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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bildlesevorrichtung. Die vorliegende
Erfindung ist insbesondere bevorzugt beim Lesen einer Bildinformation,
wie zum Beispiel eines monochromen Bilds oder eines Farbbilds, durch
Verwenden eines Zeilensensors eines Bildscanners, eines Digital-Kopierers,
eines Faxgeräts
oder dergleichen, was ein kompaktes optisches Abbildungssystem,
das verschiedene, auf eine ausgeglichene Weise korrigierte Aberrationen
aufweist, mit hoher Auflösung
verwendet.
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Verwandter Stand der Technik
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Bis
jetzt war ein Flachbett-Bildscanner bekannt als eine Bildlesevorrichtung
(Bildscanner) zum Lesen einer Bildinformation auf einer Original-Oberfläche.
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Der
herkömmliche
Flachbett-Bildscanner hat die Bildinformation auf eine derartige
Weise gelesen, dass ein Abbildungsobjektiv und ein Zeilensensor
darin fixiert sind, um lediglich einen Reflexionsspiegel zu bewegen,
wobei die Originaloberfläche
einer Spaltbelichtungsabtastung unterworfen wird.
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Im
Gegensatz dazu wurde in den letzten Jahren ein optisches Abtastsystem
vom integralen Schlittentyp häufig
verwendet, welches einen Spiegel, ein Abbildungsobjektiv, einen
Zeilensensor und dergleichen integriert, um eine Vorrichtungsstruk tur
zu vereinfachen, und scannt bzw. tastet eine Originaloberfläche ab.
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15 ist
ein schematisches Schaubild, das einen Hauptteil einer herkömmlichen
Bildlesevorrichtung eines Abtastungssystem vom integralen Schlittentyp
zeigt. In der Figur beleuchtet ein von einer Beleuchtungslichtquelle
L eingestrahlter Lichtstrom unmittelbar ein auf einem Original-Tischglas
CG angeordnetes Original O, wobei ein optischer Weg des reflektierten
Lichtstroms von dem Original O innerhalb eines Schlittens bzw. Wagens
C über
einen ersten Reflexionsspiegel M1, einen zweiten Reflexionsspiegel
M2 und einen dritten Reflexionsspiegel M3 in dieser Reihenfolge
geknickt wird, und der Lichtstrom auf eine Oberfläche eines
Zeilensensors LS durch ein Abbildungsobjektiv (optisches Abbildungssystem) 4 abgebildet
wird. Danach wird der Schlitten bzw. Wagen C in einer Richtung eines
Pfeils A (Nebenabtastrichtung), welcher in 15 dargestellt ist,
durch einen Nebenabtast-Motor B bewegt, so dass die Bildinformation
des Originals O gelesen wird. Der Zeilensensor LS von 15 wird
gebildet, indem mehrere Lichtempfangselemente in einer eindimensionalen Richtung
(Hauptabtastrichtung) angeordnet werden.
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16 ist
eine erläuternde
Ansicht, welche eine grundlegende Struktur des optischen Bildlesesystems
von 15 zeigt.
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In
der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 4 ein optisches
Abbildungssystem; IR, IG und IB bezeichnen Zeilensensoren zum jeweiligen
Lesen der Bildinformation der Farben R (rot), G (grün), und
B (blau); und OR, OG und OB bezeichnen Lesebereiche auf einer Originaloberfläche, die
den Zeilensensoren IR, IG und IB jeweils entsprechen. Der Schlitten
C scannt die stationäre
Originaloberfläche
in der in 15 dargestellten Bildlesevorrichtung.
Hier ist das Scannen des Wagens bzw. Schlittens C äquivalent
zu einer Bewegung der Originaloberfläche O bezüglich des stationären Zeilensensors
LS und dem Abbildungsobjektiv 4, wie in 16 dargestellt
ist. Durch Scannen bzw. Abtasten der Originaloberfläche O kann
ein identischer Teil durch die Zeilensensoren der verschiedenen
Farben bei einem bestimmten Zeitintervall gelesen werden. Zu diesem
Zeitpunkt tritt, wie in 15 dargestellt
ist, in dem Fall, wo das Abbildungsobjektiv 4 aus einem
gewöhnlichen
Brechungssystem zusammengesetzt ist, eine axiale chromatische Aberration
und eine chromatische Aberration der Vergrößerung auf. Somit tritt eine
Defokussierung oder Positionsabweichung in Zeilenbildern, die auf
den Zeilensensoren IB und IR zu erzeugen sind, im Vergleich zu dem
Referenz-Zeilensensor IG auf. Demgemäß ist, wenn die jeweiligen
Farbbilder überlagert
werden, um ein abzutastendes Objekt zu reproduzieren, ein Farbbluten
oder eine Abweichung in einem resultierenden Bild deutlich sichtbar.
