JPH11127320A - 導波路配列文書走査器 - Google Patents

導波路配列文書走査器

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JPH11127320A
JPH11127320A JP10219671A JP21967198A JPH11127320A JP H11127320 A JPH11127320 A JP H11127320A JP 10219671 A JP10219671 A JP 10219671A JP 21967198 A JP21967198 A JP 21967198A JP H11127320 A JPH11127320 A JP H11127320A
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waveguide
light
optical
waveguides
array
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B Williamson James
ジェイムス・ビー・ウィリアムソン
Gregory M Cutler
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/04—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres
    • G02B6/06—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres the relative position of the fibres being the same at both ends, e.g. for transporting images
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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Abstract

(57)【要約】 光学センサは、光源、画像センサ、細長い光導波路の平
面状配列、および光を画像伝送光学系に対して送受する
入力および出力結合光学系を備えている。光源は、光を
走査しようとする物体の方に導き、光を該物体から反射
する。細長い光導波路の平面状配列は、基板に形成され
ている。各導波路は、入力端および出力端を備え、導波
路の長さ方向に先細にすることができる。物体と導波路
配列との間に設置された入力光学系は、管、導波路あた
り一つのレンズ、導波路の束あたり更に大きいレンズ、
走査しようとする物体から反射された光を導波路の入力
端に導くためのＧＲＩＮレンズ配列または同等の反射鏡
系を備えることができる。導波路配列と画像センサとの
間に設置された出力光学系は、入力結合光学系に使用さ
れているものと同様のレンズまたは反射鏡系を備えるこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】本発明は、一般に電子式走査器またはプ
リンタに関するものであり、更に詳細に記せば導波路配
列を使用する走査器またはプリンタに関する。
【０００２】現在、文書走査器、ファックス機械、およ
び写真複写機は、縮小光学系または接触画像センサ（Ｃ
ＩＳ）組立体のいずれかを使用している。縮小光学系
は、走査しようとする区域の像を、走査線または走査区
域よりはるかに小さい、例えば電荷結合装置（ＣＣＤ）
のような、画像センサ上に本質的に形成する。走査ヘッ
ドの長さを減らすために、反射鏡が使用され光路を折り
曲げている。他方、ＣＩＳ組立体では、長い、ページ幅
のセンサを、走査しようとする文書または物体に密接し
て設置するか、または傾斜屈折率（ＧＲＩＮ）レンズ配
列のようなリレーレンズを使用して文書の１：１画像を
画像センサ上に形成している。
【０００３】これらのシステムには重大な短所がある。
縮小光学系に伴う問題は、それらの大きさ、反射鏡また
はレンズの価格、および多数の反射鏡を整列させる上で
の困難である。ＣＩＳシステムに関する問題は、センサ
の高価格、ドロップアウトの無い600dpi接合検出器配列
を製造する際の困難、およびレンズ配列に利用できる視
野の深さおよび解像度に限界があること、である。
【０００４】光を走査しようとする物体の個別画素から
それぞれの画像センサ画素まで導く代わりの方法は、フ
ァイバ光学によることである。マルゴリン（Ｍargoli
