JP2002520914A - 原画を走査するためのスキャナーヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、原画およびイメージをセンサを用いてライン毎に光学的に走査することに関する。本発明によれば、このことは、光軸の基準点がｖ字形状の軌道を移動していくように実施され、その際センサの、原画からの距離は一定にとどめられる。これにより、ここでは関節四角形の部分とすることができる光学系支持体に対する非常に簡単な機械装置が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、原画を光学的に走査して、原画の、輝度または色に関するデータ技
術的なイメージを作成することができるようにする装置に関する。

【０００２】 電子的な信号に変換するための原画の光学的な走査装置は、いわゆるスキャナ
ーにおいて、例えば、商品番号を捕捉検出するためにレジで使用されるようなバ
ーコード検出のためのいわゆるレーザスキャナーにおいて、ファックス機器にお
いて通例使用されているような連続スキャナーにおいて、原画を記録しかつ原画
のデータ技術的なイメージをファイルして計算機において原画の画像、文字また
はテキストを引き続いて処理するために使用されるようなハンドスキャナーおよ
び平床形スキャナーにおいて使用される。原画の光学的な走査装置は、感光性の
ドラムに原画全体をイメージするための写真コピー装置においても使用される。

【０００３】 スキャナーの数多くの技術的な形態に相応して、原画を走査するために一連の
慣用の方法がある。その際２つの基本原理が主に使用される、すなわち第１には
有利には原画の、束化された光ビームを用いた走査、および第２には、原画の、
カメラ、今日有利にはＣＣＤカメラによる光学的な記録である。前者の場合、有
利には、光ビームが大抵は、回転する多角形鏡によって、それが走査すべき領域
を掃引するように偏向されるレーザスキャナーの形におけるものである。第２の
基本原理を実現する解決法は、２つのグループに分けられる。すなわち、そのう
ち第１のものは、電子的なビデオカメラにおいて光学系を介して原画の２次元の
画像がエリア画像センサに投影されかつ該画像が電子装置を用いて走査され、こ
れにより原画のいわゆる画像エレメントまたはピクセルの輝度またはカラー情報
がセンサの画像エレメントに相応して行および列に分割されてシリアルに引き続
く処理のために使用できるようになり、一方第２のグループにおいて電子的なラ
インカメラにおいて原画の１次元の画像だけが、すなわち原画の行がラインセン
サに投影されかつこれが電子装置を用いて走査され、これにより原画の画像エレ
メントまたはピクセルの輝度およびカラー情報が列においてだけ分割されてシリ
アルに引き続く処理のために使用できるようにされ、一方行への分割は原画とラ
インカメラとの間の相対運動によって行われなければならない。

【０００４】 原画上のセンサ行の相対運動はハンドスキャナーの場合、原画上に置かれたハ
ンドスキャナーを静かにかつ一様に引くことによって原画上で実現される。その
際発光ダイオードによって発生される狭い線状光の形の照明が原画を掃引し、原
画によって戻し反射された、カラーおよび輝度情報を含んでいる光がハンドスキ
ャナーに固定的に配置されている鏡およびレンズから成る光学系を通してＣＣＤ
ラインセンサに投射されるので、センサは原画の行を評価することができる。光
学系を用いたビーム路の折り畳みにより、比較的長い行、例えば４インチ（１イ
ンチ＝２．５４ｃｍ）の長さの行を比較的短いセンサに結像しかつ小さな距離変
動を比較的大きな被写界深度により出力補償することが可能になる。ハンドスキ
ャナーを引っ張る際に原画上を転がるローラは一方においてハンドスキャナーが
原画に対してできるだけ直線的かつひっかりのない相対運動が可能になるように
するものであり、他方においてローラの回転角度はインクリメント発生器によっ
て検出されかつ評価される。すなわち原画上のそれぞれ検出される行の相対ポジ
ションも求めることができる。

【０００５】 ファックス機器においてしばしば使用されるような連続スキャナーでは、原画
上を転がるローラが駆動されるので、スキャナーが原画を掃引するように移動す
ることによって相対運動が生じる。

【０００６】 平床形スキャナーにおいて、原画は走査すべき側がガラスプレート上に置かれ
、一方このガラスプレートの他方の側では、ハンドスキャナーに相応する、照明
部、光学系およびＣＣＤラインセンサから成るユニットがガラスプレート上に対
して平行なガイド上をスムーズに駆動部によって移動させられる。

【０００７】 写真コピー装置では、原画を感光性のドラムに結像するために有利には２つの
方法がある。すなわち第１には、原画の長手方向において狭い、原画の幅全体を
含んでいる、原画のストライプ形状の領域をシリンダの狭いストライプにシャー
プに結像することができる、原画とドラムとの同期運動であって、この場合原画
とシリンダとの同期運動によるストライプ形状の領域が原画の長さ全体を走査し
かつシリンダの周囲に結像される。また、第２には、原画の走査は２つの鏡から
成る系を介して行われ、この場合第１の鏡は原画の全長上を移動し、第２の鏡は
半分の長さのストロークにわたってだけ移動し、かつビームストロークがガイド
されて、原画と、原画を鏡の直線運動と同期して回転するドラムに投射するため
の結像光学系との間の距離がビームストロークに沿って測定され、一定に維持さ
れかつこのようにして原画が原画の長さにわたって異なっている狭いストライプ
形状の領域によってドラムの套面にシャープに結像されるようになっている。

