JP3625988B2

JP3625988B2 - 書類を走査するシステム

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Publication number: JP3625988B2
Application number: JP14621897A
Authority: JP
Inventors: ジャック・エイチ・シュミット
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1996-06-17
Filing date: 1997-06-04
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2017-06-04
Also published as: EP0814596B1; EP0814596A3; DE69730383T2; DE69730383D1; JPH1070633A; US6088134A; EP0814596A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、書類を走査するシステムに関連し、特に、帯走査システムにおける特別なタイプのイメージャ（ｉｍａｇｅｒ）を備えるシステムに関連する。本明細書中、イメージャとは、目標物から光を受信し、画像に光を導く光学式装置又はシステムを言う。帯走査システムとは、書類の連続した帯を連続的に得る走査システムを言う。従って、そのようなシステムは、全部のピクセル行を１度に得るために、書類を端から端に、完全に伸展する線形検出アレイを使用するスキャナとは異なる。
【０００２】
【従来の技術】
ピクセル・ベースのスキャナ、プリンタ、複写機又はファックスにおいて、帯は、複数のピクセル・ライン（最近は２０〜２００のライン）から成る。帯走査システムにおいて、各々の帯のピクセル列は、紙送り機構の書類上を一緒に横切るイメージャと検出アレイによって、一度に１つのピクセル列の割合で、連続的に得られる。このタイプのオペレーションは、「紙送り機構走査」、「帯走査」又は、「帯型走査」と呼ばれ、この装置は、「紙送り機構スキャナ」、「帯スキャナ」、又は「帯型スキャナ」と呼ばれる。また、それらは時々「移動スキャナ」とも呼ばれる。
【０００３】
書類を再現する走査システムの能力は、主にそのイメージャの性能に依存する。書類走査システムで使用される典型的なイメージャは、平面屈折ミラーを除いて、単純に屈折し、通常、単純な単体レンズ又はいくつかの場合は複合レンズ・システムから成る。イメージャの性能を評価する際に有効ないくつかの光学的な特性を、以下に説明する。
（ａ）焦点と解像度
イメージャの焦点は、イメージャの被写界深度（ｄｅｐｔｈｏｆｆｉｅｌｄ）の範囲内で、目標領域の関数として中心軸の方向に変化する。典型的な屈折イメージャは、そのベスト焦点位置の前後では単に受容可能な焦点になる、被写界深度の中心の近くで、言い換えると被写界深度の終端の近くで、優れた焦点を有する。解像度は、焦点と厳密に関連する。解像度は、目標物の鮮明な画像を生成する光学式システムの能力の量的な尺度である。イメージャ解像度は、焦点の質及び色収差のような光学収差によって影響を受ける。粗末な焦点をもつイメージャは、粗末な又はきめの粗い解像度を有する。よい焦点をもつイメージャは、十分な又はきめの細かい解像度を有する。
【０００４】
目標物のポイントが、一般的な屈折イメージャの被写界深度の範囲内の異なる領域、即ち、異なる中心軸の位置にあるとき、被写界深度の中心の近くのポイントからの目標光線は、結果として得られる画像において、焦点の中心から離れたポイントからの目標光線よりもうまく焦点を合わせられる。走査において、走査されている書類にしわが寄るか、ぼやけるかしたとき、被写界深度領域に変化が起こる。この結果、焦点がずれた画像となる。即ち、しわが寄ることによって、ベスト焦点位置から書類がずれたポイントに、焦点がずらされる。
【０００５】
書類上の直線や端が、ピクセル・グリッドに対し非常に僅かに曲がっているとき、深刻なエイリアシンク（ａｌｉａｓｉｎｇ）が起こるため、そのような欠陥が、特に顕著なものとなる。エイリアシンクは、焦点の合っていない領域では解消するが、鮮明に焦点が合っている書類ではあからさまに発生し、その外観は、一時的なユーザに不快を与え、不明瞭なものとなる。したがって、従来のスキャナイメージャは、イメージャの被写界深度の範囲内で目標物の中心軸の変位に依存して可変解像度で画像を生成するという問題があった。
（ｂ）歪
歪は、（１）書類中の目標点のオフ軸（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）距離と、（２）書類の軸の変位と、による拡大すなわち倍率の偏差すなわち変化から生じる。一般的な屈折イメージャは、これら両方の原因から本質的な歪の影響を受ける。各々の目標点からの一次光線が、光軸に対して角度を持つので、軸位置での倍率の変化が生じる。従って、書類をひらひらする、又はもみくちゃにすること、即ち、書類の小領域を光学経路に沿ったり外したりして置き換えることは、書類表面での、角度をなす一次光線を遮断するオフ軸距離を変えることになる。書類のその領域において、オフ軸距離のこの変更は、倍率の変化、即ち歪となる。従って、従来のスキャナイメージャによると、書類にしわが寄ると、目標物のオフ軸距離と軸の変位に依存する歪が画像に生ずるという問題がある。
