掃描儀的製作方法
2023-06-01 00:46:31 1
專利名稱：掃描儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種影像處理裝置，尤其涉及一種掃描儀。
背景技術：
隨著科技不斷地進步，多媒體的整合與應用已經成為當前的發展重點。為了能使資料以多媒體的形式重現，現今已有各種類型的多媒體應用被開發出來，來滿足消費者多元性的影音需求。就目前而言，掃描儀無疑是最有力的靜態影像處理工具之一，近年來由於掃描技術的成熟及高速傳輸接口的興起，讓掃描儀深入了影像工作及家庭使用者，普及程度較過去幾年大為提高。
掃描儀的主要功能是將紙本文件的內容通過掃描的方式轉換成電子文件，來方便使用者傳播、整理或保存。為了能忠實呈現出紙本文件的原始內容，掃描器的掃描質量就顯的格外重要。如圖1所示，顯示了傳統的掃描儀方塊圖。掃描儀包括了可移動的掃描頭(Chassis)110及固定在掃描儀機體上的主板(Main Board)150兩大部分，掃描頭110上配置有電荷耦合組件(Charge-Coupled Device，CCD)模塊115來接收光信號，而主板150上的特殊應用集成電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)151及模擬前端(Analog FrontEnd，AFE)處理裝置153則用來控制電荷耦合組件模塊115，將其感測到的光信號擷取出來並加以轉換，成為可數位化處理的影像信號。
就目前的作法而言，掃描器的掃描頭110在掃描時會沿著待掃描文件逐步移動，此時電荷耦合組件模塊115便可感測到自待掃描文件反射(或透射)而來的光信號；由於此光信號是以模擬型態呈現，因此也可稱之為模擬光信號。待電荷耦合組件模塊115感測光信號完畢，特殊應用集成電路151就可以利用控制信號CTRL將模擬光信號RGB擷取出來，來進行後續的影像處理。需要注意的是，由於模擬光信號RGB無法直接以數字方式處理，因此必須由模擬前端處理裝置153將其數位化，使模擬光信號RGB轉換為數字式的光信號(以下稱數字光信號)後，方可利用總線BUS將此數字光信號輸入特殊應用集成電路151，來進行後期影像處理工作。
另一方面，主板150上還設置有傳動馬達155及內存157，傳動馬達155是依據特殊應用集成電路151所輸入的指令控制掃描頭110移動，例如掃描儀中特殊的間歇式移動(Start-Stop)；而內存157則用來暫存掃描資料，作為資料緩衝區(buffer)使用。
在實際應用上，由於模擬前端處理裝置153與特殊應用集成電路151均設置在主板150上，因此主板150與掃描頭110間的接線數目十分可觀，除模擬光信號RGB中的三條信號線(分別負責傳輸三原色信號其中一個)之外，還包括了CCD控制信號CTRL中的Φ1、Φ2、重置(reset)、電源(power)、接地(GND)等各類信號。如圖2所示，顯示了索尼公司(Sony)所生產的CCD組件設計圖。以Sony的ILX558K的CCD為例，其輸出輸入接腳(pin)數高達12個，如此一來，不僅因為信號線的數目眾多造成製造成本居高不下，也由於這種控制方式採用傳統的TTL/CMOS電氣規格，使得耗電量十分可觀(因信號電壓較高，採用5V與3.3V電壓)，數據傳輸量也無法提高。更嚴重的是，由電荷耦合組件模塊115傳回主板150的模擬光信號RGB極易受環境因素所幹擾，除明顯影響掃描質量外，電磁幹擾(Electromagnetic Interference，EMI)的問題也不易排除，這樣的缺點在高掃描解析度下顯得格外嚴重，直接影響了產品的競爭力。現今掃描儀產業的競爭十分激烈，廠商為了提高掃描質量，無不絞盡腦汁開發更新的技術，來強化產品的核心競爭力。因此如何排除已有的諸多問題，來提高掃描質量並降低生產成本，就成為當前十分重要的課題。
發明內容
