专利名称：扫描仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种影像处理装置，尤其涉及一种扫描仪。
背景技术：
随着科技不断地进步，多媒体的整合与应用已经成为当前的发展重点。为了能使资料以多媒体的形式重现，现今已有各种类型的多媒体应用被开发出来，来满足消费者多元性的影音需求。就目前而言，扫描仪无疑是最有力的静态影像处理工具之一，近年来由于扫描技术的成熟及高速传输接口的兴起，让扫描仪深入了影像工作及家庭使用者，普及程度较过去几年大为提高。
扫描仪的主要功能是将纸本文件的内容通过扫描的方式转换成电子文件，来方便使用者传播、整理或保存。为了能忠实呈现出纸本文件的原始内容，扫描器的扫描质量就显的格外重要。如图1所示，显示了传统的扫描仪方块图。扫描仪包括了可移动的扫描头(Chassis)110及固定在扫描仪机体上的主板(Main Board)150两大部分，扫描头110上配置有电荷耦合组件(Charge-Coupled Device，CCD)模块115来接收光信号，而主板150上的特殊应用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)151及模拟前端(Analog FrontEnd，AFE)处理装置153则用来控制电荷耦合组件模块115，将其感测到的光信号撷取出来并加以转换，成为可数字化处理的影像信号。
就目前的作法而言，扫描器的扫描头110在扫描时会沿着待扫描文件逐步移动，此时电荷耦合组件模块115便可感测到自待扫描文件反射(或透射)而来的光信号；由于此光信号是以模拟型态呈现，因此也可称之为模拟光信号。待电荷耦合组件模块115感测光信号完毕，特殊应用集成电路151就可以利用控制信号CTRL将模拟光信号RGB撷取出来，来进行后续的影像处理。需要注意的是，由于模拟光信号RGB无法直接以数字方式处理，因此必须由模拟前端处理装置153将其数字化，使模拟光信号RGB转换为数字式的光信号(以下称数字光信号)后，方可利用总线BUS将此数字光信号输入特殊应用集成电路151，来进行后期影像处理工作。
另一方面，主板150上还设置有传动马达155及内存157，传动马达155是依据特殊应用集成电路151所输入的指令控制扫描头110移动，例如扫描仪中特殊的间歇式移动(Start-Stop)；而内存157则用来暂存扫描资料，作为资料缓冲区(buffer)使用。
在实际应用上，由于模拟前端处理装置153与特殊应用集成电路151均设置在主板150上，因此主板150与扫描头110间的接线数目十分可观，除模拟光信号RGB中的三条信号线(分别负责传输三原色信号其中一个)之外，还包括了CCD控制信号CTRL中的Φ1、Φ2、重置(reset)、电源(power)、接地(GND)等各类信号。如图2所示，显示了索尼公司(Sony)所生产的CCD组件设计图。以Sony的ILX558K的CCD为例，其输出输入接脚(pin)数高达12个，如此一来，不仅因为信号线的数目众多造成制造成本居高不下，也由于这种控制方式采用传统的TTL/CMOS电气规格，使得耗电量十分可观(因信号电压较高，采用5V与3.3V电压)，数据传输量也无法提高。更严重的是，由电荷耦合组件模块115传回主板150的模拟光信号RGB极易受环境因素所干扰，除明显影响扫描质量外，电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)的问题也不易排除，这样的缺点在高扫描分辨率下显得格外严重，直接影响了产品的竞争力。现今扫描仪产业的竞争十分激烈，厂商为了提高扫描质量，无不绞尽脑汁开发更新的技术，来强化产品的核心竞争力。因此如何排除已有的诸多问题，来提高扫描质量并降低生产成本，就成为当前十分重要的课题。
发明内容
有鉴于此，本实用新型的目的就是提供一种扫描仪，来精简信号线的数目，降低资料在传递时所受到的电磁干扰。
本实用新型的另一目的在提供一种扫描仪，利用扫描头将模拟光信号转换为数字光信号后再传回主板，以确保光信号的真实度。
根据本实用新型的上述目的提出一种扫描仪，该扫描仪的简述如下扫描器具有可移动的扫描头及固定在扫描仪机体上的主板，扫描头上配置有电荷耦合组件模块及前端处理器，主板则配置有特殊应用集成电路。当电荷耦合组件模块感测到模拟光信号后，前端处理器可以先将模拟光信号撷取出来并转换为数字光信号，再利用编码技术将数字光信号加以编码，以低压差动信号的规格将数字光信号输入特殊应用集成电路来进行后期的影像处理工作。特殊应用集成电路可以通过指令接口与前端处理器通信，来执行上述扫描程序；其中，这些指令接口是例如符合串行传输规格的接口，如I2C或RS-232等，来降低接线数目。需要注意的是，前端处理器中配置有模拟前端处理装置及信号产生装置，模拟前端处理装置用来将模拟光信号转换为数字光信号，而信号产生装置则用来产生电荷耦合组件模块与模拟前端处理装置工作所需的控制信号。另一方面，前端处理器可以将马达同步信号输入特殊应用集成电路，来控制传动马达来带动扫描头。马达同步信号可以利用一根专用信号线输入特殊应用集成电路，或在低压差动信号编码时将马达同步信号编入，让马达同步信号连同数字光信号一起传输。
