auf den Medien während eines
optischen Abtastzyklus ein Weg definiert ist; und ist dadurch gekennzeichnet,
dass:
der Weg eine Spirale ist, und dadurch, dass die Kanten
von benachbarten Teilen des Weges über eine wesentliche Erstreckung
desselben voneinander beabstandet sind.
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Das
Abtastsystem kann ferner bei einem Multifunktions-System einen Tintenstrahlstift
aufweisen, der ein Düsenarray
aufweist, sowie eine Vorrichtung zum Liefern einer Relativbewegung
zwischen dem Düsenarray
und dem Medium, derart, dass während
eines Tintenstrahldruckzyklus ein Spiralenort durch das Düsenarray
relativ zu einem flachen Druckmedium definiert ist.
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Diese
und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
offensichtlicher aus der folgenden, detaillierten Beschreibung eines
exemplarischen Ausführungsbeispiels
derselben, wie dasselbe in den beiliegenden Zeichnungen abgebildet
ist. Es zeigen-
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1 eine
schematische isometrische Ansicht eines exemplarischen Ausführungsbeispiels
eines optischen Abtastsystems, das die vorliegende Erfindung verkörpert.
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2 eine
graphische Darstellung des spiralförmigen Ortsweges der Relativbewegung
zwischen dem optischen Sensorarray und dem flachen Medium gemäß einem
Beispiel, das beim Erläutern der
vorliegenden Erfindung nützlich
ist.
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3 ein
vereinfachtes Sensorarray mit einer Mehrzahl von Sensorelementen
für den
Sensorkopf des Abtastsystems von 1 in zwei
Positionen relativ zu der Oberfläche
des flachen Mediums.
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4 eine
vereinfachte Darstellung eines beim Erläutern der vorliegenden Erfindung
nützlichen Beispiels
eines exemplarischen Weges des äußersten
Sensors des Sensorarrays von 3 für eine komplette
Drehbewegung (2π rad)
des Mediums für den
Fall einer nicht-überlappten
Sensorarrayspirale.
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5 eine
vereinfachte Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung und insbesondere einen Weg des äußersten Sensorelements des
Sensorarrays von 3 für eine komplette Drehbewegung
(2π rad)
des Mediums für
den Fall einer teilweise überlappten
Sensorarrayspirale.
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6 eine
vereinfachte Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung und insbesondere einen Weg des äußersten Sensorelements des
Sensorarrays von 3 für eine komplette Drehbewegung
(2π rad)
des Mediums für
den Fall einer teilweise unterlappten Sensorarrayspirale.
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7 eine
Kennlinie der Winkelgeschwindigkeit des flachen Mediums als eine
Funktion des Radialabstands.
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8 ein
vereinfachtes schematisches Blockdiagramm des Steuersystems, das
das optische Abtastvorrichtungssystem von 1 aufweist.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung umfasst eine Technik eines optischen Abtastens
ein Liefern einer Relativbewegung zwischen einem flachen Medium,
das das abzutastende Bild trägt,
und einem Array von Lichtsensoren entlang eines spiralförmigen Weges,
bei dem es sich vorzugsweise um den genauen spiralförmigen Weg
handelt, der nachfolgend bei einem Tintenstrahldruckprozess verwendet
wird. Diese Abtasttechnik beseitigt die Notwendigkeit jeglicher
Koordinatenumwandlungen und beseitigt jegliche Druckartefakte, die
durch derartige Umwandlungen oder ein erneutes Abtasten eingebracht
werden, wenn dieselbe bei einem Drucker verwendet wird, der für derartige
Daten konzipiert ist. Alternativ dazu können die erzeugten Daten ohne
weiteres unter Verwendung bekannter Techniken, wie z. B. einer Faltungstechnik,
neu in gewöhnlich
verwendete rechteckige Koordinaten abgetastet werden.
