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CN1532575A - 利用光纤面板的扫描仪透明介质适配器 - Google Patents

利用光纤面板的扫描仪透明介质适配器 Download PDF

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CN1532575A CNA2003101244541A CN200310124454A CN1532575A CN 1532575 A CN1532575 A CN 1532575A CN A2003101244541 A CNA2003101244541 A CN A2003101244541A CN 200310124454 A CN200310124454 A CN 200310124454A CN 1532575 A CN1532575 A CN 1532575A
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Abstract

用于扫描平板扫描仪(900)上透射介质的透明介质适配器包括光纤面板(701)。光纤面板(701)将图像由介质转移到扫描仪的焦面上。

Description

利用光纤面板的扫描仪透明介质适配器
技术领域
本发明一般涉及透射成像介质例如照相幻灯片和照相底片的扫描。
背景技术
许多现代的平面文件扫描仪提供了用于扫描透射成像介质例如照相幻灯片和照相底片等的装置。透射介质有时称为透明介质或幻灯片。通常将透射原件设置在扫描仪台板上或附近，使光线穿透介质，由下面的成像系统感测。托住介质并向介质提供背景光的系统或装置有时称为透明介质适配器。
图1示出典型结构的截面图。35毫米的幻灯片101设置在定位模板102中，定位模板102设置在扫描仪的台板103上。光源104使光线向下穿过幻灯片101和台板103，部分光线由成像模块105中的光学系统收集。扫描仪常常用来产生设置在台板上的原件的焦点上(in-focus)图像。
成像模块105可以是接触图像传感器(CIS)模块。图2示出设置在扫描仪台板103下面的典型CIS模块的一些元件的示意图。为清晰起见，已经省略了一些零件，如支撑结构等。梯度折射率棒状透镜阵列201设置在扫描仪台板103正下方。一组光敏元件202设置在梯度折射率棒状透镜阵列201的下面。光敏元件202固定在电路板203上，电信号从光敏元件202经由电缆204到达其它电子元件(未示出)。通常用光源205照射设置在扫描仪台板103上供扫描的反射原件、例如纸件。当扫描透射原件时一般不用光源205。通常利用传送机构(未示出)来移动CIS模块，使得能扫描扫描仪台板103的某个区域。
图3示出图2的CIS模块的截面图。梯度折射率棒状透镜201将图像从基本上在扫描仪台板103表面上的图像平面投影到光敏元件202上。
通常成像模块105具有有限的景深。就是说，设置在标称图像平面上的物体可以清晰成像到扫描仪的图像传感器上，但显著地偏离标称图像平面的物体的结果图像将会模糊不清。能产生具有合格清晰度的图像的物体位置的范围称为扫描仪的景深。利用CIS模块作为其成像装置的扫描仪具有0.5毫米或更小的景深。
名以上可以把扫描仪的图像平面、即焦面调节到恰好在台板表面上方，以便充分利用原件或物体所处的台板上方空间中的扫描仪的景深。但是，由于扫描仪的景深如此有限，焦面仍可认为实际上就是在台板的表面。
图4示出图1的透射介质固定系统的一些可变尺寸。由于定位模板102的高度和幻灯片101托架的厚度T，幻灯片101的胶片部分被保持在扫描仪台板103上方的距离D处。由于扫描仪多半设计成聚焦在台板103的上表面附近，所以幻灯片101就会散焦。即使幻灯片101直接设置在台板103上，其胶片部分由于托架厚度T还是会距扫描仪的焦面有一定的距离。
而且，幻灯片101托架的厚度T对于不同的幻灯片会大不相同。有些市售的幻灯片托架很薄，只有1.2mm厚，而有些可达3mm厚。即使扫描仪能配置成在台板103上一定距离处聚焦，以试图聚焦到幻灯片101的胶片上，厚度T的变化也会使距离D的变化足以使一些幻灯片处在扫描仪的景深之外。
现在所需要的是一种能在景深有限的扫描仪上以足够的清晰度扫描透射介质的装置。
发明内容
