JP2005504351A - 縦長の対象物の写像のための写像装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明は、縦長の対象物７の写像のための写像装置に関し、この写像装置が、少なくとも１つの、縦長の対象物７からの光を、垂直方向において集束する、垂直方向円筒形レンズ装置１０、１１、および、多数の、マトリックス状に、少なくとも１つのレンズアレイ１２内において、この垂直方向円筒形レンズ装置１０、１１の後方において配設された、それぞれにこの縦長の対象物からの光を水平方向において集束するレンズ部材、を有している。安いコストで最適な光強度を得るために、本発明により、それぞれに、多数のレンズ部材が、少なくとも１つの、縦長の対象物からの光のための、透明な水平方向集光層１３を備えており、この水平方向集光層が、水平方向において勾配を有する屈折率１４を備えている。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、請求項１の上位概念による、縦長の対象物の写像のための写像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
それらの内に記憶された情報の検出のための、目的物、例えば印刷されたテキスト、または画像の光学的な走査の際、この目的物は、通常は、ライン状に照射される。この目的物の照射されたラインから放射された光は、印刷されたテキスト、または画像に相応する光強度を有している。この光は、写像光学機器によって、−通常は、同様にライン状、またはマトリックス状の−受光部装置上へと写像され、この受光部装置を介して、この光の光強度変動が、走査結果の更なる処理、および表示のための電気的な信号に変換される。
【０００３】
この技術を基礎とする機器に関する例は、フラットベッドスキャナー、またはＸ線写真フィルムのための読み取り機器である。ＬＥＤプリンターの場合、ライン状、またはマトリックス状に配設されたＬＥＤ（発光ダイオード）が、選択的に制御され、且つ、これらＬＥＤから放射された光が、写像光学機器を介して、光感受性の媒体上へと集光され、この媒体から、この光が、次いで傍らを通り過ぎる紙上へと転写される。
【０００４】
上記の使用様式の場合、写像光学機器の課題は、その対象物から光が放射される縦長の対象物を、最適に、基本的に写像されるべき対象物と同じ幾何学的な寸法を有する面上へと写像することである。
【０００５】
レンズアレイを有するこのような写像光学機器は、例えば、米国特許第６，０８８，１６４号明細書（特許文献１）から公知である。この写像光学機器の場合、光線は、多数のライン状に配設された、光を放射する部材から成る光源から、記憶媒体表面上へと、多数の集光レンズから成るレンズアレイを介して集光され、これら集光レンズが、走査方向において、２つの相互に互い違いにずらされたラインが形成されるように配置されている。
【０００６】
この公知技術における欠点は、このレンズアレイ（最大の構造容積）に関する幾何学的な境界条件に基づいて、開口数が制限されており、従って、写像光学機器の光強度が僅かであることにある。このことは、このレンズアレイが、ファイバーアレイとして構成される場合、それだけいっそう多く言えることである。この場合には、それに加えて、相互作用の現象（クロストーク）が生じる。
【０００７】
ドイツ連邦共和国特許第１９９ ６２ ７７５号明細書（特許文献２）から、記憶層に保存された情報を読み取るための装置が公知である。この装置の場合、照射されたＸ線カセットから放射される放射光線は、光学的な写像手段を介して、受光手段上へと写像され、この受光手段の開口数が、Ｘ線カセットの励起されたラインに関連付けられて、このラインの方向に対して横方向で、このラインの方向においてよりもより大きい。この写像手段は、その際に、２つの、励起されたラインに対して平行な円筒形レンズ、および、これら円筒形レンズの間に配設された、励起されたラインに対して垂直方向の円筒形レンズを有するレンズアレイから成っている。
【０００８】
この円筒形レンズを有する構造は、多数の非球面状に研磨加工された表面に基づいて、極めて手間暇がかかり、且つ高価である。
【特許文献１】
米国特許第６，０８８，１６４号明細書
【特許文献２】
ドイツ連邦共和国特許第１９９ ６２ ７７５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の課題は、最適な光強度を有し、且つ安いコストで製造され得る、写像光学機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は本発明に従い、請求項１による特徴を有する写像装置によって解決される。