n）に与えられた米国特許第4,760,421号およびヒュワン
（Ｈwang）に与えられた米国特許第5,155,790号は、フ
ァイバ光学束を使用する従来技術で公知の走査器および
プリンタの数例を示している。このような装置は縮小光
学系に関連する問題を扱っているが、それらはやはり製
造するのが困難である。
【０００５】マルゴリンに与えられた米国特許第4,760,
421号は、ファイバ光学束を使用する電子式走査器およ
びプリンタを開示している。ファイバ束は、束の第１の
面にあるファイバの端と第２の面にあるファイバの反対
の端との間に所定の関係が存在しないという意味で非コ
ヒーレントである。
【０００６】ファイバ光学束を使用する他の走査器また
はプリンタは、ヒュワンに与えられた米国特許第5,155,
790号に開示されている。ヒュワンの文献は、正方形フ
ァイバのリボンから構成され、リボンが束の一端で横並
びに設置され、他端で積み重ねられているファイバ光学
束を教示している。各リボンの各正方形ファイバは、各
々が被覆された（心）ファイバの多数の行および列から
成り、光の最大内部反射を確保している。
【０００７】ファイバ光学束を使用する走査器およびプ
リンタは、各ファイバが操作されねばならない個別要素
であるため、市場では商業的に成功していない。このよ
うなファイバを5000−10000本という多数使用して高質
画像を発生させると、ファイバ光学束が極めて扱い難く
なる。
【０００８】したがって、従来技術の光学結像装置およ
び印刷装置に存在する嵩張り、価格、および複雑さの問
題を扱う走査器またはプリンタの必要性がやはり存在す
る。
【０００９】
【発明の概要】本発明に従って構成された光学走査器
は、光源、画像センサ、細長い光導波路の平面状配列、
および光を画像伝送光学系に対して送受するための入力
および出力結合光学系を備えている。光源は、光を走査
しようとする物体の方に導くようになっている。細長い
光導波路の平面状配列は基板に形成されている。各導波
路は、入力端および出力端を備え、多様な実施形態のい
ずれにおいても、導波路の長さの方向に先細にすること
ができる。入力結合光学系は好適に、走査しようとする
物体と導波路配列との間に設置され、管、導波路あたり
一つのレンズ、導波路の束あたり更に大きいレンズ、Ｇ
ＲＩＮレンズ配列、および走査しようとする物体から反
射された光を導波路の入力端に導くための同等の反射鏡
系、を備えることができる。出力結合光学系は好適に、
導波路配列と画像センサとの間に設置され、入力結合光
学系に使用されるものと同様のレンズまたは反射鏡系を
備えることができる。
【００１０】このような導波路配列に基づく走査器シス
テムの主な長所は、縮小光学系に使用されるような高価
な光学装置を省略できるということである。加えて、こ
のような導波路配列に基づく走査器は、ファイバ光学に
基づくシステムの複雑さを回避する。
【００１１】本発明の前述のおよび他の目的、特徴、お
よび長所は、付図を参照して進める本発明の好適実施形
態の下記詳細説明から一層容易に明らかになるであろ
う。
【００１２】
【詳細な説明】図１は、本発明に従って構成された光学
走査器10を示す。走査器10は、ページ12のような、走査
しようとする物体および透明プラテン14の近くに設置さ
れている。走査器は、光を走査しようとする物体の方に
導く、および光を走査しようとする物体から反射させる
ための光源16を備えている。光源を、広帯域「白色」
光、単色の、または一組の色を表す多数の狭帯域照明器
を与える、ＬＥＤ、蛍光源、または熱源のような、当業
界で知られているどんなものともすることができる。光
源を一組の個別の源とすることができるが、ほとんど
は、ページ全体または少なくともその細長い部分を照明
するための構造的長さまたは他の光学的手段により線状
に拡張されている。カラー走査用の好適な光源は、開口
蛍光灯および３個または４個のカラー（赤、緑、青、お
よびおそらくは黄色）ＬＥＤの配列である。冷陰極蛍光
灯も光源として使用するのに好適である。
【００１３】光源16は通常、光を走査しようとする区域
に導く中間光学構造（図示せず）を備えている。これは
光をページに集中させるレンズまたは反射光学構造の形
を取っている。
【００１４】本発明に従って構成された走査器は、基板
に形成された細長い光導波路の平面状配列18をも備えて
いる。各導波路は、入力端20および出力端22を備えてい
る。本発明の好適実施形態では、入力光学系24は、導波
