JPH08262326A

JPH08262326A - 集光器

Info

Publication number: JPH08262326A
Application number: JP7290788A
Authority: JP
Inventors: Michael B Brandt; バーナードブラントマイケル; Michael R Flynn; アールフリンマイケル
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1994-11-21
Filing date: 1995-11-09
Publication date: 1996-10-11
Also published as: DE69529656D1; EP0713103A3; EP0713103A2; US5541421A; EP0713103B1; DE69529656T2

Abstract

(57)【要約】【課題】集光率が高く、フレア放射を大幅に減衰さ
せ、拡散反射が少ない集光器を誘導性蛍光体撮像システ
ム中に提供できない。【解決手段】走査した情報媒体から発せられ、反射
し、または伝送された放射を集め、かつ検出するための
装置１００は、集光率およびフレア放射の減衰を最大に
するように構成された、光検出器アセンブリ８と第１お
よび第２の平面鏡アセンブリ２、３とを含む。第１およ
び第２の平面鏡アセンブリ２、３は、反射性のアルミニ
ウムコーティングを真空蒸着で施したアクリル製の基板
を有する正反射鏡を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光誘起蛍光体中
に記憶される画像の読出しに関する。より特定的には、
この発明は、誘導放射による走査の間に光誘起蛍光体か
ら発せられる光を集め、かつ検出する装置に関する。こ
の装置はまた、画像を保持している媒体が拡散反射性か
または拡散透過性のいずれかである画像取得システムに
おいて用いることもできる。

【０００２】

【従来の技術】これまで設計されてきた正反射集光器
は、エネルギー収率の点からみてもフレア放射の制御の
点からみても最適化されているとはいえない。この原因
としては特に、かかる設計を最適化することのできるコ
ンピュータプログラムが市販されていないことが挙げら
れる。このため設計者は、コンピュータでしか分析する
ことのできない概念的な設計に依存しなければならな
い。さらに、これまではエネルギー収率を最適化するこ
とにはあまり重きが置かれず、そのかわりにフレア放射
をできるだけ低減することの方に研究努力の大半が費や
されていたようである。フレア放射とは、蛍光体によっ
て反射または散乱されて集光器に入りある経路に沿って
伝播する誘導放射の部分と定義することができ、これは
集光器を出て、走査ビームの位置と一致しない蛍光体中
のある位置に当たる。この誤った放射は、この別位置か
ら青色光子を放出させ、これにより走査ビームの位置と
同時に検出されている信号、およびまだ走査されていな
ければこの別位置から検出されるはずの信号を壊してし
まう。フレア放射の真の影響は、全体的なダイナミック
レンジ、特に露光の少ない領域のコントラスト比を減じ
て潜像の忠実度をなくしてしまうことである。

【０００３】正反射集光器の設計を考える際には設計者
はいくつかの重要な指針を考慮しなけばならない。第１
に、検出器に到達するのに必要な反射回数は、エネルギ
ー収率を上げるためにできるだけ少なくすること。一例
をあげると、アルミニウム製リフレクタは、１回の反射
ごとに３９０ｎｍの入射光の８％を吸収する。第２に、
図１を参照して、蛍光体１の法線２に対する検出器４の
偏角αをできる限り小さくすること。光がランバートの
余弦則に従う性質を持つとすると、反射なしで直接検出
器に当たる放射エネルギーは、この偏角の余弦（つまり
光源の被投射領域）に比例する。第３に、検出器４に対
する立体角ωは、検出器に直接到達できる放射エネルギ
ーの収率を最大にするために、できるだけ大きく維持す
ること。これには、検出器の鏡３と視線との間の角βを
できる限り０゜に近づけて、蛍光体から見た場合の検出
器の被投射領域を最大にする。また、立体角ωは、検出
器と蛍光体との距離を最小にすることによって大きくす
ることもできる。第４に、検出器は入射エネルギーのか
なりの部分を反射しうるため、集光器は、このエネルギ
ーを最低の反射回数で、できる限り多く検出器に戻すよ
うに設計すること。Ｋ２ＣｓＳｂ光電陰極のついた光電
子倍増管の場合は、青色光の反射率は約２２％であるこ
とがわかっている。最後に、フレア放射を防止する、ま
たは最低にする設計であることが求められる。

【０００４】米国特許第4,742,225 号は、エネルギー収
率が非常に良好な楕円形の断面を持つ反射集光器の設計
を開示している。この設計では、検出器の偏角は約２０
゜で、検出器の立体角は約２６である。検出器アレイの
この位置でこの方向に入射する光束の閉じた形の解は、
放出光の約２０％が検出器アレイに直接当たることを示
している。さらに、検出器に直接当たらなかった放出光
は、一度反射した後に検出器に当たる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】次にこの設計の欠点を
述べる。第１に、楕円形のリフレクタの製造は困難であ
るか、または経費がかかる。第２に、検出器で反射した
エネルギーを再利用する試みが全くされていない。反対
に、入射口の裏側はフレア放射を最低にするための吸収
体として形成されている。この鏡が正反射材料からつく
られているとすれば、検出器で反射したエネルギーは、
再び検出器に到達するまでに２〜３回反射しなければな
らないだろう。第３に、フレア放射が他の集光器の設計
ほど制御されない。これらの欠点およびその他の欠点を
持つシステムを開示している以下の米国特許を参照され
たい。