Das bedeutet, dass ein Problem entsteht, bei welchem Erfordernisse
im Hinblick auf die Güte
eines hohen Apertur-Verhältnisses
und einer hohen Auflösung
nicht erfüllt
werden können.
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Andererseits
wurde es kürzlich
klargestellt, dass es auch in einem dezentrierten optischen System möglich ist,
ein optisches System aufzustellen, in welchem Aberrationen in ausreichendem
Maße korrigiert werden,
indem das Konzept einer Bezugsachse eingeführt wird, um dessen konstituierende
Oberflächen asymmetrisch
und asphärisch
auszubilden. Beispielsweise ist ein Konstruktionsverfahren für ein derartiges
optisches System in der Druckschrift
JP 09-5650 A offenbart und Konstruktionsbeispiele
davon sind in den Druckschriften
JP 08-292371
A und
JP 08-292372
A offenbart. Ferner sind in den Druckschriften
US 6522475 B ,
US 5999311 B ,
US 6313942 B und
US 6459530 B optische
Vergrößerungssysteme
unter Verwendung des obigen optischen Systems offenbart.
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14 ist
eine Schnittansicht, welche teilweise einen Hauptteil eines optischen
Reflexionssystems zeigt, wie in der Druckschrift
JP 08-292371 A offenbart
ist. In
14 gelangt der reflektierte
Lichtstrom von dem Objekt durch eine Blende und tritt in ein optisches
Reflexionselement B1 ein. In dem optischen Reflexionselement B1
wird der Lichtstrom an einer Fläche
R1 gebrochen, von den Flächen
R2, R3, R4, R5 und R6 reflektiert und danach an einer Fläche R7 gebrochen
und von dem optischen Reflexionselement B1 emittiert. In dem optischen
Weg wird der Lichtstrom primär
auf einer Zwischenabbildungsoberfläche um die zweite Fläche abgebildet,
wobei eine Pupille um die fünfte
Fläche
R5 gebildet wird. Danach wird der von dem optischen Reflexionselement
B1 emittierte Lichtstrom schließlich
auf einer Bildaufnahmeoberfläche
abgebildet (Bildaufnahmeoberfläche
eines Bildaufnahmemediums wie zum Beispiel eines CCDs).
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In
der Struktur von 14 wird das optische Element,
welches mehrere darin integrierte gekrümmte Reflexionsflächen aufweist,
verwendet, wobei das gesamte optische Spiegelsystem verkleinert
wird. Zugleich sind die Reflexionsspiegel mit hoher Präzision ungeachtet
des optischen Spiegelsystems angeordnet.
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Ferner
ist die Blende ganz dicht an der Objektseite in dem optischen System
angeordnet und ein Zwischenbild wird zumindest einmal in dem optischen
System erzeugt. Demgemäß kann ohne
Rücksicht
auf das optische Element vom Reflexionstyp mit einem weiten Feldwinkel
ein effektiver Durchmesser des optischen Elements reduziert werden.
Die vielfachen Reflexions flächen,
welche das optische Element bilden, werden mit einer geeigneten
Brechkraft versehen und auf eine dezentrierende Weise angeordnet.
Folglich wird der optische Weg in dem optischen System zu einer
gewünschten
Form geknickt und die gesamte Länge
des optischen Systems in einer vorbestimmten Richtung kann verkürzt werden.