（ｃ）輝度
画像輝度は、目標物オフ軸距離の関数として変化する。一般的な屈折イメージャは、光軸から離れたポイントからよりもイメージャの光軸により近い目標点から、多くの光を集める。その結果、真ん中の領域が明るく端が比較的暗い帯画像となり、まだら又は汚い外見となる。従って、従来のスキャナイメージャによると、目標物のオフ軸距離に関連して、一様に光を集めることができないという問題がある。
（ｄ）色収差
一般的な屈折イメージャにおいて、白色光の目標光線がイメージャの光学材料を通して屈折するとき、色収差が発生する。この屈折は、異なる角度（スペクトル分散）で材料を出て、異なる領域で異なる色の点として焦点に入るために、いろいろな波長の光線を生じる。
【０００６】
その結果として、ぼやけた画像となる。それらの光線がその終端でイメージャに入るので、ぼやけ具合は、光軸からより遠い目標点に対して、より大きくなる。ここで、屈折も、一般的により大きくなるので、終了したコピーの外見がつぎはぎした様な、又は、そのコピーの質が全体的に一定とならないという印象を生じる。従って、従来のスキャナイメージャは、本質的な色収差を有するという問題があった。
（ｅ）バンディング
帯スキャナにおいて、上述の結果は、個別的に見ても、あるいは、全体的に見ても、望ましくない顕著なバンディングすなわち縞になる。これは、以下のように発生する。一連の厳密に間隔をあけられた線から成る書類を走査するために、イメージャが呼び出されるとする。更に、イメージャが、非均一的な輝度、色収差、及び拡大歪を有するとする。これらの状況の下に、イメージャによって生成された各々の帯は、帯の上部と下部で、暗くなり、ぼやけ、線間隔が拡大し、帯の中央部分では、明るく、鮮明で、線間隔が狭くなる。
【０００７】
帯の再構成において、バンディングの影響が、明白にでる。書類画像には、暗く、ぼやけ、間隔の拡大した線のグループと、明るく、鮮明で、間隔の狭い線のグループが交互に周期的に現れる。これらの結果の程度は、帯のサイズに関係する。帯が大きければ大きい程、イメージャの光軸からより遠い点となる。従って、終端でより大きい歪が生じ、帯中心と帯端との輝度の相違がより大きくなり、終端でのぼやけも大きくなる。
（ｆ）非能率的な光収集
非能率的な光収集能力を有しているイメージャは、目標物から適切な光を集められない。これによって、粗末なコントラストの画像になる。走査システムにおいて、走査される各々のピクセルから、十分な光が集められなければならない。このことは、特に、帯走査システムにおいて、重要なこととなる。なぜなら、フル横軸スキャナに関して、各々のピクセルの取得される速度が比例して速いからである。従って、従来のスキャナイメージャによると、帯走査のために必要とされるよりも短い露出時間で、各々のピクセルから十分な光を集めることができないという問題がある。
（ｇ）関連装置
前述したように、一般的な走査システムは、単体屈折レンズ又は複合レンズ・システムを、そのイメージャとして備える。単体レンズは、望ましい特性を有しない。単体レンズの画像の質は、目標物のオフ軸距離と軸の変位に強く依存する。複合・合成屈折レンズ・システムは、幾つかの要求された特性を有する。なぜならば、歪や色収差のような、いくつかのオフ軸距離の影響を修正することができるからである。しかしながら、このタイプのシステムは、ある適度高価で壊れやすい。これらのイメージャを使用する商業上及び産業上の環境を考慮すると、一度にそれほど費用がかかり、扱いにくいイメージャを使用することには、問題がある。
【０００８】
イメージャの他に、走査システムの他の構成要素が、粗末なイメージャの性能を補うことがある。例えば、検出アレイが輝度偏差を補うために調整される場合がある。露出時間を増加して走査速度を遅くし、又は目標物への照度レベルを増加することによって、非能率的な光収集の補正を行うことができる。
【０００９】
これらの方法は、イメージャの不具合を補うと同時に、他の問題を生じる。調整された検出アレイが、帯中の各々の線への加重係数の適用を必要とし、かなり大規模な調整が、いくつかの有効なダイナミック・レンジを消費するので、これによって、有効なＳ／Ｎ比を劣化させている。遅い走査速度によって、非効率的なスキャナになり、より強い照度は、より多くの消費電力を必要とする。
（ｈ）その他の装置
上述に関連しないスキャナの使用において、有効な光学的性質を有するある種の装置が提案されている。アイザック・ニュートンの天体望遠鏡によって示されるように、像形成装置に非反射要素を使用することが知られている。単純な反射式のイメージャの利点は、色収差を減少させ、光効率を増加させることである。
【００１０】
ダイソン・カタディオプトリック（Ｄｙｓｏｎｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃ）イメージャやオフナー反射結像（Ｏｆｆｎｅｒｃａｔｏｐｔｒｉｃ）イメージャのような、より近代的なイメージャは、更に有用な光学的性質を有する。ダイソンイメージャは、ローレベルな歪（ほぼ均一な拡大）を有する。しかしながら、それは、イメージャの被写界深度の範囲内で、目標物の軸の変位による粗末な解像度を修正することができない。
【００１１】
