DE69933905T2

DE69933905T2 - Optischer Abtaster mit Belichtungssteuerung

Info

Publication number: DE69933905T2
Application number: DE69933905T
Authority: DE
Inventors: Craig Thomas San Diego Johnson; Joseph Scott San Marcos McCoy
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1998-05-08
Filing date: 1999-05-04
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2019-05-05
Also published as: EP0955769A3; DE69933905D1; EP0955769A2; EP0955769B1; US6037584A

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Bilderfassungsvorrichtungen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Belichtungssteuerung für eine optische Abtastvorrichtung bzw. einen optischen Scanner.
Tisch-Scanner verwenden normalerweise einen Schrittmotor, um eine ladungsgekoppelte Vorrichtung („CCD") über ein Blatt Papier zu bewegen oder ein Blatt Papier über die CCD zu bewegen. Bei einem Farbkopierer oder einem Flachbett-Scanner werden z. B. Zeilen von Pixeln erzeugt, wenn die CCD über das Blatt Papier bewegt wird. Die CCD wird mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt, und jeder Zeile von Pixeln wird eine konstante Belichtungszeit gegeben. Deshalb ist die genaue Größe der Pixel, die ein abgetastetes Bild bilden, direkt abhängig von der Bewegungsgenauigkeit des Antriebssystems.
Der Schrittmotor wird mit einer hohen Positionsgenauigkeit gesteuert, besonders wenn ein Abtastwertzusammensetzen durchgeführt wird. Zwei Beispiele für Abtastwertzusammensetzen sind folgendermaßen.
Das erste Beispiel umfasst eine Farbebenenausrichtung bei einer Farbabtastvorrichtung, die Rot-, Grün- und Blau-Informationen bei einem einzigen Durchgang sammelt. Die CCD umfasst drei Reihen von Farbphotodioden, die physisch getrennt sind. Eine erste Reihe von Photodioden erfasst die Rot-Informationen, eine zweite Reihe erfasst die Grün-Informationen, und eine dritte Reihe erfasst die Blau-Informationen. Die Reihen sind an der CCD normalerweise um 0,17 bis 1,35 mm (1/150 bis 8/150 eines Zolls) getrennt. Nachdem ein Bild abgetastet worden ist, werden die Informationen von jeder der Reihen von Photodioden (d. h. die Farbebenen) später durch eine Elektronik oder Software in Inkrementen von einem Pixel wieder ausgerichtet. Somit wird die rote Farbebene später in Ausrichtung mit der grünen Farbebene verschoben, und die blaue Farbebene wird später in Ausrichtung mit der grünen Farbebene verschoben. Bewegungsfehler zwischen den Reihen von Photodioden und Teilpixelfehler sind schwierig zu korrigieren, nachdem das Bild abgetastet worden ist. Diese Restpositionsfehler erscheinen in dem abgetasteten Bild als „Farbränder" um Schwarz-zu-Weiß-Kanten.
Das zweite Beispiel für ein Zusammensetzungsabtasten umfasst eine Stopp-/Start-Neupositionierung der CCD oder des Papierblattes. Oft hält die Abtastvorrichtung mitten bei der Abtastung aufgrund einer Geschwindigkeitseinschränkung an, wie z. B. dass der Speicher voll ist, eine Eingabe/Ausgabe(I/O)-Verzögerung, ein besetzter Host-Computer oder eine langsame Druckmaschine. Falls eine Geschwindigkeitseinschränkung eintritt, hört die Abtastvorrichtung auf, abzutasten und wartet darauf, dass die Einschränkung verschwindet. Dann wird die CCD oder das Papier auf Abtastgeschwindigkeit beschleunigt, so dass ein Abtasten an dem genauen Punkt beginnen kann, an dem dasselbe vorhergehend angehalten hatte. Falls das Abtasten nicht an dem genauen Punkt beginnt, oder falls die Abtastgeschwindigkeit nicht erreicht worden ist, erscheinen Positionsfehler in dem Bild als Diskontinuitäten oder „Zacken". Farbränder und Zacken werden sogar noch auffälliger, wenn das abgetastete Bild vergrößert wird oder die Abtastauflösung erhöht wird. Außerdem können Farbränder und Zacken die Genauigkeit einer Texterkennungssoftware, wie z. B. Optische-Zeichenerkennung- („OCR"-) Programme, drastisch verringern.
Diese beiden Beispiele für eine Abtastwertzusammensetzung veranschaulichen den Bedarf an einer Positioniergenauigkeit innerhalb von 0,1 bis 0,2 Pixel. Bei einer 1.200-dpi-Abtastung erfordert dies eine Genauigkeit von 0,0001" (etwa zwei Mikrometer). Kostengünstige Schrittmotorantriebssyste me, die bei im Handel erhältlichen Produkten, wie z. B. Flachbett-Scannern und Farbkopierern, verwendet werden, sind jedoch zu diesem Genauigkeitspegel nicht in der Lage.
Es gibt andere Einschränkungen, die Schrittmotoren zugeordnet sind. Ein Schrittmotor kann laut sein, derselbe weist einen begrenzten Bereich von Geschwindigkeiten auf, über den derselbe auf annehmbare Weise wirksam sein kann, und derselbe verbraucht eine Menge Leistung. Außerdem ist die Bewegung des Schrittmotors inhärent oszillierend, da derselbe durch diskrete Schritteingaben angetrieben wird. Die oszillierende Bewegung kann Farbränder bei Abtastvorrichtungen bewirken, die Drei-Kanal-RGB-CCDs verwenden.
Eine Abtastbewegungsgenauigkeit ist oft durch die endliche Schrittgröße beschränkt. Selbst wenn der Schrittmotor in Mikroschritten bewegt wird, um eine Auflösung zu verbessern und eine Drehmomentwelligkeit zu verringern, sind einige Bewegungsfehler trotzdem unvermeidlich.
Ein kostengünstiges Schrittmotorantriebssystem hat keine Positions- oder Geschwindigkeitsrückkopplung, so dass es keine Möglichkeit gibt, die echte Position der CCD zu kennen oder zu wissen, ob der Schrittmotor stecken geblieben ist. Deshalb wird der Schrittmotor normalerweise mit einem beträchtlichen Betrag an zusätzlichem Drehmoment überangetrieben, um die Last des ungünstigsten Falls zu erfüllen. Ein Überantreiben erhöht die Größe, die Kosten und die Wärmeabfuhr des Motortreibers.
Es wäre erwünscht, den Schrittmotor durch einen Gleichstrommotor zu ersetzen. Eine Steuerung eines Gleichstrommotors ist bislang jedoch nicht genau genug, um ein Qualitätsbild zu erzeugen und die Kosten-, Größe-, Gewichts- und Leistungsanforderungen eines kostengünstigen im Handel erhältlichen Abtastprodukts zu erfüllen, wie z. B. eines Flachbett-Scanners, eines Rollenzuführscanners, eines Farbkopierers, eines Faxgeräts oder eines Universal-Mehrfunktionsprodukts.
Die US-A-4736251 beschreibt eine Farbbildaufnahmevorrichtung, bei der ein oder mehr CCD-Liniensensoren in einer Unterabtastrichtung über ein Bild bewegt werden und ein Drehpositionscodierer verwendet wird, um jedes Mal ein Pulssignal zu erzeugen, wenn sich die Liniensensoren um eine vorbestimmte Strecke bewegen. Jeder Puls wird verwendet, um eine Periode einer Ladungsakkumulation bei den CCD-Liniensensoren einzuleiten. Aus diesem Dokument scheint hervorzugehen, dass die „Selbstabtast"-Periode jedes der CCD-Liniensensoren konstant ist und das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Pulsen von dem Positionscodierer entweder auf mehr als oder gleich die Selbstabtastperiode gesetzt werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine optische Abtastvorrichtung gemäß Anspruch 1 geliefert.
