WO1997005735A1 - Kopiervorrichtung - Google Patents

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WO1997005735A1
WO1997005735A1 PCT/EP1996/003371 EP9603371W WO9705735A1 WO 1997005735 A1 WO1997005735 A1 WO 1997005735A1 EP 9603371 W EP9603371 W EP 9603371W WO 9705735 A1 WO9705735 A1 WO 9705735A1
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Joseph Kirmeier
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Joseph Kirmeier
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Definitions

  • the optics can be focused manually or automatically. This is easily possible with flat templates and small bumps are usually compensated for by the depth of field of the optics.
  • An autofocus device is required if the objects to be copied / scanned are three-dimensional and therefore no longer to be compensated for, or at least qualitatively inadequate, due to the depth of focus of the optics.
  • This can be achieved with a second sensor, as described in the patents mentioned at the beginning.
  • this does not always lead to qualitatively satisfactory results, particularly in the case of large-area and complex uneven objects, especially since the coordination of the two sensors with respect to one another is technically very complex and problematic. With the technology described below, these disadvantages are completely eliminated and can be realized more easily with reasonable effort.
  • the quality of the image is in no way reduced, rather an improvement is achieved.
  • the image content in the copy can be distorted or compressed (e.g. text).
  • the cause lies in the physically induced distortion, which is detected / recorded by the optics.
  • Another feature is the electronic image detail determination, which should also work with complex, three-dimensional templates and objects.
  • Known technologies such as electronically sensitive digitizers, which react to a magnetic pulse, are overwhelmed or cannot be used here because they only respond to a distance of a few millimeters.
  • the invention described below overcomes this disadvantage in a simple manner.
  • two illuminants arranged on both sides or one illuminator arranged transversely to the viewer / user are usually used for the illumination. body used.
  • the light source is usually rod-shaped and a halogen or phosphor body.
  • these light sources already have the disadvantage that they are not homogeneous over the entire length.
  • homogeneous is meant a uniform emission of light energy over the entire length of the luminous element. In the case of conventionally used light sources, this is greatest in the center, drops towards the edge and thus corresponds to the edge drop of the optics, which further enhances this effect.
  • Another disadvantage is that with conventional reflectors no concentration / concentration of the emitted light energy on the surface to be scanned can be achieved. This in turn means that a large part of the light energy is scattered into the room unused. This in turn has the consequence that the energy output of the light source must be increased such that the part which illuminates the area to be scanned is sufficient for the exposure of the sensor.
  • Another disadvantage of conventional lighting is its reflection on shiny surfaces. Since, due to the radiation angle of the light, special spots emit / reflect concentrated light into the optics, this is also increasingly detected by the scanning line sensor and leads to extreme overexposure at this point / position, which in turn leads to annoying bright contours / areas on the copy .
  • the invention avoids unused light by concentrating the emitted light energy exactly on the surface to be scanned, and on the other hand, by its arrangement and movement, it prevents reflections and undesired shadowing on the object.
  • the invention is based on three techniques. There are also two luminous elements which are arranged on the left and right of the camera, but which have special properties which eliminate the disadvantages mentioned above.
  • the luminous bodies can also be attached directly to the underside of the camera.
  • Part of the invention is a series arrangement of individual light sources which are very small in diameter and which, due to the design, emit more than 90% of their light energy in one direction.
  • the emerging light is concentrated on the surface to be scanned by means of an attached lens, which is either placed directly on the light sources or a lens rod, which is attached at the focal point of the luminous element.
  • the luminous element can even be shorter than the side length of the scanning surface.
  • the lenses of the two luminous elements are now matched to one another in such a way that a uniform, homogeneously illuminated light surface is created which is adapted to the edge drop of the optics and whose surface corresponds to that of the scanning surface of the sensor.
  • the two light sticks constructed in this way can be pivoted about their axis by means of a motor and additionally shifted in the horizontal direction.
  • the mechanism controlled by the processor has the effect that the luminous elements are positioned in such a way that the direct beam direction of the light rod does not coincide with the current sensor position.
  • the light energy striking the sensor is therefore indirect and not directed. Since the image of the light source, which occurs as a so-called reflection, is only possible in a certain position of the sensor relative to the lamps, these are set by means of a processor-controlled, motor-driven adjustment mechanism in such a way that the light body is not imaged on the sensor can and yet the sensor receives the optimal light energy required for good quality through the optics.
  • the swiveling and moving of the light bodies prevents problematic places, such as those that occur, for example, in the case of indentations of book spines, in the case of electronic printed circuit boards to be copied, or other complex three-dimensional bodies, since all places receive the optimal light energy , which is not the case with permanently aligned light bodies and can be.
  • Another positive effect of this invention is the saving of unused light energy which is proportional to the electrical energy used.
  • the invention is very easy on the eyes and the user is not blinded by stray light or disturbed in its use because the emerging light is directed exclusively at the original surface. Even the accidental or deliberate look into the light source has no glare due to the lens and the millimeter-wide light emission.
  • the intensity of the light source is determined by the integrated processor depending on the original regulates.
  • the light measurement by the image line sensor during the pre-scan serves as reference (pre-scanning during the sensor return). This determines the light energy required for optimal imaging and controls the intensity of the light source during the active scanning process.
  • Another, particularly energy-saving technique is the use of fluorescent light sticks. These are cylindrical glass bodies with a fluorescent inner coating as the illuminant.
  • the peculiarity compared to conventional fluorescent tubes is that an internal reflector is attached to these light rods. Depending on the application, it can have an opening of less than 1 degree to over 200 degrees.
  • an external reflector is required, which, however, reflects a large proportion of the light directly back into the luminous source, as a result of which this proportion of light does not hit the original to be illuminated, or in a considerably weakened form. It takes considerable effort to design such external reflectors accordingly in order to achieve a reasonably usable efficiency which, as a directed light source, reaches a maximum of 20% of the total amount of light emitted.
  • the incident light is directed directly through the aperture opening of the reflector onto the original plane, and the light source thus has up to over 180% more light output in one direction compared to a commercially available fluorescent tube (compared to the total emitted light energy of a normal fluorescent tube with reflector) on the original surface.
  • a correspondingly adapted aperture opening of the reflector and a corresponding rotation of the glass tube about its own axis achieve approximately the same effect as with point light sources arranged in series, as described above.
  • a light source should be composed of two separate light sticks arranged in a row in order to obtain a uniform light distribution.
  • a rod lens can be attached outside and along the glass tube at the aperture opening of the inner reflector. In order to achieve good illumination of the outside areas, the two light sticks are arranged at an angle to the center of the original. Focusing takes place as described below.
  • this invention is based on a "one-sensor technology". This means that the image line sensor is simultaneously used for focusing over the entire imaging area. In this way, distortions in the image, such as those caused by curved surfaces, are partially or completely compensated for. If the distortions in the image can only be partially compensated for, this is done with an additional equalization function. This equalization function also takes over the determination of the autofocus values.
  • the distortions are caused by the different angle of view and the distance between the focus point and the imaging surface.
  • the invention brings about a constant distance between the focal point of the optics and the object surface as a function of the position of the image line sensor. Since the originals are only scanned in one direction anyway, since otherwise the image would have to be rotated electronically in one direction for the correct output, the idling in one direction is used for a so-called "prescan” or for "pre-scanning". Not only is the required background brightness measured, but the optics are carried along line by line and thus focused. During the actual scanning process, the optics are moved backwards so that a height scan (carrying the optics) takes place according to the object surface (contour tracking).
  • the processor now tracks the optics until a maximum signal is generated at the output of the high-pass filter.
  • the position of the optical motor in the corresponding line is saved in an internal table of the processor. If the focusing of the optics is now to take place very precisely and precisely, instead of the high-pass filter, the sensor signal can also be scanned multiple times by the A / D converter and the processor can carry out an evaluation using so-called Fourier series. For a- For simple line templates such as text, the method using a high-pass filter is sufficient.
  • the optics are thus adapted to each position of the line sensor by means of the servomotor. A determined motor position is assigned to each line. During the actual scanning, the optics are moved according to the line assignment and thus follow the surface of the template or the object. A clear image of the originals is created.
  • the optics can be assigned not only to the individual image lines in the case of particularly complex surfaces, but the optical position can even be assigned to each pixel of a line. The scanning then takes place accordingly slowly.
  • an additional area sensor is attached which, in combination with the integrated grid pattern, performs an electronic equalization.
  • the structure of the grid pattern is stored as a table in the processor's memory.
  • the height position of the camera as well as the position of the optics relative to the sensor are measured (known) values via the motorized target height adjustment, which is also carried out under the control of the processor, and via the servomotor of the optics for the processor.
  • the glass plate structured with a grid pattern and a circle is illuminated by monochrome or white light, which may also be red, green, blue, yellow or white. The is through a partially transparent mirror Image content reflected from the object is directed onto the area sensor.
  • the grid pattern structure with a circle (which can also be another geometrical figure) that is applied to the image content is recognized by the latter and compared with the stored grid pattern (or another geometrical structure). If this structure is now reflected by an uneven (arched) object, it is distorted according to optical / physical laws. From the degree of distortion in reference to the stored information, the computer can rescale / equalize the image content. This can be done in two ways. On the one hand, the entire image content is first scanned (active scan, not prescan) and written into an image memory integrated in the camera, in which the image content is electronically scaled by the processor in accordance with the distortion factor, which was determined by the area sensor, and only then to the peripheral units is output. This procedure inevitably causes an undesirable time delay. The second alternative avoids this.
  • the distortion determined in the "stand-by” by the processor via the area sensor is converted into the required line spacing during or before the "pre-scan” and the sensor is already moved in the required line spacing during the "active scan path", so that the recorded distortion or compression of the object (which mathematically corresponds to the function of a distance) is compensated (eliminated).
  • the glass plate is primarily (but not exclusively - depending on the type of application) illuminated with monochrome light and thus projected onto the object through the optics.
  • a steep color filter is placed in front of the analyzing surface sensor, which primarily only allows the wavelength of the projected light to pass so that only (or predominantly) the reflection of the structure of the illuminated glass plate is recorded / recorded. Because the area of the structure for the processor is also a known size. and the user uses this illuminated structure to determine his image content or "full section", in which the camera is moved in height and thus the edge of the structure also corresponds to the active image edge, a visual image edge detection / determination is carried out, and there is no need for complex electronic recognition and deletion of unnecessary or undesired image content.
  • This function has an additional special task when it comes to focusing gray value objects, such as photos or objects causing gray values (shadow formation). Since there are no clear black / white transitions in the case of gray values and there are therefore no clear dynamic differences at the high-pass filter, the grayed-out information that is in focus can (not) have to be evaluated as unset by the logic, or it the logic cannot provide a clear focus. In this case, the grid pattern reflected from the object is used for focusing in "stand-by" mode. The monochrome structure selected by the color filter can be evaluated as a clear yes / no signal.
  • the vertical grid lines of the structure are set in relation to the picture lines, ie the number of picture lines is a multiple of the existing grid lines, so that a number of picture lines corresponds to the distance between two grid lines of the structure.
  • the processor then focuses the optics on each of the reflected grid lines and assigns the value corresponding to the relevant group of image lines or, after each number of image lines of the image line sensor, the next value of the assigned structure line is taken and stored in an internal table of the processor.
