4. Технічне обслуговування та діагностика несправностей

4.1 Конструкція планшетного сканера

Матриця трансформує зміни кольору і яскравості прийнятого світлового потоку в аналогові електричні сигнали, які надходять на аналого-цифровий перетворювач (АЦП). Так як сила струму електронів дуже мала, на виході з матриці знаходиться підсилювач. Посилений сигнал йде на перетворювач.

Більшість сучасних сканерів для дому та офісу базуються на матрицях двох типів: на CCD (Charge Coupled Device) або на CIS (Contact Image Sensor). Корпус CIS-сканера плоский, у порівнянні з аналогічним CCD-апаратом (його висота звичайно становить порядку 40-50 мм). Основні переваги і недоліки цих двох класів сканерів вказані в списку, котрий знаходиться нижче.

Переваги і недоліки ccd-і cis-сканерів

CCD

• Висока роздільна здатність (недорогі CCD-сканери мають на сьогоднішній день дозволу до 2400 dpi)

• Довгий термін служби лампи

• Висока якість сканування

• Велика глибина різкості

• Можливість роботи з слайд-адаптерами і автоподатчиками документів

• Порівняно висока вартість (стосовно CIS-сканерів)

• Тривалий прогрів лампи перед скануванням

• Необхідність в додатковому джерелі живлення

CIS

• Невеликі габарити

• Швидкий старт

• Невисока вартість

• Низьке енергоспоживання (багато CIS-сканери отримують живлення по USB)

• Автономність

• Обмежене дозвіл (до1200 dpi)

• Невелика глибина різкості

• Чутливість до бічної засвітці

• Порівняно низька якість сканування

CCD-сканер володіє більшою глибиною різкості, ніж CIS-сканер. Досягається це за рахунок застосування в його конструкції об'єктива і системи дзеркал, зображених на малюнках 4 і 5.

Рисунок 4 - Система дзеркал CCD-сканера

Рисунок 5 - Система дзеркал CIS-сканера

На малюнку 5, для простоти сприйняття, намальовано лише одне дзеркало, тоді як у типового сканера їх не менше трьох-чотирьох.

Сканери з CCD-матрицею поширені набагато більше, ніж CIS-апарати. Тому, що сканери в більшості випадків купуються не тільки для оцифровки листових текстових документів, але і для сканування фотографій і кольорових зображень. А CCD-сканер набагато суворіше передає колірні відтінки, світла і півтони, ніж CIS-сканер. Похибка розкиду рівнів колірних відтінків, розрівняних стандартними CCD-сканерами становить порядку ± 20%, тоді як у CIS-апаратів ця похибка становить ± 40%.

Малюнок 6 - Схематичне представлення CIS-сенсора

CIS-матриця, показана на малюнку 6, складається з світлодіодним лінійки, яка освітлює поверхню сканованого оригіналу, самофокусірующіхся мікролінз і безпосередньо самих сенсорів. Конструкція матриці дуже компактна, таким чином, сканер, в якому використовується контактний сенсор, завжди буде набагато тонше CCD-сканера. Такі апарати мають досить низьке енергоспоживання; вони практично нечутливі до механічних впливів. Але CIS-сканери, як правило, не пристосовані до роботи з слайд-модулями і автоподатчиками документів. Через особливості технології CIS-матриця має порівняно невеликою глибиною різкості. Наприклад, у CCD-сканерів глибина різкості становить ± 30 мм, у CIS - ± 3 мм. У CCD-апарату вся картина буде різкою, оскільки в його конструкції є система дзеркал і фокусуються лінза. Але досить громіздка оптична система не дозволяє CCD-сканера досягти настільки ж компактних розмірів, як у CIS-сканера. Деякі моделі CCD-сканерів для дому та офісу володіють оптичним дозволом порядку 3200 dpi, а у CIS-апаратів оптичне дозвіл обмежено 1200 dpi. Сканери з CIS-матрицею застосовуються там, де потрібна оцифровувати не книжки, а листові оригінали. Ці сканери цілком отримують живлення по шині USB, найбільш вигідні для власників портативних комп'ютерів.