【０００８】 原画の走査を、軸線を中心とした照明、結像光学系およびセンサの回転により
実現するために、原画のシリンダ上の形状を前提としてしているまたは必須であ
るスキャナーも公知である。

【０００９】 ＥＰ０６７０５５５Ａ１号において、エリアセンサも平面に関して動かすこと
ができること、およびその場合に表面のデータ技術的な結像をどのようにして得
かつ処理することができるかが示されている。その際ピンとして実現されている
ガイドの、原画の表面上での運動は手動で行われる。

【００１０】 ＥＰ０１６４７１３Ａ１号には、センサ行の、フラットな、走査すべき原画か
らの距離をどのようにして次のように一定に保持することができるかが示されて
いる：ロール体はこの距離を具体化するロッドの原画側の端部が、原画と並んで
原画に対して平行でかつロール体のころがり半径の間隔をおいて存在している軌
道上をガイドされ、一方ロッドの他方の端部が、リニヤガイドによって上方向お
よび下方向にガイドされる。これにより、センサラインから見て、走査すべき原
画の表面の後方（下方）にまだ存在しているガイド軌道下での使用が可能である
ときにだけ、比較的煩雑なガイドおよび大きさボリュームを以て、原画の申し分
ない走査が実現可能になる。このために、スキャナーが原画上に載置されるべき
であるスキャンには使用できないことになる。

【００１１】 本発明の課題は、フラットな原画に固定のポジションで存在している小さくか
つコスト的に有利に製造可能な装置において、原画の表面が、原画の個々のライ
ンに対して、原画と光学系との間並びに光学系とラインセンサとの間にシャープ
な結像のために十分一定な距離が厳守されるように、ラインセンサ上に結像され
るようにすることである。ラインセンサの情報の連続的な読み出しは、ラインに
おいて分解される、原画の表面の、走査のために設けられている全体の領域のデ
ータ技術的なイメージを引き続く処理のために使用できるようにするものである
。その際光ガイドは、表面から、十分に明るくかつコントラスト豊かな画像がラ
インセンサに生じるように行われるべきである。この画像は装置の部品または原
画の表面の反射によって障害を受けず、しかも照明および結像光学系を収容する
ために必要な空間が扱いにくいケーシングの使用を必要とすることがないように
したい。更に、本発明の実現は、安価でしかもロバストな機械的な構造を可能に
するものにしたい。

【００１２】 この課題は本発明によれば、請求項１記載の装置によって解決される。有利な
構成は従属請求項に記載されている。

【００１３】 本発明の特別有利な形態は、ラインセンサ、結像光学系および照明装置が固定
配置されて光学系支持体上に１つの機械的な部品に組み合わされることによって
実現される。この場合この部品は原画に関して、結像光学系の光軸のポイントが
ｖ字形状の軌道上を移動するように運動させることができ、その結果原画とライ
ンセンサとの間の距離はこの走査の際に光軸に沿って実質的に一定にとどまる。
驚くべきことに、この種の装置によるほぼ等間隔の走査は、四角形の脚の長さ、
原画に対する距離並びに関節の脚間の角度のような、寸法規定（ディメンジョン
化）パラメータの厳しく制限された選択においてのみ可能であり、その際僅かに
でも偏差があると、極めて大きなエラーが発生する。

【００１４】 ラインセンサに代わって、センサドラムを選択することもできる。この場合、
ドラムの回転軸線は結像光学系および照明装置に関連して光学系支持体において
固定的に配置されている。すなわち、このようにして構成された走査ヘッドは、
小さな操作調整面を有する構造形態を可能にするために、可動ではない原画１０
を有する写真コピー機にも使用することができる。

【００１５】 原理的には、本発明の装置はリニヤガイドによって実現することができる。す
なわち、ガイドは原画の平面内にあるようにすることができ、第２の、これに対
して傾いている、有利には垂直な平面。リニヤガイド間の光軸のポイントの移動
は、リニヤガイドに対して勿論リニヤであるｖ字形状に延在している。しかしリ
ニヤガイドの製造はコストがかかり、ガイドの小さな遊びは実現するのが困難で
ありかつ克服すべき摩擦は比較的大きい。すなわち、本発明の特別有利な形態は
次のような関節四角形の使用によって実現される：その４つの辺が、装置のケー
シングにおいて原画に関して固定的に位置決めされている２つの関節支承部によ
って、これら関節支承部に支承されている２つのアームによっておよび、２つの
アームが関節支承部において支承されている光学系支持体によって定義されてい
るような関節四角形である。

【００１６】 関節四角形によって実現可能な運動制御を別の機械的な解決法によっても、例
えば可動の光学系支持体の２つの関節ポイントまたは別のポイントに対する成形
された軌道によってシミュレートすることができる一方、関節における４つの回
転支承部の使用により、機械的な摩擦が少なくてしかも高い精度および安定性を
持った非常に安価な解決法が得られる。

【００１７】 フラットな原画に対するこれまで公知の解決法に比べて、本発明は、特別小さ
な構造形態の実現を可能にするものである。すなわち、移動する鏡系を用いるか
または移動する結像光学系によって実現されている移動する光学系を備えたスキ
ャナーおよび写真コピー機は、原画の大きさを遙かに越えている寸法を必要とす
る。