  • the values are then assigned according to the image lines and the optics are moved accordingly.
  • the individual measured values of the structure line are interpolated to one another, so that the optics are carried continuously and smoothly in the active scan mode, synchronously with the movement of the image line sensor.
  • an image detail can be determined. It is often desirable to evaluate only a certain area of a template. If the originals were only millimeters thick, this could be done using a digitizing tablet as a support surface, via which the system is informed of the relevant coordinates. This is also the method according to which already known copying systems work. If the object or template is thick or three-dimensional, an electronic digitizing tablet will no longer work. If one wishes to dispense with an expensive, very complex and often undesired application of surface scanning by means of laser measurement, there is the alternative of the part of the invention described below. As described in the patents mentioned at the beginning, an illuminated glass plate with a structure is used for manual focusing.
  • an image window can be determined with this matrix structure.
  • the structure of the glass plate is stored as a coordinate system in a table of the processor. Since the template positioning template is displayed in standby or standby mode, the user can enter the coordinates of the relevant image section into the system using the connected keyboard. When scanning is active, only the image information within this coordinate window is evaluated and further processed or output in accordance with the set output mode. This is possible regardless of the amount of the template or its Surface quality, thickness or shape possible.
  • FIG. 2a - 2k different embodiments of lighting bodies and their
  • Fig. 4 is a block diagram of the scanning process
  • Fig. 5a, 5b shows a construction diagram for the copying device
  • Fig. 6 shows the structure of the optics with grid and area sensor
  • Fig. 7 is a plate for generating the grating for focusing
  • FIGS. 1 a and 1 b show a supervisory scanning and copying system according to the present invention with luminous elements (1) arranged on both sides, a camera (2) with an objective (3) and a template / object example (4) on the support surface (5) .
  • Fig. 1 a the scanning of the right side of the book is shown, with Fi * ge.-lb the scanning of the left side of the book.
  • FIG. 2a shows the luminous element (1) consisting of a number of several small luminous elements (6) joined together without gaps.
  • Figure 2b shows one of these lighting elements (6) with attached lens (6a), which emits more than 90% of the emerging light directed towards the front.
  • these are divided into several blocks 7, 8, 9 and are supplied with different electrical energy by the control unit (10).
  • the energy is adapted in such a way that the outer illuminants receive the largest amount of energy and the middle illuminants receive the least, but sufficient, electrical energy.
  • the luminance distribution is shown in Figure 2c.
  • the luminous elements (1) arranged on both sides of the camera (2) are each arranged in the middle of the two halves of the original (IIR) and (HL). They can be pivoted by means of the motor (12), which is supplied by the control unit (10), and can be moved in the horizontal direction manually or by motor.
  • This is essential Significance for this invention, because it enables the luminous elements to be placed / pivoted in such a way that, in the case of reflective originals, the luminous element itself is not detected as a light bar by the sensor of the camera (2) through the optics (3).
  • Critical positions in which the camera sensor (2a) could have a direct angular relationship, indicated by the line (la), to the luminous elements (IR) or (IL) are thereby excluded.
  • Another advantage is that by swiveling the luminous elements (IL) and (IR), critical points on templates, shown in FIGS. 1 a and 1 b by example (4) with critical points (4 a) or three-dimensional objects with shadow points, are optimal and yet reflection-free can be illuminated.
  • the luminous elements (IR) and (IL) with small luminous elements (6) in FIG. 2a they can also be constructed with optical fibers (14) according to FIG. 2d as seamlessly arranged optical fibers. The optical fibers are again combined in bundle groups (15) and are fed to a control unit (16) according to FIG. 2f.
  • the bundle groups (15) are fed via a cross-section converter (18) from different light sources 17 with different energy strengths in order to compensate for the edge drop of the optics.
  • a rod lens (19) is required, which is shown in FIG. 2d and FIG. 2e. If the result shows insufficient dynamics due to insufficient lighting, the light intensity of the luminous elements (1) is increased accordingly by the processor (20) via their control unit (10) or (16) for the actual scanning / copying process or if the image line sensor is overridden ( 2a) reduced accordingly due to an excess of light energy.
  • FIGS. 2g, 2h and 2i Another, particularly energy-saving development is the use of fluorescent lamps, as shown in FIGS. 2g, 2h and 2i.
  • a glass tube (2g) filled with gas is provided on the inside with a fluorescent luminescent layer (2h).
  • a reflector (2i) is attached between the inside of the glass body and the fluorescent luminescent layer, which can have an opening angle (2m) of less than 1 degree up to 200 degrees.
  • two such light tubes are arranged in a row (2p) with an articulation angle (2q). This means that no light is emitted in the center of the luminous element (2j), but is sufficiently illuminated by the two light rods (2k), so that an approximately equal light distribution is achieved.
  • a plurality of light rods can also be arranged next to one another (in parallel).
  • the light rods arranged in series in this way can be pivoted about their own axis by a mechanical device with a drive motor (21).
  • a continuous fluorescent tube with a non-parallel aperture (2u, FIG. 2j) can also be used.
  • the aperture (2u) is widened at the ends (2v) of the tube (2x) and is always narrow towards the middle (2s), so that a uniform distribution of the light energy on the original is also achieved.
  • the aperture (2u) can narrow linearly (Fig. 2j) or non-linearly (Fig. 2k).
  • the light emerging through the aperture (2m) of the reflector is thus directed to a linear light source and guided over the template (111, llr).
  • a lens rod (2n) can be placed in front of the aperture opening (2m) for better light bundling.
  • the light intensity of these light sticks is regulated by electronics (2o) as a control unit. So that the sensor (2a) does not detect the 100 Hz frequency as a light fluctuation, these fluorescent lamps are supplied with an AC voltage of more than 50 kHz via the electronics (2o).
  • the fluorescent fluorescent layer (2h) of the glass tube (2g) is so sluggish that it bridges the wave cycle of the high-frequency alternating voltage and is therefore not perceived by the sensor (2a) as a fluctuation in light.
  • the pivoting of the filament (IL) u. (IR) by the motor (12) is controlled by the processor (20) of the camera 2 so that optimal, shadow-free illumination of the original or the object, shown symbolically by (4), always takes place.
  • the book support (cradle) shown in FIG. 9a is designed for bound originals.
  • the book support has two support halves (21) which can be adjusted relative to one another in the direction (22) in order to allow a gap 23 for receiving book spines, so that the curvature (4c), which is shown as an example in FIGS. 1a and 1b, does not turn out too high and the spine is damaged by overstretching.
  • the two halves of the support (21), which can be moved by means of the device (30), are provided with a background lighting (24) so that shadowing through the book edges by this backlight is avoided.
  • further linear illuminants (25) are integrated in the front and back of this book edition, so that the front and back of the bound templates also remain shadow-free.
  • Another part of the invention is an autofocus control, which allows distortion-free and sharp imaging even of extremely uneven originals and objects.
  • the optics (3) are moved by means of a motor (40) with a drive mechanism (41) from the camera processor (20) synchronously with the image line sensor (2a) of the camera (2) so that the distance from the surface situation of a template or object is always the same (symbolically 4) and the image line sensor (2a) of the camera (2) is guaranteed. Uneven objects or originals FIGS. 10a and 10b are thus scanned / copied without any distortion.
  • the signal of the image line sensor (2a) is passed through a high-pass filter (42) and detected by a level detector (43).
  • the recorded value is digitized by the following A / D converter (44) and evaluated by the processor (20) in the camera (2). This happens line by line. If the templates are less complex, as symbolically represented by object (4) in FIGS. 1 a and 1 b, it is sufficient to evaluate only every tenth or xth line.
  • the processor (20) controls the motor (40) one step further and queries the signal of the image line sensor (2a) again via the A / D converter (44) and compares the new value with the last determined one. If the new measured value is higher than the last measured value, the processor (20) controls the motor (40) step by step in the same direction until a level reversal occurs. The maximum value determined in this way corresponds to the best sharpness. If the measured value weakens compared to the previous the measured value, the processor (20) controls the motor (40) in the opposite direction until a maximum value is determined via the level detector (43) and A / D converter (44).
  • the position of the optics (3) is stored for this image line via the rotational position of the motor (40). This process is repeated for the next image line. Only with the difference that the processor (20) assumes the probability of the series sequence for the adjustment of the optics (3) that the next measuring point must be the same or incremented / decremented (depending on the previous series sequence), so that is not always determined anew from the reference point. If the processor has determined the value X in the previous image line, it sets the next higher or next lower value, taking into account the values from the previous image lines.
  • the processor (20) sets the motor (40) two positions in the opposite direction in the subsequent adjusting loop. For example, only the time of one image line cycle is required for the optical tracking.
  • the image line signal corresponds to a sinusoidal curve (FIG. 8a) with a low harmonic content, which corresponds to a frequency spectrum according to FIG. 8b.
  • the output signal of the image line sensor (2a) is sampled at approximately 5 to 10 times the pixel frequency of the image line sensor (2a) and evaluated with a Fourier analysis, the dynamic difference value of the harmonics from one another, FIG. 8d, as a measurement value for the Tracking of the optics (3) is used by the servomotor (40).
  • the signal from the image line sensor (2a) corresponds to FIG. 8c and the spectrum of the harmonics to FIG. 8d. If the signal is unsharp in accordance with FIG. 8a and the spectrum of FIG. 8b.
  • the focus points recorded in this way form a contour tracking of the template surface (FIGS. 3a and b).
  • the adjustment path of the optics is proportional to the original surface curvature or change in height as in FIG. 10b. Since the time interval between the measuring points is always the same, the adjustment path of the optics between the measuring lines should also always be the same if the surface height changes linearly. If, however, there are different, not the same travel paths of the optics, the processor can calculate an equalization of the image from this non-linearity of the travel path of the optics. The equalization can be done in two ways.
  • Either the processor calculates a proportional change in the distance of the image line scan from this determined non-linearity of the movement of the optics, as a result of which the image is mechanically corrected.
  • a number of picture lines are loaded block by block into a memory and then its content is manipulated by the processor pixel by pixel by inserting or removing corresponding picture lines.
  • the image content is manipulated block by block. This process also significantly reduces the expensive storage capacity.
  • the entire image content can first be read into a memory, be it in the camera, in the printer or in the computer, and can be manipulated or equalized overall, the distance of the focal points being determined Optical experience is required for the equalization.
  • This focusing process can also be carried out with an additional area sensor (60) (Fig. 6).
  • the advantage is that this happens in the rest position of the image line sensor (2a) and the idle (prescan) can be carried out correspondingly faster.
  • Each pixel group (61) consisting of several up to 15 pixels of the image line sensor (2a) is assigned a pixel (62) of the area sensor (60).
  • the area sensor consists of a pixel matrix, which consists of lines (63) each with a number of x pixels. Up to 15 or more image lines of the image sensor (2a) are assigned to each such line of the area sensor. If an object is now placed under the camera, the focus point of the optics (3) is determined for each of the pixels of the area sensor and this is set via the motor (40).
  • FIG. 10c shows a three-dimensional signal which is generated by an object, as shown in FIG. 10b.
  • An electronic surface envelope of the object is generated.
  • the determination of the sharpness is carried out continuously in the rest position of the image line sensor (2a) independently of an object template.
  • This focus routine is coupled to the display of the scan area display (64).
  • an adjustment lens (66) uncoupled the area sensor 60.