【０００６】１．米国特許第3,663,083 号（1972年5 月
16日発行、発明者フリードマンら）２．米国特許第4,346,295 号（1982年8 月24日発行、発
明者タナカら）３．米国特許第4,736,102 号（1988年4 月5 日発行、発
明者モローネ）４．米国特許第4,775,791 号（1988年10月4 日発行、発
明者オーエンら）５．米国特許第4,743,758 号は、３つの正反射ボックス
の設計を開示している。これらの設計では、検出器の偏
角は４９゜から５３゜の範囲である。さらに、検出器の
蛍光体からの距離は、立体角が僅か１１から１６である
ような距離である。かかる位置では、放出光の大半は検
出器に到達するまでに何度も反射しなければならない。
検出器アレイに入射する、この位置およびこの向きでの
光束の閉じた形の解は、放出光の約７％が検出器に直接
当たることを示している。これらの反射箱設計の主たる
利点は、フレア放出が良好に制御され、鏡の製造が比較
的安価なことである。これらの設計の主たる欠点は、エ
ネルギー収率が悪いことであり、これは検出器の立体角
が小さく、検出器に到達するまでに必要な反射回数が多
く、かつ反射したエネルギーを再利用することができな
いためである。

【０００７】米国特許第4,743,759 号、第5,105,079
号、第5,134,290 号、および第5,140,160 号は、誘導放
射を検出器に向け、かつ散乱した誘導放射を蛍光体から
離すようにするために、角度のついたルーフミラーを使
用することについて開示している。これらの設計では、
検出器を投射する範囲を大きくし、かつ鏡の傾斜を大き
くするために、非常に直径の大きな検出器を用いる。し
かし、かかる設計にあるような誘導放出光の位置と検出
器の位置および向きとの関係では、何度も反射が必要に
なってしまう。これらの設計では、検出器の角度に影響
するパラメータの多くは自滅してしまうため、エネルギ
ー収率が下がる。たとえば、検出器の鏡の法線と視線β
とがつくる角度が９０゜に近づくにつれて検出器の偏角
αは０゜に近づき、この反対もいえる。同様に、検出器
と光源との間の距離は、検出器の鏡と視線βと間の角度
が増大するにつれて、減少する。さらに、垂直方向の鏡
は上方の入射口の大きさをほぼ２倍にするため、従来の
２倍ものエネルギーを集光器から出すことができる。こ
の結果、この入射口が蛍光体に最も近い位置にある、集
光体の最端部近くでのエネルギー収率が大幅に減少して
しまう。ルーフミラー構成の主たる利点は、１つの検出
器と複数の平面リフレクタとを使用するために、経費が
安くなることである。また、フレア放射は極めて少な
い。

【０００８】米国特許第4,849,632 号（1989年7 月18日
発行。発明者ワタナベ）、米国特許第4,591,714 号（19
86年5 月27日発行。発明者ゴトウら）、および米国特許
第4,591,715 号（1986年5 月27日発行。発明者ゴトウ）
は、誘導性蛍光体撮像システムを開示しており、ここで
は、放出光は固体透明光ガイドアセンブリによって集め
られ、複数の光電子倍増管によって検出される。これら
の特許で開示される光ガイドは、高価で製造が難しく、
かつ光電子倍増管への複数の反射に依存しているため、
集光率が低い。

【０００９】放射の収率はまた、放射を光検出器へ反射
させる反射面の構成に用いられる材料または基板に左右
される。つまり、集光器の光路の形状（最初に入射する
開口から光検出器までの光線の跳ね返り方および進行の
仕方）が一度最適化されてしまえば、集光システムの効
率は正反射率によって決定される。

【００１０】集光器の反射率が高くなれば、ＰＭＴでの
集光率が上がる。より特定的には、鏡の集光率は高く、
拡散反射率は低くするのが望ましい。性能だけでなく、
製造可能性および経費が重要な要素である。

【００１１】考えられる集光器基板および鏡の選択肢を
以下に示す。

【００１２】１．アルミニウム処理したｅｓｔａｒを剛
性のあるサポート上においたもの −製造困難２．アルミニウムを機械加工しバフで研磨したもの −高価、拡散反射率が高い３．アルミニウムーダイアモンドで旋削したもの −高価４．市販の第一表面鏡（ｆｉｒｓｔｓｕｒｆａｃｅ
ｍｉｒｒｏｒ），ガラス、プラスチック −正反射率が低い５．銀処理した基板 −高価、製造困難６．真空金属処理した基板 −正反射率が低い以下の米国特許で示されるように、アクリルは様々な光
学の応用に用いられているが、正反射率が高く拡散反射
率が低い光検出器用の放射集光器をつくるように最適化
されてはいない。

【００１３】１．米国特許第4,259,370 号（1981年3 月
31日発行、発明者フィスリ）２．米国特許第4,101,365 号（1978年7 月18日発行、発
明者フィスリ）３．米国特許第4,564,286 号（1986年1 月14日発行、発
明者マイオラノ）４．米国特許第3,800,058 号（1974年3 月26日発行、発
明者バートックら）５．米国特許第4,541,415 号（1985年9 月17日発行、発
明者モリ）６．米国特許第4,068,121 号（1978年1 月10日発行、発
明者ブリングハーストら）７．米国特許第4,842,824 号（1989年6 月27日発行、発
明者オノ）従って、従来の技術では、集光率が高くフレア放射を大
きく減衰させ、かつ拡散反射が少ない集光器を、誘導性
蛍光体撮像システム中に提供できないという問題があっ
た。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明に従えば、先行
技術の問題を解決する正反射集光器が提供される。この
集光器では、集光率とフレア減衰との性能特性が先行技
術のものを上回っており、拡散反射が最低にされてい
る。

