JP2001505321A - 逆回転スキャナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 経路に沿ってビームをスキャンするスキャナおよび方法は、第１の円筒型空洞（322）を規定するハウジング（320）を採用する。リングギア（330）は円筒型空洞内部に配置され、ハウジングに付着される。ビーム（312）はハウジングと相対する固定位置から発生される。駆動ディスク（340）は第１円筒型空洞内部に配置される。駆動ディスクは第２の円筒型空洞（348）を規定し、第１回転軸（315）を有する。駆動ディスクはビームと導通状態にある第１チャネルを規定する。第１チャネル（346）は固定位置に隣接する軸を中心に旋回可能な第１近位端を有する。スキャンディスクは第２円筒型空洞内部に配置され、第１回転軸からオフセット状態の第２回転軸を有する。スキャンディスクは第２チャネル（366）を規定する。第２チャネルは第１遠位開口部（354）と導通状態にある第２近位端（374）を有する。スキャンディスクに付着されるスプールギア（332）は、駆動ディスクが第１方向に回転するようにリングに係合し、スプールギアはリングギア（330）に沿って変位させられ、従って、スキャンディスクを第１方向とは逆の第２方向に回転させ、第２遠位端を往復運動させる。ビームは、第１チャネルおよび第２チャネルを介して連結され、第２遠位開口部を出て経路に向かい、それにより、第２遠位端が往復運動すると、ビームを経路に沿ってスキャンさせる。

Description

【発明の詳細な説明】 逆回転スキャナ 仮出願への参照 本出願は、1996年９月20日に出願された仮特許出願番号第60/025,745号に関し て、35２U.S.C．§ 119(e)によって優先権がある字面の特許を請求する。 発明の背景発明の分野 本発明は、スキャン用装置に関するものであり、より特定すると、実質的に線 形の経路に沿った光学スキャン用の装置に関連する。先行技術の説明 光のビームをスキャンする装置は、当該技術で久しく公知であった。光学スキ ャンは、多様な応用例で採用されており、コンパクトディスクおよび光学データ カードのような記憶媒体への書き込みおよびそこからの読み出しを含む。光学デ ータカード、および他のタイプの線形トラック光学データ記憶媒体は、線形トラ ックに沿ってデータを記憶する。このようなトラックのスキャンは、データカー ド、またはデータカードをスキャンするために使用される装置のいずれかの線形 並進運動（linear translation）が必要である。現在の装置は、機械システム、 電子システム、音響光学システム、電子光学システム、および経路に沿って光学 ビームを移動させる他のシステムを含む。最も機械的な装置は、多角形ミラーま たはプリズム、検流計アクチュエータ搬送ミラー、および類似の装置を採用する 。 線形トラック光学データ記憶媒体の場合、現在のスキャン装置は光学ピックア ップユニット（OPU）を組み入れ、これがデータ記憶媒体に相対して、データト ラックの初めから終わりまで、往復運動する。OPUは、データトラックに平行な 直線内で運動するように強制された、搬送アセンブリに搭載されるのが典型的で ある。線形アクチュエータは搬送アセンブリに力を与えて、線形運動をもたらし 、 線形位置変換器は、瞬間的なOPU位置を判断し、アクチュエータの速度制御機能 のためにフィードバックを提供する。典型的データスキャン中は、OPUはトラッ クを並進し、トラック上のデータスポットを光学ビームで照射し、そして電子光 学コンポーネント手段により反射信号を受信する。現在の装置は、各データトラ ックスキャンの最初にOPUのその作動速度までの加速を必要とし、各データトラ ックの終わりにはOPUの停止までの減速を必要とする。次いで、この運動は、各 方向で繰り返される。 OPUおよび搬送アセンブリのこのような前後運動は、OPUの望ましくない加速お よび減速ならびに振動を生じる結果となり、最終的には、装置の作動速度を制限 する。スキャン速度は、OPUおよび搬送アセンブリに関連する質量および摩擦を 減らすことにより、または、アクチュエータにより提供される力を増やすことに より、増大され得る。 光学データを読み出しおよび書き込むために、データトラックを前後に並進す ることに加えて、OPUは小さな振幅、高速焦点合わせ、およびトラック横断運動 を提供しなければならない。この理由は、データスポットサイズが１マイクロメ ートル直径のオーダーにあり、トラックからトラックへのの間隔が10マイクロメ ートルのオーダーにあるのが典型的だからである。OPUがデータトラックに沿っ てスキャンすると、実現可能な機械的機構の僅かな不完全さがデータトラックに 直交する僅かな運動を生じる結果となり、よって、光学データとOPUとの間の所 望の整列を維持し損なう。これら不所望な運動により引き起こされる不整列を補 償するために、現在の設計は対物レンズ搭載アセンブリの一部として、高速アク チュエータをの組み込みを実施し、トラック横断方向（光学媒体の平面において データトラックに直交する方向）と、「焦点あわせ」方向（データトラックに直 交、光学媒体に垂直な方向）にビームを偏向させる。アクチュエータは対物レン ズを移動させるだけなので（その質量は比較的小さくされ得る）、僅かなトラッ キングの高速補償と焦点誤差が実現され得る。補償器アクチュエータを駆動する トラッキング信号と焦点誤差信号は、通常は、OPU内部の補助光学電子コンポー ネントにより発生される。 回転多角形ミラーまたは検流計駆動ミラーのような、他の光学スキャン用機械 的手段は、他の応用例では通例であるが、２つの理由から、光学記憶媒体をスキ ャンする際には使用されない。