利用光纖面板的掃描儀透明介質適配器的製作方法

2023-10-28 08:54:52

專利名稱：利用光纖面板的掃描儀透明介質適配器的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及透射成像介質例如照相幻燈片和照相底片的掃描。
背景技術：
許多現代的平面文件掃描儀提供了用於掃描透射成像介質例如照相幻燈片和照相底片等的裝置。透射介質有時稱為透明介質或幻燈片。通常將透射原件設置在掃描儀臺板上或附近，使光線穿透介質，由下面的成像系統感測。託住介質並向介質提供背景光的系統或裝置有時稱為透明介質適配器。
圖1示出典型結構的截面圖。35毫米的幻燈片101設置在定位模板102中，定位模板102設置在掃描儀的臺板103上。光源104使光線向下穿過幻燈片101和臺板103，部分光線由成像模塊105中的光學系統收集。掃描儀常常用來產生設置在臺板上的原件的焦點上(in-focus)圖像。
成像模塊105可以是接觸圖像傳感器(CIS)模塊。圖2示出設置在掃描儀臺板103下面的典型CIS模塊的一些元件的示意圖。為清晰起見，已經省略了一些零件，如支撐結構等。梯度折射率棒狀透鏡陣列201設置在掃描儀臺板103正下方。一組光敏元件202設置在梯度折射率棒狀透鏡陣列201的下面。光敏元件202固定在電路板203上，電信號從光敏元件202經由電纜204到達其它電子元件(未示出)。通常用光源205照射設置在掃描儀臺板103上供掃描的反射原件、例如紙件。當掃描透射原件時一般不用光源205。通常利用傳送機構(未示出)來移動CIS模塊，使得能掃描掃描儀臺板103的某個區域。
圖3示出圖2的CIS模塊的截面圖。梯度折射率棒狀透鏡201將圖像從基本上在掃描儀臺板103表面上的圖像平面投影到光敏元件202上。
通常成像模塊105具有有限的景深。就是說，設置在標稱圖像平面上的物體可以清晰成像到掃描儀的圖像傳感器上，但顯著地偏離標稱圖像平面的物體的結果圖像將會模糊不清。能產生具有合格清晰度的圖像的物體位置的範圍稱為掃描儀的景深。利用CIS模塊作為其成像裝置的掃描儀具有0.5毫米或更小的景深。
名以上可以把掃描儀的圖像平面、即焦面調節到恰好在臺板表面上方，以便充分利用原件或物體所處的臺板上方空間中的掃描儀的景深。但是，由於掃描儀的景深如此有限，焦面仍可認為實際上就是在臺板的表面。
圖4示出圖1的透射介質固定系統的一些可變尺寸。由於定位模板102的高度和幻燈片101託架的厚度T，幻燈片101的膠片部分被保持在掃描儀臺板103上方的距離D處。由於掃描儀多半設計成聚焦在臺板103的上表面附近，所以幻燈片101就會散焦。即使幻燈片101直接設置在臺板103上，其膠片部分由於託架厚度T還是會距掃描儀的焦面有一定的距離。
而且，幻燈片101託架的厚度T對於不同的幻燈片會大不相同。有些市售的幻燈片託架很薄，只有1.2mm厚，而有些可達3mm厚。即使掃描儀能配置成在臺板103上一定距離處聚焦，以試圖聚焦到幻燈片101的膠片上，厚度T的變化也會使距離D的變化足以使一些幻燈片處在掃描儀的景深之外。
現在所需要的是一種能在景深有限的掃描儀上以足夠的清晰度掃描透射介質的裝置。

發明內容
在平板掃描儀上掃描透射介質的透明介質適配器包括光纖面板。所述光纖面板將圖像從介質轉移到掃描儀的焦面。


圖1示出典型的透明介質適配器結構的截面圖。
圖2示出設置在掃描儀臺板下方的典型接觸圖像傳感器(CIS)的一些元件的示意圖。
圖3示出圖2的CIS模塊的截面圖。
圖4示出圖1的透明介質固定系統的一些可變尺寸。
圖5示出按照本發明一個實施例設置在掃描儀臺板上的掃描儀透明介質適配器。
圖6說明光纖中的全內反射(TIR)。