【００１５】この発明の一態様に従い、走査した情報媒
体から発せられ、反射し、または伝送された放射を集
め、かつ検出するための集光器が提供される。この集光
器は以下のものを含む。（１）走査した情報媒体の幅に
わたって延び、この情報媒体にほぼ平行または垂直な検
出面を有する、第１および第２の側面を含む光検出器ア
センブリ、（２）光検出器アセンブリに平行に延び、下
端が情報媒体に隣接し、上部領域が光検出器アセンブリ
の検出表面の第１の側面に隣接する第１の平面鏡アセン
ブリ、および（３）光検出器アセンブリに平行に延び、
下端が情報媒体に隣接し、上部領域が光検出器アセンブ
リの検出面の第２の側面に隣接する、第２の平面鏡アセ
ンブリ。ここで、第１の平面鏡アセンブリおよび第２の
平面鏡アセンブリの下端は間隔を空けて設けられ、情報
媒体から発せられ、反射し、伝送された放射を通過させ
るための開口を形成する。また、これらの光検出器、第
１の平面鏡アセンブリ、および第２の平面鏡アセンブリ
は、（１）この開口を通過するほぼすべての放射は、直
接、または第１の平面鏡アセンブリから一度反射した後
に光検出器アセンブリに当たり、（２）第１の平面鏡ア
センブリは、光検出器アセンブリに当たる前に入射光を
一度だけ反射させ、（３）第２の平面鏡アセンブリは光
検出器アセンブリから反射した放射を一度だけ反射させ
て光検出器アセンブリへ戻すように構成される。また、
第１および第２の平面鏡アセンブリは、反射性のアルミ
ニウムコーティングを真空蒸着したアクリル製の基板を
有する。

【００１６】

【発明の実施の形態】図２は、蛍光体記憶装置スキャナ
の基本的構成要素を示す。誘導放射はレーザ源１６から
発せられる。このレーザビームは、ビーム成形光学系１
５で形成され、その後、ガルバノメータ１４または他の
適当な走査機構から反射することによってラスタスキャ
ンを行う。

【００１７】ビームはＦ−θレンズ１７を通過し、走査
ミラーの角位置と蛍光体９上のビーム位置とを一直線に
する。走査用レーザビーム１１は、正反射鏡２と３との
間に位置する第１のスリット絞り１０を通過し、その後
すぐに集光器１００底部の第２のスリット絞り１２（図
３参照）を通って集光器１００から外へ出る。集光器１
００の第２の開口１２から出ると、ビームは蛍光体９上
に集められ、蛍光体９上の非常に小さな画素領域からの
誘導放出光と、大量の散乱した誘導放射とをつくりだ
す。レーザビームは走査方向と垂直方向に移動して、蛍
光体９の幅にわたって走査する。このようにして、蛍光
体９はラスタパターンで走査される。

【００１８】特定のフォトサイトにおいて、Ｘ線吸収の
回数に比例してリリースされた誘導放射および強い散乱
誘導放射とのうちの約８９％は、第２のスリット絞り１
２を通って集光器１００に入る。この誘導放射のうちの
少量、約５％の放射は第１のスリット絞り１０を通って
集光器から出る。

【００１９】誘導放射の残りの部分は、直接に、または
鏡１、２、もしくは３で反射して間接的に、誘導放射吸
収フィルタ７および５つの光電子倍増管（以下ＰＭＴと
称す）８上に配向される。誘導放射のうちの少量は誘導
放射吸収フィルタ７のフロントミラーで反射する。これ
よりかなり大量の誘導放射の部分は、ＰＭＴ８で反射す
る。このように反射した光は、鏡５または６で一度反射
した後に、誘導放射吸収フィルタ７およびＰＭＴ８へ戻
される。これらの光を一度の反射で再度利用することに
よって、集光率はほぼ最大になり、かつフレア放射はシ
ステムからほとんどすべて取り除かれる。検出した信号
と走査ビームの位置とは、蛍光体によって記録されたＸ
線の潜像のデジタル表現を生成するために記録される。

【００２０】ＰＭＴ８は、５本の、たとえばバールＣ８
３０７９ＥモデルまたはハママツＲ４４４５モデルなど
の３×３インチ平方の光電子倍増管８から構成される
（図２および図３参照）。ＰＭＴ８の光電子陰極は、蛍
光体９から約２インチ上方に設置され、機械的クリアラ
ンスとして走査レーザビーム１１から横方向に約２．１
２５インチだけずれている。ＰＭＴ８の光電陰極の高さ
は、このように横方向にずれた状態でＰＭＴ８に直接当
たる誘導放射を最大限に集光するように最適化されてい
る。

