JPS6038688B2 - ホログラフイ文書走査機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、不透明な文書を走査し文書上の情報に対応す
る電気的信号を与える装置に関する。

ある表面に存在する情報を対応する電気的信号に変換す
るための種々の装置が知られている。そういった装置は
一般に２つの基本的機能を営む。すなわち光線を文書上
に偏向させること並びに表面が透明な場合は表面を透過
した光の量を、表面が不透明な場合は表面から反射され
た光の量を検出することである。文書を透過した光の量
を感知するような装置においては、光源から検出器へ至
る光路は、反射光を感知する場合よりも一般に複雑では
ない。後者の場合、検出器と光源の両者は文書面の同じ
側に位置しなければならず、それらは物理的部品である
ので光源から文書への光路は文書から検出器への反射光
の光路とは必ず違っていなければならない。表面から反
射される光のエネルギー量は、光源からの光の量及び表
面の反射特性に依存する。走査されるべき表面が普通の
文書ならば、反射されるエネルギーの割合は比較的低い
。光源の価格は一般にそれが放射できるエネルギーに直
接比例し、一方光応答検出器の価格も一般にその感度に
比例する。光源のパワー、表面の反射係数及び検出器の
感度が、どのような実用的な不透明文書走査機の設計に
おいても、全部考慮されなければならない。さらに、表
面の反射係数が与えられた時、光源の型と検出器の型と
の間で価格の妥協が存在する。レーザ光源は、文書走査
に応用するための効率的で経済的且つ高エネルギーの光
源であると認められている。

しかし最近まで、走査機能を行なうために考案された装
置は、比較的扱いにくく高価格であった。この状況は、
光路中に複雑なしンズ系を用意し、さらに文書上で所定
の走査方向に光線を動かすために多面回転鏡等の部品を
動かす必要性から生じていた。表面上の情報を電気的信
号に変換するのに必要な解像力（すなわち単位長さ当り
の走査線の数）は、可動部品の許容誤差を決定し、それ
は価格に直接影響した。さらに、ビーム偏向器の光路に
多くの機械的部品が存在し、文書上の情報が反射光の量
により感知される場合、文書からの反射光の光路にも、
走査系の可動部品と同期して動く光学部品が必要とされ
る。その同期化を行なう方法もそのシステムの価格に影
響した。文書走査システムにおいてホログラムを使用す
ることは先行技術で実現されている。

例えば米国特許第３７９５７６８号に、回転する反射型
ホログラムがレーザ光源からのビームで照射された時に
光点の軌跡から成る走査円を形成し得ることが示されて
いる。そのようなシステムで走査される文書は軌跡の一
部分に薄かれ、単一線走査が行なわれる。このシステム
では、文書はホログラムの回転軸に平行に動かされ、こ
うして全文書が走査される。他の型の装置はＡｐｐｌｉ
ｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ、Ｖｏｌ．６、Ｎｏ．９、ｐｐ．１
５３１−１５３４（１９６７）に説明されている。

このシステムでは透過型ホログラムがレーザ光ビームと
文書との間で回転し、像点は文書面で円形の軌跡を描く
。そのようなシステムは線状の走査線が必要な場合には
一般に通さない。特磯略５１−１４７２２ぴ号‘こは、
走査線が文書を走査するようなレーザ光ビームのホログ
ラフィ偏向器が示されている。

上記発明中のホログラムの構造はホログラムの運動する
方向と平行でない走査線を与える。よりありふれた線走
査、例えば印刷されたページの幅の走査は、Ａｐｐｌｉ
ｅｄＯｐｔｉｃｓ、Ｖｏｌ．１４Ｎｏ．４、ｐ９７６（
１９７６）に記載された装置により行なわれる。本発明
は上記文献に示される構造に類以した構造を用いる。本
発明はホログラムを運動させて不透明な文書を走査する
装置を与える。

