掃描儀的組成結構-IT外包

2020-05-08 17:49 作者：艾銻無限 瀏覽量：

　雖然從外型上看，掃描儀的整體感覺十分簡潔、緊湊，但其內部結構卻相當復雜：不僅有復雜的電子線路控制，而且還包含精密的光學成像器件，以及設計精巧的機械傳動裝置。它們的巧妙結合構成了掃描儀獨特的工作方式。圖1、圖2所示為典型的平板式掃描儀的內部與外部結構。 圖1 圖2


　　從圖中可以看出，掃描儀主要由上蓋、原稿臺、光學成像部分、光電轉換部分、機械傳動部分組成。

　　 1．上蓋

　　 上蓋主要是將要掃描的原稿壓緊，以防止掃描燈光線泄露。目前隨著三維實物掃描功能的逐漸普及，為了能夠更加方便、更高質量地掃描三維實物，許多掃描儀在上蓋的設計上都“絞盡腦汁”，例如Canon的“Z”型蓋板式設計就相當獨特。

　　 2．原稿臺

　　 原稿臺主要是用來放置掃描原稿的地方，其四周設有標尺線以方便原稿放置，并能及時確定原稿掃描尺寸。中間為透明玻璃，稱為稿臺玻璃。在掃描時需注意確保稿臺玻璃清潔，否則會直接影響掃描圖像的質量。另外，要特別注意在放置掃描原稿時不要損壞稿臺玻璃，要“輕拿輕放”。稿臺玻璃的損壞會影響掃描儀內部的其他器件(如成像部件)，尤其是稿臺玻璃的破損會使灰塵及雜質直接侵入掃描儀內部，使掃描品質下降，嚴重時會造成掃描儀的損壞。因此，如果有此類情況發生，應及時與維修服務中心聯系，切不可自行處理。
　 3．光學成像部分

　　 光學成像部分俗稱掃描頭(如圖3所示)，即圖像信息讀取部分，它是掃描儀的核心部件，其精度直接影響掃描圖像的還原逼真程度。它包括以下主要部件：燈管、反光鏡、鏡頭以及電荷耦合器件(CCD)。
　　 圖3

　　掃描頭的光源一般采用冷陰極輝光放電燈管，燈管兩端沒有燈絲，只有一根電極，具有發光均勻穩定、結構強度高、使用壽命長、耗電量小、體積小等優點。

　　掃描頭還包括幾個反光鏡，其作用是將原稿的信息反射到鏡頭上，由鏡頭將掃描信息傳送到CCD感光器件，最后由CCD將照射到的光信號轉換為電信號。

　　鏡頭是把掃描信息傳送到CCD處理的最后一關，它的好壞決定著掃描儀的精度。掃描精度即是指掃描儀的光學分辨率，主要是由鏡頭的質量和CCD的數量決定。由于受制造工藝的限制，目前普通掃描頭的最高分辨率為20000像素，應用在A4幅面的掃描儀上，可實現2400dpi的掃描精度，這樣的精度能夠滿足多數領域的需求。

　　光學部分是掃描儀的“眼睛”，用來獲取原稿反射的光信息。為保證圖像反射的光線足夠強，由一根冷陰極燈管提供所需的光源。掃描儀對燈管也有比較嚴格的要求，首先是色純要好，如果色純不夠，不是完全的白色，再加上色彩調校系統沒能起到應有的效果，那么掃描出來的稿件就可能偏向某種色彩。反過來說，一款掃描儀的所有掃描結果都有比較一致的偏色現象，可能和燈管的色純有關系。當然造成偏色的因素很多，這只是在硬件方面的原因之一。除了色純要好，還需要強度均勻。如果強度不均勻，就會大大影響掃描的精度。第三個問題是能耗與色溫，不管用什么原理，燈管肯定是掃描儀里面的主要能耗之一。要在節能上下功夫，就要涉及到燈管方面的節能。當然最有效的節能方法之一就是在不使用掃描儀的時候讓燈管不工作。