【００２１】この発明に従えば、鏡１、２、３、５、お
よび６（適当な場合は鏡４も）、ならびに端部鏡１３
は、アルミニウム等の反射性金属を真空被覆したアクリ
ル製の基板を含む。基板表面の平滑度によって反射率が
決まるため、基板はたとえばアトハース（以前はローム
＆ハース）＃２０２５ＭＣプレキシガラス（厚さ０．２
３６インチ）、またはこの等価物であってもよい（アク
リル製およびポリカーボネート製の他の材料を基板に使
用することもできる。この発明の開示の範囲は、アトハ
ース＃２０２５ＭＣプレキシガラスに限定するものでは
ない。また、材料の厚みや色が異なっていても良い）。
この材料は表面仕上げトレランスをよくするために溶か
してカレンダーされ、遮光管路用の黒い反射体となる。

【００２２】反射性コーティングは真空蒸着される。コ
ーティングは次のものからなる。

【００２３】１．クロム接着層：約５００オングストローム２．アルミニウム層：約９００ー１５５０オングストロ
ーム３．酸化シリコン上塗り：約５００オングストロームコーティングされたサンプルは、予想作動条件の環境チ
ャンバ（温度、相対湿度）中へ入れられ、鏡の劣化（つ
まり酸化、脱色、剥離など）をすばやく検査し、劣化が
ほとんどないことを確認する。

【００２４】最後に、鏡を設けた複数個の基板を機械的
に接合して集光器１００を形成する。その後、フィル
タ、光検出器などを組み立てる。

【００２５】下記の表１は、集光器のいくつかの基板材
料の反射率を示したものである。この発明に従うアクリ
ル製基板またはアルミニウムコーティングした基板は
（例ｇ）、他のどの基板よりも非常に分光反射率が高
く、かつ拡散反射率が低い。

【００２６】

【表１】集光器の基板材料の反射率注：すべての数値は管理下でのサンプリングにより４００ｎｍで測定アルミニウム処理したＥｓｔａｒ分光：９１−９２％（ＫＥＳＰＲ３１１０）拡散：なしアルミニウム６０６１分光：７３−７５％機械加工およびバフ研磨したもの拡散：１３−１５％アルミニウム６０６１分光：８９％ダイアモンド旋削したもの拡散：５％市販の第一面鏡分光：６６．２％拡散：５．４％銀処理したものなし真空金属処理したもの分光：５２．６％拡散：１．２５％光学的にコーティングした分光：９１．６％アクリル製ＭＣプレキシガラス拡散：０．３８％厚さ０．２３６インチ図１５ないし図１７は、上述したこの発明の一例の総反
射率、正反射率、および拡散反射率のそれぞれについ
て、反射率（％）対放射波長を示すグラフである。以下
の表２ないし表４は、それぞれ図１５ないし図１７のグ
ラフを作成する際に用いたサンプルデータである。

【００２７】

【表２】

【表３】

【表４】図３は光がＰＭＴ８まで達する直接光路を詳細に示す。
Ａ点とＣ点との間で検出器に当たる誘導放射について
は、検出器から反射した光はＧ点とＨ点との間で鏡５に
当たり、反射して、Ｄ点とＥ点との間で再度ＰＭＴ８に
当たる。Ｃ点とＦ点との間でＰＭＴ８に当たる誘導放出
については、ＰＭＴ８から反射した部分の光は、Ｈ点と
Ｉ点との間で鏡６に当たり、反射して、Ｂ点とＦ点との
間で再度ＰＭＴ８に当たる。

【００２８】図４は光が鏡１で一度反射してＰＭＴ８へ
進む、限られた間接的な光路を詳細に示す。Ａ点とＣ点
との間でＰＭＴ８に当たる誘導放射については、ＰＭＴ
８から反射した光は、Ｇ点とＨ点との間で反射鏡５に当
たり、反射して、Ｄ点とＥ点との間で再びＰＭＴ８に当
たる。Ｃ点とＥ点との間に当たる誘導放射については、
ＰＭＴ８から反射した光は、Ｈ点とＩ点との間で反射鏡
６に当たり、反射して、Ｂ点とＦ点との間で再びＰＭＴ
８に当たる。

【００２９】図５は光が鏡２で一度反射してＰＭＴ８へ
進む、限られた間接的な光路を詳細に示す。Ａ点とＢ点
との間でＰＭＴ８に当たる誘導放射については、ＰＭＴ
８から反射した光の部分は、Ｇ点とＨ点との間で反射鏡
５に当たり、反射して、Ｃ点とＦ点との間で再度ＰＭＴ
８に当たる。Ｂ点とＤ点との間でＰＭＴ８にあたる誘導
放射については、ＰＭＴ８から反射した光の部分は、Ｈ
点とＩ点との間で鏡６に当たり、反射して、Ｂ点とＥ点
との間で再度ＰＭＴ８に当たる。

【００３０】図６は光が鏡３で一度反射してＰＭＴ８へ
進む、限られた間接的な光路を詳細に示す。Ａ点とＢ点
との間でＰＭＴ８に当たる誘導放射の部分については、
ＰＭＴ８から反射した光は、Ｇ点とＨ点との間で鏡５に
当たり、Ｅ点とＦ点との間で再度ＰＭＴ８に当たる。Ｂ
点とＤ点との間でＰＭＴ８に当たる誘導放射の部分につ
いては、ＰＭＴ８から反射する光は、Ｈ点とＩ点との間
で鏡６に当たり、反射して、Ｃ点とＥ点との間で再度Ｐ
ＭＴ８に当たる。

