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Diese
Erfindung bezieht sich auf optische Scanner allgemein und insbesondere
auf ein Beleuchtungssystem zum Beleuchten einer Abtastregion auf
einem Objekt und noch spezifischer auf eine Lichtquellenanordnung
mit einer verbesserten Beleuchtung.
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Optische
Scanner sind in der Technik gut bekannt und erzeugen maschinenlesbare
Daten, die darstellend für
ein abgetastetes Objekt, z. B. eine Seite gedruckten Texts, sind.
Eine typische optische Scannervorrichtung, wie z. B. ein Flachbettscanner, umfasst
ein Beleuchtungs- und ein optisches System zum Erzielen eines Abtastens
des Objekts. Das Beleuchtungssystem beleuchtet einen Abschnitt des Objekts
(üblicherweise
als eine „Abtastregion" bezeichnet), wohingegen
das optische System Licht, das durch die beleuchtete Abtastregion
reflektiert wird, sammelt und einen kleinen Bereich der beleuchteten
Abtastregion (üblicherweise
als eine „Abtastlinie" bezeichnet) auf
die Oberfläche
eines photoempfindlichen Detektors fokussiert, der in dem Scanner
positioniert ist. Bilddaten, die das gesamte Objekt darstellen,
könnten
dann durch ein Streichen der Abtastlinie über das gesamte Objekt erhalten
werden, üblicherweise
durch ein Bewegen des Beleuchtungs- und des optischen Systems in
Bezug auf das Objekt. Beispielhaft könnte das Beleuchtungssystem
eine Lichtquelle (z. B. eine Fluoreszenz- oder Glühlampe oder
ein Array von Leuchtdioden (LEDs)) umfassen. Das optische System
könnte
eine Linse und/oder eine Spiegelanordnung zum Fokussieren des Bilds der
beleuchteten Abtastlinie auf die Oberfläche des Detektors umfassen.
Alternativ könnte
ein „Kontaktbildsensor" (CIS) verwendet
werden, um Licht von der beleuchteten Abtastregion zu sammeln und
auf den Detektor zu fokussieren.
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Der
photoempfindliche Detektor, der zur Erfassung des auf denselben
durch das optische System fokussierten Bildlichts verwendet wird,
könnte ein
ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD) sein, obwohl andere Vorrichtungen
eingesetzt werden könnten.
Ein typisches CCD könnte
ein Array einzelner Zellen oder „Pixel" aufweisen, wobei jede/s derselben eine
elektrische Ladung ansprechend auf eine Belichtung sammelt oder
aufbaut. Da die Menge der angehäuften
elektrischen Ladung in einer beliebigen bestimmten Zelle oder einem
Pixel auf die Intensität und
Dauer der Belichtung bezogen ist, könnte ein CCD verwendet werden,
um helle und dunkle Punkte eines auf dasselbe fokussierten Bilds
zu erfassen.
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Der
Ausdruck „Bildlicht", wie er hierin verwendet
wird, bezieht sich auf das Licht, das durch das optische System
auf die Oberfläche
des Detektorarrays fokussiert wird. Abhängig von dem Typ des Scanners
und dem Typ des Dokuments könnte
das Bildlicht von dem gerade abgetasteten Dokument oder Objekts
reflektiert werden oder es könnte
durch das Objekt oder Dokument durchgelassen werden. Das Bildlicht
könnte
in drei Schritten in digitale Signale umgewandelt werden. Zuerst
wandelt jedes Pixel in dem CCD-Detektor das Licht, das es empfängt, in eine
elektrische Ladung um. Zweitens werden die Ladungen von den Pixeln
durch einen Analogverstärker in
Analogspannungen umgewandelt. Schließlich werden die Analogspannungen
durch einen Analog-Digital-
(A/D-) Wandler digitalisiert. Die digitalen Signale könnten dann
wie erwünscht
verarbeitet und/oder gespeichert werden.
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Während optische
Scanner des oben beschriebenen Typs gut bekannt sind und seit Jahren verwendet
werden, sind sie nicht ohne Probleme. Die Qualität der Bilddaten z. B., die
durch einen Scanner erzeugt werden, ist üblicherweise auf die Qualität der Beleuchtung,
die für
die Abtastregion bereitgestellt wird, bezogen. Wenn die Beleuchtung
nicht ausreichend hell ist, könnte
das Ergebnis ein übermäßiges Rauschen
in den Bilddaten sein, was sich als „Schnee" zeigen könnte. Weitere Probleme könnten auftreten,
wenn der Beleuchtungspegel entlang der Länge der Abtastlinie nicht im
Wesentlichen einheitlich ist. In derartigen Fällen könnten die resultierenden Bilddaten
entlang der Länge
der Abtastlinie von variabler Qualität sein. Extreme Variationen
der Beleuchtung könnten
sogar zu „Ausfällen" bei den Bilddaten
führen.
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Wiederum
weitere Probleme könnten
sich entwickeln, wenn das Beleuchtungssystem mit einem batteriegetriebenen
(z. B. tragbaren) Bildscanner eingesetzt werden soll. Um z. B. die
Leistungsableitung von der Batterie zu minimieren, sind die meisten
tragbaren Bildabtastscanner entworfen, um die minimale Beleuchtungsmenge
bereitzustellen, die einer guten Bildqualität angemessen ist. Leider jedoch liefern
derartige Niederleistungs-Beleuchtungssysteme einen geringen Spielraum
gegenüber
Beleuchtungsvariationen. Folglich könnten selbst leichte Variationen
bei der Beleuchtung dazu führen,
dass Abschnitte der Abtastlinie unzureichend beleuchtet werden.
Ein weiteres Problem bei vielen Beleuchtungssystemen besteht darin,
dass nur ein kleiner Bruchteil des durch die Lichtquelle erzeugten
Lichts verwendet wird, um die Abtastregion zu beleuchten.
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Das
Ziel der Erfindung besteht darin, ein Beleuchtungssystem bereitzustellen,
das entlang der Länge
einer Abtastlinie eine helle Beleuchtung und einen einheitlichen
Beleuchtungspegel aufweist.