第１に、それらは、湾曲（円柱）表面上へ焦点合 わせされたビームをスキャンする。曲率が光学エレメントにより補償されるのな らば、データトラック照射も、後続の反射のいずれも、記憶媒体の平坦表面に垂 直にはならない。光学データ記憶媒体は、通常は、照射ビームが小さなスポット に焦点あわせされることを必要とし、媒体の表面に実質的に直交する入射で当た ることを必要とする。結果として生じる反射も、表面から同一光学トレインを介 して、照射ビームとして、直交して逆伝搬する。１つの方法は、カードを変形さ せて円柱表面に順応させることにより、この問題を回避しようと試みている。焦 点合わせされた照射スポットは、変形されたカードの表面上のデータトラックと 一致すると思われる円の後を跡をたどる。しかし、カードは、その表面が数マイ クロメートルの範囲まで、所要の円柱表面と正確に一致するように曲がらなけれ ばならない（それ以外の場合は、スポットがデータトラックに沿って移動するに つれて、高速焦点補償機構が、容認可能な焦点を維持し得ない）。このようなア プローチは、２つの欠点を有する。第１に、光学メモリ一カード（OMC）を製造 するのに使用される比較的簡単かつ廉価な手順および材料を考慮すると、カード が曲げられる場合は、必要な精度を達成するのは困難であることである。第２に 、カードを変形させるとカードに過度の磨耗を生じることがあり、また、照射ビ ームおよび反射ビームの偏光状態に望ましくない影響を与えて、データカードの 透明な保護被覆に複屈折を導入し得ることである。 本発明の利点は、往復運動コンポーネントを必要としないことである。従って 、駆動力を低減させ、振動を減らし、速度を向上させる可能性を提供する。 本発明の更なる利点は、スキャンビームの方向を、スキャン中の対象物の表面 に直交するよう維持することである。 本発明の更なる利点は、OPUが本質的に静止状態に維持され、それにより、振 動、駆動力、および設計の複雑さを低減することである。 発明の要旨 先行技術の欠点は、固定され、一定回転運動するコンポーネントのみを利用し て線形スキャンを達成し、それにより、質量の加速および減速の必要性を除去し た、逆回転光学ペリスコープを採用した本発明により克服される。 光学ペリスコープは、通常は、互いに平行な１対の反射表面を組み込むが、そ の各々は、入射ビームをその伝搬方向から90°の角度だけ偏向させる。ビーム伝 搬方向に直交するコンポーネントを付与する場合、および、反射表面の組み合わ せ効果が入来ビームに平行なビームを生じる場合は、他の偏向角度も採用され得 る。入力ビームが回転軸と一致するような方法でペリスコープの回転が引き起こ される場合、出力軸は常に入力軸に平行に維持されるが、その変位は、回転の軸 を中心とした円にある。 第２のペリスコープが第１のものに加わり、第１のペリスコープの出力が第２ のペリスコープへの入力として作用する場合は、第１のペリスコープへの入力か らの、第２のペリスコープの出力の変位量は、第１のペリスコープに起因する変 位量と第２のペリスコープに起因する変位量とのベクトル和として、数学的に表 現され得る。結果として生じる変位量は、ペリスコープの変位量とそれらの配向 角度との関数である。それらのペリスコープが同一な長さであり、かつ、それら の配向の角度測定が互いに反対方向になるように抑制され、第２ペリスコープへ の入力が第１ペリスコープの出力と整列するように抑制される特殊な事例では、 ２つのペリスコープが同時に回転すると（同一の絶対的大きさだが、反対の向き の角度で）、結果として生じる変位は完璧に真っ直ぐな線を描く。２つの連続回 転するペリスコープは、従って、始動／停止線形スキャナと同一効果を達成し、 また、それらが静的バランスと動的バランスを適切に考慮して実現されていれば 、それらは、ほとんど振動せずに、データトラックに沿った加速または減速の必 要もなく、作動し得る。 １組の平行データトラックをスキャンするために、別々の機構が線形スキャナ とデータトラックの収集との間で相対運動を提供しなければならない。しかし、 トラックからトラックへの運動は、データトラックに沿ったスキャンよりも遥か にゆっくりと起こり、ステッピング装置およびトラックに沿ったスキャンを伴う 一定速度に位相調整された装置のような、多数の周知の並進装置を介して、容易 に実現され得る。 一局面で、本発明は対象物の経路に沿ってビームをスキャンする装置である。 この装置は、第１のチャネルと第２のチャネルを使用する。第１の光学チャネル は第１の近位端および対向する第１の遠位端を有する。第１近位端は光学ビーム と光導通状態にあり、第１近位端は固定点に隣接した第１軸を中心に旋回可能で ある。第２チャネルは第２の近位端および対向する第２の遠位端を有し、第２近 位端は第１チャネルの第１遠位端と導通状態にある。第２近位端は第１チャネル の第１遠位端に隣接する第２軸を中心に旋回可能である。駆動により第１チャネ ルは第１軸を中心に第１方向に回転させられ、これにより、第２チャネルは第２ 軸を中心に、第１方向とは反対の第２方向に回転させられる。光学装置または他 の焦点合わせ装置は第１チャネルおよび第２チャネルを介して、第２チャネルの 遠位端から対象物に向けて、ビームを連結する。第１チャネルが第１方向に回転 し、第２チャネルが第２方向に回転すると、第２チャネルの第２遠位端は往復運 動し、それにより、ビームに対象物上の線形経路に沿ってスキャンさせる。 本発明の別な局面は、対象物上の線形経路に沿って光学ビームをスキャンする 、光学画像スキャナである。スキャナは、頂部および対向する底部を有するハウ ジングを採用する。