扫描仪

null第8章扫描仪的原理与维修 第8章扫描仪的原理与维修 null 8.1 扫描仪概述 8.2扫描仪的功能 8.3扫描仪的分类 8.4扫描仪的技术指标 8.5扫描仪的工作原理 8.6 扫描仪常见故障维修 8.1 扫描仪概述 8.1 扫描仪概述8.2扫描仪的功能8.2扫描仪的功能扫描仪的主要功能可以概括为以下四个方面。 1．采集图像 2．编辑图像 3．文字输入 4．复印资料 5．发送电子邮件8.3扫描仪的分类8.3扫描仪的分类根据扫描仪的使用领域分类，扫描仪可分为家用扫描仪、商用（办公）扫描仪和专业用扫描仪。 根据扫描仪的操作方式可以分为：手持式扫描仪、平板式扫描仪、滚筒扫描仪 根据扫描仪所支持的颜色分类可分为：单色扫描仪与彩色扫描仪。单色扫描仪得到的是灰度图像，彩色扫描仪可以得到彩色图像 null• 按用途可将扫描仪分为可用于各种图稿输入的通用型扫描仪和专门用于特殊图像输入的专用型扫描仪，如条码读入器、卡片阅读机等。 • 根据扫描的介质象分类 扫描仪可分为反射式（纸）扫描仪和透射式（胶片）扫描仪以及既可扫反射稿又可扫透射稿的多用途扫描仪。 • 根据光电转换器件分类，扫描仪可分为电荷耦合器件CCD（硅氧化物隔离CCD和半导体隔体CCD）扫描仪、接触式感光器件CIS扫描仪、光电倍增管PMT扫描仪和互补金属氧化物导体CMOS扫描仪。 • 根据接口方式分类（即扫描仪与计算机之间的连接方式），目前扫描仪常见的接口有SCSI、EPP、USB三种。8.4扫描仪的技术指标8.4扫描仪的技术指标扫描仪的主要技术指标由分辨率、最大扫描幅面、色彩深度、灰度等级、扫描速度、光源类别以及接口等。 • 分辨率 • 最大扫描幅面 • 色彩深度 • 灰度等级 • 扫描速度 • 光源 • 接口null分辨率是扫描仪最为主要的指标之一，其数值的高低既能反映扫描仪记录图像的能力，又能反映扫描仪的档次和质量。分辨率一般用dpi（dots per inch）表示，意即每英寸的点数，它反映的是扫描仪在每英寸范围内能够识别像素数量的能力。扫描仪的分辨率主要与光学部分、硬件部分和软件部分有关，也就是说，扫描仪的分辨率等于其光学部件的分辨率加上其自身通过硬件和软件进行处理所得到的分辨率。正确理解扫描仪的分辨率应从硬件和软件两个方面入手。null 1）硬件分辨率 硬件分辨率又称光学分辨率，是指扫描仪的感光元件(CCD或CIS)以及感光元件通过机械部件运动所能获取的分辨率。硬件分辨率由两部分组成的，即水平方向(横向)的分辨率和垂直方向(纵向)的分辨率。 在产品说明中，扫描仪的光学分辨率通常用两个数相乘的方式表示，如1200×2400dpi，第一个数是指水平分辨率，是扫描装置在水平方向上所能获得的扫描精度，水平分辨率由光电耦合器件决定。第二个数是指垂直分辨率，是指扫描装置每移动一英寸的步数，或者说是表示扫描装置每完成一次水平扫描后向前移动的距离，垂直分辨率又叫机械分辨率。机械分辨率反映了扫描仪内部机械传动装置的精密程度。 目前各种扫描仪的光学分辨率大致如下：家用级的大多在1200×2400dpi，商用级的大多在2400×4800dpi，专业级的在4800×9600dpi，甚至更高。较高的光学分辨率能记录更多的图像细节，是高档扫描仪的最主要特征。null2）软件分辨率 软件分辨率又叫插值分辨率或者是最大分辨率。