JP2000059566A - 光電式撮像装置 - Google Patents
光電式撮像装置Info
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Abstract
起こされる走査線ドリフトを補償する。 【解決手段】光電式撮像装置の中に走査線ドリフト補償
機構(100)を設ける。走査線ドリフト補償機構(100)は、
光電式撮像装置(10)の光学系(40)に含まれるミラーのよ
うな光学成分(46、48)の少なくとも1つと接触するよう
に位置付けることができる。走査線ドリフト補償機構(1
00)は、それぞれが異なる熱膨張係数をもつ2つの部材
(110、160)から形成される。走査線ドリフト補償機構(1
00)は、温度変化に応じてミラー(46、48)に力を加える
ことによりそれを回転させて、走査線を所望の方向にド
リフトさせる。それによって光センサ・アセンブリ(32)
に対象物(16)の像を合焦させることができる。
Description
像装置に関し、特に、光電式撮像装置内の温度誘起の走
査線ドリフトを補償する方法および装置に関する。
れており、例えば印刷されたテキストのページのような
対象物の画像を表わす機械可読なデータを生成する。そ
のような光電式撮像装置の例として、テレファックス
機、写真複写機、および光学走査装置などがある。
査される対象物との間に相対的な運動を生じさせ、対象
物の狭い「走査線」部分を線形光センサ・アレイ上に順
次に合焦させることによって対象物を撮像するラインフ
ォーカス(line-focus)・システムを使用する。
明される線対象物からの光ビームは、レンズによって、
線対象物から遠く離れて位置付けられた線形光センサ・
アレイ上に結像される。線形光センサ・アレイは、線対
象物上の小さい面積領域に対応する光電素子(photoelem
ents)の一次元アレイである。線対象物上のこれら小さ
い面積領域は、通常「ピクチャ要素」または「画素(ピ
クセル)」と呼ばれる。線対象物上のその対応する画素
領域からの光に応じて、線形光センサ・アレイ内のそれ
ぞれの光センサ画素要素(単に「画素(ピクセル)」とも
呼ばれる)は、サンプリング間隔として知られる直前の
時間間隔の間に受ける光の強さを表すデータ信号を生成
する。光電素子データ信号は全て、適切なデータ処理シ
ステムによって受信され、処理される。
は、多数の光センサ・アレイを使用して対応する数の個
々のカラー成分を取得することができる。それぞれの光
センサ・アレイを使用して、個別のカラー成分(典型的
に赤、緑、および青成分)を取得することができる。多
くのカラー・ラインフォーカス・システムは、複数の光
センサを使用し、それらの各々は、それに関連する異な
るカラー・フィルタをもつ。このように、それぞれの光
センサは、単色成分(例えば赤、緑、および青)に対応す
るカラーデータを取得することができる。
は、撮像光ビームをカラー成分ビームにスペクトルで分
離するビームスプリッタ装置を使用する。これら個々の
カラー成分ビームは、個々の線形光センサ・アレイ上に
投射される。さらに他のカラー・ラインフォーカス・シ
ステムは、カラー成分画像を、1つの線形アレイ上に一
連の個別の走査パスで投射する。
ンサ・アレイを使用するカラー・ラインフォーカス・シ
ステムの構造および動作は、以下の明細書の中に開示さ
れている。Steinle他の米国特許第5,410,347号「COLOR
OPTICAL SCANNER WITH IMAGEREGISTRATION HOLDING ASS
EMBLY」、Vincent他の米国特許第4,870,268号「COLOR C
OMBINER AND SEPARATOR AND IMPLEMENTATIONS」、Boyd
の米国特許第4,926,041号「OPTICAL SCANNER」(および
対応するヨーロッパ(EPO)特許出願第90306876.5号、6/2
2/90出願)、Boyd他の米国特許第5,019,703号「OPTICAL
SCANNER WITH MIRROR MOUNTED OCCLUDING APERTURE OR
FILTER」(および対応するヨーロッパ特許出願第9031289
3.2号、11/27/90出願)、Steinleの米国特許第5,032,004
号「BEAMSPLITTER APPARATUS WITH ADJUSTABLE IMAGE F
OCUS AND REGISTRATION」(および対応するヨーロッパ特
許出願第91304185.1号、5/9/91出願)、Steinleの米国特
許第5,044,727号「BEAM SPLITTER/COMBINER APPARATU
S」(および対応するヨーロッパ特許出願第91303860.3
号、4/29/91出願)、Steinleの米国特許第5,040,872号
「BEAM SPLITTER/COMBINER WITH PATH LENGTH COMPENSA
TOR」(および対応するヨーロッパ特許出願第90124279.2
号、12/14/90出願、既に放棄された)、Elder,Jr他の米
国特許第5,227,620号の「APPARATUS FOR ASSEMBLING CO
MPONENTS OF COLOROPTICAL SCANNERS」(および対応する
ヨーロッパ特許出願第91304403.8号、5/16/91出願)、お
よびSteinle他の米国特許第5,646,394号「IMAGING DEVI
CE WITH BEAM STEERING CAPABILITY」。これらは、その
明細書に開示される全てについて参照によって取り入れ
られる。
