DE4004942A1 - Elektronischer bildscanner mit einem zeilenfoermigen bildsensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Bildscanner nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Vorrichtung nach dem Stande der Technik ergibt sich aus den Fig. 1 und 2, wobei mit 1 eine Beleuchtung für eine abzuscannende Vorlage, mit 2 die Vorlage selbst und mit 3 ein Objektiv bezeichnet ist, das die Vorlage 2 auf einen Zeilensensor 4 abbildet. Der Zei­ lensensor wird im Zuge der Abtastung der flächenförmi­ gen Vorlage dabei senkrecht zu seiner Längsrichtung be­ wegt, um sukzessive das Bild der Vorlage abzutasten. Ebenso kann auch die Vorlage selbst gegenüber dem Ab­ bildungssystem bewegt werden, so daß der auf den Zei­ lensensor abgebildete Bereich jeweils durch die opti­ sche Achse geht.

In Fig. 2 sind die bei dem üblichen Aufbau des Zeilen­ sensors 4 mit darüber angeordnetem Deckglas 7 auftre­ tenden Streulichterscheinungen dargestellt. Wird von der Abtastung eine hohe Videosignalqualität verlangt, so muß neben anderen Sensoreigenschaften ein ebenso ho­ her Kontrast im Videosignal verlangt werden, wie er im Filmbild vorhanden ist, also z. B. bis zu drei Dichte­ stufen und mehr, d. h., ein Kontrast im Videosignal und damit ein Störsignalabstand von | 1 : 1000. Damit spie­ len Streulichtanteile im optischen Strahlengang eine ganz entscheidende Rolle. Die Fig. 2 zeigt ein Licht­ bündel 6, das an der Stelle A von Fig. 1 auf das Deck­ glas des Zeilenbildsensors 4 auftrifft. Beim Ein- und Austritt des Lichtbündels erzeugt das Deckglas Streu­ licht (angedeutet durch die Pfeile 8, 9, 10 und 11), welches den Zeilensensor an vom vorgenannten Lichtbün­ del nicht beleuchteten Stellen trifft und damit den Bildkontrast im Videosignal vermindert. Ebenso entsteht durch Spiegelung z. B. an den Stellen 12, 13, Rück­ spiegelungen vom Deckglas an den Stellen 14, 15 weite­ res Streulicht durch die aufgrund der Zeilensensor­ chip-Herstelltechnik spiegelnden Oberflächen.

Alle diese Streulicht- und Spiegelungseffekte bilden bei einem kontrastreichen Hell/Dunkel-Übergang sowohl einen gewissen Streulichtsockel auf dem Videosignal der gerade abgetasteten Zeile als auch einen Lichthof um die Kante des Hell/Dunkel-Übergangs. Damit ist ein scharfer Signalübergang von z. B. Hell nach Dunkel mit hohem Kontrast gar nicht möglich. Fig. 3 zeigt ein sol­ ches Videosignal bei dem in Fig. 2 gezeigten Aufbau des Zeilensensors. Die Ausgangsspannung U_A ist dabei logarithmisch aufgetragen, und zwar über drei Dekaden
von log U_A=0 bis log U_A=-3.

Man erkennt deutlich den Lichthofanteil 16 bei der Hell/Dunkel-Kante und weiter weg vom beleuchteten Zei­ lensensorteil den Streulichtsockel 17, der auch unver­ meidbare elektronische Rauschsignalanteile enthält. Da­ neben ist auch der gewünschte ideale Videosignal-Ver­ lauf 18 gestrichelt eingezeichnet.

Aufgabe der Erfin­ dung ist es nun, die Auswirkungen dieses Streulicht­ anteils auf den Abtastvorgang zu verringern bzw. zu beseitigen.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des An­ spruchs 1.