为了让本实用新型的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一个较佳实施例，并结合附图，详细说明如下
图1显示的是传统的扫描仪方块图。
图2显示的是索尼公司所生产的CCD组件设计图。
图3显示的是依照本实用新型一个较佳实施例的一种扫描仪方块图。
具体实施方式
本实用新型的主要构想，是将模拟前端处理装置配置在扫描头中，当电荷耦合组件模块感测光信号后，随即由模拟前端处理装置将其转换为数字光信号，利用数字化的方式将光信号输出至主板加以处理。如图3所示，显示的是本实用新型一个较佳实施例的一种扫描仪方块图。扫描仪包括扫描头310及主板350，扫描头310上配置有模拟前端处理装置337及信号产生器335，模拟前端处理装置337用来将电荷耦合组件模块115所感测的模拟光信号RGB转换为数字光信号，信号产生器335则利用控制信号CTRL，CS分别控制电荷耦合组件模块115及模拟前端处理装置337的工作。在实际应用中，信号产生器335及模拟前端处理装置337可以整合在前端处理器330中，来降低制造成本；其中前端处理器330可以使用具备特定功能的芯片(例如特殊应用集成电路)予以实现。
另一方面，特殊应用集成电路351可以通过指令接口CMMD与前端处理器330通信，让前端处理器330将数字光信号传回来进行后续的影像处理工作。这些指令接口CMMD的规格可以是I2C或串行传输接口规格，这些串行传输接口是例如通用异步收发器(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter，UART)接口或RS-232等规格，使信号线的数目可降至最低。换句话说，当执行扫描程序时，特殊应用集成电路351会利用指令接口CMMD下达指令给前端处理器330，让前端处理器330依据特殊应用集成电路351所下的指令来进行影像撷取、信号转换及传回资料等动作(例如依据指令查表，或制订前端处理器330与特殊应用集成电路351之间的通信协议)。与传统作法最大的不同之处在于，特殊应用集成电路351可以利用极精简的指令接口CMMD来下达指令(如Φ1、Φ2等)，让前端处理器330产生出扫描所需的各种控制信号(例如控制信号CTRL，CS)；也就是前端处理器330是依据指令产生出对应的控制信号CTRL，CS等，来进行光信号的撷取与转换等工作。这些作法有别于过去直接将复杂的控制信号CTRL由主板150输入扫描头110的处理方式，因此主板与扫描头间的连线数目将可以大幅降低。
需要注意的是，为了使前端处理器330传回主板350的数字光信号DOS不受干扰，当模拟前端处理装置337将模拟光信号RGB转换为数字光信号DOS后，我们可以利用前端处理器330先将数字光信号DOS加以编码，再以低压差动信号(Low-Voltage DifferentialSignaling，LVDS)的形式将编码后的数字光信号传回特殊应用集成电路351加以处理。在实际操作中，可利用差动对(differential pair)传输线来传输低压差动信号LVDS，此差动对传输线是例如光纤(optical fiber)。还有，由于本实用新型将模拟前端处理装置337配置于前端处理器330，来直接控制电荷耦合组件115的工作，因此当电荷耦合组件115的规格有所改动，只要对应修改模拟前端处理装置337就可以满足不同的规格要求，不需更动特殊应用集成电路351的设计。也就是说，在制造时可以采用标准化的特殊应用集成电路351，再依据不同设计的需求改动前端处理器330的设计。在本实用新型的架构下，特殊应用集成电路351采用标准设计可大幅降低成本，且前端处理器330可依不同制造规格机动地对应修改，具有足够的设计弹性，因此该架构可以确实提供设计厂商低廉的全方位解决方案，提高产品的竞争力。
在传动马达的控制方面，本实用新型是利用前端处理器230将马达同步信号MSYNC输入特殊应用集成电路251，来控制传动马达的运转。请注意，由于马达同步信号MSYNC是由扫描头端依据实际扫描情形而产生，所以马达动作可精准地与扫描程序紧密配合。换句话说，过去传动马达是由特殊应用集成电路151所控制，因此在扫描时容易发生马达动作与扫描程序间的误差，如欠缺完善的反馈(feedback)控制，这些误差极易造成扫描结果的失真，严重影响扫描质量。
在实际操作上，马达同步信号MSYNC当然可以利用一条专属信号线输入特殊应用集成电路251来实现上述构想，但如此一来，便增加了扫描头210与主板250间的接线数。更妥当的作法，是在低压差动信号LVDS编码时将马达同步信号MSYNC编入，也就是在低压差动信号LVDS的位定义中加入一个(或一些)马达同步信号MSYNC的控制位，如此一来，马达同步信号MSYNC便可连同数字光信号一起传输，并不会有额外的连线产生。
本实用新型上述实施例所公开的扫描仪，是将模拟前端处理装置配置于扫描头处，使光信号可以数字形式传回主板，这些作法至少具有以下优点一、以串行方式传递指令及数字光信号，可大幅减少信号线的数目，降低硬件成本及制造复杂度。
二、数字光信号的传输采用低压差动信号的电气规格，其信号电位为3.3V或1.5V，耗电量比TTL/CMOS规格低，因此可以节省用电量。
