JPH10229473A - 二重焦点深度入力スキャナ - Google Patents

二重焦点深度入力スキャナ

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JPH10229473A
JPH10229473A JP10004515A JP451598A JPH10229473A JP H10229473 A JPH10229473 A JP H10229473A JP 10004515 A JP10004515 A JP 10004515A JP 451598 A JP451598 A JP 451598A JP H10229473 A JPH10229473 A JP H10229473A
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ディー リース ジェイムズ
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ジェイ シーチマン ネッド
Jagdish C Tandon
シー タンドン ヂャグディッシュ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 原稿シートにも装丁本にも適応できる複数の
焦点深度をもつラスタ入力スキャナを提供する。 【解決手段】 本発明のラスタ入力スキャナは、像支持
部材（原稿シートや本など）に向けて光を放射する光源
と、少なくとも２個のグラディエントインデックス・レ
ンズアレイを有しており、またどちらかのレンズアレイ
を透明プラテン上の像支持部材と光センサアレイとの光
学的共役関係に選択的に置くことができる。一方のレン
ズアレイは第１焦点深度を有し、他方のレンズアレイは
第１焦点深度とは異なる第２焦点深度を有する。入力ス
キャナはどちらの焦点深度を使用して、像形成部材から
像形成するかをオペレータの選択によって行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、入力スキャナに関し、
特に、プリンタ等の電子複製システムに用いるのに適す
るラスタ入力スキャナに関する。
【０００２】
【従来の技術】スラタ入力スキャナ（ＲＩＳ）システム
は、電子写真式複写機やファクシミリやプリンタに使用
されることが多い。一般に、ラスタ入力スキャナはレン
ズまたはレンズアレイと光軸を一直線上に合わせて設置
された細長い光センサアレイを含んでいる。動作中、本
や書類等の像支持部材から反射した光はレンズまたはレ
ンズアレイによって捕捉され、光センサの上に集束され
る。光センサは反射した光を感知して出力を発生し、そ
の出力を増幅、記憶、表示、複製、または処理する別の
装置へ送る。
【０００３】さまざまな形式のラスタ入力スキャナが知
られているが、ある形式のラスタ入力スキャナはグラデ
ィエントインデックス形光ファイバすなわち光ロッドを
束ねたレンズアレイを使用している。これらの光ロッド
は一端で捕捉した光を集束するレンズの作用をすること
ができる。このレンズは日本板硝子株式会社から「セル
フォック」の商品名で市販されている。グラディエント
インデックス・レンズアレイの関連する光学的特性は、
William Lama の論文“Optical properties of GRIN f
iber lens arrays: dependence on fiber length”(App
lied Optics, August 1, 1982, Vol. 21, No.15, pp.27
39-2746 ) に記載されている。
【０００４】ラスタ入力スキャナを構成するため、光源
によって照明された像支持表面の部分と光センサの間に
グラディエントインデックスレンズアレイが配置され
る。像支持表面から反射した光はグラディエントインデ
ックス・レンズによって捕捉され、光センサの上に集束
される。
【０００５】ほとんどの像形成の技術分野においては、
グラディエントインデックス・レンズは適度な焦点深度
を有していることが重要である。さもなければ、グラデ
