DE10208736B4

DE10208736B4 - Optischer Bildscanner mit Linsenarrays, die nicht senkrecht zu dem abzutastenden Bild sind

Info

Publication number: DE10208736B4
Application number: DE2002108736
Authority: DE
Inventors: Kurt E. Fort Collins Spears
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2001-04-25
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2022-03-01
Also published as: DE10208736A1

Abstract

Bildscanner, mit folgenden Merkmalen: einer transparenten Dokumenten-Auflageplatte (102);
– einer Videoanzeigevorrichtung (104) mit einer zweidimensionalen Anzeigefläche, die parallel zu der Dokumenten-Auflageplatte (102) angeordnet ist;
– einer relativ zu der Dokumenten-Auflageplatte (102) beweglichen Abtastvorrichtung mit
– einer reflektierenden Oberfläche (108);
– einem Array (110) von stabförmigen Linsen, deren optische Achsen im wesentlichen parallel zu der Dokumenten-Auflageplatte (102) sind;
– einem Fotosensorarray mit mehreren Fotosensoren, die jeweils Licht durch die stabförmigen Linsen empfangen.

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf optische Bildscanner und insbesondere auf einen optischen Bildscanner, der Linsenarrays verwendet, bei denen der Abstand von der Oberfläche, an der ein Bild abgetastet wird, zu der gegenüberliegenden äußeren Oberfläche des Scanners relativ kurz ist.
Bildscanner, die auch als Dokumentenscanner bekannt sind, wandeln ein sichtbares Bild auf einem Dokument oder eine Photographie oder ein Bild in einem transparenten Medium in eine elektronische Form um, die für das Kopieren, Speichern oder Verarbeiten durch einen Computer geeignet ist. Ein Bildscanner kann ein getrenntes Gerät sein, oder ein Bildscanner kann ein Teil eines Kopierers, einer Faksimilemaschine oder eines Mehrzweckgeräts sein. Reflektierende Bildscanner weisen typischerweise eine gesteuerte Lichtquelle auf, und Licht wird von der Oberfläche eines Dokuments weg reflektiert, durch ein Optiksystem und auf ein Array von photoempfindlichen Bauelementen. Transparenzbildscanner leiten Licht durch ein transparentes Bild, beispielsweise ein Dia, durch ein Optiksystem und dann auf ein Array von photoempfindlichen Bauelementen. Das Optiksystem fokussiert zumindest eine Linie, die als Abtastlinie bezeichnet wird, auf dem abzutastenden Bild, auf das Array von photoempfindlichen Bauelementen. Die photoempfindlichen Bauelemente wandeln die empfangene Lichtintensität in ein elektronisches Signal um. Ein Analog/Digital-Wandler wandelt das elektronische Signal in computerlesbare binäre Zahlen um, wobei jede binäre Zahl einen Intensitätswert darstellt.
Es gibt zwei allgemeine Typen von Bildscannern. Bei einem ersten Typ ist die Länge des Photosensorarrays viel geringer als die Länge der Abtastlinie. Für den ersten Typ wird im allgemeinen eine sphärische Verkleinerungslinse verwendet, um die Abtastlinie auf das Photosensorarray zu fokussieren. Bei einem zweiten Typ ist die Länge des Photosensorarrays von der gleichen Länge wie die Abtastlinie. Bei dem zweiten Typ ist es üblich, Selfoc^®-Linsenarrays zu verwenden (erhältlich von der Nippon Sheet Glas Co.), bei denen ein Array von stabförmigen Linsen verwendet wird, typischerweise mit mehreren Photosensoren, die Licht durch jede einzelne Linse empfangen. Die optische Weglänge (der Abstand von dem abzutastenden Bild zu dem Photosensorarray) von Selfoc-Linsenarrays ist im Vergleich zu der optischen Weglänge der sphärischen Verkleinerungslinse relativ kurz. Die typische optische Weglänge für eine Verkleinerungslinse bei einem Bildscanner ist beispielsweise Hunderte von Millimetern und die typische optische Weglänge für ein Selfoc-Linsenarray ist mehrere 10 Millimeter. Es gibt jedoch einen Bedarf nach noch kleineren Scannern, beispielsweise für die Verwendung mit tragbaren digitalen persönlichen Geräten.