  • the adjustment lens (66) is of particular importance since the active image area of the image line sensor (2a) is considerably larger than the active area of the area sensor (60). In order to obtain a mathematically correct assignment of a pixel of the area sensor (60) to a pixel and row group of the image line sensor (2a), an exact scale adjustment of the area of the area sensor to the area of the image line sensor must take place, which is done by the lens (66) .
  • the entire line from 5000 to over 12000 pixels must always be read out, which takes a certain time.
  • the reading of the area sensor is much faster, because on the one hand fewer pixels and lines have to be evaluated and secondly the reading process of the line arrangement can take place in parallel.
  • the processor (20) can carry out the evaluation in its working memory.
  • This method is suitable for a non-critical soft edge course, since the assignment of the measured values to one another will be interpolated as a course curve.
  • the transitions of the object surface are sharp and hard (this does not mean a pattern or structure but rather the surface condition itself, elevations and depressions), correspondingly more pixels are required, which are only insufficiently fulfilled by the area sensor (60) can.
  • the method of scanning during idling with the image line sensor is preferable, since in extreme cases a focus value (101) FIG. 3b can be assigned to each image point, and the optics (3) from the positioning motor (40) optimally to each image point can be started during the active scan / copy process.
  • the illuminated grid structure (64) is projected onto the object or template (4) and the reflected signal via the partially transparent folding mirror (65) via a light filter (67) onto the surface sensor (60) steered.
  • the positioning of the optics (3) is generated by the processor (20) in accordance with the lines and the optics are moved accordingly when scanning.
  • the mirror (65) is folded out of the light path.
  • the method of the optics (3) can take place via a belt drive (41) which is driven by the motor (40), which causes a lifting movement of the optics (3) by the driven screw (47).
  • the optics can also be operated via a lever, which can be opened and closed by an eccentric wheel driven by the motor (49).
  • the optical system can also be moved via a carriage in which the optical system (3) is fastened and to which a toothed rack is attached and which is driven by the motor (40) via a toothed wheel which engages in the toothed rack.
  • 5c and 5d show alternative devices for adjusting the optics with a lever mechanism (FIG. 5c) or a worm drive or pinion (FIG. 5d).
  • the glass plate (64) (see FIGS. 6 and 7, with reference to the patents mentioned at the beginning) is used to set the active scan / Copy surface and manual focus a coordinate pattern (71) with letters in the X direction and numbers in the Y direction according to Figure 7 also applied.
  • the position of the nodes of the grid pattern (64), corresponding to the coordinates, are in a table of the processor (20) filed.
  • the image section is entered as coordinate information via the control panel of the camera (2).
  • the processor (20) During the active scan / copy cycle, only the image data within the entered coordinate window are evaluated by the processor (20) and the connected peripheral units are forwarded.
  • the copying device accordingly shows the following essential features:
  • Illumination for a supervisory scanner / copier which enables reflection-free imaging and eliminates the edge drop of the imaging optics.
  • the illuminants can be mounted directly on the camera or at a distance on both sides of the camera on its mast or extension arm.
  • a filament consisting of small individual filaments that emit light energy according to the edge drop of the optics.
  • a luminous body consisting of a gas-filled glass tube, which is provided on the inside with a reflector and a fluorescent layer.
  • Focusing via the image line sensor during the idle image line sensor in which a focus position of the optics is determined for certain or all image lines and pixels by means of a control mechanism and the optics are moved with a motor mechanism controlled by a processor in such a way that they go to the relevant image line or pixel is sharp, in which the optics is moved according to the determined measured values during the active scanning process inversely to the order of the measured values recorded by the processor-controlled motor mechanism.
  • an area sensor which is adapted to the image line area via an optical system and whose individual pixels are assigned to a pixel line group of the image line sensor, and the measurement points / optical positions of the object surface are already controlled by a processor during the rest position of the image line sensor - mechanism records and assigns the respective position of the image line sensor and during the active scan / scanning process the optics moves the optics according to the determined measured values and assigned to the respective image line sensor position via the processor-controlled motor mechanism.
  • An image detail determination for a supervisory scanner / copier using a coordinate pattern wherein coordinates which are entered via an operating panel determine an image window whose image content is output as a copy via a printer or image in the form of an electronic data format.
  • the position of the optics can also be determined (measured) with a so-called displacement meter, which can be designed as an inductive type or as a sliding resistor (resistor). Since the displacement of the optics, whether with a worm drive, lever mechanism or rack and pinion stroke, is always a function of the distance, this can be recorded as a distance in addition to detection via an incremental encoder on the drive shaft of the motor with a resistance, capacitance or inductance value. The measured value as position is then also available when it is switched on again.
  • the odometer is divided into X measuring points and the relevant resistance, capacitance or inductance value is stored in a table in the processor memory. They are reference values which are compared with the actual position when they are switched on again.
  • the measurement signal of the image line or area sensor is ultimately valid for the sharpness. However, the processor can determine the more favorable (because shorter) travel distance from the actual position.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kopiervorrichtung mit einer Scanner-Kamera, welche einen Zeilensensor mit in Reihe angeordneten fotoelektrischen Elementen zum zeilenweisen Abtasten der zu kopierenden Vorlagen, eine elektronische Schaltung zur Verarbeitung der von dem Zeilensensor gelieferten Signale sowie eine einstellbare optische Einrichtung zur Projektion der Vorlage in eine Bildebene der Kamera aufweist, wenigstens einem Leuchtkörper zum Beleuchten der Vorlagen, einer Prüfvorrichtung zum Prüfen und Einstellen der Bildschärfe der Vorlage in der vom Zeilensensor abgetasteten Bildebene, welche eine Optik zur Abbildung eines Prüfmusters auf der Vorlage und einen Sensor zum Abtasten der Prüfmusterabbildung aufweist, bei der der Leuchtkörper (1) stabförmig ausgestaltet ist.

Description

Kopiervorrichtung
Beschreibung
Bei Aufsichts-Scan- und Kopiertechniken, wie das in den Patentanmeldungen Nr. P41 13 594.6 und P42 18 506.8 beschriebene Verfahren, ist die Beleuchtung der Vorlagen besonders kritisch. Einerseits soll das Auftreten von Reflektionen (besonders bei glänzen¬ den Vorlagen und Objekten) vermieden werden, andererseits eine unerwünschte Schatten¬ bildung (Schwärzung) bei dreidimensionalen Vorlagen, wie z.B. gewölbtem Schriftgut (Bücher etc.) oder Gegenständen. Dies stellt an die Beleuchtung besondere Anforderungen und kann mit nachfolgend beschriebener Technik vermieden werden.
Das Scharfstellen der Optik kann manuell oder automatisch erfolgen. Bei planen Vorlagen ist dies problemlos möglich und kleine Unebenheiten werden meist durch die Tiefenschärfe der Optik ausgeglichen. Sind die abzukopierenden/abzuscannenden Gegenstände drei¬ dimensional und somit durch die Tiefenschärfe der Optik nicht mehr oder zumindest quali¬ tativ unzureichend auszugleichen, so ist eine Autofokuseinrichtung erforderlich. Dies kann mit einem zweiten Sensor, wie er in den eingangs erwähnten Patentschriften beschrieben ist, realisiert werden. Dies führt jedoch, besonders bei großflächigen und komplex un¬ ebenen Objekten, nicht immer zu qualitativ befriedigenden Ergebnissen, zumal die Ab¬ stimmung der beiden Sensoren zueinander technisch sehr aufwendig und problematisch ist. Mit der nachfolgend beschriebenen Technik werden diese Nachteile vollständig aus¬ geschlossen und technisch mit vertretbarem Aufwand einfacher realisierbar. Zudem wird die Qualität der Abbildung keinesfalls gemindert, vielmehr eine Verbesserung erzielt.
Bei unebenen Objekten, wie zum Beispiel Büchern, kann der Bildinhalt in der Kopie ver¬ zerrt oder gestaucht (z.B. Text) wiedergegeben werden. Die Ursache liegt an der physika¬ lisch bedingten Verzerrung, die von der Optik erfasst/aufgenommen wird. Eine Einrich¬ tung, mit welcher diese Effekte vermieden werden, wird durch die nachfolgend beschrie¬ bene Erfindung zur Verfügung gestellt.
Ein weiteres Merkmal ist die elektronische Bildausschnittsbestirnmung, welche auch bei komplexen, dreidimensionalen Vorlagen und Objekten funktionieren soll. Bekannte Techni¬ ken, wie elektronisch empfindliche Digitalisierer, welche auf einen magnetischen Impuls reagieren, sind hier überfordert bzw. nicht anwendbar, da sie nur auf eine Distanz von wenigen Millimetern ansprechen. Die nachfolgend beschriebene Erfindung überwindet die¬ sen Nachteil auf einfache Weise.
Für Aufsichts-Scanner/Kopierer werden üblicherweise für die Beleuchtung zwei beidseits angeordnete Leuchtkörper oder ein quer zum Betrachter/ Anwender angeordneter Leucht- körper verwendet. Die Lichtquelle ist meist stabförmig und ein Halogen- oder Leuchtstoff¬ körper. Diese Lichtquellen haben bereits zum einen den Nachteil, daß sie nicht über die ge¬ samte Länge homogen sind. Mit homogen ist eine über die gesamte Länge des Leucht¬ körpers gleichmäßige Abgabe an Lichtenergie gemeint. Diese ist bei den herkömmlich an¬ gewandten Lichtquellen in der Mitte am größten, fällt zum Rand hin ab und entspricht damit dem Randabfall der Optik, wodurch dieser Effekt noch verstärkt wird.
Ein weiterer Nachteil ist, daß mit herkömmlichen Reflektoren keine Konzentra¬ tion/Bündelung der abgegebenen Lichtenergie auf die abzutastende Fläche erreicht werden kann. Das heißt wiederum, daß ein Großteil der Lichtenergie ungenutzt in den Raum ge¬ streut wird. Dies wiederum hat zur Folge, daß die Energieleistung der Lichtquelle derart gesteigert werden muß, daß der Teil, welcher die abzutastende Fläche ausleuchtet, für die Belichtung des Sensors ausreicht.
Da diese Leuchtstäbe die Lichtenergie über die gesamte Oberfläche des Leuchtstabes ab¬ strahlen, wird nur ein geringer Teil, speziell nur der nach vorne zum Objekt gerichtete (auch unter Einsatz von Reflektoren nicht wesentlich verbesserte Anteil) für die Beleuch¬ tung der Vorlage effektiv genutzt. Das von den Reflektoren reflektierte Licht ist einer star¬ ken Streuung unterworfen und somit nicht gerichtet.
Ein weiterer Nachteil konventioneller Beleuchtung ist deren Reflexion bei glänzenden Ober¬ flächen. Da bedingt durch den Strahlungswinkel des Lichtes spezielle Stellen konzentriertes Licht in die Optik abstrahlen/reflektieren, wird dies durch den abtastenden Zeilensensor ebenso verstärkt erfasst und führt an dieser Stelle/Position zu extremer Überbelichrung was wiederum störende helle Konturen/Flächen auf der Kopie zur Folge hat. Die Erfindung vermeidet einerseits ungenutztes Licht, in dem es die abgestrahlte Lichtenergie exakt auf die abzutastende Fläche konzentriert, und andererseits durch ihre Anordnung und Bewegung Reflexionen und unerwünschte Schattenbildung auf dem Objekt vermeidet.