Малюнок 7 - CCD-матриця

На малюнку 7 показано CCD-матриця, яка представляється мікросхемою зі скляним віконцем. Сюди і фокусується відбитий від оригіналу світло. Матриця не припиняє працювати весь той час, поки лафет з скануючою кареткою, що приводиться в рух кроковим електродвигуном, здійснює шлях від початку планшета, до його кінця. Загальна дистанція руху лафета за напрямом "Y" називається частотою семплювання або механічним дозволом сканера. За один крок матриця цілком захоплює горизонтальну лінію планшета, яка називається лінією растру. Після закінчення часу, достатнього для обробки однієї такої лінії, лафет скануючого блоку переміщається на невеликий крок, потім сканується наступна лінія, і т.д.

Рисунок 8 - Вид збоку на CCD-матрицю

На вигляді збоку, зображеному на малюнку 8, можна помітити два звичайних гвинта, за допомогою яких на етапі складання сканера проводилася точна юстирування матриці (зверніть також увагу на П-подібні прорізи в друкованій платі на вигляді зверху), щоб падаючий на неї відбите світло від дзеркал лягав би рівномірно по всій її поверхні. У разі перекосу одного з елементів оптичної системи на відсканованому зображенні з'являться смуги.

Корпус сканера, представлений на малюнку 11, повинен володіти достатньою жорсткістю, щоб виключити можливі перекоси конструкції. Краще всього, якщо основа сканера представляє собою металеве шасі.

Малюнок 10 - Корпус сканера

Корпуси більшості випускаються сьогодні сканерів для дому та офісу, з метою зниження вартості, повністю зроблені з пластмаси. У цьому випадку, необхідну міцність конструкції надають ребра жорсткості.

Рисунок 11 - Розташування основних функціональних вузлів сканера

Важливим елементом корпусу є транспортний фіксатор, показаний на малюнку 12, який вберігає скануючою каретку від пошкоджень при транспортуванні сканера. Необхідно пам'ятати, що перед включенням будь-якого сканера, оснащеного таким фіксатором, треба здійснити його розблокування. В іншому випадку, можна пошкодити механізми апарату.

Корпус апарата повинен бути герметичним, без будь-яких щілин (навіть технологічних). Повинна існувати можливість відділення кришки планшета. Така властивість апарату особливо корисно при скануванні таких оригіналів, як товсті книги або журнали.

Краї планшета повинні мати пологий спуск - це полегшує завдання по швидкому вилученню оригіналу зі скла. Крім того, між склом і планшетом не повинно бути ніякого зазору, який перешкоджав би витяганню оригіналу. Мається розмітка по периметру планшета.

Всі сканери управляються з персонального комп'ютера, до якого вони підключені, а необхідні налаштування перед скануванням задаються в призначеному для користувача вікні керуючої програми. З цієї причини, сканерів для дому та офісу зовсім не обов'язково мати власний блок управління. Проте багато виробників йдуть назустріч самим непідготовленим користувачам, і встановлюють (зазвичай на лицьову панель) кілька кнопок "швидкого сканування".

Малюнок 13 - Кнопки швидкого сканування

На малюнку 13 видно, що кожній кнопці відповідає певний значок. Типові функції швидкого старту зазвичай мають на увазі запуск стандартної операції сканування, з виведенням на принтер, з подальшою відправкою по електронній пошті, по факсу і т.п. Для тієї чи іншої кнопки задані конкретні параметри якості сканування. Натискання на ту чи іншу кнопку спочатку призводить до запуску на комп'ютері програми (якщо таких декілька), що відповідає за спричинюється операцію. Далеко не всі SOHO-сканери забезпечені власним блоком управління, а в професійних апаратах такі елементи відсутні.

Абсолютно в кожному сканері використовується свій освітлювач. Так називається невеликий і потужний модуль, у завдання якого входить включення і виключення лампи сканера (або того, що цю лампу замінює). У CIS-сканерах в якості джерел світла застосовують світлодіодну лінійку, за рахунок чого даний клас апаратів споживає так мало енергії.

У CCD-сканерах оригінали стандартно висвітлює люмінесцентна лампа з холодним катодом. Її світло в тисячі разів яскравіше світлодіодів. Але для того щоб викликати світіння газу усередині лампи потрібно подати на її вхід дуже висока напруга. Його виробляє окремий блок, показаний на малюнку 14, званий інвертором.

Малюнок 14 - Високовольтний модуль (необхідний для живлення лампи)

Інвертор підвищує напругу з п'яти Вольт до декількох кіловольт, а також перетворює постійний струм у змінний.

