WO2001024510A1 - Vorrichtung zur vorlagenabtastung - Google Patents

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WO2001024510A1
WO2001024510A1 PCT/DE2000/003171 DE0003171W WO0124510A1 WO 2001024510 A1 WO2001024510 A1 WO 2001024510A1 DE 0003171 W DE0003171 W DE 0003171W WO 0124510 A1 WO0124510 A1 WO 0124510A1
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optoelectronic
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Bernd Lassen
Klaus Kossmann
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Heidelberger Druckmaschinen Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N1/00—Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/024—Details of scanning heads ; Means for illuminating the original
    • H04N1/02409—Focusing, i.e. adjusting the focus of the scanning head
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
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    • H04N1/04—Scanning arrangements, i.e. arrangements for the displacement of active reading or reproducing elements relative to the original or reproducing medium, or vice versa
    • H04N1/19—Scanning arrangements, i.e. arrangements for the displacement of active reading or reproducing elements relative to the original or reproducing medium, or vice versa using multi-element arrays
    • H04N1/191—Scanning arrangements, i.e. arrangements for the displacement of active reading or reproducing elements relative to the original or reproducing medium, or vice versa using multi-element arrays the array comprising a one-dimensional array, or a combination of one-dimensional arrays, or a substantially one-dimensional array, e.g. an array of staggered elements

Definitions

  • the invention relates to the field of electronic reproduction technology and relates to a device for pixel-by-line optoelectronic scanning of originals.
  • a device for pixel-by-line optoelectronic scanning of templates such as images, graphics and texts
  • the templates to be scanned are converted into electrical signals, which are then further converted into digital data for processing in electronic reproduction technology.
  • a scanner Such a device is also referred to below as a scanner.
  • the originals are arranged on a flat original carrier, and an optoelectronic scanning element scans the originals pixel by line and line by line, the original carrier and the scanning element moving relative to one another.
  • the scanning element essentially has a light source for line-by-line illumination of the original, an optoelectronic converter, for example a photodiode line (CCD line), for converting the scanning light coming from the original into the image signals and a scanning lens for sharply imaging the original onto the optoelectronic converter as well to set the imaging scale for originals of different sizes or to set different scanning resolutions.
  • an optoelectronic converter for example a photodiode line (CCD line)
  • CCD line photodiode line
  • scanning lens for sharply imaging the original onto the optoelectronic converter as well to set the imaging scale for originals of different sizes or to set different scanning resolutions.
  • templates are scanned that do not fill the entire width of the template carrier, the template is only imaged on a part of the sensor elements in the CCD line.
  • the scanning resolution perpendicular to the direction of the scanning line is determined by the relative speed between the original and the scanning element.
  • the scanning resolution in the direction of the scanning line can be varied by means of the imaging scale, in that the scanning lens reproduces the respective original width completely and with optimum image sharpness on the CCD line.
  • the image width, i.e. the distance between the CCD line and the scanning lens, and the object distance, i.e. the distance between the scanning lens and the original can be set by moving the scanning lens with a fixed focal length and / or the CCD line or by scanning lenses with different focal lengths into the beam path.
  • the object of the present invention is therefore to improve a device for pixel and line-by-line optoelectronic scanning of originals in such a way that a large original carrier can be scanned at any point with a high scanning resolution and that a large range of variation of the imaging scale is possible with little expenditure on equipment is.
  • FIG 3 shows the position of the scanning lens and the optoelectronic converter for the extreme values of the imaging scale.
  • a non-transparent supervisory original is illuminated by a light source arranged below the original carrier and moved with the scanning element (4) (not shown in FIG. 1 for reasons of clarity).
  • the scanning light modulated with the image content of the original (2) and reflected by the original is imaged by the scanning objective (6) onto the optoelectronic converter (7).
  • the scanning element (4) can also be moved in the x-direction, with which the scanning line (3) can be positioned at any position on the original carrier. Motorized drives are provided for both directions of movement of the scanning element (4). It is characteristic of the scanning device according to the invention that the scanning element (4) has an unfolded beam path (8), ie the scanning light is not deflected by mirrors or other optical elements.