本発明の有利な実施形態および使用は、従属請求項の対象である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の基礎にある着想は、レンズの代わりに、場所に依存する屈折率分布（Brechungsindex）を有する光学的な部材を使用すること、および従って、製造において高価な研磨加工された表面を、直線状の屈折率分布型レンズアレイ（Gradientenindex-Array）（ＧＲＩＮ−Ａｒｒａｙ）に置換することにある。特に本発明により、水平方向の光の集束のために使用されるレンズが代用される。その際、ここで、および以下において、水平方向は、縦長の対象物に対して平行の方向を意味し、且つ、垂直方向が、この縦長の対象物に対して垂直方向を意味する。水平方向の円筒形レンズから成るレンズアレイの代わりに、従って、透明のガラス層から成る積層体が使用され、その際、これらガラス層が、水平方向の面内において、変化する屈折率（屈折率分布（Gradientenindex）、ＧＲＩＮ）を有している。
換言すれば、少なくとも１つの、この縦長の対象物から発する光を、垂直方向において集束する、垂直方向円筒形レンズ装置、および、多数の、マトリックス状に、少なくとも１つのレンズアレイ内において、この垂直方向円筒形レンズ装置の後方において配設された、それぞれにこの縦長の対象物から発する光を水平方向において集束するレンズ部材を有する、本発明による縦長の対象物の写像のための写像装置は、
それぞれに、多数のレンズ部材が、少なくとも１つの、縦長の対象物から発する光のための、透明な水平方向集光層を備えており、この水平方向集光層が、水平方向において勾配を有する屈折率（Brechungsindex）を備えていることによって特徴付けられている。
【００１２】
特に、垂直方向における少なくとも１つの透明の水平方向集光層の延長は、基本的に、前方、及び／または後方の垂直方向円筒形レンズ装置の延長に相応する。
【００１３】
有利な実施態様において、少なくとも１つの透明な水平方向集光層の光学的な深さは、この水平方向集光層によって、１：１の写像が形成されるように選択されている。
【００１４】
水平方向集光層の屈折率に加えて、水平方向集光層の内の少なくともいくつかの水平方向集光層は、それぞれに、少なくとも１つの円筒形に湾曲された表面を有しており、この表面を通って、光が、この層内へと入射、または出射する。屈折率分布型ロッドレンズアレイと湾曲された表面との組み合わせによって、向上された光集束性能が実現可能であり、この光集束性能は、公知技術において記載されている湾曲された表面からの光集束性能をはるかに優っている。
【００１５】
写像光学機器が、記憶層内に記憶された情報の読み取りのための装置内において使用され、この装置が、
一次光線でもって、記憶層のライン状の領域の励起または照射のための光線源を有し、
従って、この記憶層が、この記憶層内に記憶された情報に依存して二次光線を出力し、
この記憶層からの二次光線の受光のための、多数の、マトリックス状に、少なくとも１つの受光部ライン内において設けられた、光感応性の面を有し、
その際、少なくとも１つの受光部ラインが、基本的に、この記憶層のライン状の領域に対して平行に指向している、様式の上記の装置において、
その際、この写像光学機器が、光線源と、少なくとも１つの受光部ラインとの間に配設されており、且つ、二次光線のために透明である。
【００１６】
本発明の利点は、特に、光学的な部材の幾何学的な寸法の規格化および適合が、交番する諸要件に対して、比較的に僅かなコストにおいて、大きな領域にわたって可能であることにある。
【００１７】
本発明の更なる特徴および利点は、有利な実施形態および使用例の以下の説明から与えられ、その際、添付された図が引き合いに出される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１内におけるプリンターは、反射体を有するケーシング２内に格納されている光源１を備えている。この光源は、選択的に相互に依存せずに制御される、多数の（図示されていない）個別部材、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）から成っている。この光源の光は、写像光学機器４を介して、光感受性の媒体３上に写像される。この光感受性の媒体は、その際に、半導体であっても良く、または、プリンターによって選択的に照射される感光性のフィルムでも良い。光源の個別部材の制御に応じて、光５によって、この光源１の像６が媒体３上に形成され、その際、ここで、明確化のために、光源１およびこの光源１の像６は、幅広の黒色の線によって図示されている。
