扫描仪结构原理及故障剖析

5. Scanner 的工作原理:
Scanner掃描圖像的方式有三種:以光电耦合器(CCD)为光电 转换元件的扫描. 以接触式图像传感器CIS(或LIDE) 为光电转换 元件的的扫描和以光电倍增管 (PMT)为光电转换元件的扫描.
a. 以CCD為光電轉換元件的Scanner工作原理
CCFT 電源 A/D 轉 換 器
為當物件的光經過一個透鏡元件時, 最後到成像面 (Image)時的大小比率, 其公式為Image size/Object size MTF (Modulation Transfer Function) MTF=(Imax-Imin)/(Imax+Imin) Imax和Imin分別為影像強度的極大值與極小值 .
来表示扫描得到的一个像素 .如﹕因为计算机中的数
字使用二进制﹐1bit只能表示两个值0和1 ﹐表示黑 白像素. 8 bit表示2^8=256 ,那么24bit 表示2^24 R.G.B每個通道8 bit. 依此類推.
c. 反射鏡(Mirror):是将原稿的信息反射到镜头上,由镜头 将扫描信息传送到CCD感光器件,最后由CCD将 照射到的光信号转换为电信号。
一般分正面鏡和反面鏡﹐正面鏡使用鍍膜層的正
面﹐必須對反射膜外層加上一層保護膜,一般正面 鏡的鍍膜需用到5～6層,成本較高,用於光學系統 . 反面鏡使用鍍膜層的反面﹐不須對反射膜外層加 上保護膜, 成本較低, 由於會經過一個玻璃介質,因
iv. 数字信息被送入计算机的相关处理程序, 在此数据以图 像应用程序能使用的格式存在. 最后通过软件处理再现 到计算机屏幕上 .
光 電 轉 換 圖
其中牽聯到的光學成像原理. 色分離技朮就不作介紹了.
6. Scanner 的性能參數:
X(光學分辨率): 指扫描器的光学系统可以采集的实际信息
量, 即CCD的分辨率 .如A4 216cm(8.5inch), 那么 600 dpi*8.5=5100為CCD 光敏單元. y(機械分辨率)﹕為模組移動時垂直方向的分辨率. 取決于 馬達的Step和齒距. 色彩分辨率﹕又叫色階,是表示扫描器分辨彩色或灰度细 腻程度的指标, 它的单位是bit（位). 即用多少个位
4. Scanner的組成結構
由機械部分. 光學成像部分.電路部分.Packing部分 組成. 图1、图2所示为典型的平板式扫描仪的内部与外部结构。
圖1
圖2
i. 機械部分﹕又分外部結構部分和機械傳動部分. <i>.外部結構部分由以下組成: a. 底蓋:主要用于合理定位/安裝零部件及相關連接, 并給模組提 供一個可以移動(工作)的空間. 其中有二個關鍵點需要說 明﹕Lock switch 及Sensor 擋板/腳墊.(刮傷/異色點/油 污/色差).
ii. 光學成像部分:俗称扫描头(如图3所示),即图像信息读取部分 它是扫描仪的核心部件,其精度直接影响扫描图像 的还原逼真程度。它包括以下主要部件：灯管.反 光镜.镜头以及电荷耦合器件(CCD)。 a. 燈管: 是扫描头的光源一般采用冷阴极辉光放电灯管， (Cold Cathode Fluorescent Lamp /Tube) 灯管两端没有灯丝,只有一根电极,具有发光均匀稳 定(穩定時間為3~5 分,30 sec后可達90%).结构强 度高.寿命长(15000Hrs).耗电量小.体积小.耐點滅 性(10萬次以上),波長257.3nm等优点. b. 機芯上下蓋: 是用于安裝和固定光學成像部件的, 要求 卡鉤無斷裂. 無異物/油污/縮水/毛邊/刮傷
a. A/D轉換器: A/D变换器是将模拟量（Analog）转变为数字量 （Digital）的半导体元件 . b. BIOS芯片﹕ 主要功能是在扫描仪启动时进行自检. c. I/O控制芯片: 提供了连接界面和连接通道
d.高速缓存 : 是用来暂存图像数据的
<ii>. 高壓板: 其實是一種自舉升壓電路﹐將12V直流變為
Samsung. Sindorich (CCD Module)
Scanner系列Visioneer 9320/9220/9420/Umax
7350/6850/5600(Scan module&TAM) Visioneer 7100/9000/Thunis e46/Slim 1200(scan Module).
e. CCD (Charge Coupled Device)：
是将照射到其上的光图像转换成电信号. 有點陣 CCD(攝像機)和線性CCD. 扫描器中使用的是线性CCD, 它只有x一个方向, y方向扫描由扫描器的机械装置来完成 .
