DE4004942C2

DE4004942C2 -

Info

Publication number: DE4004942C2
Application number: DE4004942A
Authority: DE
Inventors: Eduard Dipl.-Ing. Wagensonner (Fh), 8011 Aschheim, De; Wolfgang Ing.(Grad.) Ruf; Friedrich Dipl.-Phys. 8000 Muenchen De Jacob
Original assignee: Agfa Gevaert AG
Current assignee: Agfa Gevaert AG
Priority date: 1990-02-16
Filing date: 1990-02-16
Publication date: 1993-04-22
Also published as: US5162645A; JPH04215370A; DE4004942A1; JP2900955B2; CH682028A5

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 Zeilensensor wird im Zuge der Abtastung der flächenförmigen Vorlage dabei senkrecht zu seiner Längsrichtung bewegt, um sukzessive das Bild der Vorlage abzutasten. Ebenso kann auch die Vorlage selbst gegenüber dem Abbildungssystem bewegt werden, so daß der auf den Zei lensensor abgebildete Bereich jeweils durch die optische Achse geht.

Aus der DE 35 44 202 C2 ist ein elektronischer Bildscanner bekannt, bei dem zur Erzielung eines hohen Signal-zu-Rausch-Verhältnisses der erzeugten Bildsignale Streulichteinflüsse unterdrückt werden. Hierzu sind Lichtabschirm-Platten vorgesehen, die von Beleuchtungslampen und einem Vorlagentisch herrührendes, nicht erwünschtes Streulicht abschirmen. Die Platten sind oberhalb der Lampen bzw. zwischen Vorlagentisch und einem abbildenden Element angebracht. Sie wirken im Bereich des Abbildungsstrahlengangs bis zum abbildenden Element. Im Bereich zwischen diesem Element und dem CCD-Bildsensor, der die elektronischen Bildsignale liefert, treten jedoch weitere Streueffekte auf, die mit dieser Anordnung nicht zu beseitigen sind.

Bildsensoren der genannten Art sind allgemein bekannt und in der Regel staubdicht mit einem Deckglas versehen, das über der eigentlichen, lichtempfindlichen Sensorschicht angeordnet ist und diese vor Verunreinigungen und anderen äußeren Einwirkungen schützt. Solche Bildsensoren sind beispielsweise in dem CCD-Datenbuch der Firma "Loral Fairchild Imaging Sensors" enthalten und dort als CCD-Zeilensoren "CCD 111", "CCD 145" und "CCD 151" bezeichnet.

In einem optischen Strahlengang befindliche Gläser führen in der Regel zu Reflexionen, die unerwünschte Helligkeitsmuster erzeugen, welche dem Bild überlagert sind. Aus der DE 34 14 528 A1 ist bekannt, zur Vermeidung von derart bedingten Interferenzstreifenmustern in einem Laserstrahlaufzeichnungsgerät eine Staubschutzglasplatte gegen den Strahlengang zu neigen, so daß die Reflexe über das gesamte Bildfeld hinweg destruktiv interferieren und somit die unerwünschten Streifen vermieden werden. Bei Verwendung von Weißlicht sind störende Reflexe jedoch nicht durch diskrete Winkeleinstellungen zu beseitigen, da die Bedingungen für konstruktive bzw. destruktive Interferenz wellenlängenabhängig sind. Streulichterscheinungen, die auf die Glasschicht zurückzuführen sind, sind damit ebenfalls nicht kompensierbar.

In Fig. 2 sind Streulichterscheinungen dargestellt, die bei einem Zeilensensor 4 mit darüber angeordnetem Deckglas 7 auftreten. Wird von der Abtastung eine hohe Videosignalqualität verlangt, so muß neben anderen Sensoreigenschaften ein ebenso hoher Kontrast im Videosignal verlangt werden, wie er im Filmbild vorhanden ist, also z. B. bis zu drei Dichtestufen und mehr, d. h., ein Kontrast im Videosignal und damit ein Störsignalabstand von | 1 : 1000. Damit spielen die oben genannten Streulichtanteile eine ganz entscheidende Rolle. Die Fig. 2 zeigt ein Lichtbündel 6, das an der Stelle A von Fig. 1 auf das Deckglas des Zellenbildsensors 4 auftrifft. Beim Ein- und Austritt des Lichtbündels erzeugt das Deckglas Streulicht (angedeutet durch die Pfeile 8, 9, 10 und 11), welches den Zeilensensor an vom vorgenannten Lichtbündel nicht beleuchteten Stellen trifft und damit den Bildkontrast im Videosignal vermindert. Ebenso entsteht durch Spiegelung z. B. an den Stellen 12, 13, Rückspiegelungen vom Deckglas an den Stellen 14, 15 weiteres Streulicht durch die aufgrund der Zeilensensorchip-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 solches 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 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 ermöglicht eine vorteilhaft enge Form des Schlitzes. Mittels der Trapezform wird weiterhin vorteilhaft erreicht, daß trotz der zeilensensorseitigen, besonders engen Form des Schlitzes keine Vignettierung des Abbildungsstrahlengangs erfolgt. 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 Deckglas reflektiert wird, nun durch das Deckglas in seitliche Richtung reflektiert wird und deshalb nicht wieder 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 abnimmt und somit noch weniger Streulicht durch die Öffnung treten kann.

Weitere Einzelheiten sind anhand eines Ausführungsbeispiels 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 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

1. Elektronischer Bildscanner mit einem zeilenförmigen Bildsensor, der mit einem Deckglas staubdicht abgeschlossen ist, und der relativ zur Abbildung einer Vorlage über diese hinwegbewegt wird, mit einer Lichtquelle für die Ausleuchtung der Vorlage und einem Objektiv zur Abbildung der Vorlage auf den Bildsensor, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Deckglas (7) und Bildsensor (20) eine Schlitzmaske (19) angeordnet ist, deren Schlitzöffnung (19a) sich in Längsrichtung des Bildsensors (20) erstreckt und nahe an den lichtempfindlichen Teil des Sensors heranreicht.

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.