【００３１】部材４（これは鏡であってもなくてもよ
い）からは光はまったく反射しない。部材４の断面の長
さを短くし、かつ蛍光体９との間の傾斜角を大きくする
ことによって、誘導光がより多く集光器１００に入射で
きるようにスリット絞り１２を大きくすることが可能で
ある。さらに、部材４に反射性を持たせることもでき
る。最大の集光率における性能上の利得は、不十分とは
いえ、７７％から約８１％に増大することができる。

【００３２】図７に示すように、機械的な空間上の制約
のためにＰＭＴ８のアレイを縦に配向することができな
い場合は、この集光器の配列を約４５゜斜めに回転さ
せ、ＰＭＴ８のアレイが水平に載置された集光器１００
をつくる。この集光器の特性は先に説明した集光器と同
じだが、検出器に直接当たる誘導光が僅かに減少し（２
６％対２３％）、かつこれに対応してＰＭＴ８に達する
前に鏡１、２、または３から一度反射しなければならな
い誘導光が増大することによって、集光率が僅かに減じ
られる。図７は光がＰＭＴ８へ進む直接の光路を詳細に
示す。Ａ点とＣ点との間でＰＭＴ８に当たる誘導放射に
ついては、ＰＭＴ８から反射した光はＧ点とＨ点との間
で鏡５に当たり、反射して、Ｄ点とＦ点との間で再度Ｐ
ＭＴ８に当たる。Ｃ点とＥ点との間でＰＭＴ８に当たる
誘導放射については、ＰＭＴ８から反射した光の部分は
Ｈ点とＩ点との間で鏡６に当たり、反射して、Ｂ点とＦ
点との間で再度ＰＭＴ８に当たる。

【００３３】最初に反射するのが鏡１、２、または３で
ある３つの型について、ＰＭＴ８への限定的な間接的光
路と、ＰＭＴ８からの反射と、鏡５または６から一度反
射してＰＭＴ８へ戻される様子とを示す、同様の図を示
すことができる。

【００３４】［集光器の性能］図８はこの特定の集光器
１００の集光率を示すグラフである。この分析では、集
光器の反射鏡、１、２、３、５、および６の反射率は９
２％（つまり吸収率８％）であり、ＰＭＴ８の表面の反
射率は２２％（つまり吸収率７８％）であると仮定す
る。図９はこの特定の集光器１００のフレア放射のグラ
フである。この分析では、集光器１００の反射鏡の反射
率は９２％（吸収率８％）、かつＰＭＴ８表面の反射率
は４％（吸収率９６％）とする。後者のほうがＰＭＴ８
の反射率が低いのは、誘導放射吸収フィルタ７が、この
フィルタ７の第１の表面で反射されなかった誘導光のほ
ぼすべてを減衰させるからである。

【００３５】［集光器設計方針の一例］ＰＭＴ８表面の
最小断面幅は、たとえば２．７５インチである。この集
光器１００を用いる蛍光体の読取り装置に関する機械的
制約のため、ＰＭＴ８の中心は走査ビームから２インチ
以上離れていなければならず、かつＰＭＴ８の表面は蛍
光体９の表面にほぼ平行に配向されなくてはならない。
従って、ＰＭＴ８の表面は３×５インチの矩形の開口と
なり、発光点の中心から２インチずれることになる。検
出器表面の高さは約２インチで、直接集光した光を最大
限に検出するように最適化されている。

【００３６】小さなランバート光源から発せられ、この
光源上に中心決めされた矩形の開口を通って集められた
光は次のように表すことができる。

【００３７】

【数１】ここで、１：矩形の開口の長さの半分ｗ：矩形の開口の幅の半分ｈ：光源から開口までの高さである。この式およびこの式の導関数は、Ｈ・コットン
著の『照射の原則(Principles of Illumination)』(196
0 年ニューヨーク、ジョン・ワイズリー社版、第157
頁) 、およびＰ・ムーン著の『照射工学の科学的基礎(T
he Scientific Basis of Illuminating Engineering)』
第２版(1961 年ニューヨーク、ドーバー社版、第267
頁) に記載されている。これらの文献の著者たちは、矩
形のランバート光源が大きいため、ある位置での放射照
度を導出しているが、この出願での計算も同様である。

【００３８】軸からずれた矩形の開口の最適な高さを求
めるためには、次の２つの計算を行う。まず、開口の実
際の幅の半分に中心からの開口のずれを加えたものが幅
の半分に等しい矩形の光源からの光束の部分を計算す
る。次に、中心からの開口のずれから開口の実際の幅の
半分をひいたものが幅の半分に等しい矩形の光源からの
光束の部分を計算する。次に、この２番目の計算結果を
１番目の計算結果から減じた値を２で除算する。ここま
での計算を様々な高さの開口について繰り返すことによ
って、最適な高さの数値が得られる。この具体例では、
最適高さは約２インチであり、この高さでは、放出され
た光子のうち少なくとも２８％がＰＭＴ８に達するまで
反射することなく、直接ＰＭＴ８に当たる。