Die Erfindung beruht auf drei Techniken. Es kommen ebenfalls zwei, links und rechts der Kamera angeordnete Leuchtkörper zum Einsatz, welche jedoch besondere Eigenschaften aufweisen, durch die die oben genannten Nachteile ausgeschlossen werden. Die Leucht¬ körper können auch direkt an der Unterseite der Kamera angebracht sein. Ein Teil der Er¬ findung ist eine reihenmäßige Anordnung von einzelnen, im Durchmesser sehr kleinen Lichtquellen, welche konstruktionsbedingt über 90% ihrer Lichtenergie in einer Richtung abstrahlen. Mittels einer vorgesetzten Linse, welche entweder an den Lichtquellen direkt aufgesetzt ist oder einem Linsenstab, welcher im Fokuspunkt der Leuchtkörper angebracht ist, wird das austretende Licht auf die abzutastende Fläche konzentriert. Um den Randabfall der Optik auszugleichen, werden an den Enden des so konstruierten Lichtstabes stärkere (energiereichere) Lichtquellen eingesetzt und zur Mitte des so konstruierten Leuchtstabes, dem Randabfall der Optik und dem Lichtweg angepaßt, immer schwächere Lichtkörper an¬ geordnet. Die Länge des so konstruierten Leuchtkörpers wird durch die max. mögliche, kurze Seitenkante der Abtastfläche bestimmt. Da der aktive Lichtwinkel des so konstruier¬ ten Leuchtkörpers auch geringfügig nach aussen wirkt, (damit ist die effektive Länge aus¬ tretenden Lichtes des gesamten Leuchtkörpers gemeint) kann der Leuchtkörper sogar kürzer als die Seitenlänge der Abtastfläche sein.
Die Linsen der beiden Leuchtkörper werden nun so aufeinander abgestimmt, daß eine gleichmäßige, dem Randabfall der Optik angepaßte, homogen ausgeleuchtete Lichtfläche er¬ zeugt wird, welche in Ihrer Fläche derjenigen der Abtastfläche des Sensors entspricht.
Um unerwünschte Reflexionen von glänzenden Vorlagen oder Objekten zu vermeiden, kön¬ nen die beiden so konstruierten Leuchtstäbe motorisch um Ihre Achse geschwenkt und zu¬ sätzlich noch in horizontaler Richtung verschoben werden. Der vom Prozessor gesteuerte Mechanismus bewirkt, daß die Leuchtkörper jeweils so gestellt werden, daß die direkte Strahlrichtung des Lichtstabes nicht mit der momentanen Sensorstellung zusammentrifft.
Die auf den Sensor treffende Lichtenergie ist somit indirekt und nicht gerichtet. Da die Ab¬ bildung der Lichtquelle, welche als sogenannte Reflexion auftritt, nur in einer bestimmten Stellung des Sensors zu den Lampen möglich ist, werden diese mittels einem prozessor¬ gesteuerten motorisch angetriebenen Verstellmechanismus so gestellt, daß eine Abbildung des Lichtkörpers auf den Sensor nicht erfolgen kann und dennoch der Sensor die für eine gute Qualität nötige optimale Lichtenergie durch die Optik erhält.
Ebenso werden durch das Schwenken und Verfahren der Lichtkörper problematische Stel¬ len, wie sie zum Beispiel bei Einbuchtungen von Buchrücken, bei zu kopierenden, bestück¬ ten elektronischen Leiterplatten oder anderen komplexen dreidimensionalen Körpern auf¬ treten, vermieden, da alle Stellen die optimale Lichtenergie erhalten, was bei fest ausgerich¬ teten Lichtkörpern nicht der Fall ist und sein kann. Ein weiterer positiver Effekt dieser Er¬ findung ist die Einsparung an ungenützt erzeugter Lichtenergie welche proportional zur auf¬ gewendeten elektrischen Energie ist. Zusätzlich ist die Erfindung sehr augenschonend und der Anwender nicht durch vagabundierendes Licht geblendet bzw. in der Anwendung gestört da das austretende Licht ausschließlich auf die Vorlagenfläche gerichtet ist. Auch das versehentliche oder absichtliche Hineinsehen in die Lichtquelle hat, bedingt durch die Linse und den nur Millimeter breiten Lichtaustritt, keinerlei Blendwirkung. Die Intensität der Lichtquelle wird durch den integrierten Prozessor in Abhängigkeit von der Vorlage ge- regelt. Als Referenz dient die Lichtmessung durch den Bildzeilensensor während des Pre- scans (Vorabtastung während des Sensor-Rücklaufes). Dieser ermittelt die benötigte Licht¬ energie für eine optimale Abbildung und steuert während des aktiven Abtastvorganges die Intensität der Lichtquelle.
Eine weitere, besonders energiesparende Technik ist die Anwendung von fluoreszierenden Leuchtstäben. Es sind dies zylindrische Glaskörper mit einer fluoreszierenden Innen-be- schichtung als Leuchtmittel. Die Besonderheit gegenüber herkömmlichen Leuchtstoffröhren ist, daß in diese Leuchtstäbe ein Innenreflektor angebracht ist. Er kann je nach Anwendung, eine Öffnung von weniger als 1 Grad bis über 200 Grad aufweisen. Bei normalen Leucht¬ stoffröhren ist ein externer Reflektor erforderlich, welcher jedoch einen großen Anteil des Lichtes direkt zurück in die Leuchtquelle reflektiert, wodurch dieser Lichtanteil gar nicht oder in erheblich abgeschwächter Form auf die zu beleuchtende Vorlage trifft. Es bedarf eines erheblichen Aufwandes, derartige externe Reflektoren entsprechend auszulegen um einen einigermaßen brauchbaren Wirkungsgrad zu erzielen, welcher als gerichtete Licht¬ quelle maximal 20% der gesamten emitierten Lichtmenge erreicht. Bei einem direkt in der Innenwand des röhrenförmigen Glaskörpers angebrachten Reflektor wird das auftreffende Licht direkt durch die Apertur-Öffnung des Reflektors auf die Vorlagenebene gelenkt, und die Lichtquelle hat somit, verglichen mit einer handelsüblichen Leuchtstoffröhre, bis zu über 180% mehr Lichtausbeute in einer Richtung (verglichen mit der gesamten emittierten Lichtenergie einer normalen Leuchtstoffröhre mit Reflektor)auf die Vorlagenfläche. Damit reduziert sich die aufzuwendende elektrische Energie für die Ausleuchtung um fast 40% gegenüber dem Einsatz herkömmlicher Leuchtstofflampen. Durch eine entsprechend angepaßte Apertur-Öffnung des Reflektors und eine entsprechende Drehung der Glasröhre um die eigene Achse wird annähernd der selbe Effekt erreicht, wie mit in Reihe angeordneten punktförmigen Lichtquellen wie vorstehend beschrieben.
Da Leuchtstabe den Nachteil aufweisen, in der Mitte die größte Leuchtenergie auf der Vor¬ lagenfläche zu konzentrieren, sollte eine derartige Leuchtquelle aus zwei separaten, in Reihe angeordneten Leuchtstäben zusammengesetzt sein, um eine gleichmäßige Lichtvertei¬ lung zu erhalten. Für eine bessere Lichtbündelung kann bei der Apertur-Öffnung des Innen¬ reflektors eine Stablinse außerhalb und entlang der Glasröhre angebracht werden. Um eine gute Ausleuchtung der Außenbereiche zu erzielen, werden die beiden Leuchtstäbe in einem Winkel zur Vorlagenmitte angeordnet. Eine Fokussierung erfolgt wie nachfolgend be¬ schrieben.
Besonders das Scharfstellen von dreidimensionalen Körpern über eine größere Fläche mit extremen Höhenunterschieden ist für viele Autofokusmechanismen sehr problematisch. Viele versagen dabei gänzlich. Gegenüber den eingangs erwähnten Patentschriften und anderen Autofokustechniken beruht diese Erfindung auf einer " Ein-Sensor-Technologie" . Damit ist gemeint, daß der Bildzeilensensor gleichzeitig für die Fokussierung über die ge¬ samte Abbildungsfläche benützt wird. Dabei werden auch Verzerrungen der Abbildung, wie sie durch gewölbte Oberflächen hervorgerufen werden, zum Teil oder vollständig ausge¬ glichen. Können die Verzerrungen der Abbildung nur zum Teil ausgeglichen werden, so geschieht dies mit einer zusätzlichen Entzerrungsfunktion. Diese Entzerrungsfunktion übernimmt auch die Ermittlung der Autofokuswerte.
Die Verzerrungen werden durch den jeweils unterschiedlichen Bildwinkel und Abstand des Fokuspunktes zur Abbildungsoberfläche hervorgerufen. Die Erfindung bewirkt eine gleich¬ bleibenden Abstand des Fokuspunktes der Optik zur Objektoberfläche in Abhängigkeit zur Stellung des Bildzeilensensors. Da die Vorlagen ohnehin nur in einer Richtung abgetastet werden, da andernfalls das Bild für die seitenrichtige Ausgabe in einer Richtung elektronisch gedreht werden müßte, wird der Leerlauf in einer Richtung für einen sog. " Prescan" oder zum "Vorscannen" genützt. Dabei wird nicht nur die erforderliche Hintergrundhelligkeit gemessen, sondern auch die Optik zeilenweise mitgeführt und damit scharf gestellt. Bei dem eigentlichen Scanvorgang wird die Optik im Rücklauf so verfahren daß eine Höhenabtastung (Mitführung der Optik) entsprechend der Objektoberfläche (Konturenverfolgung) erfolgt. Dies gewährleistet auch bei geringer Tiefenschärfe zeilen¬ weise eine optimale Scharfstellung der Optik zum Sensor. Dies wird durch eine ent¬ sprechende Auswertung der Bildzeileninformation während des Prescans (Vorabtasrung) er¬ reicht. Während der Vorabtasrung (Prescan) wird das Signal des Bildzeilensensors über ein Hochpaßfilter geleitet und einem Pegeldetektor zugeführt. Das vom Pegeldetektor gehaltene Signal wird von einem A/D-Wandler digitalisiert und nachfolgend von dem Prozessor ausgewertet. Der Prozessor steuert einen Stellmotor, mittels dem die Optik in den Fokus¬ punkt gefahren wird. Jede Zeile besteht aus mehreren Meßschleifen. Der Sensor wird bei jeder Position mehrfach abgefragt und die Optik solange nachgeführt bis der optimale Fokuspunkt erreicht ist.
Bei Unscharfe sind in dem Sensorsignal wenig bzw. keine hochfrequenten Signalanteile ent¬ halten, wodurch das Ausgangssignal des Hochpaßfilter sehr niedrig bzw. gleich null ist. Der Prozessor führt nun die Optik solange nach, bis ein maximales Signal am Ausgang des Hochpaßfilter entsteht. Die Stellung des Optikmotors bei der entsprechenden Zeile wird in einer internen Tabelle des Prozessors gespeichert. Soll nun die Scharfstellung der Optik sehr genau und präzise erfolgen, so kann anstelle des Hochpaßfilter auch eine Mehrfachabtastung des Sensorsignals durch den A/D-Wandler erfolgen und durch den Pro¬ zessor eine Auswertung durch sogenannte Fourier-Reihen vorgenommen werden. Für ein- fache Strichvorlagen wie zum Beispiel Text ist das Verfahren mittels Hochpaßfilter aus¬ reichend.
