JPH0412062B2

JPH0412062B2 -

Info

Publication number: JPH0412062B2
Application number: JP56044664A
Authority: JP
Inventors: Ei Kuriin Piitaa
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1980-04-02
Filing date: 1981-03-26
Publication date: 1992-03-03
Also published as: US4321628A; JPS56156069A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、ラスタ像走査装置、詳しくいえば視
野深度の大きなラスタ像走査装置に関する。

アレイ式ラスタ走査装置においては、電荷結合
素子（CCD）のような現代の走査アレイの観察
素子の数には限界がある。従つて、原稿の１ライ
ン全体を１つの走査アレイで走査する場合には、
所望通りの解像力が得られない。これを排除する
ために、複数のアレイが用いられることが多い。
ライン全体を走査しかつそのラインのどの部分も
飛ばすことのないように、上記複数のアレイは、
その各々のアレイの視野が重ななるように構成さ
れている。画像データ、すなわち画素が前記複数
のアレイにより読出されると、上記視野が重なつ
た領域内で１つのアレイとそれに隣接するアレイ
とから交差点が形成される。

しかしながら、この交差点が一致せず、アレイ
の間にキヤツプ又は重複部分を残すとすれば、画
素から形成されたコピーに内眼で認識できる欠陥
又は加工部分が生じる。従つて、１つのアレイ交
差点又は複数のアレイ交差点におけるギヤツプ又
は重複部分は、できることならばともに回避され
るか、又は少なくとも作成される１つのコピー又
は複数のコピーに内眼で認識できるほどのレベル
よりも小さいレベルに維持される。

従来の走査装置では、像光線は、原稿観察ステ
ーシヨン又はプラテンに比較的大きな角度で当た
るので、この走査装置の焦点深度は比較的小さ
い。結果として、アレイを物体平面上に正確に合
焦できず、又は走査装置の使用時にその合焦状態
を維持できないと、アレイの１つの交差点又は複
数の交差点においてギヤツプ又は重複部分が生
じ、これに伴なつてコピーの質が低下する。さら
に、アレイが正確に合焦しているにもかかわら
ず、走査すべき原稿面が常に物体平面に対して一
直線上になければ、ギヤツプ又は重複部分が生じ
るかもしれない。

フライングスポツト型式の走査装置も、合焦が
正確に行なわれない場合、又は走査すべき原稿が
物体平面に対して一直線上にない場合のように、
その合焦が維持されない場合には同様に悪影響を
受ける。

本発明は、原稿を第１走査軸に沿つて１ライン
ずつ走査する走査手段と、走査手段と原稿との間
で前記第１走査軸とほぼ直交する第２走査軸に沿
つて相対運動を行なう手段と、原稿上に像光線を
合焦させる少なくとも１つの投影レンズと、該投
影レンズと原稿との間に配置されて、像光線を曲
げてその像光線を原稿の平面に対し実質的に垂直
にし、それにより前記走査手段の焦点深度を大き
くする光学手段とから構成されるラスタ像走査装
置に関するものである。

本発明の他の特徴及び利点は、下記詳細な説明
及び図面から明らかにする。

第１図を参照すると、数個のフオトセンサ素子
アレイ２が１つの走査軸（すなわちＸ軸）に沿つ
て並べられており、そのアレイは、共働してその
上方の透明な観察ステーシヨン又はプラテン１０
上に配置された原稿９の１本のラインを一度に走
査する。図示したアレイ２は、それぞれ走査軸Ｘ
に対応するアレイ長手軸に沿つて連続的に配置さ
れた複数の別々の感光性画素４から成つている。

アレイ２の感光性画素４は、通常シリコンであ
り、フオトトランジスタ、フオトダイオード型
MOS増幅器又はCCD検出回路によるキヤリヤ検
出器である。適当なアレイの１つは、フエアチヤ
イルド社により製造されたフエアチヤイルド
CCD、モデル１２１の1728画素の２相線形アレ
イである。