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Die
US-A-4455577 offenbart ein Beleuchtungssystem mit einer Original-Lesevorrichtung,
die eine Einrichtung zum Beleuchten eines Originals auf einem Auflageglas
aufweist, wobei Licht von der Oberfläche des Originals durch Spiegel
zu einer photoempfindlichen Trommel reflektiert wird.
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Ein
Beleuchtungssystem zum Beleuchten einer Abtastregion auf einem Objekt
gemäß der vorliegenden
Erfindung weist einen Hohlreflektor auf, der eine innere reflektierende Oberfläche und
eine Austrittsapertur aufweist. Eine Lichtquelle, die in dem Hohlreflektor
positioniert ist, erzeugt eine Mehrzahl von Lichtstrahlen, wobei
einige derselben durch die innere reflektierende Oberfläche des
Hohlreflektors reflektiert werden, bevor sie durch die Austrittsapertur
gelangen. Ein erster und ein zweiter Reflektor sind benachbart zu
einer jeweiligen ersten und zweiten Seite der Austrittsapertur des
Hohlreflektors positioniert. Der erste und der zweite Reflektor
sind in einer nichtparallelen voneinander beabstandeten Beziehung
zueinander positioniert, so dass der erste und der zweite Reflektor
zumindest teilweise Licht, das durch die Austrittsapertur des Hohlreflektors
gelangt, kollimieren, um ein kollimiertes Strahlenbündel zu
bilden.
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Außerdem ist
ein Verfahren zum Beleuchten einer Abtastregion auf einem Objekt
offenbart, das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines Hohlreflektors,
der eine innere reflektierende Oberfläche und eine Austrittsapertur
aufweist; Positionieren eines kollimierenden Reflektors benachbart
zu der Austrittsapertur des Hohlreflektors, wobei der kollimierende
Reflektor einen ersten und einen zweiten Reflektor aufweist, die
benachbart zu einer ersten bzw. zweiten Seite der Austrittsapertur
des Hohlreflektors positioniert sind; und Richten einer Mehrzahl von
Lichtstrahlen auf die innere reflektierende Oberfläche des
Hohlreflektors, wobei die innere reflektierende Oberfläche einige
der Lichtstrahlen durch die Austrittsapertur in dem Hohlreflektor
reflektiert, wobei der kollimierende Reflektor zumindest teilweise
Licht, das aus der Austrittsapertur in dem Hohlreflektor austritt,
kollimiert, um ein kollimiertes Strahlenbündel zu bilden.
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Darstellende
und gegenwärtig
bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den beigefügten
Zeichnungen gezeigt, in denen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Scanners ist, die das Beleuchtungssystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung einsetzen könnte;
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Beleuchtungssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, wobei die Lichtquelle entfernt ist, um die innere
reflektierende Oberfläche
und den ersten und den zweiten kollimierenden Reflektor klarer zu
zeigen;
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3 eine
Draufsicht des in 2 dargestellten Beleuchtungssystems
ist;
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4 ein
Querschnittsaufriss des Beleuchtungssystems entlang der Linie 4-4
aus 3 ist; und
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5 ein
Querschnittsaufriss eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Beleuchtungssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung ist.
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Ein
Beleuchtungssystem 10 gemäß der vorliegenden Erfindung
ist hierin gezeigt und beschrieben, wie es in Verbindung mit einer
Scannervorrichtung 12 des in der Technik gut bekannten
Typs verwendet werden könnte.
Wie unten detaillierter beschrieben wird, sorgt das Beleuchtungssystem 10 für eine verbesserte
Beleuchtung eines Objekts 18 (4), das
gerade durch den Scanner 12 abgetastet wird.
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Die
Scannervorrichtung 12, die in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel
des Beleuchtungssystems 10 verwendet werden könnte, könnte ein
allgemein rechteckig geformtes Gehäuse 14, auf dem eine
transparente Auflage 16 vorgesehen ist, aufweisen. Die
transparente Auflage 16 ermöglicht es, dass das Objekt 18 (4),
wie z. B. ein Blatt Papier, auf dem geschriebener Text oder Graphiken
vorgesehen sind, das auf der transparenten Auflage 16 positioniert
ist, durch eine Bilderzeugungsvorrichtung (nicht gezeigt), die in
dem Gehäuse 14 der
Scannervorrichtung 12 vorgesehen ist, abgetastet werden kann.
Die Scannervorrichtung 12 erzeugt elektronische Bilddatensignale
(nicht gezeigt), die das abgetastete Objekt 18 darstellen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das Beleuchtungssystem 10 an einer Wagenanordnung 20 befestigt,
die innerhalb des Gehäuses 14 bewegbar
angebracht ist. Die Anordnung ist derart, dass die Wagenanordnung 20,
so das Beleuchtungssystem 10, unter der transparenten Auflage 16 hin-
und herbewegbar ist, allgemein entlang eines Verschiebungswegs 22.
Ein Wagenantriebssystem (nicht gezeigt), das der Wagenanordnung 20 wirksam
zugeordnet ist, bewegt die Wagenanordnung 20 unter der
transparenten Auflage 16 hin und her (d. h. entlang des
Verschiebungswegs 22), um zu ermöglichen, dass die Bilderzeugungsvorrichtung
(nicht gezeigt), die der Scannervorrichtung 12 zugeordnet
ist, das Objekt 18, das auf der transparenten Auflage 16 positioniert
ist, abtasten kann.
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Nun
hauptsächlich
Bezug nehmend auf die 2 bis 4 könnte das
Beleuchtungssystem 10 gemäß der vorliegenden Erfindung
einen Hohlreflektor 24 aufweisen, der eine innere reflektierende
Oberfläche 26 und
eine Austrittsapertur 28 aufweist. Wie unten detaillierter
beschrieben ist, wird es allgemein bevorzugt, dass die innere reflektierende
Oberfläche 26 eine
diffundierende reflektierende Oberfläche aufweist, so dass auf dieselbe
einfallendes Licht über
einen breiten Winkel gestreut oder diffundiert wird. Eine Lichtquelle 30,
wie z. B. eine Fluoreszenzlampe 32, ist in der Weise, die
am besten in 4 zu sehen ist, in dem Hohlreflektor 24 positioniert.
