DE19957596A1

DE19957596A1 - Digitaler Bildscanner mit einer Linse mit variabler Öffnung und mit mehreren Erfassungsgeschwindigkeiten

Info

Publication number: DE19957596A1
Application number: DE19957596A
Authority: DE
Inventors: David W Boyd
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2000-09-28
Also published as: GB0004409D0; US6621600B1; GB2350250A; US7158268B2; GB2350250B; US20040017591A1

Abstract

Ein Scanner ist mit einem Linsensystem mit variabler Öffnung versehen. Erfassungsvorgänge mit hoher Auflösung verwenden eine relativ kleine Öffnungsgröße, wobei die Erfassungsgeschwindigkeit relativ niedrig ist. Erfassungsvorgänge mit einer niedrigen Auflösung verwenden eine relativ große Öffnungsgröße, wobei die Erfassungsgeschwindigkeit erhöht ist. Schnelle Erfassungsvorgänge sind auf niedrigere Abtastraten begrenzt, die wiederum relativ zu den hohen Abtastraten eine größere optische Unschärfe zulassen. Folglich wird der zusätzliche Aufwand der größeren Öffnung minimiert, indem zugelassen wird, daß die Linsenaberrationspezifikationen bei größeren Öffnungen entspannt sind.

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf digitale Bild scanner, Kopierer und Faxgeräte, und insbesondere auf ein System, bei dem die Erfassungsgeschwindigkeit und die Ab tastrate durch die Verwendung einer Linse mit variabler Öff nung miteinander zusammenhängen.

Bildscanner wandeln ein sichtbares Bild auf einem Dokument oder einer Photographie oder ein Bild auf einem transparen ten Medium in eine elektronische Form um, die zum Kopieren, Speichern oder Verarbeiten durch einen Computer geeignet ist. Ein Bildscanner kann ein separates Gerät oder ein Teil eines Kopierers, eines Faxgeräts oder eines Mehrzweckgeräts sein. Reflexionsbildscanner weisen typischerweise eine ge steuerte Lichtquelle auf, wobei das Licht von der Oberfläche eines Dokuments durch ein optisches System hindurch und auf ein Array aus photoempfindlichen Elementen reflektiert wird. Die photoempfindlichen Elemente wandeln die empfangene Lichtintensität in ein elektronisches Signal um. Bei Trans parenzbildscannern durchläuft das Licht ein transparentes Bild, wie z. B. ein photographisches Diapositiv, und ein op tisches System und trifft dann auf ein Array aus photoemp findlichen Elementen.

Im allgemeinen verwenden Bildscanner ein optisches Linsensy stem, um ein Bild auf ein Array aus Photosensoren zu fokus sieren. Photosensorarrays weisen typischerweise tausende von einzelnen photoempfindlichen Elementen auf. Jedes photoemp findliche Element mißt in Verbindung mit dem Scanneroptiksy stem die Lichtintensität von einer Wirkfläche auf dem Doku ment, die ein Bildelement (Pixel) auf dem Bild, das erfaßt wird, definiert. Die optische Abtastrate wird häufig als Pi xel pro Zoll (oder Millimeter) ausgedrückt, wobei dieser Wert auf dem Bild, das erfaßt wird, gemessen wird. Für lichtundurchlässige Bilder, wie z. B. Photographien oder be druckte Seiten, beträgt eine typische optische Abtastrate eines Scanners 600 Pixel pro Zoll (24 Pixel pro Millimeter).