カス・システムは、例えばテキストのページのような走
査される対象物を横切って手で動かされる光電式撮像装
置である。ハンドヘルドのラインフォーカス・システム
のための光学系は、ハンドヘルド走査装置の比較的小さ
いサイズのため概して非常にコンパクトである。
ムの構造および動作は、Kochis他の米国特許第5,381,02
0号「HAND-HELD OPTICAL SCANNER WITH ONBOARD BATTER
Y RECHARGING ASSEMBLY」、およびMcConica他の米国特
許第5,306,908号「MANUALLY OPERATED HAND-HELD OPTIC
AL SCANNER WITH TACTILE SPEED CONTROL ASSEMBLY」
(および対応するヨーロッパ特許出願第94301507.3号、3
/2/94出願)、ならびに、Ronald K. Kerschner他の米国
特許出願第08/601,276号「HAND-HELD SCANNING DEVIC
E」(1996年1月29日出願)、およびRonald K. Kerschner
他の米国特許出願第08/592,904号「SCANNING DEVICE WI
TH NON-CONTACT OPTICAL COMPONENTS」(1996年1月29日
出願)、の明細書に開示されており、これらは全て、そ
こに開示される全てについて参照によって取り入れられ
る。
たようなレンズを含む光学成分が、概して、撮像される
対象物と線形光センサ・アレイのような光電式検知装置
の間に配置される。光学成分は、撮像されている対象物
の走査線領域からの光ビームを線形光センサ・アレイ上
に方向付け、合焦させる働きをする。
ンサ・アレイと共に、走査される対象物と相対的に運動
することができるハウジング内にマウントされる。一般
にハウジングは、光ビームがハウジングに入って、その
中に収容された光学成分に当たることを可能にする細長
い開口またはスロットを含む。光ビームがハウジングの
中へ遮られずに進入することを許すため、スロットの幅
は、それがハウジングに入るところで少なくとも光ビー
ムと同じ広さでなければならない。しかし、スロットの
幅は、概して、動作中に起こりうる走査線のいかなるド
リフトにも対処するよう大きく形成しなければならな
い。
および光センサのような成分は、一般に、例えばプラス
チック材料から形成することができるハウジングに取り
付けられる。このプラスチック材料は、多くの場合、比
較的高い熱膨張係数をもつ。すなわち、温度の上昇は、
材料を比較的大きく膨張させ、温度の低下は、材料を比
較的大きく収縮させる。分かるように、この膨張および
収縮は、相対運動する(reciprocal)ハウジング内に収容
される例えばミラー、レンズ、および光センサのような
多様な成分間の相対的な運動を生じさせる。この相対的
な運動は、光ビームを、従って走査線をドリフトさせ
る。上で示したように、ハウジングのスロットは、この
走査線ドリフトに対処するよう十分に大きくなければな
らない。走査線がスロットの端を越えてドリフトする場
合、光学成分は、線形光センサ・アレイ上に、対象物の
どの部分も結像することができなくなる。
にわたって動作するように設計される。それゆえ、典型
的な光電式撮像装置のスロットは、温度のこの動作範囲
にわたって生じる走査線ドリフトに対処するよう十分に
広く作られなければならない。しかし、広いスロットを
設けることは、いくつかの理由で不利である。1つの理
由は、広いスロットが迷光をハウジングに入れさせるこ
とである。この迷光は、汚染に対する感度を増大させた
り、ダイナミックレンジを制限するというような多様な
光学的問題をもたらす。さらに広いスロットの使用は、
ハウジング内で使用することができるカラー分解方法の
タイプを制限する。例えば3色ビームスプリッタ構成
は、実際上、大きいスロットと共に使用することができ
ない。
査線ドリフトに関連する上述の問題を克服する光電式撮
像装置を提供することが望ましい。
装置の中で、温度誘起の走査線ドリフトを補償するため
の方法および装置を目的とする。走査線ドリフト補償機
構は、光電式撮像装置の光学系の中に含まれるミラーの
ような光学成分の少なくとも1つと接触させて配置する
ことができる。走査線ドリフト補償機構は、それぞれが
異なる熱膨張係数をもつ2つの部材から形成することが
できる。このように、走査線ドリフト補償機構は、温度
変化に応じて光学成分上に力を及ぼすことができる。
力は、ミラーを回転させ、光学経路(optical path)を適
切なアラインメントに調節する。走査線ドリフト補償機
構は、特定の光電式撮像装置が示す温度誘起の走査線ド
リフトの量を打ち消すように構成することができる。こ
のようにして、走査線ドリフト補償機構は、温度誘起の
走査線ドリフトを補償することができ、従って、光電式
撮像装置の動作環境の温度変化にもかかわらず、光学経
路を実質的なアラインメントに維持することができる。
これは、光電式撮像装置のハウジング内でスロットを小
さく作ることを可能にして、前述した問題を排除するこ
とができる。
うに、1つの光学成分と接触することができる。この場
合、走査線ドリフト機構の反対側の端部は、光電式撮像
装置の光学成分を含むハウジングに堅固に(rigidly)取
り付けることができる。
成分が両方とも調節されるように、走査線ドリフト機構
を2つの光学成分の間に位置付けることもできる。この
場合、走査線ドリフト機構は、例えばその中心で光電式
撮像装置ハウジングに堅固に取り付けることができる。
選択として、走査線ドリフト機構は、2つの光学成分の
