Сканеры. Проекционные сканеры

Планшетные сканеры

Проекционные сканеры

Барабанные сканеры

Схемы построения сканеров

В системах допечатной подготовки изданий в настоящее время применяются планшетные, проекционные и барабанные сканеры.

Планшетные сканеры

Планшетные сканеры построены по принципу плоской развертки (отсюда их второе название — плоскостные), при которой считываемый оригинал располагается на плоском подвижном или неподвижном оригиналодержателе (рис. 1). При сканировании оригинала осуществляется построчное считывание изображения. В качестве приемников и анализаторов оптического изображения при считывании оригинала в большинстве сканеров используются линейные ПЗС, на которые объектив или линза проецирует изображение строки. При этом в сканерах без оптического масштабирования изображения и с постоянным оптическим разрешением ПЗС и объектив неподвижны. В сканерах, обладающих возможностью оптического масштабирования и изменения оптического разрешения, применяются несколько линз и линеек ПЗС или подвижные объективы и фотоприемники.

На рис. 2 представлена принципиальная схема плоскостного сканера с подвижным оригиналодержателем. Непрозрачный оригинал 2 закрепляется на плоском оригиналодержателе 1, который перемещается передачей винт­гайка 3 от шагового электродвигателя 4 с блоком управления 5. Освещение оригинала производится осветителем 13, в состав которого входят лампа и отражатель. Свет, отраженный от оригинала 2, поворотным зеркалом 12 направляется в объектив 8, который формирует уменьшенное изображение строки оригинала в рабочей плоскости линейки ПЗС 7. Осветитель 13, элементы оптической системы 12 и 8, а также линейка ПЗС 7 в этом устройстве неподвижны.

ПЗС преобразует световые сигналы, отраженные от строки изображения, в последовательность пропорциональных им аналоговых электрических сигналов. Аналоговые сигналы от ПЗС в блоке обработки сигналов 9 усиливаются и преобразуются в цифровую форму. Цифровые сигналы направляются в буферную память 10 и далее в блок интерфейса 11. Через блок интерфейса сигналы передаются в компьютер. Для согласования во времени работы блока управления 5 с шаговым двигателем 4, блока обработки сигналов 9 и буферной памяти 10 блок синхронизации 6 формирует стабильную по частоте последовательность управляющих синхроимпульсов.

На рис. 3 представлена принципиальная схема плоскостного сканера с неподвижным оригиналодержателем. Оригинал 1 закреплен на неподвижном прозрачном оригиналодержателе 2. Объектив 11 и линейка ПЗС 8 также неподвижны. Развертка изображения осуществляется за счет перемещения двух кареток 5 и 17. Для того чтобы сумма отрезков оптической оси от оригинала до первой главной плоскости объектива 11 сохранялась постоянной и, следовательно, строки оригинала проецировались на фотоприемник (ПЗС) 8 без искажений, каретка 5 с осветителем 3 и зеркалом 4 должна перемещаться со скоростью вдвое большей, чем каретка с зеркалами 16 и 18. Для привода кареток используются электродвигатель 12, редуктор 13 и барабан 14. На барабане 14 намотан трос 20, который огибает неподвижный блок 19 и крепится к каретке 5. Для привода каретки 17 используется трос 7, проходящий через блок 6, ось которого закреплена на каретке 17. Один конец троса 7 крепится к каретке 5, а другой конец троса 7 — к корпусу сканера. Для натяжения троса 7 используется пружина 15, один конец которой прикреплен к корпусу сканера, а другой — к тросу 10, перекинутому через неподвижный блок 9 и прикрепленному к каретке 17.

Известны черно­белые сканеры, в которых в качестве источника света используются маломощные лазеры. В таком устройстве (рис. 4) лазер 1 генерирует непрерывный поток излучения. Для формирования необходимой апертуры луча служит диафрагма 2. Телескоп 3 расширяет лазерный пучок в несколько раз, что приводит к уменьшению его расходимости. Зеркала 4 и 5 изменяют ход лазерного луча и направляют его на вращающийся зеркальный дефлектор 6. Объектив 7 фокусирует лазерный пучок, отраженный от зеркального дефлектора, в точку малого размера в плоскости оригинала 10, расположенного на перемещающемся оригиналодержателе. Зеркало 12 направляет луч на оригинал. Отраженный от оригинала 10 лазерный луч, промодулированный оптической плотностью изображения на оригинале, попадает на два длинных фотодиода 11. За счет вращения дефлектора 6 луч сканирует строку изображения от начала до конца формата. Следующая строка сканируется после перемещения оригиналодержателя на один шаг, равный величине, обратной разрешению сканирования, при последующем обороте дефлектора. Для установления точного соответствия значения оптической плотности элемента (точки) изображения с ее координатой в строке служит система синхронизации. В нее входит полупрозрачное зеркало 9, которое часть лазерного луча отражает на датчик 8. Этот датчик может представлять собой, например, растровую линейку, за которой установлен фотоэлемент. При движении отраженного от зеркала 9 луча по растровой линейке фотоэлемент будет вырабатывать синхроимпульсы, так как растровая линейка имеет чередующиеся прозрачные и непрозрачные риски. Подсчет этих синхроимпульсов и определяет значение координаты точки в строке. Для регулирования мощности лазерного пучка служит набор ослабляющих светофильтров 13.

В современных цветных сканерах сканирование осуществляется за один проход. Для реализации принципа однопроходного сканирования могут использоваться три источника света (красный, зеленый и синий), три линейки ПЗС или цветоделительные светофильтры.