ハウジングは頂部と底部の間に第１の円筒型空洞を規定し、 リングギアが円筒型空洞内部に配置され、かつ、ハウジングに付着される。光源 はハウジングに相対する固定点から、光学ビームを発生する。周辺端縁を有する 駆動ディスクは、第１の円筒型空洞内部に配置され、第２の円筒型空洞を規定す る。駆動ディスクは回転の第１軸を有し、第１の長さ、第１近位端、および第１ 遠位端を有する、第１光学チャネルを規定する。駆動ディスクはまた、第１光学 チャネルの第１近位端に隣接して第１近位開口部と、第１光学チャネルの第１遠 位端に隣接しかつ第１光学チャネルと光導通状態にある第１遠位開口部とを規定 し、第１近位開口部を通して、第１光学チャネルは光学ビームと光導通状態にな る。第１光学チャネルの第１近位端は、固定点に隣接した第１軸を中心に旋回可 能である。 第２円筒型空洞内部に配置され、かつ回転の第１軸からオフセットされた回転 の第２軸を有するスキャンディスクは、実質的に第１長さに同一な第２長さ、第 ２近位端、および第２遠位端を有する、第２光学チャネルを規定する。スキャン ディスクはまた、第２光学チャネルの第２近位端に隣接して第２近位開口部と、 第２光学チャネルの第２遠位端に隣接しかつ第２光学チャネルと光導通状態にあ る第２遠位開口部とを規定し、第２近位開口部を通して、第２光学チャネルは第 １遠位開口部と光導通状態になる。第２光学チャネルの第２近位端は、第１光学 チャネルの第１遠位端に隣接した第２軸を中心に旋回可能である。 リングモータは周辺端縁に連結され、駆動ディスクを回転の第１軸を中心に第 １方向へ第１回転速度で回転させる。スプールギアはスキャンディスクに対して 円周上に添付され、リングギアと係合し、その結果、リングモータは駆動ディス クを第１方向に回転させ、スプールギアはリングギアに沿って変位させられ、従 って、スキャンディスクを第２軸を中心に第１方向とは逆の第２方向に、実質的 に第１回転速度と等しい第２回転速度で回転させる。光学装置は発生手段からの 光学ビームを、第１光学チャネルおよび第２光学チャネルを介して、第２遠位開 口部から線形経路に向けて光学的に連結する。従って、第１光学チャネルが第１ 方向に回転し、第２光学チャネルが第２方向に回転すると、第２光学チャネルの 第２遠位端は線形に往復運動し、それにより、ビームを対象物上の線形経路に沿 ってスキャンさせる。 本発明のさらに別な局面は、線形経路に沿って光学ビームをスキャンする方法 である。光学ビームは固定点から発生される。ビームは、固定点に隣接する第１ 近位端および対向する第１遠位端を有する第１光学チャネルを通して方向づけら れ、その結果、ビームは第１光学チャネルの第１近位端から第１光学チャネルの 第１遠位端に向けて伝搬する。次に、ビームは、第１光学チャネルの第１遠位端 から、第１光学チャネルの第１遠位端に隣接する第２近位端と、対向する第２遠 位端とを有する第２光学チャネルを通して方向づけられ、その結果、ビームは、 第２光学チャネルの第２近位端から、第２光学チャネルの第２遠位端に向けて伝 搬する。第１光学チャネルは、第１光学チャネルの第１近位端を中心に、第１方 向へ、主要平面上で回転させられる。第２光学チャネルは、第２光学チャネルの 第２近位端を中心に、第１方向とは逆の第２方向へ、主要平面に平行な二次平面 上を回転させられる。ビームは第２光学チャネルの第２遠位端から線形経路に向 けて方向づけられる。従って、第１光学チャネルが第１方向に回転し、第２光学 チャネルが第２方向に回転すると、ビームは線形に往復運動し、それにより、ビ ームを対象物上の線形経路に沿ってスキャンさせる。 上記局面の全てについて、センサー（光源および検出器を含み得る）およびス キャン中の対象物は静止状態であるが、回転コンポーネントは、光学ビームを線 形経路に下向きに並進させる。対象物が線形に移動しているようにセンサーに現 れるが、実際には、センサーと対象物の両方が運動していない。また、スキャン ビームはスキャンされる表面と実質的に直交して維持され、装置内部の光学経路 長は、スキャンサイクル全体を通して、実質的に一定にとどまる。 本発明の上記局面および他の局面は、以下の図面と関連づけて理解されれば、 好ましい実施態様の以下の説明から明白である。当業者には明らかなように、本 発明の多数の変形および修正は、開示の新規なコンセプトの精神および範囲から 逸脱せずに、実施され得る。 図面の簡単な説明 図１Ａから図１Ｆは、線形スキャンの多様な段階における本発明の簡単な実施 態様の概略図であり、各概略図は、実施態様の対応する斜視図と対になっている 。 図２は、２つのペリスコープの間に配置されたリレーレンズを採用した本発明 の実施態様の、展開斜視図である。 図３は、装置の入力端および出力端で平行化レンズを採用する本発明の実施態 様の、展開斜視図である。 図４は、光学チャネルがディスク内に埋設された本発明の実施態様の、展開等 角図である。 図５は、本発明の実施態様の断面図である。 発明の詳細な説明 本発明の好ましい実施態様が、ここに詳細に記載される。図面を参照すると、 同一参照番号は図面全体を通して、同一部分を示す。本明細書中の記載事項中と 特許請求の範囲全体に採用されているように、以下の用語は、文脈が明らかに、 別途定義していない限り、本明細書中で明示的に関連づけられた意味を採る。す なわち、「a」、「an」、および「the」は複数の言及をも含み、「in」は、「in 」および「on」を含み、「光学」は電磁幅射の波長すべてについての言及を含み 、目に見えるスペクトルの波長に限定されず、「チャネル」は所定の経路で、そ の長さの少なくとも１部に沿ったビームの伝搬を可能にするものを含み、「導通 」は少なくとも２つの物体間の関係で、第１物体から少なくとも第２物体へのビ ームの伝搬を可能にするものを意味する。 