　　燈管剛開始工作的時候其溫度比較低，運行一段以后溫度會開始升高，那么這前后掃描效果就有差距。很多掃描儀的說明書都說掃描儀在工作10~30分鐘以后才能夠達到比較理想的效果，這主要是指CCD的效果，當然燈管也會有一定影響。那么矛盾就在這里產生了，要節能的話勢必要在暫時不使用掃描儀的時候關閉燈管，但是重新啟用掃描儀的時候，燈管卻不能馬上進入最佳狀態；要讓燈管一直保持良好狀態，勢必要它持續工作，但是這又對節能和燈管壽命不利。所以，從實用的角度來說，燈管的壽命和能耗問題一直是用戶比較關心的問題。掃描儀運行之前需要預熱，就是處理這種問題的一種手段。

　　4．光電轉換部分

　　光電轉換部分是指掃描儀內部的主板，如圖4所示。別看掃描儀的光電轉換部分主板就這么一小塊，但它卻是掃描儀的心臟。它是一塊安置有各種電子元件的印刷電路板。它是掃描儀的控制系統，在掃描儀掃描過程中，它主要完成CCD信號的輸入處理，以及對步進電機的控制，將讀取的圖像以任意的解析度進行處理或變換所需的解析度。 圖4
光電轉換部分主板以一塊集成芯片為主，其作用是控制各部件協調一致地動作，如步進電機的移動等。其中有A／D變換器、BIOS芯片、I／O控制芯片和高速緩存(Cache)。BIOS芯片的主要功能是在掃描儀啟動時進行自檢， I／O控制芯片提供了連接界面和連接通道，高速緩存則是用來暫存圖像數據的。如果把圖像數據直接傳輸到計算機里，那么就會發生數據丟失和影像失真等現象，如果先把圖像數據暫存在高速緩存里，然后再傳輸到計算機，就減少了上述情況發生的可能性。現在普通掃描儀的高速緩存為512KB，高檔掃描儀的高速緩存可達2MB。
　 5．機械傳動裝置

　　 機械傳動部分主要包括步進電機、驅動皮帶、滑動導軌和齒輪組如圖5。 圖5
　　 (1)步進電機：它是機械傳動部分的核心，是驅動掃描裝置的動力源。步進電機其實就是用脈沖信號精確控制移動的一種電機，掃描儀的噪音和速度在一定程度上就是由它決定的。這里速度和精度與前面提到的節能和色溫問題一樣，存在著矛盾。速度越快移動單位距離所需的時間就短，精度就會降低；精度提高，其結果是消耗時間增加，就會造成速度減慢。

　　 在掃描儀掃描圖像的過程中，掃描頭要依靠步進電機來拖動。傳統的步進電機是依靠齒輪傳動來實現運動的。當齒輪傳動時，既使是兩個緊密嚙合的齒輪，在它們的各齒之間都會留有一些空隙，這是不可避免的，在往復運動的時候，就會給精度帶來影響，輕則會使掃描的精度下降，嚴重時會使圖像出現一些條紋。所以，微步進電機技術就在這種情況下應運而生的。它采用縮小電機拖動的運動步幅，可以達到傳統步進電機步幅的三分之一或者四分之一，甚至更低，能精確控制掃描頭的平穩運動，避免了往復運動中齒輪間的空隙所帶來的缺陷，減少了不穩定移動所帶來的鋸齒波紋和色彩失真，使掃描速度加快，噪音減小，圖像質量明顯提高。

　　 (2)驅動皮帶：掃描過程中，步進電機通過直接驅動皮帶實現驅動掃描頭，對圖像進行掃描。

　　 (3)滑動導軌：掃描裝置經驅動皮帶的驅動，通過在滑動導軌上的滑動實現線性掃描的過程。

　　 (4)齒輪組：是保證機械設備正常工作的中間銜接設備。