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Ein
derart dezentriertes optisches System wird als ein außeraxiales
optisches System bezeichnet. Das außeraxiale optische System umfaßt eine
außeraxiale
gekrümmte
Fläche
als eine gekrümmte
Fläche,
bei welcher, wenn die Achse, die sich entlang eines durch ein Bildzentrum
und ein Zentrum der Pupille durchgehenden Referenz-Lichtstrahlenbündels erstreckt,
als eine Bezugsachse angenommen wird, eine Oberflächennormale
der gekrümmten
Fläche
an einem Kreuzungspunkt mit der Bezugsachse nicht auf der Bezugsachse
ist. In dem außeraxialen
optischen System weist die Bezugsachse eine gefaltete Konfiguration
an jeder außeraxialen
gekrümmten
Fläche
auf. Mit dem außeraxialen
optischen System ist es, da dessen konstituierende Flächen im
allgemeinen dezentriert sind und eine Verdunkelung nicht einmal
auf der Reflexionsoberfläche
auftritt, einfach, ein optisches System unter Verwendung der Reflexionsfläche aufzustellen.
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Andererseits
wird, wenn die Reflexionsflächen
das optische System bilden, der Dezentrierungsfehler im allgemeinen
leicht auftreten. Somit sollte, falls die Reflexionsflächen verwendet
werden, um das optische System zu bilden, jede Reflexionsfläche mit
Präzision
aufrechterhalten werden. Ferner wird als ein anderes denkbares Problem
in dem Fall, wo der Krümmungsradius
der Reflexionsfläche
klein ist und die Krümmung groß ist, der
Dezentrierungsfehler wahrscheinlich auftreten. Ebenso wird, je größer der
Abstand zwischen den Flächen
nach der Reflexion ist, desto größer die
Positionsabweichung des Lichtstrahlenbündels aufgrund des Fehlers
der Flächenneigung.
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Eine
Bildlesevorrichtung wie ein digitales Kopiergerät ist schwierig durch das optische
System vom integralen Schlittentyp zu bilden, da eine hohe Auflösung und
eine Hochgeschwindigkeitsdurchführung
dafür benötigt werden.
Da ein in der Bildlesevorrichtung benötigtes Abbildungsobjektiv hell
sein sollte und eine hohe Auflösung
aufweisen sollte, ist es schwierig, einen Feldwinkel zu vergrößern, um
eine optische Performance bzw. Güte
sicherzustellen. Falls der Feldwinkel klein ist, wird ein derartiges
Problem verursacht, dass die resultierende optische Weglänge zunimmt.
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Ferner
wird in dem Fall, wo ein Farbbild gelesen wird, wenn die Auflösung des
Abbildungsobjektivs höher
wird, die optische Güte
mehr durch einen Unterschied der Abbildungspositionen für die jeweiligen
Farben wegen der chromatischen Aberration oder durch eine chromatische
Aberration wie ein Farbverlauf in einem Schirm beeinflußt. Demgemäß wird ein
optisches System benötigt,
welches das Auftreten der chromatischen Aberration reduziert.
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Die
herkömmliche
Bildlesevorrichtung, die in 15 und 16 dargestellt
ist, weist das in dem Oberbegriff von Anspruch 1 zusammengefaßte Merkmal
auf.
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Eine
Bildlesevorrichtung, welche die in dem Oberbegriff von Anspruch
1 zusammengefaßten
Merkmale aufweist, ist ebenso in der Druckschrift
JP 2000134413 offenbart. Das optische
Abbildungssystem dieser bekannten Bildlesevorrichtung ist ein gewöhnliches
Brechungssystem, d. h. ein Linsensystem, das lediglich aus brechenden
Flächen
zusammengesetzt ist. Diese herkömmliche
Lesevorrichtung ist mit den Problemen konfrontiert, welche bezüglich der
in
15 und
16 dargestellten
Bildlesevorrichtung diskutiert sind.
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Eine
Bildlesevorrichtung, welche die in dem Oberbegriff von Anspruch
1 zusammengefaßten
Merkmale aufweist, ist ebenso in der Druckschrift
US 6208474 B1 offenbart.
Das optische Abbildungssystem dieser bekannten Bildlesevorrichtung
ist ein optisches Brechungssystem, das aus einer Vielzahl von Brechungsflächen und
einer Beugungsfläche
zum Reduzieren von chromatischen Aberrationen zusammengesetzt ist.
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Die
Druckschrift
EP-A-0
790 513 offenbart eine Bildlesevorrichtung, welche ein
Bildaufnahmeelement und ein optisches Abbildungssystem aufweist.