図１Ａから図１Ｆに示されるように、本発明は、光学ビーム12を実質的に線形 の経路16に沿ってスキャンする装置10である。装置10は、第１ペリスコープ20ま たは他の長手部材により規定され得る第１光学チャネル26、および、第２ペリス コープ40または他の長手部材により包囲され得る第２光学チャネル46を備える。 第１光学チャネル26は第１近位端22および対向する遠位端24を有し、第１近位 端は、光学ビームと光導通状態にあり、第１近位端は、固定点15と交差する第１ 軸14を中心に旋回可能である。第２光学チャネル46は、第２近位端42および対向 する第２遠位端44を有する。第２近位端42は第１光学チャネル26の第１遠位端24 と光導通状態にあり、第２近位端42は、第１光学チャネル26の第１遠位端24に隣 接する第２軸を中心に旋回可能である。第１光学チャネル26は第１軸を中心に第 １方向に、すなわち矢印Ａの方向に回転し、第２光学チャネル46は第２軸を中心 に第１方向とは反対の第２方向に、すなわち、矢印Ｂの方向に回転する。ビーム 12は第１光学チャネル26および第２光学チャネル46を介して、第２遠位端44から 線形経路16に向けて、光学的に連結される。光学チャネル26および46の長さが実 質的に同一で、方向ＡおよびＢの角速度の大きさが実質的に同一ならば、第１光 学チャネル26は第１方向Ａに回転し、第２光学チャネル46は第２方向Ｂに回転し た場合、第２光学チャネル26の第２遠位端44は線形に往復運動し、それにより、 ビームを対象物上の線形経路16に沿ってスキャンさせる。 図１Ａから図１Ｆは、スキャンの多様な段階にある装置10ａから10ｆを例示す る。図１Ａは、左に十分に伸張した装置10ａを例示する。図１Ｂは、第２遠位端 44が内側に傾いた時の、装置１ｂを例示する。図１Ｃは、第２遠位端44が第１近 位端22と実質的に整列状態にあるのを例示する。図１Ｄは、第２遠位端44を第１ 近位端22の右に例示する。図１Ｅは、第２遠位端44が第１近位端22の右に十分に 伸張したのを例示し、図１Ｆは、第２遠位端44が第１近位端22に向けて後ろに傾 いたのを例示する。 この実施態様は、長斜方形プリズムを備える光学ペリスコープを採用し得る。 長斜方形プリズムにより実現される光学ペリスコープの重要な特性は、ビーム変 位量の相対的無反応性（insensitivity）、および各ペリスコープの角度不整列 に対する最終ビーム方向である。長斜方形プリズムの45°面は約１分の弧度の精 度まで定常的に制作され、より多大な注意を払えば、１秒に近い弧度の精度まで 制作され得る。ビームスキャン応用例では、２つの長斜方形プリズムの長さ（す なわち、２つの45°面の間の間隔あけ）が同様に厳密に同一であること、および 、それが絶対的反応性（sense）で制御するべき難解なパラメータであることも 、重要である。このようなプリズムは、幅が個々のペリスコーププリズムに要す る幅の２倍よりも幾分大きい１個のプリズムを作ることにより、制作され得る。 オーバーワイドプリズムの制作を完了する際に、それは単純に２つのプリズムに 分割され、その共通の起源により、これらプリズムは厳密に同一な長さからなる 。 スキャナを介した画像の伝達に関するこのアプローチの欠点の１つは、画像レ ンズのＦ値（焦点距離の導入開口直径に対する比）、ペリスコープ断面サイズ、 およびペリスコープ長さの間のトレードオフ（trade-off）が比較的劣等である ことである。電磁波理論は、最小達成可能スポット解像度がＦ値により増加され る波長に近似することを要求している。それ故、光学データ記憶で使用される小 さなスポットの解像度は、比較的短い波長（典型的には１マイクロメートルより も小さい）はもちろん、低いＦ値（1.0のオーダーの）の両方を要求する。この 直接的アプローチについて、訳8.0よりも小さいＦ値は、所与のペリスコープ長 について、過度に大きなペリスコープ断面を要求する。パッケージング問題およ び他の機械的難点は、或る応用例についてのこのアプローチに対して、より小さ なＦ値で明らかとなる。 １つ以上のリレーレンズを備えれば、光学チャネル断面の、長さに対する比を 所与のシステムＦ値に対して大いに低減できるか、或いは逆に、Ｆ値は、実際の 光学チャネル断面対長さ比を維持しながら、低減され得る（より細かい解像度に ついて）。画像リレーの効果は、線形経路とOPUとの間で光学画像を伝達するこ とであり、その結果、線形経路が従来の書き込み／読み出し位置にあることがOP Uで分かる。すなわち、画像リレー光学システムは特定位置の１平面からの複雑 な照射量分布（線形経路上のデータ照射量分布）を別な位置の別な平面における 別な類似する分布（OPUからわかるような、データ照射量分布の画像）に転換す る。その静止位置から、カード表面上のデータが移動していることが、非線形（ 正弦）比であるにもかかわらず、丁度、静的線形経路に沿ってOPU自体が並進し ているかのように見えることにより、OPUで明らかになる。往復運動コンポーネ ントを除去したことの明確な利点に加え、このアプローチは、うまく開発され、 高精度焦点およびトラック能力を組み入れた既存のOPUの採用を奨励する。OPUに より見える画像はあらゆる点で、線形経路に沿って並進するOPUにより見える物 の、正確な複製であるので、OPUへ組み入れられた設計の高精度焦点およびトラ ックの既存の方法は、修正を全くせずとも、あるいは僅かな修正で、利用され得 る。 