Bei der Vorabtastung während des Rücklaufes wird so die Optik jeder Position des Zeilen¬ sensors mittels Verfahren durch den Stellmotor angepaßt. Jeder Zeile ist eine ermittelte Motorposition zugeordnet. Bei dem eigentlichen Abscannen wird die Optik gemäß der Zeilenzuordnung verfahren und folgt so der Oberfläche der Vorlage oder des Objektes. Es entsteht eine scharfe Abbildung der Vorlagen.
Da der Zeilensensor seine Bildinformation in Serie ausgibt, läßt sich bei besonders kom¬ plexen Oberflächen die Optik nicht nur gegenüber den einzelnen Bildzeilen zuordnen sondern es kann sogar eine Zuordnung der Optikposition zu jedem Bildpunkt einer Zeile er¬ folgen. Die Abtastung geschieht dann entsprechend langsam.
Für die meisten Anwendungen ist jedoch das zeilenweise Fokussieren ausreichend genug. Es kann sogar auf die Auswertung jeder einzelnen Zeile verzichtet werden, wenn die Tiefenschärfe der Optik in die Auswertung mit einbezogen wird. In diesem Fall braucht nur jede zehnte oder hundertste Zeile ausgewertet werden. Dies spart nicht nur Rechenzeit sondern beschleunigt den gesamten Abtast- / Kopiervorgang. Das funktioniert aber auch nur unter der Bedingung, daß Objekt- oder Vorlagen-Unebenheiten fließend sind und keine scharfen (sprunghaften) Übergänge aufweisen. Um die Auswertung und Fokussierung während der Vorabtastung zu beschleunigen, folgt die Zeilenabtastung einer Logik, welche von der Möglichkeit der Annahme ausgeht, in welcher Verfahrrichtung der nächste Fokus¬ punkt sich befinden könnte. Von einem Referenzpunkt ausgehend, welcher am entferntesten vom Fokuspunkt ist bzw. einmal als Basisoberfläche (Objektauflagenfläche) ermittelt wird, sucht der Prozessor mit der Anfangszeile den ersten Fokuspunkt. Es erfolgt die Annahme, daß wie bei Büchern die Oberfläche zunächst sich weiter erhebt und somit die Optik bei der nächsten Zeile vom Istwert in die nächste möglicherweise zutreffende Richtung verfahren wird.
Um eine elektronische Entzerrung zu erreichen wird ein zusätzlicher Flächensensor ange¬ bracht, welcher in Kombination mit dem integriertem Gittermuster eine elektronische Ent¬ zerrung vornimmt. Die Struktur des Gittermusters ist als Tabelle im Speicher des Prozessors abgelegt. Die Höhenposition der Kamera wie auch die Stellung der Optik zum Sensor sind über die motorische Sollhöhenverstellung, welche ebenfalls vom Prozessor gesteuert vorgenommmen wird, als auch über den Stellmotor der Optik für den Prozessor gemessene (bekannte) Werte. Die Beleuchtung der mit einem Gittermuster und Kreis strukturierten Glasplatte erfolgt durch monochromes oder auch weißes Licht, das ggfs. auch rot, grün, blau, gelb oder weiß sein kann. Über einen teildurchlässigen Spiegel wird der vom Objekt reflektierte Bildinhalt auf den Flächensensor gelenkt. Die dem Bildinhalt beaufschlagte Gittermusterstruktur mit Kreis (die auch eine andere geometrische Figur sein kann) wird von diesem erkannt und mit dem abgespeichertem Gittermuster (oder einer anderen geometrischen Struktur) verglichen. Wird diese Struktur nun von einem unebenen (gewölbten) Objekt reflektiert, so ist diese nach optischen/physikalischen Gesetzen verzerrt. Aus dem Grad der Verzerrung in Referenz zu der gespeicherten Information, kann der Rechner den Bildinhalt neu Skalieren/Entzerren. Dies kann auf zweifache Art und Weise geschehen. Zum einen wird der gesamte Bildinhalt zuerst abgescannt (aktiver Scan, nicht Prescan) und in einen in der Kamera integrierten Bildspeicher eingeschrieben, in welchem der Bildinhalt vom Prozessor gemäß dem Verzerrungsfaktor, welcher über den Flächensensor ermittelt wurde, elektronisch skaliert wird und erst dann an die peripheren Einheiten ausgegeben wird. Dieses Verfahren bewirkt zwangsweise eine unerwünschte zeitliche Verzögerung. Dies wird durch die zweite Alternative vermieden.
Die im " Stand-By" vom Prozessor über den Flächensensor ermittelte Verzerrung wird wäh¬ rend oder vor dem " Pre-Scan" in die erforderlichen Zeilenabstände umgerechnet und der Sensor wird beim " aktiven Scanweg" bereits in den erforderlichen Zeilenabständen verfahren, so daß die aufgenommene Verzerrung oder Stauchung des Objektes (welche mathematisch der Funktion einer Wegstrecke entspricht) ausgeglichen (eliminiert) wird. Um die reflektierte Struktur der Glasplatte eindeutig vom Objektinhalt zu unterscheiden, wird die Glasplatte vornehmlich (aber nicht ausschließlich - je nach Art der Anwendung) mit monochromen Licht durchleuchtet und so durch die Optik auf das Objekt projiziert.
Dem analysierenden Flächensensor ist ein steiles Farbfilter vorgesetzt, welches vornehmlich nur die Wellenlänge des projizierten Lichtes passieren läßt so daß ausschließlich (oder über¬ wiegend) die Reflektion der Struktur der durchleuchteten Glasplatte aufgenommen/erfasst wird. Da die Fläche der Struktur für den Prozessor ebenfalls eine bekannte Größe ist. und der Anwender eben mit Hilfe dieser beleuchteten Struktur seinen Bildinhalt oder " vollen Ausschnitt" bestimmt, in dem die Kamera in der Höhe verfahren wird und so der Rand der Struktur auch dem aktiven Bildrand entspricht, wird eine visuelle Bildrand- Detektion/Bestimmung vorgenommen, und das aufwendige elektronische Erkennen und Löschen überflüssiger oder nicht gewünschter Bildinhalte entfällt.
Eine zusätzlich besondere Aufgabe kommt dieser Funktion bei der Scharfstellung von Grau- wertobjekten, wie z.B. Fotos oder Grauwerte verursachende Objekte (Schattenbildung) zu. Da bei Grauwerten keine eindeutigen Schwarz-/Weiß-Übergänge existieren und damit auch keine eindeutigen Dynamikdifferenzen am Hochpaßfilter auftreten, kann (muß nicht) von der Logik eine scharfgestellte Grauwertinformation als unscharf gewertet werden, bzw. es kann von der Logik keine eindeutige Scharfstellung vorgenommen werden. In diesem Fall, wird das vom Objekt reflektierte Gittermuster im " Stand-By" Betrieb zur Scharfstellung verwendet. Die durch das Farbfilter selektierte monochrome Struktur kann als eindeutiges ja/nein Signal gewertet werden. Dabei werden in der Zuordnung die vertikalen Gitterlinien der Struktur in das Verhältnis zu den Bildzeilen gesetzt, d.h. die Anzahl der Bildzeilen ist ein Vielfaches der vorhandenen Gitterlinien, so daß eine Anzahl von Bildzeilen dem Abstand zweier Gitterlinien der Struktur entspricht. Die Optik wird nun vom Prozessor auf jede der reflektierten Gitterlinien scharfgestellt und der Wert entsprechend der betreffenden Gruppe von Bildzeilen zugeordnet bzw. nach jeder durchfahrenen Anzahl von Bildzeilen des Bildzeilensensors wird entsprechend der nächste Wert der zugeordneten Strukturlinie genommen und in einer internen Tabelle des Prozessors gespeichert. Die Werte werden dann entsprechend den Bildzeilen zugeordnet und damit die Optik entsprechend verfahren. Um keine ruckartigen Verstellungen der Optik zu erzeugen, werden die einzelnen Meßwerte der Strukturlinie zueinander interpoliert, so daß eine fortwährende, weiche Mitführung der Optik im aktiven Scan-Modus synchron zum Verfahren des Bild¬ zeilensensors erfolgt.
Weiterhin kann eine Bild- Ausschnittsbestimmung erfolgen. Oft ist es wünschenswert nur einen bestimmten Bereich einer Vorlage auszuwerten. Wären die Vorlagen nur Millimeter dick, so könnte dies mit einem Digitalisiertablett als Auflagefläche erfolgen, über das man dem System die betreffenden Koordinaten mitteilt. Dies ist auch das Verfahren nach dem bereits bekannte Kopiersysteme arbeiten. Ist nun das Objekt oder die Vorlage dick oder dreidimensional, so funktioniert ein elektronisches Digitalisiertablett nicht mehr. Will man auf eine teure, sehr aufwendige und oft aus verschiedenen Gründen nicht gewünschte An¬ wendung der Oberflächenabtastung mittels Lasermessung verzichten, so gibt es die Alter¬ native des nachfolgend beschriebenen Teils der Erfindung. Wie in den eingangs erwähnten Patentschriften beschrieben, wird zur manuellen Scharfstellung eine beleuchtete Glasplatte mit einer Struktur verwendet.
Bringt man nun zusätzlich zu dieser Struktur eine Skalierung mit Buchstaben/Zahlen in der Y-Achse und Zahlen/Buchstaben in der X-Achse an, so läßt sich mit dieser Matrixstruktur ein Bildfenster bestimmen. Die Struktur der Glasplatte ist als Koordinatensystem in einer Tabelle des Prozessors gespeichert. Da bei Stand-By oder Bereitschaft das Muster zur Vorlagenpositionierung ohnehin eingeblendet ist, kann der Anwender die Koordinaten des betreffenden Bildausschnittes in das System mittels der angeschlossenen Tastatur eingeben. Bei der aktiven Abscannung wird nur die Bildinformation innerhalb dieses Koordinaten¬ fensters ausgewertet und entsprechend dem eingestellten Ausgabemodus weiterverarbeitet bzw. ausgegeben. Dies ist möglich, unabhängig von der Höhe der Vorlage bzw. deren Oberflächenbeschaffenheit, Dicke oder Form möglich.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Be¬ zug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figuren la, lb ein erfindungsgemäßes Aufsichts-Scan-und Kopiersystem,
Fig. 2a - 2k verschiedene Ausführungsformen von Leuchtkörpern und deren
Leuchtelementen
Fig. 3a, 3b schematisch die Abtastung an verschiedenen Objektpunkten
Fig. 4 ein Blockdiagramm zum Abtastvorgang
Fig. 5a, 5b ein Aufbauschema für die Kopiervorrichtung
Fig. 5b, 5c die Scharfeinstellung für die Optik
Fig. 6 den Aufbau der Optik mit Gitternetz und Flächensensor zum
Scharfeinstellen
Fig. 7 ein Plättchen zur Erzeugung des Gitters für die Scharfstellung
Fig. 8a - 8d den Signalverlauf beim Scharfstellungsvorgang
Fig. 9a, 9b die Buchauflage Fig. 10a - 10c das Prinzip der Autofocussteuerung bei unebenen Vorlagen
Figur la und lb zeigen ein Aufsichts-Scan- und Kopiersystem gemäß der vorliegenden Er¬ findung mit beidseits angeordneten Leuchtkörpern (1), einer Kamera (2) mit Objektiv (3) und einem Vorlagen / Objektbeispiel (4) auf der Auflagenfläche (5). Bei Fig. 1 a ist das Abtasten der rechten Buchseite, bei Fi *ge.- lb das Abtasten der linken Buchseite dargestellt.