Ein Belichtungssteuersystem, das eine derartige optische Abtastvorrichtung umfasst, ermöglicht es, dass ein Gleichstrommotor bei kostengünstigen im Handel erhältlichen Abtastprodukten verwendet wird. Der Gleichstrommotor weist eine geringere Größe, einen leiseren Betrieb und eine glattere Bewegung auf als der Schrittmotor. Der Gleichstrommotor weist auch einen breiteren Geschwindigkeitsbereich (einschließlich höherer Geschwindigkeiten), eine niedrigere Leistungsaufnahme und eine einfachere Antriebselektronik als ein Schrittmotor auf. Außerdem ist der Gleichstrommotor bei einem äquivalenten Leistungsniveau kostengünstiger.
Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung zusam men mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, die beispielhaft die Prinzipien der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Darstellung eines Flachbett-Scanners gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Darstellung einer ladungsgekoppelten Vorrichtung, die einen Teil des Flachbett-Scanners bildet, der in 1 gezeigt ist;
3 ist eine detaillierte Darstellung einer integrierten Schaltung, die einen Teil des Flachbett-Scanners bildet, der in 1 gezeigt ist;
4 ist ein Zeitdiagramm von Pulsen, die durch eine Belichtungssteuerschaltung erzeugt werden, die einen Teil der integrierten Schaltung bildet, die in 3 gezeigt ist;
5 ist eine Darstellung einer Verstärkungskompensationssteuerung, die einen Teil der integrierten Schaltung bildet, die in 3 gezeigt ist;
6 ist eine Darstellung eines Extrapolators, der einen Teil der Belichtungssteuerung bildet, die in 4 gezeigt ist;
7 ist eine Darstellung einer Rollenzuführabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
8 ist eine Darstellung einer Handabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Wie es in den Zeichnungen zu Veranschaulichungszwecken gezeigt ist, ist die vorliegende Erfindung in unterschiedlichen Abtastvorrichtungen ausgeführt. Jede Abtastvorrichtung bzw. jeder Scanner umfasst einen Detektor, einen Codierer und ein Belichtungssteuersystem. Das Belichtungssteuersystem empfängt Geschwindigkeits- oder Positionsinformationen von dem Codierer und stellt die Detektorbelichtungszeit ein, um sicherzustellen, dass die Pixel in einem abgetasteten Bild eine einheitliche Größe aufweisen. Die Belichtungssteuerung ermöglicht die Verwendung eines Gleichstrommotors anstelle eines Schrittmotors bei kostengünstigen im Handel erhältlichen Abtastprodukten. Der Gleichstrommotor weist eine geringere Größe, einen leiseren Betrieb und eine glattere Bewegung als der Schrittmotor auf. Der Gleichstrommotor weist auch einen breiteren Geschwindigkeitsbereich, eine geringere Leistungsaufnahme und eine einfachere Antriebselektronik als der Schrittmotor auf. Außerdem ist der Gleichstrommotor bei einem äquivalenten Leistungsniveau kostengünstiger.
Es wird nun Bezug genommen auf 1, die einen Flachbett-Scanner 10 zeigt. Der Flachbett-Scanner 10 umfasst einen Abtastkopf 12, eine Gleichstrommotorantriebsanordnung 14, eine Elektronikanordnung 16, eine Glasscheibe 18 und ein Gehäuse (nicht gezeigt). Die Glasscheibe 18 und das Gehäuse bilden eine Einfassung, innerhalb derer der Abtastkopf 12, die Motorantriebsanordnung 14 und die Elektronikanordnung 16 befestigt sind.
Die Gleichstrommotorantriebsanordnung 14 umfasst ein Paar von Gleitstäben 20 zum Führen des Abtastkopfs 12 in einer linearen Richtung entlang der Glasscheibe 18 und einen Gleichstrommotor 22 und eine Übersetzung zum Bewegen des Abtastkopfs 12 entlang der Gleitstäbe 20. Bei dem Gleichstrommotor 22 kann es sich um einen Bürsten- oder bürstenlosen Gleichstrommotor handeln, der sich mit Geschwindig keiten zwischen 50 und 5.000 Umdrehungen pro Minute dreht. Die Übersetzung ist typisch für Flachbett-Scanner: eine Motorwelle 24 dreht ein Schneckengetriebe 26, das ein Getriebe 28 antreibt, das einen Steuerriemen 30 dreht. Der Steuerriemen 30 bewegt den Abtastkopf 12. Eine Anzahl von Motorwellenumdrehungen wird benötigt, um den Abtastkopf 12 einen Zoll entlang den Gleitstäben 20 zu bewegen.
Die Motorantriebsanordnung 14 umfasst ferner einen Codierer 32, der ein Codiererrad 34 und eine Codiereranordnung 36 umfasst. Das Codiererrad 34 ist konzentrisch an einem entgegengesetzten Ende der Motorwelle 24 befestigt und dreht sich zusammen mit der Motorwelle 24. Das Codiererrad 34 umfasst normalerweise eine Mehrzahl von sich radial erstreckenden Speichen, die an dem Rad 34 gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Das Codiererrad 34 dreht sich relativ zu der Codiereranordnung 36, die an dem Gleichstrommotor 22 befestigt sein kann. Wenn eine Speiche durch die Codiereranordnung 36 erfasst wird, erzeugt die Codiereranordnung 36 einen Puls oder irgendeine andere Art von Zeichen. Somit stellt jeder Puls an einem Ausgang der Codiereranordnung 36 eine relative Inkrementaldrehung des Codiererrads 34 dar. Diese Inkrementaldrehung ist proportional zu einer inkrementalen Linearbewegung des Abtastkopfes 12. Natürlich hängt die Anzahl von Pulsen pro Zoll linearer Bewegung des Abtastkopfes 12 von Faktoren wie der Auflösung des Codierers (in Linien pro Motorumdrehung) und der linearen Distanz, die die Übersetzung den Abtastkopf 12 bei jeder Motorumdrehung bewegt, ab. Zum Beispiel kann ein Codiererrad 34, das in etwa 400 Linien aufweist, 4.800 Pulse für jeden Zoll linearer Bewegung des Abtastkopfes 12 erzeugen. Somit betrüge die Auflösung des Codierers 4.800 Zeilen pro Zoll („lpi").
Die Elektronikanordnung 16 umfasst eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung („ASIC") 38 und einen Gleichstrommotortreiber 40, wie z. B. einen H-Brückenmotortreiber. Der Treiber 40 weist einen Eingang auf, der angepasst ist, um pulsbreitenmodulierte („PWM"-) Signale von einer Bewegungssteuerung/Geschwindigkeitssteuerung an der ASIC 38 zu empfangen. Die PWM-Signale bewirken, dass der Gleichstrommotortreiber 40 selektiv Feldwicklungen des Gleichstrommotors 22 mit Energie versorgt, um ein Motordrehmoment zu erzeugen. Die PWM-Signale können bewirken, dass der Gleichstrommotor 22 die Welle 24 entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn dreht.