図２は本発明の実施態様110を例示し、第１光学チャネル120の第１遠位端124 と第２光学チャネル140の第２近位端142との間に配置された１個のリレーレンズ 160により、画像112がスキャナーを介してリレーされ得るのを示す。レンズ160 の焦点距離はビーム112の焦点113と114との間の光学経路長の４分の１になるよ うに選択される。これは標準１：１画像化要件に合致し、この場合、対象物と画 像の両方が、しゅうれんレンズの反対側でレンズの焦点距離の２倍で配置される 。この実施態様では、光はスキャナシステム全体で平行化されない。 図３は、第１光学チャネル220の第１近位端222に隣接して配置され、第１光学 チャネル220へのビーム212を平行化する第１レンズ262、および、第２光学チャ ネル240の第２遠位端244に隣接して配置され、ビーム212を焦点合わせするため の第２レンズ266とを採用した、実施態様210を例示する。この実施態様210は、 スキャナー内部の低減された光学ビーム直径の利点を提供する。レンズ262およ び266について異なる焦点距離を選択することにより、画像は拡大または縮小さ れ得る。 この実施態様は、少なくとも２つの利点を提供する。第１に、大きな直径の光 学チャネルを必要とせずに、Ｆ値の低いシステム（これにより光学解像度を向上 させる）の使用を促進する。第２に、既存のOPUのＦ値を、それを目的としてこ の実施態様が設計された訳ではない光学記憶媒体に合致させる機会を提供する。 後者は、使用中の特定媒体の物とは異なるスポットサイズに対して設計されたOP Uを使用することが望ましい重要な懸案事項となることがある。 ビーム212は光学ピックアップ対物レンズから収束する円錐状の光として現れ 、対象物が通常配置される点で焦点を結ぶ。この実施態様では、照射は、分岐す る円錐状の光としてその点を超え、それがスキャナへの入力レンズ262に出会う ところまで継続する。この入力レンズはOPUの焦点平面から１焦点距離だけ離れ て配置され、それ故、OPUからの照射を、回転チャネル220および240に通す前に 、平行化する。スキャナの出力端で、照射は他方のレンズ266を通過し、これは 平行化された照射を対象物上に再焦点合わせする。対象物からの反射は、前進す るビームと厳密に同じ方法でレンズおよびプリズムを通って逆方向に伝搬する照 射データの画像である。 図４および図５は、対象物318上の線形経路136に沿って光学ビームをスキャン するための、本発明の実施態様の光学画像スキャナ310を例示する。スキャナ310 は、頂部326および対向する底部328を備えるハウジング320を有する。ハウジン グ320は、頂部326と底部328との間に第１の円筒型空洞322を規定する。リングギ ア330は円筒型空洞322の内部に配置され、ハウジング320に付着される。軸315に 沿って光学ビーム312を発生させる装置336は、ハウジング320に固定される。こ のような装置336は、CD-ROM設計の技術分野で周知のタイプのOPU（ビームを発生 させると共に、対象物から反射されたビームをスキャンする）を備え得る。 駆動ディスク340は第１の円筒型空洞322内に配置され、第２の円筒型空洞348 を規定する。駆動ディスク340は第１の光学チャネル346を規定し、これは、軸31 5を中心に回転可能で、第１近位開口部352および第１遠位開口部354と導通状態 にある。駆動ディスク340はまた、周辺端縁356を有する。スキャンディスク360 は第２円筒型空洞348の内部に配置され、第１遠位開口部354と整列する第２近位 開口部372と導通する第２光学チャネル366を規定する。スキャンディスク340は また、第２光学チャネル366と導通する第２遠位開口部374を規定する。駆動ディ スク340およびスキャンディスク360は、比較的大きな直径のベアリング382によ り連結される。駆動ディスク340は、ベアリング381によりハウジング320に連結 される。 図５に示されるように、リングモータ380（ダイレクトドライブDCリングモー タ）は、駆動ディスク340を回転させるように、周辺端縁356に接続される。当業 者には公知のように、外部モータに接続されたプーリ、駆動ベルト、またはギア （図示せず）のような他の手段が使用されて、駆動ディスク340を回転させても よい。図４および図５に示されるように、スプールギア332はスキャンディスク3 60に対して円周に付着され、リングギア330と係合し、その結果、リングモータ3 80は駆動ディスク340を回転させ、スプールギア332はリングギア330に沿って変 位され、従って、スキャンディスク360を駆動ディスク340が回転している方向と 反対の方向に回転させる。このようにして、第１光学チャネル346が一方向に回 転し、第２光学チャネル366が反対方向に回転し、第２光学チャネル366への第２ 遠位開口部374は線形に往復運動し、それにより、ビーム31第２に対象物318上の 線形経路316をスキャンさせる。 ビーム発生装置336によりビーム312を第１方向に沿って伝搬させて第１近位開 口部352に入れる。第１モータ344または当該技術で公知のような他のビーム転送 装置は、実質的に第１方向に直交する主要平面上で、第１近位開口部352から第 １光学チャネル346へと、第２方向に沿ってビーム312を方向づけする。第２ミラ ー342（または他の装置）は実質的に第１方向に平行に、第１光学チャネル346か ら第１遠位開口部354を出て第２近位開口部372へと、第３方向に沿ってビーム31 2を方向づける。