Figur 2a zeigt den Leuchtkörper (1) bestehend aus einer Reihe von mehreren lückenlos an¬ einander gefügten kleinen Leuchtlementen (6). Figur 2b zeigt eines dieser Leuchtelemente (6) mit aufgesetzter Linse (6a), welche mehr als 90% des austretenden Lichtes gerichtet nach vorne abstrahlt. Um die austretende Lichtenergie dem Randabfall der Optik entgegen¬ zurichten, sind diese in mehrere Blöcke 7, 8, 9, aufgeteilt und werden mit unterschiedlicher elektrischer Energie vom Steuergerät (10) versorgt. Die Energie ist dabei so angepaßt, daß die äußeren Leuchtkörper die größte Energiemenge und die mittleren Leuchtkörper die ge¬ ringste, jedoch ausreichende elektrische Energie erhalten. Die Leuchtdichteverteilung ist in Bild Figur 2c gezeichnet. Die beidseits der Kamera (2) angeordneten Leuchtkörper (1) sind jeweils in der Mitte der beiden Vorlagenhälften (IIR) und (HL) angeordnet. Sie sind mittels dem Motor (12) welcher durch die Steuereinheit (10) versorgt wird, schwenkbar und manuell oder motorisch in horizontaler Richtung verschiebbar. Dies ist von wesentlicher Bedeutung für diese Erfindung, weil damit die Leuchtkörper jeweils so plaziert / geschwenkt werden können, daß bei reflektierenden Vorlagen der Leuchtkörper selbst nicht als Lichtbalken vom Sensor der Kamera (2) durch die Optik (3) erfasst wird. Kritische Positionen in welcher der Kamerasensor (2a) in direkter Winkelbeziehung, angedeutet durch die Linie (la), zu den Leuchtkörpern (IR) oder (IL) stehen könnte, werden dadurch ausgeschlossen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die Schwenkung der Leuchtkörper (IL) und (IR) kritische Stellen bei Vorlagen, gezeigt in Figur la und lb durch Beispiel (4) mit kritischer Stelle (4a) oder dreidimensionalen Objekten mit Schattenstellen optimal und doch reflexionsfrei ausgeleuchtet werden können. Als Alternative zu der Konstruktion der Leuchtkörper (IR) und (IL) mit kleinen Leuchtkörpern (6) in Figur 2a können diese auch mit Lichtleitfasern (14) gemäß Figur 2d als lückenlos aneinander gereihten Lichtleitfasern aufgebaut sein. Die Lichtleitfasern sind wiederum in Bündelgruppen (15) zusammengefasst und werden einer Steuereinheit (16) gemäß Figur 2f zugeführt. Die Bündelgruppen (15) werden über einem Querschnittwandler (18) von verschiedenen Lichtquellen 17 mit unterschiedlicher Energiestärke gespeist um den Randabfall der Optik auszugleichen. Um den Lichtaustritt der Lichtleitfasern auf die Vor¬ lagenfläche zu konzentrieren, ist eine Stablinse (19) erforderlich, die in Figur 2d und Figur 2e gezeigt ist. Ergibt das Ergebnis eine zu geringe Dynamik aufgrund unzureichender Beleuchtung, so wird für den eigentlichen Scan/Kopiervorgang die Lichtstärke der Leuchtkörper (1) über deren Steuereinheit (10) oder (16) vom Prozessor (20) entsprechend erhöht bzw. bei Übersteuerung des Bildzeilensensors (2a) wegen eines Überschusses an Lichtenergie entsprechend reduziert.
Eine weitere, besonders energiesparende Entwicklung ist der Einsatz von fluoreszierenden Leuchtmitteln, wie in den Figuren 2g, 2h und 2i dargestellt. Eine mit Gas gefüllte Glas¬ röhre (2g) ist auf der Innenseite mit einer fluoreszierenden Leuchtschicht (2h) versehen. Zwischen der Innenseite des Glaskörpers und der fluoreszierenden Leuchtschicht ist ein Reflektor (2i) angebracht, welcher einen Öffnungswinkel (2m) von weniger 1 Grad bis zu 200 Grad aufweisen kann. Um einen Energieberg in der Mitte des Leuchtkörpers zu ver¬ meiden, werden zwei derartige Lichtröhren in Reihe (2p) mit einem Knickwinkel (2q) an¬ geordnet. Damit wird in der Mitte des Leuchtkörpers (2j) kein Licht emittiert, jedoch ge¬ nügend von den beiden Lichtstäben (2k) ausgeleuchtet, so daß eine annähernd gleiche Lichtverteilung erzielt wird. Je nach Erfordernis, können mehrere Lichtstäbe auch neben¬ einander (parallel) angeordnet sein. Die so in Reihe angeordneten Lichtstäbe können von einer mechanischen Vorrichtung mit Antriebsmotor (21) um die eigene Achse geschwenkt werden. Anstelle der zwei getrennten Leuchtstoffröhren mit Knickwinkel-Anordnung (Fig. 2i) kann auch eine durchgehende Leuchtstoffröhre mit nicht paralleler Apertur (2u, Fig. 2j) verwendet werden. Die Apertur (2u) ist an den Enden (2v) der Röhre (2x) aufgeweitet und wird zur Mitte (2s) immer engen, so daß ebenfalls eine gleichmäßige Verteilung der Lichtenergie auf der Vorlage erzielt wird. Die Apertur (2u) kann sich linear (Fig. 2j) bzw. nicht linear (Fig. 2k) verengen. Das über die Apertur (2m) des Reflektors austretende Licht wird so zu einer linienförmigen Lichtquelle gerichtet und über die Vorlage (111, llr) geführt. Der Aperturöffnung (2m) kann ein Linsenstab (2n) zur besseren Lichtbündelung vorgesetzt werden. Diese Leuchtstäbe werden über eine Elektronik (2o) als Steuereinheit in ihrer Lichtintensität geregelt. Damit der Sensor (2a) die 100Hz Frequenz nicht als Lichtschwankung erfasst, werden diese fluoreszierenden Leuchtmittel über die Elektronik (2o) mit einer Wechselspannung von mehr als 50kHz versorgt. Die fluoreszierende Leuchtschicht (2h)der Glasröhre (2g) ist so träge, daß sie den Wellezyklus der hochfrequenten Wechselspannung überbrückt und somit vom Sensor (2a) nicht als Lichtschwankung wahrgenommen wird.
Die Schwenkung der Leuchtkörper (IL) u. (IR) durch den Motor (12) wird durch den Prozessor (20) der Kamera 2 so gesteuert, daß immer eine optimale, schattenfreie Ausleuchtung der Vorlage oder des Objektes, symbolisch gezeigt durch (4), erfolgt. Während des Vorscannens (Prescan), dies ist der Bildzeilensensor-Rücklauf in die Startposition für den eigentlichen Kopiervorgang, wird der Vorlagenhintergrund über den Bildzeilensensor (2a) gemessen und die Signalstärke (Dynamik = gleich dem Mittelwert des Signals im Verhältnis zur Schwarzreferenz des Sensors) über den A/D-Konverter (44) von dem Prozessor (20), wie in den Fig. 5a und 5b dargestellt ist, ausgewertet und die Helligkeit der Leuchtquellen entsprechend auf- oder abgeregelt.
Für gebundene Vorlagen ist die in Figur 9a gezeigte Buchauflage (Cradle) konstruiert. Die Buchauflage besitzt zwei Auflagenhälften (21) welche zueinander in der Richtung (22) ver¬ stellt werden können um einen Spalt 23 für die Aufnahme von Buchrücken zu ermöglichen damit die Wölbung (4c), die als Beispiel in Figur la und lb gezeigt ist, nicht zu hoch aus¬ fällt und der Buchrücken durch Überdehnung beschädigt wird. Die beiden, mittels der Vorrichtung (30), verschiebbaren Auflagenhälften (21), sind mit einer Hintergrundbeleuch¬ tung (24) versehen so daß eine Schattenbildung durch die Buchkanten durch dieses Gegen¬ licht vermieden wird. Weiter sind in diese Buchauflage an der Vorder- und Rückseite wei¬ tere Langfeldleuchtkörper (25) integriert, so daß auch die Vorder- und Rückpartie der ge¬ bundenen Vorlagen schattenfrei bleibt.
Da sehr alte Werke nicht mehr als 120 Grad geöffnet werden dürfen, da sonst ein Brechen des Pergaments oder Papiers oder des Buchrückens erfolgen kann, wurde der Aufsatz, eine Buchwippe, gezeigt in Figur 9b konstruiert, welcher eine Öffnung (27) für die Aufnahme des Buchrückens hat und über einen Schwenkmechanismus (28) in die Buchauflage in die dafür vorgesehene Aufnahmevorrichtung (26) eingehängt werden kann. Die beiden Auf¬ lagenhälften (21) lassen sich gänzlich zu einer Fläche zusammenschieben, so daß diese eine große, beleuchtete, Auflage bildet auf der größere transparente Vorlagen, wie zum Beispiel Röntgenfilme, oder anderes Filmmaterial oder transparente Vorlagen mit Gegenlicht ab¬ gescannt/kopiert werden können. Diese Apparatur mit Unterlicht ist auch bestens geeignet um Gegenstände schattenfrei zu scannen/kopieren. Die beiden Seitenhalter (29) verhindern ein versehentliches Umblättern der Vorlage.
Ein weiterer Teil der Erfindung ist eine Autofocussteuerung, welche eine verzerrungsfreie und scharfe Abbildung auch extrem unebener Vorlagen und Gegenstände erlaubt. Dabei wird die Optik (3) mittels eines Motors (40) mit einem Antriebsmechanismus (41) von dem Kameraprozessor (20) synchron mit dem Bildzeilensensor (2a) der Kamera (2) verfahren so daß immer der gleiche Abstand zur Oberflächensituation einer Vorlage oder Objekts (symbolisch 4) und dem Bildzeilensensor (2a) der Kamera(2) gewährleistet ist. Unebene Gegenstände oder Vorlagen Fig 10a und 10b werden somit völlig verzerrungsfrei ab¬ gescannt/kopiert.
Während des Vorscannens (Leerdurchlauf des Bildzeilensensors (2a) in Fig 3a und 3b über die Optik (3) wird sowohl der Vorlagenhintergrund (mittlerer Helligkeitswert) zeilenweise gemessen und als Meßpunkt (101) gespeichert, als auch die Optik (3) mittels des Motors (40) durch den Prozessor (20) zeilenweise zur Bildebene scharfgestellt. Die Scharfstellungs- routine ist durch Figur 4 dargestellt. Figur 5a zeigt eine analoge Ermittlung der Fokuswerte und Figur 5b die digitale Ermittlung der Fokuswerte.