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Zusätzlich kann
der maximale Spiralendurchmesser an die diagonale Abmessung eines rechteckigen
Mediums angeglichen werden, wodurch es ermöglicht wird, dass Informationen,
die sich sehr nahe an oder an den Kanten des Mediums befinden, erfasst
werden, und so die Fläche
nicht abgetasteter Ränder
an beiden Seiten und im oberen und unteren Bereich des Mediums auf
Null reduziert wird, wenn dasselbe nachfolgend aufbereitet wird. Vorzüge, die
sich aus einem unidirektionalen Abtasten und Nicht-Start-Stopp-Bewegungen
des Abtastarrays ergeben, verringern auch Effekte einer mechanischen
Hysterese, die bei einigen Abtastmechanismen vorhanden ist.
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Es
ist erwünscht,
eine Relativbewegung zwischen einem Lichtsensorarray und einem flachen Medium
zu liefern, ohne tatsächlich
zu bewirken, dass das Lichtsensorarray oder das Medium periodisch
anhält
und die Richtung umkehrt, und gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung zu bewirken, dass die so abgetasteten Informationen in
einer Eins-zu-Eins-Entsprechung
mit denjenigen Informationen zusammenpassen, die nachfolgend durch
einen Tintenstrahlaufbereitungspro zess benötigt werden. Ein so gemäß diesem
Aspekt dieser Erfindung abgetastetes Spiralmuster von Pixeln liefert
Bilddatenpixel, die an physischen Medienkoordinaten angeordnet sind,
die durch einen Spiraldrucker genau aufbereitet oder gedruckt werden
können,
dessen Düsenarrays
in einer physischen Position denjenigen des Arrays von Lichtsensoren
entsprechen, die das Lichtsensorarray bilden. Dies ergibt sich aus
der Charakteristik von Sensorarrays, dass Pixel mit irgendeiner
Abtastrate abgetastet werden, und die Abtastrate in Abhängigkeit
der Abfeuerrate der Tintenstrahldruckerdüsen gewählt werden kann.
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Das
Spiralmuster kann bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel erzielt werden
durch ein Befestigen des Abtastvorrichtungsarrays an einem Arm,
der sich von einer Koordinatenmitte in einem RHO- (ρ), THETA-
(θ) Koordinatenraum
erstreckt, wobei RHO ein Maß eines
Abstands von einer Koordinatenmitte darstellt und THETA ein Maß eines
Winkels darstellt, üblicherweise
in rad. Das Abtastvorrichtungsarray kann dann von dieser Mitte nach
außen
bewegt werden, während
gleichzeitig das Medium in einem Kreis um die Koordinatenmitte gedreht werden
kann. Alternativ dazu kann das Sensorarray anstatt des Mediums gedreht
und verschoben werden, um einen Spiralenort für die Sensorelemente relativ
zu dem Druckmedium bereitzustellen.
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Die 1–8 veranschaulichen
ein optisches Abtastsystem 50, das die vorliegende Erfindung
erläutert.
Ein optischer Sensorkopf 52 wird in einem Wagen 60 gehalten.
Der Sensorkopf umfasst ein Sensorarray 54, das Sensorelemente 56A–56N und
eine Beleuchtungsquelle 52A (3) aufweist. Ein
exemplarischer optischer Abtastkopf, der für den Zweck geeignet ist, ist
in der europäischen
Patentanmeldung EP-A-0831639
beschrieben.
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Der
Wagen 60 ist für
eine Bewegung entlang einer Bewegungsachse 62 angepasst.
Ein Wagenantriebssystem 70 ist mit dem Wagen gekoppelt,
um den Wagen in einem Weg entlang der Achse 62 zu treiben.
Das exemplarische Wagenantriebssystem 70 umfasst einen
Antriebsmotor 72, einen Riemenantrieb 74 und einen
Codierstreifen 76 mit einem Codiersensor 78 ( 4)
zum Bereitstellen von Wagenpositionsdaten. Andere Antriebsmechanismen
können
alternativ dazu eingesetzt werden, wie z. B. Führungsspindelantriebe.
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Das
Medium 10, das das abzutastende Bild trägt, z. B. ein Blatt eines Dokuments,
eine Zeichnung oder eine Fotografie, wird auf einer flachen Drehtischauflage 80 gehalten,
die wiederum für
eine Drehbewegung um eine Mittelachse 82 befestigt ist, die
auf der Ebene des Mediums 10 die Koordinatenmitte 86 definiert.