路配列18と走査しようとする物体12との間に設置されて
物体から反射された光を各導波路の入力端20に伝える。
システム10は更に、電荷結合装置（ＣＣＤ）配列のよう
な光電性画像センサ25を備えているが、その動作は当分
野で良く理解されている。本発明の好適実施形態では、
出力光学系26は、導波路配列18と画像センサ25との間に
設置されて各導波路の出力端から伝えられた光を画像セ
ンサに伝える。
【００１５】図１の走査器を、走査しようとする物体を
走査光学系を通過して移動させるシート送り走査器での
ように固定することができる。代わりに、走査器自身
を、平板走査器でのようにページの長さ方向に漸進的に
移動させることができる。したがって、走査器組立体10
はプラテン14の一端から出発し、走査しようとする物体
の長さ方向に、物体12が走査されてしまうまで、矢印28
の方向に、移動する。
【００１６】本発明と共に使用できる色々な入力光学
系、導波路配列、および出力光学系の、提案されている
実施例を下に更に詳細に説明する。
【００１７】導波路配列 導波路配列は、光を走査しようとする文書または物体か
ら、通常はＣＣＤ配列である、画像センサに伝えるのに
使用される、好適には平面状形態を成す、個別導波路の
配列である。導波路配列を、多数の公知の技法のどれに
よってでも作ることができる。たとえば、光学ファイバ
の配列をＰＣ板内に共に束ねまたは結合することがで
き、重合体を削磨することができ、反応性イオンエッチ
ングを使用することができ、導波路の輪郭を光化学的に
作ることができ、または導波路配列を通常の石版印刷を
使用して感光性ポリマから作ることができる。これらの
各方法は、平面基板の上または内部に（まとめて（平面
基板）「に」という）導波路配列を形成する。
【００１８】このような一つの方法は、米国特許第5,06
1,029号に詳細に説明されており、これでは導波路配列
が射出成形法により形成される。とは言っても、通常、
光を導く導波路の心の材料は、周りの材料の屈折率ｎ1
より大きい屈折率ｎ2を有している。したがって、導波
路の入力端に入射する光は、導波路の心の内部の内部反
射により導波路の出力端に伝えられる。
【００１９】作ることができる通常のＣＣＤに対する画
素の大きさは、走査される物体の画素の大きさよりはる
かに小さいから、ページ幅の走査からの光をＣＣＤ配列
の幅まで先細にしなければならない。縮小光学系は確か
にページ幅の走査画像を小さいＣＣＤに結像することが
できるが、このようなシステムに必要な空間および費用
は、極端に大きい。したがって、簡単な縮小光学系の方
法は、先細導波路配列を使用することであったろう。本
質的に、嵩張った複雑な光学系を比較的廉価なプラスチ
ックで置換ることができる。
【００２０】導波路配列走査器は、ＣＩＳページ幅走査
バーに関連する問題にも用途を持っている。今度も、ペ
ージ幅の強さ分布をより小さい大きさに縮小するのに、
先細導波路配列を使用し、高解像度ＣＣＤが導波路の出
力から光を受ける。ＣＩＳシステムに対する長所は、検
出器の整列によるドロップアウトを生ぜずに更に高い解
像度を達成できるということである。また、白色光およ
び３個のページ幅検出器を使用するＣＩＳ組立体の場合
には、導波路の方法をかなり低価格にすることができ
る。
【００２１】しかし、導波路配列は全体として先細であ
るが、各個別の導波路が先細でなければならないという
必要はない。たとえば、図１０で、導波路36、38の入力
端42、44は出力端100、102と同じ寸法を備えている。導
波路のテーパは全体として単に、導波路を共に接続する
基板の間隔材料104で生ずるだけである。この形式のテ
ーパを、図６（下に説明する）に示す入力結合光学系を
使用するときのような、導波路の入力端が走査しようと
する物体の画素の大きさより小さいとき使用することが
できる。先細導波路が必要である場合には、導波路を好
適に、少なくとも幅に関して図１１に示すように導波路
基板の平面の方向に先細にする。
【００２２】しかし、好適には、個別導波路の入力端
は、ほぼ１物体画素幅×１物体画素高さの寸法を備える
ことになる。導波路配列の平面内だけの導波路の先細形
態は、幅を先細にするが高さを先細にしない。したがっ
て、導波路を図１２に示すように、高さ方向だけでなく
幅方向にも先細にするのが最も好ましい。このような先
細にする主な長所は、無関係の画素から反射する光が導
波路の側面から放射しやすい高い入射角でこのような導
波路に入り、関連する画像検出器要素に伝わらないの