將CCD芯片放大(每10μm的间隔上并行排列着数千
个CCD光敏单元) ,它们根據光線的強弱转换成不同的 电荷進行傳輸. CCD的性能决定了扫描器的x方向的光 学分辨率. 想增加分辨率必須增加光敏單元.
Eddie1(Scan Module&ADF) Eddie2 (Scan module&ADF&FAX) Libra(Scan Module)
etc.
Scanner系列Ponape-F/S, AC401/301, etc.
b. J company 主流產品: MFP系列 Phoenix. (Scan Module &TAM) c. Other company產品﹕ MFP系列Sagem c5 (Scan Module &ADF),C4(Scan Module)
此在傾斜角度時會有鬼影(多重影像), 反射次數越
多則鬼影越多,故不使用於光學系統.
d. 鏡頭(Lens): 是一個使得光線可以改變其前進方向
的成像系統 .扫描精度即是指扫描仪的光学 分辨率,主要是由镜头和CCD的质量决定. 主要參數: 放大/縮小率 (Magnification/Reduction)
d. FAU半品﹕用于掃描正片和負片﹐它包括FAU﹐燈管和 高壓板組成. 主要是把燈管產生的光形成均勻的面光 源. e. PVC: 平貼在掀蓋上, 作用是將掃描的原稿壓緊﹐以防止扫
描灯光线泄露同時避免產生牛頓環.
f. 白基片: 裝在稿台玻璃與蓋子之間﹐用于提供給Scanner calibration signal, 因此若它有異色點/划痕/灰塵 將直接影響掃描品質﹐如條紋﹐細線等.
高壓板
CCD板
ASIC
馬達電路
馬達
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內 部 結 構 流 程 圖
DRAM
按鍵板
USB接口
PC
i. 开始扫描时,机内光源发出均匀光线照亮玻璃面板上的 原稿, 产生表示图像特征的反射光(反射稿)或透射光(透 射稿). 其中空白的地方比有色彩的地方能反射更多的光。
工 作 原 理 示 意 圖
ii. 步进电机驱动扫描头在原稿下面移动，读取原稿信息。 扫描仪的光源为长条形，照射到原稿上的光线经反射后 穿过一个很窄的缝隙，形成沿x方向的光带，经过一组 反光镜，由光学透镜聚焦并进入分光镜。经过棱镜和红 绿蓝三色滤色镜得到的RGB三条彩色光带分别照到各 自的CCD上，CCD将RGB光带转变为模拟电子信号， 此信号又被A／D转换器转变为数字电子信号。 iii. 反映原稿图像的光信号转变为计算机能够接受的二进制 数字电子信号, 最后通过USB等接口送至计算机. 扫描 仪每扫描一行就得到原稿x方向一行的图像信息, 随着沿 y方向的移动, 直至原稿全部被扫描. 经由扫描仪得到的 图像数据被暂存在缓冲器中, 然后按照先后顺序把图像 数据传输到计算机并存储起来. 当扫描头完成对原稿的 相对运动，将图稿全部扫描一遍, 一幅完整的图像就输 入到计算机中去了.
1.掃描儀的名稱及作用
掃描儀的英文名是Scanner. 是圖像信號輸入設備. 作用(工作原理)﹕它對原稿進行光學掃描﹐經光電 元件將光信號 模擬電信號 再經A/D轉換 器 數字電信號 Computer.
所以﹐Scanner的核心是光電轉換. 備注﹕原稿可以是文件﹐圖片﹐照片﹐膠片等.
2. Scanner 的種類介紹
3. Primax 生產的Scanner介紹:
多為平台式掃描儀﹐根據客戶可分為三大類﹕
a. C company 主流產品: MFP 系列 Cygnus c1 (Scan Module&ADF&printer).