オリジナルのオフナーイメージャは、スキャナでの使用に言及していないが、反射式イメージャの有用な機構とダイソンイメージャを結合したものである。それは、倍率を均一にする観点から、目標物の軸の変位を適応させることができるが、解像度を均一にする観点からはできない。言い換えると、オリジナルのオフナーイメージャは、その被写界深度の範囲内において、均一な解像度で画像を生成できない。上述のように、これらのイメージャのいずれも、書類走査システムに関連するものでなく、また、その使用に言及するものではない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、この分野で使用される技術の有効な改善である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、そのような改善を取り入れたものである。本発明は、独立に使用することができるいくつかの構成や局面を有するが、それらはむしろ一緒に使用されて、それらの長所が最適なものとなる。本発明の全ての実施例は、書類走査システムについてのものである。このシステムは、書類を照射する手段を含む。
【００１４】
更に、それは、光を受信し、光に応じて対応する電気信号のアレイを生成する検出アレイを有する。繰返し述べるが、これらの言及された機構は、本発明のすべての構成や局面に共通する。ここで、第１の実施例において、走査システムは、更に、書類からの光を受信し、検出アレイの方へ光を導くテレセントリック（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ）・イメージャを含む。
【００１５】
先ず最初に、本発明の第１の構成の概要や最も一般的な仕様について、その記載や定義で説明する。しかしながら、この一般的な仕様においても、本発明の構成によって、この技術で未解決のまま残されていた問題点をかなり軽減することが解る。特に、テレセントリック・イメージャは、倍率と画像サイズが、目標物の軸の変位に対してイメージャの被写界深度の範囲内で感応しないこと、言い換えれば、ほとんど歪の無いことを保証する。テレセントリシティ（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙ）は、光軸から離れた物体の距離とは無関係に均一な光の収集を、本質的に提供する。その結果、均一な輝度を持つ画像が得られる。
【００１６】
本発明の第２の構成において、システムは光軸を有し、書類は、軸の変位に影響を受ける。更に、それは、書類からの光を受信して、検出アレイへ光を導くイメージャを有する。イメージャは、軸の変位の作用として解像度の偏差を減少するために球面収差を採用する非球面（ａｓｐｈｅｒｉｃ）の構成要素を有する。
【００１７】
最初に、本発明の第２の構成の概要や最も一般的な仕様について、その記載や定義で説明する。しかしながら、この一般的な仕様においても、本発明の構成によって、この技術で未解決のまま残されていた問題点をかなり軽減することが解る。特に、非球面の構成要素は、イメージャの被写界深度の範囲内で、（しわが寄ったりぼやけたりしている書類による）目標物の軸の変位とは無関係に、より均一な解像度を提供するために、イメージャに球面収差を採用する。
【００１８】
広い範囲で本発明のこの構成が、この技術における有意な進歩を示すけれども、それはむしろ、更に全体的に有効性を増す、ある種の他の機構や特性と関連して実践される。例えば、非球面の構成要素をシステムの開口絞りとして設けることは、よく行われている。また、イメージャはテレセントリックであることが、望ましい。更に、イメージャが、光の列で複数の表面を含むことが望ましい。即ち、１つ又は複数の表面が、ある表面で屈折によって生じたスペクトル分散を修正するために、回折パターンを生じる。
【００１９】
第３の実施例において、更に、システムは、光の列で複数の表面を有し、書類からの光を受信して、検出アレイへ光を導くイメージャを含む。また、それは、１つ又は複数の表面によって生じ、ある表面で屈折によって生じたスペクトル分散を修正する回折パターンを有する。
【００２０】
最初に、本発明の第３の構成の概要や最も一般的な仕様について、その記載や定義で説明する。しかしながら、この一般的な仕様においても、本発明の構成によって、この技術で未解決のまま残されていた問題点をかなり軽減することが解る。特に、回折パターンは、光が空気から屈折材料に通過するとき発生するスペクトル分散を修正する。回折パターンは、屈折分散と反対ではなく同じ方向に光を分配することによって、スペクトル分散を取り消す。それによって、大いに、画像のぼやけを減少する。
【００２１】
広い範囲で本発明のこの構成が、この技術における有意な進歩を示すけれども、それはむしろ、更に全体的に有効性を増す、ある種の他の機構や特性に関連して、実践される。更に、例えば、イメージャはテレセントリックであることが、望ましい。
【００２２】
第４の実施例において、更にシステムは、書類から光を受信して検出アレイに導く反射イメージャを含む。イメージャの１つとして、レンズを通してと言うよりはむしろ反射面で光のパワーを得るものがある。すなわち、その焦点部分すなわち焦点を結ばせる部分が反射器である。色収差の影響が少ないか全く色収差の影響を受けないシステムが提供されるので、広い範囲で本発明のこの構成が、この技術における有意な進歩を示す。それはむしろ、更に全体的に有効性を増す、ある種の他の機構や特性に関連して、実践される。例えば、反射イメージャが光の列の中に並べられた複数のミラーを含むことが望ましい。また、複数のミラーが、焦点ミラー手段および分散ミラー手段を含むことが望ましい。ここで、「ミラー手段」という言葉は、単一のミラーの他に複数のミラーを含む意味にも使われる。