【００１９】
写像光学機器４の第１の実施形態は、図２Ａにおいて、詳細と共に図示されている。この写像光学機器４を介して、縦長の対象物７は写像される。この縦長の対象物７は光源であっても良く、その場合には、光５が一次光である。同様に、この縦長の対象物７は、しかもまた、一次光によって照射される発光しない目的物であっても良い。その場合に、光５は、この目的物から発する二次光である。この写像光学機器４を介して、画像面８内において、対象物７の写像９が形成される。この写像装置は、示された実施形態において、前方の垂直方向円筒形レンズ装置（Vertikalzylinderlinsenvorrichtung）１０、および後方の垂直方向円筒形レンズ装置１１を備えており、これらが、それぞれに、縦長の対象物７から発した光７を、垂直方向において集束する（「垂直方向」は、対象物の長手方向延長に対して横方向を意味し、「水平方向」が、この対象物の長手方向延長の方向を意味する）。
【００２０】
対象物７を、同様に水平方向においても、画像面８上へと写像するために、多数の集光する部材が、前方の垂直方向円筒形レンズ装置１０と後方の垂直方向円筒形レンズ装置１１との間に、ライン状、またはマトリックス状に配設されている。このマトリックス、もしくはラインの集光部材１２は、公知の技術において、円筒形レンズであり、これら円筒形レンズの長手方向が、この対象物に対して垂直方向に指向しており、従って、これら集光部材によって、この縦長の対象物７から発した光７が、水平方向において集束される。
【００２１】
この様式の円筒形レンズが、しかしながら、製造において高価であり、且つ対象物７に沿って多数のこの様式の円筒形レンズが必要とされるので、本発明による写像光学機器４の場合、これらのレンズ部材の代わりに、それぞれ１つの水平方向集光層（Horizontalsammelschicht）１３が使用され、従って、積層体１２は、ガラス層１３から形成される。それぞれに個別の水平方向集光層１３は、光学的に、円筒形状の集光レンズに相応し、この集光レンズが、光を水平方向において集束する。
【００２２】
この目的で、個別の水平方向集光層は、場所に依存し且つその経過１４が図２Ｂにおいて示されている屈折率を有している。図２Ｂにおける透視図から見て取れるように、この屈折率の経過は、水平方向において勾配（グラジエント）を有しており、即ち、この屈折率が、光の伝播方向に延在する水平方向集光層１３の中央の面内において高く、これに対して、この水平方向集光層１３の縁部において低い。
【００２３】
このような水平方向集光層１３の写像特性は、図２Ｃにおいて示されている。光は、平坦な入射面１５を通って、この水平方向集光層１３内へと入射し、且つ、この入射面１５における入射点に応じて、この入射面１５に対して異なる角度において方向を変えられる。水平方向集光層１３内への、入射の入射面の個所、および入射面１５に対する角度に応じて、光線は入射面１５において屈折される。この水平方向集光層１３内における２つの光線の経過は、一方の光線が水平方向集光層１３の中心から右側に、他方の光線が水平方向集光層１３の中心から左側に図示されている。この水平方向集光層１３内における光線の光線経路は、楕円１６のそれぞれ１つの分枝であり、一方の分枝が時計方向であり、他方の分枝が時計方向とは逆である。この楕円１６の通過の後、従って、写像された対象物の反転された像が得られる。この水平方向集光層１３の後ろの像が、写像された対象物と同じ整向方向を有するために、この水平方向集光層１３の光学的な深さは、２つ、または概して偶数の楕円がこの光によって通過されるように選択されねばならない。図２Ｃにおいて、これらは両方の楕円１６および１７である。
【００２４】
図２Ｃにおいて図示された、水平方向集光層１３の特別の実施形態の場合、入射面１８、および出射面１９が円筒形に湾曲されている。このことによって、この層の中心面からの距離による屈折角度の場所への依存性が、同様に屈折率の形成によっても更に変化されること、（または、反対に、始めに入射面および出射面の輪郭が製造され、次いで、ガラス内における屈折率勾配の形成によって、この中心面からの距離による屈折角度の依存性が変化されること）が達成される。特に、付加的なパラメータ（屈折率経過、および入射面および出射面の曲率）の形成によって、写像光学機器４の写像特性の範囲は拡大される。
