Układ optyczny

Układ optyczny (Optical System) w kontekście skanerów płaskich i tradycyjnych kserokopiarek analogowych jest zestawem luster i soczewek, którego zadaniem jest zbieranie światła odbitego od skanowanego dokumentu fizycznego i kierowanie go do czujnika obrazu (lub bezpośrednio na bęben światłoczuły w kserokopiarkach analogowych). Układ optyczny pełni kluczową rolę w procesie pozyskiwania obrazu i ma bezpośredni wpływ na jakość zeskanowanej lub skopiowanej treści.

Działanie układu optycznego jest ściśle powiązane z lampą naświetlającą. Gdy lampa oświetla dokument umieszczony na szybie ekspozycyjnej, światło jest odbijane od powierzchni dokumentu. To właśnie to odbite światło, niosące informację o jasności i kolorze poszczególnych punktów dokumentu, jest przechwytywane przez układ optyczny.

W typowym skanerze płaskim z technologią CCD (Charge-Coupled Device), układ optyczny składa się z:

1. Luster: zazwyczaj są to dwa lub trzy lustra. Pierwsze lustro odbija światło odbite od dokumentu w kierunku drugiego lustra, drugie lustro odbija je w kierunku trzeciego (jeśli występuje), a trzecie kieruje je w kierunku soczewki. Zastosowanie luster jest niezbędne, ponieważ czujnik obrazu (linijka CCD) jest zazwyczaj umieszczony prostopadle do kierunku ruchu głowicy skanującej, a lustra pozwalają na “zagięcie” ścieżki światła i doprowadzenie go do czujnika, gdy głowica skanująca przesuwa się wzdłuż dokumentu. Lustra muszą być czyste i precyzyjnie ustawione, ponieważ wszelkie zabrudzenia lub przesunięcia mogą prowadzić do defektów na skanach (np. linie, smugi).
2. Soczewki (Lens): znajduje się zazwyczaj za ostatnim lustrem, tuż przed czujnikiem obrazu. Rolą soczewki jest skupienie (zbieranie) światła odbitego od dokumentu i rzutowanie (skalowanie) tego światła na powierzchnię czujnika obrazu (linijki CCD). Soczewka zmniejsza obraz fragmentu dokumentu, tak aby pasował do rozmiaru linijki czujnika CCD. Jakość i właściwości optyczne soczewki mają bezpośredni wpływ na ostrość i geometrię zeskanowanego obrazu.

W starszych kserokopiarkach analogowych, układ optyczny z lustrami i soczewkami pełnił bardzo podobną rolę, z tą różnicą, że światło odbite od dokumentu było kierowane bezpośrednio na bęben światłoczuły, tworząc na nim utajony obraz elektrostatyczny. Zestaw luster i soczewek przesuwał się wzdłuż szyby w trakcie kopiowania, a soczewka często miała możliwość zmiany ogniskowej w celu powiększania lub pomniejszania kopii w stosunku do oryginału.

W skanerach wykorzystujących technologię CIS (Contact Image Sensor), układ optyczny jest znacznie uproszczony lub praktycznie nie istnieje w tradycyjnym rozumieniu (luster i soczewek). Czujnik CIS to linijka światłoczuła umieszczona bardzo blisko szyby, a zamiast skomplikowanego układu luster i soczewki, zastosowane są diody LED do oświetlenia i proste soczewki walcowe lub światłowody, które kierują światło bezpośrednio na czujnik bez potrzeby “zaginania” ścieżki światła na dużą odległość. Skanery CIS są dzięki temu mniejsze i zużywają mniej energii, ale mogą mieć nieco gorszą głębię ostrości (problemy ze skanowaniem pofalowanych dokumentów lub książek z wklęsłym grzbietem).

Czystość luster i soczewek w układzie optycznym jest krytyczna. Kurz, odciski palców lub inne zanieczyszczenia na tych elementach mogą powodować smugi, plamy, zaciemnienia lub inne defekty na zeskanowanych lub skopiowanych obrazach. Z tego powodu, układ optyczny jest zazwyczaj umieszczony wewnątrz szczelnej obudowy skanera.