【００１８】 本発明の寸法規定ないし寸法の選定では、すべての部品の、原画からの距離、
光軸の、原画に対する相対的な傾きに対する角度領域および原画の走査すべき幅
のような、重要な基準寸法（尺度となる寸法）の大幅に自由な確定が可能になり
、かつ光学系からラインセンサにシャープに結像されるラインの、原画の平面か
らの僅かな偏差、ひいては僅かな所要被写界深度が可能になる。すなわち、光学
系の内径を比較的大きく選択することができ、これにより光学系における運動に
よって発生される、イメージのアンシャープネスさ（不鮮明さ）が低減されかつ
原画からラインセンサに結像される光束は拡張される。これにより、ラインセン
サにおいて一層十分な明るさを使用することができるようになる。このことは、
走査速度を高めおよび／または照明装置を一層僅かな光出力で作動させるために
利用することができる。

【００１９】 本発明の有利な形態は、照明のために必要な光出力を、原画の、センサへの結
像も行うのと同一の光学系によって、原画に集束することによって実現される。
照明用ビーム束および鏡のずらされた光軸によって、照明用ビーム束が反射光で
はなくて、後方散乱された光だけがラインセンサに当たるようにする角度におい
て原画に衝突するようにすることができる。その際、狭いが、少なくともライン
長には達している光スポット、いわゆるライトバーの実現はビーム路における適
当なレンズまたは鏡、例えばシリンダレンズまたは湾曲した鏡によって実現する
ことができる。

【００２０】 適当な鏡の寸法規定ないしディメンジョン化によって、光学系支持体を次のよ
うに実現することができる：それが原画の方向に向かって先細になるボックスで
あって、それはその可能な運動を含めて、原画より大きな幅ではないまたは少な
くともさほど大きな幅ではない空間を占めかつ機械的に非常に安定しているもの
である。

【００２１】 制作技術的に、照明のために用いられる光源、例えば１つまたは複数の発光ダ
イオードを、ラインセンサと一緒にプリント基板上に、例えばラインセンサの隣
に取り付けることができるようにすれば、特別有利である。

【００２２】 光学系とラインセンサとの間のビーム路を折り畳めば、特別小さな構造形態を
実現することができる。例えば、通例のラインセンサは１０ｍｍ×４０ｍｍのケ
ーシング寸法を有している。すなわちライン長が例えば２０ｍｍであれば、ライ
ンセンサは、畳み込まれていないビーム路において４０ｍｍ以上のケーシングの
厚みが生じるような２倍の長さである。ラインセンサの寸法の縮小は可能だが制
限されている。というのは縮小することで、センサ面も小さくなりかつ必要な光
量および結像のシャープネスが増大することになるからである。

【００２３】 畳み込まれているビーム路において、照明用ビーム束も一緒に関連付けること
ができるので、照明のために用いられる光源は更にラインセンサの隣に配置され
るようにすることができる。しかし、反射鏡を、照明用ビーム束がその側方を通
り、すなわち光学系に当たるまで折り畳まれずに延在しているように狭く選択す
ることもできる。

【００２４】 本発明の装置の別の有利な可能な形態は各図および表から読み取ることができ
る。

【００２５】 各図には次のことが示されている： 図１：幾何学的な装置の概観； 図２：ｖ字形状の軌道； 図３：センサにシャープに結像されるポジションの位置； 図４：折り畳まれているビーム路を有する装置の配置； 図５：折り畳まれているビーム路を有する概観； 図６：幾何学的な光学系の表示； 図７：Ｌ１ｍに依存している特性曲線Ｌ３ｍの表示； 図８：図１の図示面に対して垂直である断面； 図９：光学系を通って出射する、鏡を使用した光束を用いた照明； 図１０：走査角度の変化。

【００２６】 図１には、関節四角形を使用した本発明の特別有利な実施形態が任意のポジシ
ョンにおいて略示されている。

【００２７】 関節四角形２８は図示の面内にある。従って２次元のデカルト座標ＸおよびＹ
における幾何学の説明で十分である。相応に、ｎ＝０，１，…，９を有するポイ
ントＰｎに参照番号０，１，…，９が割り当てられておりかつこれらポイントは
Ｘ座標ＰｎｘおよびＹ座標Ｐｎｙを有している。関節四角形は原画１０に関して
２つの固定の関節ポイント１および２並びに可動の関節ポイント３および４を有
している。ポイント１および３の間隔２１はＬ１によって示され、ポイント２お
よび４の間隔２２はＬ２によって示され、ポイント３および４の間隔２３はＬ３
によって示され、ポイント１および４の間隔２４はＬ４によって示されている。
関節四角形２８の回転軸線は関節ポイント１ないし４の中にありかつ図示面に対
して垂直である。同様に、原画１０、そのライン並びにラインセンサ１３も図示
面に対して垂直に配置されている。

【００２８】 数学的な表現を簡単にするために、一般表現に制限せずに、座標系（Ｘ，Ｙ）
の基準点０が任意に、原画に関して固定の、座標（Ｐ１ｘ，Ｐ１ｙ＝０）を有す
る関節ポイント１と座標（Ｐ２ｘ＝−Ｐ１ｘ，Ｐ２ｙ＝０）を有する関節ポイン
ト２との中心にありかつ座標系のＸ軸２９はポイント１および２を通っているよ
うに置かれている。