在平板扫描仪上扫描透射介质的透明介质适配器包括光纤面板。所述光纤面板将图像从介质转移到扫描仪的焦面。
附图说明
图1示出典型的透明介质适配器结构的截面图。
图2示出设置在扫描仪台板下方的典型接触图像传感器(CIS)的一些元件的示意图。
图3示出图2的CIS模块的截面图。
图4示出图1的透明介质固定系统的一些可变尺寸。
图5示出按照本发明一个实施例设置在扫描仪台板上的扫描仪透明介质适配器。
图6说明光纤中的全内反射(TIR)。
图7示出光纤面板。
图8示出按照本发明的一个示范实施例的透明介质适配器，用于扫描照相底片或其它未安装的胶片原件。
图9A示出按照本发明的一个示范实施例的设置在扫描仪上的包括校准区的透明介质适配器。
图9B示出图9A的透明介质适配器的近视图。
具体实施方式
图5示出按照本发明一个实施例的设置在扫描仪台板上的扫描仪透明介质适配器。光源501提供幻灯片101的背光照明。光源501可以是典型的类型，其表面发射基本上均匀的散射光。幻灯片101由光纤面板701支承并与其实际接触。光纤面板701的长度和宽度应在幻灯片101的可视区域之内，但基本上包围所述可视区。由于幻灯片101非常靠近光纤面板701的上表面(或入射表面)504以及构成光纤面板701的光纤的有限接受角，所以幻灯片101的图像就被投影到光纤面板701的上表面。光纤面板701对图像进行空间取样并将其传输到光纤面板的下表面或出射表面，空间取样的图像由此出射。
光纤面板，有时也称为光纤板，是一束有序的光纤，利用全内发射原理工作。图6示出光纤中的全内反射。光纤601是一个圆柱体，图示为其截面。纤芯部分602由基本透明的材料制成，例如玻璃或光学塑料，其折射指数为n1。包层603用折射指数为n2的第二种材料制成，n2小于n1。以高入射角θ1进入光纤表面604的光线R1将折射入光纤，又被包层折射出来，如果周围材料也具有足够高的折射指数的话，就又回到周围材料中。但是，以较低的入射角θ2进入光纤表面604的光线R2将以同样方式折射入光纤，但却以足够高的入射角射到包层上，使之不能折射入包层603。于是，它从纤芯层602和包层603之间的界面反射出来。一旦光线R2以这种方式进入到光线内，它就靠连续的内反射继续沿光纤传播，直到在表面605从光纤中出射。
能从包层产生全内反射的表面604的最大入射角称为光纤的接受角，它取决于折射指数n1和n2。以小于接受角进入表面604的光会从表面605出射，以基本上与进入表面604的相同角度发散。但是，这种光应是没有附加发散地在光纤601的长度上传播。进入光纤601的光线之间的空间关系不一定能保持到从光线出射时。例如，互相完全平行的两条光线进入表面604，但从表面605出射时互相不平行。但所有光线，在进入光纤和从光纤射出时，必需在光线的接受角之内。
可以将许多光光纤集合成一个有序阵列，形成如图7所示的光纤面板701。光纤面板701中光纤之间的间隙可以用光吸收材料填充。吸收材料捕捉可能从特定光纤的包层逸出的高入射角光线，从而降低了因光纤之间漏光而引起交扰的可能性。
由于每个光纤在入射面接受光并将其传输到出射面，光纤面板701就具有了这样的特性，即投影到一个面上的图像会以对应于光纤间隔的分辨率被空间取样而从另一个面出射。例如，从光纤中心到光纤中心，各光纤间隔7微米，从出射面出射的图像就会以大约7微米的分辨率被取样，或每英寸大约3628个样值。由于这种取样密度大大超过许多平板扫描仪分辨细节的能力，所以光纤面板701工作中这种固有的取样对通过光纤面板701后任何扫描图像质量的影响微乎其微。光纤面板有市售，其光纤直径从大约3微米到大约25微米或更大。为使视图简化，图7中仅示出少量光纤，实际的光纤面板可有数百万条光纤。
光纤面板701的下表面、即出射面，位于扫描仪台板103上，以便使从光纤面板701出射的图像位于或接近扫描仪成像模块的焦面上。这样扫描仪就可正常地扫描图像。光纤面板701的入射面504就是光线进入的表面，出射面505就是光线出射的表面。这两个表面的光学特性不需有什么区别。光纤面板701通常是对称的，可以用任一面作为入射面来工作。
只要光纤面板701的高度503足以将幻灯片101的托架抬离扫描仪台板103，系统的性能对幻灯片托架的厚度就不敏感，这样就解决了幻灯片托架厚度变化的问题。此外，系统向扫描仪光学系统呈现的是幻灯片的清晰(焦点对准的)图像，可使有限景深的扫描仪能进行令人满意的扫描。系统的性能基本上对光纤面板701的厚度503不敏感。