間で浮動することができ、例えばブラケットのみで保持
することができる。
される対象物16を表わす機械可読なデータを生成するた
めの光電式撮像装置10を示す。光電式撮像装置は、光セ
ンサ・アセンブリ32、対象物16と光センサ・アセンブリ
32の間に延びる光経路(light path)60、光経路60に沿っ
て位置付けられた光学成分46、48、およびその光学成分
46、48と接触する光学成分変位装置100を含むことがで
きる。光学成分変位装置100は、第1の熱膨張係数をも
つ第1部材110、および第2の熱膨張係数をもつ第2部
材160を含むことができる。第1の熱膨張係数は、第2
の熱膨張係数と異なる。
れる対象物16を表わす機械可読なデータを生成するため
の光電式撮像装置10を示す。光電式撮像装置10は、光セ
ンサ・アセンブリ32、および対象物16と光センサ・アセ
ンブリ32の間に延びる光経路60に沿って位置付けられた
光学成分46、48を含むことができる。光学成分46、48
は、第1面53、56および反対側に位置する第2面52、55
を含む。さらに光電式撮像装置10は、光学成分46、48の
第1面53、56と接触する第1の熱膨張係数をもつ第1部
材110、および光学成分46、48の第1面53、56と接触す
る第2の熱膨張係数をもつ第2部材160を含むことがで
きる。第1の熱膨張係数は、第2の熱膨張係数と異な
る。
撮像装置10内の光ビーム60のアラインメントを改善する
ための方法を図示する。この方法は、光電式撮像装置10
内に光センサ・アレイ34を用意するステップと、光電式
撮像装置10内に撮像サブアセンブリ40を用意するステッ
プと、撮像サブアセンブリ40内に光学成分46、48を用意
するステップと、光学成分46、48と接触する光学成分変
位装置100を用意するステップと、撮像サブアセンブリ4
0を用いて、光電式撮像装置10によって撮像される対象
物16の一部からの光ビーム60を、光センサ・アレイ34に
方向付けるステップと、温度の変化に応じて、光学成分
変位装置100によって光学成分46、48に力を加えること
により、光センサ・アレイ34との光ビーム60のアライン
メントを改善するステップとを含む。
たが、それらをここでより詳しく説明する。
電式撮像装置10を概略で示す。光電式撮像装置10は、透
光性プラテン12、およびプラテン12の下で例えば図1の
矢印14で示される方向に往復運動可能なタイプである相
対運動する走査キャリッジ30を含むことができる。走査
キャリッジ30は、例えば図6の本体部分78およびカバー
部材80を含むことができる。
ュメントのような撮像される対象物16は、プラテン12上
に下向きに置くことができる。走査キャリッジ30は、光
センサ・パッケージ32を含むことができる。光センサ・
パッケージ32は、例えばCCD装置のような光センサ装置3
4を含むことができる。さらに走査キャリッジ30は、対
象物16の走査線画像76を光センサ装置34上に合焦させる
ように構成される光学アセンブリ40を含むことができ
る。このように、走査キャリッジ30がプラテン12の下で
動くとき、対象物16の連続する走査線画像は、光センサ
装置34によって得ることができる。これらの連続する走
査線画像を結合することによって、対象物16を表わす完
全な画像を得ることができる。
センブリ40は、個々のミラー44、46および48のような複
数のミラー42、およびレンズ50を含むことができる。ミ
ラー42は、比較的コンパクトな構成の中で必要な光路長
(optical path length)を提供するため、光学経路60を
複数のセグメントに折り曲げる働きをする。具体的に
は、光学経路60は、走査線76とミラー44の間に位置する
第1セグメント62、ミラー44とミラー46の間に位置する
第2セグメント64、ミラー46とミラー48の間に位置する
第3セグメント66、ミラー48とミラー46の間に位置する
第4セグメント68、ミラー46とミラー48の間に位置する
第5セグメント70、およびミラー48とレンズ50の間に位
置する第6セグメント72に折り曲げられる。光学経路60
の第7セグメント74は、図示されるようにレンズ50と光
センサ34の間に延びる。
経路60がそれぞれのミラー46および48によって2度反射
される点で「2度はね返り(double bounce)」光学アセ
ンブリであることに注意する。そのような2度はね返り
システムは、光学経路60のコンパクトさを高め、従って
走査キャリッジ30の全体の構成を向上させる。
で概略で示されるスロットを含むことができる。スロッ
ト36は、光学経路60がハウジングに入ることを可能にす
る走査キャリッジ30の上壁の中の細長い開口である。光
学経路60が走査キャリッジ30の中へ遮られずに進入する
ことを許すため、スロット36の幅「a」は、それがハウ
ジングに入るところで光学経路60と少なくとも同じ広さ
でなければならない。幅「a」は、一般に、さらに詳し
く述べるように動作中に起こりうる走査線のいかなるド
リフトにも対処するように大きく形成しなければならな
い。
40および光センサ・パッケージ32は、走査線76が例えば
摂氏22度の公称の動作温度でスロット36の中央にくるよ
うに調整される。しかしスロット36は、光電式撮像装置
10について指定される動作温度範囲にわたって生じる温
度変動によって引き起こされる走査線ドリフトに対処す
るように十分に広く作らなければならない。
および光センサ・パッケージ32のような成分は、相対運
動する走査キャリッジ30に取り付けられる。例えばミラ
ー46に関して、ミラー46の前面53は、図示しないハウジ