圖7示出光纖面板。
圖8示出按照本發明的一個示範實施例的透明介質適配器，用於掃描照相底片或其它未安裝的膠片原件。
圖9A示出按照本發明的一個示範實施例的設置在掃描儀上的包括校準區的透明介質適配器。
圖9B示出圖9A的透明介質適配器的近視圖。
具體實施例方式
圖5示出按照本發明一個實施例的設置在掃描儀臺板上的掃描儀透明介質適配器。光源501提供幻燈片101的背光照明。光源501可以是典型的類型，其表面發射基本上均勻的散射光。幻燈片101由光纖面板701支承並與其實際接觸。光纖面板701的長度和寬度應在幻燈片101的可視區域之內，但基本上包圍所述可視區。由於幻燈片101非常靠近光纖面板701的上表面(或入射表面)504以及構成光纖面板701的光纖的有限接受角，所以幻燈片101的圖像就被投影到光纖面板701的上表面。光纖面板701對圖像進行空間取樣並將其傳輸到光纖面板的下表面或出射表面，空間取樣的圖像由此出射。
光纖面板，有時也稱為光纖板，是一束有序的光纖，利用全內發射原理工作。圖6示出光纖中的全內反射。光纖601是一個圓柱體，圖示為其截面。纖芯部分602由基本透明的材料製成，例如玻璃或光學塑料，其折射指數為n1。包層603用折射指數為n2的第二種材料製成，n2小於n1。以高入射角θ1進入光纖表面604的光線R1將折射入光纖，又被包層折射出來，如果周圍材料也具有足夠高的折射指數的話，就又回到周圍材料中。但是，以較低的入射角θ2進入光纖表面604的光線R2將以同樣方式折射入光纖，但卻以足夠高的入射角射到包層上，使之不能折射入包層603。於是，它從纖芯層602和包層603之間的界面反射出來。一旦光線R2以這種方式進入到光線內，它就靠連續的內反射繼續沿光纖傳播，直到在表面605從光纖中出射。
能從包層產生全內反射的表面604的最大入射角稱為光纖的接受角，它取決於折射指數n1和n2。以小於接受角進入表面604的光會從表面605出射，以基本上與進入表面604的相同角度發散。但是，這種光應是沒有附加發散地在光纖601的長度上傳播。進入光纖601的光線之間的空間關係不一定能保持到從光線出射時。例如，互相完全平行的兩條光線進入表面604，但從表面605出射時互相不平行。但所有光線，在進入光纖和從光纖射出時，必需在光線的接受角之內。
可以將許多光光纖集合成一個有序陣列，形成如圖7所示的光纖面板701。光纖面板701中光纖之間的間隙可以用光吸收材料填充。吸收材料捕捉可能從特定光纖的包層逸出的高入射角光線，從而降低了因光纖之間漏光而引起交擾的可能性。
由於每個光纖在入射面接受光並將其傳輸到出射面，光纖面板701就具有了這樣的特性，即投影到一個面上的圖像會以對應於光纖間隔的解析度被空間取樣而從另一個面出射。例如，從光纖中心到光纖中心，各光纖間隔7微米，從出射面出射的圖像就會以大約7微米的解析度被取樣，或每英寸大約3628個樣值。由於這種取樣密度大大超過許多平板掃描儀分辨細節的能力，所以光纖面板701工作中這種固有的取樣對通過光纖面板701後任何掃描圖像質量的影響微乎其微。光纖面板有市售，其光纖直徑從大約3微米到大約25微米或更大。為使視圖簡化，圖7中僅示出少量光纖，實際的光纖面板可有數百萬條光纖。
光纖面板701的下表面、即出射面，位於掃描儀臺板103上，以便使從光纖面板701出射的圖像位於或接近掃描儀成像模塊的焦面上。這樣掃描儀就可正常地掃描圖像。光纖面板701的入射面504就是光線進入的表面，出射面505就是光線出射的表面。這兩個表面的光學特性不需有什麼區別。光纖面板701通常是對稱的，可以用任一面作為入射面來工作。