它是通过数学算法在相邻像素间求出颜色和灰度数据的平均值，在它们之间插入新的像素，以提高分辨率。因此这种方法也叫分辨率增强技术。在对扫描图像进行放大时，这些新增像素不但可以有效地减少图像中的“马赛克”，而且还可以平滑图像边缘出现的齿形，使线条变得流畅。软件分辨率虽然增加了像素数量，但不能增添真正的图像细节，在光学分辨率相同的条件下，软件分辨率只能作为参考。null色彩深度又叫色彩分辨率，用于表示扫描仪分辨彩色细腻程度的指标。它的单位是bit（位）。色彩分辨率确切的含义是用多少个bit（位）来描述一个像素的色彩。24bit可以表示16777216种色彩（224=16777216），其中红（R）绿（G）蓝（B）各个通道分别占用8bit，它们各有256（28=256）个等级，一般称24bit以上的色彩为真彩色，当然还有更高的色彩深度，如48bit。 从理论上讲，色彩位数越多，颜色就越逼真，但对于非专业用户来讲，由于受到计算机处理能力和输出打印机分辨率的限制，较高的色彩分辨率并不能在打印出的文档中都得到体现。null光源指的是扫描仪内部的灯管。现在扫描仪内部用得较多的光源类型主要有三种：冷阴极荧光灯、RGB三色发光二极管（即LED），而少部分扫描仪采用了卤素灯光源。 光源与步进电机自成一体，随步进电机一起运动。对扫描仪而言，光源是非常重要的，因为CCD所感受的光线，就是光源发出的光照射到原稿上形成的发射光线。光源不纯或偏色，会直接影响到扫描结果。专业扫描仪或一些高端商用扫描仪，在扫描前会自动检测灯管发出的光线强度，特别是在扫描仪刚启动时，由于灯管未进入稳定状态，扫描仪有一定的预热时间，只有当光线强度足够达到标准，机内的光源检测传感器才会发出通过指令。而这时的扫描仪才能以最佳的工作状态进行扫描。null1）SCSI接口 早期的扫描仪大都是SCSI接口。这种接口的优点是传输速度较快，缺点是需要在电脑中额外添加SCSI连接卡，不但增加了扫描仪的成本，而且安装复杂，目前仅限于专业用户使用。 2）EPP接口 EPP接口就是并口。和SCSI接口相比，传输速度较慢，但安装方便，兼容性好，采用EPP接口的扫描仪一般都有两个接口，一个接计算机，另一个接其他的并口设备（一般是打印机）。 EPP接口传输数据的低效率极大地限制了扫描仪的速度，目前EPP接口的扫描仪已不多见。 3）USB接口 USB接口是串口。这种接口的优点是速度较EPP快，可带电插拔，即插即用。较新的USB接口扫描仪可直接由USB接口供电，无须另加电源适配器，整机更加简洁。USB接口在传输速度、易用性、扩充性等方面的优势较大，已经成为新一代扫描仪接口的标准。USB接口的使用不仅令扫描仪的移动、维护都变得更加灵活、方便，而且在使用上也使用户感到格外的轻松自如，是将来扫描仪发展的趋势 8.5扫描仪的工作原理 8.5扫描仪的工作原理 8.5.1扫描仪的基本结构 图8.2 扫描仪的组成 从外型上看，扫描仪的整体十分简洁、紧凑，如果打开扫描仪的机壳，里面的结构还是相当复杂的。图8.2示出了这种扫描仪的内部结构，可以看到扫描仪主要有以下几个部分组成：外壳、机械传动系统、光学系统、电气控制板等。nullnull1，外壳 2，机械传动系统 3．光学系统光学系统是扫描仪的核心部分，主要负责原稿图像信息的读取 4．电气控制板nullnull 图8.3 扫描仪的基本结构 机械传动系统主要包括步进电机、齿轮组、同步皮带、滑动导轨等。 