ホログラムは、焦点を合わせたレーザ光ビームで文書の
微小部分を走査すること及びその微小部分で乱反射した
光を集めて静止した光応答検出器にそれを結像させるこ
との両方の機能を行なう。検出器は文書の走査された部
分の情報に対応する信号を発生する。本発明の良好な実
施例において、各機能のために別々のホログラムが用い
られるが、２つのホログラムは互いに相対的に固定され
た光ビーム及び検出器に対する運動は自動的に同期する
。従って本発明の一つの目的は、改良された不透明文書
走査機を与えることである。

本発明の他の目的は、２つのホログラムを用いて、点の
軌跡から成る線走査を生じさせ、同時に文書から乱反射
された光を集め検出器に集中させるような不透明文書走
査機を与えることである。

本発明の他の目的は不透明文書走査機の光学的部品の同
期化を単純化した装置を与えることである。第５Ａ図及
び第５Ｂ図及び第７図に示される良好な実施例を説明す
る前に、第ＩＡ図から第４８図までに関連して最初に動
作の説明をする。

第ＩＡ図から第ＩＣ図までは、一番最後に引用した文献
に詳細に説明されているホログラフイ・レーザ・ビーム
偏向器の基本的な動作原理を説明している。ホログラム
２０は２つのコヒーレントな光線Ａ及びＢにより前もっ
て作られているものと仮定する。レーザ・ビーム２１は
、もとの参照光◇Ａの一部分△ＪＡに相当するものであ
る。同様に再生されたビーム２２は、もとのビームぐＢ
の−部分△？Ｂに相当する。第ＩＡ図から第ＩＣ図まで
に説明されているように、ビーム２１に対するホログラ
ム２０の相対運動は、もとのビームＯＢの違った部分を
順次に再生していくことによって円錐状光線を走査させ
る。順次再生された光線△ＯＢの焦点は文書２４上の照
明された点２３となり、線走査を行なう。第２Ａ図から
第２Ｃ図までは、文書２４から反射された散乱光を集め
るために同じホログラム２４を使用する方法を説明する
。

説明のため、反射された光のパターンは、ホログラム２
０を作るのに用いられたもとの円錐状光線にほぼ一致す
る円錐状光線２６から成ると仮定する。これは第８図に
詳細に示されている。従って、ホログラム２０はもとの
参照光２９はその一部を再生する。光応答検出器２８を
もとの参照光ぐＡの光源に一致する場所に置くことによ
って、検出器２８の出力は、文書２４の表面の与えられ
た点２３において反射されたエネルギーの量を表わす振
幅を持つ信号を発生する。第３Ａ図及び第３Ｂ図は、第
４Ａ図及び第４Ｂ図に示される不透明文書走査機の良好
な参考例の基本的構成を図示している。

第３Ａ図及び第３Ｂ図に示されるように、レーザからの
コヒーレントな光の円筒ビーム３０‘よ、例えばレンズ
３１、鏡３３の関口部３２及びホログラム３４の一部を
通って入射し、ホログラム３４によって文書３６上を走
査する円錐状光線３５を再生する。文書３６は、ホログ
ラム３４が作られた被写体光の光源に一致する距離に置
かれる。文書３６から反射された光線３７Ａはホログラ
ム３４全体で結像され、もとのホログラムを作成する時
に使用した参照光ビームを再生する。再生された光線３
７Ｂは鏡３３で反射され静止した検出器３８に集められ
る。矢印３９方向へのホログラムの移動は、第３Ａ図に
示されている位置から円錐状光線３５を上へ移動させ、
文書３６上に走査線を形成する。ホログラム３４に対す
る、文書上の任意の場所及び時刻での乱反射された光の
パターンは一定であり、ホログラムの動きに無関係に反
射光は検出器３８上に結像する。第４Ａ図及び第４Ｂ図
に示される本発明の参考例はその上に多数の体積位相ホ
ログラム４０日が作られた透明な円筒部材４０から構成
される。

使用されるホログラムの数は特定の応用に依存するが、
説明のため個々のホログラムの数は１８であると仮定す
る。ホ。グラムを作るのに使われた参照光ビームのアパ
チュア角？ＡはＪＡ＝３６０／ｎ＝２００で与えられる
。被写体光◇Ｂのアパチュア角は、文書からホログラム
までの距離及び必要な偏向角の両者により決定される。
良好な実施例では、被写体光のアバチュア角は〜２０と
されている。円筒部材の直径が約１５弧ならば、個々の
ホログラム４０日は約２．５弧の長さを持ち円筒部材４
０の周壁上に配置される。円筒部材４０は、適当な手段
によって軸４１の回わりを一定速度で回転するモータ上
に載遣される。