Um ein Blatt S Papier abzutasten, wird das Blatt S auf der Glasscheibe 18 positioniert, und ein Host (z. B. ein Personalcomputer) weist die Elektronikanordnung 16 an, mit einer Abtastoperation zu beginnen. Der Host kann auch eine Abtastauflösung, wie z. B. 1.200 Punkte pro Zoll („dpi"), an die Elektronikanordnung 16 liefern. Unter der Steuerung der ASIC 38 bewegt die Gleichstrommotorantriebsanordnung 14 den Abtastkopf 12 entlang den Gleitstäben 20 zu einer bekannten Position (z. B. einer Wand) und beginnt dann, den Abtastkopf 12 entlang den Gleitstäben 20 zu bewegen. Ein Leuchtkolben 42 des Abtastkopfes 12 wird angeschaltet, um einen Abschnitt des Blattes S mit weißem Licht zu beleuchten, und eine Optikanordnung 44, 46 fokussiert ein Bild des beleuchteten Abschnitts auf eine ladungsgekoppelte Vorrichtung („CCD") 48. Die CCD 48 wird immer einer Zeile von Pixeln gleichzeitig ausgesetzt und integriert dieselbe, und eine Elektronikanordnung 16 verarbeitet Signale, die durch die CCD 48 erzeugt werden, und sendet die verarbeiteten Signale an den Host. Das gesamte Blatt S wird Zeile für Zeile abgetastet, während der Abtastkopf 12 entlang den Gleitstäben 20 bewegt wird.
Die ASIC 38 umfasst eine Belichtungssteuerung, die die Belichtungszeit der CCD 48 derart einstellt, dass genau eine Pixeldistanz während jeder Belichtungszeit durchlaufen wird, unabhängig von irgendwelchen kleinen Positions- oder Geschwindigkeitsfehlern beim Steuern des Gleichstrommotors 22. Die Belichtungssteuerung erzeugt ein Transfergattersignal für jeden Kanal der CCD 48. Um eine Zeile abzutasten, deaktiviert die Belichtungssteuerung das Transfergattersignal, um eine Belichtungszeit zu beginnen, verarbeitet die Codiererpulse und aktiviert dann die Transfergattersignale, um die Belichtungszeit zu stoppen, nachdem ein spezifizierter Betrag an Relativbewegung erfolgt ist. Somit variiert die Belichtungssteuerung die Belichtungszeit, um sicherzustellen, dass jede Belichtungszeit der gleichen Verschiebung entspricht und dass die Zeilen von Pixeln bei einem abgetasteten Bild alle eine einheitliche Größe aufweisen. Eine derartige Belichtungssteuerung ermöglicht, dass der Gleichstrommotor 22 bei kostengünstigen im Handel erhältlichen Abtastprodukten verwendet wird.
Die ASIC 38 kann optional eine Servoschleife zum Kompensieren von Intensität und Spektrumsdrift des Leuchtkolbens 42 umfassen. Die ASIC 38 umfasst auch eine Verstärkungskompensationssteuerung zum Einstellen der Verstärkung, um einen einheitlichen Belichtungspegel aufrechtzuerhalten. Der Belichtungspegel ist ein Produkt aus Reflexionslichtintensität von dem Objekt, das abgetastet wird, CCD-Sensoransprechempfindlichkeit, Belichtungszeit und Verstärkung. Die Reflexionslichtintensität und die CCD-Sensoransprechempfindlichkeit sind bei einer ganzen Abtastung relativ konstant. Deshalb wird der Belichtungspegel durch ein Verringern der Verstärkung, um eine Zunahme der Belichtungszeit auszugleichen, und durch ein Erhöhen der Verstärkung, um eine Abnahme der Belichtungszeit auszugleichen, bei einem relativ einheitlichen Pegel gehalten.
Es wird nun Bezug genommen auf 2, die die CCD 98 genauer zeigt. Die CCD 48 umfasst einen Rot-Kanal, der eine erste Reihe von Photodioden 50 umfasst, die für rotes Licht empfindlich sind, einen Grün-Kanal, der eine zweite Reihe von Photodioden 52 umfasst, die für grünes Licht empfindlich sind, und einen Blau-Kanal, der eine dritte Reihe von Photodioden 54 umfasst, die für blaues Licht empfindlich sind. Ein Transfergatter und ein CCD-Analogschieberegister 56, 58, 60 sind für jeden Kanal bereitgestellt. Bei dem Transfergatter handelt es sich um eine Verschlusssteuerung für die CCD 48. Eine Beabstandung zwischen den Reihen von Photodioden 50, 52, 54 beträgt normalerweise zwischen 1/150 und 8/150 eines Zolls.
Jeder Kanal ist angepasst, um ein Transfergattersignal zu empfangen. Wenn ein Transfergattersignal deaktiviert ist, akkumulieren die Photodioden 50, 52, 54 Ladung. Wenn das Transfergattersignal aktiviert ist, wird die Ladung, die durch die Photodioden 50, 52 oder 54 akkumuliert wurde, an das Analogschieberegister 56, 58, oder 60 übertragen. Die Analogschieberegister 56, 58 oder 60 lesen dann seriell die Ladungen an einen Verstärkerchip 62 aus, der programmierbare Verstärkungsverstärker (PGA) 64, 66 und 68 für jeden Kanal umfasst. Analogausgangssignale der programmierbaren Verstärkungsverstärker 64, 66 und 68 werden dann A/D-umgewandelt und an den Host gesendet.
Die drei Kanäle werden parallel verarbeitet. Außerdem akkumulieren, während die Inhalte der Schieberegister 56, 58 und 60 durch einen Schiebetakt (nicht gezeigt) herausgeschoben und verarbeitet werden, die Photodioden 50, 52 und 54 Ladungen für die nächste Zeile von Pixeln. Wenn das nächste Transfergattersignal aktiviert wird, werden die Inhalte der Photodioden 50, 52 und 54 an die Analogschieberegister 56, 58 und 60 übertragen.
Es wird nun Bezug genommen auf 3, die die ASIC 38 genauer zeigt. Die Belichtungssteuerung, die allgemein durch das Bezugszeichen 70 angezeigt ist, umfasst einen ersten, einen zweiten und einen dritten Transfergattergenerator 72, 74 und 76 zum Liefern der Transfergattersignale TG1, TG2, TG3 an den Rot-, Grün- bzw. Blau-Kanal. Die Transfergattersignale sind Verschlusssteuersignale für die CCD 48. Wenn ein Transfergattergenerator 72, 74 oder 76 ausgelöst wird, aktiviert derselbe ein Transfergattersignal TG1, TG2 oder TG3. Nach einem festen Intervall (das ausreichend ist, um zu ermöglichen, dass die akkumulierte Ladung in den Photodioden 50, 52, 54 an die Analogschieberegister 65, 58, 60 übertragen wird) deaktiviert der Transfergattergenerator 72, 74 oder 76 das Transfergattersignal TG1, TG2 oder TG3, um eine neue Belichtungszeit zu beginnen.
Die ASIC 38 umfasst ferner eine Klemme 78 zum Sicherstellen, dass jede Belichtungszeit sich innerhalb Minimum- und Maximumgrenzen MIN, MAX befindet. Ein Klemmen an die Minimumgrenze MIN verhindert eine Verfälschung einer neuen Abtastzeile von einer vorhergehenden Abtastzeile. Ein Klemmen an die Maximumgrenze MAX verhindert eine Sättigung der CCD 48. Die Minimum- und Maximumgrenzen MIN, MAX sind programmierbar.