【００２３】
焦点ミラーは、一般的に、その軸に平行な光の光線を一点に集める凹面ミラー（あるいは、正の（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）ミラーとみなされる。分散ミラーは、一般的に、その軸に平行な光の光線を分散する凸面ミラー（あるいは、負の（ｎｅｇａｔｉｖｅ）ミラー）とみなされる。この明細書を通して、ミラーの凹面か凸面の外観に関係なく、焦点と分散の用語が、ミラーの性質を示すために使用される。例えば、ある固体の光ブロックの例で、焦点ミラーが、固体の外側から見たときは、明らかに凸面であるが、固体の内側から見たときは、それは凹面となる。従って、混同を防止するために、凹面と凸面の用語の使用を避ける。
【００２４】
更に、分散ミラーは、焦点ミラー手段からの光を受信して、その光を焦点ミラー手段へ反射して戻す位置に設置されるのが、望ましい。光の経路を屈折するために、焦点ミラー手段と伴に光の列の中に置かれる第３のミラーを、更に有することが、望ましい。また、反射イメージャが、内部反射する表面を有する固体光学材料であることが望ましい。また、イメージャは、光の列の中で、複数の内部反射表面を有する場合がある。
【００２５】
また、固体光学材料によって、内部焦点ミラー手段と内部分散ミラーを構成することが望ましい。また、分散ミラーの位置と第３のミラーの内包に関係する上述した機構は、固体光学材料イメージャの中にあることが望ましい。分散ミラーの光軸が焦点ミラー手段の光軸で調整されることは、更に、望ましい。
【００２６】
また、上述したように、分散ミラーが解像度の偏差を減少するために、わずかに非球面なことが望ましい。また、上述したように、更に、分散ミラーが、空気と水面の界面で屈折によって生じた色収差を補正する回折パターンを生じることが望ましい。その上、走査システムが、書類の帯を表す信号アレイを得るために、一緒に書類を横断する検出アレイとイメージャとを変換する手段を有することが望ましい。
【００２７】
第５の実施例として、更に、システムは、内部焦点ミラー手段と非球面内部分散ミラーを構成する固体光学材料で作成されたイメージャを含むことが望ましい。分散ミラーは、焦点ミラー手段から光を受信し、焦点ミラー手段へ光を反射して戻すように置かれる。更に、システムは、書類の帯を表す信号アレイを得るために、一緒に書類を横断する検出アレイとイメージャとを変換する紙送り機構を含む。
【００２８】
非常に安定した調整と、商業上又は産業上の環境で使用されるシステムに特に有益な機構と、イメージャ及び検出アレイが書類上を横断して移動する機構を提供する紙送り機構と、を提供するので、広い範囲で、本発明のこの構成が、この技術における有効な進歩を示し、それによって、コンパクトで安い照明、光学部品、及びフルページ画像を得る際の検出装置の使用を可能にする。また更に、全体的に有効性を増す、ある種の他の機構や特性と関連して実践されることが望ましい。例えば、更に、固体の光学材料が、焦点ミラー手段から光を受信して、検出アレイへ光を屈折するように置かれた第３の内部ミラーを構成することが望ましい。また、紙送り機構が照射手段を変換し、分散ミラーが回折パターンを生むことが望ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明は、一般に、スキャナで使用される走査システムであるが、更に、プリンタ、複写機、ＦＡＸマシン、又は他の関連した装置で使用することができる。図１に示すように、本発明の実施例は、例えば、熱インクジェット・デスクトップ・プリンタの様な自動プリンタに一般的に関係する紙送り機構１１を有する装置に、効果的に含まれる場合がある。走査するのに必要な多くの機械装置、電子装置、及びファームウェアが、そのようなプリンタに既にある場合、この組合せが、特に効果的なものとなる。したがって、走査機能を、きわめて少ない直接的な費用で追加することができる。
【００３０】
紙送り機構１１は、ブラック・ペン・カートリッジ１２とカラー・ペン・カートリッジ１３を含む。また、紙送り機構１１に安全に装填されているのは、カバー１５内に設けられた、センサ・アセンブリ１４である。センサ・アセンブリ１４の内部エレメントは、発光ダイオード（ＬＥＤＳ）２２を保持する複数のベイ２３を持つハウジング２１（図２）を含む。ＬＥＤ２２は、各々のベイ２３の中にインストールされる。また、ハウジング２１は、書類（図示しない）からの着信光をアセンブリ１４の下に通過するチャネル２６を有する。
【００３１】
カーブした内部ミラーと平面屈折ミラーとからなる表面の固体の光学式ブロックの形で示されるイメージャ２４は、ハウジング２１の中に装填される。屈折ミラーを持つ固体ブロックの実施例、略して「固体の屈折イメージャ」は、センサ・アセンブリ１４に効果的に作用することができるいくつかの実施例の、単なる１つに過ぎない。ハウジング２１は、更に、検出アレイ２５を含む。
【００３２】