Das Beleuchtungssystem 10 weist außerdem einen ersten Reflektor 34 auf,
der benachbart zu einer ersten Seite 36 der Austrittsapertur 28 des
Hohlreflektors 24 positioniert ist. Ein zweiter Reflektor 38 ist
benachbart zu einer zweiten Seite 40 der Austrittsapertur 28 des
Hohlreflektors 24 positioniert. Wie unten detaillierter
beschrieben ist, weisen der erste und der zweite Reflektor 34 und 38 spiegelnde
reflektierende Oberflächen auf
und sind allgemein in einer parallelen beab standeten Beziehung positioniert,
so dass der erste und der zweite Reflektor 34 und 38 zumindest
teilweise Licht, das durch die Austrittsöffnung 28 gelangt,
kollimieren, um ein kollimiertes Strahlenbündel 42 zu bilden.
Siehe 4. Es wird darauf verwiesen, dass die Ausdrücke „kollimiert" und „kollimiertes
Strahlenbündel", wie sie hierin
verwendet werden, sich auch auf teilweise kollimiert und teilweise
kollimierte Strahlenbündel
beziehen, dahingehend, dass ein vollständig kollimiertes Strahlenbündel selten
durch ein reales optisches System erzeugt wird.
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Das
durch das Beleuchtungssystem 10 erzeugte kollimierte Strahlenbündel 42 beleuchtet
eine Abtastregion 44 auf dem Objekt 18, das benachbart zu
der transparenten Auflage 16 positioniert ist, wie am besten
in 4 zu sehen ist. Das Bilderzeugungssystem (nicht
gezeigt) ist so in der Scannervorrichtung 12 angeordnet,
dass das Bilderzeugungssystem Bildlicht von einer Abtastlinie 54 empfängt, die
in der beleuchteten Abtastregion 44 beinhaltet ist.
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Ein
wesentlicher Vorteil des Beleuchtungssystem 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht darin, dass es für eine verbesserte Beleuchtungseinheitlichkeit
der Abtastregion 44 sorgt, wodurch allgemein die Gesamtqualität der durch
die Scannervorrichtung 12 erzeugten Bilddaten verbessert
wird. Das Beleuchtungssystem 10 richtet außerdem einen
größeren Teil
der durch die Lichtquelle 30 erzeugten Lichtstrahlen in
Richtung der Abtastregion 44. Folglich ermöglicht das
Beleuchtungssystem 10 die Verwendung einer Lichtquelle
mit geringerer Leistung, obwohl die gleiche Beleuchtung wie bei
anderen Typen von Beleuchtungssystemen, die Lichtquellen mit höherer Leistung
einsetzen, bereitgestellt wird.
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Wiederum
weitere Vorteile sind dem Beleuchtungssystem 10 zugeordnet.
Neben einem Richten zusätzlicher
Lichtstrahlen in Richtung der Abtastregion 44 z. B. dienen
der Hohlreflektor 24 gemeinsam mit dem ersten und dem zweiten
Reflektor 34 und 38 als eine Lichtabschirmung,
um die Menge an Streulicht, die durch die Lichtquelle 30 erzeugt wird,
die unbeabsichtigt in das Bilderzeugungssystem der Scannervorrichtung 12 gelangen
könnte,
zu reduzieren. Die Reduzierung der Menge an Streulicht, die in das
Bilderzeugungssystem der Scannervorrichtung 12 gelangt,
neigt dazu, die Qualität
der resultierenden Abtastbilddaten zu verbessern. Zusätzlich zu
den vorstehenden Vorteilen ermöglicht
die offene Austrittsapertur 28 des Hohlreflektors 24 ein besseres
Kühlen
der Lichtquelle 30. Ein verbessertes Kühlen kann weiter durch ein
Offenlassen des ersten und des zweiten Endes 60 und 62 des
Hohlreflektors 24 realisiert werden.
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Nach
dieser kurzen Beschreibung des Beleuchtungssystems 10 werden
nun dessen Verwendung in einer Scannervorrichtung 12, sowie
einige seiner wesentlicheren Merkmale und Vorteile, die verschiedenen
Ausführungsbeispiele
des Beleuchtungssystems 10 detailliert beschrieben. Bevor
mit der detaillierten Beschreibung fortgefahren wird, soll jedoch
angemerkt werden, dass, obwohl das Beleuchtungssystem 10 hierin
gezeigt und beschrieben ist, wie es in einer Flachbettscannervorrichtung 12 des
in der Technik gut bekannten Typs verwendet werden könnte, es
nicht auf die Verwendung mit einem bestimmten Typ oder Stil einer
Bilderzeugungsvorrichtung eingeschränkt ist. Das Beleuchtungssystem 10 könnte z.
B. auch in einer tragbaren oder Hand-Bilderzeugungs- oder -Scannervorrichtung oder
sogar in einem Photokopier- oder
einem Faxgerät
verwendet werden. Es soll auch angemerkt werden, dass, obwohl die
Scannervorrichtung 12 hierin gezeigt und beschrieben ist,
wie sie verwendet werden könnte,
um ein Objekt 18, wie z. B. ein Dokument, auf das Text
geschrieben ist, abzutasten, sie nicht auf die Verwendung mit einem
bestimmten Typ von Objekt 18 eingeschränkt ist. Entsprechend soll das
Beleuchtungssystem 10 gemäß der vorliegenden Erfindung
als weder auf den bestimmten Typ von Scannervorrichtung noch auf
die bestimmten Anwendungen, die hierin gezeigt und beschrieben sind,
eingeschränkt
betrachtet werden.