Jeder Transfergattergenerator 72, 74, 76 wird durch einen Abwärtszähler 80, 82, 84 ausgelöst. Jeder Abwärtszähler 80, 82, 84 umfasst ein beschreibbares Register zum Halten eines Zählwerts und eine Logik zum Dekrementieren des Zählwerts um Eins ansprechend auf einen Eingangspuls. Jeder Abwärtszähler 80, 82, 84 löst seinen Transfergattergenerator 72, 74, 76 aus, wenn der Zählwert in seinem beschreibbaren Regisiter Null erreicht. Nachdem ein Abwärtszähler 80, 82, 84 seinen Transfergattergenerator 72, 74, 76 ausgelöst hat, lädt derselbe sein beschreibbares Register neu mit einem Wert INT und beginnt erneut, den Zählwert zu dekrementieren, der in seinem beschreibbaren Register gespeichert ist. Der Wert INT ist in einem ersten Register 86 gespeichert.
Wie schnell ein Abwärtszähler 80, 82, 84 seinen Zählwert dekrementiert, hängt davon ab, wie schnell derselbe Eingangspulse empfängt. Die Eingangspulse könnten durch den Codierer 32 geliefert werden. Bei einer Abtastauflösung von 300 Pixeln pro Zoll („ppi") würde ein 4.800-lpi-Codierer 32 sechzehn Codiererpulse pro Pixel erzeugen. Zu Beginn eines Abtastens wäre ein Neuladewert INT von Sechzehn in dem ersten Register 86 gespeichert. Somit löst, nachdem der erste Abwärtszähler 80 sechzehn Pulse von dem Codierer 32 empfangen hat (was anzeigt, dass der Abtastkopf 12 eine Distanz von einem Pixel bewegt worden ist), der erste Abwärtszähler 80 den ersten Transfergattergenerator 72 aus, um die Belichtungsperiode für den Rot-Kanal zu beenden. Der zweite Abwärtszähler 82 löst den zweiten Transfergattergenerator 74 nach einem Herunterzählen auf Null aus, und der dritte Abwärtszähler 84 löst den dritten Transfergattergenerator 76 nach einem Herunterzählen auf Null aus.
Bei einer Abtastauflösung von 1.000 ppi erzeugt der 4.800-lpi-Codierer 32 jedoch 4,8 Codiererpulse pro Pixel. Zu Beginn einer Abtastung wird das erste Register 84 mit einem Neuladewert von Vier geladen. Der erste Abwärtszähler 80 löst z. B. den ersten Transfergattergenerator 72 bei jedem vierten Codiererpuls aus. Es ergibt sich ein maximaler Pixelgrößenfehler von (4,8–4)/4,8 oder etwa 16%. Ein maximaler Pixelgrößenfehler von 16% erscheint als Randbildung oder Zacken bei einem abgetasteten Bild.
Ein Codierer höherer Auflösung könnte verwendet werden, um eine größere Anzahl von Pulsen pro Zoll Abtastkopfbewegung zu erzeugen, das wäre jedoch teurer und deshalb für ein kostengünstiges im Handel erhältliches Abtastprodukt nicht möglich.
Anstatt einen Codierer höherer Auflösung zu verwenden, verwendet die Belichtungssteuerung 70 einen Codierer 32, der eine geringe Auflösung und eine Kombination eines Intervallzeitgebers 88 und eines Extrapolators 90 zum Erhöhen der erscheinenden Auflösung des Codierers 32 aufweist. Der Intervallzeitgeber 88 misst eine Zeitperiode (Tmess) zwischen dem ersten und dem zweiten Codiererpuls. Die Zeitperiode (Tmess) wird durch ein Zählen von Taktpulsen gemessen, die durch einen Systemtakt 92 geliefert werden. Zum Beispiel könnte es sich bei dem Intervallzeitgeber 88 um einen 16-Bit-Zähler handeln, der mit einer Taktgeschwindigkeit von 30 MHz inkrementiert wird.
Der Extrapolator 90 teilt die gemessene Periode (Tmess) durch einen Extrapolationsfaktor (z. B. 16x), um eine kleinere Zeitperiode (Tneu) abzuleiten, und gibt dann Extrapolatorpulse (zwischen dem zweiten Codiererpuls und einem dritten Codiererpuls) mit einer Frequenz gleich 1/Tneu aus. Somit werden die Extrapolatorpulse, die zwischen dem zweiten und dem dritten Codiererpuls erzeugt werden, von einer Messung einer Zeit zwischen dem ersten und dem zweiten Codiererpuls extrapoliert. Die Extrapolatorpulse werden an die Abwärtszähler 80, 82, 84 geliefert. Eine genauere Beschreibung des Extrapolators 90 wird im Folgenden in Verbindung mit 6 geliefert.
Der Neuladewert INT, der in dem ersten Register 86 gespeichert ist, beschreibt eine gewünschte Pixelgröße oder Gattertransferlänge basierend auf einer Abtastauflösung, einer Codiererauflösung und einem Extrapolationsfaktor. Eine Transfergatterlänge wird als Codiererauflösung mal Extrapolationsfaktor geteilt durch Abtastauflösung berechnet. Der ganzzahlige Teil INT der Transfergatterlänge wird in dem ersten Register 86 gespeichert, und ein Bruchteil FRA der Transfergatterlänge wird in einem zweiten Register 94 gespeichert. Somit werden das erste und das zweite Register 86 und 94 zu Beginn einer neuen Abtastung aktualisiert.
Zum Beispiel gibt der 4.800-lpi-Codierer 32 immer noch 4,8 Pulse pro Pixel mit einer Abtastauflösung von 1.000 ppi aus. Der Extrapolator 90, der einen Faktor von Sechzehn verwendet, erzeugt jedoch 76,8 Extrapolatorpulse pro Pixel. Falls das erste Register 86 mit einem Wert von Sechsundsiebzig geladen wird, löst der erste Abwärtszähler 80 das erste Transfergatterregister immer nach 76 Extrapolatorpulsen aus. Die sich ergebende maximale Pixelfehlergröße beträgt (76,8–76)/76,8 oder etwa 1%.
Die gemessenen Zeiten und Extrapolatorfrequenzen werden nach jedem Codiererpuls aktualisiert. Falls der Gleich strommotor 22 mit einer Nenngeschwindigkeit läuft, liefert der Intervallzeitgeber 92 eine nominale gemessene Zeit (Tmess) zwischen Codiererpulsen, und der Extrapolator 90 erzeugt Extrapolatorpulse mit einer Nennfrequenz. Folglich sind die Belichtungszeiten nominal. Falls jedoch der Motor 22 sich verlangsamt, nimmt die gemessene Zeit (Tmess) zwischen Codiererpulsen zu, und der Extrapolator 90 erzeugt die Extrapolatorpulse mit einer Frequenz unter der Nennfrequenz. Folglich brauchen die Abwärtszähler 80, 82, 84 länger, um Null zu erreichen, und die Belichtungszeiten werden über die Nennzeit erhöht. Falls der Motor 22 beschleunigt, nehmen die gemessenen Zeiten (Tmess) zwischen Codiererpulsen ab, und der Extrapolator 90 erzeugt die Extrapolatorpulse mit einer Frequenz, die höher als die Nennfrequenz ist. Folglich brauchen die Abwärtszähler 80, 82, 84 nicht so lange, um Null zu erreichen, und die Belichtungszeiten sind geringer als die Nennzeit. Somit wird die Belichtungszeit variiert, um einheitliche Pixelgrößen zu erzeugen.