三、低压差动信号具有高频宽(655Mbps)及不易干扰的特性，不仅传输距离较远也具有极佳的EMI特性，因此可以大幅提高扫描质量。
四、在制造时可以采用标准化的特殊应用集成电路，再依据不同设计的需求改动前端处理器的设计，不像以往当需求改动时便需重新设计特殊应用集成电路，因此可以大幅提高设计弹性。
五、前端处理器可以针对不同的设计需求(例如适应不同规格的CCD模块)而弹性调整，与过去需重新设计特殊应用集成电路相比之下，开发时间大幅缩短，使产品更具竞争力。
综上所述，虽然上面已经使用较佳实施例公开了本实用新型，然而其并非用来限定本实用新型，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以作出各种的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围应当以所附的权利要求所确定的范围为准。
符号说明110扫描头115电荷耦合组件模块150主板151特殊应用集成电路153模拟前端处理装置155传动马达157内存310扫描头
330前端处理器335信号产生装置337模拟前端处理装置350主板351特殊应用集成电路RGB模拟光信号CTRL，CS控制信号BUS总线DOS数字光信号CMMD指令接口MSYNC马达同步信号
权利要求1.一种扫描仪，具有一扫描头(Chassis)及一主板(Main Board)，其特征在于，其中所述扫描头是与所述主板电连接来执行扫描程序，所述扫描仪包括一电荷耦合组件(Charge-Coupled Device，CCD)模块，配置于所述扫描头处，用来感测一模拟光信号；一前端处理器，配置于所述扫描头处，耦接至所述电荷耦合组件模块，所述前端处理器包括一模拟前端(Analog Front End，AFE)处理装置，耦接至所述电荷耦合组件模块，用来依据所述模拟光信号产生所述数字光信号；及一信号产生装置，耦接至所述电荷耦合组件模块及所述模拟前端处理装置，用来产生所述电荷耦合组件模块与所述模拟前端处理装置工作所需的控制信号；以及一特殊应用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，配置在所述主板处并由一指令接口与所述前端处理器通信，用来处理自所述前端处理器中的所述模拟前端处理装置所输入的所述数字光信号。
2.如权利要求1所述的扫描仪，其特征在于，其中所述数字光信号是在所述前端处理器中加以编码，再以低压差动信号(Low-Voltage Differential Signaling，LVDS)的形式传送到所述特殊应用集成电路。
3.如权利要求2所述的扫描仪，其特征在于，其中所述低压差动信号是利用一差动对(differential pair)传输线加以传输。
4.如权利要求1所述的扫描仪，其特征在于，其中所述指令接口是符合通用异步收发器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)的接口规格。
5.如权利要求1所述的扫描仪，其特征在于，其中所述指令接口是符合I2C接口规格。
6.如权利要求1所述的扫描仪，其特征在于，其中所述指令接口是符合一串行(serial)传输接口规格。
7.如权利要求6所述的扫描仪，其特征在于，其中所述串行传输接口规格是RS-232接口规格。
8.如权利要求2所述的扫描仪，其特征在于，其中所述扫描仪包括一传动马达，所述传动马达是依据所述前端处理器的控制而工作。
9.如权利要求8所述的扫描仪，其特征在于，其中所述传动马达是依据自所述前端处理器输入所述特殊应用集成电路的一马达同步信号而工作。
10.如权利要求9所述的扫描仪，其特征在于，其中所述马达同步信号是定义于所述低压差动信号中。
11.如权利要求8所述的扫描仪，其特征在于，其中所述低压差动信号是利用一差动对传输线加以传输。
12.如权利要求8所述的扫描仪，其特征在于，其中所述指令接口是符合通用异步收发器的接口规格。
13.如权利要求8所述的扫描仪，其特征在于，其中所述指令接口是符合I2C接口规格。
14.如权利要求8所述的扫描仪，其特征在于，其中所述指令接口是符合一串行传输接口规格。
15.如权利要求14所述的扫描仪，其特征在于，其中所述串行传输接口规格是RS-232接口规格。
专利摘要一种扫描仪，具有可移动的扫描头及固定在扫描仪机体上的主板，扫描头上配置有电荷耦合组件模块及前端处理器，主板则配置有特殊应用集成电路。电荷耦合组件模块感测到模拟光信号后，特殊应用集成电路可以通过指令接口与前端处理器通信，令前端处理器将模拟光信号转换为数字光信号，并以低压差动信号的规格将数字光信号输入特殊应用集成电路，来进行后期的影像处理工作。其中，前端处理器包括模拟前端处理装置及信号产生装置，模拟前端处理装置用来将模拟光信号转换为数字光信号，而信号产生装置则用来产生电荷耦合组件模块与模拟前端处理装置工作所需的控制信号。
文档编号H04N1/00GK2646982SQ20032010918
公开日2004年10月6日 申请日期2003年10月24日 优先权日2003年10月24日
发明者陈琰成, 林庆源 申请人:虹光精密工业(苏州)有限公司