只要光纖面板701的高度503足以將幻燈片101的託架抬離掃描儀臺板103，系統的性能對幻燈片託架的厚度就不敏感，這樣就解決了幻燈片託架厚度變化的問題。此外，系統向掃描儀光學系統呈現的是幻燈片的清晰(焦點對準的)圖像，可使有限景深的掃描儀能進行令人滿意的掃描。系統的性能基本上對光纖面板701的厚度503不敏感。
由於幻燈片常會有殘留的曲度，所以系統用戶可能希望儘量減小對設置在示範的透明介質適配器中的幻燈片的潛在損壞，而在把幻燈片設置在光纖面板701上時使幻燈片的凹側面對光纖面板701。這種情況示於圖5。幻燈片101的膠片部分是彎曲的，其凹側面向下。在這種位置時，與光纖面板701的大部分接觸是在幻燈片101可視區的邊緣和角落上，因而減少了對幻燈片101的任何潛在損壞。如果幻燈片101的曲度過大，最好提供一種裝置用來將幻燈片限制在光纖面板701的近處，以利於光纖面板701捕捉高解析度圖像。
按照本發明的一個示範的實施例，透明介質適配器可包括對準部件502，用於將光纖面板701固定在掃描儀臺板103的適當位置上，並將光源501適當固定在幻燈片101的上方。
圖8示出按照本發明的一個示範實施例的透明介質適配器，用於掃描照相底片或其它未安裝的膠片原件。通過35mm膠片攝影得到的照相底片常常就是一些有四到六張相片的膠片條。其它照相格式可以產生各種尺寸的膠片原件。將未安裝的膠片原件設置在光纖面板803的上面，所述示範的透明介質適配器就可使掃描儀能掃描未安裝的膠片原件。未安裝的膠片原件，像幻燈片，常有曲度。用戶可能希望把未安裝的膠片原件801設置在透明介質適配器上，使其凹側面對光纖面板803，以減少損壞原件801的機會。如果未安裝的膠片原件801的曲度過大，最好提供一種裝置用來將未安裝的膠片原件801限制在光纖面板803的近處，以利於光纖面板803捕獲高解析度圖像。
此外，可以設置與光纖面板803的上表面基本共面的基準表面802、用於以其邊緣來支承未安裝的膠片原件801。這進一步降低了損壞未安裝的膠片原件801的危險，而且可使光纖面板803僅僅具有掃描原件801的圖像區所需的大小，從而將光纖面板803的成本減至最小。可以使光纖面板803的長度和寬度適合於要用透明介質適配器掃描的未安裝膠片原件的尺寸。
圖9A和9B示出按照本發明的一個示範實施例的包括校準區的掃描儀透明介質適配器。每個光敏元件202通常包括多個像素。在本文中一個像素就是一個單獨可尋址的光敏區，所述光敏區的大小定義了掃描儀的解析度。例如，掃描儀以每英寸1200像素的解析度取樣設置在它上面的原件。像素的視在敏感度相互間各不相同。就是說，當被均勻照射時，在光敏元件202上的不同像素可指示稍有不同的亮度級。這種效應有時稱為光響應不均勻性(PRNU)。其它光學或照明效應也可引起像素敏感度的視在改變。這種改變導致不正確的掃描，不過常可用校準來加以校正。
為了能進行校準，按照本發明的掃描儀透明介質適配器可包括校準區，如圖9A和9B所示。圖9A示出按照本發明的一個示範實施例的設置在掃描儀900上的包括校準區的透明介質適配器。圖9B示出圖9A的透明介質適配器的近視圖。支架結構901設置在掃描儀臺板103上，並將光纖面板701設置在臺板上。幻燈片101設置在光纖面板701上。支架結構901還可將光源固定在幻燈片101上方，但為清晰起見圖中未示出光源。支架結構901可包括校準區902。校準區902是一個開口，使掃描儀成像模塊能直接觀察光源。光源足夠大，可覆蓋校準區以及幻燈片101。將掃描儀成像模塊設置在校準區902的下方，就可直接掃描光源。這樣被掃描的均勻亮度的「原件」就是臺板103和光源之間的空氣。像素亮度的差別可能歸因於PRNU、光源本身的不均勻或其它光學效應，在幻燈片101被掃描時可以進行適當地糾正。