で、解像度が向上することである。この先細にする効果
を、導波路の入力端が走査しようとする物体の画素の高
さより短いときのように配列の各導波路の角度を詰込み
不足にすることによっても調整することができる。これ
らを今後「薄い」導波路という。
【００２３】光導波路の先細配列の一般的形状は本発明
に従って幾つかの形態を取ることができる。主な設計関
心事は、走査システムの導波路配列に必要な体積を極小
にすることである。図１３は、導波路配列の入力端42か
ら出力端100までのテーパが線形である「ファン形」テ
ーパを示す。この形式のテーパは、図３に示す管構成に
最も好適に使用される。
【００２４】図１４は、導波路配列18の入力端42からそ
の中間部分まで漸次増大する曲がりテーパ部分、および
次の導波路配列の出力端100までの漸次増大する曲がり
テーパ部分によって区別される「枝状燭台形」テーパを
示す。更に簡単には、枝状燭台形テーパは、導波路配列
の入力端および出力端でテーパの変化が最小で、中間点
でテーパ変化が最大である。この構成を、光を図１５Ｂ
に示すものと同様の多数画像センサに導くように分割す
るか、または光を図１６に示すように二次元センサに導
くように折り曲げるかすることができる。
【００２５】図１５Ａおよび図１５Ｂはそれぞれ、物体
12の平面に平行でない画像センサに光を導くようになっ
ている「単独燭台」形および「分割燭台」形テーパを示
す。たとえば、図１５Ｂに示す「分割燭台」構成では、
導波路配列の出力端100から伝えられる光は、互いに反
対の関係になっている二つの分離された画像センサ25
a、25bの一方に伝えられる。図示し説明した燭台構成
は、極めて小さい形状係数を与え、したがってそれを使
用する走査装置の全体の大きさを小さくするので、非常
に好適である。
【００２６】図１６は、導波路配列が線状に整列した入
力端42および二次元画像センサ25と整合して積み重ねら
れた出力端100を備えている「差し込み型」テーパを示
す。示したように、導波路配列18は、配列の出力端で画
像センサ25のセンサ列と整列して互いの上に積み重ねら
れている、導波路束18a、18b、および18cのような、複
数の束に分割されている。
【００２７】前述の導波路配列の形状は、例示すること
を目的とするだけであって、本発明と共に使用できる先
細実施形態を上に記したものに限定するつもりはない。
導波路配列は、本質的に多様な異なる形状を取ることが
でき且つシステム設計者が適切と考えるどこにでもＣＣ
Ｄを設置することができる光導管として動作することが
理解される。
【００２８】入力結合光学系 図２は、物体12の絵要素または画素30、32、および34か
ら反射された光を関連導波路36、38、および40に結合す
る方法を示してあり、導波路を関連画素で直接指示して
ある。走査しようとする物体のこれら絵要素または画素
（「物体画素」）は概念的要素であって、物体12の所定
のどんな区域にも対応しない。代わりに、物体12をいわ
ゆる走査器の「解像度」に対応する別々の絵要素に人為
的に細分される連続画像を有すると考えることができ
る。
【００２９】しかし、この方法には幾つかの短所があ
る。物体12から反射され、導波路により受けられる光の
束強度は導波路36、38、および40（およびそれぞれの入
力端42、44、および46）を設置する位置の画素からの距
離Ｄによって減少する。したがって、この方法は、導波
路が（ＣＩＳ構成により行なうことができるように）結
像物体に非常に近接しているとき、または多量の光が存
在して照明強度が多量に喪失することが問題にならない
場合に限り有効である。この方法での他の関心事は、導
波路入力端が放出物体に近接している場合でも、個別導
波路の「視野」（仮想破線で示したような）が導波路の
数値開口により隣接画素からの光を受けるということで
ある。
【００３０】図３は、図１の走査器に使用する第１の形
式の入力結合光学系を示してあり、管48、50、および52
のような管が関連導波路36、38、および40の近くに配列
されている。各管は管48の入力端54および出力端56のよ
うな、管の入力端および出力端を結合する光伝送用貫通
穴を備えている。管は好適に、それぞれの導波路の入力
端と軸方向に整列し、実質的に同じ断面寸法を備えてい
る。管は、管の入力端に入射した光の角度により変わる
部分を出力端に選択的に伝え、このようにして導波路の
視野を制限するように働く。
【００３１】特に二つの方法が、導波路の視野を制限す