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Unter
Berücksichtigung
des Vorstehenden ist ein erstes Ausführungsbeispiel 10 des Beleuchtungssystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung in den 1 bis 4 gezeigt,
wie es in einer Scannervorrichtung 12 des in der Technik
gut bekannten Typs verwendet werden könnte. Da Scannervorrichtungen in
der Technik gut bekannt sind und nur ein darstellendes Beispiel
eines Typs einer Bilderzeugungsvorrichtung darstellen, in der das
Beleuchtungssystem 10 eingesetzt werden könnte, wird
die Scannervorrichtung 12, die mit dem Beleuchtungssystem 10 der vorliegenden
Erfindung eingesetzt werden könnte, hierin
nicht detailliert beschrieben. Zur Bereitstellung einer Basis für ein besseres
Verständnis
zumindest einer Anwendung für
die vorliegende Erfindung jedoch wird unten die Scannervorrichtung 12 kurz
beschrieben.
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In
der hierin gezeigten und beschriebenen exemplarischen Anwendung
könnte
die Scannervorrichtung 12 ein allgemein rechteckig geformtes
Gehäuse 14 umfassen,
in dem sich eine Mittelapertur oder -öffnung 46 befindet,
die dimensioniert ist, um eine transparente Auflage 16 aufzunehmen,
die geeignet zum Aufnehmen eines abzutastenden Objekts 18 ist.
Lediglich beispielhaft könnte
das Objekt 18 ein Dokument, auf dem geschriebener Text
oder Graphiken vorgesehen sind, aufweisen, obwohl auch andere Objekte
eingesetzt werden könnten.
Das Gehäuse 14 ist
außerdem
dimensioniert, um ein geeignetes Bilderzeugungssystem, wie z. B.
einen Linientyp-Scanner,
aufzunehmen. In dem hierin gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiel
z. B. weist das Bilderzeugungssystem ein Reflexions-Linientyp-Scannersystem
des in der Scannertechnik gut bekannten Typs auf, das Komponenten
aufweist, die an einer bewegbaren Wagenanordnung 20 befestigt sind.
Die bewegbare Wagenanordnung 20 ist bewegbar in dem Gehäuse 14 befestigt,
so dass die Wagenanordnung 20 unter der transparenten Auflage 16 hin-
und herbewegt werden könnte,
um es zu ermöglichen,
dass das Bilderzeugungssystem ein Bild des auf der transparenten
Auflage 16 positionierten Objekts 18 erfassen
kann. Die Scannervor richtung 12 könnte auch mit anderen Typen
von Systemen und Vorrichtungen versehen sein, wie z. B. einem Steuersystem,
einem Bildverarbeitungssystem und einem Wagenantriebssystem, die
für die
bestimmte Anwendung erforderlich oder erwünscht sein könnten. Da Scannervorrichtungen,
wie z. B. die Scannervorrichtung 12, jedoch in der Technik
gut bekannt sind und da Systeme und Vorrichtungen, die derartigen
Scannervorrichtungen üblicherweise
zugeordnet sind, ohne Weiteres durch durchschnittliche Fachleute
auf dem Gebiet bereitgestellt werden könnten, nachdem sich diese mit
den Lehren der vorliegenden Erfindung vertraut gemacht haben, werden
die verschiedenen Systeme und Vorrichtungen, die in einem bestimmten
Scanner erforderlich oder erwünscht
sein könnten,
der das Beleuchtungssystem 10 gemäß der vorliegenden Erfindung
einsetzt, hierin nicht detaillierter beschrieben.
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Hauptsächlich Bezug
nehmend auf die 2–4 könnte ein
erstes Ausführungsbeispiel des
Beleuchtungssystems 10 gemäß der vorliegenden Erfindung
an der Wagenanordnung 20 (1) befestigt
sein, so dass das Beleuchtungssystem 10 unter der transparenten
Auflage 16 hin- und herbewegt werden könnte, d. h. allgemein entlang
des Verschiebungswegs 22. Auf diese Weise könnte das
Beleuchtungssystem 10 verwendet werden, um eine Abtastregion 44 auf
dem Objekt 18, das auf der transparenten Auflage positioniert
ist, zu beleuchten. Siehe 4. Dann
beleuchtet das Beleuchtungssystem 10, wenn der bewegbare
Wagen 20 entlang des Verschiebungswegs 22 bewegt
wird, diese Abschnitte des Objekts 18, das gerade durch
die Bilderzeugungsvorrichtung abgetastet wird.
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Das
Beleuchtungssystem 10 weist einen Hohlreflektor 24 auf,
der bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
einen allgemein länglichen
Körper 48 aufweisen
könnte,
der eine Innenwand 50 in demselben aufweist, die die innere
reflektierende Oberfläche 26 des
Hohlreflektors 24 definiert. Es wird allgemein bevorzugt,
ist jedoch nicht erforderlich, dass die Innenwand 50 eine
im Wesentlichen zylindrisch geformte Oberfläche definiert. Entsprechend
weist die innere reflektierende Oberfläche 26, die durch
die Innenwand 50 gebildet ist, einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt
und eine Länge 52 auf.
Es wird allgemein bevorzugt, dass die Länge 52 des länglichen
Körpers 48 sich
im Wesentlichen in gleichem Umfang wie die Länge der Abtastlinie 54 erstreckt,
die in der beleuchteten Abtastregion 44 beinhaltet ist.
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Die
Innenwand 50 des länglichen
Körpers 48 ist
mit einer axial ausgerichteten Öffnung
oder einem Schlitz in demselben versehen, die/der die Austrittsapertur 28 definiert.
Wie unten detaillierter beschrieben ist, sollte der bestimmte Ort
(d. h. Radialposition) der axial ausgerichteten Öffnung oder des Schlitzes so
ausgewählt
sein, dass das zumindest teilweise kollimierte Strahlenbündel 42,
das durch das Beleuchtungssystem 10 erzeugt wird, auf den
geeigneten Ort auf dem Objekt 18 gerichtet ist. Der Bogen, der
durch den axial ausgerichteten Schlitz überstrichen wird, der die Austrittsapertur 28 definiert,
sollte so ausgewählt
sein, dass ein wesentlicher Teil des Lichts, das durch die Lichtquelle 30 erzeugt
und durch die innere reflektierende Oberfläche 26 reflektiert
wird, schließlich
die Austrittsapertur 28 durchquert, bevor es durch Komponenten
und Materialien, die in dem Inneren 58 des Hohlreflektors 24 beinhaltet
sind, absorbiert wird. Beispielhaft könnte bei einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel,
bei dem die innere reflektierende Oberfläche 26 einen im Allgemeinen
kreisförmigen
Querschnitt aufweist, der Bogen, der durch den axial ausgerichteten
Schlitz überstrichen
wird, in dem Bereich von etwa 15° bis
etwa 50° (31° bevorzugt)
liegen. Alternativ könnten
weitere Winkel abhängig
von den Anforderungen der bestimmten Anwendung verwendet werden,
wie für durchschnittliche
Fachleute auf dem Gebiet ersichtlich wäre, nachdem diese sich mit
den Lehren der vorliegenden Erfindung vertraut gemacht haben.