第３ミラー364（または他の装置）は、主要表面に実質的に平行 な第２平面上を、第２近位開口部372から第２光学チャネル366へと、第４方向に 沿ってビーム312を方向づけ、第４ミラー362（または他の装置）は、第１方向に 実質的に平行に、第２光学チャネル366から第２遠位開口部374から出て線形経路 316に向けて、第５方向に沿ってビーム312を方向づけする。ミラー342、344、36 2、および364は、ビーム312を90°の角度で方向を変化させるように配置される 。 この実施態様は望ましくないマイクロメートルスケールの運動を最小限に押さ える。第２光学チャネル366は、第３ミラー364が第１光学チャネル346の第２ミ ラー342と整列するような方法で位置決めされねばならず、また、第１光学チャ ネル346の回転の平面と実質的に平行な平面で回転しなければならない。駆動デ ィスク340およびスキャンディスク360は、回転中に望ましくない振動を回避する ために、注意深くバランス調節されなければならない。 ある応用例においては、上述のギアと同一機能および同一寸法を有するリング （図示せず）とノンスリップ接触状態にローラーを維持することにより、逆回転 が達成され得る。適切に作動するためには、各接触表面間のスリップを阻止する 手段が供与されねばならない。所要の逆回転を達成する別な方法は、別個の同期 モータを用いて各ディスクを駆動することである。モータ回転速度は、各モータ が厳密に同一速度で、ただし逆方向に、それと連結されたディスクを駆動するよ うに制御される。 光学チャネルの逆回転を引き起こす別なアプローチは、直線をたどるように、 連結チャネルからの出力を機械的に抑制する処理を含む。これは、第２光学チャ ネルの端部を、レールまたは類似の装置に沿って真っ直ぐなスロット内部を移動 するように抑制された滑り機構（図示せず）に装着することにより、達成される 。第１光学チャネルは上述のように均一に回転させられ、機械的抑制の結果、第 ２光学チャネルは、先に論じた回転を厳密に複製する方法で移動するように強制 される。このようにして、所望の線形運動が、コンポーネントの弾性、嵌合、お よび精度により負わされる制限内で、厳密に実施される。システム内に存在する 回転力は、スキャンの中心で（90°の回転角度で）、第２光学チャネルの出力端 には力が存在しないようなものであり、システムは第２光学チャネルの慣性（ス キャンのより早い期間中に発生される）にのみ依存し、この単一点を介して第２ 光学チャネルを搬送する。明らかなことだが、他の手段を採用して、この単一点 を介して搬送させてもよい。 或る条件下では、この実施態様を固定してしまい、直線をたどり得なくなるこ とがあり得る。これが起こり得るのは、機構が、２つの光学チャネルが厳密に非 平行に整列した状態で（第２ペリスコープの出力がスキャンの中心で起こる状態 で）始動しようとする場合である。この場合、第２光学チャネルの出力は、第１ 光学チャネルへの入力軸を中心として回転するにすぎず、スキャンは直線からデ ータトラックの中心の単一点へと退化する。この状態は、それらが常に光学チャ ネルを非平行状態以外の配向の状態で停止させられるように、光学チャネルを制 御して、あるいは、バネまたは他のエレメントのような別な手段による偏倚力を 供与することにより阻止されるが、後者の場合、バネのようなエレメントの端部 は第２光学チャネルの端部に装着され、他方端はスライダトラックの端部に装着 される。 本発明が、また、電子情報電送（テレビ、ファックスなど）で起こるように、 物体の二次元表現を一次元表面に変換するために、画像（例えば、写真、絵、写 真のネガまたはスライド、Ｘ線写真、文書など）がラスター様式でスキャンされ る画像スキャンのような多くの応用例に適用できることが、容易に評価される。 本発明はまた、物体を表す連続データストリームがラスタースキャン（レーザー プリンタで用いられる）により物体の二次元表現に転換される場合に、使用され 得る。本明細書中に記載される実施態様は光学ビームを採用するけれども、本発 明は、ビームが他のビーム状現象（ビーム、または、光子、粒子、流体、あるい は非光学電磁放射線のストリームを含む）を含む実施態様をも意図および想定し ている。 上述の実施態様は具体例としてのみ与えられている。本発明から逸脱せずに、 本明細書中に開示された特定の実施態様から多くの変形がなされ得ることが容易 に理解される。従って、本発明の範囲は、特に先に記載された実施態様に限定さ れるのではなく、添付の特許請求の範囲によって判断されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，Ａ Ｚ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ， ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 パーキンス，フランクリン エイチ. アメリカ合衆国 アラバマ 35670，ソー マービル，テリー リン サークル 120 (72)発明者 スタンフィールド，ジェイムズ エム. アメリカ合衆国 アラバマ 35741，ブラ ウンスボロ，フォーレスト ヒルズ ドラ イブ 295 (72)発明者 ベリナト，ロバート ジェイ. アメリカ合衆国 アラバマ 35803，ハン ツビル，マグネット カルタ プレイス 2221 【要約の続き】 方向に回転させ、第２遠位端を往復運動させる。