Die Drehtischauflage 80 wird durch ein sich drehendes Drehtischantriebssystem 90 getrieben,
das einen Drehtischmotor 92 und einen Drehtischcodierer 94 (8)
zum Bereitstellen von Drehtischpositionsdaten umfasst.
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Bei
einem exemplarischen Ausführungsbeispiel
ist eine Vorrichtung bereitgestellt, um das Medium 10 flach
gegen die Drehtischauflage 80 zu halten. Derartige Vorrichtungen
sind dem Stand der Technik bekannt, wie z. B. ein Vakuum-Niederhalte-System, ein
elektrostatisches System oder ein mechanisches System mit einer
Halterung, um das Medium in Position zu halten.
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Die
Wagenachse 62 schneidet die Linearsensorarray-Achse über der
Koordinatenmitte 86 (3).
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Ebenfalls
in 1 gezeigt ist eine zweite Vorrichtung 40,
die durch den Wagen gehalten wird. Bei dieser Vorrichtung kann es
sich um einen Tintenstrahlstift handeln, so dass die Maschine 50 eine
Multifunktions-Maschine ist, die sowohl zu optischen Abtastfunktionen
als auch zu Tintenstrahldruckfunktionen in der Lage ist, wie z.
B. eine Kopiermaschine, die ein Dokument zuerst abtastet und dann
eine Kopie druckt. Bewegungen des Wagens und des Mediendrehtisches
können
verwendet werden, um zu ermöglichen, dass
beide Vorrichtungen die gleichen Regionen auf dem Medium überstreichen.
Die zweite Vorrichtung 40 ist wahlweise und kann für einige
Anwendungen weggelassen werden, die nur eine optische Abtastfunktion
erfordern.
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2 ist
ein Diagramm, das den Relativbewegungsweg, einen Spiralenort, des
Sensorarrays bezüglich
des Mediums 10 während
einer Abtastoperation gemäß einem
Beispiel, das beim Erläutern
der vorliegenden Erfindung nützlich
ist, veranschaulicht. ORT 1 ist eine Bahn des Weges, den das Lichtsensorelement
des Sensorarrays 54, das am weitesten von der Koordinatenmitte 86 entfernt
befestigt ist, relativ zu der Oberfläche des Mediums 10 nimmt.
REGION 1 ist die kreisförmige
Region, die durch die Lichtsensorüberstreichung definiert ist,
die bei einem feststehenden Lichtsensor eintreten würde, wenn
die Mitte des innersten Lichtsensors vertikal mit der Koordinatenmitte
zusammenfällt,
derart, dass das innere Lichtsensorelement sich über der Koordinatenmitte 86 befindet,
und sich das Lichtsensorelement, das an der Position von ORT 1 angeordnet
ist, am weitesten von dieser Mitte entfernt befindet. REGION 2 veranschaulicht
eine rechteckige Abtastregion mit den Abmessungen W mal H eines
exemplarischen rechteckigen Bildes oder Dokumentes. REGION 3 wird durch
einen Kreis begrenzt, der die äußere Abdeckungsgrenze
für den
Spiralabtastprozess anzeigt.
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3 veranschaulicht
ein vereinfachtes Linearsensorarray 54 mit einer Mehrzahl
von Sensorelementen 56A–56N und einer linearen
Beleuchtungsquelle 52A. Das Sensorarray kann einfarbige
oder farbige Bilddaten bereitstellen; beide Typen von Sensorköpfen sind
dem Stand der Technik bekannt. Die Beleuchtungsquelle kann ein Array
von LEDs sein und kann für
Vollfarbanwendungen rote, blaue und grüne LEDs umfassen. Normalerweise
wird die Beleuchtungsquelle, wie es in der Technik bekannt ist, durch
eine Steuerung gesteuert, um Lichtblitze zu liefern, die zeitlich
abgestimmt sind gemäß dem Abtasten
der Sensorelemente; andere Beleuchtungs schemata können jedoch
ebenfalls verwendet werden. Position 1 zeigt das Sensorarray in
einer Startposition relativ zu der Oberfläche des Mediums 10,
wobei sich das Sensorelement 56A in der Auflagenkoordinatenmitte 86 befindet.