【００２９】 関節ポイント３から関節ポイント４への線分の中心はポイント６として表され
、Ｌ５とも称される、ポイント６があるこの線分に対して間隔３１を有する、原
画に近いポイントはポイント７として表されている。ポイント７は、そこから出
射する光が光軸２５を有する光束１９，２０内で光学系１１を通ってラインセン
サ１３に集束されるポイントを表している。

【００３０】 原画１０の、光学系１１の方の側の走査すべき側は座標系のＸ軸２９に対して
平行に配向されており、原画の真ん中のラインはポジション５を有している。光
学系１１およびラインセンサ１３はポイント３からポイント４への線分に関して
固定の位置を有しており、この線分の中心垂線に対して定心的かつ直角状に配置
されている。ｎ＝（０，１，２，…）を有するポイントｎの座標は（Ｐｎｘ，Ｐ
ｎｙ）によって表示されており、ここでＰｎｘは座標系におけるＸ座標を表しか
つＰｎｙはＹ座標を表している。

【００３１】 角度αは関節ポイント２から関節ポイント１への線分と関節ポイント２から関
節ポイント４への線分との間の角度であり、角度γは関節ポイント１から関節ポ
イント２への線分と関節ポイント１から関節ポイント４への線分との間の角度で
あり、角度βは関節ポイント１から関節ポイント４への線分と関節ポイント１か
ら関節ポイント３への線分との間の角度であり、角度εは関節ポイント１から関
節ポイント２への線分と関節ポイント３から関節ポイント４への線分との間の角
度、従ってまたポイント７からポイント６への光軸２５と原画１０に対する垂線
との間の角度である。

【００３２】 長さ２１（Ｌ１）を長さ２２（Ｌ２）に等しく選択することによって、座標お
よび角度は例えば角度αに依存して次のように計算される：

【００３３】

【数２】

【００３４】 独立変数としての角度αの選択は任意である。

【００３５】 本発明の実施例はＰ５ｙ＝６４に対して示されており、その際すべての尺度寸
法は例えばミリメートルにあるものとすることができる。別の大きさを実現する
ために、すべての尺度寸法は同一の係数によって比例的に拡大または縮小するこ
とができ、従ってＬ２は通例の場合には、関節ポイント１および２が原画の後方
にあるのではなく、すなわちＰ１ｙおよびＰ２ｙはＰ５ｙより大きくないように
選択される。

【００３６】 約８０ｎｍまでの走査すべき幅のために、データＰ２＝（２４．８０，０．０
０）、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝３２．００、Ｐ５＝（０．００，６４．００）を有す
る形態が機械的な安定性に関して有利である。Ｌ５＝９４．７７が生じる。

【００３７】 表１において角度αの所定の値に対して生じる結果量が挙げられており、ここ
で表における値の表示の分解能はポイント７の座標の場合１／１００ｎｍに選択
されたが、その他のポイントの座標はポイントのポジションを大体既述するため
に、１ｍｍだけの分解能を以て示されているにすぎない。

【００３８】 最適化は図示の例では＋／−０．１１ｍｍの結像光学系の被写界深度の利用お
よび−３５ｍｍから＋３５ｍｍまでのＰ７ｘに対するおよび６４．１１ｍｍから
６３．８９ｍｍまでのＰ７ｙに対する領域に相応する７０ｍｍの利用すべき幅に
対して実施されたものである。

【００３９】 図２には、上述した寸法規定におけるポジション６のｖ字形状の経過が示され
ているが、ここでは図１とは別の縮尺が採用されている。光軸にラインセンサ１
３の中心ポジションが選択されたとすれば、ｖ字形状の軌道の拡がりはＸ方向で
は比較的僅かであり、Ｙ方向では比較的顕著である。

【００４０】 図３には、理想的には直線上にあるはずの、ポイント７の生じた軌道が示され
ており、ここでＹ軸は１０倍も誇張して示されている。その理由は、そうしなけ
れば、ポイント５のＹ座標に対して生じた偏差は図では殆ど認識することができ
ないからである。

【００４１】 本発明の構成において、走査のコア領域を原画１０の、ラインセンサ１３に対
する原画１０の結像の特別高い精度で並びにこの領域に外側に続いている縁領域
を原画１０の、ラインセンサ１３に対する結像の精度について比較的僅かな要求
を以て実現することが可能であり、ここで縁領域はエッジ認識のような、原画１
０の比較的粗いストラクチャを捕捉検出するための走査の際に用いられるかまた
は比較的粗くコード化されたデータの原画を記述するために用いられ、一方コア
領域は完全な分解能によって走査される。図示の例においてコア領域は、−６４
．１１ｍｍから−６４．００ｍｍのＰ２ｙを有する、−３２．２ｍｍから＋３２
．２ｍｍのＰ７ｘに対する領域を有しており、一方縁領域は−６４．００ｍｍか
ら−６３．８９ｍｍのＰ２ｙを有する、−３５ｍｍから−３２．２ｍｍまで並び
に＋３２．２ｍｍから＋３５ｍｍのＰ７ｘに対する領域を有している。この場合
、原画１０の位置決めのための基準となる、ポイント５のポジションは最適には
６４．０５ｍｍから６４．０６ｍｍまでのＰ５ｘにあり、これによりポイント７
の、原画１０からの距離はコア領域において０．０６ｍｍより小さくとどまりか
つチェビシェフの特性を有しており、一方この距離は縁領域において０．１６ｍ
ｍを上回らない。