Eine wichtige Spezifikation für einen Erfassungsvorgang ist die Gesamtzeitdauer, die erforderlich ist, um ein Bild zu erfassen. Ein wichtiger Faktor ist dabei die Datenübertra gungsrate zwischen dem Scanner und einem Host-Computer. Hohe Abtastraten erzeugen große Datenmengen, wobei bei hohen Ab tastraten die Datenübertragungsrate eine Einschränkung für die Gesamterfassungszeitdauer darstellen kann. Ein weiterer wichtiger Faktor, der die Gesamtzeitdauer beeinflussen kann, die erforderlich ist, um ein Bild zu erfassen, ist die Sen sorbelichtungszeitdauer. Bei einer Photosensorschaltung wird typischerweise ein Strom, der durch Licht erzeugt wird, ver wendet, um die Ladung eines Kondensators zu ändern. Es ist eine begrenzte Zeitdauer erforderlich, um die Ladung des Kondensators ausreichend zu ändern, um ein akzeptables Si gnal-Zu-Rauschverhältnis sicherzustellen. Bei niedrigeren Abtastraten kann die Sensorbelichtungszeitdauer eine Ein schränkung für die Gesamtzeitdauer, die erforderlich ist, um ein Bild zu erfassen, darstellen. Die erforderliche Sensor belichtungszeitdauer kann reduziert werden, indem die Be leuchtungsintensität auf dem Dokument erhöht oder die Öff nungsgröße des Optiksystems vergrößert wird (dadurch wird ein größerer Teil des Lichts, das von dem Dokument reflek tiert wird, erfaßt). Jeder dieser Lösungsansätze verursacht jedoch zusätzlichen Aufwand und damit zusätzliche Kosten. Insbesondere erhöht sich der Aufwand eines Linsensystems we sentlich mit der Öffnungsgröße. Dies tritt zum Teil dadurch auf, da die Steuerung von Linsenaberrationen schwieriger und aufwendiger wird, wenn sich die Linsenöffnungsgröße erhöht.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Konzept zum Erfassen von Bildern zu schaffen, mittels dem die Be lichtungszeitdauer bei einem digitalen Erfassungsvorgang re duziert werden kann, ohne dabei den Aufwand und damit die Kosten der Anordnung wesentlich zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch einen optischen Bildscanner gemäß Anspruch 1 und durch ein Erfassungsverfahren gemäß Anspruch 3 und 4 gelöst.

Bei einem Scanner gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Linsensystem mit variabler Öffnung bzw. variabler Apertur geschaffen. Für Erfassungsvorgänge mit hoher Abtastrate, bei denen die Gesamterfassungszeitdauer durch die Datenübertra gungsrate eingeschränkt sein kann, wird eine relativ kleine Öffnungsgröße verwendet. Eine kleine Öffnungsgröße minimiert die Linsenaberrationen. Eine kleine Öffnungsgröße reduziert jedoch auch das Licht, das für das Sensorarray eingefangen wird, wodurch als Ergebnis die Belichtungszeitdauern relativ lang sind. Für niedrige Abtastraten, bei denen die Sensorbe lichtungszeitdauer eine Einschränkung für die Erfassungs zeitdauer darstellen kann, wird eine relativ große Öffnungs größe verwendet. Mit einer größeren Öffnungsgröße wird die Sensorbelichtungszeitdauer reduziert, wobei die Erfassungs geschwindigkeit erhöht werden kann, bis ein anderer Faktor, wie z. B. die Datenübertragungsrate, eine Einschränkung für die Gesamterfassungszeitdauer darstellt. Schnelle Erfas sungsvorgänge sind auf niedrigere Abtastraten begrenzt, die wiederum eine größere optische Unschärfe relativ zu hohen Abtastraten zulassen. Folglich sind die Linsenaberrations spezifikationen bei größeren Öffnungen lockerer, um den zu sätzlichen Aufwand für die größere Öffnung zu minimieren. Die vorliegende Erfindung ermöglicht höhere Erfassungsge schwindigkeiten bei einem Modus, bei dem der Scanner einen Vorteil aus den höheren Erfassungsgeschwindigkeiten ziehen kann. Das heißt, bei einem Modus, bei dem die Datenübertra gungsrate nicht der begrenzende Faktor ist (niedrige Auflö sung), ermöglicht die vorliegende Erfindung einen schnelle ren Erfassungsvorgang.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht in Blockdiagrammform eines Bild scanners gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ein Flußdiagramm eines Verfahrens gemäß der vorlie genden Erfindung.