Position 2 zeigt eine Relativdrehbewegung (um einen Winkel θ) zwischen
dem Sensorarray 54 und dem Medium 10. Bei diesem
exemplarischen Ausführungsbeispiel
ist der Wagen während
der ersten kompletten Drehbewegung der Auflage 80 feststehend,
um eine komplette Abdeckung zu liefern, d. h. REGION 1 zu überstreichen. Diese
erste komplette Relativdrehbewegung ist kreisförmig, und das Sensorelement 56A verbleibt
in der Koordinatenmitte 86, was in 3 veranschaulicht
ist. Bei der zweiten Drehbewegung wird der Wagen in Bewegung gesetzt,
um einen Relativweg bereitzustellen, wie es in 4 gezeigt
ist.
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2 veranschaulicht
auch den Zustand, dass sich die Radialbewegung des Lichtsensorarrays gezwungenermaßen linear
um eine Abstandseinheit für
jede Drehbewegung des Mediums um 2π rad (360 Grad) bewegen muss,
wobei eine Abstandseinheit gleich der maximalen radialen „Spanne" des Lichtsensorarrays
ist. Somit überlappt
oder unterlappt sich die spiralförmige Überstreichung
in 2 nicht auf sich selbst. Bei der dritten und allen
nachfolgenden Drehbewegungen der Auflage 80 gibt es keine überlappte
Abdeckung des Sensorarrays relativ zu vorhergehenden Drehbewegungen/Durchgängen des
Sensorarrays.
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Um
REGION 1 komplett mit möglichen
Lichtsensorereignissen abzutasten, wenn das Lichtsensorarray über REGION
1 angeordnet ist, muss dasselbe diese Position während einer vollen Umdrehung
des Mediums beibehalten, um diese Mittelregion komplett abzutasten.
Wenn sich nachfolgend das Lichtsensorarray nach außen bewegt,
wird die gesamte verbleibende Fläche
von REGION 3 das mögliche
Ziel von Lichtsensorereignissen, wobei es sich bei einem Ereignis
um das Abtasten des Lichtes handelt, das von einer bestimmten RHO-,
THETA-Position auf dem Medium ausstrahlt, d. h. eine Abtastung eines
Pixels, das nachfolgend durch einen Tintenstrahlmechanismus aufbereitet
werden soll, wie es insbesondere in der ebenfalls anhängigen Anmeldung
beschrieben ist, auf die oben Bezug genommen wurde. REGION 3 ist
kreisförmig,
aber die meisten der gewöhnlichen
Medien, die digital gescannt und abgetastet werden sollen, sind
rechteckig, wie es durch REGION 2 angezeigt ist. Um diese rechteckige Region
komplett abzudecken, muss sich das innerste Lichtsensorelement des
Lichtsensorarrays von der Koordinatenmitte nach außen bewegen,
und das äußerste Sensorelement
muss in der Lage sein, die äußersten
Ecken der Medien gerade zu erreichen.
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4 ist
eine vereinfachte Darstellung des Weges des äußersten Sensorelements 56N für eine zweite
komplette Drehbewegung (2π rad)
des Mediums 10, d. h. für
den Fall einer gegebenen Bewegung des Wagens entlang der Wagenachse 62,
wenn sich die Auflage 80 dreht. Der Weg startet an einer
Position A des Sensorelements 56N, bei θ = 0, Radius ρ = 1 Einheit
(gleich der Breite des Sensorarrays), und endet an einer Position
E des Sensorelements 56N, bei ρ = 2π, ρ = 2 Einheiten. Das Sensorelement 56N folgt
dem Weg, der relativ zu dem Medium veranschaulicht ist, wobei Position
B bei θ =
n/2, ρ =
1,25 Einheiten eintritt, Position C bei θ = π, ρ = 1,5 Einheiten eintritt und
Position D bei θ =
3π/2, ρ = 1,75 Einheiten
eintritt. Während
dieser zweiten kompletten Drehbewegung, d. h. der ersten Drehbewegung, nachdem
der Wagen in Bewegung gesetzt worden ist, liegt eine überlappte
Abdeckung von Sensorelementen bezüglich der Anfangsdrehbewegung
in REGION 1 vor. Bevorzugt ist die Druckersteuerung programmiert,
um ein Sammeln von Daten von den überlappten Sensorelementen
für diese
zweite Drehbewegung über
der überlappten
Fläche
zu unterdrücken,
um eine doppelte Pixelabdeckung zu verhindern. Auch werden die erfassten
Pixelelemente gemäß Standardentwurfspraktiken
bevorzugt gleichmäßig entlang
des spiralförmigen
Weges beabstandet.