Der zweite und dritte Transfergattergenerator 74 und 76 (für den Grün- und Blau-Kanal) könnten zur gleichen Zeit wie der erste Transfergattergenerator 72 (für den Rot-Kanal) ausgelöst werden. Die Farbebenen würden sich jedoch nicht in Ausrichtung befinden, außer die Reihenbeabstandung ist ein ganzzahliges Vielfaches der Abtastauflösung. Um eine Ausrichtung der Farbebenen durchzuführen, werden die Starts der Belichtungszeiten für die Kanäle gestaffelt. Dies erfolgt durch ein Initialisieren der beschreibbaren Register der Abwärtszähler 80, 82, 84 mit unterschiedlichen Werten zu Beginn jedes Abtastens. Bei einer Abtastauflösung von 1.000 dpi würde das beschreibbare Register des zweiten Abwärtszählers 82 z. B. mit einem Wert von 50 (d. h. etwa 2/3 des Werts INT) initialisiert, und das beschreibbare Register des dritten Abwärtszählers 84 würde mit einem Wert von 25 (d. h. etwa 1/3 des Werts INT) initialisiert. Somit würde die Belichtungszeit des Blau-Kanals für jede Zeile vor der Belichtungszeit des Grün-Kanals beginnen, und die Belichtungszeit des Grün-Kanals würde vor der Belichtungszeit des Rot-Kanals beginnen. Nach einem Herunterzählen auf Null würden der erste, der zweite und der dritte Abwärtszähler 80, 82, 84 auf eine Rücksetzung hin ihre beschreibbaren Register mit dem gleichen Neuladewert INT neu laden. Somit würden die Belichtungsstarts für die Kanäle gestaffelt bleiben.
Der Bruchteil FRA, der in dem zweiten Register 94 gespeichert ist, wird verwendet, um zu verhindern, dass der maximale Pixelfehler über das abgetastete Bild entsteht. Falls es gestattet würde, dass ein Fehler von 1% entsteht, würde die Größe des abgetasteten Bildes um 1% erhöht oder verringert. Falls jedoch die Abwärtszähler 80, 82, 84 die Transfergattergeneratoren 72, 74, 76 bei einem Durchschnitt der Transfergatterlänge auslösen, entsteht der Fehler nicht.
Bei einer Transfergatterlänge von 76,8 Extrapolatorzählwerten entsteht der Fehler nicht, falls der erste Abwärtszähler 80 den ersten Transfergattergenerator 72 nach 76 Extrapolatorzählwerten auslöst, dann nach 77 Extrapolatorzählwerten auslöst, dann nach 77 Extrapolatorzählwerten, dann nach 77 Extrapolatorzählwerten, und dann 77 Extrapolatorzählwerte. Der erste Transfergattergenerator 72 wird bei durchschnittlich 76,8 Extrapolatorzählwerten ausgelöst. Die Pixel in der Zeile, die den 76 Extrapolatorzählwerten entspricht, würden einen Größenfehler von etwa 1% aufweisen. Die anderen vier Zeilen von Pixeln würden Größenfehler von 0,2% aufweisen.
Die durchschnittliche Transfergatterlänge wird durch ein Dithern bzw. Zittern der Zählwerte in den beschreibbaren Registern der Abwärtszähler 80, 82, 84 erreicht. Das Dithern wird durch einen ersten, einen zweiten und einen dritten Bruchakkumulator 96, 98 und 100 durchgeführt. Jeder Bruchakkumulator umfasst einen Akkumulator und eine Logik zum Addieren des Bruchteils FRA zu dem Wert in dem Akkumu lator. Die Logik addiert den Bruchteil FRA, wenn der zugeordnete Abwärtszähler 80, 82 oder 84 neu geladen wird. Der Akkumulator hält nur den Bruchteil zurück und verwirft den ganzzahligen Teil. Der Akkumulator weist auch einen Übertrag auf. Wenn der Übertrag gleich 1 ist, inkrementiert die Logik den ganzzahligen Teil INT, der in das beschreibbare Register des zugeordneten Abwärtszählers 80, 82 oder 84 neu geladen wird.
Die folgende Tabelle liefert ein Beispiel, wie der erste Bruchakkumulator 96 wirksam ist, wenn die Transfergatterlänge 76,8 Zählwerte beträgt.
Zu Beginn einer Abtastung wird der erste Bruchakkumulator 96 mit dem Wert 0,0 initialisiert. Wenn die Abtastung beginnt (Neuladen Nr. 1), wird der ganzzahlige Teil INT in das beschreibbare Register des ersten Abwärtszählers 80 geladen. Somit zählt der erste Abwärtszähler 80 von 76 auf Null herunter. Über Neuladen Nr. 2 bis 5 weist der Akkumulator einen Übertrag von Eins auf. Folglich wird der ganzzahlige Teil INT + 1 neu in das beschreibbare Register des ersten Abwärtszählers 80 geladen. Somit zählt der erste Abwärtszähler 80 nach Neuladen Nr. 2 bis 5 von 77 auf Null herunter.
Somit erhöht der Extrapolator 90 die Positionsauflösung, bei der die Transfergattergeneratoren 72, 74, 76 ausgelöst werden können, und die Bruchakkumulatoren 96, 98, 100 verhindern, dass ein Fehler über dem abgetasteten Bild entsteht. Die erhöhte Auflösung ist in 4 veranschaulicht.
Die Belichtungssteuerschaltung 70 umfasst ferner eine erste, eine zweite und eine dritte Verstärkungskompensationssteuerung 102, 104 und 106. Jede Verstärkungskompensationssteuerung 102, 104, 106 liefert eine Verstärkung an einen entsprechenden programmierbaren Verstärkungsverstärker 64, 66 und 68 in dem Verstärkerchip 62. Die Verstärkungen können für die unterschiedlichen Kanäle unterschiedlich sein.
Jede Verstärkung wird als ein Verstärkercode ausgedrückt. Der Verstärkungscode G ist gleich: G = NG + (ΔZeit)(STEIGUNG)wobei NG ein Verstärkercode für eine Nennverstärkung ist, ΔZeit eine Differenz von gemessener Belichtungszeit und Soll-Belichtungszeit ist, und STEIGUNG ein vorbestimmter Wert ist, der die Delta-Belichtungszeit in einen Verstärkercode umwandelt, der eine Delta-Verstärkung darstellt. Somit wird der Verstärkungscode G erhöht, wenn die Belichtungszeit unter die Soll-Belichtungszeit verringert wird, und der Verstärkungscode G wird verringert, wenn die Belichtungszeit über die Soll-Belichtungszeit erhöht wird. Zum Beispiel kann die Verstärkungskompensationssteuerung 102 eine Verstärkung um 1% verringern, um eine 1%ige Zunahme der Belichtungszeit zu kompensieren. Auf diese Weise wird die Verstärkung variiert, um einen einheitlichen Belichtungspegel aufrechtzuerhalten. Für die beste Leistung sollte die Verstärkungskompensation bei der aktuellen Abtastzeile wirksam sein, die der letzten Belichtungszeitmessung entspricht.
Die ASIC 38 umfasst ferner einen eingebetteten Prozessor 108, der durch einen Nur-Lese-Speicher 110 („ROM") programmiert wird. Der ROM 110 speichert ein Echtzeitbetriebssystem für den eingebetteten Prozessor 108. Der ROM 110 speichert auch Anweisungen zum Anweisen des eingebetteten Prozessors 108, I/O-Funktionen durchzuführen und die allgemeine Steuerung der Abtastvorrichtung 10 durchzuführen.
Eine der Funktionen, die durch den eingebetteten Prozessor 108 durchgeführt werden, besteht darin, die Belichtungssteuerung 70 für unterschiedliche Abtastauflösungen zu konfigurieren. Die Abtastauflösung kann durch den Host geliefert werden, oder der eingebettete Prozessor 108 kann programmiert werden, um eine Abtastauflösung auszuwählen, die in dem ROM 110 gespeichert ist. Zum Beispiel kann der ROM 110 mit einer Mehrzahl von Abtastauflösungen von 50 dpi bis 2.400 dpi in Inkrementen von einem dpi programmiert werden. Der eingebettete Prozessor 108 würde eine der Abtastauflösungen auswählen und die Belichtungssteuerung 70 für die ausgewählte Abtastauflösung konfigurieren.