步进电机是动力源，扫描仪的所有机械动作都是由步进电机拖动的。步进电机的运转受控于来自电气控制板的驱动信号，每给一个驱动脉冲，步进电机就旋转一个角度（步距）。在高分辨率的扫描仪中，为了提高垂直分辨率，一般选用微步距电机。 齿轮组的主要作用是减速，通过齿轮组的减速，可以将步进电机的每一个步距进一步缩小，以达到较高的机械分辨率。 同步皮带就是齿形带，它的作用是将步进电机的动力传递给扫描装置，带动扫描装置前后移动。由于采用了柔性连接，电机运转时产生的振动不会传递到扫描装置，这就减少了扫描图像中的锯齿波纹和色彩失真，图像质量明显提高。 滑动导轨贯穿扫描仪的前后，在扫描时，扫描装置在步进电机的拖动下沿着导轨前后做直线移动。nullnull光学系统光学系统是扫描仪的核心部分，主要负责原稿图像信息的读取。它包括以下主要部件：光源、反光镜、聚焦镜头和光电转换器件（CCD）。 图8.4 CCD扫描仪的基本结构 图8.5 CIS扫描仪的基本结构nullnull扫描仪的光源一般采用冷阴极辉光放电灯管，这种灯管不同于普通的荧光灯，灯内两端没有灯丝，只有一根电极，所以它具有发光均匀而稳定、结构强度高、使用寿命长、耗电量小、体积小等优点。 扫描装置中有数块反光镜，其作用是将原稿的反射光线反射到聚焦镜头上。 聚焦镜头的作用是将来自反光镜的反射聚焦，形成一条横向的光棒投射到光电转换元件CCD上。 CCD元件的主要作用是将照射到感光元件上的原稿图像转换成电信号。 近年来，CIS（接触式图像扫描器）在扫描仪中的应用越来越多，这种扫描器尽管在分辨率方面比CCD扫描器还有欠缺，但它的体积小、功耗低、结构简单，使得扫描仪变得异常轻巧。图 是这种扫描仪的光学系统的示意图。由于光路很短，这种扫描器只能扫描平面物体，不适合对三维物体进行扫描。null4．电气控制板 电气控制板是整个扫描仪的控制核心。其主要作用是完成扫描仪开机后的自检；控制扫描灯的亮灭；控制步进电机的运转；将光电转换元件产生的电信号进行A/D转换，并进行压缩编码，通过接口发送给计算机。 8.5.2平板式扫描仪的工作原理 8.5.2平板式扫描仪的工作原理扫描仪工作时，首先要打开上盖，在稿台玻璃上放好原稿，并用上盖压紧原稿。通过按动计算机屏幕上的“预览”进行预扫描。扫描开始后，光源首先被点亮，产生的白光照亮一行原稿。CCD对原稿实行分行扫描，即将一页原稿根据设定的分辨率分割成许多行，每一行原稿的反射光线经反光镜反射到聚焦镜头，由镜头将反射光线聚焦后精确地投射到CCD的光敏元件上。CCD逐一读取一行原稿上每一个像素的反射光线，并根据反射光线的强弱转换成不同大小的电流信号，经A/D转换处理，获得一行原稿的图像数据，完成一行的扫描。接着，在电气控制电路的控制下，步进电机旋转，通过齿形皮带，拖动整个扫描装置在滑动导轨上前移一行的距离，扫描装置进行下一行的扫描，如此进行，直到原稿扫描完毕。图8.7示出了扫描仪信号的基本流程。 彩色扫描仪的工作原理与此相类似，原稿上的反射光线经过反光镜反射后，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三条彩色光带，分别投射到各自的CCD上，CCD将光带转变为模拟信号，此信号又被A/D变换器转变为数字信号。