ィエントインデックス・レンズと被走査表面のわずかな
相対的位置の変化によって、かなり大きな画質の変化を
生じるからである。確かに、通常は放射効率要求を満た
す同時に、グラディエントインデックス・レンズアレイ
の焦点深度をできるだけ大きくすることが望ましい。
【０００６】図１は、幾つかの重要な概念を説明するの
に役に立つ。図示した通常の球面レンズＬ１は、射出ひ
とみ直径Ｄ１、焦点距離ＦＬ、および焦点深度ＤＯＦを
有する。レンズＬ１の口径比（ｆ／No）は、射出ひとみ
の直径と焦点距離ＦＬとの比である。すなわち、 ｆ／No＝ＦＬ／Ｄ１
【０００７】周知のように、通常のレンズの焦点深度は
口径比（ｆ／No）を増すことによって増加させることが
できる（レンズの有効口径による光の回折によって課せ
られた限界内で）。焦点深度の増加が、ｆ／Noを増加さ
せることによって達成された場合、放射線効率（像放射
線照度と物体放射線輝度との比）の低下、従ってスキャ
ナの信号対雑音比の低下をもたらすことはよく知られて
いる。この２つの関係は、通常のレンズの場合の焦点深
度の増加と放射線効率の低下との折り合いを説明してい
る。第１に、放射線効率は（ｆ／No）2 ＝（ＦＬ／Ｄ
１）2 に逆比例する。第２に、焦点深度は（前に述べた
限界内で）口径比ｆ／Noに正比例する。たとえば、図２
のレンズＬ２は、より小さい射出ひとみ直径Ｄ２をもつ
ので、レンズＬ２のｆ／No、従ってその焦点深度ＤＯＦ
はレンズＬ１の焦点深度ＤＯＦよりも大きい。このこと
は、たとえレンズＬ１とレンズＬ２の焦点距離ＦＬが同
じであっても、真である。しかし、放射線効率は（ｆ／
No）2 ＝（ＦＬ／Ｄ１）2 に逆比例するので、レンズＬ
２の場合の放射線効率はレンズＬ１のそれよりも小さ
い。簡単に言えば、レンズの焦点深度は口径比（ｆ／N
o）を大きくすることによって増加させることができる
が、放射線効率の低下という対価を払わなければならな
い。同様に、口径比（ｆ／No）を小さくすることによっ
て放射線効率を増加させることができるが、焦点深度は
減少する。
【０００８】しかしながら、グラディエントインデック
ス・レンズについては、放射線効率は、（ｎ0 √Ａ×
Ｒ）2 に比例することを示すことができる。ここで、ｎ
0 は光ロッドの軸方向屈折率であり、√Ａはレンズの分
布屈折率（グラディエントインデックス）に依存する定
数であり、Ｒは光ロッドの半径である。また、グラディ
エントインデックス・レンズの焦点深度はｎ0 √Ａ×Ｂ
に逆比例することを示すことができる。従って、ガラス
の性質（ｎ0 ，√Ａ）、ガラスロッドの半径Ｒ、または
その両方を使用して、放射線効率と焦点深度の折り合い
をつけることができる。
【０００９】放射線効率と焦点深度の折り合いがつけら
れたならば、多くの応用について良い折衷案を選択する
ことができる。たとえば、一枚の紙シートを平らなプラ
テン上に置いて走査する場合のように、像支持表面がグ
ラディエントインデックス・レンズアレイに対し正確に
置かれるような応用では、比較的狭い焦点深度をもつこ
とは許されるし、しかも放射線効率を最適にすることが
できる。しかし、ある種の応用では、像支持表面をレン
ズアレイに対し正確に置くことができないことがある。
たとえば、平らなプラテン上の装丁本を走査する場合、
本のページの物理的な位置はグラディエントインデック
ス・レンズアレイに対し変化することがある。そのよう
な応用では、たとえ放射線効率が低下しても、大きな焦
点深度をもつことが有利である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のグラデ
ィエントインデックス・レンズアレイをベースとする像
形成装置においては、唯一の折り合いをつけなければな
らない。上に指摘したように、どんな唯一の折り合いも
すべての状態に対して最適ではない。従って、異なる焦
点深度をもつグラディエントインデックス・レンズアレ
イを使用してイメージングをできるようにする技法は有
益であろう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数の焦点深