Aus der EP 621722 A2 ist bereits ein Bilderfassungssystem bekannt, das mit einer beweglichen Dokumenten-Auflageplatte arbeitet, oberhalb der eine zeilenförmige feststehende Beleuchtungseinheit angeordnet ist, die aus einer Lichtquelle mit einer vor dieser angeordneten LCD-Elementenreihe besteht. Die LCD-Elementenreihe kann durch Anlegen einer geeigneten Spannung in ihrer Lichtdurchlässigkeit gesteuert werden, um auf diese Weise die Helligkeit der Dokumenten-Abtastzeile zu steuern. Eine durch die zeilenförmige, feststehende Beleuchtungseinheit gebildete Abtastzeile auf dem Dokument wird mit mehreren Umlenkspiegeln und mittels eines Linsensystems auf eine CD-Sensorzeile abgebildet.

Aus der JP 2001-24847 A ist ein Bildsensor bekannt, dessen Gehäuseoberseite einen transparenten schlitzartigen Dokumentenerfassungsbereich hat. Der Dokumentenerfassungsbe reich wird von einer zeilenförmigen Lichtquelle beleuchtet. Der erfasste Bereich wird nach Umlenkung mit einem gehäusefesten Spiegel über ein Selfoc-Linsenarray auf eine feststehende Fotosensorzeile abgebildet.

Aus der JP 2000-358141 A ist ein Gerät zum elektronischen Erfassen fotografischer Filme bekannt, welches mit einem zweidimensionalen Fotosensor-Array arbeitet. Nach einem vorläufigen Erfassen der Helligkeit des erfassten Bildes wird ein flächiges LCD-Elemente-Filter so verdunkelt, dass das zweidimensionale Fotosensorarray bzw. CCD-Array auch bei schwankenden Helligkeiten der Bildvorlage mit einer gewünschten Helligkeit beaufschlagt wird.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Bildscanner zu schaffen, der nur eine niedrige Gerättiefe in der Richtung senkrecht zu der durch die Dokumenten-Auflageplatte definierten Ebene hat.

Diese Aufgabe wird durch einen Bildscanner gemäß Anspruch 1 gelöst.