Bei der analogen Ermittlung der Fokuswerte wird das Signal des Bildzeilensensors (2a) über einen Hochpaßfilter (42) geführt und von einem Pegeldetektor (43) erfasst. Der aufge¬ nommene Wert wird durch den nachfolgenden A/D-Konverter (44) digitalisiert und vom Prozessor (20) in der Kamera (2) ausgewertet. Dies geschieht Zeile für Zeile. Sind die Vorlagen weniger komplex, wie durch Objekt (4) in Figur la und lb symbolisch dar¬ gestellt, so reicht es nur jede zehnte oder xte Zeile auszuwerten.
Bei Unscharfe entsteht am Ausgang des Hochpaßfilter (42) nur ein kleiner oder gar kein Spannungspegel (Fig 8a). Der Prozessor (20) steuert den Motor (40) nun einen Schritt wei¬ ter und fragt erneut das Signal des Bildzeilensensors (2a) über den A/D-Wandler (44) ab und vergleicht den neuen Wert mit dem zuletzt ermitteltem. Ist der neue Meßwert höher als der zuletzt gemessene, so steuert der Prozessor (20) den Motor (40) in derselben Richtung schrittweise weiter, bis sich eine Pegelumkehr einstellt. Der so ermittelte Maximalwert ent¬ spricht der besten Schärfe. Schwächt sich der ermittelte Meßwert gegenüber dem voran- gegangenem Meßwert ab, so steuert der Prozessor (20) den Motor (40) in die entgegen¬ gesetzte Richtung, solange bis ein Maximalwert über den Pegeldetektor (43) und A/D-Kon¬ verter (44) ermittelt wird. Ist der Maximalwert ermittelt und so für diese Bildzeile die optimale Schärfe eingestellt, so wird die Position der Optik (3) über die Drehposition des Motors (40) für diese Bildzeile gespeichert. Dieser Vorgang wiederholt sich für die nächste Bildzeile wieder. Nur mit dem Unterschied, daß der Prozessor (20) von der Wahrschein¬ lichkeit der Serienfolge für die Verstellung der Optik (3) davon ausgeht, daß der nächste Meßpunkt gleich oder inkrementiert/dekrementiert (abhängig von der vorangegangenen Serienfolge) werden muß, so daß nicht immer aufs Neue vom Referenzpunkt an ermittelt wird. Hat der Prozessor bei der vorangegangenen Bildzeile den Wert X ermittelt, so stellt er unter Einbeziehung der Werte von den vorangegangenen Bildzeilen den nächst höheren bzw. nächst niederen Wert ein. Ist dieser aber bei der neuen Messung nicht zutreffend, weil sich der Fokuspunkt bedingt durch den geänderten Abstand der Objektoberfläche entgegengesetzt verändert, so stellt der Prozessor (20) den Motor (40) bei der darauffolgenden Stellschleife um zwei Positionen in die entgegengesetzte Richtung. So wird für die Optiknachführung nur die Zeit eines Bildzeilenzyklusses mehr benötigt. Das Bildzeilensignal entspricht bei Unscharfe einem sinusförmigem Verlauf (Fig 8a) mit geringem Oberwellenanteil welches einem Frequenzspektrum gemäß Fig. 8b entspricht.
Am Ausgang des Hochpaßfilter (42) ergibt sich nur ein geringer Signalwert. Bei der digi¬ talen Meßwertermittlung wird das Ausgangssignal des Bildzeilensensors (2a) mit etwa der 5 bis zehnfachem Pixelfrequenz des Bildzeilensensors (2a) abgetastet und mit einer Fourier- Analyse ausgewertet wobei der dynamische Differenzwert der Oberwellen zueinander, Fig. 8d, als Meßwert für die Nachführung der Optik (3) durch den Stellmotor (40) herangezogen wird. Bei optimaler Schärfe entspricht das Signal des Bildzeilensensors (2a) der Figur 8c und das Spektrum der Oberwellen der Figur 8d. Bei Unscharfe des Signals entsprechend der Figur 8a und das Spektrum der Figur 8b.
Die so aufgenommenen Fokuspunkte bilden eine Konturverfolgung der Vorlagenoberfläche (Fig. 3a und b). Der Verstellweg der Optik ist proportional zur Vorlagenoberflächenkrüm- mung oder Höhenänderung wie in Figur 10b. Da der zeitliche Abstand der Meßpunkte immer gleich ist, müßte bei einer linearen Höhenänderung der Oberfläche der Verstellweg der Optik zwischen den Meßzeilen ebenfalls immer derselbe sein. Ergeben sich jedoch unterschiedliche, nicht gleiche Verfahrwege der Optik, so kann der Prozessor aus dieser Nichtlinearität des Verfahrweges der Optik eine Entzerrung des Bildes errechnen. Die Ent¬ zerrung kann auf zwei Wegen erfolgen. Entweder der Prozessor errechnet aus dieser er¬ mittelten Nichtlinearität der Verfahrung der Optik eine proportionale Änderung der Distanz der Bildzeilenabtastung, wodurch das Bild mechanisch entzerrt wird. Bei der elektronischen Entzerrung werden eine Anzahl von Bildzeilen blockweise in einen Speicher geladen und dann wird dessen Inhalt vom Prozessor pixelweise durch Einfügen bzw. Entfernen von ent¬ sprechenden Bildzeilen manipuliert. Um eine schnelle Ausgabe an den Drucker (Simultanverarbeitung) zu gewährleisten, wird der Bildinhalt blockweise manipuliert. Dieses Verfahren reduziert auch wesentlich die teure Speicherkapazität. Falls die Ausgabe¬ zeit und Speicherkapazität keine Rolle spielt, kann auch der gesamte Bildinhalt erst in einen Speicher gelesen, sei es in der Kamera, im Drucker oder im Rechner, und insgesamt manipuliert bzw. entzerrt werden, wobei die ermittelte Distanz der Fokuspunkte bei der Optikverfahrung für die Entzerrung benötigt wird.
Dieser Scharfstellungsvorgang kann auch mit einem zusätzlichen Flächensensor (60) (Fig.6) vorgenommen werden. Der Vorteil ist, daß dies in der Ruheposition des Bildzeilensensors (2a) geschieht und der Leerlauf (Prescan) entsprechend schneller ausgeführt werden kann. Dabei wird jeder Pixelgruppe (61) bestehend aus mehreren bis zu 15 Pixeln des Bildzeilen¬ sensors (2a) ein Pixel (62) des Flächensensors (60) zugeordnet. Der Flächensensor besteht aus einer Pixelmatrix, welche aus Zeilen (63) mit jeweils einer Anzahl von x Pixeln be¬ steht. Jeder solchen Zeile des Flächensensors sind bis zu 15 oder mehr Bildzeilen des Bild¬ sensors (2a) zugeordnet. Wird nun ein Gegenstand unter die Kamera gelegt, so wird für jeden der Pixel des Flächensensors der Schärfepunkt der Optik (3) ermittelt und dieser über den Motor (40) eingestellt. Figur 10c zeigt ein dreidimensionales Signal, welches von einem Objekt, wie in Fig. 10b gezeigt, erzeugt wird. Es wird eine elektronische Ober¬ flächen-Hüllkurve des Objektes erzeugt. Die Ermittlung der Schärfeermittlung erfolgt fort¬ laufend in der Ruheposition des Bildzeilensensors (2a) unabhängig von einer Objektvorlage. Diese Scharfstellungsroutine ist mit der Anzeige der Abtastflächenanzeige (64) gekoppelt.
Sobald diese vom Anwender aktiviert wird, (dies kann auch automatisch geschehen, sobald sich der Vorlagenhintergrund ändert) wird ein Teil des Bildsignals, welches von der Optik (3) aufgenommen wird über einen teildurchlässigen Spiegel (65) über eine Anpassungs linse (66) auf den Flächensensor 60 ausgekoppelt. Die Anpassungslinse (66) ist von besonderer Bedeutung, da die aktive Bildfläche des Bildzeilensensors (2a) wesentlich größer ist als die aktive Fläche des Flächensensors (60). Um nun mathematisch eine einwandfreie Zuordnung eines Pixels des Flächensensors (60) zu einer Pixel- und Zeilengruppe des Bildzeilensensors (2a) zu erhalten, muß eine genaue Maßstabsanpassung der Fläche des Flächensensors auf die Fläche des Bildzeilensensors erfolgen, was durch die Linse (66) geschieht.
Bei der Scharfstellung während des Leerlaufs vom Bildzeilensensor (2a) muß immer die ge¬ samte Zeile von 5000 bis über 12000 Pixel (je nach Sensor) ausgelesen werden was eine gewisse Zeit beansprucht. Die Auslesung des Flächensensors geht wesentlich schneller, weil zum einen weniger Pixel und Zeilen ausgewertet werden müssen und zweitens der Auslesevorgang der Zeilenanordnung parallel geschehen kann. Der Prozessor (20) kann die Auswertung in seinem Arbeitsspeicher vornehmen.
Dieses Verfahren eignet sich bei unkritischem weichen Kantenverlauf, da die Zuordnung der Meßwerte zueinander als Verlaufskurve interpoliert werden wird.
Sind die Übergänge der Objektoberfläche jedoch scharf und hart (damit ist kein Muster oder Struktur gemeint sondern die Oberflächenbeschaffenheit selbst, Erhöhungen und Ver¬ tiefungen), so sind entsprechend mehr Bildpunkte erforderlich, welches von dem Flächen¬ sensor (60) nur noch ungenügend erfüllt werden kann. In diesem Falle ist das Verfahren der Abtastung während des Leerlaufs mit dem Bildzeilensensor vorzuziehen, da im Extremfall jedem Bildpunkt ein Fokuswert (101) Fig. 3b zugeordnet werden kann, und vom Posi¬ tioniermotor (40) die Optik (3) optimal auf jeden Bildpunkt während des aktiven Scan- /Kopiervorganges angefahren werden kann. Bei der Scharfstellung von Grautönen oder Farbvorlagen bzw. Objekten mit Schattenbildung wird die durchleuchtete Gitterstruktur(64) auf das Objekt oder Vorlage(4) projiziert und das reflektierte Signal über den teildurch¬ lässigen Klappspiegel (65) über ein Lichtfilter (67) auf den Flächensensor (60) gelenkt. An¬ hand der auf dem Sensor abgezeichneten Gitterstruktur (64) werden entsprechend den Linien die Verfahrpositionierung der Optik (3) vom Prozessor (20) erzeugt und beim Ab¬ tasten entsprechend die Optik verfahren. Der Spiegel (65) wird dabei aus dem Lichtweg geklappt.
Als Beispiel kann das Verfahren der Optik (3) über einen Riemenantrieb (41) erfolgen, der von dem Motor (40) angetrieben wird, welcher eine Hubbewegung der Optik (3) durch die angetriebene Schnecke (47) verursacht. Die Optik kann auch über einen Hebel, welcher von einem vom Motor (49) angetriebenen Exzenter-Rad auf- und abgefahren werden. Das Ver¬ fahren der Optik kann auch noch über einen Schlitten, in welchem die Optik (3) befestigt ist und an welchem eine Zahnstange angebracht ist, und der von dem Motor (40) über ein Zahnrad das in die Zahnstange eingreift, vorgenommen werden. Die Fig. 5c und 5d zeigen alternative Einrichtungen zum Verstellen der Optik mit einem Hebelmechanismus (Fig. 5c) bzw. einem Schneckentrieb bzw. Ritzel (Fig. 5d).