  • scanning objective (6) and optoelectronic converter (7) can be shifted to such an extent that the length of the scanning line (3) and thus the imaging scale can be varied continuously within wide limits, from a minimum scanning line length to the full width B of the original carrier (1).
  • Fig. 2 shows a schematic representation of the unfolded beam path (8) in the scanning element (4).
  • the scanning line (3) is in a linear beam path (8), i.e. without deflection by mirrors or other optical elements, imaged on the optoelectronic converter (7) by means of the scanning objective (6).
  • the image scale and thus the length and resolution of the scanning line (3) can be varied continuously by moving the scanning lens (6) and / or the optoelectronic converter (7) in the direction of the document carrier (1) or away from it. Motorized drives are preferably used for the displacement.
  • the scanning resolution results from the length of the scanning line (3) and the number of sensor elements in the optoelectronic converter (7).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur pixel- und zeilenweisen optoelektronischen Abtastung von Vorlagen, die aus einem ortsfesten Vorlagenträger (1), und einem beweglichen Abtastorgan (4) mit einer Lichtquelle (5), einem optoelektronischen Wandler (7) und einem Abtastobjektiv (6) zur Abbildung einer Abtastzeile (3) auf den optoelektronischen Wandler (7) besteht. Das Abtastorgan kann quer zur Richtung der Abtastzeile und auch in Richtung der Abtastzeile bewegt werden, um alle Positionen auf dem Vorlagenträger zu erfassen. Das Abtastorgan hat einen ungefalteten, vertikal verlaufenden Strahlengang (8), mit dem das Abtastlicht ohne Umlenkung durch Spiegel auf den optoelektronischen Wandler (7) abgebildet wird. Der Abbildungsmassstab kann stufenlos durch Verschieben des Abtastobjektifs und/oder des optoelektronischen Wandlers in weiten Grenzen eingestellt werden.

Description

Vorrichtung zur Vorlaqenabtastung
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektronischen Reproduktionstechnik und betrifft eine Vorrichtung zur pixel- und zeilenweisen optoelektronischen Abtastung von Vorlagen.
In einer Vorrichtung zur pixel- und zeilenweisen optoelektronischen Abtastung von Vorlagen, wie beispielsweise Bildern, Grafiken und Texten, werden die abzutastenden Vorlagen in elektrische Signale umgewandelt, die dann zur Verar- beitung in der elektronischen Reproduktionstechnik weiter in digitale Daten konvertiert werden. Eine solche Vorrichtung wird im folgenden auch als Scanner bezeichnet. Für den Fall, daß es sich um einen Flachbettscanner handelt, sind die Vorlagen auf einem ebenen Vorlagenträger angeordnet, und ein optoelektronisches Abtastorgan tastet die Vorlagen pixel- und zeilenweise ab, wobei sich der Vorlagenträger und das Abtastorgan relativ zueinander bewegen. Das Abtastorgan weist im wesentlichen eine Lichtquelle zur zeilenweisen Beleuchtung der Vorlage, einen optoelektronischen Wandler, beispielsweise eine Fotodiodenzeile (CCD-Zeile), zur Umwandlung des von der Vorlage kommenden Abtastlichts in die Bildsignale sowie ein Abtastobjektiv zur scharfen Abbildung der Vorlage auf den optoelektronischen Wandler sowie zur Einstellung des Abbildungsmaßstabs bei Vorlagen unterschiedlicher Größe bzw. zur Einstellung unterschiedlicher Abtastauflösungen auf. Ein derartiger Scanner ist beispielsweise aus DE 195 34 334 bekannt.