校準區902也可包括一個光纖面板，便於對光纖面板701所引入的不均勻度進行校準。很易設想一些其它結構，它們能在按本發明的透明介質適配器用來掃描照相底片或其它未安裝膠片原件時進行校準。
對本發明所作的上述說明是為了圖示和說明的目的。不應理解為所述說明是詳盡無遺的，或將本發明限制在所公開的確切形式，根據上述說明可作其它修改和變動。例如，可以設想一種透明介質適配器和掃描儀，其中的元件有某種另外的取向，而不是所述的垂直堆疊結構。掃描儀臺板可以是垂直的，而光源，透射原件以及光纖面板則水平放置。也可設想其它的實施例。選擇和說明實施例是為了更好地解釋本發明的原理及其實際應用，以使本專業的技術人員能在適合於特定用途的各種實施例和各種改動中最好地利用本發明。所附權利要求書應理解為包括本發明的其它不同的實施例，由先有技術限定的範圍除外。
權利要求
1.一種掃描儀透明介質適配器，它包括光纖面板(701)，所述光纖面板(701)接收通過透射原件(101)的光線，並且其中所述光纖面板(701)將所述透射原件(101)的圖像從入射面(504)發送到出射面(505)。
2.如權利要求1所述的掃描儀透明介質適配器，其特徵在於由所述光纖面板(701)對所述發送的圖像進行空間取樣。
3.如權利要求1所述的掃描儀透明介質適配器，其特徵在於還包括光源(501)。
4.如權利要求3所述的掃描儀透明介質適配器，其特徵在於所述光源(501)發射基本上均勻的散射光。
5.如權利要求1所述的掃描儀透明介質適配器，其特徵在於還包括校準區(902)。
6.一種系統，它包括a)掃描儀(900)，所述掃描儀(900)包括i.光學系統(105)；ii.臺板(103)；以及iii.所述光學系統(105)的焦面基本上在所述臺板(103)的表面上；以及b)透明介質適配器，所述透明介質適配器包括i.光纖面板(701)；ii.所述光纖面板(701)的出射面(505)，所述出射面(505)基本上位於所述掃描儀(900)的所述光學系統(105)的焦面上；iii.所述光纖面板(701)的入射面(504)，所述入射面(504)基本上與所述出射面(505)相對；以及其中，所述入射面(504)接收通過透射原件(101)的光線，且所述光纖面板(701)從所述入射面(504)將所述透射原件(101)的圖像發送到所述出射面(505)。
7.如權利要求6所述的系統，其特徵在於包括接觸圖像傳感器模塊。
8.如權利要求6所述的系統，其特徵在於還包括光源。
9.一種掃描透射原件的方法，所述方法包括以下步驟a)這樣設置透射原件(101)、使得所述透射原件(101)與光纖面板(701)的入射面(504)實際接觸；b)這樣設置所述光纖面板(701)的出射面(505)、使得所述出射面(505)基本上在掃描儀(900)的焦面上；c)使光線通過所述透射原件(101)射到所述光纖面板(701)的所述入射面(504)；以及d)掃描所述透射原件(101)的圖像，所述圖像由所述光纖面板(701)的所述出射面(505)射出。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於設置所述光纖面板(701)的所述出射面(505)、使其基本上在所述掃描儀(900)的所述焦面上的步驟包括將所述光纖面板(701)的所述出射面(505)設置在所述掃描儀(900)的臺板(103)上。
全文摘要
用於掃描平板掃描儀(900)上透射介質的透明介質適配器包括光纖面板(701)。光纖面板(701)將圖像由介質轉移到掃描儀的焦面上。
文檔編號H04N1/10GK1532575SQ20031012445
公開日2004年9月29日 申請日期2003年12月24日 優先權日2003年3月25日
發明者D·W·博伊德, D W 博伊德 申請人:惠普開發有限公司