Um Bildausschnitte einer Vorlage 1:1, ohne Verfahren der Höhenposition der Kamera (2), zu erhalten, wird auf dem Glasplättchen (64) (vgl. Fig 6 und 7, unter Bezugnahme auf die eingangs erwähnten Patentschriften) zur Einstellung der aktiven Scan-/Kopierfläche sowie manuellen Scharfstellung ein Koordinatenmuster (71) mit Buchstaben in X-Richtung und Zahlen in Y-Richtung gemäß Figur 7 mit aufgebracht. Die Position der Knotenpunkte des Gittermusters (64), entsprechend den Koordinaten, sind in einer Tabelle des Prozessors (20) abgelegt. Der Bildausschnitt wird als Koordinaten-Information über das Bedienpult der Kamera (2) eingegeben. Während des aktiven Scan-/Kopierzyklusses werden nur die Bild¬ daten innerhalb des eingegebenen Koordinatenfensters vom Prozessor (20) ausgewertet und die angeschlossenen peripheren Einheiten weitergeleitet.
Die erfindungsgemäße Kopiervorrichtung zeigt demgemäß folgende wesentliche Merkmale:
Eine Beleuchtung für einen Aufsichtsscanner/Kopierer welche eine Reflexionsfreie Ab¬ bildung ermöglicht und den Randabfall der Aufnahmeoptik eliminiert.
Das Schwenken des/der Leuchtkörper um ihre Achse um synchron mit dem Verfahren des Bildzeilensensor mitzuwandern. (Die Leuchtkörper können direkt an der Kamera montiert sein oder in einem Abstand beidseitig zu der Kamera an deren Mast oder Auslegearm.
Einen Leuchtkörper bestehend aus kleinen Einzelleuchtkörpern, welche entsprechend dem Randabfall der Optik Lichtenergie abstrahlen.
Einen Leuchtkörper bestehend aus einer gasgefüllten Glasröhre, welche auf der Innenseite mit einem Reflektor und einer fluoreszierenden Schicht versehen ist.
Sowie die Anordnung in Reihe zweier solcher Glaskörper mit einem Mittenknickpunkt.
Eine Fokussierung über den Bildzeilensensor während des Bildzeilensensor-Leerlaufs, in dem für bestimmte oder alle Bildzeilen und Pixel eine Schärfeposition der Optik über einen Regelmechanismus ermittelt wird und mit einem durch einen Prozessor gesteuerten Motor¬ mechanismus die Optik derart verfahren wird, daß diese zur betreffenden Bildzeile oder Bildpunkt scharf ist, in dem die Optik entsprechend den ermittelten Meßwerten während des aktiven Scanvorganges invers zur Reihenfolge der aufgenommenen Meßwerte durch den Prozessor gesteuerten Motormechanismus verfahren wird.
Das Verfahren, daß die Objektoberfläche als Hüllkurve ermittelt/abgetastet wird und beim aktiven Scan/Kopiervorgang die Optik über den motorischen Verstellmechanismus den ab¬ gespeicherten Meßwerten folgt.
Die Möglichkeit mit einem Flächensensor, welcher über eine Optik der Bildzeilenfläche an¬ gepaßt ist und dessen einzelne Pixel einer Pixel-Zeilengruppe des Bildzeilensensors zuge¬ ordnet ist und während der Ruheposition des Bildzeilensensors bereits die Me߬ punkte/Optikpositionen der Objektoberfläche über einen Prozessor gesteuerten Regel- mechanismus aufnimmt und der jeweiligen Position des Bildzeilensensors zuordnet und beim aktiven Scan/ Abtastvorgang die Optik gemäß den ermittelten und der jeweiligen Bild- zeilensensorposition zugeordneten Meßwerten die Optik über den Prozessorgesteuerten Motormechanismus verfährt.
Das automatische Aktivieren dieser Scharfstellung bei Änderung der Objektvorlage.
Eine Bildausschnittsbestimmung für einen Aufsichtsscanner/Kopierer über ein Koordinaten¬ muster, wobei Koordinaten, welche über ein Bedienpanel eingegeben werden, ein Bild¬ fenster bestimmen dessen Bildinhalt als Kopie über einen Drucker oder Bild in Form eines elektronischen Datenformates ausgegeben wird.
Die Position der Optik kann auch mit einem sogenannten Wegmesser, welcher Induktiver Art oder als Schiebe-Widerstand (Resistor) ausgeführt sein kann, ermittelt(gemessen) wer¬ den. Da die Verschiebung der Optik, ob mit Schneckentrieb, Hebelmechanismus oder Zahnstangenhub ausgeführt, immer eine Funktion der Wegstrecke ist, läßt sich diese neben der Erfassung über einen Inkrementalgeber an der Antriebswelle des Motors auch mit einem Widerstands,- Kapazitäts- oder Induktivitätswert als Wegstrecke erfassen. Der Me߬ wert als Position liegt dann auch beim Wiedereinschalten vor. Der Wegmesser wird auf X- Messpunkte aufgeteilt und der betreffende Widerstands-, Kapazitäts- oder Induktivitätswert in einer Tabelle des Prozessorspeichers abgelegt. Sie sind Referenzwerte, welche beim Wiedereinschalten mit der Istposition verglichen werden. Letztendlich gültig für die Schärfe ist das Meßsignal des Bildzeilen- oder Flächensensors. Jedoch kann der Prozessor aus der Istposition den günstigeren (weil kürzeren) Verfahrweg ermitteln.

Claims

KopiervorrichtungPatentansprüche
1. Kopiervorrichtung mit a. einer Scanner-Kamera, welche einen Zeilensensor mit in Reihe angeordneten fotoelektrischen Elementen zum zeilenweisen Abtasten der zu kopierenden Vor¬ lagen, eine elektronische Schaltung zur Verarbeitung der von dem Zeilensensor gelieferten Signale sowie eine einstellbare optische Einrichtung zur Projektion der Vorlage in eine Bildebene der Kamera aufweist,
b. wenigstens einem Leuchtkörper zum Beleuchten der Vorlagen,
c. einer Prüfvorrichtung zum Prüfen und Einstellen der Bildschärfe der Vorlage in der vom Zeilensensor abgetasteten Bildebene, welche eine Optik zur Abbildung eines Prüfmusters auf der Vorlage und und einen Sensor zum Abtasten der Prüf¬ musterabbildung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtkörper (1) stabförmig ausgestaltet ist.
2. Kopiervorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtkörper (1) um seine Längsachse schwenkbar ist.
3. Kopiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtkörper (1) in horizontaler und/oder vertikaler Richtung verstellbar ist.
4. Kopiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellmotor (12) zum Verschwenken des Leuchtkörpers (1) vorgesehen ist.
5. Kopiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß zwei Leuchtkörper (1) vorgesehen sind, die über zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Vorlage (4) angeordnet sind.
6. Kopiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß beim Kopiervorgang der Leuchtkörper (1) synchron zu dem Vorschub des Zeilensensors so geschwenkt wird, daß die vom Zeilensensor jeweils abgetastete Zeile in der Mitte des von dem Leuchtkörper auf der Vorlage jeweils ausgeleuchteten Streifens liegt.
7. Kopiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß jeder Leuchtkörper so angeordnet ist, daß eine an der Vorlagenoberfläche statt¬ findende Spiegelung des Leuchtkörpers nicht auf den Zeilensensor trifft.
8. Kopiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtkörper und aus einer Anzahl von dicht nebeneinander in Reihe angeordneten einzelnen Lichtquellen (6) besteht, welche eine Richtstrahlcharakteristik besitzen und senkrecht zur Längsrichtung des Leuchtköφers (1) abstrahlen, und daß die Längsachse des Leuchtköφers (1) im wesentlichen parallel zur Längsachse des Zeilensensors (2a) ist.
9. Kopiervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel der Strahlkegel der Lichtelemente (6) weniger als 15 Grad beträgt.
10. Kopiervorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtkraft der an den Enden des stabförmigen Leuchtköφers befindlichen Licht¬ quellen stärker ist als die der mittig liegenden Lichtquellen.
11. Kopiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtköφer (1) aus zumindest einer gasgefüllten Glasröhre (2g) besteht, die auf ihrer Innenseite mit einer fluoreszierenden Leuchtschicht (2h) versehen ist, die eine Apertur (2m) aufweist, wobei zwischen der Leuchtschicht (2h) und der Glasröhre ein Reflektor (2i) vorgesehen ist.
12. Kopiervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Apertur (2m) eine Linse (2n) angeordnet ist.
13. Kopiervorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Leuchtköφer (1) jeweils aus zumindest zwei gasgefüllten Glasröhren (2g) bestehen die in Reihe und in einem Winkel zueinander angeordnet sind.
14. Kopiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Optik der Prüfvorrichtung das Prüfmuster (64) mit Licht eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs auf der Vorlage (4) abbildet, und daß dem Sensor (60) zum Ab¬ tasten und Auswerten der Prüfmusterabbildung ein entsprechendes Farbfilter (67) vor¬ gesetzt ist.
15. Kopiervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Sensors (60) der Prüfvorrichtung einer Auswertungsschaltung zugeführt wird, welche ein Hochpaßfilter (42) und einen ihm nachgeschalteten Pegel¬ detektor (43) umfaßt.
16. Kopiervorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertungsschaltung die von der Prüfvorrichtung aus der Prüfmusterabbildung ermittelte Information über die Bildschärfe speichert, und daß der Zeilensensor und/oder die optische Einrichtung der Scannerkamera bei dem Kopiervorgang ent¬ sprechend dieser Bildschärfeinformation verstellt werden.
17. Kopiervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertungsschaltung die von der Prüfvorrichtung aus der Prüfmusterabbildung ermittelte Information über die Bildverzerrung speichert, und daß das von dem Zeilensensor gelieferte Bildsignal entsprechend dieser Bildverzerrungsinformation korrigiert wird.
18. Kopiervorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor der Prüfvorrichtung ein Flächensensor (60) ist.
19. Kopiervorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeilensensor (2a) als Sensor der Prüfvorrichtung verwendet wird.
20. Kopiervorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfmuster (64) ein X-Y-Koordinatensystem mit Skalenteilung ist, daß eine Steuerschaltung für die Verstellung des Zeilensensors vorhanden ist, welche einen Speicher umfaßt, in dem die Korrelation zwischen der Abtastposition des Zeilensensors und den Skalenwerten des Prüfmusters gespeichert ist, und daß der Steuerschaltung die Koordinaten für den vom Zeilensensor abzutastenden Bildausschnitt eingebbar sind.
21. Kopiervorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bedienungseinrichtung, insbesondere ein Fußschalter, mit drei Tasten vorgesehen ist, wobei mit der ersten Taste das Kopieren der linken Hälfte, mit der zweiten Taste das Kopieren der rechten Hälfte und mit der dritten Taste das Kopieren eines vorgewählten Bildausschnitts auslösbar ist.
22. Kopiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Buchauflage (21, 23, 26-28) vorgesehen ist, welche zwei Auflageplatten (21) auf¬ weist, deren Abstand und/oder Neigung zueinander einstellbar sind.
23. Kopiervorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß neben oder unter der Buchauflage eine Hintergrundbeleuchtung (24) vorgesehen ist.
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