基底部材４０Ａは、モータのシャフトに部村４０を取り
付けるものである。ホログラムの作成に用いられたもと
の参照光◇Ａの一部△ＯＡに相当する光でホログラム４
０日を照射する手段は、参考例に示されるように、コヒ
ーレントな光源からの適当な光線４２から成る。

光線４２の方向は、円筒部材４０の回転軸４１と交わる
ような方向である。この平行光線４２を、篤Ｖ点が回転
軸４１上に来るような円錐状の光線４４にするためにレ
ンズ４３が設けられる。光線４４は鏡４６の関口部４５
を通ってホログラム４０日上に入射する。円錐状光線４
４Ａはもとの参照光でＡの一部分△ぐＡに相当する。レ
ンズ４３は所定の機能を行なうためならばどのような方
法で載遣されてもよい。既に説明したように、ホログラ
ム４０日は、ホログラムの作成に用いられた被写体光ぐ
Ｂの一部４９を再生する。

再生された光線の焦点は最初の被写体光ＯＢの光源に相
当する。文書５０‘ま、その表面が光線４９に垂直なよ
うに一般に曲がっている。文書５の面からホログラム４
０日までの距離は、実施例では約６６肌で、約１５肌の
円筒部材４０が１つの完全なホログラム４０日分の回転
を行なうと約２２弧の文書に１本の走査が行なわれる。
典型的な文書の一′点からの反射光のパターン８０が第
８図に示されている。このパターンは文書の表面特性に
応じて変化するが、多くの文書では第８図に示されたパ
ターンに類似した散乱光パターンが一般的である。説明
のために、第８図のパターンはホログラム作成に用いら
れた被写体光ＯＢに非常によく一致し、そのため反射光
に対して完全なホ。グラム４０日が与えられているもの
とする。第４Ａ図及び第４８図に示されるように、ホロ
グラム４０日の全体は、種々の部品の幾何学的形状によ
り決定される反射光の一部分の光線５１により照らされ
る。従ってホログラム４０日は、もとの参照光５２（Ｏ
Ａ）を再生する。光線５２は、その光路中に置かれた反
射鏡４６で検出器５４の方へ反射される。光線４９で照
らされる文書の点はホログラム４０日により検出器５４
に結像されるので、小さな関口部を持つ遮蔽板（ｓのｐ
ｐｌａｔｅ）５５が検出器に入射する光線のサイズを制
御しシステムの全体の解像力を改善するために設けられ
る。もし反射光のパターンが、異なった反射特性を持つ
走査線上の２つ以上の場所でそれほど変化しない強い鏡
面反射の成分を含むとしても、照射ビームの軸に平行な
この鏡面反射成分は検出器５４の方へ反射されることは
ない。その理由は鏡面反射成分は鏡４６の関口部４５を
通過し検出器に至らないからである。次の実施例のよう
に２つのホログラムが用いられる場合、周辺スロットが
鏡面反射成分を検出器に到達させない轍きをする。単に
モータのスイッチを入れると円筒部村４０が例えば１０
０００ＲＰＭの速度で回転し、レーザ（図示されない）
からのコヒーレントな光線４２はしソズ４３を通って焦
点を縞ばされ、藤４１へ向かって収束する光線４４とな
り発散する光線４４Ａとなってホログラム４０日の微４
・部分を照らす。前述のように、ホログラム４０日が光
線４４Ａに対して動くと共に再生された光線４９が順次
に作られ、文書５０上に約２２奴の１本の走査線が描か
れる。文書の次の行は文書を上方向へ動かすことによっ
て走査できる。この場合、円筒部材４０の周囲に配置さ
れた残りのホログラム４０日‘ま第４Ｂ図に示されるよ
うに走査線が垂直方向に少し移動しているように作るこ
とができる。この場合、異なった走査線が順次に形成さ
れる。異なった走査線の数は円筒部村４０上のホログラ
ム４０日の数に等しい。全体のホログラム４０日は文書
５０の照明された点からの反射光のパターンを受け、ホ
ログラムが回転するにつれて検出器５４に反射光パター
ンの像を形成する。