ングの第1部分にもたれかけて位置付けることができ
る。ばね54は、走査キャリッジ30の第2部分86(図5)と
ミラー46の後面52の間に位置付けることができ、従って
ミラー46をハウジングの第1部分の方に押して、ミラー
46の前面53をハウジングの第1部分に対して確実に保持
する。
56は、図示しないハウジングの第3部分にもたれかけて
位置付けることができる。ばね57は、走査キャリッジ30
の第4部分88(図5)とミラー48の後面55の間に位置付け
ることができ、従ってミラー48をハウジングの第3部分
の方へ押して、ミラー46の前面56をハウジングの第3部
分に対して確実に保持する。
の間、およびミラー48の前面56とハウジングの第3部分
の間の上述の接触は、ハウジングの残りの部分と相対的
に、また、相互に特定の位置でミラー46および48を割り
出す(index)働きをする。
材料で形成することができる。このプラスチック材料
は、多くの場合、比較的高い熱膨張係数をもつ。すなわ
ち、温度上昇は、材料を比較的大きく膨張させ、温度低
下は、材料を比較的大きく収縮させる。分かるように、
この膨張および収縮は、上述したようにハウジングに割
り出されるミラー46と48の間、および、相対運動するハ
ウジング30内に位置付けられた成分間(例えばミラー4
4、レンズ50、光センサ・パッケージ32、およびスロッ
ト36)の相対的な運動を引き起こすことがある。この相
対的な運動は、図1の矢印18および20で示される方向に
走査線76をドリフトさせる。具体的に言うと、例えば温
度上昇は、走査線76を方向18にドリフトさせ、温度低下
は、走査線を方向20にドリフトさせることがある。上で
示したように、走査線がスロットの端を越えてドリフト
する場合、光学アセンブリ40は、光センサ装置34上に対
象物16のどの部分も結像することができなくなるので、
スロット36は、この走査線ドリフトに対処するように十
分大きくなければならない。
センブリ40によって光センサ装置34上に結像される対象
物16上の線をいうことに注意する。例えば光センサ装置
34が、温度変化のため(図1に見られるように)光学アセ
ンブリ40と相対的に上下動する場合、それに応じて走査
線76の位置がシフトすることが分かるであろう。
にわたって動作するように設計される。それゆえ、典型
的な光電式撮像装置のスロットは、この動作温度範囲に
わたって生じる走査線ドリフトに対処するように十分に
広く作らなければならない。走査線76は、例えば摂氏約
5度から摂氏約40度の温度範囲にわたって約0.95mmの全
ドリフトを示すことがあることが分かった。
くつかの理由で不利である。広いスロットは、迷光が走
査キャリッジ30に入ることを許す。この迷光は、例えば
汚染に対する感度を増大させ、ダイナミックレンジを制
限するというような多様な光学上の問題を引き起こす。
広いスロットの使用は、ハウジング内で使用することが
できるカラー分解方法のタイプも制限する。例えば、3
色ビームスプリッタ構成は、実際上、大きいスロットに
共に使用することができない。
リフトの量を排除し、または低減して、光電式撮像装置
内のスロットの幅の低減を可能にすることが望ましい。
明するように、温度誘起の走査線ドリフトを補償する走
査線ドリフト補償機構100を示す。
は、第1および第2部材110、160を含むことができる。
補償機構の第1部材110は、実質的に「L」字型であり、
図示されるように、プレート部分120が、「L」字の長い
方の脚を形成し、フランジ部分140が、「L」字の短い方
の脚を形成する。第1部材のフランジ部分140は、第1
面142、および第1面142と反対側に位置する第2面144
をもつことができる。図2および図3に示されるよう
に、孔146が、面142と144の間のフランジ部分140を通り
抜けることができる。孔146は、例えば約0.125インチの
直径をもつ円形でありえる。第1部材のフランジ部分14
0は、図2の長さ「b」、図3の幅「c」、および厚さ
「d」をもつことができる。
のフランジ部分140と一体的に形成することができ、例
えば第1部材のフランジ部分140に関して実質的に直角
に構成することができる。プレート部分120は、例えば
図2に示すような第1および第2の接触突出部122、124
を含むことができる。接触突出部122、124は、図2に示
すように距離「e」の間隔をあけられる。第1部材のプ
レート部分120は、図3の高さ「f」、および上述した第
1部材のフランジ部分140と同じ寸法でありうる厚さ
「g」をもつことができる。
機構の第1部材100と実質的に同様の構成をもつことが
できる。具体的には、補償機構の第2部材160は、実質
的に「L」字型であり、図2および図3に示すように、
プレート部分170が、「L」字の長い方の脚を形成し、フ
ランジ部分190が、「L」字の短い方の脚を形成する。第
2部材のフランジ部分190は、第1面192、および第1面
192の反対側に位置する第2面194をもつことができる。
孔196は、図示するように面192および194の間のフラン
ジ部分190を通り抜けることができる。孔196は、例えば
約0.125のインチの直径をもつ円形でありえる。第2部
材のフランジ部分190は、前述した第1部材のフランジ
部分140の長さ「b」と等しい長さをもつことができる。
第2部材のフランジ部分190は、図3の第1部材のフラ
ンジ部分140の幅「c」および厚さ「d」と等しい幅およ
び厚さをもつことができる。
のフランジ部分190と一体的に形成することができ、例
えば上述した第2部材のフランジ部分190に関して実質