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Bei
vielen Anwendungen ist es wünschenswert,
den Weg zu überlappen,
um eine spiralförmige Banderscheinung
zu verhindern, genau wie es gegenwärtig bei bekannten rechteckigen
Koordinatenabtastvorrichtungen durch ein Mitteln mehrerer Abtastwerte
an der gleichen Array- (ρ-, θ-) Koordinate
praktiziert wird, um eine Banderscheinung zu verhindern. In diesem
Fall wird das Sensorarray dann weniger als eine volle Sensorarray-Breite
(1 Einheit) für
jede Drehbewegung des Mediums 10 um 2π rad bewegt. 5 veranschaulicht
einen exemplarischen Spiralenort gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung für
einen derartigen überlappten
Fall. Bei diesem Beispiel bewegt sich der Wagen mit einer Rate von
0,5 Einheiten (Sensorarray-Breite) pro kompletter Drehbewegung des
Sensorarrays nach außen.
Alternativ dazu kann das Sensorarray mehr als eine volle Sensorarray-Breite
für jede
Drehbewegung des Mediums 10 um 2π rad bewegt werden, wodurch
Zwischenräume in
der Sensorabdeckung bereitgestellt werden, wenn sich das Sensorarray
nach außen
bewegt. Diese Zwischenräume
können
bei einer umgekehrten Spiralabtastung gefüllt werden, wobei das Sensorarray
von einer Außenposition
zurück
zu der Startposition, die in 3 gezeigt
ist, bewegt wird. 6 veranschaulicht einen exemplarischen
Spiralenort für
einen derartigen unterlappten Fall. Bei diesem Beispiel bewegt sich
der Wagen mit einer Rate von 2 Einheiten (Sensorarray-Breiten) pro kompletter
Drehbewegung des Sensorarrays nach außen.
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In
vielen Abtastfällen
tasten die Lichtsensorelemente Pixel mit einer konstanten Rate ab,
so dass Pixel in voneinander entlang einer Achse einheitlich gleichen
Abständen
abgetastet werden, obwohl dies für
diese Erfindung nicht erforderlich ist. Wenn dies jedoch eine gewünschte Operation
ist, dann kann, da die relative Geschwindigkeit eines gegebenen
Sensorelements entlang der Spirale mit einem Radius RHO für eine konstante
Drehgeschwindigkeit zunimmt, die kreisförmige Drehgeschwindigkeit der Auflage 80 derart
eingestellt werden, dass, wenn S ein Tangentialabstand entlang ORT
1 ist und [1] dS = RHO·dTHETA,
wobei „d" verwendet wird,
um „differentiell" anzuzeigen, wie
bei der mathematischen Schreibweise, dann [2] dS/dt = RHO·dTHETA/dt
= V, wenn t für
die Zeit steht, wobei V die gewünschte konstante
Geschwindigkeit entlang ORT 1 ist. Dies wird aufgelöst nach
[3] dTHETA/dt = V/RHO, wobei RHO als eine Einheit Sensorarray-Breite
beginnt und an dem Punkt, an dem eine volle Abdeckung des Mediums
stattgefunden hat, (W2 + H2)1/2/2 erreicht. Da es sich bei RHO um eine
Variable handelt, die in der Nennerposition auftritt, bedeutet das,
dass die Drehgeschwindigkeit eine nicht-lineare Funktion der Position
des Lichtsensorarrays ist, wenn eine konstante Tangentialgeschwindigkeit
des Arrays gewünscht
ist. 7 ist eine Kennlinie, die die Winkelgeschwindigkeit
des Kopfes als eine Funktion des Radialabstandes von der Koordinatenmitte
darstellt. Anders ausgedrückt,
die maximale Drehrate des Mediums beträgt V rad pro Sekunde, wenn
das innerste Lichtsensorelement über
der Drehbewegungsmitte angeordnet ist, und die minimale Drehgeschwindigkeit
beträgt
2V/W2 + H2)½ rad pro
Sekunde für
ein Lichtsensorarray von 1 Einheit Länge, oder offen.