有鑑於此，本實用新型的目的就是提供一種掃描儀，來精簡信號線的數目，降低資料在傳遞時所受到的電磁幹擾。
本實用新型的另一目的在提供一種掃描儀，利用掃描頭將模擬光信號轉換為數字光信號後再傳回主板，以確保光信號的真實度。
根據本實用新型的上述目的提出一種掃描儀，該掃描儀的簡述如下掃描器具有可移動的掃描頭及固定在掃描儀機體上的主板，掃描頭上配置有電荷耦合組件模塊及前端處理器，主板則配置有特殊應用集成電路。當電荷耦合組件模塊感測到模擬光信號後，前端處理器可以先將模擬光信號擷取出來並轉換為數字光信號，再利用編碼技術將數字光信號加以編碼，以低壓差動信號的規格將數字光信號輸入特殊應用集成電路來進行後期的影像處理工作。特殊應用集成電路可以通過指令接口與前端處理器通信，來執行上述掃描程序；其中，這些指令接口是例如符合串行傳輸規格的接口，如I2C或RS-232等，來降低接線數目。需要注意的是，前端處理器中配置有模擬前端處理裝置及信號產生裝置，模擬前端處理裝置用來將模擬光信號轉換為數字光信號，而信號產生裝置則用來產生電荷耦合組件模塊與模擬前端處理裝置工作所需的控制信號。另一方面，前端處理器可以將馬達同步信號輸入特殊應用集成電路，來控制傳動馬達來帶動掃描頭。馬達同步信號可以利用一根專用信號線輸入特殊應用集成電路，或在低壓差動信號編碼時將馬達同步信號編入，讓馬達同步信號連同數字光信號一起傳輸。
為了讓本實用新型的上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉一個較佳實施例，並結合附圖，詳細說明如下
圖1顯示的是傳統的掃描儀方塊圖。
圖2顯示的是索尼公司所生產的CCD組件設計圖。
圖3顯示的是依照本實用新型一個較佳實施例的一種掃描儀方塊圖。
具體實施方式
本實用新型的主要構想，是將模擬前端處理裝置配置在掃描頭中，當電荷耦合組件模塊感測光信號後，隨即由模擬前端處理裝置將其轉換為數字光信號，利用數位化的方式將光信號輸出至主板加以處理。如圖3所示，顯示的是本實用新型一個較佳實施例的一種掃描儀方塊圖。掃描儀包括掃描頭310及主板350，掃描頭310上配置有模擬前端處理裝置337及信號產生器335，模擬前端處理裝置337用來將電荷耦合組件模塊115所感測的模擬光信號RGB轉換為數字光信號，信號產生器335則利用控制信號CTRL，CS分別控制電荷耦合組件模塊115及模擬前端處理裝置337的工作。在實際應用中，信號產生器335及模擬前端處理裝置337可以整合在前端處理器330中，來降低製造成本；其中前端處理器330可以使用具備特定功能的晶片(例如特殊應用集成電路)予以實現。
另一方面，特殊應用集成電路351可以通過指令接口CMMD與前端處理器330通信，讓前端處理器330將數字光信號傳回來進行後續的影像處理工作。這些指令接口CMMD的規格可以是I2C或串行傳輸接口規格，這些串行傳輸接口是例如通用異步收發器(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter，UART)接口或RS-232等規格，使信號線的數目可降至最低。換句話說，當執行掃描程序時，特殊應用集成電路351會利用指令接口CMMD下達指令給前端處理器330，讓前端處理器330依據特殊應用集成電路351所下的指令來進行影像擷取、信號轉換及傳回資料等動作(例如依據指令查表，或制訂前端處理器330與特殊應用集成電路351之間的通信協議)。與傳統作法最大的不同之處在於，特殊應用集成電路351可以利用極精簡的指令接口CMMD來下達指令(如Φ1、Φ2等)，讓前端處理器330產生出掃描所需的各種控制信號(例如控制信號CTRL，CS)；也就是前端處理器330是依據指令產生出對應的控制信號CTRL，CS等，來進行光信號的擷取與轉換等工作。這些作法有別於過去直接將複雜的控制信號CTRL由主板150輸入掃描頭110的處理方式，因此主板與掃描頭間的連線數目將可以大幅降低。