Fig. 3 ein Flußdiagramm eines alternativen Verfahrens ge mäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 stellt einen vereinfachten Bildscanner dar. Eine Lam pe 100 beleuchtet ein Dokument 102. Licht, das von dem Doku ment 102 reflektiert wird, durchläuft ein Linsensystem 104 und wird auf ein Sensorarray 108 fokussiert. Das Linsensy stem 104 umfaßt ein Element mit variabler Öffnung (z. B. eine Irisblende) 106. Der Bildscanner weist eine Prozessor-ba sierte Steuerungseinrichtung (nicht dargestellt) auf, wobei die Öffnungsgröße der Irisblende 106 durch die Steuerungs einrichtung steuerbar ist. Bilderfassungslinsensysteme wei sen typischerweise mehrere Elemente auf. Linsensysteme zur Bilderfassung sind typischerweise nicht mit einem Element mit variabler Öffnung versehen. Bildscanner weisen typi scherweise andere Entwurfsüberlegungen für das optische Sy stem auf, die für das vorliegende Patentdokument jedoch nicht relevant sind. Bildscanner weisen beispielsweise ver zweigte optische Wege auf, wobei Farbildscanner Farbtren nungselemente (z. B. Filter oder Strahlteiler) aufweisen.

Die Abtastrate ist die Anzahl der Abtastwerte in Pixel pro Zoll (oder Pixel pro Millimeter), die von einem Scanner pro linearem Abstand erzeugt werden. Die optische Abtastrate ist die Abtastrate, die durch die optische Vergrößerung und die Anordnung des Sensorarrays definiert ist. Abtastraten, d. h. nicht die optische Abtastrate, werden durch eine Interpola tion der Pixeldaten oder durch eine Dezimierung der Pixelda ten erhalten. Die Auflösung ist das Maß, bis zu dem der Scanner Details eines Objekts unterscheiden kann; die Auflö sung wird durch die Abtastrate beeinflußt, jedoch auch durch andere Aspekte eines Scanners, wie z. B. durch die Qualität der Optik, durch die mechanische Stabilität, die Temperatur, die Feuchtigkeit, die elektronische Bandbreite und die Bild verarbeitung. Die Modulationsübertragungsfunktion ist ein Maß einer optischen Frequenzantwort eines Scanners mit Er fassungslinienpaaren, die eine räumliche Frequenz aufweisen, die sich innerhalb der Grenzen des Scanners befindet. Für eine weitere Erörterung der Parameter einer optischen Erfas sung wird auf Robert G. Gann, Desktop Scanners: Image Quali ty Evaluation, Prentice Hall, 1998, verwiesen.

Bei einem Bilderfassungssystem gemäß der Erfindung wird eine relativ kleine Linsenöffnung verwendet, wenn relativ hohe Abtastraten angefordert sind oder wenn eine relativ langsame Erfassungsgeschwindigkeit ausgewählt ist. Eine relativ große Linsenöffnung wird verwendet, wenn relativ niedrige Abtast raten angefordert sind oder wenn eine relativ schnelle Er fassungsgeschwindigkeit angefordert ist. Wenn eine spezifi zierte Modulationsübertragungsfunktion eines Bilderfassungs systems gegeben ist, muß das Linsensystem derart entworfen sein, daß der Beitrag der optischen Aberrationen ausreichend klein ist, um die spezifizierte Modulationsübertragungsfunk tion zu ermöglichen. Bei der vorliegenden Erfindung werden große Öffnungen jedoch nur für niedrige Abtastraten verwen det, wobei niedrige Abtastraten eine reduzierte räumliche Bandbreite für die Modulationsübertragungsfunktion zulassen. Folglich sind die Spezifikationen für Aberrationen für das Linsensystem für große Öffnungen gelockert. Als Ergebnis können schnellere Erfassungsvorgänge durchgeführt werden (d. h. die größere Öffnung fängt mehr Licht ein, wodurch die Zeitdauer verringert wird, die erforderlich ist, um die La dung von Photosensorkapazitäten zu ändern), ohne daß eine große Erhöhung des Aufwands für das Linsensystem erforder lich ist.