１つのアレイに含まれる感光素子４の数、たと
えば、前記フエアチヤイルド製CCD型アレイの
場合には1728個の素子では、必要な解像力を得る
には不十分であるので、複数のアレイ２が用いら
れている。画素データの損失又は走査線の中断を
防止しながら、アレイ視野５の相隣接する端部に
光が当たるのに関連して生ずる問題を回避するた
めに、アレイ２は、アレイ視野５が５′において
重なるように支持されている。画像データ、本書
で言えば画素を読出す際、交差領域５′において
１つのアレイと次に続くアレイとから交差点２５
が形成される。この交差配置の１例が米国特許第
4149090号明細書に見られ、本書に参考のために
組込まれている。

像をアレイ２上に合焦させるために、各アレイ
には投影レンズ１４が設けられている。プラテン
１０及びその上の原稿９を照射するためにランプ
１５が１つもしくはそれ以上設けられている。

アレイ２、レンズ１４及びランプ１５は、プラ
テン１０の下方に配置された可動走査キヤリツジ
（図示せず）上に所定の間隔で適当に支持されて
いる。

これとは別に、プラテン１０とその上にある原
稿９とを走査方向に移動する手段を設けてもよい
し、プラテン１０を固定にして原稿をアレイによ
り走査するためにプラテン１０を横切るように移
動させる適当な原稿送り手段が設けられてもよ
い。

上記走査装置の欠点は、１つのアレイと次の隣
接アレイとから交差領域が形成される点（すなわ
ち２５で示す点）においてランジフアインダー
（Range Finder）効果により視野深度が限定され
ることである。このランジフアインダー効果は、
第２図に示すように感光素子４が物対空間内に投
影される場合の光学投影により理解してもよい、
物体平面１６は、走査装置が合焦されるべき平面
１７に近ずくように又は遠ざかるように移動され
るので、レンズ１４を通過した主光線２０，２０
＋１，…２０Ｎ−１，２０Ｎが物体平面１６に沿
つて移動する。

第２図において、平面１６，１７がプラテン１
０の上面１０′と同一平面にある場合（位置Ａ）
には、アレイ２の主光線２０Ｎ及び２０Ｎ−１が
アレイ交差点２５の前の最後の画素Ｎの限定を定
めるが、アレイ２により走査される先行画素Ｎ−
１，Ｎ−２等は、光線２０Ｎ−１と２０Ｎ−２；
２０Ｎ−２と２０Ｎ−３等により範囲が定められ
る。次のアレイ（図では参照番号２′で示される）
の主光線２０及び２０＋１がアレイ交差点２５の
後の第１画素１′の限界を定めるが、次に続く画
素２′，３′等は、光線２０＋１と２０＋２；２０
＋２と２０＋３等により限界が定められる。

物体平面１６は、平面１７から遠ざかるよう
に、すなわち位置Ｂに向かつて移動するので、事
実上、主光線は、相互に接近するように移動し、
最初の光線２０及び最後の光線２０Ｎの場合に
は、相互に透過する。この状態、すなわち図示す
るような光学的重複が生じる場合には、その程度
は、平面１７に対する物体平面１６の移動量に依
存する。図示する例では、物体平面１６の変位量
は、アレイ２′の光線２０と２０＋１がアレイ２
の光線２０Ｎ−１と２０Ｎ−２の場合と実質的に
同じ画素（すなわち画素Ｎ）の限界を定め、アレ
イ２の光線２０Ｎと２０Ｎ−１がアレイ２′の光
線２０＋１と２０＋２の場合と実質的に同じ画素
（すなわち画素１′）の限界を定める。

このように、ある理由又は別の理由のために、
原稿９をプラテン１０の上面１０′（このプラテ
ン上面１０′と合焦平面１７とが一致すると仮定
する）の上方に隔置している例では、像の重複が
生じ、その程度は、原稿と合焦平面１７との間の
距離に依存する。たとえば、原稿が相互に張り付
けられた原稿材料から構成され、プラテン上面１
０′から原稿の一部又は全部を隔てるように働く
複数の原稿層が形成される場合、又は原稿送り装
置により原稿がプラテン１０の表面上に浮上がる
ような場合には、原稿９がプラテン表面から隔置
される。