イメージャ２４は、チャネル２６を通じて、走査されていた書類からの光を受信し、検出アレイ２５へ光を導く位置に位置決めされる。この実施例において、検出アレイ２５で、イメージャは、イメージャの視野の範囲に置かれた書類の目標物の画像を形成する。検出アレイ２５は、システム電子装置（図示しない）に転送され記憶される電気信号に対応するアレイを生成することによって受信した光に反応する。
【００３３】
オリジナルのオフナー・イメージャ３１（図３）は、内面ミラーを形成するために固体ブロックを含まず、むしろ、イメージャは、空気中を通過する光を受けて、その経路を変えるように形成されたミラーを有する。このオリジナルのオフナー・イメージャは、「空気イメージャ」と略される。空気イメージャ３１は、焦点ミラー手段３２と分散ミラー３３を含む。
【００３４】
目標面３７の目標点３４からの光線３８、３９は、焦点ミラー手段３２によって集められ、分散ミラー３３の方へ導かれる。分散ミラー３３は、光線４８、４９の経路を焦点ミラー手段３２の方へ順番に変え、光線は、画像ポイント３６を形成するために画像平面３５の方へもう一度経路を変える。この実施例の空気イメージャ３１は左右対称に作られており、目標面３７と画像平面３５が同一平面上になっている。イメージャの性能を最適にするために、この実施例及び他の実施例において、イメージャの焦点で、イメージャの開口絞りの位置決めをすることが望ましい。この実施例において分散ミラー３３（例えば、開口絞り）は、焦点ミラー手段３２と目標面３７との間の焦点中央に置かれる。
【００３５】
この領域での分散ミラー３３の配置は、イメージャのテレセントリックを作る。これは、各々の画像ポイントに対する主光線が、厳密に光軸に対して平行であることを意味し、画像の倍率及び大きさは、軸の変位に関係せず、本質的に歪みを排除している。テレセントリシティは、光軸から目標物までの距離に無関係に、均一な光の集合を本質的に供給する。この特性によって、均一な輝度で、画像を得ることができる。
【００３６】
図４の（ｂ）と（ｃ）は、空気屈折イメージャ４１を示す。空気イメージャ３１のように、空気屈折イメージャ４１は、焦点ミラー手段３２と分散ミラー３３を含む。空気イメージャ３１と空気屈折イメージャ４１の差異は、平面屈折ミラー４２が加わっていることである。屈折ミラー４２の機能は、書類４３から検出アレイ２５の方へ光の経路を屈折させることである。
【００３７】
図５は、光の経路の屈折を示し、３次元的に空気屈折イメージャ４１’を通じての光の反射を示す。屈折ミラー４２が、９０度出口ビームを回転させることを除いて、経路は、空気イメージャ４１と同一である。図５において、焦点ミラー手段３２が、光のフローを乱すことのない２つミラーに、例えば直径に対して縦方向に平行に、分割される場合があることが解る。光のロスの少ない他の方法が求められる場合、焦点ミラー手段３２は、更に、分割される場合がある。従って、焦点ミラー手段３２は、１つのミラー又は複数のミラーである。
【００３８】
屈折ミラー４２が書類４３から離れる方向に光を導くので、屈折ミラー４２は、機械的な設計という見地からは有益なものとなる。図４の（ｂ）と（ｃ）から解るように、これによって、検出アレイ２５を書類４３のじゃまをしない位置に、配置できると同時に、更に、対称イメージャを提供する。図４の（ｂ）と（ｃ）は、更に、空気屈折イメージャ４１を使用する走査システムの２つの構成を示している。これらの２つの構成に関しては、イメージャのいろいろな実施例のいずれか１つが、空気屈折イメージャ４１の代わりになる場合がある。これらの構成の間の相違点は、書類４３に関する、特に、瞬間視界（ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｆｉｅｌｄｏｆｖｉｅｗ（ＩＦＯＶ））４５に関する空気屈折イメージャ４１の方向付けにある。図４（ａ）において、書類４３上で示されている帯４４は、ペーパの長手方向に沿って配列された一連の帯の１つである。各々の帯４４に含まれるＩＦＯＶ４５は、一般的に、帯４４の１つのピクセル列である。ＩＦＯＶ４５は、瞬間的に画像となる帯４４の一部である。
【００３９】
図４の（ａ）と（ｂ）は、第１の構成を示す。ＩＦＯＶ４５は、空気屈折イメージャ４１の左右対称面の範囲内にある。しかしながら、全ての目標点が、空気屈折イメージャ４１のシステム軸４６から、離れているのが解る。ＩＦＯＶ４５の下の部分はどれも、システム軸４６に近いけれど、その上方にある。この距離は、ＩＦＯＶ４５の上の点ほど、増加する。このオフ・システム軸（ｏｆｆ−ｓｙｓｔｅｍ−ａｘｉｓ）距離は、（特に、後述されるようなイメージャの固体のバージョンに対して）画像化性能を低下させる。図４の（ｂ）のイメージャは、図３のイメージャと同じ種類のものである。
【００４０】
図４の（ａ）と（ｃ）は、第２の構成を示すものである。この構成において、ＩＦＯＶ４５は、紙面上の内と外で走行する。それは、空気屈折イメージャの左右対称面に直交している。ＩＦＯＶ４５の中の全ての目標点は、画像処理システム軸４６’からほとんど等距離である。これは、最も利用性のある画像処理である。図４の（ｃ）のイメージャは、図４の（ｂ）のイメージャと同一であるが、ここでは、図２のイメージャとして見ることができる。
【００４１】