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Es
wird allgemein bevorzugt, dass die Austrittsapertur 28 des
Hohlreflektors 24 offen bleibt, um den Luftfluss um die Lichtquelle 30 herum
zu ermöglichen,
um so das Kühlen
der Lichtquelle 30 zu unterstützen. Diese Kühlfähigkeit
kann dadurch verbessert werden, dass die Enden 60 und 62 (2 und 3)
des länglichen
Körpers 48,
der den Hohlreflektor 24 definiert, offengelassen werden.
Die offenen Enden 60 und 62 schaffen einen Einlass
für Luft,
um in die innere Region 58 des Hohlreflektors 24 zu
gelangen. Nach einem Absorbieren von Wärme von der Lichtquelle 30 wird
die Luft allgemein durch die offene Austrittsapertur 28 gemäß gut bekannten
Wärmekonvektionsprinzipien
abgegeben. Alternativ könnten auch
halbgeschlossene Enden verwendet werden, wie dies erzielt werden
könnte,
indem jedes Ende 60, 62 des Körpers 48 mit einer
Jalousie- oder perforierten Abdeckung (nicht gezeigt) bedeckt wird.
Bei wiederum einer weiteren Anordnung könnten Lufteinlasslöcher entlang
der Länge
der Innenwand 50 vorgesehen sein. Diese Anordnung jedoch
ist allgemein weniger wünschenswert
als ein Offenlassen der Enden 60 und 62, da Löcher oder Öffnungen
entlang der Länge
der Innenwand 50 allgemein die Lichtmenge, die zur Beleuchtung
der Abtastregion 44 verfügbar ist, reduzieren.
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Der
allgemein längliche
Körper 48,
der den Hohlreflektor 24 aufweist, könnte aus einem beliebigen eines
weiten Bereichs von Materialien, wie z. B. Metallen oder Kunststoffen,
die für
die beabsichtigte Anwendung geeignet wären, hergestellt sein. Folglich
sollte die vorliegende Erfindung nicht als auf einen länglichen
Körper 48,
der ein bestimmtes Material aufweist, eingeschränkt betrachtet werden. Beispielhaft
jedoch ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der längliche
Körper 48 aus
Aluminium hergestellt.
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Die
Lichtquelle 30 könnte
eine beliebige einer breiten Vielzahl von Lichtquellen, die gegenwärtig verfügbar sind
oder unter Umständen
in Zukunft entwickelt werden, zum Erzeugen von Licht entlang der Länge 52 des
Hohlreflektors 24 aufweisen. Beispielhaft könnte bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
die Lichtquelle 30 eine Fluoreszenzlampe 32 des
Typs aufweisen, der in der Technik für derartige Anwendungen gut
bekannt ist und der ohne Weiteres und kommerziell erhältlich ist.
Alternativ könnten
andere Typen von Lichtquellen, wie z. B. Glühlampen, verwendet werden.
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Wie
oben erläutert
ist, wird es allgemein bevorzugt, dass die innere reflektierende
Oberfläche 26 des
länglichen
Körpers 48 eine
diffundierende reflektierende Oberfläche aufweist, die, während sie
eine wesentliche Menge des auf dieselbe einfallenden Lichts reflektiert,
das einfallende Licht auch streut oder diffundiert. Die durch die
diffundierende reflektierende Oberfläche 26 bereitgestellte
Streuung verbessert die Einheitlichkeit der Beleuchtung entlang der
Länge 52 des
Hohlreflektors 24 und unterstützt außerdem ein Glätten von
Intensitätsvariationen,
die entlang der Länge
der Lichtquelle 30 auftreten könnten.
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Abhängig von
der Natur des Materials, das die Innenwand 50 des Körpers 48 aufweist,
könnte
es nötig
oder wünschenswert
sein, eine diffundierende reflektierende Beschichtung 56 auf
der inneren reflektierenden Oberfläche 26 des Hohlreflektors 24 bereitzustellen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
z. B., bei dem der Körper 48 des
Hohlreflektors 24 Aluminium aufweist (das natürlich eine
allgemein spiegelnde reflektierende Oberfläche bereitstellt), ist es allgemein
vorzuziehen, die Innenwand 50 mit einem Material (z. B.
Beschichtung 56) zu beschichten, das die hierin beschriebene
diffuse reflektierende Charakteristik schafft. Alternativ könnte die Innenoberfläche 26 angeraut
(z. B. geätzt)
sein, um die diffuse reflektierende Charakteristik bereitzustellen.
Beispielhaft wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die diffuse
reflektierende Charakteristik durch ein Streichen (d. h. Beschichten)
der Innenwand 50 des Aluminiumkörpers 48 mit weißer Farbe, die
ein hohes Reflexionsvermögen
aufweist, erzielt. Wie bekannt ist, sind viele weiße Farben
bekannt, die hohe Reflexionsvermögen
aufweisen (z. B. in dem Bereich von 80 %–90 % für sichtbares Licht). Zusätzlich sind
stark reflektierende Materialien, die Reflexionsvermögen von
ganzen 95 %–98
% aufwei sen, bekannt und könnten
verwendet werden. Ein Beispiel eines derartig stark reflektierenden
Materials ist bei Electronic Products Division von W. L. Gore, Inc.,
unter dem Namen „DRP" erhältlich.