由于幻灯片常会有残留的曲度，所以系统用户可能希望尽量减小对设置在示范的透明介质适配器中的幻灯片的潜在损坏，而在把幻灯片设置在光纤面板701上时使幻灯片的凹侧面对光纤面板701。这种情况示于图5。幻灯片101的胶片部分是弯曲的，其凹侧面向下。在这种位置时，与光纤面板701的大部分接触是在幻灯片101可视区的边缘和角落上，因而减少了对幻灯片101的任何潜在损坏。如果幻灯片101的曲度过大，最好提供一种装置用来将幻灯片限制在光纤面板701的近处，以利于光纤面板701捕捉高分辨率图像。
按照本发明的一个示范的实施例，透明介质适配器可包括对准部件502，用于将光纤面板701固定在扫描仪台板103的适当位置上，并将光源501适当固定在幻灯片101的上方。
图8示出按照本发明的一个示范实施例的透明介质适配器，用于扫描照相底片或其它未安装的胶片原件。通过35mm胶片摄影得到的照相底片常常就是一些有四到六张相片的胶片条。其它照相格式可以产生各种尺寸的胶片原件。将未安装的胶片原件设置在光纤面板803的上面，所述示范的透明介质适配器就可使扫描仪能扫描未安装的胶片原件。未安装的胶片原件，像幻灯片，常有曲度。用户可能希望把未安装的胶片原件801设置在透明介质适配器上，使其凹侧面对光纤面板803，以减少损坏原件801的机会。如果未安装的胶片原件801的曲度过大，最好提供一种装置用来将未安装的胶片原件801限制在光纤面板803的近处，以利于光纤面板803捕获高分辨率图像。
此外，可以设置与光纤面板803的上表面基本共面的基准表面802、用于以其边缘来支承未安装的胶片原件801。这进一步降低了损坏未安装的胶片原件801的危险，而且可使光纤面板803仅仅具有扫描原件801的图像区所需的大小，从而将光纤面板803的成本减至最小。可以使光纤面板803的长度和宽度适合于要用透明介质适配器扫描的未安装胶片原件的尺寸。
图9A和9B示出按照本发明的一个示范实施例的包括校准区的扫描仪透明介质适配器。每个光敏元件202通常包括多个像素。在本文中一个像素就是一个单独可寻址的光敏区，所述光敏区的大小定义了扫描仪的分辨率。例如，扫描仪以每英寸1200像素的分辨率取样设置在它上面的原件。像素的视在敏感度相互间各不相同。就是说，当被均匀照射时，在光敏元件202上的不同像素可指示稍有不同的亮度级。这种效应有时称为光响应不均匀性(PRNU)。其它光学或照明效应也可引起像素敏感度的视在改变。这种改变导致不正确的扫描，不过常可用校准来加以校正。
为了能进行校准，按照本发明的扫描仪透明介质适配器可包括校准区，如图9A和9B所示。图9A示出按照本发明的一个示范实施例的设置在扫描仪900上的包括校准区的透明介质适配器。图9B示出图9A的透明介质适配器的近视图。支架结构901设置在扫描仪台板103上，并将光纤面板701设置在台板上。幻灯片101设置在光纤面板701上。支架结构901还可将光源固定在幻灯片101上方，但为清晰起见图中未示出光源。支架结构901可包括校准区902。校准区902是一个开口，使扫描仪成像模块能直接观察光源。光源足够大，可覆盖校准区以及幻灯片101。将扫描仪成像模块设置在校准区902的下方，就可直接扫描光源。这样被扫描的均匀亮度的“原件”就是台板103和光源之间的空气。像素亮度的差别可能归因于PRNU、光源本身的不均匀或其它光学效应，在幻灯片101被扫描时可以进行适当地纠正。
校准区902也可包括一个光纤面板，便于对光纤面板701所引入的不均匀度进行校准。很易设想一些其它结构，它们能在按本发明的透明介质适配器用来扫描照相底片或其它未安装胶片原件时进行校准。
对本发明所作的上述说明是为了图示和说明的目的。不应理解为所述说明是详尽无遗的，或将本发明限制在所公开的确切形式，根据上述说明可作其它修改和变动。例如，可以设想一种透明介质适配器和扫描仪，其中的元件有某种另外的取向，而不是所述的垂直堆叠结构。扫描仪台板可以是垂直的，而光源，透射原件以及光纤面板则水平放置。也可设想其它的实施例。选择和说明实施例是为了更好地解释本发明的原理及其实际应用，以使本专业的技术人员能在适合于特定用途的各种实施例和各种改动中最好地利用本发明。所附权利要求书应理解为包括本发明的其它不同的实施例，由先有技术限定的范围除外。