Die erfindungsgemäße Schlitzmaske verhindert zunächst das Auftreffen der beim Durchtritt des Strahls 6 durch das Deckglas entstehenden Streulichtstrahlen 8, 9 und 10, 11 auf den Zeilensensor, soweit sie nicht direkt durch den sehr schmalen Schlitz der Schlitzmaske fal­ len. Zum anderen verhindert sie das Reflektieren von außerhalb des lichtempfindlichen Bereichs des Zeilen­ sensors auf den Halbleiter auftreffendem Licht, weil dieses gar nicht bis zum Halbleiter gelangt und schließlich den an der Unterseite des Deckglases 7 re­ flektierten Anteil 14, 15, weil zuvor die Schlitzmaske das Licht absorbiert.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und führen zu folgenden Vorteilen:
Geschwärzte Oberflächen an den reflektierenden Seiten des Schlitzes absorbieren das störende Streulicht sehr gut. Eine Trapezform des Schlitzes ist der Form des einfallenden Strahlenbündels gut anpaßbar und ermög­ licht eine vorteilhaft enge Form des Schlitzes. Die Treppenform absorbiert besonders gut in den Schlitz einfallendes, jedoch nicht zur Abbildung beitragendes Licht. Die geneigte Anordnung des Glases führt dazu, daß Licht, welches von der Sensoroberfläche zum Deck­ glas reflektiert wird, nun durch das Deckglas in seit­ liche Richtung reflektiert wird und deshalb nicht wie­ der durch die Schlitzblende auf den Sensor gelangen kann. Die Vergrößerung des Abstandes des Deckglases von der Schlitzblende führt dazu, daß das Streulicht in seiner Intensität bis zur Schlitzblende hin stark ab­ nimmt und somit noch weniger Streulicht durch die Öff­ nung treten kann.

Weitere Einzelheiten sind anhand eines Ausführungsbei­ spiels und von Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die allgemeine Abbildungsanordnung nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 und 3 die Streulichtentstehung und Auswirkung bei einer Einrichtung nach dem Stand der Technik,

Fig. 4 die Anordnung der erfindungsgemäßen Schlitz­ blende mit ihrer Auswirkung,

Fig. 5 und 6 eine besondere Form der Schlitzblende in der Draufsicht und in einem Schnitt, einer davon vergrößert,

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform mit geneigt ange­ brachtem Deckglas und

Fig. 8 eine Ausführungsform mit von der Schlitzblende weiter entferntem Deckglas.

Zur Verminderung des Streulichtes ist gemäß Fig. 4 bei der Anordnung nach Fig. 2 zusätzlich eine Schlitzblen­ de 19 eingebracht, deren Schlitz 19a parallel über dem Zeilensensor verläuft und mit dem engsten Querschnitt möglichst nahe an den lichtempfindlichen Teil des Zei­ lensensors 20 heranreicht. Die Innenflächen des Schlit­ zes 19a und die Unterseite der Schlitzblende 19 sind zur Absorption von Streulicht mit einer mattschwarzen Oberfläche versehen. Zur Anpassung an den Strahlengang bzw. zum Erzielen eines möglichst engen Querschnitts ohne Beeinträchtigung des Abbildungsstrahlengangs kann der Schlitz eine Trapezform im Querschnitt aufweisen, wobei eine Verjüngung nach unten zum Zeilensensor hin liegt.

Durch die Streuung am Deckglas verursachtes Streulicht trifft nun größtenteils auf die Schlitzblende 19 auf und gelangt nur zu einem geringen Bruchteil durch den Schlitz nach unten. Durch die Abschattung der nicht ak­ tiven Bereiche des Zeilensensors durch die Schlitzblen­ de trifft auf diese Bereiche auch kein Streulicht auf, das sonst zu dem Deckglas hin reflektiert würde. Gerin­ ge Restmengen von Streulicht werden auf die geschwärzte Unterseite der Schlitzblende geworfen und somit auch absorbiert. Nur ein verschwindend kleiner Teil kann durch den engen Schlitz wieder zurück zum Deckglas und von dort wiederum nur zu einem weiteren kleinen Bruch­ teil durch den Schlitz auf den Zeilensensor auftreffen. Das Streulicht und die Lichthofbildung werden durch diese einfache Maßnahme der Schlitzblende um Größen­ ordnungen verringert.

Eine weitere Ausgestaltung der Schlitzmaske zeigen die Fig. 5 und 6. Fig. 6 stellt den vergrößert gezeichneten Querschnitt der Schlitzmaske dar, bei der die sich zur kleinsten Schlitzöffnung hin verjüngenden Seitenwände des Schlitzes 19a treppenförmig abgestuft sind. Der mittlere Steigungswinkel dieser Wände richtet sich da­ bei nach dem Öffnungswinkel des Strahlenbündels bei der optischen Abbildung so, daß gerade noch keine Vignet­ tierung der Abbildung auftritt. Die stufenförmige Aus­ gestaltung verringert weiter Lichtreflexionen an den Schlitzwänden.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeigt Fig. 7, bei der gegenüber Fig. 6 das Deckglas 7 gegenüber der Senkrechten auf die optische Achse des Abbildungsstrah­ lenganges um etwa 10° geneigt ist. Dies hat zur Folge, daß an den Grenzflächen des Deckglases entstehendes Streulicht von der optischen Achse des Abbildungsstrah­ lenganges weggebrochen wird und somit ein noch viel ge­ ringerer Anteil durch die Öffnung der Schlitzblende nach unten auf den Zeilensensor 20 gelangen kann. Wenn an dem Zeilensensor außerhalb der aktiven Fläche wiede­ rum Licht durch die Schlitzöffnung 19a nach außen re­ flektiert wird, so erfolgt eine Reflexion an dem Deck­ glas 7 unter einem solchen Winkel, daß das reflektierte Licht auf die gestuften Wände des Schlitzes trifft und somit unschädlich bleibt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist in Fig. 8 gezeigt, wo zwischen der Schlitzblende 19 und dem Deck­ glas 7 ein lichtundurchlässiger Schacht 24 angeordnet ist, so daß der Abstand zwischen Deckglas und Schlitz­ blende um ein Vielfaches größer ist als der Abstand zwischen dem Zeilensensor 20 und der Schlitzblende 19. Dies hat zur Folge, daß beim Durchtritt durch das Deck­ glas 7 entstehendes Streulicht sich stärker verteilt und deshalb mit viel geringerer Intensität durch die Öffnung 19a der Schlitzblende auf den Zeilensensor treffen kann. Selbstverständlich kann die schräge An­ ordnung des Deckglases nach Fig. 7 auch auf einem schräg beschnittenen Tubus 24 realisiert werden, um die Vorteile beider Anordnungen zu kombinieren.

Claims (6)

1. Elektronischer Bildscanner mit einem zeilenför­ migen Bildsensor der relativ zur Abbildung der Vorlage über diese hinwegbewegt wird, mit einer Lichtquelle für die Ausleuchtung der Vorlage, einem Objektiv zu deren Abbildung auf den Bild­ sensor für hohe Auflösung und mit einem Schutz­ glas zwischen Objektiv und Bildsensor, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reduzierung des Streu­ lichtanteils zwischen Deckglas (7) und Bildsen­ sor (20) eine Schlitzmaske (19) angeordnet ist, deren Schlitz (19a) in Längsrichtung des Bild­ sensors (20) verläuft und dessen engster Quer­ schnitt (19a) dem Zeilensensor (20) benachbart und so bemessen ist, daß eine Vignettierung der Abbildung durch das Objektiv (3) vermieden ist.

2. Elektronischer Bildscanner nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schlitzmaske (19) insbesondere an den Begrenzungen des Schlit­ zes (19a) und an der dem Zeilensensor zugekehr­ ten Seite mit einer mattschwarzen Oberfläche versehen ist.

3. Elektronischer Bildscanner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (19a) senkrecht zur Schlitzlängsrich­ tung einen trapezförmigen Querschnitt aufweist, dessen kleinere Seite dem Bildsensor zugewendet ist.

4. Elektronischer Bildscanner nach Anspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Schlitz (19a) sich beidseitig treppenförmig zum Zeilensen­ sor (20) hin verjüngt.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Deck­ glas (7) zur Senkrechten auf die Lichteinfalls­ richtung geneigt angebracht ist, insbesondere unter einem Winkel zur Senkrechten von wenig­ stens 10°.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ver­ größerung des Abstandes zwischen Schlitzblen­ de (19) bzw. Zeilensensor (20) und Deckglas (7) dazwischen ein Schacht (24) angebracht ist, dessen Höhe deutlich größer ist als der Abstand zwischen Zeilensensor und Schlitzblende.