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Als
ein veranschaulichendes Beispiel sei angenommen, dass gewünscht wird,
auf einem 20,32 × 27,94
cm (8,5 × 11
Zoll) großen
Medium von Kante zu Kante abzutasten oder zu scannen unter Verwendung
eines Lichtsensorarrays, das 300 Lichtsensorelemente umfasst, von
denen jedes gleichmäßig um 0,0085
cm (1/300 eines Zolls) von seinen Nachbarn beabstandet ist. Dieses
Array ist dann 2,54 cm (1,0 Zoll) lang. Ferner sei angenommen, dass
die maximale Tangentialgeschwindigkeit, die dieser Kopf unterstützt, während derselbe
Pixel mit seiner maximalen Rate abtastet, 25,4 cm pro Sekunde (10,0
Zoll pro Sekunde) beträgt.
Somit werden 10·300
= 3.000 Lichtabtastwerte pro Sekunde genommen, während sich das Array mit dieser
Geschwindigkeit über
das Medium bewegt, und die „Bandbreite" ist 2,54 cm (1,0 Zoll)
breit.
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Die
Maximalposition, die das Lichtsensorelement, das am weitesten von
der Drehbewegungsmitte entfernt ist, von dieser Mitte entfernt sein
muss, ist für
dieses Beispiel (W2 + H2) ½/2 = (8,52 + 112) ½/2 = 17,65
cm (6,95 Zoll). Wenn dieses Lichtsensorelement diese äußere Grenze
von RHO erreicht, beträgt seine
Drehgeschwindigkeit dTHETA/dt = V/RHO = 25,4 cm pro Sekunde/17,65
cm (10,0 Zoll pro Sekunde/6,95 Zoll) = 1,44 rad pro Sekunde oder
etwa 13,75 U/min (Umdrehungen pro Minute) wie in 7.
Die Tangentialgeschwindigkeit ist die Drehgeschwindigkeit mal den
Radius, d. h. 1,44·6,95
= 25,4 cm pro Sekunde (10 Zoll pro Sekunde), wie erwartet. Wenn
nun das Lichtsensorelement, das am weitesten von der Drehbewegungsmitte
entfernt ist, bei RHO = 2,54 cm (1,0 Zoll) ist, beträgt die Drehgeschwindigkeit
25,4 cm pro Sekunde/2,54 cm (10,0 Zoll pro Sekunde/1,0 Zoll) = 10,0
rad pro Sekunde oder etwa 95,5 U/min wie in 7.
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Die
Gesamtabtastzeit kann der Zeit angenähert werden, die benötigt wird,
um die gesamte kreisförmige
Fläche
von REGION 3 mit der konstanten Rate von 64,5 cm2 pro
Sekunde (10 Quadratzoll pro Sekunde) zu überstreichen (die Fläche, die
durch den Kopf in einer Sekunde überstrichen
wird, ist die Länge
des Lichtsensorarrays mal den Abstand, der in einer Sekunde zurückgelegt
wird). Die „überstrichene" kreisförmige Fläche beträgt π(RADIUS)2 = 3,14159·(6,95)2 =
979 cm2 (151,75 Quadratzoll). Bei 64,5 cm2 pro Sekunde (10 Quadratzoll pro Sekunde) ergibt
dies etwa 15,2 Sekunden.
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8 ist
ein vereinfachtes schematisches Blockdiagramm des Steuersystems
für das
System, das in 1 veranschaulicht ist. Eine
Steuerung 100 ist zur Speicherung von Bilddaten, die während eines Abtastauftrages
gesammelt werden, mit einem Speicher 102 gekoppelt. Die
Steuerung erzeugt die Antriebsbefehle an den Wagenbewegungsmotor 72,
der den Wagenantrieb umfasst, und empfängt Positionssignale, die die
Wagen-/Sensorarray-Position von einem Wagenbewegungscodierer 78 anzeigen.