度をもつグラディエントインデックス・アレイをベース
とする入力スキャナを提供する。本発明の入力スキャナ
は光を本や書類等の像支持部材に向けて放射する光源
と、少なくとも２個のグラディエントインデックス・レ
ンズアレイを備えている。第１グラディエントインデッ
クス・レンズアレイは第１焦点深度をもつグラディエン
トインデックスレンズのアレイを有しており、第２グラ
ディエントインデックス・レンズアレイは第１焦点深度
と異なる第２焦点深度をもつグラディエントインデック
スレンズのアレイを有している。２つのレンズアレイの
どちらかを像支持表面と光センサアレイとの光学的共役
関係に機械的に置くことにより、選択可能な焦点深度を
与えることができる。もう１つの構成の場合は、各レン
ズアレイの像面内に、複数の個別の光センサアレイを取
り付け、レンズアレイと一緒に位置を動かすことによ
り、異なる焦点深度を選択することができる。有益なこ
とに、入力スキャナは与えられた像支持部材から像形成
するためどちらの焦点深度を使用するかオペレータの選
択に応答する。一般に、より大きな焦点深度を選択すれ
ば、低下した放射線効率を補償するために光センサ信号
積分時間がより長くなるであろう（おそらく文書走査時
間がより長くなる）。
【００１２】本発明のその他の特徴は添付図面を参照し
て以下の説明を読まれれば明らかになるであろう。諸図
面を通じて、同じ構成要素は同じ符号で示してある。
【００１３】
【発明の実施の形態】図３に、本発明の原理を組み入れ
るのに適した典型的なレーザーをベースとする複製装置
２を示す。図４に、図３の複製装置のブロック図を示
す。図４に示すように、複製装置２は、スキャナ部６、
コントローラ部７、およびプリンタ部８から成ってい
る。本発明はスキャナ部６と最も密接な関係がある。従
って、特定の複製装置について説明するが、本発明の原
理は、入力スキャナのみから成る装置を含む装置や入力
スキャナを使用する多くの他の形式の装置にも使用でき
ることを理解されたい。
【００１４】次に図４、図５、および図６を参照して説
明する。スキャナ部６は、文書または本などの複写用像
支持部材２２が上に置かれる透明プラテン２０を有す
る。光学装置２３はプラテン２０の下で往復走査運動を
するように支持されている。光学装置２３は第１グラデ
ィエントインデックス・レンズアレイ１００と、レンズ
アレイ１００とは異なる焦点深度をもつ第２グラディエ
ントインデックス・レンズアレイ１０１を有する。光学
装置２３は、さらに、単一ユニットとして一緒に動く追
加光学部品を有する。図５および図６に示すように、こ
れらの追加光学部品として、共同して狭い幅の光の帯を
プラテンの増分領域に向ける細長い蛍光ランプ２５と付
属の反射器２８がある。光学装置２３は、さらに、図４
および図６に示したレンズアレイ１０１の像面内に、ま
たは図５に示したレンズアレイ１００の像面内に配置さ
れた光センサアレイ２４を有する。第１および第２グラ
ディエントインデックス・レンズアレイ（１００，１０
１）は横に並べて束ねられているので、レンズアレイ１
００またはレンズアレイ１０１のどちらかを像支持部材
２２の照明された部分と光センサアレイ２４との光学的
共役関係に機械的に置くことができ、文書走査過程の期
間中、その共役位置に固定したままにすることができる
ことを理解されたい。レンズアレイ１００の焦点距離は
レンズアレイ１０１の焦点距離と異なるので、正しい光
学的共役関係を実現するため、光センサアレイ２４の位
置を動かす必要があるかも知れない。
【００１５】図７は、光センサアレイ２４と第１グラデ
ィエントインデックス・レンズアレイ１００との関係を
示す略図である。グラディエントインデックス・レンズ
アレイ１０１のグラディエントインデックス・レンズロ
ッドの幾何学的形状とガラス組成の相違を除いて、光セ
ンサアレイ２４と第２グラディエントインデックス・レ
ンズアレイ１０１との関係は、レンズアレイ１０１を動
かして光センサアレイ２４との光学的共役関係に置く場