【００４２】 典型的なラインセンサ１３、例えば SONY ILX503A は、２０４８個の画素、い
わゆるピクセルのライン長を有しており、ここで画素の大きさは１４μｍであり
かつラスタ間隔は１４μｍである。ラインセンサによって捕捉検出すべき、原画
の、平面２７に対して垂直に延在しているラインのライン長が２０．４８ｍｍで
あるとき、線形の結像の場合光学系１１によって１．４の必要な拡大ないし原画
１０に関連付けられた、１０μｍのラスタ間隔を有する１０μｍ×１０μｍのピ
クセルの大きさが生じる。

【００４３】 図４には、本発明の形態のポイント６および７における図１の基準面に対して
垂直である断面が示されている。例えば約４２ｍｍの外側の機械的な長さおよび
２０４８×１４μｍ、すなわち２８．６７２ｍｍのライン長を有している比較的
長いラインセンサ１３はこのようにスペースを節約して収容することができる。
図４には、ラインセンサ１３の光に感応する部分だけが示されている。原画１０
に関連した、光学系１１の側方のずれ並びに鏡１２の使用は重要である。１２．
５ｍｍの焦点距離、９．５ｍｍの直径および１８ｍｍの主要面１７，１８の間隔
を有する光学系１１が使用されるとき、示した寸法が生じる。ビーム路は国際的
に慣用の手法で図示されている。相応のことは、Horst Czichos（編集者）：Hue
tte−Die Grundlagen der Ingenieurwissenschafte, 29. Auflage（版）, Berli
n et al.: Springer-Verlag, 1989, ISBN 3-540-19077-5, S.220 ff （第２２０
頁以下）において見ることができる。

【００４４】 図５には、図１の基準面における視野が図４に図示の、任意の角度αに対する
形態を以て示されている。原画１０に関連して可動の、部品：光学系１１、鏡１
２およびラインセンサ１３を有する光学系支持体のシフトおよび回転の組み合わ
せによって、原画に対して平行の、この機械装置のガイドに比べて、全体のスキ
ャナーヘッドのより狭い構造形態を実現することができ、しかも原画１０と光軸
２５との間の角度は、光学系の回転のみの場合のように直角から非常に偏差して
いる。ただし光学系に対して回転軸線が、関節ポイント３および４がその最大の
距離にくるときよりもα＝９０°ないしβ＋γ＝９０°の場合に原画１０から遠
く離れていないようになっているときである。

【００４５】 図５には、鏡１２が台形に実現されていることも示されている。というのは、
ラインセンサ１３におけるラインの結像のために作用する光束は光学系１１から
の距離が増大するに従って先細になるからである。

【００４６】 図４および図５には、原画の２０．４８ｍｍのライン長に関連して、比較的小
さな焦点距離が図示されている。それは１つには、ポイント１ないし７を確定す
ることになる特徴的な尺度寸法をすべて同じ比において、走査すべき原画幅が原
画とポイント７との間の許容最大距離を実現することになるまで、縮小すること
ができるからである。更には、光学系１１の焦点距離を拡大しかつ光学系１１，
鏡１２およびラインセンサ１３の位置決めを本発明により整合することができる
からである。

【００４７】 図６には、使用の光学的な概念が図示されている。すなわち、結像すべき物体
Ｇは光学系１１を通して像Ｂに結像され、その際物体Ｇと第１の主要面１７との
間の距離は物体幅ｇと、第２の主要面１８と像Ｂとの間の距離は像幅ｂとかつ２
つの主要面１７および１８間の距離は主要面距離ｈと表される。簡単にするため
に、２つの主要面１７および１８の間でビームは光軸に対して平行に延在してい
るものとし、その際光軸として２つの焦点８および９を通る直線を考察する。幾
何学的な光学系では、光学系１１の直径は重要ではないので、物体の、像への結
像を構築するために、関与するビーム束の表示は重要ではない。幾何学的な光学
系のガウスの意味における結像は近似考察を表している。それは本発明を説明す
るために、最適な解を精確に計算するために十分であるが、満足できるものでは
ない。というのは、それは例えば、光学系１１の直径が重要な役割を果たしてい
る回折効果を考慮していないからである。

【００４８】 本発明の重要な利点は、光学系１１，鏡１２およびラインセンサ１３が不動の
光学系支持体１６にマウントされておりかつ必要に応じて調整することができる
という点にある、ここで、光学系支持体は関節四角形２８の関節ポイント３およ
び４に相応する軸に支承される。

【００４９】 図７には、長さ２３，Ｌ３を計算するために本発明を実施するために挙げられ
、必要とされる尺度寸法Ｌ３ｍを求めるための特性曲線（＝２つのディメンジョ
ンを関連付ける曲線（Bezierkurve））がグラフィック表示されている。挙げら
れているデータによって、算出は一般に公知の手法で数学的にも実施することが
できる。

【００５０】 本発明の方法を説明するために普遍化の制限なしに基本的に次のように定めら
れる： P1y＝P2y＝P0y＝0 P1x＝-P2x ただし P2x＞＞０ P5x＝0 Ｌ1＝L2 まず、式Ｌ０に挙げられている、基準尺度寸法３３を定めることができる。こ
れは、座標系のＹ軸３０に関して原画１０と関節四角形２８との間の本発明の装
置の最大の拡がりに相応するものである。