Ein optischer Bildscanner verwendet eine oder mehrere reflektierende Oberflächen, um einen Lichtweg durch ein Linsenarray zu liefern, wobei der optische Weg durch das Linsenarray nicht senkrecht zu der Oberfläche des abzutastenden Bilds ist. Folglich ist der Abstand von der Oberfläche, wo ein Bild abgetastet wird, zu der gegenüberliegenden äußeren Oberfläche des Scanners relativ kurz im Vergleich zu Scannern, bei denen Linsenarrays senkrecht zu dem abzutastenden Bild sind. Eine Beleuchtungsquelle kann als Teil einer Anordnung vorgesehen sein, die das Linsenarray umfaßt. Alternativ kann die Anordnung in einer Videoanzeige integriert sein, oder benachbart zu einer Videoanzeige plaziert sein, und die Videoanzeige kann als die Beleuchtungsquelle verwendet werden. Ein Scanner kann beispielsweise in Verbindung mit einem tragbaren Computer oder einem digitalen Photoeinzelbild verwendet werden. Die Anordnung kann optional die Intensität und Farbe der Beleuchtungsquelle während dem Scannen überwachen. Die Anordnung kann optional auch die Anzeige abbilden, Bildschirmabdrucke ermöglichen oder ein entferntes Abtasten eines Computerbildschirms für technische Unterstützung zulassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Blockdiagrammseitenansicht eines beispielhaften Ausführungsbeispiels eines optischen Bildscanners mit einem Linsenarray, das nicht senkrecht zu dem abzutastenden Bild ist, gemäß der Erfindung;
2 eine Schnittansicht des optischen Bildscanners von 1;
3 eine Blockdiagrammseitenansicht einer alternativen Konfiguration des Photosensorarrays gemäß der Erfindung;
4 eine Blockdiagrammseitenansicht einer alternativen Konfiguration für die Beleuchtung gemäß der Erfindung;
5 eine Blockdiagrammseitenansicht einer alternativen Konfiguration gemäß der Erfindung, die das Überwachen der Lampenbeleuchtung während dem Abtasten erlaubt; und
6 eine Blockdiagrammseitenansicht einer Variation der Konfiguration von 5 gemäß der Erfindung.
1 stellt ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel einer Scanneranordnung dar, für die eine Videoanzeige als Lichtquelle verwendet wird. In 1 wird ein Dokument 100 auf eine transparente Auflageplatte (oder Frontplatte) 102 plaziert. Licht von einer Videoanzeige 104 wird von einer Abtastlinie (durch einen Punkt 106 dargestellt) gestreut. Eine reflektierende Oberfläche 108 reflektiert einen Teil des Lichts, das von der Abtastlinie 106 gestreut wird, durch ein Linsenarray 110 zu einem Photosensorarray 112. Das Linsenarray 110 fokussiert die Abtastlinie 106 auf das Photosensorarray 112. Durch Ausrichten des Linsenarrays 110 derart, daß dasselbe nicht senkrecht zu dem Dokument 100 ist (das Linsenarray 110 ist in 1 im wesentlichen parallel zu dem Dokument 100), ist der Abstand von dem Dokument 100 zu der Videoanzeige 104 (angezeigt durch den Doppelpfeil 114) durch die Dicke des Linsenarrays 110 begrenzt, und nicht durch die Länge des Linsenarrays 110.
2 stellt dar, daß sich das Linsenarray 110 und das Photosensorarray 112 vorzugsweise über die Breite des abzutastenden Bildes erstrecken. Das heißt, das Linsenarray 110 und das Photosensorarray sind vorzugsweise so breit wie die Abtastlinie. Die reflektierende Oberfläche 108 kann eine einzige fortlaufende Oberfläche sein, wie es dargestellt ist, oder jede Linse kann eine getrennte reflektierende Oberfläche aufweisen.
Zum Abtasten können die reflektierende Oberfläche 108, das Linsenarray 110 und das Photosensorarray 112 als eine Anordnung bezüglich des Dokuments 100 bewegt werden, durch Bewegen der Abtastlinie 106 entlang des Dokuments. Alternativ können die reflektierende Oberfläche 108, das Linsenarray 110 und das Photosensorarray 112 stationär bleiben und das Dokument 100 kann bezüglich der Anordnung bewegt werden.
Die reflektierende Oberfläche 108 kann sich optional drehen, so daß eine Abtastlinie auf der Fläche der Videoanzeige 104 auf das Photosensorarray 112 fokussiert wird. Dies würde Bildschirmabzüge ermöglichen, oder ein entferntes Abtasten eines Computerbildschirms für technische Unterstützung. Die reflektierende Oberfläche 108 kann eine innere Totalreflexionsoberfläche (beispielsweise eine innere Oberfläche eines Prismas) umfassen, oder kann einen Spiegel mit einer reflektierenden Beschichtung (beispielsweise eine Aluminium- oder andere Metallbeschichtung) umfassen.