合と同じであることを理解されたい。図７に示すよう
に、光センサアレイ２４は、基板１０６上の複数の個別
フォトダイオード１０４から成っている。フォトダイオ
ード１０４より上に間隔をおいて、シェル１１０の中に
埋め込まれた個々のグラディエントインデックス・光ロ
ッド１０８から成るグラディエントインデックス・レン
ズアレイ１００が配置されている。光ロッド１０８は像
支持表面２２上の物点１１２からの入射光１１１をフォ
トダイオード１０４の上に集束する。フォトダイオード
１０４は受け取ったフォトンすなわち光の信号を電子の
信号に変換する。変換された電子信号は増幅されたあ
と、ＲＩＳ信号プロセッサ４９に加えることができる
（図４参照）。
【００１６】はっきりさせるため、グラディエントイン
デックス・レンズアレイ１００は、ｎ0 ＝１．６０８、
√Ａ＝０．１７８３ｍｍ-1、Ｒ＝０．５２２５ｍｍの標
準値を使用している市販のＳＬＡ０９セルフォック・レ
ンズの２横列アレイから成り、４８ｍｍの全共役が生じ
る長さに切断されている。異なる全共役をもつ４横列光
ファイバすなわちレンズを使用するなど、他の構成も可
能であるが、上に挙げたレンズアレイはコストと性能の
良い折り合いを示す。第１グラディエントインデックス
・レンズアレイ１００と第２グラディエントインデック
ス・レンズアレイ１０１の主要な相違点は、焦点深度と
放射線効率である。グラディエントインデックス・レン
ズアレイ１００は約１．２ｍｍの焦点深度を有し、他方
のグラディエントインデックス・レンズアレイ１０１は
約２．６ｍｍの焦点深度を有することが好ましい。
【００１７】図４に戻って、ＲＩＳセレクタ４８はシス
テムコントローラ５４から信号を受け取る。ＲＩＳセレ
クタ４８は現走査サイクル時に望ましい焦点深度に基づ
いて、機械式位置決め機構を作動させ、第１レンズアレ
イ１００または第２レンズアレイ１０１のどちらかを所
定の位置へ動かす。信号プロセッサ４９は、複製装置２
がその正しい機能を実行するのに必要な形でイメージデ
ータを格納し、かつ扱うことができるように、必要に応
じて光センサアレイ２４からの入力信号を処理する。た
とえば、信号プロセッサ４９はその受け取った情報をフ
ィルタし、スクリーニングし、クロップし、またはスケ
ールの調整をなし、それを８ビットグレーレベル・デー
タに変換したり、またはオペレータが設定した強調に従
って調整したりすることができる。信号プロセッサ４９
は、イメージ信号を出力し、そのイメージ信号はコント
ローラ部７へ入力される。
【００１８】図４の説明を続けると、コントローラ部７
は、説明のため、ユーザーインタフェース（ＵＩ）５
２、システムコントローラ５４、主記憶装置５６、イメ
ージ加工部５８、およびイメージ出力コントローラ６０
に分けてある。
【００１９】図３に示すように、ユーザーインタフェー
ス５２は、対話型ＣＲＴタッチ画面６２、キーボード６
４、およびマウス６６を有するオペレータコントローラ
／ＣＲＴディスプレイの組合せを備えていることが好ま
しい。ユーザーインタフェース５２は、オペレータが印
刷ジョブをプログラムしたり、その他の命令を入力し
て、システム操作情報、プログラミング情報、および
（または）診断情報を得ることができるように、オペレ
ータを複製装置２にインタフェースする。本発明に重要
なことは、オペレータがタッチ画面６２を使用して文書
複写または本複写のどちらでも選択可能なことである。
【００２０】はっきりさせるため、レンズアレイ１００
は最小の焦点深度で最大の放射線効率が得られるように
設計されており、レンズアレイ１０１はより低い放射線
効率で最大の焦点深度が得られるように設計されている
と仮定する。文書複写が選択されると、ユーザーインタ
フェース５２は文書を複写しようとしていることをシス
テムコントローラ５４に知らせる。システムコントロー
ラ５４はＲＩＳセレクタ４８へ信号を送り、レンズアレ
イ１００を位置決めして光センサアレイ２４と光学的共
役関係にする。焦点深度は文書をプラテンの上に平らに
置くことによって正確に制御されるので、大きな焦点深
度よりも放射線効率のほうが重要であり、従って走査速