至此，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信号，最后传送至计算机并在计算机内部逐步形成原稿的全图。8.6 扫描仪常见故障维修 8.6 扫描仪常见故障维修 扫描仪是一种光、电、机械一体化的高科技产品，属于精密设备，维修扫描仪必须谨慎，防止次生故障的出现。 8.6.1扫描仪的拆卸步骤 8.6.2扫描仪光学系统的故障维修 8.6.3扫描仪电路故障的维修 8.6.4扫描仪机械故障的维修null1）上盖的拆卸 扫描仪的上盖是通过两只插头插在机壳上的，打开盖板，向上稍一用力，就可以取下上盖。 2）外壳的拆卸 用螺丝刀伸入圆孔中拧下螺钉，向上用力即可取下外壳。由于扫描玻璃就安装在外壳上，为了保护好扫描玻璃，外壳应放置在安全的地方。打开扫描仪后，即可看到步进电动机、传动齿形皮带、扫描装置和电气控制板等部件。有些扫描仪的外壳是用塑料卡扣卡在底板上，拆卸时用平口螺丝刀插到缝隙中撬开塑料卡扣，即可分离上下两部分，撬塑料卡扣时动作要轻，不要损坏塑料部件。 null、拔下数据软排线。扫描装置的电路板上安装有CDD元件，通过数据软排线与电气控制板相连接。取下扫描装置前需先取下数据软排线。数据软排线卡在电路板上的排线卡槽中，取下软排线时需先将排线卡槽两侧的卡销向外拨，而后即可很轻松地向外抽出软排线。 4、拆卸扫描装置。扫描装置的一侧搭在滑动导轨上，由传动皮带拖动扫描装置纵向运动。拆卸时，只需将滑动导轨从底座上的塑料卡座中取下，使扫描头脱离传动带，即可向上取下扫描头和圆形金属杆，而后将圆形金属杆从扫描头上抽出。 5，剩下的部件有电气控制板、步进电机和齿轮组，它们都是用螺丝固定在底板上，只要卸下螺丝，就可以取下这些部件。null扫描仪是光学、机械、电子、软件应用等技术紧密结合的高科技产品，光学系统是扫描仪的眼睛，它是扫描仪中最为精密的地方，光学系统的好坏直接影响着扫描仪输出图像的质量。一旦扫描仪出现问题，需要打开外壳进行维修，一定要妥善保护好光学系统，防止磕碰。 荧光灯管很细，直径只有3毫米，机械强度很低，清洁其表面灰尘时，应倍加小心，防止折断。 CIS扫描器的光路更为简单，不再使用反光镜，而是采用一体化结构，基本不发生灰尘污染，但由于光源采用的是发光二极管，长期使用后，光源的各项指标偏移较大，容易造成偏色等问题。 为了防止扫描装置在搬运过程中遭到损坏，在搬运前，一定将机械锁关到“锁定”位置。 维修实例null 维修实例：一台型号为S2W 5000的扫描仪，扫描出的图像有一条纵向的黑条，约有5毫米宽。 S2W 5000扫描仪是一款家用扫描仪，采用CCD元件作为感光元件，光学分辨率为1200×2400dpi，由于价格适中，深受用户的欢迎。这种扫描仪结构简单，用户可拆卸的部件主要有上盖，外壳。扫描玻璃固定在外壳上，外壳通过卡扣卡在基板上。打开机械锁后，对外壳的边缘稍一用力，就可以将外壳拆下。用户可以按照说明书给出的步骤，对光学系统进行清洁。经检查，在反光镜上发现一小块纸团，可能是某次清洁过程中卡住的，经过一段时间的振动，掉落到反光镜上。取出这个小纸团，需要倍加小心，由于整个扫描装置结构紧凑，细长的灯管正好位于正面缺口处，稍不注意，会别断灯管。可以将扫描装置从一侧掀开，这时可以看到扫描装置的底部一块约2厘米宽的反光玻璃，从空隙处伸进弯嘴镊子，取下纸团即可。 