ПЛАНШЕТНЫЙ СКАНЕР

Полезная модель относится к области оптико-механического и оптико-электронного приборостроения, а именно, к устройствам ввода графической и текстовой информации, и может быть использована для высокоточного ввода в ПЭВМ большеформатных цветных изображений (карт, планов, чертежей и пр.), в том числе выполненных на твердой основе.
Актуальность разработки таких устройств обусловлена отсутствием в настоящее время на рынке большеформатных высокоточных с высоким оптическим разрешением планшетных сканеров.
Известны планшетные сканеры, конструкция которых аналогична предложенному устройству.
Так, известен планшетный сканер компании Kodak (см. проспект торговой фирмы «НИССА Центрум Москва», Россия, 2005 г., http://www.centre.nissa.ru), содержащий предметный стол, каретку с приводом, установленную на каретке оптическую головку, включающую источник света, фокусирующую систему и фотоэлектрический преобразователь, выполненный в виде трех ПЗС линеек. Сканер выполнен в настольном исполнении и предназначен для качественного сканирования цветных оригиналов с максимальным форматом 305×457 мм.
Известен также сканер с большей зоной сканирования - 840×600 мм, предназначенный для сканирования карт на носителях любой толщины. Это картографический планшетный сканер «План-Скан», разработанный НПП «Геосистема», г. Винница, Украина, 2004 г. (см. проспект http://www.vinnitsa.com/geo/Rus/planscan), который выбран авторами за прототип. Планшетный сканер содержит предметный стол, каретку с приводом, подключенным к выходу блока управления приводом, установленную на каретке анализирующую головку, включающую источник света, фокусирующую систему и последовательно соединенные
фотоэлектрический преобразователь, блок формирования видеосигнала и блок управления анализирующей головки, двунаправленные входы-выходы блоков управления приводом и анализирующей головки подключены к двунаправленному входу-выходу контроллера. Фотоэлектрический преобразователь выполнен в виде одной цветной ПЗС линейки, источник света выполнен на люминесцентных лампах, что обеспечивает отличное качество получаемых изображений. К недостаткам следует отнести ограничение максимальной зоны сканирования (840×600 мм) и отсутствие возможности исправления деформаций носителей изображений, что особенно актуально для документов, выполненных на твердой основе.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в создании большеформатного сканера, обеспечивающего высокую точность и высокое оптическое разрешение при вводе в ПЭВМ цветных изображений.
Указанный технический результат достигается тем, что в планшетном сканере, содержащем предметный стол, каретку с приводом, подключенным к выходу блока управления приводом, установленную на каретке анализирующую головку, включающую источник света, фокусирующую систему и последовательно соединенные фотоэлектрический преобразователь, блок формирования видеосигнала и блок управления анализирующей головки, выход которого подключен через второй вход блока формирования видеосигнала к управляющему входу фотоэлектрического преобразователя, двунаправленные входы-выходы блоков управления приводом и анализирующей головки подключены через шину данных к двунаправленному входу-выходу контроллера, согласно полезной модели, фотоэлектрический преобразователь выполнен в виде нескольких, предпочтительно шести ПЗС линеек, фокусирующая система выполнена в виде нескольких объективов по числу ПЗС линеек, каждая из ПЗС линеек и соответствующий объектив снабжены механизмом юстировки, а
предметный стол выполнен в виде триплекса, состоящего из двух стекол, скрепленных полимерной пленкой, для обеспечения возможности сканирования документов, выполненных на твердой основе.
Использование шести объективов, формирующих изображение в плоскости шести ПЗС линеек, позволяет максимально снизить геометрические искажения, вызванные оптическим редуцированием изображения, так как угол, под которым объектив видит «свою» часть изображения не превышает 20 градусов, что исключает необходимость коррекции геометрических искажений.
Наличие механизма юстировки для каждой ПЗС линейки и соответствующего объектива обеспечивает поворот ПЗС линейки и перемещение объектива по двум координатам, что позволяет совместить начало изображения одной ПЗС линейки с концом соседней.
Также, согласно полезной модели, блок управления анализирующей головки включает схему коммутации видеосигнала, обеспечивающую коммутацию сигнала с шести ПЗС линеек на три цветовых канала - красный, зеленый и синий.
Наиболее эффективно это устройство при сканировании планшетов карт, планов, выполненных на твердой основе (алюминий, фанера и т.п.). Длительное хранение таких документов приводит к деформациям различного характера. Возникает необходимость в фиксировании таких планшетов путем прижима их к предметному столу с большим усилием (до 50 кг). Обычное стекло для сканирования большеформатных документов (750×1050 мм) таких усилий не выдерживает. Выполнение предметного стола в предложенном техническом решении в виде триплекса, состоящего из двух стекол высокого качества (ГОСТ 111-90 Стекло зеркальное улучшенное марки M1, толщиной 6 мм с разбросом по толщине не более 20 мкм), скрепленных полимерной пленкой тепловым воздействием с последующей прокаткой между валками с калиброванным расстоянием, обеспечивает возможность сканирования документов,
выполненных на твердой основе, а также возможность принудительного выпрямления деформированного документа в плоскости предметного стола путем установки по площади всего документа грузов общим весом до 50 кг. Под нагрузкой триплекс преобразует деформацию изгиба в сдвиг между стеклами его составляющими.
Также, согласно полезной модели, каретка установлена на двух направляющих предпочтительно цилиндрической формы, которые являются наиболее технологичными и экономичными в изготовлении. Они обеспечивают требуемую точность конструкции, нечувствительны к перепаду температур, обладают хорошей износостойкостью и ремонтопригодностью.