Bei der in 1 dargestellten Konfiguration kann die Videoanzeige 104 die Fläche einer Kathodenstrahlröhre (CRT; CRT = cathode ray tube) sein. Alternativ kann die Videoanzeige 104 eine hintergrundbeleuchtete Flüssigkristallanzeige (LCD; LCD = liquid crystal display) sein, wie z. B. die Anzeigen, die im allgemeinen bei tragbaren Computern und digitalen Photoeinzelbildern verwendet werden. Alternativ kann die Videoanzeige 104 eine Plasmaanzeige oder eine Elektrolumineszenzanzeige oder jede andere Anzeigetechnologie sein, die das Dokument 100 beleuchten kann.
Die Auflageplatte 102 kann zusammen mit der reflektierenden Oberfläche 108, dem Linsenarray 110 und dem Photosensorarray 112 an der Videoanzeige 104 befestigt sein, um einen kombinierten Anzeige/Scanner zu liefern. Alternativ kann die Auflageplatte 102 zusammen mit der reflektierenden Oberfläche 108, dem Linsenarray 110 und dem Photosensorarray 112 eine getrennte Anordnung sein, die vorübergehend gegen die Videoanzeige 104 plaziert wird.
Das Linsenarray 110 kann ein Lichtwellenleiterbündel oder eine andere Lichtleitertechnologie sein. Selfoc-Linsenarrays weisen jedoch in Bezug auf Betrachtungswinkel, Tiefenschärfe und Vergrößerung Vorteile auf. Jede stabför mige Selfoc-Linse weist einen Brechungsindex auf, der radial variiert. Folglich weisen sie viele der Attribute einer sphärischen Linse auf im Gegensatz zu lediglich dem Leiten von Licht. Insbesondere kann ein reales Bild (invertiert oder aufgerichtet) auf dem Photosensorarray gebildet werden. Ein reales Bild ist erforderlich, falls eine Linse für mehrere Photosensoren verwendet wird. Außerdem nutzen andere Ausführungsbeispiele, die nachfolgend beschrieben sind, den Vorteil der Real-Bild-Bildung zum Überwachen der Intensität der Lichtquelle.
3 stellt eine alternative Konfiguration dar, bei der eine zweite reflektierende Oberfläche 300 verwendet wird, um Licht auf ein Photosensorarray 302 umzuleiten. Die Ausrichtung des Photosensorarrays in 3 kann bevorzugt werden zum Befestigen des Photosensorarrays auf eine gedruckte Schaltungsplatine.
4 stellt dar, daß die Anordnung optional eine Beleuchtungsquelle umfassen kann. In 4 umfaßt eine Anordnung 400 eine Lampe 402 in einem Reflektor 404, um das abzutastende Bild zu beleuchten. Die Lampe 402 ist vorzugsweise mindestens so lang wie die Abtastlinie. Die Lampe 402 kann beispielsweise eine Kaltkathodenleuchtstofflampe, lichtemittierende Dioden (LEDs), eine Xenon-Lampe oder jede andere relativ kleine Lichtquelle sein.
Bei Lampen mit elektrischer Entladung, wie z. B. Kaltkathodenleuchtstofflampen und Xenon-Lampen, ist die Intensität und Farbe eine Funktion von Leistung und Temperatur. Die Temperatur des Dampfs oder Gases und der Leuchtstoffe beeinflußt indirekt die Intensität. Wenn eine solche Lampe zuerst eingeschaltet wird, variieren die Lichtintensität und Farbe aufgrund der thermischen Zeitkonstanten in der Lampe dynamisch entlang der Länge der Röhre, bis sich die Gesamttemperatur der Lichtquelle stabilisiert. Die Zeit, die für eine vollständige Stabilisierung notwendig ist, kann in der Größenordnung von mehreren Minuten sein. Bild scanner, die eine solche Lichtquelle verwenden, warten normalerweise auf eine bestimmte Stabilisierung, bevor das Dokument abgetastet wird, typischerweise für zumindest mehrere 10 Sekunden. Alternativ kann ein Scanner das Abtasten beginnen, ohne darauf zu warten, daß die Lampe aufgewärmt ist, und dann die Lampenintensität während dem Abtasten überwachen. Während dem Abtasten können dann Ausgleichswerte aktualisiert werden. Bei einer früheren Anmeldung der gleichen Anmelderin {HP Aktenzeichen 10007856, eingereicht am 30.01.01} ist ein Photosensorarray während dem Abtasten auf eine Abtastlinie fokussiert, und ein getrenntes Photosensorarray wird verwendet, um die Lampe während dem Abtasten zu überwachen.