Derartig hohe Reflexionsvermögen übertreffen üblicherweise
die Reflexionsvermögen
selbst stark polierter spiegelnder reflektierender Oberflächen (z.
B. Spiegel), wodurch die Wirksamkeit und Leistung des Beleuchtungssystems 10 verbessert
wird. Natürlich
sind noch weitere stark reflektierende Beschichtungen bekannt und könnten verwendet
werden, die die hierin beschriebenen diffusen reflektierenden Charakteristika
bereitstellen, wie für
durchschnittliche Fachleute auf dem Gebiet ersichtlich wäre, nachdem
sie sich mit den Lehren der vorliegenden Erfindung vertraut gemacht haben.
Folglich soll die vorliegende Erfindung nicht als auf die bestimmten
hierin beschriebenen Materialien und Beschichtungen zur Bereitstellung
der inneren reflektierenden Oberfläche 26 mit den diffusen
reflektierenden Charakteristika eingeschränkt betrachtet werden.
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Das
Beleuchtungssystem 10 weist einen ersten und einen zweiten
Reflektor 34 und 38 auf, die benachbart zu der
Austrittsapertur 28 des Hohlreflektors 24 positioniert
sind. Der erste und der zweite Reflektor 34 und 38 kollimieren
zumindest teilweise Licht, das durch die Austrittsapertur 28 gelangt,
um das kollimierte Strahlenbündel 42 zu
bilden. Nun hauptsächlich
unter Bezugnahme auf die 3 und 4 ist der
erst Reflektor 34 benachbart zu der ersten Seite 36 der
Austrittsapertur 28 des Hohlreflektors 24 positioniert.
Der zweite Reflektor 38 ist benachbart zu der zweiten Seite 40 der
Austrittsapertur 28 positioniert. Der erste und der zweite
Reflektor 34 und 38 könnten allgemein planare Oberflächen aufweisen,
die in einer allgemein nichtparallelen voneinander beabstandeten
divergierenden Beziehung positioniert sind, so dass diese im Wesentlichen
Licht, das von der Austrittsapertur 28 des Hohlreflektors 24 ausgeht,
kollimieren.
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Gemäß ihrer
Verwendung zum Kollimieren oder zumindest teilweise Kollimieren
des Lichts, das aus der Austrittsapertur 28 des Hohlreflektors 24 austritt,
wird es allgemein bevorzugt, dass sowohl der erste als auch der
zweite Reflektor 34 und 38 spiegelnde reflektierende
Oberflächen
aufweisen (im Gegensatz zu der diffusen reflektierenden Oberfläche, die
auf der inneren reflektierenden Oberfläche 26 des Hohlreflektors 24 vorgesehen
ist). Es wird außerdem allgemein
bevorzugt, dass sowohl der erste als auch der zweite Reflektor 34 und 38 im
Wesentlichen planare (d. h. flache) Oberflächen aufweisen, obwohl dies
nicht erforderlich ist.
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Gemäß den vorstehenden
Betrachtungen weist dann bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel,
bei dem der Körper 48 aus
Aluminium hergestellt ist, jeder Reflektor 34 und 38 eine
im Wesentlichen flache oder planare Oberfläche des Körpers 48 auf. Dies
bedeutet, dass der Körper 48 geeignet
geformt ist, so dass er sowohl die innere reflektierende Oberfläche 26 des
Hohlreflektors 24 als auch den ersten und den zweiten Reflektor 34 und 38 aufweist. Es
wird allgemein bevorzugt, dass die flachen Oberflächen des
Körpers 48,
die den ersten und den zweiten Reflektor 34 und 38 bilden,
spiegelnde reflektierende Oberflächen
aufweisen. Derartige spiegelnde reflektierende Oberflächen erlauben
es, dass der erste und der zweite Reflektor 34 und 38 das
Licht, das aus der Austrittsapertur 28 ausgeht, kollimieren können, wobei
so das kollimierte Strahlenbündel 42 gebildet
wird.
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Die
spiegelnden reflektierenden Charakteristika, die durch den ersten
und den zweiten Reflektor 34 und 38 bereitgestellt
werden sollen, könnten
in einer beliebigen einer breiten Vielzahl von Weisen erzielt werden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
z. B., bei dem der längliche
Körper 48 aus Aluminium
hergestellt ist, und bei dem der erste und der zweite Reflektor 34 und 38 einstückige Abschnitte
des länglichen
Körpers 48 aufweisen,
könnten
der erste und der zweite Reflektor 34 und 38 die
natürliche
Oberflächenbeschaffenheit
des Aluminiummaterials aufweisen.
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Abhängig von
der Glattheit (d. h. Oberflächenbeschaffenheit),
die während
der Herstellung des länglichen
Körpers 48 erzielt
wird, könnte
es nötig
oder zumindest wünschenswert
sein, den ersten und den zweiten Reflektor 34 und 38 zu
polieren, um die Reflexionsvermögen
der Reflektoren 34 und 38 zu erhöhen. Alternativ
könnten
der erste und der zweite Reflektor 34 und 38 mit
jeweiligen spiegelnden reflektierenden Beschichtungen 72 und 74 beschichtet
sein, um die erwünschte
spiegelnde reflektierende Charakteristik bereitzustellen. Derartige spiegelnde
reflektierende Beschichtungen könnten ein
beliebiges eines breiten Bereichs von Materialien, die in der Technik
bekannt sind oder in Zukunft noch entwickelt werden, zum Bereitstellen
einer derartigen spiegelnden reflektierenden Charakteristik aufweisen.
Beispiele derartiger Beschichtungsmaterialien umfassen metallisiertes
Mylar oder einen bestimmten ähnlichen
Typ eines stark spiegelnd reflektierenden Materials, sind jedoch
nicht darauf beschränkt. Alternativ
könnten
eine beliebige einer breiten Vielzahl von Metallbeschichtungen direkt
auf die Oberflächen,
die der erste und der zweite Reflektor 34 und 38 aufweisen,
durch ein beliebiges eines breiten Bereichs geeigneter Verfahren
(z. B. chemische Aufdampfung, Aufschleudern, usw.) aufgebracht werden.