従って検出器５４の出力は文書表面の反射特性に応じた
振幅の電気的信号を与える。第５Ａ図及び第５８図に示
される実施例は、２重の円筒部材６０及び６２が設けら
れていることを除けば、これまで説明してきたものと頚
以である。

内側の円筒部材６０は第４Ａ図及び第４Ｂ図の部村４川
こ対応する。外側の円筒部材６２は、内側の部材６０上
のホログラム６４と同様に形成されたホ。グラム６３を
有する。文書から反射さる光の量は距離に敏感なので、
ある応用においては第４Ａ図及び第４Ｂ図のホログラム
４０日で行なわれる２つの機能を分離することが有利で
ある。第５Ａ図及び第５Ｂ図で、ホログラム６４はもと
の被写体光？Ｂの一部△？Ｂに相当する光線を再生する
機能を営む。

一方ホログラム６３は検出器６７に像を結ぶ参照光◇Ａ
を再生する。ホログラム６３には周辺スロット６３Ｓが
設けられ、その大きさは走査ビームを作るホログラム６
４の作用を妨げないようになっている。第６図に示され
る参考例は、単一のホログラム７０が両方の機能を行な
うように用いられる点で、参考例に動作が似ている。

第６図に示されるように、ホログラム７０の支持物とし
て平坦な円板７２が用いられる。発散ビーム７３に対す
る円板７２及びホログラム７０の回転は、第４Ａ図及び
第４Ｂ図の参考例に関して説明したのと同機に機能する
。但しホログラム７０の運動により生じる走査線は少し
弓形の線になる。またホログラム７川ま、照明されてい
る文書上の点の像を鏡７８を介して検出器７９に形成す
る機能も行なう。

第７図に示される実施例は、第５Ａ図及び第５Ｂ図の装
置で行なわれていたように１つのホログラムが各々の機
能に対して設けられていることを除けば、第６図の装置
と類似している。ビーム７３′は円板７２上のホログラ
ムにより文書を走査するよう偏向され、反射光は円板７
２′上のホログラム７５により鏡７８′を経由して検出
器７９′に集められる。そのような構成は、文書表面か
ら比較的小量のエネルギーしか反射されず、そのためホ
ログラム７５を文書の比較的近くに置く必要のある場合
の応用に有利であるかもしれない。この場合、文書表面
の近傍に置かれた時に、必要な長さの走査線を生じる単
一のホログラムを作成することは実用的ではない。上記
実施例に種々の変更を加え得ることは当業者にとって明
らかであろう。

例えば第５Ａ図及び第５Ｂ図に示される装置はしーザ光
でパンクロマチック走査を許すように変型できる。いく
つかのホログラムが同じ波長で且つ異なった記録配置（
ｒｅｃｏｒｄｉｎｇｇｅｏｍｅｔｒｙ）を用いて互いの
上に記録される。すなわち適当な波長のレーザ・ビーム
で照射した時に正確に同じ位置に近回折制限スポット（
ｎｅａｒｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ一ｌｉｍｉｔｅｄｓｐ
ｏｔ）を再生するように各ホログラムが設計される。異
なった色を再生するし−ザ・ビームは共融くｃｏａｘｉ
ａｌ）である。ホログラフィ円筒の回転は２、３又は４
つの異なった波長で同時に文書を走査させる。後方散乱
光は全ホログラム・アパチュアにより集められ検出器に
偏向される。

これは、再生されたレーザ・ビームを通過させるのに充
分な大きさを持つ開口部を有する第１の表面鏡を用いて
行なわれる。３つの主要な色信号が必要な応用（例えば
カラー複写のために全色文書を走査すること）において
、反射回折格子又はダィクロィック・ミラーの組合わせ
が、種々の色の空間的分離に使用できる。