図６（ａ）が固体のイメージャ６１を示し、図６（ｂ）は、固体の屈折イメージャ６２を示す。各々の固体のイメージャ６１、６２は、内面焦点ミラー手段３２と分散ミラー３３とを形成する固体の光学材料で作られる。固体の屈折イメージャ６２において、内部の屈折ミラー４２の追加によって、光の経路が変えられる。これらの固体のイメージャ６１、６２は、上述した空気イメージャと同じ機能を有する。
【００４２】
図８は、固体の屈折イメージャ６２の光の経路を、３次元で表したものである。図に示されるように、焦点ミラー手段３２は、光のフローを乱すことなく、その中央から分割することができる。固体のイメージャ６１、６２は、精密なモールド成形製造を取ることによって、焦点ミラー手段３２と分散ミラー３３の安定軸の調整ができるようになる。モールド成形製造によって、複合ミラー・システムに関する機械的な調整の問題は、回避される。しかしながら、固体のイメージャは、オフ光軸の画像劣化、特に色収差に影響されやすい。但し、これは、後述されるように、主に回折によって修正される。従って、図４の（ｃ）に示した第２の構成は、固体のイメージャとするのが、特に好ましい場合がある。
【００４３】
更に、固体のイメージャ以上に空気イメージャは、材料を減らし（ミラーの間に固体の光学材料がなく）、それによって、モールド成形サイクル・タイムを減少させ、その両方によって、コストの減少を図ることができる。空気イメージャと固体のイメージャは、等しい効果を持つ。実施例として固体のイメージャを示したが、空気イメージャを使用することもできる。また、左右対称なことが望ましいが、絶対的な必要条件ではない。センサ・アセンブリ・ハウジング２１と全部の製品をできるだけ狭い範囲で保つために、検出アレイ２５をできるだけシステム軸に近付けるように保持することが望ましい。図４の（ｃ）と同じ方向性を持つ固体の屈折物において、出口表面６４がセンサ・アセンブリ１４の左側に突き出ており、この幅を減少するために、光のブロックを狭くする。
【００４４】
光の経路の他の好ましい調整としては、目標面３７と正面６３の間の距離を増すことである。正面６３から目標面３７を遠くへ移動することによって、更によい目標照度を得る。光は、より後方から、書類を狙うことができ、結果として、より均一な照度になる。そのような調整の例として、目標面３７は、正面６３からの距離が元々およそ１３ｍｍであったのを、およそ２２ｍｍの距離に移動される。目標面３７が、正面の表面６３からおよそ１３ｍｍの位置では、画像平面３５は、上面６４からおよそ２ｍｍの位置に置かれ。面白いことには、もし希望するなら、長い目標経路によって、原則として、屈折ミラー４２を排除することができる。検出アレイ２５は、２ｃｍ以上の隙間で、イメージャと書類の間に置くことができる。検出アレイ２５は適当に保護されるか、又は書類経路を曲げて、更に隙間を追加している。
【００４５】
イメージャの全ての実施例における重要な機能は、イメージャの光軸に沿った目標変位に関係なく、ほぼ均一な解像度で画像を生成することができることである。走査環境において、このタイプの変位は、通常、しわが寄ったりぼやけたりした書類によって発生する。ほとんど一定の解像度は、球面収差の無いイメージャに、非球面の構成を効果的に導入することによって得られる。図９と図１１は、焦点面８１の近くの同じ地点で集まっている光線を表している。システムが球面収差のないとき、このタイプの縦光線パターンが発生する。
【００４６】
図１１は、被写界深度の第１の端８２と第２の端８３の間の光軸に沿ったいろいろな地点での、一連の光線散乱パターンを表している。パターンの大きさの変化が示され、最も小さい円８４が、イメージャの標準焦点面８１で発生して（又は、形成して）いる。図１０と図１２（それぞれ図９と図１１対応する）は、わずかな球面収差を有している光学系システムの光線の様子を示している。結果として、標準焦点の領域を通じて、わずかな散乱を持つ光線群となっている。
【００４７】
図１２において、非球面の構成の追加によってイメージャに導入される球面収差は、画像が最も鋭い焦点に合った領域でも、比較的ぼんやりする原因となる。図９と図１１の従来のピンぼけと合わせて、このぼやけた結果によって、第１の端８２’から第２の端８３’へ、イメージャの被写界深度に沿った、ほとんど一定の解像度の画像が得られる。
【００４８】
図１１と図１２を比較すると、非球面の構成の追加によっては、被写界深度の端８２、８３、８２’、８３’の近くでは、画像にほとんど影響せず、ボケがわずかに広くなる。しかしながら、焦点面８１、８１’の近傍では、画像間の違いが明白である。非球面の構成を有する画像は、球面収差のない画像より、かなり拡散する。この結果、被写界深度の範囲内で最も均一な解像度を得ることができる。図からも解るように、解像度を均一にするというこの改善によって、標準焦点での解像度の細かさに、ある程度の犠牲が伴う。しかしながら、このタイプのイメージャは、本質的に、非常に美しい解像度を有する。従って、ある程度の意図的な劣化は、この目的のために許容される。
【００４９】
非球面の構成は、最適には、イメージャの開口絞りで導入される。この位置は、目標物の全ての地点からの光が、均一に扱われることを確保する。特に、ほとんど焦点の円柱に近い、上述された焦点又は円の軸の延長が、本質的に、オフ軸、オン軸及び微小に斜めの光線に対して、適当に均一だということである。しかし、周期的なぼやけ変量として見えるある程度の残余バンディングは、解像度の軸の依存性と視界の範囲内での目標物の細部の位置との間の、相互作用によって残る。