的に直角に構成することができる。プレート部分170
は、例えば図2に示すように、第1および第2の接触突
出部172、174を含むことができる。接触突出部172、174
は、図2に示されるように距離「i」の間隔をあけられ
る。第2部材のプレート部分170は、図3の上述した第
1部材のプレート部分120の高さ「f」と等しい高さをも
つことができる。第2部材プレート部分170は、前述し
た第1部材のプレート部分120の厚さ「g」と等しい厚さ
をもつことができる。
100の第1および第2部材110、160は、異なる熱膨張係
数をもつ材料から形成することができる。具体的には、
第1部材110は、例えば、第2部材160を形成する材料と
比べて低い熱膨張係数をもつ材料から形成することがで
きる。第1部材110は、例えば、11.3x10-6メートル/メ
ートル・摂氏温度(meter/meter degree Celsius)の熱膨
張係数をもつスチールから形成することができる。第2
部材160は、例えば、24.3x10-6メートル/メートル・摂
氏温度の熱膨張係数をもつアルミニウムから形成するこ
とができる。
される走査線ドリフト補償機構100を図示する。図4を
参照して、走査線ドリフト補償機構は、ミラー46と48の
間に設置することができる。このように設置されると
き、補償機構の第1部材の接触突出部122は、ミラー48
の前面56の上部と接触し、補償機構の第1部材の接触突
出部124は、ミラー46の前面53の上部と接触する。同様
に、補償機構の第2部材の接触突出部172は、ミラー48
の前面56の下部と接触し、補償機構の第2部材の接触突
出部174は、ミラー46の前面53の下部と接触する。
うに設置されると、ミラー46の前面53およびミラー48の
前面56は、前述した第1および第3ハウジング部分では
なく、接触突出部124、174および122、172に対しそれぞ
れ割り出される。
らに詳しく述べるように、孔146、196を通して走査キャ
リッジ30にマウントすることができる。このようにマウ
ントされるとき、走査線ドリフト補償機構は、ここでさ
らに詳しく述べるように、温度誘起の走査線ドリフトを
補償するように動作する。
すると、走査線は、例えば図1および図4に示される中
央に位置決めされた状態から離れて方向18にドリフトす
ることがある。この温度誘起のドリフトは、走査キャリ
ッジ30内の熱膨張に起因し、光学アセンブリ40の成分間
の相対的な運動を生じさせる。しかし、再び図4を参照
して、そのような温度上昇は、走査線ドリフト補償機構
の第2部材160を、第1部材110よりもかなり膨張させ
る。これは、前述したように、走査線ドリフト補償の第
1部材110を第2部材160より比較的低い熱膨張係数をも
つ材料から形成することができるからである。
部材110、160の長さ「e」および「i」は、それぞれ前述
したように、例えば摂氏22度の公称の温度で等しくなる
ように選択することができ、それによってミラー46、48
は、その公称の温度で実質的に平行になることに注意す
る。しかし、第1および第2部材は、異なる熱膨張係数
をもつ材料から形成されるので、上述した公称の温度か
らの温度変化は、結果的に長さ「e」および「i」を相違
させ、従ってミラー46、48は平行でない構成を示すよう
になる。従って、図2の第1部材110の長さ「e」および
第2部材160の長さ「i」は、公称の温度で等しくなるよ
うに選ぶことができるが、公称の温度よりも温度が上昇
すると、結果として長さ「i」は、長さ「e」よりも長く
なる。
上昇時に部材110に対して部材160の方が長くなると、結
果として、ミラー46の概して逆時計回りの回転200、お
よびミラー48の概して時計回りの回転202を生じさせ
る。ミラー46および48のこの回転は、走査線76を方向20
に移動させる傾向を与え、従って前述したように反対方
向18に引き起こされる走査線ドリフトを補償する。
の低下は、例えば図1および図4に図示される中央に位
置決めされた状態から離れて方向20に走査線76をドリフ
トさせることがある。この温度誘起のドリフトは、走査
キャリッジ30内の熱収縮に起因し、それは光学アセンブ
リ40の成分間の相対的な運動を生じさせる。しかし、再
び図4を参照して、そのような温度低下は、走査線ドリ
フト補償機構の第2部材160を第1部材110よりも大きく
収縮させる。前述したように、これは、走査線ドリフト
補償の第1部材110を第2部材160よりも比較的低い熱膨
張係数をもつ材料から形成することができるからであ
る。
低下時に部材110と相対的に部材160が収縮すると、結果
として、図4に見られるようにミラー46の概して時計回
り(すなわち矢印200と反対の方向)の回転、およびミラ
ー48の概して逆時計回り(すなわち矢印202と反対の方
向)の回転をもたらす。ミラー46および48のこの回転
は、走査線76を方向18へ動かす傾向を与え、従って前述
したように反対方向20に引き起こされる走査線ドリフト
を補償する。
構100は、さらにミラー46、48間の距離を変化させるこ
とに注意する。具体的には、ミラー46と48の間の距離
は、温度上昇と共に増加し、温度低下と共に減少する。
上述した回転よりもかなり小さいが、ミラー46と48の間
の距離の変化もまた走査線76の位置に影響を及ぼす。
補償機構によって与えられる補償の量は、いくつかのフ
ァクタ(factors)によって示される。1つのそのような
ファクタは、部材110と160の間の熱膨張係数の差であ
る。例示の目的で、部材110、160は、それぞれ所定の熱
膨張係数をもつスチールおよびアルミニウムであると述