【００５１】 座標原点０、ひいては固定の関節ポイント１および２の、原画１０からの距離
Ｐ５ｙを選択することができ、その際原画１０にできるだけ近い位置で特別広い
走査フィールが生じる。

【００５２】 従って第１および第２の可動のアーム１４，１５の長さ２１（Ｌ１），２２（
Ｌ２）は Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ０−Ｐ５ｙ ということになる。

【００５３】 原画１０の可能な走査幅は、要求される精度に属する、Ｘ方向におけるポイン
ト７の振れの最大値Ｐ７ｘ（ｍａｘ）によって生じる。この最大値に対して、原
画１０に対する距離、すなわち｜Ｐ７ｘ−Ｐ５ｙ｜はＰ７ｘ（ｍａｘ）を２倍に
するためにこの精度に相応している。Ｐ７ｘ（ｍａｘ）は次のように推定するこ
とができる：

【００５４】

【数３】

【００５５】 関節四角形２８の２つの固定の関節ポイント１，２の位置Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘを選
択することができる。値Ｐ２ｘが大きく選択されればされる程、小さな偏差に対
する確かさはますます高くなりかつその影響を受けなくなるが、装置に対して必
要とされる、座標系のＸ軸２９の方向における全体の広がりは大きくなる。更に
次の上限値が成り立つ： P2x(max)＝L0^＊（1.16666-P5y/L0） 第３の可動の四角形の辺に相応する光学系支持体１６の、式Ｌ３に挙げられて
いる長さ２３は次のステップにおいて次のように突き止められる：

【００５６】

【数４】

【００５７】 ｆ）ポイント （-0.1625, 0.3） （-0.13125, 0.46458） （0.01146, 0.25625） （1.0, 0.2151） によって決められる、２つのディメンジョンＬ１ｍ，Ｌ３ｍの特性曲線において
、Ｌ１ｍに属する値Ｌ３ｍが求められる。

【００５８】 ｇ）Ｌ３＝Ｌ０^＊（Ｌ３ｍ−Ｖｙ） ｈ）Ｌ３によって、ポイント７に対して生じた、種々異なった角度αに対する座
標Ｐ７ｘ，Ｐ７ｙが、場合によっては考慮すべき、関節ポイント１，２，５のポ
ジションに対する製造偏差を考慮して計算されかつ関節四角形２８の可動の四角
形の辺１４，１５，１６の長さ２１，２３，２４、およびＬ３が僅かに補正され
て長さ２３として使用される。

【００５９】 次に、６０ｍｍの走査幅を有するスキャナーヘッドを実現するための例に基づ
いて本発明の方法を説明する。Ｌ０は６０ｍｍによって選択され、Ｐ２ｘは２５
ｍｍによって選択されかつＰ５ｙは１５ｍｍによって選択される。Ｐ２ｘ（ｍａ
ｘ）は５５ｍｍになり、すなわち厳守され、Ｐ７ｘ（ｍａｘ）はおおよそ３１．
７ｍｍになり、すなわち十分である。Ｌ１は４５ｍｍになり、Ｘｘは０．４１６
６７になり、Ｖｘｘは−０．３８３２６になり、Ｖｙは−０．１７６０３になり
かつＶは０．８８７１１になる。これにより、Ｌ１ｍは０．３２５３４と計算さ
れる。特性曲線において更にＬ３ｍは０．２７８２と読み取ることができる。こ
れによりＬ３は２７．２５３８ｍｍになる。微細最適化による後検査より、６０
ｍｍの走査幅に対して３０ｍｍのＰ７ｘの値に相応して、Ｌ３を６．２７プロミ
リ（Ｐｒｏｍｉｌｌｅ）だけ２７．０８３ｍｍに縮小した際に８７．５μｍの最
大差｜Ｐ７ｙ−Ｐ５ｙ｜が生じる。これにより角度αは９２．１゜まで出力制御
され、光軸は原画１０に対して１４．８゜の傾きεを実現する。従って、光軸は
縁位置においてポイント（２６，０）を通り、すなわち第２の固定の関節ポイン
ト２の支承部は１９と２０との間の有効な光束の領域に突入してはならない。こ
のことは、次のようにして実現することができる：図５において明らかであるよ
うに、関節ポイント１および２は原画１０から十分に遠く離れているおよび／ま
たはＸ方向において十分に離れて位置決めされる、または可動の四角形の辺４，
１５が音叉形状においてその固定の関節ポイント１，２を有効な光束から十分離
れて上方および下方に有していることによって。

【００６０】 図８には、Ｙ軸３０に対して平行かつ図１の基準面に対して垂直の断面におい
てαを９０゜とした場合で、固定の関節ポイント１，２に属する、第１および第
２の可動の四角形の辺１４，１５に対する支承部がケーシング３４の成形によっ
ておよび可動の関節ポイント３，４に属する、第１ないし第２の可動のアーム１
４，１５および第３の可動の四角形の辺、すなわち光学系支持体１６の間の支承
部が支承部ピン３５によってどのように形成することができるかが例示されてい
る。

【００６１】 光学系１１の焦点距離を１２．５ｍｍとしかつ拡大率を１．４とした場合、２
１．４３ｍｍの物体幅が生じる。光学系１１の実効直径を８ｍｍとした場合、ラ
インから出る有効な光束の開口角度はａｒｃｔａｎ（０．５^＊ｍｍ／２１．４３
ｍｍ）＝１０．６°になる。像幅は３０ｍｍになり、開口角度は相応に７．６°
になる。従って、最大εを１４．８°とした場合、物体側において、４．２°の
領域が空くことになり、像側において１９°の領域が空くので、その結果ケーシ
ング３４の空いている横断面は図１の基準面においてＹ座標が小さくなるに従っ
て増加させる必要はなく、光学系１１まで軽くかつその後著しく減少していて構
わない。