【００５０】
当業者によって、非球面の分散ミラー３３は、以下の方法で、ＣｏｄｅＶ（ＯｐｔｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈＡｓｓｏｃｉａｔｅｓ社）又はＺｅｍａｘ（ＦｏｃｕｓＳｏｆｔｗａｒｅ社）のような光線追跡プログラムを使用して、容易に設計される。焦点の許容範囲の最悪のケースは、球形の分散ミラーを対象にして決定される。そして、周辺の横軸光線の光学収差は、最悪ケースの焦点状態に対して計算される。そして、分散ミラーの表面の円錐の定数が選定され、従って、周辺の横軸光線の光学収差と最も大きい帯状の横軸光線の光学収差との間の差は、球形システムとする前に計算された、焦点の定めていない光学収差の、およそ半分となる。
【００５１】
そして、曲率と円錐の定数は、光線追跡プログラムを使用して最適化される。非球面の表面形状を、円錐の定数に加えて、使用することができる。ソフトウェアによって決められるように、イメージャのモールド（それから固体のイメージャが造られる）は、非球面の分散ミラー３３の特性を含むように形成される。上述の非球面の構成の記述が、固体の屈折イメージャの使用に集中したが、この機能は、ここで記載された全ての実施例のイメージャに、等しく適用できる。
【００５２】
イメージャの固体の光学材料の使用は、わずかなスペクトルの分散、例えば、イメージャへのわずかな色収差、を発生する。光線がその水平表面６３、６４から入射し、固体の光学材料から離れるとき、分散が発生する。修正されなければ、この結果は、ぼやけた画像になる。この屈折の影響を補うために、図７で図示されるように、イメージャが回折パターン３３’を持つことが望ましい。回折パターン３３’は、空気／固体インターフェースで発生する屈折の分散に等しい正反対の分散を生じ、それによって、屈折の分散を相殺している。
【００５３】
イメージャの開口絞りで回折パターン３３’を導入することが好ましい。例えば、図７のイメージャにおいて、回折パターン３３’は、分散ミラー３３によって持たれる。回折パターン３３’の型式は、上述したように、光線追跡プログラムの補助を受けて決められる。回折パターン３３’は、分散ミラー３３の標準波長で、分散力を変える。この結果、分散ミラー３３の曲率が変えられなければならず、回折分散ミラーの総合的な分散力が、非回折分散ミラーのものと同じ程度残る。
【００５４】
上述した非球面の構成のように、回折パターン３３’とそれに伴う表面曲率変更は、イメージャの構成に反映される。数値的に制御された機械加工処理を通じて、回折パターン３３’は、望ましくはニッケルで皮膜したステンレス鋼のモールド成形で造られたダイヤモンドである。このモールド成形から、多数のイメージャが造られている。
【００５５】
図１３は、固体の屈折イメージャ６２の詳細を示す。固体の屈折イメージャ６２は、光学質のアクリルで作られており、上面の焦点ミラー３２、入口面６３としての底面の分散ミラー３３とオブジェクト・ウィンドウ１３２、出口面６４としての左側面の画像ウィンドウ１３１、右側面１２１、正面１２２、背面１２３、及び右側面１２１と底面６３の間に渡された屈折ミラー４２を規定するよう形成されている。焦点ミラー３２及び分散ミラー３３を除いて、全ての面は、平面である。
【００５６】
左側面６４の出口ウィンドウ１３１は、屈折ミラー４２から受信した光を検出アレイに受け渡す。迷光を減少するために、検出アレイ・ウィンドウ１３１を除いて、左側面６４は黒くされ、迷光を減少するために、オブジェクト・ウィンドウ１３２を除いて、底面６３は黒くされ、また、正面１２２、背面１２３、及び右側面１２１も黒くされる。
【００５７】
分散ミラー３３及び焦点ミラー３２は、９３パーセントの最小限の内面反射を得るために、可視スペクトルを横切るようにかぶせられたミラーである。ミラー・コーティングが適用された後、コーティングの後ろが、黒くされる場合がある。底面６３と屈折ミラー４２の交差によって形成された角度は、４５度である。
【００５８】
【表１】

【００５９】
上述されたイメージャにおいて、焦点ミラー手段３２と分散ミラー３３の関係、及びイメージャと目標面３７と画像平面３５の関係は、次のように総括できる。焦点ミラー手段３２と分散ミラー３３の間の距離ｍが与えられ、焦点ミラー手段３２は、約２ｍの曲率半径を有する。分散ミラー３３は、約ｍの曲率半径を有する。図３の空気イメージャ３１において、目標面３５から標準正面４０までの距離ｄと、標準正面４０から画像平面３７までの距離ｓは、次の関係を満足させる。
【００６０】
【数１】
ｄ＋ｓ＝２ｍ
【００６１】
図６の（ａ）の固体イメージャ６１において、ｄが、目標面３５から正面６３への距離であり、ｓが、正面６３から画像平面３７への距離である。ｎが光学材料の屈折率であるとき、距離ｄとｓは、ほぼ次の関係を満足する。
【００６２】
【数２】
ｄ＋ｓ＝２ｍ／ｎ
【００６３】
屈折イメージャ４１、６２のその距離と曲率半径は、それぞれ上述されたイメージャ３１、６１に関しての、後に追加される屈折で、計算される。上記で与えられた距離と曲率半径は、非常にラフな一次設計のみで適用される。続いて、そのパラメータは、上述したように、最適化光線追跡ソフトウェア・プログラムを使用して、高画像品質のために、最適化される。
【００６４】