Es gibt Flachbettscanner mit einem feststehenden Vorlagenträger und einem Abtastorgan, das sich in der Nebenabtastrichtung, d.h. senkrecht zur Richtung der Abtastzeile (der Hauptabtastrichtung) an dem Vorlagenträger entlang bewegt. Diese Bauweise ist für sogenannte Desktop Scanner typisch. Es gibt aber auch Ausführungsformen, bei denen sich der Vorlagenträger an einem feststehenden Abtastorgan entlang bewegt. Die Abtastauflösung in Richtung der Abtastzeile ist von der Anzahl der Sensorelemente in der CCD-Zeile und von der jeweiligen Vorlagenbreite in Richtung der Abtastzeile abhängig. Bei preiswerten Scannern ist das Abtastorgan üblicherweise so ausgelegt, daß die gesamte Breite des Vorlagenträgers auf die CCD-Zeile abgebildet wird. Daraus ergibt sich eine feste Auflösung des Scanners für alle Vorlagen. Wenn Vorlagen abgetastet werden, die nicht die gesamte Breite des Vorlagenträgers ausfüllen, wird die Vorlage nur auf einen Teil der Sensorelemente in der CCD-Zeile abgebildet. Die Abtastauflösung senkrecht zur Richtung der Abtastzeile wird durch die Relativgeschwindigkeit zwischen Vorlage und Ab- tastorgan bestimmt.
Bei aufwendigeren Scannern läßt sich die Abtastauflösung in Richtung der Abtastzeile durch den Abbildungsmaßstab variieren, indem das Abtastobjektiv die jeweilige Vorlagenbreite vollständig und mit optimaler Bildschärfe auf die CCD- Zeile abbildet. Zur Änderung der Abtastauflösung in Zeilenrichtung kann die Bildweite, d.h. der Abstand zwischen CCD-Zeile und Abtastobjektiv, und die Gegenstandsweite, d.h. der Abstand zwischen Abtastobjektiv und Vorlage, eingestellt werden, indem das Abtastobjektiv mit einer festen Brennweite und/oder die CCD- Zeile verschoben werden oder Abtastobjektive mit unterschiedlichen Brennweiten in den Strahlengang eingeschwenkt werden. Nachteilig ist jedoch, daß kleinere Vorlagen in der Mitte des Vorlagenträgers angeordnet werden müssen, da bei der Einstellung einer höheren Auflösung nur ein mittlerer Teil der Breite des Vorlagenträgers auf die CCD-Zeile abgebildet werden kann. Mit diesem Abtastprinzip können deshalb nicht mehrere kleine Vorlagen auf den Vorlagenträger montiert werden und in einer automatischen Betriebsart nacheinander mit jeweils optimaler Abtastauflösung abgetastet werden.
Zur Lösung dieses Problems ist in noch aufwendigeren Scannern vorgesehen, das Abtastorgan nicht nur senkrecht zur Richtung der Abtastzeilen zu bewegen sondern auch in der Richtung der Abtastzeilen. Damit können mehrere Vorlagen z.B. spaltenweise auf dem Vorlagenträger angeordnet werden (Spaltenrichtung senkrecht zur Richtung der Abtastzeilen). Nachdem die erste Spalte abgetastet ist, wird das Abtastorgan in Richtung der Abtastzeile verschoben, so daß es über der zweiten Spalte steht, dann wird die zweite Spalte abgetastet, usw. Anstelle der Abtastung mehrerer kleiner Vorlagen kann auch eine große Vorlage spaltenweise mit hoher Auf lösung abgetastet werden, wobei dann die Bilddaten der ein- zelnen Spalten elektronisch zu einem gesamten Bild zusammengefügt werden müssen. Ein solcher Scanner ist beispielsweise aus EP 0 833 493 bekannt.