Die Steuerung erzeugt auch Drehtischmotorantriebsbefehle, um den
Drehtischmotor 92 zu steuern, der die Drehtischauflage
dreht, und empfängt
Codiersignale von dem Drehtischcodierer 94, um die Position
und die Winkelgeschwindigkeit der Drehtischauflage zu bestimmen.
Die Steuerung kann somit den Wagenantrieb steuern, um einen nicht-überlappten
Spiralenort des Sensorarrays bezüglich
des Mediums zu erreichen, oder einen überlappten Spiralenort, um eine
Banderscheinung oder andere Artefakte zu verhindern, oder einen
unterlappten Ort, um andere spezielle Abtastmodi zu liefern. Andere
exemplarische Abtastmodi umfassen ein Überspringen des Abtastens (Sammelns
von Daten) bei abwechselnden Drehbewegungen, die die Spirale bilden,
und ein Umkehren der Richtung des Wagens an dem Ende, wobei die
ausgelassenen Pixeldaten bei den abwechselnden Drehbewegungen eingefüllt werden.
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Die
Steuerung empfängt
auch Sensordaten von dem optischen Sensorarray und liefert, falls
das System 50 eine Druckfunktion umfasst, Abfeuerpulse zu
dem Stift 40 in Abhängigkeit
von dem zu erzeugenden Bild und der Position des Stiftes bezüglich der
Koordinatenmitte. Die Bilddaten können in dem Speicher 102 gespeichert
werden oder zu einem Hostcomputer 120 gesendet oder von
demselben empfangen werden.
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Die
Steuerung liefert auch Abtaststeuersignale zu den Sensorelementen 56A–56N des
Arrays 54 und Beleuchtungsquellensteuersignale zu der Beleuchtungsquelle 52A,
abhängig
von dem Abtastmodus und der Position des Sensorkopfes 52 bezüglich der
Koordinatenmitte. Die Bildpixeldaten, die während des Abtastprozesses gesammelt
werden, können
in dem Speicher 102 gespeichert oder zu einem Hostcomputer 120 geleitet
werden. Die Steuerung kann auch die Abtastraten für die verschiedenen Sensorelemente
einstellen. Während
es in vielen Fällen
wünschenswert
ist, eine konstante (maximale) Abtastrate zu verwenden, kann die
Steuerung für
andere Aufträge
oder Anwendungen die Abtastrate so steuern, dass dieselbe bei einem
bestimmten Abtastauftrag nicht konstant ist oder dass eine langsamere konstante
Abtastrate verwendet wird. Schnellere oder langsamere Abtastraten
können
verwendet werden, um höhere
oder niedrigere Dichten von Pixeldaten in bestimmten Regionen auf
dem Medium 10 zu erreichen.
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Jedes
Sensorelement in dem Sensorarray 54 befindet sich in einem
anderen Radialabstand von der Koordinatenmitte 86 als jedes
andere Sensorelement. Dies führt
dazu, dass ein Abtasten aller Sensorelemente mit einer konstanten
Rate Pixelbeabstandungsunterschiede erzeugt, die bei kleinen Werten von
RHO, besonders in der REGION 1 von 2, leicht
ersichtlich sind. Zum Beispiel muss in der REGION 1 während der
Anfangsdrehbewegung des Mediums (die nicht durch eine Radialbewegung
des Wagens begleitet ist) und für
eine Sensorelementbeabstandung von 0,0085 cm (1/300 Zoll) das Sensorelement 56N (3),
das bei RHO am weitesten von der Drehbewegungsmitte entfernt ist,
300 mal für
jeden Zoll entlang des Umfangs abtasten. Für ein 1-Zoll-Sensorarray beträgt der Umfang
2π Zoll.