Cygnus c2 (Scan Module&ADF&FAX&printer). Cygnus Cp (Scan Module&ADF&FAX&TAM&printer).
f. 白條:一般貼成30° /45 ° ,便于將光線集中折射到Mirror上. 要求不可有彎曲/刮傷/異色點/氣泡/油污/指紋/毛絲 等.
g. 反光片﹕顧名思義是將Lamp的光線反射到白條﹐再折射 到Mirror上, 防止光線被機芯上蓋吸收. h. FFC: 進行信號傳輸﹐要求﹕無刮傷/膠絲/毛邊/無浮高 /無折痕/印刷字體要清晰/無油污/無指痕等.
b. 掀蓋:主要是将要扫描的原稿压紧，以防止扫描灯光线泄露同 時避免產生牛頓環. 一般上面會貼有Nameplate(異色點/ 同色點/云霧狀/膠口翹起/刮傷/氣泡). 下面貼PVC(要求浪 高<0.7mm, 刮傷/氣泡).
c. 玻蓋:主要是用来放置扫描原稿的地方,其四周设有标尺线以 方便原稿放置,并确定原稿扫描尺寸.中间为透明玻璃,称 为稿台玻璃. 稿台玻璃與蓋子組裝要求平.緊. 穩﹐防止 灰塵進入及與CCD module相碰. (刮傷/氣泡/異色點)
目錄
1. 掃描儀的名稱及作用
2. 掃描儀的種類簡介 3. Primax 生產的Scanner 介紹
4. Scanner 的組成結構/部件作用/故障剖析
5. Scanner的工作原理 6. Scanner 的性能參數 7. Scanner 的生產流程 8. Scanner的接口介紹
9. Scanner的發展前景
iii. 電路部分又分主板. 高壓板. 按鍵板. FAU 高壓板. <i>. 主板----光電轉換部分
是Scanner的心臟. 主要完成CCD信号的输入处理, 及对 步进电机的控制,将读取的图像以任意的解析度进行处理 /变换所需的解析度由A/D轉換器. BIOS芯片.I／O控制芯 片和高速缓存(Cache) 組成.
430~500V左右的交流﹐提供給CCFL.要求電壓 /電流/焊點/銅箔. <iii>. 按鍵板﹕將按鍵脈沖傳輸到主板上﹐要求有段落感.
<iv>. FAU高壓板﹕提供高壓給FAU lamp 工作, 原理與高 壓板一樣.
iv. Packing部分: 由以下部分組成﹕ a. 附件包:說明書/光碟/USB. b. Polyfoam: c. Gift-box: d. Adapter:
c. 滑动导軌(U/L)：扫描装置经驱动皮带的驱动, 通过在滑 动导軌上的滑动实现线性扫描的过程. 要求:光滑度. 平行度好無變形。 d. 鐵軸(導杆): 定位掃描頭的運行軌跡 .
e. 齿轮组: 是保证机械设备正常工作的中间衔接设备.包括 大小齒輪和鐵片﹐齒輪要求﹕無毛邊/毛刺, 倒角, 撞 傷, 內軸口徑大小合適且光滑. f.滑塊﹕ 安裝在模組下面﹐是維持模組左右平行且與滑 軌相接觸﹐使模組運行更加順暢. g. 滑輪(pulley): 用于安裝皮帶﹐形成一個運轉回路.
<ii>. 機械傳動部分由以下部分組成:
a. 步进电机:是机械传动部分的核心, 是驱动扫描装置的动力源.
它是用脉冲信号精确控制移动的一种电机，扫描仪的噪 音和速度在一定程度上就是由它决定的, 要求步幅均勻. 運動平穩. 噪音小. 扭力符合標准. b. 驱动皮带：扫描过程中, 步进电机通过直接驱动皮带实现驱 动扫描头,对图像进行扫描. 要求﹕目視無裂痕. 無凸點. 小彈簧位置安裝.
a. 平台式掃描儀:又称平板式扫描器、台式扫描器 為市場的主流產品,光学分辨率在300DPI到 8000DPI之间 ,色彩位数从24 位到48位. b.手持式扫描器：特点是重量轻.体积小.携帶方便 采用CIS技术，光学分辨率多为200DPI
c.小滚筒式扫描器：将扫描器的镜头固定,而移动 要扫描的物件通过镜头来扫描,物件必须穿过机 器再送出，因此，被扫描的物体不可以太厚. d.滚筒式扫描器：用于专业领域 ,处器对象往往是 大幅面图纸,技术指标等多个方面为扫描器家族 之冠，价格也很高昂.