度を最大限度にすることができる。これに対し、本を複
写する場合は、オペレータは本複写を選択する。これに
より、ユーザーインタフェースは本を複製しようとして
いることをシステムコントローラ５４に知らせる。シス
テムコントローラ５４はレンズアレイ１０１を光センサ
アレイ２４との光学的共役関係に置くため、ＲＩＳセレ
クタ４８へ信号を送る。本の装丁により、透明プラテン
上の像支持部材２２の位置が小さい範囲にわたって変わ
るので、放射線効率よりも大きな焦点深度のほうが重要
である。従って、レンズアレイ１０１が光センサアレイ
２４より上の所定の位置にあれば、必要な大きな焦点深
度は得られるが、一般に低下した放射線効率を補償する
ため走査速度はより遅くなる。いずれの場合も、信号プ
ロセッサ４９からのイメージデータは主記憶装置５６に
格納される。主記憶装置５６は、そのほかに、複製装置
２のための動作プログラムと、すべてのマシン動作デー
タを格納していることが好ましい。
【００２１】再び図４に戻って、主記憶装置５６内のイ
メージデータがそれ以上の処理を必要とするとき、また
はイメージデータをタッチ画面６２に表示するように要
求されたとき、あるいはプリンタ部８がイメージデータ
を要求したとき、主記憶装置５６からイメージデータが
呼び出される。信号プロセッサ４９によって行われた処
理以外の別の処理が要求されたとき、イメージデータは
イメージ加工部５８へ転送され、そこで照合や分解など
の追加の処理工程が行われる。
【００２２】処理後、イメージデータは主記憶装置５６
へ戻すこともできるし、タッチ画面６２に表示するため
ユーザーインタフェース５２へ送ることもできるし、あ
るいはイメージ出力コントローラ６０へ送ることもでき
る。スキャナ部６の信号プロセッサ４９から入力された
走査イメージデータは、コントローラ部７によって連続
して処理される。コントローラ７の出力はプリンタ部８
内のラスタ出力スキャナ（ＲＯＳ）６８を動作させる。
ＲＯＳ６８は、印刷モジュール７０内の移動中の感光体
を横切って走査する出力ビームを発生するレーザーを内
蔵している。各走査サイクルごとに、イメージラインが
露光され、感光体に潜像が生成される。これらの潜像は
現像された後、コピー用紙へ転写される。コピー用紙上
の像は通常は熱と圧力を用いてコピー用紙へ定着され
る。
【００２３】上記の説明と図面は本発明を実例で明らか
にするが、例示に過ぎないことを理解されたい。利用可
能な分野の専門家は本発明の原理に含まれるであろう例
示実施例の多くの修正物や改造物を思い浮かべるでろ
う。たとえば、別の実施例は、各グラディエントインデ
ックス・レンズアレイに別個の光センサアレイを取り付
けて、２個のレンズアレイの異なる全共役により都合よ
く対応させること、あるいは２個の傾斜レンズアレイを
使用して、像支持表面上の共通の物体線を取り付けた光
センサアレイへ同時にイメージングすることを含むこと
ができる。しかしそれらに限定されない。またそのよう
な別の実施例は、説明したグラディエントインデックス
・レンズアレイの代わりに、通常の屈折型像形成素子ま
たは反射型像形成素子のアレイを使用することができ
る。従って、本発明は特許請求の範囲だけによってのみ
限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のレンズＬ１と、レンズの口径、焦点距
離、および焦点深度の関係を示す図である。
【図２】従来のレンズＬ２と、レンズの口径、焦点距
離、および焦点深度の関係を示す図である。
【図３】本発明に係るラスタ入力スキャナを組み入れる
のに適した電子複製装置の斜視図である。
【図４】図３の複製装置の主要なサブシステムのブロッ
ク図である。
【図５】光センサアレイが第１レンズアレイから光を受
け取っている、図３の複製装置に使用するのに適したラ
スタ入力スキャナ装置の略図である。
【図６】光センサが第２レンズアレイから光を受け取っ
ている、図５のラスタ入力スキャナ装置の略図である。
【図７】物体と像との光学的共役関係にある一般的なグ