8.6.3扫描仪电路故障的维修 8.6.3扫描仪电路故障的维修早期的扫描仪因为功耗较大，一般采用开关电源供电，输入交流220v，输出+5v和+12v，+5v用于逻辑电路的供电，主要负载是主控电路板。+12v 用于功率电路的供电，主要负载是步进电机和光源。开关电源工作时产生的高频噪声对其他电路有不同程度的干扰，尤其在高分辨率扫描时，图像上会有一些花纹，影响了图像质量。后来扫描仪的直流电源采用了电源适配器，即外接一只电源模块，该模块采用变压器降压供电的方式，先通过变压器将市电由220v降到12v，再通过整流滤波电路，输出+12v的直流电。在扫描仪的主板上，逻辑电路需要的+5v电压是通过线性降压产生的，这种供电方式的好处是供电质量高，电源不产生高频干扰，特别适合于扫描仪这类负载，缺点是效率较低。电源适配器的使用，解决了干扰问题，但也带来了另外的问题，这种电源模块有一定的重量，携带和搬运都极为不便。随着CIS扫描器的使用，扫描仪的功耗进一步降低，采用USB接口供电成为可能。这种扫描仪的功耗最大不超过3W，USB接口可以提供约500mA的直流电流，完全可以满足要求。 维修实例null维修实例：一台扫描仪在预扫描过程中，经常出现图像的重叠。 扫描仪的扫描分预扫描和扫描两个过程，一般情况下，先进行预扫描。预扫描是对原稿的完整扫描，扫描的长度就是扫描装置的最大行程。由于采用的分辨率较低，因此预扫描的速度很高，拖动整个扫描装置的步进电机通常以最高速运转，此时电机的消耗功率最大。检查发现，滑动导轨上有缺油的迹象，这就意味着电机的运行阻力较大，在预扫描过程中，整个扫描仪的功率消耗最大，当稳压电源输出的功率达到极限时，输出电压下降，供电不足，电机运行受阻，整个扫描装置前行不到位，造成扫描重叠。解决的办法除了要对滑动导轨加油外，还要对电源入口处的滤波电解电容加大热量，以降低电源的内阻，提高输出容量。 8.6.4扫描仪机械故障的维修 8.6.4扫描仪机械故障的维修扫描仪的机械结构比较简单，扫描装置是主要的部件。在扫描装置的一侧装有齿形皮带，通过皮带与步进电机驱动的齿轮组相连。在步进电机的拖动下，扫描装置沿着滑动导轨前后移动，当扫描装置到达行程终点时，终点位置传感器的输出状态发生变化,在CPU的控制下，步进电机反转，拖动扫描装置返回原位。如果发现扫描仪在使用过程中有些噪声，很可能是滑动导轨上缺油了或者上面积垢了。维修时，应先打开外壳，将导轨从扫描装置中抽出，用干布清洁导轨，在导轨轴承上加注少许润滑脂或润滑油，重新装回导轨，来回拖动扫描装置数次，擦去多余的润滑油，噪声可基本消除。 维修实例null维修实例：一台Mustek 600CP扫描仪在扫描过程中扫描装置前行时断断续续，扫描灯管出现无规律地短暂熄灭。 打开外壳进行检查，没有发现异常情况，拆下齿形皮带，用手拉动整个扫描装置，并没有很沉重的感觉，加电后，发现电机运转正常。但装上皮带后，步进电机一运转，又出现上述故障。仔细检查发现，滑动导轨上比较干燥，有缺油的感觉。扫描装置在导轨上移动时，运行阻力较大，这加大了步进电机的负荷，步进电机绕组中的电流超出正常值，引起+12v电压波动，灯管熄灭。处理故障时，应先将导轨从支架中取下，清洁干净导轨表面的污物，用药棉蘸取少许酒精，清洁导轨的轴承，待酒精蒸发后，在轴承中滴入数滴润滑油，装回导轨，来回滑动几次扫描装置，擦除多余的润滑油，即可。谢谢观看谢谢观看