Bei wiederum einer weiteren Konfiguration könnten Glasspiegel an den Oberflächen 34 und 38 angebracht
sein.
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Die
bestimmten Formen (z. B. planar, konkav oder konvex) und geometrischen
Ausrichtungen (z. B. konvergierend, divergierend oder parallel)
des ersten und des zweiten Reflektors 34 und 38 könnten variiert
werden, um den erwünschten
Grad an Kollimierung zu dem kollimierten Strahlenbündel 42 bereitzustellen.
Bei dem hierin gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem der
Hohlreflektor 24 eine allgemein zylindrische Konfiguration
aufweist, könnten
der erste und der zweite Reflektor 34 und 38 planare
oder flache Oberflächen
aufweisen, die in einer allgemein nichtparallelen voneinander beabstandeten
Beziehung in der Art und Weise, die am besten in 4 zu
sehen ist, positioniert sind. Die Winkel 64 und 66,
die zwischen einer Mittellinie 68 der Austrittsapertur 28 gebildet
sind, werden bevorzugt, um den erwünschten Grad an Kollimation
zu dem kollimierten Strahlenbündel 42 bereitzustellen, sowie
um das kollimierte Strahlenbündel 42 auf
den geeigneten Bereich auf dem Objekt 18 zu richten. Wie
am besten in 1 zu sehen ist, erstreckt sich die
Mittellinie 68 der Austrittsapertur 28 zwischen dem
ersten und dem zweiten Reflektor 34 und 38 und schneidet
die Mittelachse 70 der zylindrischen Innenwand 50 des
Hohlreflektors 24. Beispielhaft sind bei einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
die Winkel 64 und 66 identisch zueinander und
könnten
in dem Bereich von etwa 5° bis
etwa 20° (11° bevorzugt)
betragen, obwohl andere Winkel möglich
sind.
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Es
wird allgemein bevorzugt, dass der erste und der zweite Reflektor 34 und 38 mit
der ersten bzw. zweiten Seite 36 und 40 der Austrittsapertur 28 verbunden
sind, so dass jeweilige scharfe Ecken 76 und 78 (im
Gegensatz zu einem gleichmäßigen oder teilweise
abgerundeten Übergang)
zwischen der ersten und der zweiten Seite 36 und 40 der
Austrittsapertur 28 und dem ersten bzw. zweiten Reflektor 34 und 38 gebildet
sind. Siehe 4. Allgemein ausgedrückt minimiert
eine scharfe Ecke eine Streuung, was so die Kollimierung des kollimierten
Strahlenbündels 42 verbessert.
Wenn ein gleichmäßiger oder abgerundeter Übergang
zwischen der Austrittsapertur 28 und dem ersten und dem
zweiten Reflektor 34 und 38 vorgesehen ist, ist
es allgemein vorzuziehen, den gleichmäßigen und abgerundeten Übergang
mit einer diffundierenden reflektierenden Oberfläche zu versehen. Wie oben für die innere
reflektierende Oberfläche 26 des
Hohlreflektors 24 erläutert
wurde, könnte
eine derartige diffundierende reflektierende Oberfläche durch
ein Beschichten des gleichmäßigen oder
abgerundeten Übergangsbereichs
mit weißer
Farbe oder einem anderen stark reflektierenden Material bereitgestellt
werden.
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Während es
möglich
ist, die verschiedenen geometrischen Entwurfsparameter (z. B. Formen
und relative Positionen des ersten und des zweiten kollimierenden
Reflektors 34 und 38, sowie die Form und den Durchmesser
der Innenwand 50, die die innere reflektierende Oberfläche 26 definiert)
durch manuelle Verfahren herzuleiten, um einen bearbeitbaren Entwurf
in einer bestimmten Anwendung zu erzielen, wird es allgemein bevorzugt,
eines eines breiten Bereichs von Computerprogrammen einzusetzen,
um eine Entwicklung der bestimmten Parameter zu unterstützen, die
den erwünschten
Grad an Kollimierung des kollimierten Strahlenbündels 42 bereitstellen.
In dem hierin gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiel z. B. wurde
die geometrische Konfiguration des Beleuchtungssystems 10 mit
der Unterstützung
eines Computerprogramms optimiert, das als „Advanced System Analysis
Program" (ASAP), erhältlich bei
Breault Research Organization in Tucson, AZ, bekannt ist. Kurz wurde
dieses Programm verwendet, um verschiedenen Konfigurationen zu modellieren,
bis das kollimierte Strahlenbündel 42 im Wesentlichen
mit minimaler Divergenz für
die bestimmte Ausrichtung, Form und Zusammensetzung der eingesetzten
Reflektoren kollimiert war. Alternativ natürlich könnten auch andere Programme,
die nun verfügbar
sind oder unter Umständen
in Zukunft entwickelt werden, eingesetzt werden, um ein Erzielen einer
optimalen Konfiguration zu unterstützen.
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Das
Beleuchtungssystem 10 könnte
wie folgt betrieben werden, um eine verbesserte Beleuchtung der
Abtastregion 44 während
des Abtastvorgangs bereitzustellen. Als ein erster Schritt in dem
Verfahren würde
ein Benutzer (nicht gezeigt) die Scannervorrichtung 12 aufbauen
oder initialisieren, um die Abtastoperation durchzuführen, indem
die geeigneten Knöpfe
oder Schalter 43, 45 (1) betätigt werden,
die zu diesem Zweck auf der Scannervorrichtung 12 vorgesehen
sein könnten.