【００３９】ＰＭＴ８に直接当たらない光子について
は、鏡１、２、および３に当たる光がそれ以上の反射せ
ずにＰＭＴ８に入射するように、これらの鏡の大きさ、
位置、および角方向が選択される。この作業は、断面が
円錐曲線（たとえば放物線、楕円、双曲線、円）である
１つの円柱形リフレクタ（図１０参照）を用いて行う事
ができる。しかし、このような表面をつくることは困難
であり、少なくとも経費かかる。適切な大きさ、位置お
よび方向の反射平面を用いれば、円錐曲線リフレクタを
用いた場合と同じ結果を得ることができる。こちらの方
がはるかに経済的に製造することができる。

【００４０】図１１は集光器１００の断面を示す図であ
り、鏡１の大きさ、位置、方向を相対的に示している。
鏡１は走査経路に平行に、かつ蛍光体９に垂直に配置さ
れる。鏡１の下端は、鏡４の底部と蛍光体９からの高さ
が同じになるように選択される。この具体例では、蛍光
体９のそりに対応するように下端までの高さは１／１６
インチである。鏡１および４の下端は、幅１／４インチ
の開口１２を形成する。この開口１２は放出された光子
の８９．４％を集光器１００に集めることができる。鏡
４の下端に向けられた光は集光器１００に入り、鏡４に
沿って伝播して、Ｆ点で吸収フィルタ７の端に当たる。
この光路は鏡４に平行で、かつ鏡１の下端に当たる光の
経路にも平行で，吸収フィルタ７のＥ点へと進む。鏡１
の上端は、鏡１が吸収フィルタ７の鏡像の端Ａへ進む光
路と交差する点で規定される。鏡１の上端があと少しで
も高い場合は、鏡１の表面を延長することによって遮断
される光子は、一度の反射ではＰＭＴ８に到達できな
い。この具体例では、蛍光体９から鏡１までの高さは約
０．２２インチである。

【００４１】図１２は鏡２の大きさ、位置、方向を相対
的に示す。鏡２は走査経路に平行に配置される。鏡２の
下端は鏡１の上端と一致する。鏡２の角度方向は、鏡２
の下端に当たる光子が吸収フィルタ７の端縁Ｆへ進むよ
うに調整される。これは、この光路をまっすぐに延長し
たものが吸収フィルタ７の鏡像の端Ｆと交差する地点で
決定される。鏡２の上端の高さは、鏡２が吸収フィルタ
７の鏡像の端Ａへ進む光路と交差する点で規定される。
この具体例では、蛍光体９から鏡２までの高さは約０．
７１インチである。さらに、鏡２は鏡１から約１８．８
゜回転している。実際の実施例では、蛍光体９から鏡２
までの高さは約０．５７インチに調整されており、回転
角度は約１５．２゜まで小さくなっている。このことは
一見、本来の設計理念から大きく逸脱しているように見
えるが、実際はそうではないことを以下に説明する。

【００４２】鏡２が回転角度１８．８゜で高さ０．７１
インチのところに位置決めされている場合、鏡２は走査
ビームの中へビームから僅かに右側に延びる。走査ビー
ムが集光器１００を通過できるように鏡２に溝が設けら
れている場合は、鏡２は走査ビームの左側の大きな鏡と
右側の非常に小さな鏡という２つの別個の鏡から構成さ
れる。鏡２の下端に当たる光子が吸収フィルタ７の端Ｆ
へ向かうようにこの鏡２の回転を制限するのではなく、
鏡２の上端に当たる光子が吸収フィルタ７の端Ｆへ向か
うように制限する（図５参照）。こうして、鏡２の上端
は、蛍光体９の鏡の法線から左へ２．８６゜傾斜し、走
査線と一致する仮想平面との交点によって規定される。
蛍光体９の鏡の法線の右側および左側に２．８６゜傾
き、かつ走査線と一致する２つの仮想平面は、蛍光体９
から発せられたすべての光子の５．０％が上側の溝１０
を通って逃げることのできる三角形の領域を規定する。
溝１０を通るこの５．０％の損失は、この集光器１００
の設計の基準として設定されている。元の通り１８．８
゜回転している鏡２は、鏡２と仮想平面との高さ０．５
１インチの交点で、蛍光体９の鏡の法線の左側で終端す
る。この結果、鏡２に当たる光は、より大きな入射角で
ＰＭＴ８の右側へ向かうように反射することになる。一
般的な設計理念から少し逸脱させると、この鏡に当たる
光はより小さな入射角でＰＭＴ８の左側（位置Ａないし
Ｄ。図５参照）に入射し、これにより吸収フィルタ７で
の反射率を減じる。さらに、上側の入射溝１０は、蛍光
体９の上方に従来よりも１２％上にあり、幅は１２％広
くなって位置合わせが容易になったが、光子の損失は増
えていない。このように設計理念を僅かに変形すること
が可能になった理由は、この具体例では、鏡３に当たる
光がＰＭＴ８すべてを充填しないためである。これにつ
いては以下に説明するが、このため鏡２と鏡３とは、互
いの大きさおよび角度方向をやりとりする余地がある。
鏡２の延長がＰＭＴ８と交差しないため、第３の鏡が必
要となる。