Der eingebettete Prozessor 108 richtet den Extrapolator 90 ein, lädt das erste und das zweite Register, programmiert die Klemme 78 und initialisiert die Abwärtszähler 80, 82, 84 und die Bruchakkumulatoren 96, 98, 100 zu Beginn jeder Abtastung, wenn die Abtastauflösung bekannt ist.
Der eingebettete Prozessor 108 ist auch programmiert, um die Kolbenservosteuerung zum Kompensieren der Intensität und der Spektrumsdrift des Leuchtkolbens 42 zu implementieren. Die Kolbenservosteuerung aktualisiert Nennverstärkungen bei den Verstärkungskompensationssteuerungen 102, 104, 106 (siehe 3 und 5) ansprechend auf Veränderungen bei der Intensität und Driften beim Spektrum des Kolbens 42. Eine Kolbenservosteuerung ist in der US-Serien-Nr. 08/815,289, eingereicht am 11. März 1997 und hier durch Bezugnahme aufgenommen, offenbart.
Der eingebettete Prozessor 108 ist auch programmiert, um die Bewegungssteuerung zu implementieren. Die Bewegungssteuerung kann eine Steuerung mit offener oder geschlossener Schleife sein, die den Abtastkopf 12 auf eine Abtastgeschwindigkeit beschleunigt und die Abtastgeschwindigkeit während einer Abtastoperation bei einer relativ konstanten Geschwindigkeit hält. Eine Bewegungssteuerung mit geschlossener Schleife könnte eine einfache Proportion-Integral-Ableitung- (PID-) Steuerung umfassen, die eine Positionsrückkopplung von dem Codierer 32 und eine Geschwindigkeitsrückkopplung von dem Intervallzeitgeber 88 empfängt.
Die ASIC 38 umfasst auch eine Geschwindigkeitssteuerung 112, die eine Änderungsgeschwindigkeit des Gleichstrommotors 22 steuert. Ein Durchführen der Geschwindigkeitssteuerung unter Verwendung der ASIC 38 anstatt des eingebetteten Prozessors 108 verringert die Verarbeitungslast für den eingebetteten Prozessor 108 und befreit denselben, um andere Funktionen durchzuführen. Mit hoher Frequenz laufend liefert die hardware-basierte Geschwindigkeitssteuerung 108 eine genaue Geschwindigkeitssteuerung des Gleichstrommotors 22 und verringert die Geschwindigkeits- und Positionsfehler. Die Kombination der Firmware-Bewequngssteuerung und der hardware-basierten Geschwindigkeitssteuerung 112 kann Schwankungen der Motorgeschwindigkeit bei weniger als 10% halten. Eine derartige Bewegungs-/Geschwindigkeitssteuerung ist in dem Technical Journal von Hewlett-Packard, Oktober 1981, offenbart.
5 zeigt die erste Verstärkungskompensationssteuerung 102 genauer. Die erste Verstärkungskompensationssteuerung 102 umfasst einen Zähler 114, der die Zeit zwischen Aktivierungen des ersten Transfergattersignals TG1 misst. Bei dem Zähler 119 kann es sich um eine Synchronzustandsmaschine handeln, die von dem Systemtakt 92 läuft. Der Zähler 114 kann durch Pulse von dem Systemtakt 92 inkrementiert werden und rückgesetzt werden, nachdem das erste Transfergatter signal TG1 aktiviert worden ist. Somit wird die Belichtungszeit als ein Zählwert von Taktpulsen gemessen.
Die Delta-Zeit wird durch einen Subtrahierer 116 bestimmt, der die gemessene Belichtungszeit von der Soll-Belichtungszeit subtrahiert. Die Soll-Belichtungszeit, ausgedrückt in Zählwerten, ist in einem dritten Register 118 gespeichert.
Die Delta-Verstärkung wird durch einen Multiplizierer 120 bestimmt, der die Delta-Zeit mit der STEIGUNG multipliziert. Der Wert für STEIGUNG ist in einem vierten Register 122 gespeichert.
Ein zweiter Summierer 124 addiert die Delta-Verstärkung zu einem Wert für eine Nennverstärkung. Der Wert für die Nennverstärkung ist in einem fünften Register 126 gespeichert. Der Wert für die Verstärkung wird während der Aktivierung des ersten Transfergattersignals TG1 an die ersten programmierbaren Verstärkungsverstärker 64 gesendet.
Der eingebettete Prozessor 108 speichert Werte der Sollbelichtung, der STEIGUNG und der Nennverstärkung in dem Register 118, 122, 126 zu Beginn einer Abtastung. Es können unterschiedliche Sollbelichtungen vorliegen, die unterschiedlichen Abtastauflösungen entsprechen. Die unterschiedlichen Werte für die Sollbelichtungen werden in dem ROM 110 gespeichert. Die Werte für die Nennverstärkung werden ebenfalls durch die Kolbenservosteuerung aktualisiert.
Es sei darauf hingewiesen, dass alle drei Verstärkungskompensationssteuerungen 102, 104 und 106 den gleichen Grundaufbau aufweisen. Nur die Werte für die Sollbelichtung, die STEIGUNG und die Nennverstärkung sind unterschiedlich.
6 zeigt den Extrapolator 90 genauer. Ein Wert n für den Extrapolationsfaktor ist in einem sechsten Register 128 gespeichert, und eine Stellenschiebeeinrichtung 130 teilt den Zeitgeberintervallzählwert (gemessen in Taktpulsen) durch den Extrapolationsfaktor (2ⁿ). Eine Ausgabe der Stellenschiebeeinrichtung 130 liefert einen Extrapolator-Neuladewert an einen Extrapolator-Abwärtszähler 132. Jeder Taktpuls von dem Systemtakt 92 bewirkt, dass der Extrapolator-Abwärtszähler 132 seinen Zählwert um einen Wert von Eins dekrementiert. Wenn der Zählwert Null erreicht, lädt der Extrapolator-Abwärtszähler 132 neu und gibt einen Extrapolator-Zählwert aus. Somit beträgt die Ausgangsauflösung des Extrapolators 90 2ⁿ mal die Eingangsauflösung.
7 zeigt einen Rollenzuführscanner 200 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Rollenzuführscanner 200 umfasst eine Blattzuführvorrichtung 202, die durch einen Gleichstrommotor 204 angetrieben wird. Die Blattzuführvorrichtung 202 umfasst eine Rolle (nicht gezeigt), die durch den Motor 204 gedreht wird. Wenn dieselbe gegen ein Blatt gepresst und gedreht wird, bewegt die Rolle das Blatt durch die Blattzuführvorrichtung 202 vorwärts. Ein Positionscodierer 206 erzeugt Pulse, die einer Inkrementallinearvorbewegung des Blattes durch die Blattzuführvorrichtung 202 entsprechen. Ein Rad des Codierers 206 kann an der Rolle oder einer Motorwelle angebracht sein.
Eine CCD 208 tastet das Blatt Zeile für Zeile ab, während das Blatt durch die Blattzuführvorrichtung 202 vorwärts bewegt wird. Ein Ausgangssignal der CCD 208 wird an einen Verstärkerchip 210 geliefert, der eine Mehrzahl von programmierbaren Verstärkungsverstärkern umfasst.