ることができるものと考えられている。第１に、管を吸
収性にすれば、管の入力端および出力端に向かい合う光
だけが導波路に入ることができる。壁を磨いた黒色プラ
スチックで作れば、壁の反射率は標準のフレネルの法則
に従う。すなわち、反射率は、かすめ角の入射に対して
高く、小さい入射に対して急速に減少する。壁が反射体
であれば、角度依存性は角度の増大とともに、ただし今
度は角度が高くなると管の壁の中で更に多数回反射する
という事実のために低下し、したがって不完全反射率
（＜１）のため衰える。
【００３２】この効果を図３に示してあり、画素30から
反射されたまたは（後方照明構成でのように）画素30を
透過した光線58は、導波路36に反射して入る前に一度だ
け管48の壁に当たる。隣接画素32からの光線60は、管48
の入力端54に高い入射角で入り、導波路36に入る前に管
48の内壁から数回内部反射する。管壁の反射度は不完全
であるから、導波路36に入る全光強度は、内部反射の必
要度が少ない画素30から放出/反射された光線の方に片
寄る 。管48の壁が黒色プラスチックで形成されていれ
ば、光線60は吸収されてしまっているが、光線58は導波
路36に反射して入ってしまっている可能性が非常に大き
い。
【００３３】図４は、第２の形式の入力結合光学系を示
してあり、これでは、それぞれの導波路36、38に対する
レンズ62、64のような、各導波路に対して一つのレンズ
を使用している。代わりに、導波路40に対する集光器66
のような、各導波路40に対する反射性集光器を使用する
ことができる。他に記さないかぎり（図７に記した分割
レンズシステムでのように）、これら各レンズおよび反
射性集光器または反射鏡は、光線の平面ベクトル成分お
よび横ベクトル成分の双方を変えるようになっている三
次元構造を備えている。明瞭に且つ簡単にするため二次
元構造として示してあるが、このようなレンズ、集光
器、および反射鏡は光を三次元で導くことを理解すべき
である。
【００３４】レンズの幅は、好適には導波路の配列ピッ
チに等しい。更に多量の光を集めるためにレンズを画素
に密接して設置すれば、導波路における画像は導波路入
力端より大きい。このため隣接導波路間で画像の重なり
が生じ、これは明らかに望ましい効果ではない。レンズ
を走査しようとする物体と導波路の配列との中間に設置
すれば、１：１の結像を生ずることができる。これを図
４に示してあり、ここでは光線を鎖線で示してある。画
像の重なりを更に制限するには、図３に示す管構造を図
４のレンズに関連して使用することができる。最後に、
レンズを走査しようとする物体の画素より導波路の方に
近く設置すれば、集光が減少する。しかし、更に小さい
導波路を使用することができ、導波路を先細にすること
から生ずる損失（図６を参照して下に説明する）を避け
ることができる。他に、隣接導波路間の隙間を大きくす
れば隣接画素からの光学的混線が制限される。
【００３５】図５は、第３の形式の入力結合光学系を示
してあり、これでは傾斜屈折率レンズ配列を使用して画
素30、32からの光を関連する導波路入力端42、44に伝え
ている。一つの製造業者すなわち日本板硝子株式会社
は、これらのレンズ配列を日本での登録商標である商標
名「ＳＥＬＦＯＣ」で生産している。これらレンズ配列
は、一般に米国特許第5,568,320号に、および1998年の
ＳＰＩＥ、第935巻、傾斜屈折率光学系および微小光学
系、に発表されたジェームス Ｄ.リースの論文「傾斜屈
折率光学系の事務所での応用」に説明されている。要約
すれば、傾斜屈折率レンズ配列は通常、それらの中心軸
から外向き方向に放物線状に変化するそれらの断面を横
断する屈折率分布を備えた光伝導・結像用ファイバまた
はロッドの配列から構成されている。これら変化する屈
折率を図５に二重破線で分割された区域および画素30、
32からの光線により取られるこれらの区域を通る、鎖線
により示した経路により示す。
【００３６】図６は、それぞれのマクロレンズに関連す
る導波路束70、72のような、導波路の束を使用する第４
の形式の入力結合光学系を示す。図示したように、各導
波路束は５本の導波路を備えているが、各束にどんな数
の導波路をも備えることができることが理解される。導
波路は、それぞれの画素と組になっているので、たとえ
ば、画素30a からの光は、マクロレンズ74を通して導波
路70aに伝えられる。この形式の入力結合光学系を使用
すると個別導波路を画素幅より小さくすることができ、