需要注意的是，為了使前端處理器330傳回主板350的數字光信號DOS不受幹擾，當模擬前端處理裝置337將模擬光信號RGB轉換為數字光信號DOS後，我們可以利用前端處理器330先將數字光信號DOS加以編碼，再以低壓差動信號(Low-Voltage DifferentialSignaling，LVDS)的形式將編碼後的數字光信號傳回特殊應用集成電路351加以處理。在實際操作中，可利用差動對(differential pair)傳輸線來傳輸低壓差動信號LVDS，此差動對傳輸線是例如光纖(optical fiber)。還有，由於本實用新型將模擬前端處理裝置337配置於前端處理器330，來直接控制電荷耦合組件115的工作，因此當電荷耦合組件115的規格有所改動，只要對應修改模擬前端處理裝置337就可以滿足不同的規格要求，不需更動特殊應用集成電路351的設計。也就是說，在製造時可以採用標準化的特殊應用集成電路351，再依據不同設計的需求改動前端處理器330的設計。在本實用新型的架構下，特殊應用集成電路351採用標準設計可大幅降低成本，且前端處理器330可依不同製造規格機動地對應修改，具有足夠的設計彈性，因此該架構可以確實提供設計廠商低廉的全方位解決方案，提高產品的競爭力。
在傳動馬達的控制方面，本實用新型是利用前端處理器230將馬達同步信號MSYNC輸入特殊應用集成電路251，來控制傳動馬達的運轉。請注意，由於馬達同步信號MSYNC是由掃描頭端依據實際掃描情形而產生，所以馬達動作可精準地與掃描程序緊密配合。換句話說，過去傳動馬達是由特殊應用集成電路151所控制，因此在掃描時容易發生馬達動作與掃描程序間的誤差，如欠缺完善的反饋(feedback)控制，這些誤差極易造成掃描結果的失真，嚴重影響掃描質量。
在實際操作上，馬達同步信號MSYNC當然可以利用一條專屬信號線輸入特殊應用集成電路251來實現上述構想，但如此一來，便增加了掃描頭210與主板250間的接線數。更妥當的作法，是在低壓差動信號LVDS編碼時將馬達同步信號MSYNC編入，也就是在低壓差動信號LVDS的位定義中加入一個(或一些)馬達同步信號MSYNC的控制位，如此一來，馬達同步信號MSYNC便可連同數字光信號一起傳輸，並不會有額外的連線產生。
本實用新型上述實施例所公開的掃描儀，是將模擬前端處理裝置配置於掃描頭處，使光信號可以數字形式傳回主板，這些作法至少具有以下優點一、以串行方式傳遞指令及數字光信號，可大幅減少信號線的數目，降低硬體成本及製造複雜度。
二、數字光信號的傳輸採用低壓差動信號的電氣規格，其信號電位為3.3V或1.5V，耗電量比TTL/CMOS規格低，因此可以節省用電量。
三、低壓差動信號具有高頻寬(655Mbps)及不易幹擾的特性，不僅傳輸距離較遠也具有極佳的EMI特性，因此可以大幅提高掃描質量。
四、在製造時可以採用標準化的特殊應用集成電路，再依據不同設計的需求改動前端處理器的設計，不像以往當需求改動時便需重新設計特殊應用集成電路，因此可以大幅提高設計彈性。
五、前端處理器可以針對不同的設計需求(例如適應不同規格的CCD模塊)而彈性調整，與過去需重新設計特殊應用集成電路相比之下，開發時間大幅縮短，使產品更具競爭力。
綜上所述，雖然上面已經使用較佳實施例公開了本實用新型，然而其並非用來限定本實用新型，任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本實用新型的精神和範圍內，都可以作出各種的更動與潤飾，因此本實用新型的保護範圍應當以所附的權利要求所確定的範圍為準。
符號說明110掃描頭115電荷耦合組件模塊150主板151特殊應用集成電路153模擬前端處理裝置155傳動馬達157內存310掃描頭
330前端處理器335信號產生裝置337模擬前端處理裝置350主板351特殊應用集成電路RGB模擬光信號CTRL，CS控制信號BUS總線DOS數字光信號CMMD指令接口MSYNC馬達同步信號