ラディエントインデックス・レンズアレイを示す斜視図
である。
【符号の説明】
２ 複製装置 ６ スキャナ部 ７ コントローラ部 ８ プリンタ部 ２０ 透明プラテン ２２ 文書または本などの像支持部材 ２３ 光学装置 ２４ 光センサアレイ ２５ 蛍光ランプ ２８ 反射器 ４８ ＲＩＳセレクタ ４９ 信号プロセッサ ５２ ユーザーインタフェース ５４ システムコントローラ ５６ 主記憶装置 ５８ イメージ加工部 ６０ イメージ出力コントローラ ６２ 対話型ＣＲＴタッチ画面 ６４ キーボード ６６ マウス ６８ ＲＯＳ ７０ 印刷モジュール １００ 第１グラディエントインデックス・レンズアレ
イ １０１ 第２グラディエントインデックス・レンズアレ
イ １０４ フォトダイオード １０６ 基板 １０８ グラディエントインデックス・ロッド １１０ シェル １１１ 入射光 １１２ 物点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ネッド ジェイ シーチマン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14526 ペンフィールド ジャクソン ロード 1934 (72)発明者 ヂャグディッシュ シー タンドン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14450 フェアポート カークビー トレイル 43

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 像支持部材から像形成する入力スキャナ
    であって、 前記像支持部材に向けて光を放射する光源と、 光信号を電気信号に変換する光センサアレイ、 第１の焦点深度を有し、前記像支持部材から反射した光
    を前記光センサアレイの上に集束する第１のレンズアレ
    イと、 前記第１レンズアレイの焦点深度より大きな第２焦点深
    度を有し、前記像支持部材から反射した光を前記光セン
    サアレイの上に集束する第２レンズアレイとを備えてい
    ることを特徴とする入力スキャナ。
  2. 【請求項２】 像支持部材を漸増的に走査する入力スキ
    ャナを有する電子複製システムであって、 前記入力スキャナが、像支持部材に向けて光を放射する
    光源と、光信号を電気信号に変換する光センサアレイ
    と、第１の焦点深度を有し、像支持部材から反射しれた
    光を前記光センサアレイの上に集束する第１レンズアレ
    イと、前記第１レンズアレイの焦点深度より大きな第２
    焦点深度を有し、前記像支持部材から反射された光を前
    記光センサアレイの上に集束する第２レンズアレイとを
    備え、 更に、前記第１レンズアレイまたは第２レンズアレイの
    どちらかを前記像支持部材と前記光センサアレイとの光
    学的共役関係に選択的に置くセレクタと、 前記複製装置の動作を制御するコントローラと、 前記像支持部材上の像のディジタル表現を印刷像として
    可視化するプリンタとを備えたことを特徴とする電子複
    製装置。
  3. 【請求項３】 像支持部材から像形成する入力スキャナ
    であって、 像支持部材に向けて光を放射する光源と、 光信号を電気信号に変換する第１の光センサアレイと、 第１の焦点深度を有し、前記像支持部材から反射した光
    を前記第１光センサアレイの上に集束する第１のレンズ
    アレイと、 光信号を電気信号に変換する第２の光センサアレイと、 前記第１レンズアレイの焦点深度より大きな第２の焦点
    深度を有し、前記像支持部材から反射した光を前記第２
    光センサアレイの上に集束する第２のレンズアレイとを
    備えていることを特徴とする入力スキャナ。
JP10004515A 1997-01-21 1998-01-13 二重焦点深度入力スキャナ Withdrawn JPH10229473A (ja)

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