“文書”という語が本明細書の記載中に使用されたが、
不透明文書表面以外の表面も本発明の実施例の装置で走
査できる。

【図面の簡単な説明】

第ＩＡ図乃至第ＩＣ図は先行技術におけるホログラムで
走査を行なう方法を説明する図、第２Ａ図乃至第２Ｃ図
は走査された点からの反射光をホログラムを用いて検出
器に集める方法を説明する図、第３Ａ図及び第３Ｂ図は
単一のホログラムを用いてレーザ光で文書面を走査し且
つ反射光を静止した検出器に集める装置の平面図及び側
面図、第４Ａ図及び第４Ｂ図は第３Ａ図及び第３Ｂ図に
示される構成を用いた参考例の平面図及び側面図、第５
Ａ図及び第５８図は一実施例の平面図及び側面図、第６
図は参考例の図、第７図は別の実施例の図、第８図は不
透明文書からの反射光のパターンを示す図である。 ４０・…・・円筒部村、４１・…・・回転軸、４２・・
・・・・レーザ・ビーム、４３……レンズ、４０Ｈ……
ホログラム、４５・・・・・・閉口部、４６・・・…反
射鏡、５０・・・・・・文書、５４・・・・・・検出器
。 ＦＩＧ．ＩＡＦＩＧ．ＩＢ ＦＩＧ．ＩＣ ＦＩＧ．２Ａ ＦＩＧ．２８ ＦＩＧ．２Ｃ ＦＩＧ．３Ａ ＦＩＧ．３８ ＦＩＧ．４Ａ ＦＩＧ．４８ ＦＩＧ．８ ＦＩＧ．５Ａ ＦＩＧ．５Ｂ ＦＩＧ．６ ＦＩＧ．７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１及び第２のホログラムと、 上記第１のホログラムをコヒーレント光で照らして走査
   光を発生する手段と、上記走査光に焦点が走査されるべ
   き文書面上に位置するように、上記第１のホログラムを
   上記文書面に対して位置付ける第１の位置付け手段と、
   受取る光エネルギーの量に応じて変化する電気信号を発
   生する検出器と、上記走査光の焦点において上記文書面
   から反射された光を受けるように、上記第２のホログラ
   ムを上記文書面に対して位置付ける第２の位置付け手段
   と、上記第２のホログラムにより受けられた上記文書面
   から反射された光を、上記検出器に結像させるための手
   段とを有するホログラフイ文書走査機に於て、上記コヒ
   ーレント光の焦点を実質的に通る中心軸を回転軸とする
   同心の２重円筒部材を有し、この２重円筒部材の上記文
   書面に遠い位置にある内側の周壁が上記第１のホログラ
   ムを取付ける上記第１の位置付け手段を構成し、上記円
   筒部材の上記文書面に近い位置にある外側の周壁が上記
   第２のホログラムを取付ける上記第２の位置付け手段を
   構成していることを特徴とするホログラフイ文書走査機
   。 ２ 第１及び第２のホログラムと、 上記第１のホログラムをコヒーレント光で照らして走査
   光を発生する手段と、上記走査光の焦点が走査されるべ
   き文書面上に位置するように、上記第１のホログラムを
   上記文書面に対して位置付ける第１の位置付け手段と、
   受取る光エネルギーの量に応じて変化する電気的信号を
   発生する検出器と、上記走査光の焦点において上記文書
   面から反射された光を受けるように、上記第２のホログ
   ラムを上記文書面に対して位置付ける第２の位置付け手
   段と、上記第２のホログラムにより受られた上記文書面
   から反射された光を、上記検出器に結像させるための手
   段とを有するホログラフイ文書走査機に於いて、上記文
   書面に実質的に垂直な回転軸に取付けられた同軸の第１
   及び第２の円板を有し、上記文書面に遠い位置にある上
   記第１の円板が上記第１のホログラムを取付ける上記第
   １の位置付け手段を構成し、上記文書面に近い位置にあ
   る上記第２の円板が上記第２のホログラムを取付ける上
   記第２の位置付け手段を構成していることを特徴とする
   ホログラフイ文書走査機。