Fig. 2 ist ein Flußdiagramm, das ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Bei Schritt 200 wählt eine Bedienperson eine Abtastrate aus. Falls eine niedrige Ab tastrate ausgewählt wird (Test 202), wird die Irisblende auf eine große Öffnungsgröße und die Erfassungsgeschwindigkeit auf eine hohe Geschwindigkeit eingestellt (Schritt 206). Falls eine hohe Abtastrate ausgewählt wird, wird die Iris blende auf eine kleine Öffnungsgröße und die Erfassungsge schwindigkeit auf eine niedrige Geschwindigkeit eingestellt. Das Dokument oder ein anderes Bild wird daraufhin unter Ver wendung der gewählten Abtastrate, Blendengröße und Geschwin digkeit erfaßt (Schritt 208).

Fig. 3 ist ein Flußdiagramm, das ein alternatives Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei Schritt 300 wählt eine Bedienperson eine Erfassungsgeschwindigkeit aus. Falls eine hohe Geschwindigkeit ausgewählt wird (Test 302), wird die Irisblende auf eine große Öffnungsgröße eingestellt und die Abtastrate wird auf eine relativ niedrige Rate be grenzt (Schritt 306). Falls eine niedrige Geschwindigkeit ausgewählt wird, wird die Irisblende auf eine kleine Öffnung eingestellt und die Abtastrate wird nicht begrenzt (Schritt 304). Das Dokument oder ein anderes Bild wird dann unter Verwendung der ausgewählten Abtastrate, Öffnungsgröße und Geschwindigkeit erfaßt (Schritt 308).

Claims

1. Optischer Bildscanner mit:
einem Linsensystem (104);
einer Irisblende (106) in dem Linsensystem, wobei die Irisblende zumindest eine erste Öffnungsgröße und eine zweite Öffnungsgröße aufweist, wobei die zweite Öff nungsgröße größer als die erste Öffnungsgröße ist; und
wobei die Irisblende auf die erste Öffnungsgröße einge stellt ist, wenn eine Erfassung mit einer ersten Ge schwindigkeit vorgenommen wird, und wobei die Irisblende auf die zweite Öffnungsgröße eingestellt ist, wenn eine Erfassung mit einer zweiten Geschwindigkeit vorgenommen wird, wobei die zweite Geschwindigkeit schneller als die erste Geschwindigkeit ist.

2. Optischer Bildscanner gemäß Anspruch 1, wobei ferner:
das Linsensystem ausreichend niedrige Aberrationen bei der ersten Öffnungsgröße aufweist, um eine spezifizierte Modulationsübertragungsfunktion zu ermöglichen; und
das Linsensystem Aberrationen bei der zweiten Öffnungs größe aufweist, derart, daß eine resultierende Modulati onsübertragungsfunktion schlechter als die spezifizierte Modulationsübertragungsfunktion ist.

3. Erfassungsverfahren mit folgenden Schritten:
Auswählen (200) einer ersten Abtastrate oder einer zwei ten Abtastrate, wobei die zweite Abtastrate höher als die erste Abtastrate ist;
Erfassen (206) unter Verwendung einer ersten Öffnungs größe, wenn die Abtastrate die erste Abtastrate ist; und
Erfassen (204) unter Verwendung einer zweiten Öffnungs größe, wenn die Abtastrate die zweite Abtastrate ist, wobei die erste Öffnungsgröße größer als die zweite Öff nungsgröße ist.

4. Erfassungsverfahren mit folgenden Schritten:
Auswählen (300) einer ersten Erfassungsgeschwindigkeit oder einer zweiten Erfassungsgeschwindigkeit, wobei die zweite Erfassungsgeschwindigkeit schneller als die erste Erfassungsgeschwindigkeit ist;
Erfassen (306) unter Verwendung einer ersten Öffnungs größe, wenn die Erfassungsgeschwindigkeit die erste Er fassungsgeschwindigkeit ist; und
Erfassen (304) unter Verwendung einer zweiten Öffnungs größe, wenn die Erfassungsgeschwindigkeit die zweite Er fassungsgeschwindigkeit ist, wobei die erste Öffnungs größe größer als die zweite Öffnungsgröße ist.