【００２５】
有利には、１：１の写像が、水平方向集光層１３によって達成しようとされ、即ち、像は、水平方向において、写像される対象物と同じ大きさである。しかし、基本的に適宜の写像尺度は、選択され得る。
【００２６】
水平方向集光層１３の厚さ、即ち、水平方向（対象物の長手方向延長に対して平行な）におけるこの水平方向集光層の延長は、屈折率勾配の経過によって、精確に言うと、最大の屈折率と最小の屈折率との間の差、および、放物線の開口状態によって設定されている。例えば、所定のガラス内において、イオン交換によって、１．６５の最大屈折率、および１．５６の最小屈折率が、０．８ｍｍと１．３ｍｍとの間の厚さにおいて製造可能である。本発明による装置の構成要素の数を最低限に抑えるために、有利には、この様式の、最大に可能な厚さを有する水平方向集光層１３が使用される。
【００２７】
垂直方向における水平方向集光層１３の延長は、基本的に、この垂直方向における、前方の垂直方向円筒形レンズ装置１０、および後方の垂直方向円筒形レンズ装置１１の延長によって、予め設定される。垂直方向におけるこの水平方向集光層１３の延長を、前方の垂直方向円筒形レンズ装置１０からの光が、この水平方向集光層を、全面的に塞ぐように選択することは有意義である。
【００２８】
個別の層１３の間の相互作用（Uebersprechen）を阻止するために、これら層１３の間に、有利には（図示されていない）吸収体層が挿入される。これら吸収体層は、特に同時に、水平方向集光層１３を機械的に互いに結合することの課題を満たし、即ち、これら吸収体層が粘着剤層である。
【００２９】
図２ＡからＣまでにおいて図示された写像光学機器は、プリンターと並んで、特に、記憶層から成る情報の読み取りのために適している。このことを、次に、第２の使用例に基づいて説明する。図３において、全体として符号２０でもって参照符号を付けられている透過光スキャナーが示されている。この写像光学機器は、記憶層２３内において保存された情報を読み取るための透過光スキャナー２０の構成要素である。光線源２１は、一次光線２２でもって、この記憶層２３のライン状の領域２４の励起または照射に使用される。この一次光線２２によって、記憶層２３は励起され（即ち、この一次光２２が、先ず第一に、この記憶層２３によって吸収され）、且つ、この記憶層２３が、この記憶層内に記憶された情報に依存して二次光線２５を放射する。この二次光線２５は、写像光学機器２６を介して、多数の、マトリックス２７内において設けられた、光感応性の面２８上へと写像され、従って、そこで、この励起ライン２４の像が得られる。見通しの理由から、この励起ライン、およびこのマトリックス２７上での励起ラインの像は、幅広の線として図示されている。このマトリックス２７は、特に、ＣＣＤアレイであり、このＣＣＤアレイが、規則的な間隔で読み取られ、その際、このＣＣＤアレイの出力信号が、引き続いて、電子機器（図示されていない）によって、更に処理される。
【００３０】
写像装置２６は、例えば、図２ＡからＣまでにおける実施形態のように構成されている。
【００３１】
本発明による写像光学機器のための更に別の実施例は、図４による、反射光式読み取り装置２９である。この様式の反射光式読み取り装置２９は、特に、記憶層２３を有するＸ線カセットの読み取りに使用される。この記憶層内において、Ｘ線光によって、情報が記憶される。一次光源による励起の後、ライン状の励起された領域２４内における記憶層を介して、二次光が放射され、この二次光が、写像光学機器２６を介して、光感応性の面２８から成るマトリックス２７上へと写像される。Ｘ線カセットの読み取りのためのこの様式の装置の場合、一次光、および二次光は、事情によっては、異なる波長を有している。従って、一方では、この二次光のための写像光学機器が透明であることが必要であり、他方では、この写像光学機器２６の透過領域の適切な選択によって、一次光がマトリックス２７上へと到達することが防止される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】旧来のプリンターの構造の概略的な図である。
【図２Ａ】本発明による写像光学機器の第１の実施の形態の部分、もしくは、光学的な特徴、および、この特徴に由来する部材の特性の図である。
【図２Ｂ】本発明による写像光学機器の第１の実施の形態の部分、もしくは、光学的な特徴、および、この特徴に由来する部材の特性の図である。