量的には、レンジフアインダー効果は、次の式
で表現される。

Ｒ＝１／2S_Dtanθ_pr ただし、Ｒ＝１つの交差画素に対して得られる視野深度 S_D＝原稿上の画素間隔 θ_pr＝主光線角以上説明した型式の走査装置により作成される
コピーを見れば、交差領域（すなわち画素Ｎ、
１′）における１つの画素の重複は通常肉眼で検
出できない、ことがわかる。しかしながら、２つ
以上の画素が重複（すなわち、画素Ｎと１′；Ｎ
−１と２′）している場合には、その重複により
生じた物が肉眼で観察される。

合焦平面１７に接近するような及び遠ざかるよ
うな物体平面１６の運動についてレンジフアイン
ダー効果が起きるので、平面１７′がプラテン１
０の表面１０′上方の１点（すなわち点Ｃ）に形
成されてその交差点において約1/2画素の損失又
はギヤツプが形成されることがあるが、全体で２
画素に対して１ 1/2画素まで重複することが可能
でありその範囲内であれば通常肉眼で検出するこ
とはできない。

主光線角θ_prを小さくすると視野深度Ｒが大き
くなる一方で、交差点で重複される画素がたつた
２つの範囲に維持される。たとえば、アレイ２，
２′の間の重複画素を最小の30画素とし、角θ_prを
3°とし、画素間隔S_Dを約193画素／cm（480画素１
インチ）と仮定して、前記公式を用いると、視野
深度Ｒは約0.1cm（0.040インチ）である。これに
対し、角度θ_prを9.78°と仮定し、画素間隔を約193
画素／cm（480画素／１インチ）と仮定すると、
視野深度Ｒは約0.015cm（0.006インチ）である。

この走査装置により与えられる物理的制限によ
り、角度θ_prは零まで小さくすることができない
ことがわかつている。その代わり、最小角は3°に
決定されることが必要である。

第３図では、同一部分は同一番号で示してあ
り、投影レンズ１４とプラテン１０との間の各ア
レイの像光線路には視野レンズ２７が配置されて
いる。視野レンズ２７は、像光線２０をプラテン
１０に対しほぼ垂直な方向に向け、それによりこ
の走査装置をほぼテレセントリツクにする。以上
述べたように、主像光線２０のプラテン１０に対
する角度θ_prは、少なくとも3°以上であることが最
適であり、視野レンズを含む光学系は、好ましい
実施例では主光線角θ_prが3°であるように設計され
ている。

像光線がプラテン１０にほぼ垂直である場合に
は、視野深度Ｒは、前記数学的解析からわかるよ
うに実質的に大きくなり、それにより、プラテン
１０に対して正確な位置に走査装置の構成要素を
配置しかつ保守するのに関連する従来の批判を軽
減するとともに原稿又はその一部がプラテン１０
の表面と対面接触せずに、その上方に隔置されて
いるようなものに適用できる。

第４図及び第５図には、本発明を理解する上で
参考となる例が示されている。このラスタ走査装
置２９には、たとえば、レーザ３１により発生さ
れた平行光ビーム３０が含まれる。この平行光ビ
ームは、鏡面３６を有する回転走査多面体３５に
向けられ、この回転走査多面体３５は上記ビーム
をプラテン１０及びその上の原稿９を横切つて
（Ｘ方向に）１度に１ラインずつ掃引する。ビー
ム３０の掃引は、原稿のＹ方向への相対運動の方
向に対して横方向に行なわれる。回転走査多面体
３５は、モータ３８により定速で回転される。

