DE19945875A1

DE19945875A1 - Vorrichtung zur Vorlagenabtastung

Info

Publication number: DE19945875A1
Application number: DE1999145875
Authority: DE
Inventors: Klaus Kosmann; Bernd Lassen
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 1999-09-24
Filing date: 1999-09-24
Publication date: 2001-03-29
Also published as: WO2001024510A1

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 Abtastobjektivs und/oder des optoelektronischen Wandlers in weiten Grenzen eingestellt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektronischen Reproduktionstech nik 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 abzuta stenden Vorlagen in elektrische Signale umgewandelt, die dann zur Verarbeitung 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 Abta storgan tastet die Vorlagen pixel- und zeilenweise ab, wobei sich der Vorlagenträ ger 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 so wie ein Abtastobjektiv zur scharfen Abbildung der Vorlage auf den optoelektroni schen Wandler sowie zur Einstellung des Abbildungsmaßstabs bei Vorlagen un terschiedlicher 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 Ab tastorgan, 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 Sensore lemente 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 ab gebildet wird. Daraus ergibt sich eine feste Auflösung des Scanners für alle Vorla gen. Wenn Vorlagen abgetastet werden, die nicht die gesamte Breite des Vorla genträgers ausfüllen, wird die Vorlage nur auf einen Teil der Sensorelemente in der CCD-Zeile abgebildet. Die Abtastauflösung senkrecht zur Richtung der Ab tastzeile wird durch die Relativgeschwindigkeit zwischen Vorlage und Abtastorgan bestimmt.

Bei aufwendigeren Scannern läßt sich die Abtastauflösung in Richtung der Ab tastzeile 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 Bild weite, d. h. der Abstand zwischen CCD-Zeile und Abtastobjektiv, und die Gegen standsweite, 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 Vorla genträgers 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 spalten Weise mit hoher Auflösung 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 Flach bettscanner 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. Schließ lich ist es mit einem gefalteten Strahlengang konstruktiv schwierig, genügend gro ße 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 ge löst. 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 er findungsgemäßen Abtastvorrichtung. Auf einem ortsfesten transparenten Vorla genträger (1) sind eine oder mehrere Vorlagen (2) angeordnet. Der Vorlagenträ ger (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 Vor lagenträger (1) bewegt sich während der Abtastung ein Abtastorgan (4) in y- Richtung über die Vorlage (2). Eine transparente Vorlage wird von einer Licht quelle (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 posi tioniert werden kann. Für beide Bewegungsrichtungen des Abtastorgans (4) sind motorische Antriebe vorgesehen.

Kennzeichnend für die erfindungsgemäße Abtastvorrichtung ist, daß das Abtast organ (4) einen ungefalteten Strahlengang (8) hat, d. h. das Abtastlicht wird nicht durch Spiegel oder andere optische Elemente umgelenkt. Dadurch wird die Kon struktion stark vereinfacht, und große Verschiebewege für das Abtastobjektiv (6) und für den optoelektronischen Wandler (7) werden ermöglicht. In einer bevor zugten Ausführungsform der erfindunggemäßen Abtastvorrichtung können Abtast objektiv (6) und optoelektronischer Wandler (7) soweit verschoben werden, daß die Länge der Abtastzeile (3) und damit der Abbildungsmaßstab in weiten Gren zen 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 Abbil dungsmaßstab und damit zugleich die Länge und Auflösung der Abtastzeile (3) können stufenlos variiert werden, indem das Abtastobjektiv (6) und/oder der opto elektronische 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 einge stellten Länge der Abtastzeile (3) und der Zahl der Sensorelemente im optoelek tronischen Wandler (7). Wenn beispielsweise eine CCD-Zeile mit 8000 Sensore lementen verwendet wird, wird die Länge der Abtastzeile bei jeder Einstellung des Abbildungsmaßstabs in 8000 Bildpunkte (Pixel) aufgeteilt. Für eine minimale Ab tastzeilenlänge 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 Abbil dungsmaßstab 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 Sensorele menten ein Maximum erreicht.

Claims

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 abzu tastenden Vorlage (2), einem optoelektronischen Wandler (7) zur Um wandlung 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 optoelektro nischen 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 Ab tastorgan (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 opto elektronischen 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 opto elektronischen Wandlers (7) automatisch einstellbar ist, wobei der Kontrast des vom optoelektronischen Wandler (7) erzeugten Signals auf ein Maximum geregelt wird.