Claims (10)

1.一种扫描仪透明介质适配器，它包括光纤面板(701)，所述光纤面板(701)接收通过透射原件(101)的光线，并且其中所述光纤面板(701)将所述透射原件(101)的图像从入射面(504)发送到出射面(505)。
2.如权利要求1所述的扫描仪透明介质适配器，其特征在于由所述光纤面板(701)对所述发送的图像进行空间取样。
3.如权利要求1所述的扫描仪透明介质适配器，其特征在于还包括光源(501)。
4.如权利要求3所述的扫描仪透明介质适配器，其特征在于所述光源(501)发射基本上均匀的散射光。
5.如权利要求1所述的扫描仪透明介质适配器，其特征在于还包括校准区(902)。
6.一种系统，它包括：
a)扫描仪(900)，所述扫描仪(900)包括：
i.光学系统(105)；
ii.台板(103)；以及
iii.所述光学系统(105)的焦面基本上在所述台板(103)的表面上；以及
b)透明介质适配器，所述透明介质适配器包括：
i.光纤面板(701)；
ii.所述光纤面板(701)的出射面(505)，所述出射面(505)基本上位于所述扫描仪(900)的所述光学系统(105)的焦面上；
iii.所述光纤面板(701)的入射面(504)，所述入射面(504)基本上与所述出射面(505)相对；以及
其中，所述入射面(504)接收通过透射原件(101)的光线，且所述光纤面板(701)从所述入射面(504)将所述透射原件(101)的图像发送到所述出射面(505)。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于包括接触图像传感器模块。
8.如权利要求6所述的系统，其特征在于还包括光源。
9.一种扫描透射原件的方法，所述方法包括以下步骤：
a)这样设置透射原件(101)、使得所述透射原件(101)与光纤面板(701)的入射面(504)实际接触；
b)这样设置所述光纤面板(701)的出射面(505)、使得所述出射面(505)基本上在扫描仪(900)的焦面上；
c)使光线通过所述透射原件(101)射到所述光纤面板(701)的所述入射面(504)；以及
d)扫描所述透射原件(101)的图像，所述图像由所述光纤面板(701)的所述出射面(505)射出。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：设置所述光纤面板(701)的所述出射面(505)、使其基本上在所述扫描仪(900)的所述焦面上的步骤包括将所述光纤面板(701)的所述出射面(505)设置在所述扫描仪(900)的台板(103)上。
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