それにより必要なテーパが少なくなり、したがって光を
導波路配列の出力端に導くときテーパ損失が少なくな
る。
【００３７】図７は、「分割」レンズ系を使用する第５
の形式の入力結合光学系を示す。導波路配列基板内の光
は、第１の組の入力結合光学系によりそれぞれの導波路
内に導かれるが、この平面を横切る光は、第２の組の入
力結合光学系により導かれる。第１の組の入力結合光学
系は、基板の平面内を走行して画素30から反射される光
をを導波路30の中に偏向させる、平面状レンズ76のよう
な、導波路配列基板の平面内に、集光器を備えている。
第２の組の入力結合光学系は、導波路配列基板の平面を
横断して走行する光を導波路30の中に偏向させる、円筒
状に対称なレンズ78（図７に断面図で直交して示してあ
る）のような、別の集光器を備えている。平面状複合楕
円集光器（ＣＰＣ）をレンズ76の代わりに使用すること
もできる。これらの構成では、導波路36の入力端42は、
画素30の幅より小さい。好適には、円筒レンズ78は上に
説明したように、平面状レンズ76または先細導波路38と
関連して使用される。
【００３８】代わりの実施形態では、導波路38を幅が画
素32の幅にほぼ等しい入力端44を有する先細形式のもの
とすることができる。この場合には、基板の平面内に集
光器76を備える必要はない。むしろ、横向きの光の集光
器78だけが必要であろう。これらの或る場合では、金属
化反射器または内部全反射レンズ系を使用することがで
きる。
【００３９】図８および図９は、反射鏡系を使用する入
力結合光学系を示す。導波路あたり個別反射鏡を使用し
て図４に示すものと同等のシステムを作ることができ
る。代わりに、反射鏡および導波路束を使用して図６と
同様のシステムを作ることができる。図８に示すシステ
ムでは、画素30、32の像平面に対してほぼ45度の角度90
で傾いている凹面鏡88を使用して画素からの光線（鎖線
で示してある）をそれぞれの導波路36、38に集光するこ
とができる。画素30からの光92を一次曲面鏡94から二次
扁平鏡96、98に、したがって導波路36に反射させる、代
わりのオフナー・カトプトリック・システムを図９に示
す。
【００４０】出力結合光学系 出力結合幾何学の構成は、上述の入力結合幾何学と同様
である。しかし、導波路が画像検知ＣＣＤまたは他の装
置の画素に１：１で結合されている場合には、各個別導
波路の出力端をＣＣＤの画素とほぼ同じ幅になるように
すべきである。本発明と共に使用するように幾つかの出
力結合光学装置が考えられている。
【００４１】図１７Ａ、図１７Ｂ、および図１７Ｃは、
ＣＣＤ配列が単に導波路に突き当てられている実施形態
を示す。図１７Ａは、画像センサの個別画素106の近く
に出力結合光学系を介在させずに設置されている個別導
波路36を示す。これは順次カラー走査または単色に役立
つ。図１７Ｂは、それぞれの画素センサ素子106、108、
および110の近くにあって、各センサ素子106、108、お
よび110がそれに関連するそれぞれのカラー（赤、緑、
または青 ）フィルタ107、109、および111を備えている
３個のこのような導波路36、38、および40を示す。導波
路36、38の出力端100、102の大きさ（および間隔）は画
素センサ素子106、108のものにほぼ等しい。非ストロボ
白色照明の場合には、３層突き当て構成を使用すること
ができる。図１７Ｃは、導波路36が高さ方向に３個の画
素センサ素子であり、それにより各ＣＣＤ素子106、10
8、および110が図１７Ｂの場合のようにそれらと関連す
るそれぞれのカラーフィルタ107、109、および111を備
えている代わりの実施形態を示す。図１７Ｃの装置は、
（蛍光材料を走査する仕方のような）順次走査の問題を
排除するが、カラー分離が存在せず、各ＣＣＤ素子で減
色が行なわれるだけであるから、信号損失がある。
【００４２】図１８Ａおよび図１８Ｂは、図１８Ａにお
ける導波路36からＣＣＤ画素素子106へのように、導波
路要素の画像センサへの１：１結像を行なうのに傾斜屈
折率（ＧＲＩＮ）レンズ配列112を利用する出力結合光
学系の第１の形式を示す。これは今度も非順次走査に有
効である。同時カラー走査を行ないたければ、図１８Ｂ
でのような大きいＧＲＩＮレンズ配列112または３個の
積み重ねＧＲＩＮレンズ配列が３層導波路36、38、およ
び40を３個の積み重ねＣＣＤ画素素子106、108、および
110の上に結像することができる。
【００４３】図１９は、導波路配列の各薄い導波路36か