べたが、部材110、160は、選択として異なる熱膨張係数
をもつ別の材料から形成することができる。2つの部材
間の熱膨張係数の差が大きいほど、与えられる温度変化
によって引き起こされる補償の効果が大きくなる。
タは、図2の接触突出部122、172間および接触突出部12
4、174間の距離「h」である。距離「h」が短いほど、所
与の温度変化によって引き起こされる補償の効果は大き
くなる。
ファクタは、図2の第1部材の突出部122、124および第
2部材の突出部172、174の間の公称の距離「e」、「i」
である。熱伸張は、部材の最初の長さ「i」に比例する
ので、公称の距離「e」が長いほど、所与の温度変化に
よって引き起こされる補償の効果は大きくなる。
ファクタは、例えば図1の多様な光学経路セグメント6
2、64、66、68、70、72および74の長さおよび数、なら
びに光学アセンブリ40の特定の配置および構成のような
走査キャリッジの設計に関連する。
は、説明の目的だけで、走査線ドリフト補償機構の第2
部材160より小さい係数をもつ材料から形成すると述べ
たことに注意する。特定の走査キャリッジが、温度上昇
とともに反対の走査線ドリフト(すなわち方向120)を生
じさせる場合、この構成を逆にすることが好ましい。す
なわち、走査線ドリフト補償機構の第2部材160より大
きい係数をもつ材料から走査線ドリフト補償機構の第1
部材110を形成することが望ましい。
償機構100は、温度誘起の走査線ドリフトの所望の量を
補償するように選択的に構成することができる。この構
成を求める典型的な方法をここで詳しく説明する。
ジについて、温度誘起の走査線ドリフトの量および方向
を求めなければならない。この測定(determination)を
行うため、走査キャリッジは、ドリフト補償機構が設置
されていない状態(言い換えると、図1に関して図示し
説明したように構成される)で温度チャンバ内に配置す
ることができる。チャンバの温度は、例えば摂氏22度の
ような走査キャリッジの指定された公称の温度に設定す
ることができる。この公称の温度に対応する走査線の位
置に注目することができる。
された動作範囲内の最低温度、例えば摂氏5度に冷却す
ることができる。この最低温度に対応する走査線の位置
に注目することができる。
された動作範囲内の最高温度、例えば摂氏40度に加熱す
ることができる。この最高温度に対応する走査線の位置
に注目することができる。
走査線ドリフトの量および方向を、走査キャリッジに関
する指定された動作範囲にわたって容易に求めることが
できる。走査線ドリフトの量および方向が求められる
と、走査線ドリフト補償機構100は、テストされた走査
キャリッジに関してこの特定の温度誘起のドリフトを打
ち消すように設計することができる。同じ設計の走査線
キャリッジは、温度誘起の走査線ドリフトの一貫した特
性を示す傾向があるので、走査線ドリフト補償機構100
は、特定の走査キャリッジに関して設計されると、同じ
設計の任意の走査キャリッジ上で使用することができ
る。
ドリフトを補償するように走査線ドリフト補償機構を構
成するため、前述した走査線ドリフト機構のファクタ
を、選択的に求めることができる(例えば、部材110、16
0間の熱膨張係数の差、距離「h」および距離「e」、
「i」)。前述したように、これらのファクタは、図4の
ミラー46、48が受ける回転200、202の量に影響を及ぼ
す。このミラー回転と走査線訂正の量の間の関係は、走
査キャリッジの光学アセンブリ40の特定の構成(例えば
ミラー44、46、48の間の距離、ミラー44とドキュメント
16の間の距離、および光学経路60がミラー44、46、48に
よって反射される回数)に依存する。従って、特定の走
査線ドリフト訂正を達成するために必要とされるミラー
46、48の回転量は、それぞれの走査キャリッジの光学ア
センブリ設計について個別に計算されなければならな
い。
は、以下の式に従って計算することができる。
ート部分の公称の長さであり、「CTE」は、熱膨張係数
であり、「dt」は、温度の変化(摂氏温度)である。
た熱膨張係数(11.3x10-6メートル/メートル・摂氏温度)
を使用し、摂氏22度の公称の温度で43.1mmの公称の長さ
「L」=「e」(図2)を仮定すると、公称の温度から摂氏4
0度の高い温度への温度変化は、次のような第1部材110
の長さの増加(「dl」)を引き起こす。
膨張係数(24.3x10-6メートル/メートル・摂氏温度)を使
用し、摂氏22度の公称の温度で43.1mmの同じ公称の長さ
「L」=「i」(図2)を仮定すると、公称の温度から摂氏4
0度の高い温度への温度変化は、次のような第2部材160
の長さの増加(「dl」)を引き起こす。
な公称の長さ43.1mmおよび熱膨張係数をもつとき、摂氏
22度の公称の温度から摂氏40度への温度の上昇は、第1
および第2部材110、160間の伸びの差(「dE」)を生じさ
せる。具体的には、第2部材160は、第1部材110よりも
約0.0101mm(0.0189-0.0088)長くなる。
することができる。
は、上で計算したような部材間の伸びの差であり、
「h」は、図2の距離「h」である。
のように表すことができる。
は、図2の部材110、160の公称の長さ「e」、「i」であ
り、「h」は、図2の距離「h」であり、「dt」は、温度
の変化(摂氏温度)であり、「dCTE」は、部材110、160間
の熱膨張係数の差である。
距離「h」を使用すると、ミラー46、48の全回転角度
は、次のように計算することができる。
る。
走査線ドリフト補償機構100の設置例を示す。1つの走
査線ドリフト補償機構100だけが、図4の概略図に示さ