【００６２】 照明のために、原画１０に関連して光軸の角度が±ε変化しても、原画の明る
さは実質的に変化せずかつ光学系１１が受け取る反射も生じないことが保証され
なければならない。このために照明装置の光束の開口角度は十分に小さく保持す
るべきでありかつ光束は原画に対して有利な角度領域に傾けた状態にしておくべ
きである。

【００６３】 図９には、原画に集束するための光学系１１と一緒に利用される、照明のため
の光束が、複数の、図示の例では２つの鏡３７，３８を使用してどのようにガイ
ドすることができるかが図示されている。光束の図示の境界３９は鏡３７，３８
の考慮すべき位置公差も含めて特別幅広の光束を表している。この光束は、原画
１０に関連して光軸２５の角度εの最大値によって生じる、原画１０に関連した
光束の光軸３６の最大傾斜において、光束が原画１０に達しているところにある
。

【００６４】 図１０には、有効な光束の側方の境界１９，２０が原画１０から光学系１１を
介してラインセンサ１３まで光学系１１に達する前にどのような角度領域をカバ
ーしているかが示されている。この領域には、原画１０によって反射される、図
８の照明の光束のビームは照射されないようになっている。

【００６５】 しかし、光学系１１の直径が比較的大きい場合、ビームの大きな角度が有効光
束として捕捉されるが、実現能力の限界に達することも明確に認識すべきである
。本発明の別の形態において、光学系１１の内径は円とは異なって規定されて、
例えば長辺がラインに対して平行に延在している矩形の形になる。これにより、
図９および図１０に図示されている光束を比較的狭く構成しかつ照明の光束を原
画に一層急峻に当たるようにすることができる。光学系１１の直径が８ｍｍの場
合、５０ｍｍ^２の光学的な横断面が生じ、８ｍｍ^＊４ｍｍの矩形の場合、３２ｍ
ｍ^２の横断面になり、すなわち角度を半分に低減した場合に６４％の横断面であ
り、一方４ｍｍの直径の場合、僅か２５％ということになる。狭める限界として
は、回折の限界が考慮されるべきである。

【００６６】 鏡３７および３８の傾きの有利な選択によって、鏡が有効な光束の側方の境界
１９，２０に比較的近傍に配置されかつ従ってＸ軸２９の方向におけるケーシン
グ３４の寸法は原画１０と光学系１１との間の領域において小さく保持されると
いうことになる。

【００６７】 照明の光束を生成するために、発光ダイオード、いわゆるＬＥＤが適している
。これを光学系１１の光軸２５に対して回転されおよび／またはずらされた光軸
３６を有する光学系１１の原画と反対側に使用すれば、ＬＥＤの適当な位置決め
によって並びに照明の光束のビーム路におけるシリンダレンズの焦点距離、ポジ
ションおよび配向の選択によって、ＬＥＤの発光面の、原画１０における像が明
るい線または狭いバーとして結像すべきラインを照明するように実現することが
できる。複数のＬＥＤの使用は１つの共通のシリンダレンズとともに、光強度を
高めるためおよび／または参照のために用いることができる。

【００６８】 図８に示されている、２つの鏡３７，３８の使用は、両側において対称的に拡
張することができる。付加的に、２つの鏡３７，３８は２つの辺のそれぞれにお
いて、そこから１つの共通の曲げられた構成部分になることができるように位置
決めしかつ延長することができる。これにより同時に、第１には、外光の、光領
域への侵入が大幅に抑圧され、かつ第２には、２つの鏡組み合わせ３７，３８を
底部および／またはカバープレートと組み合わせて結合した場合、第３の可動の
四角形の辺として、光学系支持体１６を機械的に安定した可動部品の形において
実現することができる。

【００６９】 １つの形態において、鏡３７，３８は湾曲したものであってもよく、しかも形
態次第では、屈曲点なしに、滑らかに移行するものであるので、それぞれの側に
おいて１つの鏡が認識されるにすぎない。これによりシリンダレンズを省略する
ことができる。

【００７０】 本発明の結果をこれまでの解決法と比較すると、直線的に移動する光学系と比
較して必要なケーシング幅が縮小されている簡単化された機械装置が実現される
。同じ走査角度、従って１０ｍｍ以上の半径を有する回転式の走査と比較して、
約４ｍｍを有するたわみももはや無視することができないフラットな原画を使用
することができるとともに、ケーシング幅および長さの著しい縮小も実現される
。というのは、原画１０の走査の経過中、光学系１１の傾きおよびシフトを同時
に行うことができるからである。