ビーム は、第１チャネルおよび第２チャネルを介して連結さ れ、第２遠位開口部を出て経路に向かい、それにより、 第２遠位端が往復運動すると、ビームを経路に沿ってス キャンさせる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 固定位置から発生されたビームをスキャンする装置であって、該装置は 、 ａ） 第１近位端および対向する第１遠位端を有する第１チャネルであって、 該第１近位端は該ビームと導通状態にあり、かつ該固定位置に隣接する第１回転 軸を中心に旋回可能である、第１チャネルと、 ｂ） 第２近位端および対向する第２遠位端を有する第２チャネルであって、 該第２近位端は該第１チャネルの該第１遠位端と導通状態にあり、かつ該第１軸 からオフセットされ、該第１チャネルの該第１遠位端に隣接する第２回転軸を中 心に旋回可能である、第２チャネルと、 ｃ） 該第１チャネルを、該第１軸を中心に、第１方向に回転させる手段と、 ｄ） 該第２チャネルを、該第２軸を中心に、該第１方向とは逆の第２方向に 回転させる手段と、 ｅ） 該第２チャネルを介して、該第２チャネルの該第２遠位端から対象物に 向けて、該第１チャネル内にビームを連結させる手段、とを備え、 該第１チャネルは該第１方向に回転し、該第２チャネルは該第２方向に回転し 、該第２チャネルの該第２遠位端は往復運動し、それにより、ビームを対象物上 の経路に沿ってスキャンさせる、装置。 ２． 前記ビームを発生させる手段を更に備える、請求項１に記載の装置。 ３． 前記ビーム発生手段は光学ピックアップユニットを備える、請求項２に 記載の装置。 ４． 前記ビームが光学ビームである、請求項１に記載の装置。 ５． 前記第２チャネルの前記第２遠位端は線形に往復運動する、請求項１に 記載の装置。 ６． 対象物から反射されたビームの一部を検知する手段を更に備える、請求 項１に記載の装置。 ７． 前記第１チャネルは第１長さを有し、前記第２チャネルは第２長さを有 し、該第１長さは該第２長さと実質的に同一である、請求項１に記載の装置。 ８． 前記第１チャネルは第１回転速度で回転し、前記第２チャネルは第２回 転速度で回転し、該第１回転速度の大きさは該第２回転速度の大きさと実質的に 同一である、請求項１に記載の装置。 ９． ａ） 頂部および対向する底部を有し、第１円筒型空洞を該頂部および 該底部の間に規定する、ハウジングと、 ｂ） 該円筒型空洞の内部に配置され、かつ該ハウジングに付着されるリング ギアと、 ｃ） 前記第１チャネルが埋設され、該第１円筒型空洞の内部に配置され、か つ第２円筒型空洞を規定する駆動ディスクであって、該駆動ディスクは前記第１ 回転軸を中心に回転可能である、駆動ディスクと、 ｄ） 前記第２チャネルが埋設され、該第２円筒型空洞の内部に配置されるス キャンディスクであって、該スキャンディスクは前記第２回転軸を中心に回転可 能である、スキャンディスクと、 ｅ） 該スキャンディスクに付着され、かつ前記リングギアに係合するスプー ルギアであって、前記第１チャネル回転手段は該駆動ディスクを前記第１方向に 回転させ、該スプールギアを該リングギアに沿って変位させ、それにより、該ス キャンディスクを前記第２方向に回転させる、スプールギア、とをさらに備える 請求項１に記載の装置。 10． 前記駆動ディスクは周辺端縁を有し、前記第１回転手段は該周辺端縁に 連結されるリングモータを備える、請求項９に記載の装置。 11． 前記リングモータはダイレクトドライブDCリングモータである、請求項 10に記載の装置。 12． 前記ビームが第１方向に沿って前記固定位置から前記第１チャネルの前 記第１近位端に向かって伝搬し、前記連結手段は、 ａ） 該ビームを第２方向に沿って、前記第１方向に実質的に直交する主要平 面上で、該第１チャネルの該第１近位端を介して該第１チャネル内に方向づける 手段と、 ｂ） 該ビームを第３方向に沿って、該第１方向に実質的に平行に、該第１チ ャネルの該第１遠位端から前記第２チャネルの前記第２近位端に向けて方向づけ る手段と、 ｃ） 該ビームを第４方向に沿って、該主要平面に実質的に平行な第２の平面 上で、該第２チャネルの該第２近位端を介して該第２チャネル内に方向づける手 段と、 ｄ） 該ビームを第５方向に沿って、該第１方向に実質的に平行に、該第２チ ャネルの前記第２遠位端から対象物に向けて方向づけする手段とを備える、請求 項１に記載の装置。 13． 前記方向づけ手段の各々は、ミラーを備える、請求項12に記載の装置。 14． 各ミラーは前記第１チャネルの各端部および前記第２チャネルの各端部 に隣接して、前記第１方向から角度を付けて配置され、ビームを90°の角度で方 向を変化させる、請求項13に記載の装置。 15． ａ） 前記第１チャネルの前記第１近位端に隣接して配置され、前記ビ ームを該第１チャネル内へと平行化させる第１レンズと、 ｂ） 前記第２チャネルの前記第２遠位端に隣接して配置され、該ビームを対 象物上に焦点合わせさせる第２レンズ、とを更に備える、請求項12に記載の装置 。 16． 前記第１チャネルの前記第１遠位端と前記第２チャネルの前記第２近位 端との間に配置される、少なくとも１つのリレーレンズを更に備える、請求項12 に記載の装置。 17． 