れているが、2つの走査線ドリフト補償機構を使用する
ことができることに注意する。図5に示すように、2つ
の走査線ドリフト補償機構100は、ミラー46および48の
端部に位置付けることができる。このように、2つの走
査線ドリフト補償機構100が協力してミラー46および48
を調節して、温度誘起の走査線ドリフトを補償すること
ができる。
体部分78およびカバー部材80を含むことができる。本体
部分78は、ミラー44、46および48、レンズ50、ならびに
光センサ・パッケージ32を収容することができ、それら
は、従来の方法でプリント回路基板38上にマウントする
ことができる。カバー部分80は、本体部分78の上部を閉
じることができ、前述したスロット36を含むことができ
る。
取り除かれている走査キャリッジ30を示す。図5を参照
して、走査キャリッジ本体部分78は、走査キャリッジ本
体部分78の残りの部分と完全に一体的に形成することが
できる一対の棚82を含むことができる。それぞれの走査
線ドリフト補償機構100は、接続部材188を介して走査キ
ャリッジ本体部分78に固定することができ、その接続部
材88は、図2ないし図4の補償機構100の孔146、196を
通り抜けて、走査キャリッジ本体部分の棚82に入ること
ができる。接続部材188は、例えば、棚82の中でねじ山
で係合することができるボルトまたはねじでありうる。
選択として、接続部材188は、任意の従来の接続機構で
ありうる。
ー46のようなミラーの1つが、走査キャリッジ本体部分
78にしっかり(solidly)マウントされたその後面52をも
つ代替実施例を概略で示しいる。このしっかりしたマウ
ントは、図7および図8のマウント・ブロック250、252
によって概略で示されている。例えばミラー48のような
他のミラーは、図2に関して前述したのと同一の方法
で、すなわちミラー48の後面55と走査キャリッジ部分88
の間に位置するばね57を用いてマウントすることができ
る。
対してしっかり割り出され、走査線ドリフト補償機構10
0は、(突出部124、174を通して)ミラー46の前面53に対
してしっかり割り出されるので、図7ないし図9の実施
例で走査線ドリフト補償機構100によって供給される調
整は全て、ミラー48の中で行われる。走査線ドリフト補
償機構100の右半分(図7に見られるように)は、移動を
抑制されるので、ミラー48は、概して、図1に示される
2つばねを用いてマウントされたミラーの実施例の2倍
回転する。従って、図7ないし図9の実施例ではミラー
の1つしか回転を許されないが、同じ調整の量を達成す
ることができる。
たミラー46、およびばねを用いてマウントされたミラー
48を示しているが、この構成は容易に逆にすることがで
き、同じ結果が達成されることに注意する。図7ないし
図9に示される走査線ドリフト補償機構100は、図2、
図5および図6で示した実施例のように走査キャリッジ
30に対して堅固にマウントされないことに注意する。代
わりに、図7ないし図9の走査線ドリフト補償機構100
は、ミラー46と48の間で自由に浮動することを許され
る。この浮動は、走査線ドリフト補償機構100の右側(す
なわち突出部124、174)が移動を抑制されるので、図7
ないし図9の実施例において必要である。
ジにマウントされないので、図7および図9に示される
ように接続機構254を使用して、安定のため第1および
第2部材110、160を一緒に固定することができる。接続
部材254は、走査線ドリフト補償機構の第1および第2
部材110、160の中の孔146、196を通り抜けることができ
る。接続部材は、例えば図7および図9に示すようなリ
ベットであり、あるいは、走査線ドリフト補償機構の第
1および第2部材110、160を互いに効果的に固定するこ
とができる他のタイプの接続部材でありうる。
て、図8および図9の一対のブラケット262、264を走査
キャリッジ30上に設けて、走査キャリッジ30と相対的な
適当な場所で走査線ドリフト補償機構100を保持するこ
とができることに注意する。そのようなブラケットは、
図8の矢印266で示される方向への走査線ドリフト補償
機構100の熱伸張および収縮を自由に許しながら、走査
線ドリフト補償機構100の横方向の運動、すなわち図9
の矢印264で示される方向への運動を実質的に防ぐよう
に構成することができる。ブラケット262、264は、例え
ば走査キャリッジ30と完全に一体に成形することができ
る。
側を、堅固に取り付けられたミラーに割り出す代わり
に、上述したように、固定される側を、走査キャリッジ
30の一部に直接割り出すこともできる。この実施例で、
固定される側は、例えば図5に示される接続部材188の
ような接続部材を介して、ハウジングに堅固にマウント
することができる。選択として、固定される側を、走査
キャリッジ30の一部に対し単に割り出すことができる。
この代替実施例で、走査線ドリフト補償機構100は、例
えば図8および図9に関して前述したブラケット262、2
64のようなブラケットを使用して、横方向の運動に対し
て固定することができる。
される走査線補償の量は、上述したように用いられる特
定の代替実施例に依存して異なることに注意する。この
相違は、主に、光学的にドキュメント16から比較的遠く
に位置付けられたミラー(例えば図1のミラー48)を回転
させることは、光学的にドキュメント16の比較的近くに
位置付けられたミラー(例えばミラー46)を回転させるこ
とよりも走査線76の位置に大きい影響を与えるためであ
る。
ー46および48は両方とも回転する。しかし、図7の実施