Взагалі розрізняють три головних види ламп, що використовуються в сканерах:

• Ксенонова газорозрядна лампа (Xenon Gas Discharge);

• Флуоресцентна лампа з гарячим катодом (Hot Cathode Fluorescent);

• Флуоресцентна лампа з холодним катодом (Cold Cathode Fluorescent)

Однак у сканерах для дому та офісу з ряду причин використовуються лише лампи з холодним катодом.

Лампа сканера, показана на малюнку 15, закріплена на пластмасовому шасі скануючої каретки безпосередньо над відбивачем. Сам відбивач має форму рефлектора (ефективного "збирача" і відбивача світла) у формі збільшувального дзеркала. Світло від нього посилюється, щоб яскраво освітити об'єкт на планшеті. Відбившись від оригіналу на склі, світло проходить крізь щілину шасі (на малюнку її контур виділений блакитним кольором) і приймається першим, найдовшим дзеркалом оптичної системи.

Малюнок 15 - Лампа з холодним катодом

Серед очевидних переваг лампи з холодним катодом можна відзначити великий термін служби, який становить 5 000 - 10 000 годин. З цієї причини в деяких сканерах не використовуються відключення лампи після завершення операції сканування. Крім цього, лампи не вимагають якогось додаткового охолодження і дуже дешеві при виробництві. З недоліків - дуже повільне включення. Типове час розігріву лампи від 30 секунд до декількох хвилин.

Лампа надає важливе вплив на результат сканування. Навіть при невеликому догляді характеристик джерела світла змінюється і падаючий на приймальну матрицю відбитий від оригіналу світловий потік. Почасти тому і потрібно настільки тривалий час розігріву лампи перед скануванням. Деякі драйвери дозволяють зменшити час розігріву, якщо якість оцифровки не так важливо (наприклад, при скануванні текстової інформації). Щоб якось компенсувати відхід характеристик лампи (а це неминуче відбувається при тривалій експлуатації апарату), сканери автоматично виконують процедуру самокалібрування по чорно-білій мішені, що розташовується всередині корпусу.

Аналого-цифровий перетворювач займається перекладом аналогових сигналів в цифрову форму. На його вхід подається певна напруга з матриці, а на виході створюється його двійковий код.

Подамо, наприклад, на вхід перетворювача 4 Вольта, потім 9 Вольт. На його виході з'являться наступні варіації чисел: спочатку 00000100, потім 00001001. У двійковому коді це цифри 4 і 9. Кількість же нулів і одиниць, якими АЦП висловлює виміряне значення - це його розрядність, яка вимірюється в бітах. Такий параметр, як розрядність перетворювача вкрай важливий для сканера, адже він характеризує точність вимірювання вхідного сигналу.

Теоретично завжди краще сканер, у якого розрядність більше. У домашній практиці відмінності між результатами роботи 36-ти і 42-х-бітних сканерів практично непомітні (людське око здатне розрізнити приблизно 24 біта колірних відтінків, тобто близько 16,7 млн.).

Сучасні сканери оснащують спеціалізованими процесорами. У число завдань такого процесора входить узгодження дій всіх ланцюгів і вузлів, а також формування даних про зображення для передачі персонального комп'ютера. У деяких моделях сканерів на процесор покладаються також функції контролера інтерфейсу.

Список програмних інструкцій для процесора зберігається в мікросхемі постійної пам'яті. Дані в цю мікросхему записуються виробником сканера на етапі виробництва. Вміст мікросхеми називається "мікропрограмою" або "firmware". У деяких професійних сканерів передбачена можливість її оновлення, але в недорогих моделях для дому та офісу це звичайно не потрібно.

Крім мікросхеми постійної пам'яті в сканерах використовується і оперативна пам'ять, яка відіграє роль буфера (її типові значення - 1 або 2 Мбайт). Сюди прямує сканована інформація, яка практично відразу передається на ПК. Після відправки вмісту з пам'яті персонального комп'ютера, процесор обнуляє буфер для формування нової посилки. Інструкції для процесора також заносяться в осередки оперативної пам'яті, але вже самого процесора (для цього він оснащений декількома кілобайтами власної оперативної пам'яті). Організація його пам'яті побудована за принципом конвеєра, тобто після виконання інструкції, що стоїть у черзі першою, її місце займає друга, а місце останньої - нова інструкція.