【００４３】図１３は鏡３の相対的な大きさ、位置、お
よび向きを示す、集光器１００の断面図である。鏡３は
走査経路に平行に配置される。鏡３の下端は鏡２の上端
に一致する。上述したのと同じ設計理念に従えば、鏡３
の角度配向は、鏡３の下端に当たる光子が吸収フィルタ
７の端Ｆに進むように調整される。このように配向され
ると、鏡３は位置Ａ以外でＰＭＴ８と交差してＰＭＴ８
の一部を遮断してしまう。このため、鏡３の角度配向は
位置ＡでＰＭＴ８と交差するように調整される。このよ
うな角度および位置にすると、鏡３はＰＭＴ８の位置Ａ
に進む途中で鏡２の上端に当たる光子のとる光路と平行
かつ一致する。この具体例では、鏡１からの回転角度は
約３３．３゜である。この角度では、鏡３の下端に当た
る光は吸収フィルタ７の位置Ｆからそれて、位置Ｄまで
の約１／３の地点の新しい位置へと配向しなおされる。
また、鏡３をこのように配向することは、検出器上への
光の入射角を減じ、これにより吸収フィルタ７での反射
率を小さくするという利点もある。

【００４４】走査ビームが集光器１００を通過する開口
を設けるために、鏡３の下端は、鏡３と、走査ビームと
一致する蛍光体９の鏡の法線の右側へ２．８６゜傾いた
仮想平面との交点に一致するように切りとられる。鏡３
の延長はなお鏡２の上端に一致するが、鏡３の下端の実
際の高さは、この具体例では約０．６７インチである。
鏡３の上端の高さは、蛍光体９から約１．７５インチ上
方にある吸収フィルタ７の高さによって規定される。

【００４５】交差する光路がすべて一度の反射でＰＭＴ
８に向かうように配向しなおすため、鏡１、２、および
３の大きさおよび配列をこのようにうまく決めると、光
子が直接の光路以外で上側の溝１０から外へ出ることを
防止できる。先行技術の設計の多くはこの点が欠けてい
る。かかる設計では、反射鏡中に上側の溝の像が発光点
から見えるため、集光器の外側に別の光路を与え、集光
率を下げてしまう。

【００４６】図１４は鏡５の相対的な大きさ、位置、お
よび向きを示す、集光器１００の断面図である。鏡５は
ＰＭＴ８に平行に配置される。鏡５の左端Ｇおよび左端
Ｇの蛍光体９からの高さは、位置Ａで直接ＰＭＴ８に当
たる光子反射経路（ＡからＧ）（直接間接に関わらず、
ＰＭＴ８に当たる光路はどれも位置Ｇの右側で鏡５に反
射し、かつ鏡５に当たる）と、位置ＦでＰＭＴ８に直接
当たる光子の進む光路との交点で規定される。この具体
例では、鏡５は蛍光体９から約０．６１インチ上方にあ
り、鏡５の左端は走査ビームの右側約１．２３インチに
位置する。鏡５とＰＭＴ８との組み合わせによって通路
が形成され、左下から必ず入射する光子がエネルギーの
伝播に伴って、この通路中で図１４に示すような経路
（Ａ−Ｇ−Ｄ−Ｈ−Ｅ）に沿って入射と反射を繰り返
す。鏡５はこうしてＰＭＴ８から反射したエネルギーを
１度の反射でＰＭＴ８へ戻す。集光器１００の長さには
限りがあるため、この通路の長さは別の鏡、つまり鏡６
で終端しなければならない。

【００４７】図６を再び参照すると、発光点から鏡３へ
進み、位置Ｂで吸収フィルタ７上、位置Ｈで鏡５上、そ
して最後に吸収フィルタ７の最右端、位置Ｆで反射およ
び入射する光路がある。鏡６の角度は、この光路が鏡５
と交差するのと丁度同じ位置で鏡６が鏡５と交差する、
または鏡５を終端させるような角度である。従って、鏡
６はこの光路と平行かつ一致する。鏡３の光路は鏡５へ
の入射角（つまり反射率）が最も大きいため、この光路
に対する関心が最も高い。もし鏡５がこの位置Ｈの右側
へあと少しでも延びていれば、位置Ｈの右側で鏡５に当
たる鏡３の光路は、ＰＭＴ８に当たる前に鏡６に当た
り、従って、ＰＭＴ８へ戻るまでに二度の反射が必要に
なるであろう。通常は位置Ｈの右側で鏡５に当たる鏡３
の光路は、ここでは鏡６に当たり、一度反射してＰＭＴ
８へと戻る。この具体例では、鏡５の最右端は、走査ビ
ームから約２．２４インチのところである。この交点の
場合は、鏡６が鏡１から約４２゜回転していなければな
らない。

【００４８】

【発明の効果】この発明の集光器の設計の利点は、非常
に高い集光率、ほぼ均一な集光率特性、および平面リフ
レクタの使用による低い製造コストである。正反射集光
器に関しては、集光率はほぼ最適化される。集光率をこ
れ以上大幅に改善しようとすれば、一度でも反射する前
に検出することのできる光量を増やすために、おそらく
より広い鏡面領域を持つ検出器を使用したり、使用する
検出器の数を増やしたりしなければならないであろう。
さらに、システムの信号対ノイズ比は、できる限り多く
の光を正反射させてＰＭＴアセンブリへ配向することに
よって、最適化される。この発明の集光器は、材料の独
自の選択・構成方法とコーティング技術とを組み合わせ
るものである。

【００４９】この発明を図面を参照して詳細に説明して
きたが、この発明の精神および範囲内でこの発明を変更
および変形することができることを理解されたい。たと
えば、この発明は、情報媒体を放射ビームで走査して、
その情報媒体から反射または伝送された情報像を生成す
る他の画像システムでも用いることができる。情報像が
伝送される場合は、鏡２と３との間の溝は削除すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な集光器の断面構成を示す図である。