Далее полезная модель поясняется с помощью чертежей, где на фиг.1 представлена функциональная схема планшетного сканера; на фиг.2 представлена структурная схема блока управления анализирующей головки 15.
Планшетный сканер содержит предметный стол - триплекс 1 для размещения сканируемого документа 2, каретку 3 с приводом, выполненным в виде ходового винта 4, вращаемого шаговым двигателем 5, который подключен к выходу блока управления приводом 6. Каретка 3 установлена на направляющих 7, имеющих цилиндрическую форму и установленных на двух стойках 8, 9. На каретке 3 установлена плита 10, на которой размещена анализирующая головка, состоящая из источника света 11, шести объективов 12, и последовательно соединенных шести ПЗС линеек 13, блока формирования видеосигнала 14 и блока управления анализирующей головки 15. Источник света 11 выполнен в виде двух люминесцентных ламп, укрепленных с помощью двух стоек (на фигурах не показано) на плите 10. Каждая ПЗС линейка 13 и соответствующий объектив 12 установлены на механизме юстировки 16, соединенным с плитой 10. Механизм юстировки 16 обеспечивает поворот ПЗС линейки 13 и перемещение объектива 12 по двум координатам. Двунаправленные
входы-выходы блока управления приводом 6 и блока управления анализирующей головки 15 соединены с двунаправленным входом-выходом контроллера 17, который обеспечивает связь между сканером и ПЭВМ (на фигурах не показана) типа IBM PC через стандартную шину ISA.
Каретка 3 с плитой 10, на которой размещена анализирующая головка устанавливается на жесткую раму (на фигурах не показана), на которой также устанавливается жесткий каркас (на фигурах не показан), к которому крепятся кожуха и подъемная крышка (на фигурах не показаны). Над кареткой 3 на каркасе (на фигурах не показан) закреплен предметный стол 1. При сканировании деформированного документа 2 на всей его площади при необходимости располагают грузы 18, для осуществления принудительного выпрямления документа.
Блок управления анализирующей головки 15 (см. фиг.2) включает формирователь синхроимпульсов 19, выход которого подключен к выходу блока управления анализирующей головки 15 и управляющим входам схемы коммутации видеосигнала 20, обеспечивающую коммутацию сигнала с шести ПЗС линеек на три цветовых канала - красный, зеленый и синий, АЦП 21 для преобразования аналогового видеосигнала в цифровую форму и кодеру 22 для передачи информации в кодированном виде через контроллер 17 в ПЭВМ. Вход блока управления анализирующей головки 15 подключен к входу схемы коммутации видеосигнала 20, выход которой соединен с входом АЦП 21. Двунаправленные входы-выходы АЦП 21 и кодера 22 подключены через шину данных 23 к контроллеру 17. Схема коммутации видеосигнала 20 выполнена на основе микросхем КР590КН6.
Работа устройства осуществляется под управлением ПЭВМ (на фигурах не показана) через контроллер 17, блок управления приводом 6 и блок управления анализирующей головки 15 с использованием специализированного программного обеспечения.
При изготовлении сканера осуществляют юстировочные работы механизмами юстировки 16 под управлением ПЭВМ (на фигурах не показана) с привлечением тестового программного обеспечения. В процессе юстировки производят установку необходимого увеличения оптической системы и фокусировку изображения объективами 12, выставление ПЗС линеек 13 по углу для обеспечения перпендикулярности развертки, стыковку соседних ПЗС линеек 13, создание файла коррекции геометрических искажений по ходовому винту 4.
Планшетный сканер работает следующим образом.
Источник света 11 через предметный стол - триплекс 1 освещает документ 2, подлежащий вводу. Световой поток, отраженный от документа 2, проходит через объективы 12, которые формируют изображение в плоскости шести ПЗС линеек 13. Угол, под которым каждый из объективов 12 видит «свою» часть изображения, не превышает 20 градусов, что исключает необходимость коррекции геометрических искажений.
Движение каретки 3 осуществляется по сигналу с блока управления приводом 6 через ходовой винт 4 с помощью шагового двигателя 5.
Работа ПЗС линеек 13 осуществляется под управлением контроллера 17 и блока управления анализирующей головки 15, в котором формируются размеры площади сканирования, время накопления (чувствительность) ПЗС линеек 13, формирователем синхроимпульсов 19 вырабатывается набор необходимых тактовых сигналов, поступающих через блок формирования видеосигнала 14 на ПЗС линейки 13, которые осуществляют электрооптическое преобразование светлоты элементов изображения в электрические сигналы. Сигналы с ПЗС линеек 13 поступают на блок формирования видеосигнала 14, где осуществляется формирование, усиление и смещение видеосигнала по постоянному току. Полученные видеосигналы поступают в блок управления анализирующей
головки 15, где с помощью схемы коммутации видеосигнала 20 производится коммутация сигнала с шести ПЗС линеек 13 на три цветовых канала - красный, зеленый и синий, а также преобразование аналогового видеосигнала в цифровую форму в АЦП 21 и кодирование информации в кодере 22 для передачи ее через шину данных 23 и контроллер 17 в ПЭВМ.
При вводе деформированных документов 2 осуществляют принудительное их выпрямление в плоскости предметного стола 1 с помощью грузов 18 общим весом до 50 кг.
Использование планшетного сканера с шестью ПЗС линейками и соответствующей фокусирующей системой, а также предметного стола в виде триплекса позволяет осуществить высокоточный ввод в ПЭВМ большеформатных (1010×656 мм) цветных изображений с оптическим разрешением 30 мкм и обеспечить возможность исправления деформаций носителей изображений, выполненных на твердой основе.