【００７１】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】 幾何学的な装置の概観を示す図である。

【図２】 ｖ字形状の軌道を示す図である。

【図３】 センサにシャープに結像されるポジションの位置を示す図である。

【図４】 折り畳まれているビーム路を有する配置を示す図である。

【図５】 折り畳まれているビーム路を有する概観を示す図である。

【図６】 幾何学的な光学系の表示を示す図である。

【図７】 Ｌ１ｍに依存している特性曲線Ｌ３ｍの表示を示す図である。

【図８】 図１の図示面に対して垂直である断面を示す図である。

【図９】 光学系を通って出射する、鏡を使用した光束を用いた照明を示す図である。

【図１０】 走査角度の変化を示す図である。

【符号の説明】

０ 座標原点Ｐ０（Ｐ０ｘ，Ｐ０ｙ） １ （第１の）固定の関節ポイントＰ１（Ｐ１ｘ，Ｐ１ｙ） ２ （第２の）固定の関節ポイントＰ２（Ｐ２ｘ，Ｐ２ｙ） ３ （第１の）可動の関節ポイントＰ３（Ｐ３ｘ，Ｐ３ｙ） ４ （第２の）可動の関節ポイントＰ４（Ｐ４ｘ，Ｐ４ｙ） ５ 原画１０の中心点Ｐ５（Ｐ５ｘ，Ｐ５ｙ） ６ 光学系支持体１６の中心点Ｐ６（Ｐ６ｘ，Ｐ６ｙ） ７ 結像すべきポイントＰ７（Ｐ７ｘ，Ｐ７ｙ） ８ 光学系１１の第１の焦点 ９ 光学系１１の第２の焦点 １０ 原画 １１ 光学系 １２ 鏡 １３ ラインセンサ １４ 第１のアーム １５ 第２のアーム １６ 光学系支持体 １７ 光学系１１の第１の主表面 １８ 光学系１１の第２の主表面 １９，２０ 有効な光束の側方の制限 ２１ 第１のアーム１４の長さＬ１ ２２ 第２のアーム１５の長さＬ２ ２３ 光学系支持体１６の長さＬ３ ２４ ｖ字形状の軌道 ２５ 光軸 ２８ 関節四角形 ２９ 座標系のＸ軸 ３０ 座標系のＹ軸 ３１ 距離Ｌ５ ３３ 基準尺度寸法Ｌ０ ３４ ケーシング ３５ 支承部ピン ３６ 照明の光軸 ３７，３８ 照明用鏡 ３９ 照明の光束の側方の境界

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ， ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，Ｌ Ｃ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，Ｔ Ｊ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 2H045 AG00 AG09 BA02 BA18 5C072 AA01 BA16 CA05 DA02 DA04 DA10 DA17 DA21 EA05 FA05 XA01

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学系支持体（１６）に固定されている光学系（１１）およ
   び／または該光学系支持体（１６）に固定されている鏡（１２）によってセンサ
   （１３）にフラットな原画（１０）のラインの全体のライン長を結像ないしイメ
   ージさせる原画（１０）のライン毎の走査装置であって、 光軸の１つのポイント（６）がラインとラインセンサ（１３）との間の基準点と
   してｖ字形状の軌道（２４）上を移動される形式のものにおいて、 前記光学系支持体（１６）は、それぞれ湾曲した軌道上を走行する２つのポイン
   ト（３，４）の間に配置されている ことを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 前記光学系支持体（１６）は、対称形の関節四角形（１；２
   ；３；４）の真ん中のアームとして実現されている 請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 関節四角形（１；２；３；４）の２つの関節ポイント（１；
   ２）は原画（１０）に対して平行に位置決めされておりかつ光学系支持体（１６
   ）の関節ポイント（３；４）間の距離Ｌ３は次式に従って定められており、ここ
   でＬ０は該関節ポイント（３；４）と原画（１０）との間の最大距離、およびＬ
   １は関節四角形（１；２；３；４）の可動の辺（１４；１５）の長さであり、た
   だしＰ２ｘはポイントＰ２のｘ座標である： 【数１】 ｆ）ポイント （-0.1625, 0.3） （-0.13125, 0.46458） （0.01146, 0.25625） （1.0, 0.2151） によって決められる、２つのディメンジョンＬ１ｍ，Ｌ３ｍの特性曲線において
   、Ｌ１ｍに属する値Ｌ３ｍが求められ、 ｇ）Ｌ３＝Ｌ０^＊（Ｌ３ｍ−Ｖｙ） 請求項１または２記載の装置。
4. 【請求項４】 光学系支持体（１６）に、原画（１０）のその都度走査すべ
   きラインを照明するための照明装置が配置されている 請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 【請求項５】 照明は光学系（１１）の光軸に対して傾いているまたはずら
   されている光軸を有する光学系によって行われかつ前記照明装置によって発生さ
   れるバー状光は１つまたは複数の鏡（３７，３８）によって原画（１０）の照明
   すべきラインに反射される 請求項４記載の装置。
6. 【請求項６】 少なくとも１つの鏡（３７および／または３８）は湾曲され
   ている 請求項５記載の装置。
7. 【請求項７】 ２つの鏡面は１つの共通の鏡にまとめられている 請求項５または６記載の装置。
8. 【請求項８】 センサ（１３）はセンサドラムであり、該ドラムの軸線は光
   学系支持体（１６）に固定的に配置されている 請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
9. 【請求項９】 走査すべきラインから出た光束は光学系（１１）を通過した
   後鏡またはプリズムを通って偏向されかつラインセンサ（１３）の表面は光軸に
   対して垂直にある平面に関して傾けられており、有利には原画（１０）に対して
   垂直に延在している 請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
10. 【請求項１０】 光学系（１１）は内径が結像すべきラインに対して垂直よ
    りも結像すべきラインに対して平行に大きい 請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。