【図２】この発明に従う集光器を含む蛍光体スキャナ
の斜視図である。

【図３】この発明の説明に有用な、図１の集光器の概
略断面図である。

【図４】この発明の説明に有用な、図１の集光器の概
略断面図である。

【図５】この発明の説明に有用な、図１の集光器の概
略断面図である。

【図６】この発明の説明に有用な、図１の集光器の概
略断面図である。

【図７】この発明の説明に有用な、図１の集光器の概
略断面図である。

【図８】図２の集光器についての集光器の効率とレー
ザビーム走査位置との関係を示すグラフである。

【図９】図２の集光器についてのフレアエネルギとレ
ーザビーム走査位置との関係を示すグラフである。

【図１０】この発明の説明に有用な概略断面図であ
る。

【図１１】この発明の説明に有用な概略断面図であ
る。

【図１２】この発明の説明に有用な概略断面図であ
る。

【図１３】この発明の説明に有用な概略断面図であ
る。

【図１４】この発明の説明に有用な概略断面図であ
る。

【図１５】この発明の説明に有用なグラフである。

【図１６】この発明の説明に有用なグラフである。

【図１７】この発明の説明に有用なグラフである。

【符号の説明】２，３平面反射鏡の法線、８光検出器アセンブリ、
９蛍光体記憶装置、１００集光器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】走査した情報媒体から発せられ、反射
し、または伝送された放射を集め、かつ検出するための
集光器において、走査した情報媒体の幅にわたって延び、かつ前記情報媒
体にほぼ平行または垂直な検出面を有する、第１および
第２の側面を含む光検出器アセンブリと、前記光検出器アセンブリに平行に延び、下端が前記情報
媒体に隣接し、上部領域が前記検出器アセンブリの前記
検出面の前記第１の側面に隣接する、第１の平面鏡アセ
ンブリと、前記光検出器アセンブリに平行に延び、下端が前記情報
媒体に隣接し、上部領域が前記光検出器アセンブリの前
記検出面の前記第２の側面に隣接する、第２の平面鏡ア
センブリとを含み、前記第１の平面鏡アセンブリおよび前記第２の平面鏡ア
センブリの前記下端は互いに間隔を空けて設けられ、該
間隔により情報媒体から発せられ、反射し、または伝送
された放射を通過させるための開口を形成し、前記光検出器アセンブリ、前記第１の平面鏡アセンブ
リ、および前記第２の平面鏡アセンブリは、前記開口を
通るほぼすべての放射は、直接、または前記第１の平面
鏡アセンブリから一度反射した後に前記光検出器アセン
ブリに当たり、前記第１の平面鏡アセンブリは、前記光
検出器アセンブリに当たる前に一度だけ入射光を反射
し、前記第２の平面鏡アセンブリは、前記光検出器アセ
ンブリから反射した放射を一度だけ反射させて前記光検
出器アセンブリへ戻すように構成され、前記第１の平面鏡アセンブリおよび前記第２の平面鏡ア
センブリは、反射性のアルミニウムコーティングを真空
蒸着によって施したアクリル製の基板を有する正反射鏡
を含むことを特徴とする集光器。
【請求項２】前記光検出器アセンブリは連続した光電
子倍増管の列を含むことを特徴とする請求項１に記載の
集光器。
【請求項３】前記第１の平面鏡アセンブリは、放射の
走査ビームに平行に延びる第１、第２、および第３の正
反射平面鏡を含み、前記第１、第２、および第３の正反
射平面鏡の各々は、反射性のアルミニウムコーティング
を真空蒸着によって施したアクリル製の基板を含むこと
を特徴とする請求項１に記載の集光器。
【請求項４】前記第１の平面鏡アセンブリの前記第１
の正反射平面鏡は、走査した情報媒体に垂直に配向され
ることを特徴とする請求項３に記載の集光器。
【請求項５】前記第２の平面鏡アセンブリは、放射の
走査ビームに平行に延びる第４および第５の正反射平面
鏡を含み、前記第４および第５の正反射平面鏡はそれぞ
れ反射性のアルミニウムコーティングを真空蒸着によっ
て施したアクリル製の基板を含むことを特徴とする請求
項１に記載の集光器。
【請求項６】前記第２の平面鏡アセンブリの前記第４
の正反射平面鏡は、前記光検出器アセンブリに平行に配
向されることを特徴とする請求項５に記載の集光器。
【請求項７】前記第１の平面鏡アセンブリと前記第２
の平面鏡アセンブリとの間に位置する前記集光器のどち
らの端部にも平面鏡を含むことを特徴とする請求項１に
記載の集光器。
【請求項８】前記アクリル製の基板を前記アルミニウ
ム層でコーティングする前に、クロム接着層をコーティ
ングすることを特徴とする請求項１に記載の集光器。
【請求項９】前記アルミニウム層には酸化シリコンが
コーティングされることを特徴とする請求項８に記載の
集光器。
【請求項１０】前記第１の平面鏡アセンブリおよび前
記第２の平面鏡アセンブリの正反射率は約９０％以上で
あり、拡散反射率は０．５％未満であることを特徴とす
る請求項１に記載の集光器。