Eine ASTC 212 umfasst eine Belichtungssteuerung 214, die die Belichtungszeit der CCD 208 derart einstellt, dass genau eine Pixeldistanz während jeder Belichtungszeit durchlaufen wird, unabhängig von irgendwelchen kleinen Positions- oder Geschwindigkeitsfehlern beim Steuern des Gleichstrommotors 204. Ein Systemtakt 216 und ein Intervallzeitgeber 218 ermöglichen, dass die Belichtungssteue rung 214 eine Extrapolationsfunktion durchführt. Somit kann der Codierer 206 kostengünstig sein und eine relativ niedrige Auflösung aufweisen.
Die ASIC 212 umfasst auch eine Verstärkungskompensationssteuerung 220 zum Einstellen einer Verstärkung der programmierbaren Verstärkungsverstärker, um einen einheitlichen Belichtungspegel aufrechtzuerhalten. Ein eingebetteter Prozessor 222 empfängt seine Anweisungen von einem ROM 224 und steuert die Bewegung des Motors 204. PWM-Signale werden an einen Treiber 226 für den Gleichstrommotor 204 geliefert. Die PWM-Signale bewirken, dass der Treiber 226 Feldwicklungen des Gleichstrommotors 206 selektiv mit Energie versorgt, um ein Motordrehmoment zu erzeugen.
Eine Klemme 228 stellt sicher, dass die Belichtungszeit sich innerhalb von Minimum- und Maximumgrenzen befindet. Die Minimum- und Maximumgrenzen der Klemme 228 sind breiter als diejenigen für die Klemme 78 des Flachbett-Scanners 10. Die breiteren Grenzen ermöglichen eine Kompensation bei niedrigeren Geschwindigkeiten, die auftreten können, während der Motor 206 ein Blatt durch die Zuführvorrichtung beschleunigt oder verlangsamt. Somit kann der Rollenzuführscanner 200 das Blatt abtasten, während beschleunigt und verlangsamt wird. Im Gegensatz dazu führt der Abtastkopf 12 des Flachbett-Scanners 10 normalerweise eine Abtastung mit einer nahezu konstanten Geschwindigkeit durch.
8 zeigt einen Hand-Scanner 300 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Hand-Scanner 300 umfasst einen Träger, der einen Griffabschnitt und einen Gehäuseabschnitt (nicht gezeigt) aufweist. Der Griffabschnitt ist geformt, um durch die Hand einer Bedienungsperson ergriffen zu werden, und der Gehäuseabschnitt enthält eine CCD 302. Die CCD 302 schaut durch ein Fenster in dem Gehäuseabschnitt hinaus. Ein Verstärkerchip 304 für die CCD 302 ist ebenfalls in dem Gehäuseabschnitt enthalten.
Eine Rolle 306 ist außerhalb des Gehäuses befestigt, und ein Codierer 308 ist an der Rolle angebracht. Während einer Abtastoperation wird die Rolle 306 in physischem Kontakt mit der Oberfläche S des Bildes, das abgetastet wird, platziert. Die CCD 302 wird entlang der Oberfläche S bewegt, wobei die Oberfläche Zeile für Zeile abgetastet wird. Die Rolle 306 und der Codierer 308 messen die lineare Distanz, die die CCD 302 entlang der Oberfläche S bewegt wird.
Eine ASIC 310 umfasst eine Belichtungssteuerung 312, die die Belichtungszeit der CCD 302 derart einstellt, dass genau eine Pixeldistanz während jeder Belichtungszeit durchlaufen wird, unabhängig von irgendeiner wackeligen und ungleichmäßigen Bewegung der Hand der Bedienungsperson. Ein Systemtakt 314 und ein Intervallzeitgeber 316 ermöglichen, dass die Belichtungssteuerung 312 eine Extrapolationsfunktion durchführt. Eine Verstärkungskompensationssteuerung 318 stellt die Verstärkung von programmierbaren Verstärkungsverstärkern an dem Verstärkerchip 304 ein, um einen einheitlichen Belichtungspegel aufrechtzuerhalten.
Somit wird eine Detektorbelichtungssteuerung offenbart, die ermöglicht, dass Pixel eine einheitliche Größe aufweisen. Die einheitliche Pixelgröße führt zu einem qualitativ hochwertigen Bild. Die Belichtungssteuerung ermöglicht ein Abtasten sogar, während das Motorantriebssystem den Abtastkopf oder das Papier beschleunigt. Somit kann ein Bild während der Beschleunigung und Verlangsamung des Abtastkopfes oder des Papiers abgetastet werden.
Das Detektorbelichtungssteuersystem ermöglicht, dass ein Gleichstrommotor bei kostengünstigen im Handel erhältlichen Abtastprodukten verwendet wird. Der Gleichstrommotor weist eine kleinere Größe, ein leichteres Gewicht und einen leiseren Betrieb als ein Schrittmotor auf.
Der Gleichstrommotor weist auch einen breiteren Geschwindigkeitsbereich (einschließlich höherer Geschwindigkeiten) und eine glattere Bewegung als ein Schrittmotor auf. Die Bewegung des Gleichstrommotors ist verglichen mit der schrittartigen Bewegung des Schrittmotors glatt und durchgehend. Eine Abtastvorrichtung, die einen Gleichstrommotor umfasst, kann eine größere Anzahl von Abtastauflösungen aufweisen als eine Abtastvorrichtung, die einen Schrittmotor umfasst.
Der Gleichstrommotor weist eine geringere Leistungsaufnahme als der Schrittmotor auf. Folglich kann der Gleichstrommotor eine weniger teure Treiberelektronik verwenden als der Schrittmotor (Schrittmotoren, die bei im Handel erhältlichen Scanner-Produkten verwendet werden, weisen normalerweise zwei Phasen auf und erfordern im Allgemeinen höhere Ströme). Außerdem weist das Gleichstrommotorsystem eine Positionsrückkopplung auf, so dass die wahre Position und ein Motorblockieren bestimmt werden können. Folglich muss der Gleichstrommotor nicht mit einem beträchtlichen Betrag an zusätzlichem Drehmoment überangetrieben werden, um eine Last des ungünstigsten Falls zu erfüllen. Dies ermöglicht, dass die Größe, Kosten und Wärmeabfuhr der Gleichstrommotortreiberelektronik verringert werden.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit Flachbett-, Rollenzuführ- und Hand-Scannern beschrieben wurde, ist dieselbe nicht darauf beschränkt. Andere Anwendungen der vorliegenden Erfindung umfassen kostengünstige im Handel erhältliche Abtastprodukte, wie z. B. Kopierer, Faxgeräte und Mehrfunktionsprodukte, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Bei Systemen, bei denen der Abtastkopf bewegt wird, kompensiert die Belichtungssteuerung Abtastkopfantriebsfehler. Bei Systemen, bei denen der Abtastkopf fest ist, kompensiert die Belichtungssteuerung Papierantriebsfehler. Bei nicht motor-angetriebenen Systemen könnte das Belichtungssteuersystem eine nicht konstante Bewegung kompensieren.
Spezifische Ausführungsbeispiele der Erfindung wurden im Vorhergehenden beschrieben und veranschaulicht. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese spezifischen Ausführungsbeispiele beschränkt. Zum Beispiel könnte ein beliebiger Typ von Positionscodierer verwendet werden. Bei dem Codierer kann es sich um einen Linearcodierer handeln, der eine Bewegung des Abtastkopfes entlang der Schiene misst. Der Linearcodierer würde einen Codiererstreifen anstelle eines Codiererrads umfassen. Der Codierer kann ein Rad oder einen Streifen umfassen, die Speichen oder Linien umfassen, die reflektierende und nicht-reflektierende Regionen, lichtdurchlässige und undurchlässige Regionen oder magnetische und nicht-magnetische Regionen aufweisen.
