掃描儀的組成結(jié)構(gòu)

　　雖然從外型上看，掃描儀的整體感覺十分簡(jiǎn)潔、緊湊，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)卻相當(dāng)復(fù)雜：不僅有復(fù)雜的電子線路控制，而且還包含精密的光學(xué)成像器件，以及設(shè)計(jì)精巧的機(jī)械傳動(dòng)裝置。它們的巧妙結(jié)合構(gòu)成了掃描儀獨(dú)特的工作方式。圖1、圖2所示為典型的平板式掃描儀的內(nèi)部與外部結(jié)構(gòu)。

圖1

圖2

　　從圖中可以看出，掃描儀主要由上蓋、原稿臺(tái)、光學(xué)成像部分、光電轉(zhuǎn)換部分、機(jī)械傳動(dòng)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(shí)物掃描功能的逐漸普及，為了能夠更加方便、更高質(zhì)量地掃描三維實(shí)物，許多掃描儀在上蓋的設(shè)計(jì)上都“絞盡腦汁”，例如Canon的“Z”型蓋板式設(shè)計(jì)就相當(dāng)獨(dú)特。

　　 2．原稿臺(tái)

　　 原稿臺(tái)主要是用來放置掃描原稿的地方，其四周設(shè)有標(biāo)尺線以方便原稿放置，并能及時(shí)確定原稿掃描尺寸。中間為透明玻璃，稱為稿臺(tái)玻璃。在掃描時(shí)需注意確保稿臺(tái)玻璃清潔，否則會(huì)直接影響掃描圖像的質(zhì)量。另外，要特別注意在放置掃描原稿時(shí)不要損壞稿臺(tái)玻璃，要“輕拿輕放”。稿臺(tái)玻璃的損壞會(huì)影響掃描儀內(nèi)部的其他器件(如成像部件)，尤其是稿臺(tái)玻璃的破損會(huì)使灰塵及雜質(zhì)直接侵入掃描儀內(nèi)部，使掃描品質(zhì)下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成掃描儀的損壞。因此，如果有此類情況發(fā)生，應(yīng)及時(shí)與維修服務(wù)中心聯(lián)系，切不可自行處理。

　 3．光學(xué)成像部分

　　 光學(xué)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(fā)光均勻穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)、耗電量小、體積小等優(yōu)點(diǎn)。

　　掃描頭還包括幾個(gè)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(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

　　鏡頭是把掃描信息傳送到CCD處理的最后一關(guān)，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(xué)分辨率，主要是由鏡頭的質(zhì)量和CCD的數(shù)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(yīng)用在A4幅面的掃描儀上，可實(shí)現(xiàn)2400dpi的掃描精度，這樣的精度能夠滿足多數(shù)領(lǐng)域的需求。

　　光學(xué)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(qiáng)，由一根冷陰極燈管提供所需的光源。掃描儀對(duì)燈管也有比較嚴(yán)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(diào)校系統(tǒng)沒能起到應(yīng)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(jié)果都有比較一致的偏色現(xiàn)象，可能和燈管的色純有關(guān)系。當(dāng)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(qiáng)度均勻。如果強(qiáng)度不均勻，就會(huì)大大影響掃描的精度。第三個(gè)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(jié)能上下功夫，就要涉及到燈管方面的節(jié)能。當(dāng)然最有效的節(jié)能方法之一就是在不使用掃描儀的時(shí)候讓燈管不工作。

　　燈管剛開始工作的時(shí)候其溫度比較低，運(yùn)行一段以后溫度會(huì)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(dá)到比較理想的效果，這主要是指CCD的效果，當(dāng)然燈管也會(huì)有一定影響。那么矛盾就在這里產(chǎn)生了，要節(jié)能的話勢(shì)必要在暫時(shí)不使用掃描儀的時(shí)候關(guān)閉燈管，但是重新啟用掃描儀的時(shí)候，燈管卻不能馬上進(jìn)入最佳狀態(tài)；要讓燈管一直保持良好狀態(tài)，勢(shì)必要它持續(xù)工作，但是這又對(duì)節(jié)能和燈管壽命不利。所以，從實(shí)用的角度來說，燈管的壽命和能耗問題一直是用戶比較關(guān)心的問題。掃描儀運(yùn)行之前需要預(yù)熱，就是處理這種問題的一種手段。

　　4．光電轉(zhuǎn)換部分

　　光電轉(zhuǎn)換部分是指掃描儀內(nèi)部的主板，如圖4所示。別看掃描儀的光電轉(zhuǎn)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(tǒng)，在掃描儀掃描過程中，它主要完成CCD信號(hào)的輸入處理，以及對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，將讀取的圖像以任意的解析度進(jìn)行處理或變換所需的解析度。

圖4

光電轉(zhuǎn)換部分主板以一塊集成芯片為主，其作用是控制各部件協(xié)調(diào)一致地動(dòng)作，如步進(jìn)電機(jī)的移動(dòng)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(dòng)時(shí)進(jìn)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(shù)據(jù)的。如果把圖像數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)接?jì)算機(jī)里，那么就會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)丟失和影像失真等現(xiàn)象，如果先把圖像數(shù)據(jù)暫存在高速緩存里，然后再傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，就減少了上述情況發(fā)生的可能性?，F(xiàn)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(dá)2MB。

　 5．機(jī)械傳動(dòng)裝置

　　 機(jī)械傳動(dòng)部分主要包括步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)皮帶、滑動(dòng)導(dǎo)軌和齒輪組如圖5。

圖5

　　 (1)步進(jìn)電機(jī)：它是機(jī)械傳動(dòng)部分的核心，是驅(qū)動(dòng)掃描裝置的動(dòng)力源。步進(jìn)電機(jī)其實(shí)就是用脈沖信號(hào)精確控制移動(dòng)的一種電機(jī)，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(jié)能和色溫問題一樣，存在著矛盾。速度越快移動(dòng)單位距離所需的時(shí)間就短，精度就會(huì)降低；精度提高，其結(jié)果是消耗時(shí)間增加，就會(huì)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(jìn)電機(jī)來拖動(dòng)。傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)是依靠齒輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的。當(dāng)齒輪傳動(dòng)時(shí)，既使是兩個(gè)緊密嚙合的齒輪，在它們的各齒之間都會(huì)留有一些空隙，這是不可避免的，在往復(fù)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，就會(huì)給精度帶來影響，輕則會(huì)使掃描的精度下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使圖像出現(xiàn)一些條紋。所以，微步進(jìn)電機(jī)技術(shù)就在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生的。它采用縮小電機(jī)拖動(dòng)的運(yùn)動(dòng)步幅，可以達(dá)到傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)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(wěn)運(yùn)動(dòng)，避免了往復(fù)運(yùn)動(dòng)中齒輪間的空隙所帶來的缺陷，減少了不穩(wěn)定移動(dòng)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(zhì)量明顯提高。

　　 (2)驅(qū)動(dòng)皮帶：掃描過程中，步進(jìn)電機(jī)通過直接驅(qū)動(dòng)皮帶實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)掃描頭，對(duì)圖像進(jìn)行掃描。

　　 (3)滑動(dòng)導(dǎo)軌：掃描裝置經(jīng)驅(qū)動(dòng)皮帶的驅(qū)動(dòng)，通過在滑動(dòng)導(dǎo)軌上的滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)線性掃描的過程。

　　 (4)齒輪組：是保證機(jī)械設(shè)備正常工作的中間銜接設(shè)備。