【図２Ｃ】本発明による写像光学機器の第１の実施の形態の部分、もしくは、光学的な特徴、および、この特徴に由来する部材の特性の図である。
【図３】本発明が使用されている、透過光スキャナーの構造の概略的な図である。
【図４】本発明が使用されている、反射光式読み取り装置の構造の概略的な図である。
【符号の説明】
【００３３】
１ 光源
２ ケーシング、 反射体
３ 光感受性の媒体
４ 写像光学機器
５ 光線経路
６ 光源の像
７ 対象物
８ 写像面
９ 写像面内における対象物の像
１０ 光の垂直方向の集束のための前方の円筒形レンズ
１１ 光の垂直方向の集束のための後方の円筒形レンズ
１２ 水平方向レンズアレイ、透明の水平方向集光層から成る積層体
１３ 透明の水平方向集光層
１４ 透明の水平方向集光層内における屈折率経過
１５ 透明の水平方向集光層の光入射面
１６ 透明の水平方向集光層内における像の第１の反転
１７ 透明の水平方向集光層内における像の第２の反転
１８ 円筒形の入射面
１９ 円筒形の出射面
２０ 透過光スキャナー
２１ 透過光スキャナーの光源
２２ 一次光線
２３ 記憶層
２４ 記憶層の照射された（ライン状の）領域
２５ 二次光線
２６ 写像光学機器
２７ 光感応性の面から成る（ＣＣＤ）アレイ
２８ 光感応性の面
２９ Ｘ線カセットのための反射光式読み取り装置

Claims (8)

1. 縦長の対象物（７）の写像のための写像装置であって、
   この写像装置が、
   − 少なくとも１つの、縦長の対象物（７）からの光を、垂直方向において集束する、垂直方向円筒形レンズ装置（１０、１１）、および、
   − 多数の、マトリックス状に、少なくとも１つのレンズアレイ（１２）内において、この垂直方向円筒形レンズ装置（１０、１１）の後方において配設された、それぞれにこの縦長の対象物（７）からの光を水平方向において集束するレンズ部材、
   を有する様式の上記の写像装置において、
   それぞれに、多数のレンズ部材が、少なくとも１つの、縦長の対象物（７）からの光のための、透明な水平方向集光層（１３）を備えており、この水平方向集光層が、水平方向において勾配を有する屈折率（１４）を備えていることを特徴とする写像装置。
2. 垂直方向における少なくとも１つの透明な水平方向集光層（１３）の延長は、基本的に、前方、及び／または後方の垂直方向円筒形レンズ装置（１０、１１）の延長に相応することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 少なくとも１つの透明な水平方向集光層（１３）の光学的な深さは、この水平方向集光層によって、１：１の写像が形成されるように選択されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 水平方向集光層（１３）の内の少なくともいくつかの水平方向集光層は、それぞれに、少なくとも１つの円筒形に湾曲された表面（１８、１９）を有しており、この表面を通って、光が、この層内へと入射、または出射するように構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の装置。
5. 光感受性の媒体（３）の選択的な照射のための制御可能な光源（1）、および、請求項１から４のいずれか一つに記載の装置を有するプリンター装置。
6. 記憶層（２３）内に記憶された情報の読み取りのための装置であって、
   この装置が、
   − 一次光線（２２）でもって、記憶層（２３）のライン状の領域（２４）の励起または照射のための光線源（１）を有し、
   従って、この記憶層（２３）が、この記憶層内に記憶された情報に依存して二次光線（２５）を出力し、
   − この記憶層（２３）からの二次光線の受光のための、多数の、マトリックス状に、少なくとも１つの受光部ライン（２７）内において設けられた、光感応性の面（２８）を有し、
   その際、少なくとも１つの受光部ライン（２７）が、基本的に、この記憶層のライン状の領域（２９）に対して平行に指向している、
   様式の上記の装置において、
   光線源（１）と、少なくとも１つの受光部ライン（２７）との間に、請求項１から５のいずれか一つによる写像装置が配設されており、この写像装置が、二次光線のために透明であることを特徴とする装置。
7. 情報の記憶のための記憶層（２３）、および請求項６による装置を有する透過光スキャナー（２０）。
8. 情報の記憶のための記憶層（２３）、および請求項６による装置を有する、Ｘ線カセットのための反射光式読み取り装置（２９）。