權利要求1.一種掃描儀，具有一掃描頭(Chassis)及一主板(Main Board)，其特徵在於，其中所述掃描頭是與所述主板電連接來執行掃描程序，所述掃描儀包括一電荷耦合組件(Charge-Coupled Device，CCD)模塊，配置於所述掃描頭處，用來感測一模擬光信號；一前端處理器，配置於所述掃描頭處，耦接至所述電荷耦合組件模塊，所述前端處理器包括一模擬前端(Analog Front End，AFE)處理裝置，耦接至所述電荷耦合組件模塊，用來依據所述模擬光信號產生所述數字光信號；及一信號產生裝置，耦接至所述電荷耦合組件模塊及所述模擬前端處理裝置，用來產生所述電荷耦合組件模塊與所述模擬前端處理裝置工作所需的控制信號；以及一特殊應用集成電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，配置在所述主板處並由一指令接口與所述前端處理器通信，用來處理自所述前端處理器中的所述模擬前端處理裝置所輸入的所述數字光信號。
2.如權利要求1所述的掃描儀，其特徵在於，其中所述數字光信號是在所述前端處理器中加以編碼，再以低壓差動信號(Low-Voltage Differential Signaling，LVDS)的形式傳送到所述特殊應用集成電路。
3.如權利要求2所述的掃描儀，其特徵在於，其中所述低壓差動信號是利用一差動對(differential pair)傳輸線加以傳輸。
4.如權利要求1所述的掃描儀，其特徵在於，其中所述指令接口是符合通用異步收發器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)的接口規格。
5.如權利要求1所述的掃描儀，其特徵在於，其中所述指令接口是符合I2C接口規格。
6.如權利要求1所述的掃描儀，其特徵在於，其中所述指令接口是符合一串行(serial)傳輸接口規格。
7.如權利要求6所述的掃描儀，其特徵在於，其中所述串行傳輸接口規格是RS-232接口規格。
8.如權利要求2所述的掃描儀，其特徵在於，其中所述掃描儀包括一傳動馬達，所述傳動馬達是依據所述前端處理器的控制而工作。
9.如權利要求8所述的掃描儀，其特徵在於，其中所述傳動馬達是依據自所述前端處理器輸入所述特殊應用集成電路的一馬達同步信號而工作。
10.如權利要求9所述的掃描儀，其特徵在於，其中所述馬達同步信號是定義於所述低壓差動信號中。
11.如權利要求8所述的掃描儀，其特徵在於，其中所述低壓差動信號是利用一差動對傳輸線加以傳輸。
12.如權利要求8所述的掃描儀，其特徵在於，其中所述指令接口是符合通用異步收發器的接口規格。
13.如權利要求8所述的掃描儀，其特徵在於，其中所述指令接口是符合I2C接口規格。
14.如權利要求8所述的掃描儀，其特徵在於，其中所述指令接口是符合一串行傳輸接口規格。
15.如權利要求14所述的掃描儀，其特徵在於，其中所述串行傳輸接口規格是RS-232接口規格。
專利摘要一種掃描儀，具有可移動的掃描頭及固定在掃描儀機體上的主板，掃描頭上配置有電荷耦合組件模塊及前端處理器，主板則配置有特殊應用集成電路。電荷耦合組件模塊感測到模擬光信號後，特殊應用集成電路可以通過指令接口與前端處理器通信，令前端處理器將模擬光信號轉換為數字光信號，並以低壓差動信號的規格將數字光信號輸入特殊應用集成電路，來進行後期的影像處理工作。其中，前端處理器包括模擬前端處理裝置及信號產生裝置，模擬前端處理裝置用來將模擬光信號轉換為數字光信號，而信號產生裝置則用來產生電荷耦合組件模塊與模擬前端處理裝置工作所需的控制信號。
文檔編號H04N1/00GK2646982SQ20032010918
公開日2004年10月6日 申請日期2003年10月24日 優先權日2003年10月24日
發明者陳琰成, 林慶源 申請人:虹光精密工業(蘇州)有限公司