За обмін інформацією та командами між сканером і комп'ютером відповідає контролер інтерфейсу. Дана мікросхема може бути відсутнім в тому випадку, якщо процесор своєму розпорядженні інтегрованим модулем контролера. Сьогоднішній асортимент SOHO-сканерів огранивать інтерфейсами USB, FireWire і SCSI, що знаходяться на інтерфейсній платі, зображеної на малюнку 11. В апаратах з різними інтерфейсами встановлені такі ж різні контролери. Між собою вони не сумісні.

Основний рухливий модуль сканера - його скануюча каретка. У неї входять оптичний блок, з системою лінз і дзеркал, світлочутлива матриця, лампа з холодним катодом (якщо це CCD-сканер) і плата інвертора. До скануючої каретці жорстко закріплений зубчастий протяжний ремінь, зображений на малюнку 11, який приводить в рух кроковий двигун апарату.

За щільний контакт ременя з шестерінками відповідає спеціальна натяжна пружина, яка одягається безпосередньо на нього. Лафет з скануючою кареткою, зображений на малюнку 20, переміщається по напрямних санчатах, вздовж корпусу апарату.

Кроковий електродвигун (Step Motor), зображений на малюнку 11, може повертати шпиндель в обидві сторони зовсім невеликими кроками. Через цю особливість завжди є можливість перемістити каретку сканера на строго певну відстань.

Такий двигун є в кожному планшетному сканері. Він обертає редуктор (шестерінки, зображені на малюнку 18) і приводить в рух каретку, в якій поміщений оптичний блок, лампа і матриця. За вибір напрямку і швидкості обертання відповідає спеціальна мікросхема - контролер двигуна. Точність переміщення каретки називають механічним дозволом за напрямом "Y" (Y-direction)

Оптичний дозвіл визначається числом елементів лінії матриці, поділене на ширину робочої області. Механічне - число кроків скануючої каретки по напрямку руху Y. У специфікаціях до сканерів можна зустріти позначення, типу, "600х1200". Тут друга цифра і є механічний дозвіл, тоді як перша характеризує оптичний дозвіл сканера. Розрізняють також інтерпольоване дозвіл, який іноді на кілька порядків більше значень оптичного, але ніяк не залежить від фізичного оснащення апарату. Функції інтерполяції (збільшення оригінального зображення) виконує програмне забезпечення сканера.

Домашні або офісні сканери споживають не надто багато енергії від мережі. Внутрішній блок живлення сканера, зображений на малюнку 21, видає напруги 24 Вольт / 0.69 А, 12 Вольт / 0.15 А та 5 Вольт / 1 А. Т.к. для джерела світла - лампи з холодним катодом, потрібна висока напруга в кілька кіловольт, за її харчування відповідає окремий блок, який описаний вище.

Для багатьох планшетних сканерів випускаються супутні додаткові пристосування, в більшості випадків купуються окремо. З таких можна відзначити автоподатчик документів і адаптер для сканування прозорих оригіналів (слайд-адаптер).

Малюнок 22 - (представляє собою громіздку конструкцію)

випадках, коли доводиться сканувати безліч друкованих аркушів стандартного формату. Упевнитися, що до вашого сканера можна підключити автоподатчик досить просто. Для цього можна просто поглянути на панель підключень і переконатися в наявності гнізда ADF (Automatic Document Feeder). Автоподатчик документів завжди "прив'язаний" до конкретної моделі сканера, або до серії моделей. Універсального податчика не існує! Причина полягає в тому, що даний пристрій управляється за інтерфейсної плати сканера. Робота пристрою подачі неможлива за відсутності зв'язку зі сканером.

Працює автоподатчик наступним чином. Після етапу автокалібровки та перевірки готовності сканер позиціонує каретку, зображену на малюнку 23, перед прозорим вікном автоподатчика. Потім, з його вхідного лотка почергово забираються листові оригінали, і при проході через зазначене вікно вони оцифровуються.

Слайд-адаптер являє собою додаткове пристосування, призначене для оцифровки прозорих оригіналів (плівок, слайдів і негативів). Існують два типи таких адаптерів: пасивний, який використовує лампу сканера, і активний, що просвічує прозорий оригінал власної лампою.

У пасивного слайд-адаптера інтенсивність світлового потоку нижче, ніж у активного адаптера. Відповідно, нижче і якість відсканованих зображень, яке цілком прийнятно, наприклад, для Web. Пасивні слайд-адаптери також відрізняються невисокою ціною.