対象物上の線形経路に沿って光学ビームをスキャンする、光学画像スキ ャナであって、該スキャナは、 ａ） 頂部およびその対向する底部を有するハウジングであって、該ハウジン グは該頂部と該底部の間に第１円筒型空洞を規定し、リングギアが該円筒型空洞 内部に配置され、かつ該ハウジングに付着される、ハウジングと、 ｂ） 該ハウジングに関する固定位置から光学ビームを発生させる手段と、 ｃ） 該第１円筒型空洞の内部に配置され、かつ第２円筒型空洞を規定する駆 動ディスクであって、該駆動ディスクは第１回転軸を有し、かつ第１長さ、第１ 近位端、および第１遠位端を有する第１光学チャネルを規定し、該駆動ディスク は該第１光学チャネルの該第１近位端に隣接して第１近位開口部を規定し、該開 口部を通して、該第１光学チャネルは該光学ビームと光導通状態になり、該駆動 ディスクはまた、該第１光学チャネルの該第１遠位端に隣接し、かつ該第１光学 チャネルと光導通状態になる第１遠位開口部を規定し、該第１光学チャネルの該 第１近位端は該固定位置に隣接する第１軸を中心として旋回可能であり、該駆動 ディスクはまた周辺端縁を有する、駆動ディスクと、 ｄ） 該第２円筒型空洞内部に配置され、かつ該第１回転軸からオフセットさ れた第２回転軸を有するスキャンディスクであって、該スキャンディスクは、該 第１長さと実質的に同一な第２長さ、第２近位端、および第２遠位端を有する第 ２光学チャネルを規定し、該スキャンディスクは該第２光学チャネルの該第２近 位端に隣接して第２近位開口部を規定し、該開口部を通して、該第２光学チャネ ルは該第１遠位開口部と光導通状態にあり、該スキャンディスクはまた、該第２ 光学チャネルの該第２遠位端に隣接し、かつ該第２光学チャネルと光導通状態に ある第２遠位開口部を規定し、該第２光学チャネルの該第２近位端は、該第１光 学チャネルの該第１遠位端に隣接する第２軸を中心に旋回可能である、スキャン ディスクと、 ｅ） 該周辺端縁に連結され、該駆動ディスクを該第１回転軸を中心に第１方 向に第１回転速度で回転させるリングモータと、 ｆ） 該スキャンディスクの円周に付着され、かつ該リングギアと係合し、該 リングモータが該駆動ディスクを該第１方向に回転させる、スプールギアであっ て、該スプールギアは該リングギアに沿って変位させられ、従って、該スキャン ディスクを該第２軸を中心に、該第１方向とは逆の第２方向に、該第１回転速度 と実質的に同一な第２回転速度で回転させる、スプールギアと、 ｇ） 該発生手段からの該ビームを、該第１光学チャネルおよび該第２光学チ ャネルを介して該第２遠位開口部から前記線形経路に向けて、光学的に接続させ る手段、とを備え、 該第１光学チャネルが該第１方向に回転し、かつ該第２光学チャネルが該第２ 方向に回転すると、該第２光学チャネルの該第２遠位端は線形に往復運動し、そ れにより、該ビームに対象物上の線形経路に沿ってスキャンさせる、光学画像ス キャナ。 18． 前記線形経路から反射された前記ビームの一部を検知する手段を更に備 える、請求項17に記載の装置。 19． 前記光学ビーム発生手段が光学ピックアップユニットを備える、請求項 17に記載の装置。 20． 前記モータは、ダイレクトドライブDCリングモータである、請求項17に 記載の装置。 21． 前記光学ビーム発生手段は、前記ビームを第１方向に沿って前記固定位 置から前記第１近位開口部内へと伝搬させ、前記連結手段は、 ａ） 該ビームを第２方向に沿って、該第１方向に実質的に直交する主要平面 上で、該第１近位開口部から前記第１光学チャネル内へと方向づける手段と、 ｂ） 該ビームを第３方向に沿って、該第１方向に実質的に平行に、該第１光 学チャネルから前記第１遠位開口部を出て前記第２近位開口部内へと方向づける 手段と、 ｃ） 該ビームを第４方向に沿って、前記主要平面に実質的に平行な第２の平 面上で、前記第２近位開口部から前記第２光学チャネル内へと方向づける手段と 、 ｄ） 該ビームを第４方向に沿って、該第１方向に実質的に平行に、前記第２ 光学チャネルから前記第２遠位開口部を出て前記線形経路に向けて方向づける手 段とを備える、請求項17に記載の装置。 22． 前記方向づけ手段の各々は、複数のミラーを備え、各ミラーは、前記第 １光学チャネルの各端部と前記第２光学チャネルの各端部とに隣接して、前記第 １方向から角度を付けて配置され、前記ビームを90°の角度で方向を変化させる 、請求項21に記載の装置。 23． ａ） 前記駆動ディスクの前記第１近位開口部に隣接して配置され、前 記ビームを前記第１光学チャネル内に平行化させる第１レンズと、 ｂ） 前記スキャンディスクの前記第２遠位開口部に隣接して配置され、ビー ムを前記線形経路上に焦点合わせする第２レンズ、とを更に備える、請求項21に 記載の装置。 24． 前記駆動ディスクの前記第１遠位開口部と前記スキャンディスクの前記 第２近位開口部との間に配置される、少なくとも１つのリレーレンズを更に備え る、請求項21に記載の装置。 25． 線形経路に沿って光学ビームをスキャンする方法であって、該方法は、 ａ） 固定位置から該光学ビームを連続的に発生させ、該ビームを第１光学チ ャネルの第１近位端に向けて方向付けする工程と、 ｂ） 該ビームを、対向する第１遠位端をも有する該第１光学チャネルを介し て再方向づけし、該ビームを該第１光学チャネルの該第１近位端から該第１光学 チャネルの該第１遠位端に向けて伝搬させる、工程と、 ｃ） 該ビームを該第１光学チャネルの該第１遠位端から、該第１光学チャネ ルの該第１遠位端に隣接する第２近位端とその対向する第２遠位端とを有する第 ２光学チャネルに向けて再方向づけし、該ビームを該第２光学チャネルの該第２ 近位端から該第２光学チャネルの該第２遠位端に向けて伝搬させる、工程と、 ｄ） 該第１光学チャネルを、該第１光学チャネルの該第１近位端を中心とし て、第１方向へ主要平面上で回転させる工程と、 ｅ） 該第２光学チャネルを、該第２光学チャネルの該第２近位端を中心とし て、該第１方向と逆の第２方向へ、前記主要平面に平行な第２の平面上で回転さ せる工程と、 ｆ） 該ビームを該第２光学チャネルの該第２遠位端から該線形経路に向けて 再方向づけする工程、とを含み、 該第１光学チャネルが該第１方向に回転し、該第２光学チャネルが該第２方向 に回転すると、該ビームは線形に往復運動し、それにより、該ビームを対象物上 の該線形経路に沿ってスキャンさせる、方法。