らの光路がレンズ114を通って３個のカラーＣＣＤ画素
素子106、108、および110に連絡している第２の形式の
出力結合光学系を示している。
【００４４】図２０Ａおよび図２０Ｂは、各導波路から
の光を３色成分に分離し、各成分を別々のＣＣＤ画素素
子106、108、および110に導く３色フィルタ116を使用す
る第３の形式の出力結合光学系を示している。図２０Ａ
に示すように配列の各導波路について、導波路36からの
光はそれぞれのレンズ114により、導波路36からの光を
それぞれ赤、青、および緑の色成分に分解するビームス
プリッタまたは回折格子フィルタ116に伝えられる。こ
れら光成分は、わずかに異なる経路に沿って画素センサ
素子106、108、および110に反射される。同様に、図２
０Ｂは、三つの導波路36、38、および40からの光が大き
いレンズ118により、導波路からの光を分解してそれら
を画素素子106、108、および110に導く３色フィルタ116
に伝える実施形態を示す。
【００４５】図２１Ａ、図２１Ｂ、および図２１Ｃは、
その形状が導波路36（または幾つかの導波路36、38、お
よび40）からの光を画素センサ素子106（または素子10
6、108、および110）に投射するようになっている曲面
鏡128を使用する出力結合光学系の第４の実施形態を示
している。たとえば、図２１Ｃの反射鏡128は、単一導
波路36からの光を多数の画素センサ素子106、108、およ
び110に集光するのではなく、拡散するように動作す
る。反射鏡128は導波路基板の平面に対して傾いている
ので、導波路からの光を導波路基板の平面に対して横向
きに取付けられた画像センサに導くことができる。
【００４６】図２２Ａおよび図２２Ｃは、導波路基板の
平面に対して45度の角度で取付けられて光を導波路基板
の平面に対して平行に導く反射平面鏡130が追加されて
いる他は図２１の実施形態と同じである。たとえば、図
２２Ａにおいて、導波路36、38、および40からの光は、
曲面鏡128から反射され、下方に平面鏡130の方に向けら
れ、平面鏡130は、光をそれぞれの画素センサ素子106、
108、および110の方に導く。
【００４７】本発明の原理をその好適実施形態に関して
説明し図解してきたが、本発明の構成および細目をその
ような原理から逸脱することなく修正できることは明ら
かなはずである。我々は「特許請求の範囲」に入るすべ
ての修正案および変形案について権利を主張するもので
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成された光学走査装置の斜視
図である。
【図２】線３−３で切った図１の走査装置の断面平面図
であり、走査しようとする物体の画素に対する光伝送手
段の入力端の構成を示している。
【図３】線３−３で切った概略断面平面図であり、本発
明の第１の実施形態による図１の走査装置の入力結合光
学系を示す。
【図４】線３−３で切った概略断面図であり、本発明の
第２の実施形態による図１の走査装置の入力結合光学系
を示す。
【図５】線３−３で切った概略断面図であり、本発明の
第３の実施形態による図１の走査装置の入力結合光学系
を示す。
【図６】線３−３で切った概略断面図であり、本発明の
第４の実施形態による図１の走査装置の入力結合光学系
を示す。
【図７】線３−３で切った概略断面図であり、本発明の
第５の実施形態による図１の走査装置の入力結合光学系
を示す。
【図８】本発明の第６の実施形態による図１の走査装置
の入力結合光学系を示す斜視図である。
【図９】本発明の第７の実施形態による図１の走査装置
の入力結合光学系を示す斜視図である。
【図１０】図１の走査装置に使用する第１の形式のテー
パ導波路の斜視図である。
【図１１】図１の走査装置に使用する第２の形式のテー
パ導波路の斜視図である。
【図１２】図１の走査装置に使用する第３の形式のテー
パ導波路の斜視図である。
【図１３】「ファン形」導波路配列の上平面図である。
【図１４】「枝状燭台形」導波路配列の上平面図であ
る。
【図１５Ａ】「単一燭台」形式の導波路配列の上平面図
である。
【図１５Ｂ】「分割燭台」形式の導波路配列の上平面図
である。
【図１６】「分割折り返し型」導波路配列の上平面図で
ある。
【図１７】図１７のＡ、Ｂ、Ｃは本発明による図１の走
査装置の出力結合光学系の一つの好適形式を示す概略上
平面図である。
【図１８】図１８のＡ、Ｂは本発明による図１の走査装
置の出力結合光学系の他の好適形式を示す概略上平面図