例では、(ミラー46よりドキュメント16から光学的に遠
い)ミラー48のみが回転することを許される。従って、
図7の実施例で、ミラー48は、走査線ドリフト補償機構
100によって引き起こされる全ての回転を受ける。従っ
て、図7の実施例は、他のパラメータが全て等しい場
合、図4の実施例よりも走査線76の大きい運動を生じさ
せる。
される別の実施例(上述したが、図示しない)は、上述し
たように図4および図7の実施例よりも比較的小さい走
査線の運動を生じさせることに注意する。これは、ミラ
ー46がドキュメント16に光学的に比較的近いからであ
る。
(double-bounce)光学アセンブリ、すなわち図1に関し
て上述したように光学経路60がミラー46、48のそれぞれ
から2度反射するものに関して上述された。そのような
2度はね返りシステムでは、ミラー46、48のどちらが運
動しても2つの光学経路に影響を及ぼすので、走査線ド
リフト補償機構によって供給される走査線調整は強めら
れる(magnified)。しかし、ここで述べた走査線ドリフ
ト補償機構100は、1度はね返り光学アセンブリまたは
他の任意のタイプの光学アセンブリと共に容易に使用す
ることができることに注意する。
特定の走査キャリッジ構成に関連して述べられたが、任
意のタイプの走査キャリッジとともに容易に使用するこ
とができることに注意する。さらに走査線ドリフト補償
機構100は、ラインフォーカス・システムを使用する任
意の光電式撮像装置と共に容易に使用することができ
る。走査線ドリフト補償機構は、例えば、撮像される対
象物が光学アセンブリに対して移動する固定の光学アセ
ンブリの中で、またはハンドヘルド走査装置の中で使用
することができる。
述べたが、この発明は、多様に具体化され、使用される
ことができることが理解できるであろう。
可読なデータを生成する光電式撮像装置(10)であって、
(a)光センサ・アセンブリ(32)と、(b)上記対象物(16)と
上記光センサ・アセンブリ(32)の間に延びる光経路(60)
と、(c)上記光経路(60)に沿って位置付けられる光学成
分(46、48)と、(d)上記光学成分(46、48)と接触する光
学成分変位装置(100)と、を備え、上記光学成分変位装
置(100)は、第1の熱膨張係数をもつ第1部材(110)およ
び第2の熱膨張係数をもつ第2部材(160)を含み、上記
第1の熱膨張係数は、上記第2の熱膨張係数と異なる、
光電式撮像装置。
含む、上記(1)に記載の光電式撮像装置(10)。
置する第2の光学成分(46、48)を備える、上記(1)に記
載の光電式撮像装置(10)。
可読なデータを生成する光電式撮像装置(10)であって、
光センサ・アセンブリ(32)と、上記対象物(16)と上記光
センサ・アセンブリ(32)の間に延びる光経路(60)に沿っ
て位置し、第1面(53、56)および対向して位置する第2
面(52、55)を含む光学成分(46、48)と、上記光学成分(4
6、48)の上記第1面(53、56)と接触する第1の熱膨張係
数をもつ第1部材(110)と、上記光学成分(46、48)の上
記第1面(53、56)と接触する第2の熱膨張係数をもつ第
2部材(160)と、を備え、上記第1の熱膨張係数は、上
記第2の熱膨張係数と異なる、光電式撮像装置。
0)内に位置付けられる、上記(4)に記載の光電式撮像装
置(10)。
む、上記(4)に記載の光電式撮像装置。
置付けられる第2光学成分(46、48)を備える、上記(4)
に記載の光電式撮像装置。
0)のアラインメントを改善する方法であって、上記光電
式撮像装置(10)内に光センサ・アレイ(34)を用意するス
テップと、上記光電式撮像装置(10)内に撮像サブアセン
ブリ(40)を用意するステップと、上記撮像サブアセンブ
リ内に光学成分(46、48)を用意するステップと、上記光
学成分(46、48)と接触する光学成分変位装置(100)を用
意するステップと、上記撮像サブアセンブリ(40)を用い
て、上記光電式撮像装置(10)によって撮像される対象物
(16)の一部からの上記光ビーム(60)を、上記光センサ・
アレイ(34)に方向付けるステップと、温度変化に応じ
て、上記光学成分変位装置(100)によって上記光学成分
(46、48)に力を加えることによって、上記光センサ・ア
レイ(34)との上記光ビーム(60)のアラインメントを改善
するステップと、を含む方法。
む、上記(8)に記載の方法。
トを改善するステップは、上記ミラーを回転させること
を含む、上記(9)に記載の方法。
て、温度変化によって生じる走査線のドリフトを補償す
ることができる。
ドリフト補償機構の正面図。
見た側面図。
査線ドリフト補償機構を示す断面図。
された光電式撮像装置の一部の上面図。
フト補償機構の断面図。
リフト補償機構の代替実施例を示す断面図。
示す図6と同様の断面図。
フト補償機構の断面図。
機構) 110 光学成分変位装置の第1部材 160 光学成分変位装置の第2部材
Claims (1)
- 【請求項1】撮像される対象物を表わす機械可読なデー
タを生成する光電式撮像装置であって、 光センサ・アセンブリと、 上記対象物と上記光センサ・アセンブリの間に延びる光
経路と、 上記光経路に沿って位置付けられる光学成分と、 上記光学成分と接触する光学成分変位装置と、 を備え、上記光学成分変位装置は、第1の熱膨張係数を
もつ第1部材および第2の熱膨張係数をもつ第2部材を
含み、上記第1の熱膨張係数は、上記第2の熱膨張係数
と異なる、光電式撮像装置。
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