Also werden entlang dieses Umfangs 1.885 Pixel bei einer Beabstandung
von 0,0085 cm (1/300 eines Zolls) abgetastet. An dem zweiten Sensorelement 56B außerhalb
der Koordinatenmitte beträgt
der Umfang nur 2π/300
Zoll oder 0,053 cm (0,0209 Zoll), und ein Sammeln von 1.885 Bildpixeln
entlang dieses kreisförmigen
Weges ist nicht korrekt, da dasselbe zu viele Pixel entlang dieses
kreisförmigen
Weges erzeugt. An dem Sensorelement neben dem äußersten Sensorelement, d. h.
0,0085 cm (1/300 Zoll) näher
an der Drehbewegungsmitte als das Element 56N, sollte die Anzahl
von Pixeln, die abgetastet werden, um 300 Pixel pro Zoll aufrechtzuerhalten,
2π(1,0-1/300)(300), d. h.
1.879, betragen. Stattdessen würden
dagegen tatsächlich
1.885 Pixel abgetastet, wenn die Abtastrate die gleiche wie das äußerste Sensorelement wäre, und
die so erzeugten Pixel würden
enger zusammen liegen als diejenigen, die durch das äußerste Sensorelement
erzeugt werden. Während
der Überstreichung
von REGION 1 oder bei jeder anderen Region des Mediums sollten Pixel,
die abge tastet worden sind, nicht noch einmal abgetastet werden, und
eine Logik in der Steuerung kann ohne Weiteres bestimmen, welches
Pixel durch jedes Sensorelement abzutasten ist, und Sensorelemente,
die näher an
der Drehbewegungsmitte liegen, können
weniger häufig
abgetastet werden.
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Als
ein weiteres Beispiel ist, wenn das Sensorarray nach der zweiten
kompletten Drehbewegung des Mediums einen RHO-Wert von 2,0 erreicht hat, das Sensorelement 56A (das
der Drehbewegungsmitte am nächsten
ist) bei einem RHO-Wert von 1,0 und muss mit der halben Rate des äußersten Sensorelements
abgetastet werden, um die gleiche Pixelbeabstandung aufrechtzuerhalten.
Erneut stellt die Logik in der Steuerung die Abtastrate ein, um
kein Pixel abzutasten, das schon einmal abgetastet wurde. Es ist
aber erwünscht,
die Gesamtabtastzeit zu minimieren, indem veranlasst wird, dass
das Sensorelement 56N, d. h. das äußerste Sensorelement, mit der
maximal möglichen
(konstanten) Rate abtastet. 7 zeigt
die Beziehung zwischen der konstanten (maximalen) Rate dieses äußersten
Sensorelements, während
alle anderen Sensorelemente tatsächlich
abgetastet werden, wenn das Pixel, über dem dieselben abtasten
sollen, zumindest 0,0085 cm (1/300 eines Zolls) von jedem benachbarten
Pixel entfernt ist, und dies wird immer bei einer niedrigeren Abtastrate
als der maximal möglichen
sein. Diese Ratenunterschiede nehmen mit einem Abstand von der Drehbewegungsmitte
rasch ab.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
lediglich zur Veranschaulichung der möglichen spezifischen Ausführungsbeispiele
dienen, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung darstellen können. Zum
Beispiel können
andere Anordnungen eingesetzt werden, um die gewünschte Relativbewegung zwischen
dem Sensorkopf und dem Medium zu liefern, um einen spiralförmigen Weg
bereitzustellen. Zum Beispiel kann der Sensorkopf an einem Armmechanismus
angeordnet sein, der sich in einem spiralförmigen Weg bewegt, wobei das
Medium an einer feststehen den Auflage angeordnet ist. Oder umgekehrt
kann der Sensorkopf in einer feststehenden Position angeordnet sein,
und das Medium kann an einer Auflage angeordnet sein, die den gewünschten
Spiralbewegungsort liefert. Obwohl die Bewegung des Sensorkopfes
so beschrieben wurde, dass dieselbe von einer Position in der Koordinatenmitte
beginnt und sich radial nach außen
bewegt, könnte
der Sensorkopf alternativ dazu auch an jeder anderen Position gestartet
werden, z. B. an der äußersten
Position, und spiralförmig
nach innen bewegt werden, um in der Koordinatenmitte zu enden.