1.2 扫描仪的工作原理

1. 扫描仪的整机工作过程

如图1-39所示为扫描仪的工作过程示意图。

扫描仪扫描原稿的工作过程。

（1）将扫描仪与计算机连接好并安装扫描仪的扫描软件。

（2）将原稿放置在扫描仪的稿台上，将扫描仪的上盖盖好。

（3）启动计算机中的扫描软件，通过“串行/并行/SCSI接口”向扫描仪的控制系统发送扫描指令。

（4）扫描仪主控电路开始工作，发送控制指令给扫描组件。

（5）主控电路发送控制指令给扫描组件的电路部分及步进电机，步进电机工作，使扫描组件处于初始位置。

（6）扫描组件开始扫描动作，扫描灯发光对原稿进行扫描。

（7）原稿的光图像经过反射镜发射通过镜头照射到线性CCD上。

（8）线性CCD将原稿的光图像转变成电信号并送到数字信号处理电路进行A/D变换，电信号转变成数字信号，对信号进行处理。

（9）处理后的图像数字信号通过“串行/并行/SCSI接口”返回到计算机再进行处理。

（10）电源电路为扫描组件供电，扫描仪在工作过程中控制电路不断地检测扫描仪各部分的工作状态，并根据计算机的指令进行工作。

2. 扫描组件的工作原理

图1-40所示为扫描组件工作原理的模拟示意图，如图1-41所示为扫描组件工作原理的平面示意图。

扫描组件是在步进电机的驱动下完成图像的读取扫描的。在扫描时，扫描组件在步进电机的驱动下沿着水平方向（滑动导轨）移动，由扫描灯产生的光源将扫描的图像（原稿）照亮，原稿被照亮后，原稿的光图像就会通过扫描组件中的第一反光镜反射到第二反光镜，第二反光镜将原稿光图像反射到第三反光镜，第三反光镜将原稿的光图像反射到镜头，光图像经过镜头照射到安装在扫描组件电子线路板上的线性CCD上，线性CCD将扫描组件读取的光信号变成电信号，再经过连接电缆（软排线）传输到电子线路板中，经过电子线路处理以后再传输给计算机。

不同的扫描仪所使用的光学成像系统也是不同的，一般扫描仪使用的光学成像系统有两种，即缩小扫描型光学成像系统和等倍扫描型光学成像系统。

如图1-42所示为缩小型光学成像系统成像示意图。它采用2～5cm长的线性CCD作为光学系统中的图像传感器，由于CCD的尺寸远不及扫描原稿的宽度，因此在这种光学成像系统中，在CCD的前面装有一个镜头，像数码相机一样，扫描时将原稿图像通过镜头缩小后投射到线性CCD上。

如图1-43所示为等倍扫描型光学成像系统成像示意图。等倍扫描型光学成像系统则采用与扫描原稿宽度相等的线性CCD作为图像传感器，这种光学成像系统中采用了一种特殊的镜头——特殊镜头组系列。它是由上下排列整齐的两排棒状镜头组组成的，这种棒状镜头的直径为1 mm，长约6 mm。每一列都由100个以上这样的镜头阵列构成，这种光学成像系统在手持式扫描仪中较为常见。

真实色彩的还原主要应归功于扫描仪独特的色分离技术。由于CCD只是将所感应的光的强弱转换成相应的电流大小，它不可能会对所扫描图像的颜色进行识别。因此，扫描仪需要将这些颜色进行分离。红、绿、蓝是色光的三基色，即用这三种颜色叠加可以组合出其他任意一种颜色。根据这个特点，扫描仪在扫描图像时，先分别生成对应于红（R）、绿（G）、蓝（B）三基色的三幅图像，也就是说每幅图像中只包含相应的单色信息，红基色图像中只包含红色信息，绿基色图像中只包含绿色信息，蓝基色图像中只包含蓝色信息。最后，将这三幅图像合成，得到了彩色的图像，其原理如图1-44所示。

目前，应用于扫描仪的色分离扫描方式常见的有四种：滤光片色分离扫描方式、光源交替色分离扫描方式、三CCD色分离扫描方式和单CCD色分离扫描方式。

（1）滤光片色分离扫描方式

如图1-45所示，在线性CCD的前面加装一个滤光片，滤光片从上向下分为三等份，第一部分为红色滤光片，第二部分为绿色滤光片，第三部分为蓝色滤光片。在扫描时，通过滤光片的移动使CCD分别记录相应基色下的图像信息，从而得到三基色的三幅图像信息。

（2）光源交替色分离扫描方式

与滤光片色分离扫描方式的原理类似，它是在镜头与扫描原稿之间加设三根发光灯管，其颜色分别为红（R）、绿（G）、蓝（B）。在扫描图像时，三根不同颜色的灯管交替发光，从而使CCD得到三幅三基色图像信息，如图1-46所示。

（3）三CCD色分离扫描方式

与前两种色分离方式不同，三CCD色分离扫描方式使用三个CCD完成扫描成像，光线通过镜头，经过一个特殊设计的分光棱镜将相应颜色的光线反射到相对应的CCD中，每一个CCD产生一种颜色的图像数据，经过一次扫描即可得到彩色图像，如图1-47所示。因此，这种分色成像方式的成像速度最快，造价最高。

（4）单CCD色分离扫描方式

单CCD色分离仍然是采用单个线性CCD，不过在CCD的感光面上加入了滤色镜，在感光的同时直接进行分色。其分色原理如图1-48所示。

扫描组件（光电转换）设计得非常精致，光学镜头或者反光镜头的位置对扫描的质量有很大的影响，因此，在工作的过程中不要随便改动这些光学装置的位置，同时要尽量避免扫描仪震动或者倾斜。另外在运送扫描仪时，一定要把扫描仪背面的安全锁扣锁上，以避免改变光学配件的位置。