Um eine kompakte Bauweise zu ermöglichen, verwenden herkömmliche Flachbettscanner ein Abtastorgan mit einem gefalteten Strahlengang, d.h. das von der Vorlage kommende Licht wird ein- oder mehrfach durch Spiegel umgelenkt, bis es auf den optoelektronischen Wandler gelangt. Dadurch wird die Konstruktion des Scanners aufwendig und relativ teuer. Für die Spiegel müssen Halterungen und/oder Justiereinrichtungen vorgesehen werden. Um eine gute Bildqualität zu erhalten, müssen die Spiegel eine optisch glatte Oberfläche haben, d.h. sie müs- sen plan geschliffen sein. Durch die Konstruktion des Abtastorgans muß auch gewährleistet sein, daß sich auf den Spiegeln kein Staub ablagern kann. Schließlich ist es mit einem gefalteten Strahlengang konstruktiv schwierig, genügend große Verschiebewege für das Abtastobjektiv und für die CCD-Zeile zu schaffen. Relativ große Verschiebewege sind erforderlich, um einen großen Variationsbe- reich der Abtastauflösung zu ermöglichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur pixel- und zeilenweisen optoelektronischen Abtastung von Vorlagen derart zu verbessern, daß ein großer Vorlagenträger an jeder Stelle mit einer hohen Abtastauflösung abgetastet werden kann und daß bei einem geringen gerätetechnischen Aufwand ein großer Variationsbereich des Abbbildungsmaßstabs möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Unteransprü- chen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung für das Prinzip der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung,
Fig. 2 den ungefalteten Strahlengang im Abtastorgan, und
Fig. 3 die Stellung des Abtastobjektivs und des optoelektronischen Wandlers für die Extremwerte des Abbildungsmaßstabs.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung die wichtigsten Merkmale der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung. Auf einem ortsfesten transparenten Vorlagenträger (1) sind eine oder mehrere Vorlagen (2) angeordnet. Der Vorlagenträger (1) möge in Richtung der Abtastzeile (3) (x-Richtung) die Breite B haben und senkrecht zur Richtung der Abtastzeile (y-Richtung) die Länge L. Unter dem Vorlagenträger (1) bewegt sich während der Abtastung ein Abtastorgan (4) in y- Richtung über die Vorlage (2). Eine transparente Vorlage wird von einer Lichtquelle (5) beleuchtet, die oberhalb des Vorlagenträgers angeordnet ist und sich mit dem Abtastorgan (4) mitbewegt. Das mit dem Bildinhalt der Vorlage (2) modu- lierte und durch die Vorlage transmittierte Abtastlicht wird durch ein Abtastobjektiv (6) auf einen optoelektronischen Wandler (7) abgebildet, der beispielsweise eine CCD-Zeile ist. Eine nicht-transparente Aufsichtsvorlage wird von einer unterhalb des Vorlagenträgers angeordneten und mit dem Abtastorgan (4) mitbewegten Lichtquelle beleuchtet (in Fig. 1 der Übersichtlichkeit wegen nicht gezeigt). In dem Fall wird das mit dem Bildinhalt der Vorlage (2) modulierte und von der Vorlage reflektierte Abtastlicht durch das Abtastobjektiv (6) auf den optoelektronischen Wandler (7) abgebildet. Das Abtastorgan (4) kann zusätzlich in x-Richtung bewegt werden, womit die Abtastzeile (3) an beliebigen Stellen des Vorlagenträgers positioniert werden kann. Für beide Bewegungsrichtungen des Abtastorgans (4) sind motorische Antriebe vorgesehen. Kennzeichnend für die erfindungsgemäße Abtastvorrichtung ist, daß das Abtastorgan (4) einen ungefalteten Strahlengang (8) hat, d.h. das Abtastlicht wird nicht durch Spiegel oder andere optische Elemente umgelenkt. Dadurch wird die Konstruktion stark vereinfacht, und große Verschiebewege für das Abtastobjektiv (6) und für den optoelektronischen Wandler (7) werden ermöglicht. In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindunggemäßen Abtastvorrichtung können Abtastobjektiv (6) und optoelektronischer Wandler (7) soweit verschoben werden, daß die Länge der Abtastzeile (3) und damit der Abbildungsmaßstab in weiten Grenzen stufenlos verändert werden kann, von einer minimalen Abtastzeilenlänge bis zur vollen Breite B des Vorlagenträgers (1).