本発明は例として次の実施態様を含む。
（１）書類を走査するシステムであって、書類を照射する手段と、光を受信して、対応する電気信号のアレイを生成することによって前記光に応答する検出アレイと、前記書類からの光を受信して、前記検出アレイへ光を導く反射イメージャと、を備える前記システム。
（２）前記イメージャは、テレセントリックである、（１）記載のシステム。
（３）前記書類は、軸変位の影響を受け、前記イメージャは、好ましくは開口絞りで、前記軸変位の関数として解像度の変量を減少する球面収差を含む非球面の構成を有する、（１）記載のシステム
（４）前記イメージャは、光の列で複数の光学表面を有する、（１）記載のシステム。
（５）更に、前記イメージャは、１又は複数の面で造られ、前記面の１つで発生するスペクトル分散を修正する回折パターンを有し、好ましくは、前記イメージャは、テレセントリックである、（４）記載のシステム。
（６）前記複数の光学表面は、焦点ミラー手段と分散ミラーを有し、前記分散ミラーは、前記焦点ミラー手段からの光を受信して、前記焦点ミラー手段へその光を反射する位置に設けられる、（４）記載のシステム。
【００６５】
（７）更に、光の経路を有し、前記反射イメージャは、光の経路を屈折するために、焦点ミラー手段内で、光の列の中に設けられた第３のミラーを有する、（６）記載のシステム。
（８）前記分散ミラーの光軸は、前記焦点ミラー手段の光軸で調整される、（６）記載のシステム。
（９）前記反射イメージャは、固体の光学材料を有し、前記固体の光学材料は、その固体の光学材料のそれぞれの内面反射面として、少くとも１つのそして好ましくは複数の前記光学表面で構成される、（４）記載のシステム。
（１０）書類の帯を示している信号アレイを得るために、書類を横切る検出アレイとイメージャを相互に変換する手段、を有する（１）記載のシステム。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によると、コンパクトで安い照明、光学部品、及びフルページ画像を得る際の検出装置の使用を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】２つの囲いと、カバーが掛けられたセンサ・アセンブリを有する紙送り機構を含む本発明の一実施例の正面図である。
【図２】カバーを取った図１のセンサ・アセンブリの正面図である。
【図３】画像の光の列の概略を示す左右対称面でのシステムの縦断面図である。
【図４】帯と瞬間的な視覚範囲を示す書類の平面図及び光の経路を屈折する光の列を側面と上面から見た概略図である。
【図５】図４（ｂ）及び（ｃ）で示された光を３次元で表示した図である。
【図６】画像の光の列の折り重なりの概略を示す左右対称面でのシステムの縦断面図である。
【図７】図６のイメージャによって生じた回折パターンを示す図である。
【図８】図６のイメージャによる光を３次元で表示した図である。
【図９】球面収差のないシステムの光軸に沿って鋭く変化している光線の縦断面図である。
【図１０】球面収差をもつシステムの光軸に沿って鋭さの減少された偏差を示す光線の概略図である。
【図１１】図９に対応している交差部分の光線断面を示す図である。
【図１２】図１０に対応している交差部分の光線断面を示す図である。
【図１３】図２と図６のイメージャの斜視図と６面図である。
【符号の説明】
３２焦点ミラー手段
３３分散ミラー
３５画像平面
３７目標面
４２屈折ミラー
４３書類
６２イメージャ

Claims

書類を走査するシステムであって、
書類を照射する手段と、
光を受信し該光に対応する電気信号のアレイを生成する検出アレイと、
前記書類からの光を受信して、前記検出アレイに光を導き像を形成する反射器を用いてテレセントリックに構成した反射イメージャと、
前記イメージャおよび前記書類の相対的な移動によってスキャン動作を実行する手段と、を備え、
前記イメージャは、開口絞りの位置に、前記書類の光軸方向の変位に対する解像度の差を減少させる球面収差を与える非球面の要素を有する、前記システム。
前記非球面の要素は、分散ミラーである、請求項１に記載のシステム。
前記イメージャは、光の経路を形成する複数の光学表面を有する、請求項１または２に記載のシステム。
前記イメージャは、
前記複数の光学表面のうちの１つで発生するスペクトル分散を修正する、前記複数の光学表面のうちの１つまたは複数の面によって与えられる回折パターンを有する、請求項３に記載のシステム。
前記複数の光学表面は、焦点ミラーおよび分散ミラーであり、
前記分散ミラーは、前記焦点ミラー手段からの光を受信して、前記焦点ミラー手段へその光を反射する位置に設けられる、請求項３に記載のシステム。
前記反射イメージャは、前記光の経路を屈曲するために、前記焦点ミラー手段を通過する前記光の経路の途中に設けられた第３のミラーを有する、請求項５に記載のシステム。
前記分散ミラーの光軸は、前記焦点ミラー手段の光軸に対して位置合わせされる、請求項５に記載のシステム。
前記反射イメージャは、固体の光学材料を有し、
前記固体の光学材料は、その内面反射によって、複数の前記光学表面のうちの少なくとも１つを与える請求項３に記載のシステム。
書類の帯状の部分を示す信号アレイを得るために、前記検出アレイおよび前記イメージャを一緒に書類上を横断させる手段を有する、請求項１または２に記載のシステム。