である。
【図１９】本発明による図１の走査装置の出力結合光学
系の他の好適形式を示す概略上平面図である。
【図２０】図２０のＡ、Ｂは本発明による図１の走査装
置の出力結合光学系の他の好適形式を示す概略上平面図
である。
【図２１】図２１のＡ、Ｂ、Ｃは本発明による図１の走
査装置の出力結合光学系の他の好適形式を示す概略上平
面図である。
【図２２】図２２のＡ、Ｂは本発明による図１の走査装
置の出力結合光学系の他の好適形式を示す概略上平面図
である。
【符号の説明】
10 走査器、 12 走査される物体、 14 プラテン、 16 光源、 18 光導波路、 22 導波路の出力端、 24 入力光学系、 25 画像センサ、 26 出力光学系、 30 画素、 36 導波路、 48 管、 68 傾斜屈折率心レンズ配列、 74 レンズ。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 走査しようとする物体の方に光を導くた
    めの光源、 基板に形成され、その各々が入力端および出力端を備え
    ている細長い光導波路の平面状配列、 前記物体から反射した光を前記各導波路の入力端に伝え
    るための入力光学手段、 光電性画像センサ、および前記各導波路の出力端から送
    られた光を前記画像センサに伝えるための出力光学手
    段、を特徴とする光学走査器。
  2. 【請求項２】 走査しようとする物体の方に光を導くた
    めの光源、 基板に形成され、その各々が入力端および出力端を備え
    ている細長い光導波路の平面状配列、 前記物体から反射した光を前記各導波路の入力端に伝え
    るための入力光学手段、および前記各導波路の出力端に
    近接している光電性画像センサを特徴とする光学走査
    器。
  3. 【請求項３】 走査しようとする物体の方に光を導くた
    めの光源、基板に形成され、その各々が入力端および出
    力端を備えていて、前記入力端は走査しようとする前記
    物体から反射した光を受けるようになっている細長い光
    導波路の平面状配列、光電性画像センサ、および前記各
    導波路の出力端から送られた光を前記画像センサに伝え
    るための出力光学手段、を特徴とする光学走査器。
  4. 【請求項４】 前記入力光学手段は、入力端に入射した
    光の角度により変る部分をそれを通して出力端に伝える
    ことができる管の配列を備え、前記各管は、前記各導波
    路の入力端と近接し、軸方向に整列し且つ実質的に同じ
    断面寸法である出力端を持つ光電送穴を備えていること
    を特徴とする請求項１または請求項２記載の光学走査
    器。
  5. 【請求項５】 更に、前記導波路の配列に組み込まれ、
    前記導波路の基盤の平面内に配置された集光器、および
    前記導波路の基盤に垂直な平面に光を集めるようになっ
    ている外部集光器を備えていることを特徴とする請求項
    １または請求項２記載の光学走査器。
  6. 【請求項６】 前記各導波路は、前記入力端から前記出
    力端までの幅に角度がついていることを特徴とする前記
    請求項のいずれかに記載の光学走査器。
  7. 【請求項７】 前記導波路の配列は、燭台形状を成して
    いることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の光
    学走査器。
  8. 【請求項８】 更に、第２の光電性画像センサを備え、
    前記各導波路の出力端から送られた光は、前記光電性画
    像センサまたは前記第２の光電性画像センサのいずれか
    一方に伝えられることを特徴とする前記請求項のいずれ
    かに記載の光学走査器。
  9. 【請求項９】 前記光電性画像センサは、複数のセンサ
    列を有する二次元センサ配列を備え、前記導波路の配列
    は、線状に整列した入力端および前記センサ列と整合し
    て積み重ねられた出力端を備えていることを特徴とする
    請求項１から請求項７に記載の光学走査器。
  10. 【請求項１０】 前記出力光学手段は、前記各導波路の
    出力から伝えられた光を複数の別々の周波数に分離する
    ようになっている３色フィルタを備えていることを特徴
    とする請求項１または請求項３に記載の光学走査器。
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