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung den ungefalteten Strahlengang (8) im Abtastorgan (4). Die Abtastzeile (3) wird in einem linearen Strahlengang (8), d.h. ohne Umlenkung durch Spiegel oder andere optische Elemente, mittels des Abtastobjektivs (6) auf den optoelektronischen Wandler (7) abgebildet. Der Abbildungsmaßstab und damit zugleich die Länge und Auflösung der Abtastzeile (3) können stufenlos variiert werden, indem das Abtastobjektiv (6) und/oder der optoelektronische Wandler (7) in Richtung auf den Vorlagenträger (1) bzw. von ihm weg verschoben werden. Für das Verschieben werden vorzugsweise motorische Antriebe verwendet. Die Abtastauflösung ergibt sich dabei jeweils aus der eingestellten Länge der Abtastzeile (3) und der Zahl der Sensorelemente im optoelektronischen Wandler (7). Wenn beispielsweise eine CCD-Zeile mit 8000 Sensorelementen verwendet wird, wird die Länge der Abtastzeile bei jeder Einstellung des Abbildungsmaßstabs in 8000 Bildpunkte (Pixel) aufgeteilt. Für eine minimale Abtastzeilenlänge von 40 mm ergibt sich so eine Abtastauflösung von 2000 Pixel/cm, für eine maximale Abtastzeilenlänge von 312 mm beträgt die Abtastauflösung 256 Pixel/cm.
Fig. 3a und Fig. 3b zeigen in einer näherungsweise maßstabrichtigen Darstellung die relative Lage von Abtastzeile (3), Abtastobjektiv (6) und optoelektronischem Wandler (7) zueinander für die Einstellung bei minimaler Abtastzeilenlänge (Fig. 3a) und bei maximaler Abtastzeilenlänge (Fig. 3b). Man erkennt daraus, daß große Verschiebewege für das Abtastobjektiv (6) und den optoelektronischen Wandler (7) erforderlich sind, um einen so großen Einstellbereich für den Abbildungsmaßstab zu realisieren.
In der bevorzugten Ausführungsform wird die Verschiebung von Abtastobjektiv (6) und optoelektronischem Wandler (7) auch zur automatischen Fokussierung des Abbilds der Abtastzeile (3) auf den optoelektronischen Wandler (7) eingesetzt. Dazu werden Abtastobjektiv (6) und optoelektronischer Wandler (7) zunächst in eine zuvor berechnete Stellung gebracht, die für den gewünschten Abbildungs- maßstab erforderlich ist. Danach erfolgt eine Feineinstellung, die so geregelt wird, daß der mittlere Kontrast zwischen den Signalen von benachbarten Sensorelementen ein Maximum erreicht.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur pixel- und zeilenweisen optoelektronischen Abtastung von Vorlagen, bestehend aus - einem Vorlagenträger (1), und
- einem Abtastorgan (4) mit einer Lichtquelle (5) zur Beleuchtung der abzutastenden Vorlage (2), einem optoelektronischen Wandler (7) zur Umwandlung des von der Vorlage (2) kommenden und mit dem Inhalt der Vorlage (2) modulierten Abtastlichts in ein elektrisches Signal und einem Abtastobjektiv (6) zur Abbildung einer Abtastzeile (3) auf den optoelektronischen Wandler (7), dadurch gekennzeichnet, daß
- das Abtastorgan (4) gegenüber dem ortsfesten Vorlagenträger (1) bewegt wird, und
- die Abtastzeile (3) mit einem ungefalteten Strahlengang (8) des Ab- tastlichts auf den optoelektronischen Wandler (7) abgebildet wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastorgan (4) senkrecht zur Richtung der Abtastzeile (3) bewegt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastorgan (4) auch in Richtung der Abtastzeile (3) bewegt wird.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet. daß das Abtastorgan (4) unterhalb des Vorlagenträgers (1) bewegt wird.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ungefaltete Strahlengang (8) des Abtastlichts senkrecht zur Ebene des Vorlagenträgers (1) verläuft.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet. daß der Maßstab der Abbildung der Abtastzeile (3) auf den optoelektronischen Wandler (7) durch Verschieben des Abtastobjektivs (6) und/oder des optoelektronischen Wandlers (7) stufenlos einstellbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet. daß die Schärfe der Abbildung der Abtastzeile (3) auf den optoelektronischen Wandler (7) durch Verschieben des Abtastobjektivs (6) und/oder des optoelektronischen Wandlers (7) automatisch einstellbar ist, wobei der Kontrast des vom optoelektronischen Wandler (7) erzeugten Signals auf ein Maximum geregelt wird.
PCT/DE2000/003171 1999-09-24 2000-09-13 Vorrichtung zur vorlagenabtastung WO2001024510A1 (de)

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