回転多面体３５の鏡面３６から反射された光ビ
ーム３０′は、投影レンズ３９によりプラテン１
０及びその上の原稿上の１つの点に合焦される。
原稿からの散乱光がインテグレイテイングキヤビ
テイ（integrating cavity）４２のような適当な
手段により集光され、この反射光は適当な検出器
４３によりアナログ信号に変換される。共働ミラ
ー４１，４４は前面共役を折り曲げて走査ビーム
をプラテン１０に向ける。ミラー４１は、平面ミ
ラーから成るが、ミラー４４は、無修正光学系の
前面共役距離Ｌの２倍に実質的に等しい半径γを
有する球面部材で構成される。ミラー４４は、走
査ビームをプラテン１０及びその上の原稿上にプ
ラテン１０の平面に実質的に垂直な角度θ_prで当
て、それによりその装置を第３図について前述し
たようにほぼテレセントリツクにするようになつ
ている。結果として、焦点深度が実質的に大きく
なり、それにより走査装置の構成要素の配置への
批判を小さくし、原稿又はその一部が前述したよ
うなプラテン１０と対面接触しない場合に適用で
きる。

４対１の物体／像比で動作する16mmレンズを有
する１つの装置では、ミラー４４は、長さが約
8.9cm（３ 1/2インチ）で半径が50.8cm（20イン
チ）である。これにより、レンジフアインダー効
果が85.46の回転制限レンズの元の視野深度に匹
敵するような10％まで軽減される、これとは別に、ミラー４１，４４を省き、その
代わりにフレネルレンズ又はシグネツト型式のレ
ンズを用いてもよい。

本発明を、以上開示した構造を参照しながら説
明したが、本発明は、上記詳細な説明に限定され
るのではなく、特許請求の範囲内に含まれるよう
な変形又は変更を包含することを意図している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、レンジフアインダー効果を示す従来
の多数アレイ走査装置の概略図である。第２図
は、隣接するアレイの間の交差点におけるレンジ
フアインダー効果を示す光学的概略図である。第
３図は、多数アレイ走査装置に設けられた本発明
の光学装置を示す概略図である。第４図は、本発
明を理解する上で参考となるフライングスポツト
走査装置を示す概略側面図である。第５図は、第
４図に示す光学装置の端面概略図である。２……フオトセンサ素子アレイ、４……感光素
子、９……原稿、１０……プラテン、１４……レ
ンズ、１５……ランプ、２７……視野レンズ、２
９……ラスタ走査系、３１……レーザ、３５……
回転走査多面体、３６……鏡面、３８……モー
タ、３７……投影レンズ、４１，４４……ミラ
ー、４２……インテグレイテイングキヤビテイ、
４３……検出器。

Claims

【特許請求の範囲】１プラテン上の原稿を横方向に走査する少なく
とも２つの線形走査アレイと、該アレイの方向に
ほぼ垂直な方向において前記走査アレイと前記プ
ラテンとの間で相対的運動を行い、前記アレイの
視野が相互に重なつて前記アレイが前記原稿を前
記横方向に中断することなく走査するようにした
手段と、前記アレイから像信号を読み出すとき、
前記視野の重なつた部分内で１つのアレイとその
次のアレイとを交差させる手段とを有するラスタ
走査装置において、前記走査アレイの各々について設けられ、前記
プラテン及びその上の原稿の上に前記走査アレイ
を合焦させる少なくとも１つの投影レンズと、前記投影レンズの各々に付随し、前記像光線を
曲げてその像光線が前記プラテンに対して実質的
に垂直であり、それにより、前記ラスタ走査装置
の焦点深度を大きくする視野レンズとが設けら
れ、前記視野レンズは、前記投影レンズと前記プラ
テンとの間に配置されていることを特徴とするラ
スタ走査装置。２前記視野レンズはフレネルレンズから成る特
許請求の範囲第１項記載の装置。３前記視野レンズはシグネツト型レンズから成
る特許請求の範囲第１項記載の装置。４前記視野レンズは、前記像光線を曲げて主像
光線の角度が少なくとも3°であるようにした特許
請求の範囲第１項記載の装置。