5 stellt ein alternatives Ausführungsbeispiel dar, bei dem die Lampe während dem Abtasten überwacht werden kann. Bei 5 umfaßt eine Anordnung 500 einen Neutraldichtelichtleiter 502, der Licht direkt von der Lampe 402 oder von dem Reflektor 404 in das Linsenarray 506 richtet. Licht von der Lampe wird am Eindringen in das Linsenarray 502 gehindert, außer durch den Lichtleiter 502 oder von einer Abtastlinie. Der Lichtleiter 502 überspannt vorzugsweise die Länge der Abtastleitung, muß aber nicht fortlaufend sein. Das heißt, der Lichtleiter muß zumindest einen Bereich in der Nähe des Endes der Lampe überwachen und vorzugsweise einen Bereich in der Nähe der Mitte der Lampe, aber er muß nicht jeden Abschnitt der Länge der Lampe überwachen. Die reflektierende Oberfläche 504 richtet Licht von einer Abtastlinie in das Linsenarray 110. Es sei hier von der obigen Erörterung her daran erinnert, daß Selfoc-Linsen auf dem Photosensorarray ein reales Bild bilden. Dementsprechend werden getrennte Bilder von Licht von der Lampe und der Abtastlinie auf dem Photosensorarray 506 gebildet. Das Photosensorarray 506 weist zwei getrennte Reihen von Photosensoren auf, eine für die Abtastlinie und eine für die Lampenerfassung. Im allgemeinen muß ein Sensorarray für die Lampenerfassung nicht fortlaufend sein, und kann im Vergleich zu einem Photosensorarray für eine Abtastlinie eine relativ geringe Auflösung aufweisen. Der Lichtweg zum Überwachen der Lampe weist eine identische Brennweite auf wie der Lichtweg für die Abtastlinie. Der Lichtleiter 502 muß jedoch kein Bild bilden, sondern muß nur eine diffuse Intensität und Farbe liefern. Es ist anzumerken, daß in 5 das Linsenarray 506 so dargestellt ist, daß dasselbe ein aufgerichtetes (nichtinvertiertes) Bild auf dem Photosensorarray 506 liefert. Bei Dokumentenscannern liefern die Linsenarrays typischerweise ein 1:1-aufgerichtetes Bild. Linsenarrays können jedoch auch konfiguriert sein, um invertierte Bilder mit Vergrößerung zu liefern, in diesem Fall würde das Licht von der Abtastlinie und der Lampe in einem leichten Winkel durch die Linse verlaufen, statt, wie dargestellt, in einer geraden Linie.
6 stellt eine Variation des Ausführungsbeispiels von 5 dar. In 6 umfaßt eine Anordnung 600 ein Linsenarray 602, das zwei Reihen von Linsen aufweist. Die reflektierende Oberfläche 606 richtet Licht von einer Abtastlinie in eine Reihe von Linsen und auf eine Reihe von Photosensoren auf einem Photosensorarray 608. Ein Neutraldichtelichtleiter 604 leitet Licht von der Lampe 402 oder dem Reflektor 404 in eine zweite Reihe von Linsen und auf eine zweite Reihe von Photosensoren auf dem Photosensorarray 608. Es ist anzumerken, daß die Reihe von Linsen zum Überwachen der Lampe keine bilderzeugenden Linsen sein müssen, sondern statt dessen Lichtleiter sein können.
Jede der Beispielkonfigurationen, die in den 4, 5 und 6 dargestellt sind, können ein Photosensorarray aufweisen, das, wie in 3 dargestellt, ausgerichtet ist. Das heißt, eine zweite reflektierende Oberfläche kann hinzugefügt werden, so daß das Photosensorarray parallel zu dem abzutastenden Bild ausgerichtet werden kann.

Claims

Bildscanner, mit folgenden Merkmalen: einer transparenten Dokumenten-Auflageplatte (102); – einer Videoanzeigevorrichtung (104) mit einer zweidimensionalen Anzeigefläche, die parallel zu der Dokumenten-Auflageplatte (102) angeordnet ist; – einer relativ zu der Dokumenten-Auflageplatte (102) beweglichen Abtastvorrichtung mit – einer reflektierenden Oberfläche (108); – einem Array (110) von stabförmigen Linsen, deren optische Achsen im wesentlichen parallel zu der Dokumenten-Auflageplatte (102) sind; – einem Fotosensorarray mit mehreren Fotosensoren, die jeweils Licht durch die stabförmigen Linsen empfangen.
Bildscanner nach Anspruch 1, bei der die Ausrichtung der reflektierenden Oberfläche (108) derart abänderbar ist, dass Licht von der Videoanzeigevorrichtung (104) durch die stabförmigen Linsen gerichtet wird und nicht mehr das Licht von einer Abtastlinie (106) auf dem Dokument durch die Linsen gerichtet wird.