Die Erfindung ist nicht einmal auf einen Positionscodierer beschränkt. Zum Beispiel könnte ein Geschwindigkeitssensor anstelle eines Positionscodierers verwendet werden. Die Belichtungssteuerung spricht auf Geschwindigkeitszunahmen mit einem Verringern der Belichtungszeit an, und dieselbe spricht auf Geschwindigkeitsabnahmen mit einem Steigern der Belichtungszeit an, alles in dem Bemühen, eine einheitliche Pixelgröße aufrechtzuerhalten.
Ein anderer Detektor als eine CCD könnte verwendet werden. Andere Typen von Detektoren, die verwendet werden könnten, umfassen CMOS-Detektoren und Aktivpixelsensoren. Falls es sich bei dem Detektor um einen Aktivpixelsensor handelt, umfasst das Belichtungssteuersystem keinen Transfergattergenerator. Ein Transfergatter impliziert ein Seriellschieberegister, das für CCD-Typ-Detektoren spezifisch ist. Stattdessen umfasst die Belichtungssteuerung einen anderen Typ von Verschlusssteuerung, der die Belichtungsintervalle beginnt und stoppt. Die Verschlusssteuerung für einen Aktivpixelsensor wäre nicht viel mehr als ein Schalter, der die Detektoren oder Lichtquellen an- und ausschaltet.
Die Extrapolationsfunktion könnte beseitigt werden, und die Belichtungszeit könnte durch ein Auslösen des Transfergat tergenerators direkt von den eingehenden Codiererpulsen eingestellt werden. Eine Kombination eines kostenintensiven Hochauflösungspositionscodierers und einer Motorantriebsanordnung könnte verwendet werden, um zumindest einen Puls für jedes Pixel einer Bewegung zu erzeugen.
Ein Abtastsystem, das einen motorangetriebenen Abtastkopf oder eine Papierzuführvorrichtung umfasst, ist nicht auf irgendeinen bestimmten Typ von Geschwindigkeitssteuerung oder Bewegungssteuerung beschränkt. Tatsächlich könnte das Abtasten der Änderungssteuerung beseitigt werden. Außerdem könnte ein Schrittmotor anstelle des Gleichstrommotors verwendet werden.
Die Belichtungssteuerung, die Verstärkungskompensationssteuerung, die Geschwindigkeitssteuerung und der eingebettete Prozessor könnten an einer einzigen ASIC hergestellt werden, dieselben könnten an mehreren ASICs hergestellt werden, oder dieselben könnten an ein oder mehr feldprogrammierbaren Gatterarrays hergestellt werden.
Es wird auch Entwurfsüberlegungen geben, die von Faktoren wie z. B. der Qualität und den Kosten der Abtastvorrichtung abhängen. Zum Beispiel kann eine kostengünstige Abtastvorrichtung erzwingen, dass die Transfergatter zur gleichen Zeit unter Verwendung eines einzigen Pulses auslösen. Verstärkungen können digital oder analog sein, und dieselben können bei der Abtastvorrichtung oder einem Host angewendet werden. Nennwerte sind abhängig von der Abtastvorrichtung.
Deshalb ist die Erfindung nicht auf die spezifischen Ausführungsbeispiele beschränkt, die im Vorhergehenden beschrieben sind. Stattdessen wird die Erfindung gemäß den folgenden Ansprüchen aufgefasst.

Claims

Eine optische Abtastvorrichtung (10), die folgende Merkmale aufweist: mehrere Reihen (50, 52, 54) von Photodetektorelementen zum Erfassen von mehreren Farbebenen eines Bildes; ein Gleichstrommotorantriebssystem (14) zum Bewirken, dass sich die mehreren Reihen (50, 52, 54) von Photodetektorelementen relativ zu dem Bild bewegen; einen Positionscodierer (32), der auf das Gleichstrommotorantriebssystem anspricht; und eine Belichtungssteuerung (70), die auf Positionsinformationen, die durch den Positionscodierer (32) erzeugt werden, anspricht, zum Starten einer Belichtungszeit jeder Reihe von Photodetektorelementen und dann zum Stoppen der Belichtungszeit, nachdem ein vorbestimmter Betrag von Relativbewegung zwischen den mehreren Reihen (50, 52, 54) von Photodetektorelementen und dem Bild erfasst worden ist, wobei die Belichtungssteuerung (70) eine Verschlusssteuerung (72, 74, 76) für jede Reihe von Photodetektorelementen umfasst; eine Auslöseschaltung (80, 82, 84) für jede Verschlusssteuerung (72, 74, 76); wobei jede Auslöseschaltung (80, 82, 84) auf die Positionsinformationen anspricht, die durch den Positionscodierer (32) erzeugt werden, um ihre zugeordnete Verschlusssteuerung (72, 74, 76) auszulösen, wenn die Positionsinformationen den vorbestimmten Betrag von Relativbewegung angezeigt haben.
Die Abtastvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner eine Extrapolationseinrichtung (90) aufweist, die auf Zeichen von dem Positionscodierer (32) anspricht, zum Erhöhen der Auflösung des Positionscodierers (32), wobei die Extrapolationseinrichtung (90) eine Mehrzahl von Extrapolationszählwerten mit einer Frequenz erzeugt, die größer ist als die Frequenz, mit der die Zeichen des Positionscodierers (32) erzeugt werden, wobei jede Auslöseschaltung (80, 82, 84) auf die Extrapolationszählwerte anspricht, um ihre zugeordnete Verschlusssteuerung (72, 74, 76) auszulösen, wenn die Anzahl von Extrapolationszählwerten den vorbestimmten Betrag von Relativbewegung angezeigt hat.
Die Abtastvorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der jede Auslöseschaltung (80, 82, 84) einen Zähler (80, 82, 84) zum Zählen der Extrapolationszählwerte umfasst, und bei der die Belichtungssteuerung (70) ferner eine Zittereinrichtung (96, 98, 100) für jeden der Zähler (80, 82, 84) umfasst, wobei jede Zittereinrichtung (96, 98, 100) die Anzahl von gezählten Extrapolatorzählwerten dithert, um eine Teiltransfergatterlänge zu erreichen, wobei die Transfergatterlänge die Anzahl von Extrapolatorzählwerten in der vorbestimmten Entfernung darstellt.
Die Abtastvorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der jede Auslöseschaltung (80, 82, 84) einen Zähler (80, 82, 84) zum Zählen der Extrapolationszählwerte umfasst; und bei der die Belichtungssteuerung ferner eine Einrichtung (108) zum Staffeln von Anfangszählwerten bei den Zählern umfasst, um eine Ausrichtung der Reihen von Photodetektorelementen (50, 52, 54) zu erreichen.
Die Abtastvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner einen Verstärker (64, 66, 68) für jede Reihe von Photodetektorelementen aufweist; sowie Verstärkungskom pensationssteuerungen (102, 104, 106) zum Reduzieren von Verstärkungen der Verstärker (64, 66, 68), wenn eine Belichtungszeit größer ist als ein Sollwert, und zum Erhöhen der Verstärkerverstärkungen, wenn eine gemessene Belichtungszeit unter einem Sollwert liegt.
Die Abtastvorrichtung gemäß Anspruch 5, die ferner eine Lichtquelle (42) und einen Prozessor (108) zum Kompensieren von Intensität und Spektrumsdriften bei der Lichtquelle (42) aufweist, wobei der Prozessor (108) auch die Verstärkerverstärkungen einstellt.