В первом случае источники света в процессе сканирования работают поочередно, кратковременно освещая оригинал (рис. 5). Этот метод требует подбора источников света со стабильными характеристиками.

Во втором случае сканеры оборудованы системой ПЗС, состоящей из трех независимых линеек для каждого цвета (рис. 6). Оригинал освещается белым светом, а отраженный свет через редуцирующую линзу и систему специальных фильтров попадает на трехполосный ПЗС. Фильтры разделяют белый свет на три составляющие. Принцип их работы основан на явлении дихроизма — изменении окраски кристаллов в проходящем белом свете в зависимости от положения их оптической оси. После прохождения системы фильтров разделенные световые потоки — красный, зеленый и синий — попадают каждый на свою линейку ПЗС. Путем последовательно выполняемых операций считывания тонового распределения в каждой строке по основным цветам можно получить информацию, необходимую для воспроизведения цветного изображения.

В однопроходных цветных сканерах с системой цветоделительных светофильтров используется один элемент ПЗС и один источник света (рис. 7). В процессе сканирования каждой строки изображения три фильтра сменяют друг друга и тем самым последовательно создается цифровой образ строки для каждого цвета. Осветительная система сканера (рис. 8) состоит из двух частей: для непрозрачных и для прозрачных оригиналов. В осветительной системе, состоящей из оптико­волоконных световодов и источника белого света (галогенной лампы), установлена вращающаяся с высокой частотой турель с тремя цветными светофильтрами. В осветительной системе для непрозрачных оригиналов (см. рис. 8 а) оптико­волоконный жгут световодов, пропускающий свет того или иного цвета, раздваивается и освещение оригинала производится двумя осветителями. В осветительной системе для прозрачных оригиналов (см. рис. 8 б) оптико­волоконный жгут состоит из световодов с переменным размером сечения, который увеличивается по мере удаления от источника света и образует оптико­волоконную пластину. Эта пластина заканчивается линзой, которая проецирует поток света на прозрачный оригинал.

Грязь, соринки и другие посторонние предметы на оригинале могут искажать информацию о нем. Поэтому в некоторых сканерах применяют специальную асферическую осветительную линзу, которая уменьшает помехи от частичек пыли, царапин и отпечатков пальцев на оригинале. На рис. 9 а показано, как можно минимизировать помехи, вызванные наличием посторонних частиц на поверхности оригинала, за счет того, что лучи света попадают на дефектную область одновременно с разных сторон. Асферическая осветительная линза сконструирована так, что имеет меньшую кривизну по краям, чем в середине, поэтому свет может фокусироваться не только в середине линзы, но и по ее краям, что позволяет почти полностью компенсировать отклонения светового потока. Обычная осветительная линза (рис. 9 б) также может собирать в пучок свет с разных направлений, но самая интенсивная часть излучения исходит, как правило, из середины линзы. Недостатком асферических линз, по сравнению с обычными, является сложность их изготовления.

Иногда планшетные однопроходные цветные сканеры снабжаются двумя одинаковыми линейками ПЗС. Один ПЗС используется для широкоформатных оригиналов, а другой — для оригиналов малого формата. Это позволяет значительно повысить разрешение при сканировании малоформатных изображений, так как меньшее по размеру изображение сканируемой строки считывается тем же количеством светочувствительных элементов ПЗС, что и при сканировании большого оригинала.

Схема сканера с двумя ПЗС приведена на рис. 10. Оригинал закрепляется на оригиналодержателе 1, который перемещается в зону сканирования. Свет в световоды 2 поступает от галогенной лампы 3, пройдя через один из фильтров RGB 4 или нейтрально­серый фильтр. Разворачивающее зеркало 5 направляет световой поток по нужному световоду. После того как свет разворачивается зеркалом 6 на 90°, он попадает на систему линз 7 или 8 (в зависимости от заданного разрешения) и, пройдя их, проецируется на одну из линеек ПЗС 9. Генерируемое ПЗС напряжение поступает на аналого­цифровой преобразователь 10, который формирует цифровой сигнал и передает его на управляющий компьютер.

Современные планшетные сканеры обеспечивают сканирование прозрачных и непрозрачных оригиналов с оптическим разрешением до 5000 dpi. Интерполяционная разрешающая способность их достигает 11 000 dpi, максимальный динамический диапазон — 3,7­4,0.

Основными достоинствами планшетных сканеров являются:

• простота установки и съема оригиналов различных форматов;

• возможность сканирования оригиналов различных размеров. Максимальный размер сканируемого оригинала зависит только от размера рабочей области сканера, а минимальный размер оригинала практически не ограничен. Кроме того, оригиналы большого формата можно отсканировать по частям, а затем объединить их в одном из графических редакторов;

• возможность сканирования плоских оригиналов разных типов, в том числе небольших трехмерных объектов. Как и у копировальных аппаратов, у планшетных сканеров есть крышка, прижимающая к рабочей поверхности такие нестандартные оригиналы, как, например, книга;

• возможность установки дополнительных устройств, например механизма автоматической подачи оригиналов или диапозитивной приставки для сканеров, работающих только с непрозрачными оригиналами;

• высокая скорость сканирования.

К недостаткам планшетных сканеров следует отнести относительно больш у ю занимаемую ими площадь и сложность выравнивания оригинала с неровно размещенным на носителе изображением.

Поиск по сайту: