JP3066740B2

JP3066740B2 - 結像システム

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Publication number: JP3066740B2
Application number: JP9351519A
Authority: JP
Inventors: ジェームス・ビー・ウィリアムソン
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1997-01-24
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 2000-07-17
Anticipated expiration: 2017-12-19
Also published as: US5903403A; JPH10213748A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に物体の像を
作るシステムに係り、とりわけ物体を照らし物体から戻
った光を検出する光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】色々な分野における広く多様な装置で
は、物体が長く狭い照明パターン、すなわち「細長い」
照明パターンを成す強い照明で照らされ、物体の照明部
分から戻った光が検出されている。例えば、スキャナま
たは写真複写機では、照らされる物体は文書であり、文
書の照明部分から戻った光は、この光をスキャナのＣＣ
Ｄ上、または写真複写機の感光ドラム上に収束させるこ
とにより検出される。物体結像法の他の用途には、電子
工学産業で使用されているもののような表面検査装置が
ある。物体結像法には、物体の照明部分により反射され
た光の全光束を検出し、検出器に像を形成しない用途も
ある。下記において説明を簡単にするために、「結像」
という用語を全光束を検出し検出器に像を実際に形成し
ないこれらの用途を含めて採用することにする。

【０００３】通常のスキャナおよび写真複写機は、蛍光
灯のような直線状に延びる光源を使用することが非常に
多い。ランプにより放出された光は、細長い照明パター
ン内部で高い照明強度を与えるように物体に転送されね
ばならない。照明器強度は、物体の照明部分から戻った
光が十分な強度を有し、戻った光を確実に検出できるよ
う十分高くなければならない。例えば、スキャナでは、
文書の位置で光強度が不十分であれば検出された像の信
号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が受け入れ不能、すなわち低く
なる。

【０００４】通常の走査システムおよび写真複写システ
ムの光源は、完全拡散で方向性が無いので、光源により
発生された光の大部分は結像しようとする物体の表面の
領域に当たらない。物体位置での照明強度が適切である
ようにするのに高照明組立体がしばしば使用されてい
る。照明組立体の電源の費用がシステム全体の費用のか
なりな部分を占めるので、低い効率で物体を照明する費
用は、直接費用効率に転嫁される。

【０００５】物体を結像するための照明組立体の非効率
を、光源近くに反射面を設けることにより減らすことが
できる。Hilton他に与えられた米国特許第４，６９９，
４９７は、単一楕円の二つの円弧を構成する一対の反射
体により部分的に囲まれている長い円筒形ランプを備え
た文書走査システム用照明組立体を記している。このラ
ンプは３６０度にわたり光を放出する。その特許は、楕
円形状反射体に対してランプを設置するための主要必要
条件が、ランプの中心を反射体が円弧を構成している楕
円の焦点の一つに位置決めすることであると述べてい
る。反射体は、ランプにより放出された光を集めて反射
し、照明組立体の効率を非常に高める。

【０００６】光学スキャナ用照明領域を形成するのに反
射面を使用する他のシステムは、Katzirに与えられた米
国特許第５，０５８，９８２に記されている。Katzirの
光学スキャナは、印刷回路板、ウェーハ、および類似の
ものを検査するシステムである。二つの細長い光源の各
々が反射結像部材およびその光源からの光を関連する反
射体結像部材にわたり広げる両凸レンズシートを備えて
いる。照明システムはまた明視野照明を生ずるのに使用
される第３の細長い光源を備えている。

【０００７】Hilton他およびKatzirの従来技術の結像シ
ステムは、照明の効率を向上させているが、更に性能を
高めることが望ましい。

【０００８】他の照明組立体は、蛍光開口ランプを結像
しようとする物体の表面近くに設置している。開口ラン
プは、内部反射体を備え、ランプの長さ方向に設置され
た細長い開口から光を放出する。開口から放出された光
の強さは、同等の非開口蛍光灯により放出される光より
実質上高い。しかし、ランプの長さに垂直な平面内で
は、開口ランプは、光を１８０度の角度にわたり放出す
る。したがって、このようなランプは、ランプにより放
出される光の大部分が照明パターンの外側に落ちるの
で、物体の近くにわずかな低い効率で細長い照明パター
ンを与える。このようなランプの効率を上げるには、１
８０度の角度で放出される光の可能なかぎり多くを捕ら
えて集め、物体上に照明パターンを形成する必要があ
る。この作業を行い得る通常の反射体またはレンズは高
価でかつかさばる。

【０００９】平面放射源を使用する遠い物体を照明する
のに複合楕円集光器（ＣＥＣ）が従来技術で公知であ
る。平面源からの赤外放射を遠い広がった目標にわたっ
て広げる装置は、Rabl他の米国特許第４，９２２，１０
７に記されている。ＣＥＣは平面赤外線源により１８０
度の角度にわたり放出された全ての放射を集める。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】よって、適切な検出器
に結合された物体の照らされた部分から光が戻るよう、
開口ランプから光を近傍の物体の狭いストリップに照ら
すようなＣＥＣを用いた方法が必要である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、細長い照明源
からの光を導いて結像しようとする物体の表面に細長い
照明パターンを形成する複合楕円集光器を使用する結像
システムを提供する。結合要素が表面から戻った光を検
出器に結合する。好適実施例では、照明源は開口ランプ
である。複合楕円集光器は、別々の楕円の円弧である第
１および第２の反射面を備えている。第１の反射面の円
弧を形成する楕円は、照明源の横方向先端と第２の反射
面の入口端との接合部の近くに一つの焦点を備えてい
る。第２の反射面を形成する楕円は、照明源の第２の横
方向先端と第１の反射面の入口端との接合部の近くに一
つの焦点を備えている。各楕円には、複合楕円集光器の
反射面の入口端と一致してまたは入口端の向こうに位置
する第２の焦点がある。

【００１２】結像システムの第１の実施例では、複合楕
円集光器は物体の表面に垂直な対称の平面を備え、「切
り縮められていない（untruncated）」で、複合楕円集
光器の内部を通過する結合要素を備えている。本明細書
では、複合楕円集光器は、照明源の横方向先端からの限
界光線が複合楕円集光器の出口開口の位置での限界光線
であるとき、「切り縮められていない」と規定されてい
る。「切り縮められている」複合楕円集光器は、その長
さが、反射面の一方または双方が限界光線の条件を満足
しない短縮されているものである。

【００１３】第１の実施例では、複合楕円集光器は、そ
の出口開口が結像しようとする物体の表面に隣接してお
り、結合要素が物体から戻った光を検出器結合してい
る。結合要素は戻った光が検出器に到達するまでの過程
にある反射面の一方または双方に形成された出口を含ん
でもよい。第１の実施例の結合要素はまた、複合楕円集
光器の対称の平面が物体の表面に垂直であるから、内部
ミラーをも備えている。検出器は、表面上の特徴（例え
ば、文書のプリント）を表す信号を発生することができ
るか、表面から戻った全光束を表す信号を発生すること
ができるか、または通常の写真複写光学系および機械装
置でよい。

【００１４】他の実施例は、物体の表面に対する複合楕
円集光器の角度、反射面の一方または双方の切り縮め、
その反射面が円弧を形成する楕円の対称性、および結合
要素が複合楕円集光器の内部に突出しているか否かに関
して第１の実施例から変化している。好適実施例は、第
１の実施例と同様であるが、複合楕円集光器の対称の平
面が物体の表面に対して傾いており、結合要素が表面か
ら戻った光を反射面の一方にある開口により検出器に導
いている。この装置では戻った光を開口の方に導く内部
ミラーを支持する必要がない。

【００１５】随意選択的に、結合要素は、複合楕円集光
器の内部の内側に光学装置を設けて戻った光を集め、収
束して反射面の開口を通過させることができる。これら
実施例に関連する数値開口は十分小さく、通常は０．５
未満であり、したがって反射面内の開口は、物体の表面
を照明する光と光源から複合楕円集光器に入る光との間
の高光束伝達比を与えることに関して複合楕円集光器の
動作に有意の影響を与えないということが確認されてい
る。

【００１６】光源から物体までの光束伝達は、出口開口
の寸法、入口開口および物体の表面における照明範囲が
等しいとき、最大である。複合楕円集光器が表面に対し
て傾いている実施例では、出口開口に位置する二つの焦
点は、好適に表面の反対側に設置され、表面から等距離
にある。

【００１７】先に記したとおり、本発明の実施例は、物
体の表面から戻った光を検出器に結合する結合要素の構
成に関して変化する。ある実施例では、複合楕円集光器
の反射面の出口端は物体の表面から離れていて戻った光
を、複合楕円集光器の内部を通過せずに検出器に結合さ
せている。これは、切り縮められたまたは切り縮められ
ない実施例のいずれでも達成することができる。その
上、複合楕円集光器の軸を表面に垂直にすることがで
き、または物体の表面に対して傾けることができる。

【００１８】本発明の長所は、複合楕円集光器が高効率
の光束伝達を確立していることである。これは性能、費
用効率、および空間効率の全てに関して利益に転換され
る。性能は、物体の表面での照明が増大することにより
高められ、更に多くの検出可能な光が表面から戻される
ようになる。他方、光束伝達の高効率を利用して、表面
における高強度を維持しながら、結像システムに廉価な
電源を使用することが可能になる。サイズが関係する手
持ち走査用途および他の用途については、電源に関する
要求が少ないので、システム設計者は複合楕円集光器の
無いシステムより足跡（footprint）の小さい電源を使
用できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明に従う結像システムの第１
の実施例を図１に示す。結像システム１０は、細長い光
源１２および、第１の反射面１４および第２の反射面１
６を有する複合楕円集光器（「ＣＥＣ」）１１を備えて
いる。結像システムを物体２２の表面２３のストリップ
を照らしているように図示してある。照らされるストリ
ップおよび光源１２は、図面の平面に垂直な方向に細長
くなっている。

【００２０】好適な光源１２は、複合楕円集光器１１の
対称の平面に沿って長手方向に延びる蛍光開口ランプで
ある。対称の平面は、対称の軸１３を通る、図面の平面
に垂直に広がっている。蛍光開口ランプの一つの形態
は、Spencer他の米国特許第３，１１５，３０５に記さ
れている。蛍光開口ランプは窓１９から光を放出する。
窓の境界としての先端は参照番号１８および２０により
示されている。窓は図面の平面に垂直な方向に細長い。
光は窓１９から約１８０度の角度にわたり放出される。
本発明を光源１２として蛍光開口ランプを有するように
説明し図解してあるが、他の適切な細長い光源を使用で
きる。開口無し蛍光灯、発光ダイオードの線形配列、お
よびエレクトロルミネッセンス材料のストリップは適切
な代案の例である。

【００２１】光源１２は、窓１９を入口開口Ａ１と整列
させて複合楕円集光器１１に隣接して取付けられてい
る。窓１９の側面先端を参照番号１８および２０により
示してある。ＣＥＣ１１には他に入口開口Ａ１から遠い
ＣＥＣ１１の端に出口開口Ａ２がある。適切な構造（図
示せず）はＣＥＣ１１を物体２２に隣接して設置し、出
口開口Ａ２から放出された光が物体２２の表面２３の所
定部分に当たるようにしている。

【００２２】複合楕円集光器１１は細長い光源１２から
の光を集め、これを結像しようとする物体２２の表面２
３の所定部分に集中させる。例えば、物体２２が文書で
あれば、ＣＥＣ１１は光源からの光を集中させて文書の
表面の細長いストリップを照明する。ＣＥＣ１１を、Ｃ
ＥＣ１１が物体２２における光束を入口開口Ａ１におけ
る光束と実質的に等しくするように構成することがで
き、出口開口Ａ２を物体２２に隣接して設置することが
できる。しかし、この条件に合致すると、物体２２の表
面から戻った光は、ＣＥＣ１１の内部に戻り、ＣＥＣ１
１から逃れることができない。

【００２３】図１に示す複合楕円集光器１１を、第２の
反射面１６を貫く開口２４を形成することにより、およ
びミラー２６をＣＥＣ１１の内部に取付けることにより
結像システム１０に使用できる。開口２４およびミラー
２６は、物体２２の表面２３から戻った光を検出器２８
にまとめて結合する。表面２３から戻った光は、鏡面反
射および拡散反射により戻される。表面２３から戻った
光は、ミラー２６に当たり、ミラー２６はこの光を開口
２４を通して検出器２８に向ける。好適実施例では、ミ
ラー２６の寸法は、ミラー２６の近くのＣＥＣ１１の断
面積と比較して小さい。ミラー２６はまた、その背面が
好適に艶消し黒色とされていて、ミラー２６の背面から
の疑似反射を防止している。

【００２４】決定的ではないが、一つ以上の光学要素３
０を使用して物体２２の表面２３から戻った光を集め、
収束してミラー２６に当てることができる。

【００２５】用語「検出器」は、本明細書では、物体の
表面から戻った光を受ける、電気的または光学的構成要
素または構成要素から成る装置を識別するのに使用され
る。殆どの用途では、物体の表面の像は、検出器位置に
形成される。しかし、検出器単に物体の表面から戻る全
光束を検出する用途では、像が形成されない。しかし、
上に記したように、用語「結像」は像が検出器で形成さ
れると否とに拘らず光検出を包含すると見做される。

【００２６】結像システム１０を例えばスキャナに使用
すると、検出器２８は開口２４と整列したセンサの線形
配列を備えることができる。センサは物体２２、この例
では文書、の表面２３から戻った光に応答して電気信号
を発生する。結像システム１０を写真複写機に使用する
と、検出器２８は、表面２３から戻った光に応答して、
静電ドラムのような、他の表面に潜像を形成する光学装
置で良い。潜像を次に第２の紙シートに移すことができ
る。この例では、検出器２８は、写真複写機の通常の構
成要素から構成できる。更に他の例として、検出器２８
は表面２３から戻った光の積分を検出するホトダイオー
ドまたは光センサで良い。

【００２７】複合楕円集光器１１の長所は、第１の反射
面１４および第２の反射面１６が、（ａ）出口開口Ａ２
から物体２２の表面２３を打つ出力光束と（ｂ）入口開
口Ａ１における入力光束との間の高い比率を与えること
である。第１の反射面１４および第２の反射面１６は、
別々の楕円の円弧である。第１の反射面１４が円弧であ
る楕円は、第２の反射面１６の入口端３２と光源１２の
窓１９の先端２０との接合部に第１の焦点（ｆ１）を備
えている。光源１２は、光を窓１９を通して複合楕円集
光器１１の中に伝える。第１の反射面１４の第２の焦点
は、ＣＥＣ１１の出口開口Ａ２の一端にある。図１に示
す実施例では、第２の焦点（ｆ２）は限界光線１５と物
体２２の表面２３との交点にある。この実施例では、限
界光線１５は、出口端３６と物体２２の表面２３との接
点またはその近くにある。

【００２８】第２の反射面１６が円弧である楕円は第３
の焦点および第４の焦点を備えている。第３の焦点（ｆ
３）は、第１の反射面１４の入口端３８と光源１２の窓
１９の先端１８との接合部にある。第４の焦点（ｆ４）
は、限界光線１７と第１の反射面１４の出口端４２に接
触する物体２２の領域との交点にある。

【００２９】第１の反射面１４および第２の反射面１６
は共に切り縮められていないので、限界光線１５および
１７は、出口端３６および４２に対してかすめ角を成
し、出口開口Ａ２の幅は出口端焦点ｆ２と出口端焦点ｆ
４との間の距離に対応している。この構成は、複合楕円
集光器内部で限界光線が多数回反射しないようにしてい
る。図１に示す結像システム１０により与えられる光束
伝達は、通常のシステムのものよりかなり大きい。例え
ば、光源１２として蛍光開口ランプを使用する本発明に
従う照明システムの実用的実施例により与えられる照明
強度は、蛍光開口ランプだけにより与えられるものより
４〜５倍大きかった。代わりに、本発明による照明シス
テムの実用的実施例は、蛍光開口ランプだけを使用して
同じ照明強度を与えるのに必要なものの４分の１より少
ない光出力を有する蛍光開口ランプを使用して受け入れ
可能な照明強度を与えることができた。

【００３０】図１に示す実施例は、物体２２の表面２３
における入口開口Ａ１、出口開口Ａ２、および照明視野
の間の好適な寸法関係を例示している。この好適実施例
は、１対１の寸法対応を有している。したがって、出口
開口Ａ２の幅、すなわち出口端焦点ｆ２と出口端焦点ｆ
４との間の距離は、入口開口Ａ１の幅、すなわち入口端
焦点ｆ１と入口端焦点ｆ３との間の距離に等しい。その
上、照明視野の幅は、出口開口Ａ２のものと同じであ
る。

【００３１】図１に示す複合楕円集光器１１の切り縮め
られていない構造は、この実施例を、下に説明する切り
縮められた複合楕円集光器を有する他の実施例から区別
している。実施例間の他の特徴となる点は、複合楕円集
光器１１が対称である必要はないということである。換
言すれば、反射面が円弧である二つの楕円は、寸法が必
ずしも等しい必要はない。非対称実施例を図７を参照に
して以下に説明する。他の特徴となる点は、ある実施例
において、複合楕円集光器の対称の軸が物体の表面に垂
直であるが、他の実施例は、対称の軸が物体の表面に垂
直でない傾いたＣＥＣを備えているということである。
他の二つの特徴となる点には、物体２２の表面２３から
戻って検出器２８に結合する光が複合楕円集光器の内部
を通過するか否かということ、および入口開口Ａ１、出
口開口Ａ２、および照明領域の寸法の関係がある。

【００３２】本発明の第２の実施例を図２に示す。結像
システム４０では、複合楕円集光器４１の対称の平面
は、物体２２の表面２３に対して傾いている。対称の平
面は、対称の軸４３を通って図面の平面に垂直に広がっ
ている。この実施例では、ＣＥＣ４１は、下に説明する
ように、少なくとも部分的に、切り縮められている。Ｃ
ＥＣ４１は、第１の反射面４４および第２の反射面４６
から構成されている。第２の反射面４６は、物体２２の
表面２３から戻った光がそれを通して検出器２８に結合
される開口５４を形成している。図１に示した実施例の
ように、検出器２８は、ＣＣＤまたはホトダイオードの
ような電気装置で、または通常の写真複写機の構成要素
でよい。検出器２８に結合された光は、検出器像を形成
することもしないこともある。上に記したように、表面
２３から戻った光を集める光学要素３０を、検出器２８
に結合する光の強度を増すのに使用できる。

【００３３】図２に示す実施例では、物体２２は、物体
２２を複合楕円集光器（ＣＥＣ）４１により形成された
照明領域に沿って進めるローラ５６、５７、５８および
５９の間に支持されているように図示されている。しか
し、これは重大ではない。ＣＥＣ４１および光源１２を
物体２２の表面２３に沿って手動走査される手持ちスキ
ャナ内に収容することができる。代わりに、光源１２お
よびＣＥＣ４１を固定物体の表面に対して機械的に移動
させることができる。ここに記載する他の実施例には、
物体２２の表面２３を走査する同様の装置があり得る。

【００３４】図２に示す実施例の長所は、物体２２の表
面２３に対する開口５４の整列により図１に示す形式の
ミラー２６の必要性が無くなるということである。他の
長所は、複合楕円集光器４１を傾け、表面２３と第１の
反射面４４および第２の反射面４６の少なくとも一方と
の間の隙間を残すことによりシステムがフレアする可能
性が少なくなるということである。フレアとは、表面２
３の明るい部分から戻った光が、ＣＥＣの反射面および
光源１２としての開口ランプの内面により表面２３に反
射して戻る結果生ずるコントラストの減少である。反射
光は、表面２３の暗い部分を通常より大きい強度で照ら
す。通常より大きい照明強度は、表面２３の暗い部分を
明るく見せ、したがってコントラストを減らす。フレア
は、表面２３により戻される光が少ししかＣＥＣ４１の
内部に入らないので減少する。第１の反射面４４および
第２の反射面４６を更に切り縮めることによりフレアの
可能性を更に減らすことができる。

【００３５】複合楕円集光器４１の対称の軸４３を傾け
るには第１の反射面４４を切り縮めて物体２２を出口開
口Ａ２とのその正しい位置関係に設置できるようにする
必要がある。第２の反射面４６も図２で切り縮めて図示
してあるが、この表面を切り縮める必要はない。図２
は、仮想部分４４′および４６′を示しているが、これ
は反射面を切り縮めた結果存在しない第１の反射面４４
および第２の反射面４６の部分である。反射面に仮想部
分があれば、入口開口Ａ１の入口端３２および３８から
の光線が仮想部分４６′および４４′の出口開口端３６
および４２の位置の限界光線となる。

【００３６】第１の反射面４４が円弧である楕円の出口
端焦点を図２のｆ２で示し、第２の反射面４６が円弧で
ある楕円の出口端焦点をｆ４で示してある。好適実施例
では、出口開口Ａ２の幅、すなわち、出口端焦点ｆ２と
出口端焦点ｆ４との間の距離は、入口開口Ａ１の幅、す
なわち、入口端焦点ｆ１と入口端焦点ｆ３との間の距離
に等しい。この好適実施例では、出口端焦点ｆ２および
出口端焦点ｆ４は、物体２２の表面２３の反対側にあ
り、表面２３から等距離にある。

【００３７】図３は、第１の反射面６４および第２の反
射面６６を備えた切り縮められない複合楕円集光器（Ｃ
ＥＣ）６１を有する結像システム６０を示す。反射面の
一つを貫く開口を備えるのではなく、反射面の出口端３
６および４２は、物体２２の表面２３から離して設けら
れ、表面２３から戻った光を、ＣＥＣ６１を逆通過させ
ることなく、検出器２８に結合する。

【００３８】検出器２８は、ＣＣＤまたはホトダイオー
ドのような電気装置で良く、または通常の写真複写機の
構成要素で良い。検出器２８に結合する光は、検出器に
像を形成することもしないこともある。上に記したよう
に、表面２３から戻った光を集める光学要素３０を使用
して検出器２８に結合する光の強度を大きくすることが
できる。

【００３９】第１の反射面６４および第２の反射面６６
の出口端３６および４２は表面２３から離れているの
で、表面２３における出口開口Ａ２の幅は、入口開口Ａ
１の幅、すなわち、入口端焦点ｆ１と入口端焦点ｆ３と
の間の距離より大きい。その結果、図３に示す実施例に
より生ずる表面２３での照明強度は、出口開口Ａ２幅が
入口開口Ａ１の幅に等しい実施例での場合より少ない。
図３に示す実施例を、照明視野が複合楕円集光器６１の
入口開口より大きく、切り縮められていない、対称の、
垂直に整列したシステムということができる。

【００４０】図１に示す実施例は、物体２２の表面２３
から戻った光を複合楕円集光器１１に逆伝達することな
く、検出器２８に結合するようにすることができる。こ
れはＣＥＣ１１を物体２２から逆に移動させて第1の反
射面１４および第２の反射面１６の出口端３６および４
２の間をあけて物体２２の表面２３から離すことにより
行われる。反射面の端を表面２３から離してＣＥＣ１１
を支持すると表面２３から戻った光が、戻った光をＣＥ
Ｃ１１に逆伝達することなく、検出器２８に結合され
る。しかし、この装置は、ＣＥＣ１１の出口開口Ａ２を
出る光の必ずしも全てが表面２３に当たるのではないか
ら、表面２３で図３に示す実施例程の高い強度を生じな
い。図３の実施例では、出口開口Ａ２を出る光が全て表
面２３に当たる。図１の実施例では、限界光線が出口開
口Ａ２を表面２３に平行に出るので、ＣＥＣ１１が表面
２３から移動して戻るとき、表面２３に当たらない。

【００４１】図１に示す実施例を、ＣＥＣ１１の反射面
を切り縮めることにより、物体２２の表面２３から戻っ
た光を、複合楕円集光器１１に逆伝達することなく、結
合するように一層良く適応させることができる。ＣＥＣ
は他の場合、図１に示す実施例のものと同じ構造を有
し、表面２３に対して同じ位置に支持されている。この
ような結像システム７０を図４に示す。

【００４２】結像システム７０では、複合楕円集光器
（ＣＥＣ）７１は、構造が図１に示すＣＥＣ１１と同様
であるが、第１の反射面７４および第２の反射面７６が
切り縮められている。図４に示す仮想部分７４′および
７６′は、反射面が切り縮められたため存在しない第１
の反射面７４および第２の反射面７６の部分を示してい
る。

【００４３】第１の反射面７４および第２の反射面７６
が円弧である楕円は、図１に示す第１の反射面１４およ
び第２の反射面１６が円弧である楕円と同じであり、図
４に示す光源１２と表面２３との間の距離が図１に示す
光源１２と表面２３との間の距離と同じであるから、焦
点ｆ１、ｆ２、ｆ３、およびｆ４の位置は、両実施例で
同じである。出口開口Ａ２の幅、すなわち、出口端焦点
ｆ２と出口端焦点ｆ４との間の距離は、したがって、入
口開口Ａ１、すなわち、入口端焦点ｆ１と入口端焦点ｆ
３との間の距離に等しい。したがって、表面２３におけ
る照明強度は最大である。前に記したように、複合楕円
集光器７１を切り縮めると結像システムの性能に悪影響
を与えるフレアの可能性が減少する。

【００４４】複合楕円集光器７１を切り縮めると物体２
２の表面２３から戻った光が検出器２８に結合する。検
出器２８はＣＣＤまたはホトダイオードのような電気装
置で良く、または通常の写真複写機の構成要素でよい。
検出器２８に結合する光は、検出器２８に像を形成する
こともしないこともある。上に記したように、表面２３
から戻った光を集める光学要素３０を使用して検出器２
８に結合する光の強度を増すことができる。

【００４５】図５に示す結像システム８０は、第１の反
射面８４および第２の反射面８６から成る、対称で切り
縮められた複合楕円集光器（ＣＥＣ）８１を備えてい
る。この実施例では、ＣＥＣ８１は傾いているので、Ｃ
ＥＣ８１の対称の軸８３は物体２２の表面２３の法線に
対して０でない角を成している。この実施例では、出口
開口Ａ２の幅、すなわち、出口端の二つの焦点、出口端
焦点ｆ２と出口端焦点ｆ４との間の距離は、今回も、入
口開口Ａ１の幅、すなわち、入口端焦点ｆ１と入口端焦
点ｆ３との間の距離に等しい。これにより光源１２から
表面２３までの最大の光束伝達が得られる。ＣＥＣ８１
は、出口端焦点ｆ２および出口端焦点ｆ４が表面２３の
反対側にあり、かつこの表面２３から等距離にあるよう
に表面２３に対して設置されている。今度も、反射面を
切り縮めるとフレアが減る。

【００４６】第１の反射面８４および第２の反射面８６
の端の間をあけて物体２２の表面２３から離して設置す
ると、表面２３から戻った光がＣＥＣ８１に伝わらない
で検出器２８に結合する。検出器２８はＣＣＤまたはホ
トダイオードのような電気装置、または通常の写真複写
機の構成要素でよい。検出器２８に結合する光は検出器
２８に像を形成することもしないこともある。表面２３
から戻った光を集める光学要素３０を使用して検出器２
８に結合する光の強度を増すことができる。

【００４７】図６に示す実施例は、図５に示す実施例
が、物体２２が走査または複写しようとする文書であ
り、スキャナまたは写真複写機の透明支持体９８として
ガラスプラテンに支持されているときのような、物体２
２がガラスプラテン９８により支持されているとき、い
かに修正されるかを示している。物体２２を、ガラスプ
ラテン９８を通過するＣＥＣ９１からの光により照明す
るとき、本明細書に示す他の実施例と同様の修正が必要
である。

【００４８】図６に示す実施例では、結像システム９０
は、物体２２を支持するガラスプラテン９８に隣接して
取付けられている複合楕円集光器（ＣＥＣ）９１を備え
ている。結像システム９０は、図５を参照して上に説明
した結像システム８０のものと実質的に同一で、したが
ってそれについては詳細に説明しない。しかし、物体２
２をガラスプラテン９８を通過する光により照明すると
きは、性能を最大にするために、ガラスプラテン９８の
材料の屈折率を考慮しなければならない。物体２２の照
明を最大にするには、出口開口Ａ２の幅をなお入口開口
Ａ１の幅に等しくすべきであり、出口開口Ａ２を物体２
２の表面２３の中心に設置すべきである。しかし、ＣＥ
Ｃ９１が物体に対して図５に示す実施例の場合と同じ位
置に設置されていれば、プラテン内の屈折により出口開
口Ａ２が物体に対して変位する。この変位を補正するに
は、ＣＥＣ９１を物体から更に遠くに設置し、右に変位
させて、物体２２上で出口開口Ａ２を位置決めしなおす
べきである。ＣＥＣ９１を変位すべき量は、ガラスプラ
テン９８の厚さ、ガラスプラテン９８の材料の屈折率、
および対称の軸１０５とガラスプラテン９８との間の角
度によって決まる。

【００４９】これまでに図示した実施例では、複合楕円
集光器は対称であった。しかし、ＣＥＣが対称である必
要はない。非対称ＣＥＣも使用できる。開口ランプに取
付けられた非対称ＣＥＣから成る組立体を開口ランプに
取付けられた同等の対称ＣＥＣから成る組立体よりコン
パクトにすることができる。図７は、非対称複合楕円集
光器（非対称ＣＥＣ）１０１を有する結像システム１０
０を示す。第１の反射面１０４および第２の反射面１０
６は、２次元的に異なる二つの楕円の円弧であり、切り
縮めない非対称複合楕円集光器１０１は複合楕円集光器
を特徴付ける限界光線条件を満たしている。限界光線１
０５および１０７を図７に示してある。光源１２からの
光は、物体２２の表面２３から戻され、第２の反射面１
０６の開口１１４を通過することにより検出器２８に結
合される。

【００５０】検出器２８はＣＣＤまたはホトダイオード
のような電気装置、または通常の写真複写機の構成要素
で良い。検出器２８に結合する光は、検出器２８で像を
形成することもしないこともある。表面２３から戻った
光を集める光学要素３０を使用して検出器２８に結合す
る光の強度を増すことができる。

【００５１】図示されていないが、非対称複合楕円集光
器を対称複合楕円集光器について図５を参照して上に説
明したものと同じ仕方で切り縮めることができる。切り
縮められた非対称複合楕円集光器を物体２２の表面２３
に対して十分傾け、表面２３から戻った光をＣＥＣに逆
伝達させずに検出器２８に結合させることができる。

【００５２】本発明は、本明細書で詳細に説明された実
施例に限定されるべきではなく、種々の修正案を特許請
求の範囲により規定された本発明の範囲内で実用化でき
ることを理解すべきである。

【００５３】

【発明の効果】本発明の長所は、複合楕円集光器が高効
率の光束伝達を確立していることである。これは性能、
費用効率、および空間効率の全てに関して利益に転換さ
れる。物体の表面での照明が増大することにより性能が
高められ、更に多くの検出可能な光が表面から戻される
ようになる。他方、光束伝達の高効率を利用して、表面
における高強度を維持しながら、結像システムに廉価な
電源を使用することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による、複合楕円集光器（ＣＥＣ）を有
する結像システムの一実施例を示す概略側面図である。

【図２】複合楕円集光器を有し、複合楕円集光器を物体
の表面に対して傾けてある結像システムの好適な実施例
を示す側面図である。

【図３】切り縮められていない、垂直に整列した複合楕
円集光器を有し、物体から戻った光をＣＥＣに逆伝達す
ることなく結合するように検出器を設置した結像システ
ムを示す概略側面図である。

【図４】切り縮められた、垂直に整列した複合楕円集光
器を有し、物体から戻った光をＣＥＣに逆伝達すること
なく結合するように検出器を設置した結像システムを示
す概略側面図である。

【図５】切り縮められかつ傾いた、垂直に整列した複合
楕円集光器を有し、物体から戻った光をＣＥＣに逆伝達
することなく結合するように検出器を設置した結像シス
テムを示す概略側面図である。

【図６】物体から戻った光をＣＥＣに逆伝達することな
く結合するように検出器を設置した状態で、ガラスプラ
テンに対して設置されている、切り縮められかつ傾い
た、垂直に整列した複合楕円集光器を有する結像システ
ムを示す概略側面図である。

【図７】非対称複合楕円集光器を有し、検出器がＣＥＣ
の開口に隣接して設置されて物体から戻った光を結合す
るようにした結像システムを示す概略側面図である。

【符号の説明】

１０結像システム１１複合楕円集光器１２光源１４第１の反射面１６第２の反射面２２物体２３表面２４開口３２、３８入口端ｆ１、ｆ３入口端焦点ｆ２、ｆ４出口端焦点Ａ１入口開口Ａ２出口開口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 399117121 395 ＰａｇｅＭｉｌｌＲｏａｄＰａｌｏＡｌｔｏ，ＣａｌｉｆｏｒｎｉａＵ．Ｓ．Ａ. (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 9/00 - 17/08 G02B 21/02 - 21/04 G02B 25/00 - 25/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】物体（２２）の表面（２３）を検出器
（２８）に結像する結像システム（１０、４０、６０、
７０、８０、９０、１００）であって、入口開口（Ａ１）および出口開口（Ａ２）を有しかつ第
１の反射面（１４、４４、６４、７４、８４、９４、１
０４）および第２の反射面（１６、４６、６６、７６、
８６、９６、１０６）を備え、前記第１の反射面は前記
第２の反射面の入口端（３２）に第１の焦点（ｆ１）を
有しかつ第２の焦点（ｆ２）を有する第１の楕円の一部
であり、前記第２の反射面は前記第１の反射面の入口端
（３８）に第３の焦点（ｆ３）を有しかつ第４の焦点
（ｆ４）を有する第２の楕円の一部であり、前記第２の
焦点（ｆ２）と前記第４の焦点（ｆ４）とを結んだ直線
の中点が前記物体（２２）の表面（２３）と交わるよう
配置された複合楕円集光手段（１１、４１、６１、７
１、８１、９１、１０１）と、前記複合楕円集光手段の前記入口開口を照らすように設
置された細長い光源（１２）と、前記物体の前記表面から戻った光を前記検出器に結合す
る結合手段（２４、２６、５４、１１４）とを備え、前記第２の焦点（ｆ２）および前記第４の焦点（ｆ４）
は実質的に前記出口開口の先端（３６、４２）にあるこ
とを特徴とする結像システム。
【請求項２】物体（２２）の表面（２３）を結像する
結像システム（１０、４０、６０、７０、８０、９０、
１００）であって、入口開口（Ａ１）および出口開口（Ａ２）を有しかつ第
１の反射面（１４、４４、６４、７４、８４、９４、１
０４）および第２の反射面（１６、４６、６６、７６、
８６、９６、１０６）を備え、前記第１の反射面は前記
第２の反射面の入口端（３２）に第１の焦点（ｆ１）を
有しかつ第２の焦点（ｆ２）を有する第１の楕円の一部
であり、前記第２の反射面は前記第１の反射面の入口端
（３８）に第３の焦点（ｆ３）を有しかつ第４の焦点
（ｆ４）を有する第２の楕円の一部であり、前記第２の
焦点（ｆ２）と前記第４の焦点（ｆ４）とを結んだ直線
の中点が前記物体（２２）の表面（２３）と交わるよう
配置された複合楕円集光手段（１１、４１、６１、７
１、８１、９１、１０１）と、前記複合楕円集光手段の前記入口開口を照らすように設
置された細長い光源（１２）と、前記複合楕円集光手段からの光により照らされる前記物
体の前記表面から戻った光を受けるように設置された検
出器（２８）とを備え、前記第２の焦点（ｆ２）および前記第４の焦点（ｆ４）
は実質的に前記出口開口の先端（３６、４２）にあるこ
とを特徴とする結像システム。