Natürlich
müsste der
Bedarf einer Durchführung
eines derartigen Initialisierungsvorgangs abhängig von den Betriebscharakteristika
der bestimmten Scannervorrich tung 12 unter Umständen durchgeführt werden
oder auch nicht. Ähnlich
könnten
die bestimmten Schritte, die zur Durchführung des Aufbaus oder der
Initialisierung erforderlich sind, abhängig von der bestimmten Scannervorrichtung
variieren. Folglich sollte die vorliegende Erfindung nicht als auf
eine Durchführung eines
derartigen Initialisierungsvorgangs und/oder die spezifischen Schritte,
die zur Durchführung
des Vorgangs erforderlich sind, eingeschränkt betrachtet werden. In jedem
Fall könnte,
sobald die Scannervorrichtung 12 bereit ist, um die Abtastoperation
durchzuführen,
der Benutzer das erwünschte
abzutastende Objekt 18 auf der transparenten Auflage 16 platzieren
und danach die Abtastoperation einleiten. Während der Abtastoperation wird
die Lichtquelle 30 (4) aktiviert,
um Licht zu erzeugen. Ein Großteil des
Lichts, das durch die Lichtquelle 30 erzeugt wird, fällt auf
die innere reflektierende Oberfläche 26 des Hohlreflektors 24 ein,
von wo es durch die diffundierende reflektierende Charakteristik
der inneren reflektierenden Oberfläche 26 reflektiert
und diffundiert wird. Danach gelangt das reflektierte diffundierte Licht
durch die Austrittsapertur 28 des Hohlreflektors 24.
Natürlich
gelangt ein Teil des durch die Lichtquelle 30 erzeugten
Lichts direkt durch die Austrittsapertur 28 und wird nicht
durch die innere reflektierende Oberfläche 26 des Hohlreflektors 24 reflektiert
und diffundiert.
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Ein
Großteil
des Lichts, das aus der Austrittsapertur 28 des Hohlreflektors 24 austritt,
wird durch den ersten Reflektor 34, den zweiten Reflektor 38 oder
beide reflektiert, abhängig
von dem Einfallswinkel, den das Licht mit den Reflektoren 34 und 38 bildet.
Da der erste und der zweite Reflektor 34 und 38 spiegelnde
reflektierende Oberflächen
aufweisen und da die Reflektoren 34 und 38 sorgfältig positioniert
und ausgerichtet sind, um zumindest teilweise das Licht, das durch
die Austrittsapertur 28 des Hohlreflektors 24 gelangt,
zu kollimieren, bilden der erste und der zweite Reflektor 34 und 38 das
kollimierte Strahlenbündel 42,
das die Abtastregion 44 auf dem gerade abge tasteten Objekt 18 beleuchtet.
Danach erfasst die Bilderzeugungsvorrichtung (nicht gezeigt), die
der Scannervorrichtung 12 zugeordnet ist, Bilddaten (nicht
gezeigt), die der Abtastlinie 54 entsprechen, die in der
beleuchteten Abtastregion 44 enthalten ist. Das gesamte
Objekt 18 könnte
durch ein Bewegen der Wagenanordnung 20 entlang des Verschiebungswegs 22 in
einer beliebigen eines breiten Bereichs von Weisen, die in der Technik
für derartige
Scannervorrichtungen gut bekannt sind, abgetastet werden.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
110 des Beleuchtungssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in 5 dargestellt und könnte zwei
Hohlreflektoren 124 und 124' aufweisen, die benachbart zueinander
positioniert sind. Dieses zweite Ausführungsbeispiel könnte verwendet
werden, um eine erhöhte
Beleuchtung der Abtastregion 144 auf einem Objekt 118,
das auf einer transparenten Auflage 116 bereitgestellt
ist, zu schaffen. Alternativ könnten
kleinere Lichtquellen (d. h. mit geringerer Leistung) verwendet
werden, um eine äquivalente
Beleuchtungsmenge wie das oben beschriebene erste Ausführungsbeispiel
10 bereitzustellen.
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Das
zweite Ausführungsbeispiel
110 könnte einen
einzelnen länglichen
Körper 148 aufweisen, der
wie erforderlich gestaltet oder geformt ist, um die verschiedenen
reflektierenden Oberflächen
bereitzustellen. Der Körper 148 könnte z.
B. mit einer ersten Innenwand 150, die einen ersten im
allgemeinen zylindrischen Hohlreflektor 124 definiert,
und einer zweiten Innenwand 150', die den zweiten Hohlreflektor 124' definiert,
versehen sein. Der Körper 148 definiert
außerdem
eine erste und eine zweite Austrittsapertur 128 und 128' für jeden
jeweiligen Hohlreflektor 124 und 124'. Bei dem hierin
gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiel
definiert der Körper 148 auch
einen ersten und einen zweiten Reflektor 134 und 138 für den ersten
Hohlreflektor 124, sowie einen ersten und einen zweiten
Reflektor 134' und 138' für den zweiten
Hohlreflektor 124'.
Der Körper 148 könnte mit
einer Öffnung 127,
die in demselben zwischen dem ersten und dem zweiten Hohlreflektor 124 und 124' positioniert
ist, versehen sein, um es zu ermöglichen,
dass ein Bilderzeugungssystem (nicht gezeigt) eine Abtastlinie 154 abbilden
kann, die innerhalb der beleuchteten Abtastregion 144 beinhaltet
ist. Jeder Hohlreflektor 124 und 124' könnte mit
einer entsprechenden Lichtquelle 130 und 130' versehen sein,
die bei dem hierin gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiel
eine erste bzw. zweite Fluoreszenzlampe 132 und 132' aufweisen könnte.
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Wie
dies für
das erste Ausführungsbeispiel der
Fall war, sind die geometrischen Konfigurationen der verschiedenen
Reflektoren und Elemente, die das zweite Ausführungsbeispiel 110 des Beleuchtungssystems
aufweist, so ausgewählt,
dass die teilweise kollimierten Strahlenbündel 142 und 142' geformt und
gerichtet sind, um die Abtastregion 144 zu beleuchten.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel 110
z. B. wurden die Formen und relativen Konfigurationen der verschiedenen
Reflektoren und Elemente mit der Unterstützung des oben für das erste
Ausführungsbeispiel
beschriebenen „Advanced
System Analysis Program" (ASAP)
optimiert. Das ASAP-Programm wurde verwendet, um verschiedene Konfigurationen
zu modellieren, bis die kollimierten Strahlenbündel 142 und 142' im Wesentlichen
mit minimaler Divergenz für
die bestimmte Ausrichtung, Form und Zusammensetzung der eingesetzten
Reflektoren kollimiert waren.