Das optische Abbildungssystem der Ausführungsform gemäß den
40 bis
42 der
Druckschrift
EP-A-0
990 513 ist ein optisches Reflexionssystem, welches eine
Blende, eine erste Gruppe aus einer Vielzahl von außeraxialen
Reflexionsflächen,
die auf einer Objektoberflächenseite von
der Blende angeordnet sind, und eine zweite Gruppe aus einer Vielzahl
von außeraxialen
Reflexionsflächen,
die auf einer Bildoberflächenseite
von der Blende angeordnet sind, aufweist. Ein optischer Weg eines Lichtstrahlenbündels, das
entlang einer Bezugsachse durch ein Zentrum der Blende und ein Zentrum
des Bilds gelangt, welches durch die Abbildung erzielt wird, wird
von den außeraxialen
Reflexionsflächen
innerhalb einer Oberfläche
senkrecht zu der Längsseitenrichtung
eines Objektbereichs abgelenkt, um ein Kreuzen zumindest einmal
auf der Objektoberflächenseite
von der Blende durchzumachen. Die erste Gruppe von außeraxialen Reflexionsflächen wird
auf einem festen transparenten Körper
ausgebildet, auf welchem zusätzlich
zu den außeraxialen
Reflexionsflächen,
zwei Brechungsflächen
ausgebildet sind. Die zweite Gruppe von außeraxialen Reflexionsflächen ist
auf einem festen transparenten Körper
ausgebildet, auf welchem zusätzlich
zu den außeraxialen
Reflexionsflächen
zwei Brechungsflächen
ausgebildet sind. Das optische Abbildungssystem weist außerdem eine
negative Linse mit zwei brechenden Flächen auf. Diese herkömmliche
Bildlesevorrichtung ist im wesentlichen mit denselben Problemen
konfrontiert, wie sie oben bezüglich
des herkömmlichen
optischen Reflexionssystems, das in
14 dargestellt
ist, diskutiert sind.
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ZUSAMMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Bildlesevorrichtung
weiter zu entwickeln, welche die in dem Oberbegriff von Anspruch
1 zusammengefaßten
Merkmale aufweist, so dass sie kompakt ist und eine hohe Auflösung erreicht
und das Auftreten von chromatischen Aberrationen reduzieren kann.
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Erfindungsgemäß wird dieses
Ziel durch die in Anspruch 1 definierte Bildlesevorrichtung erreicht.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird in dem optischen Reflexionssystem durch Kreuzen des
optischen Wegs mit sich selbst das kompaktere optische Abbildungssystem
erzielt, das mit dem Dezentrierungsfehler fertig werden kann. Ferner
kann durch Kreuzen des optischen Wegs mit sich selbst auf der Objektoberflächenseite,
wie sie von der Blende gesehen wird, das noch kompaktere optische
Abbildungssystem erzielt werden. Demgemäß ist es möglich, eine Bildlesevorrichtung
mit einem optischen Abtastsystem vom integralen Schlittentyp bereitzustellen.
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Ferner
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung das optische Reflexionssystem, das aus Reflexionsflächen zusammengesetzt
ist, verwendet, was es möglich
macht, ein optisches Abbildungssystem frei von chromatischer Aberration
zu erzielen, mit welchem eine Bildlesevorrichtung, welche ein optisches
Abtastsystem vom integralen Schlittentyp aufweist, ohne weiteres
verwirklicht werden kann.
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Überdies
kann durch Einstellen des Produkts aus dem Brechungsvermögen jeder
Fläche
und dem Abstand zwischen den Flächen
auf weniger als einen vorbestimmten Wert ein optisches Reflexionssystem
erzielt werden, das kaum einen Dezentrierungsfehler und eine Positionsabweichung
verursacht.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Schnittansicht, welche einen Hauptteil einer Bildlesevorrichtung
in einer YZ-Oberfläche gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
ein schematisches Schaubild, welches eine Bildlesevorrichtung gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ist
ein laterales Aberrationsdiagramm eines optischen Abbildungssystems
der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 zeigt
eine Verzeichnung in dem optischen Abbildungssystem der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine Schnittansicht, welche einen Hauptteil einer Bildlesevorrichtung
in einer YZ-Oberfläche gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ist
ein schematisches Schaubild, welches eine Bildlesevorrichtung gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ist
ein laterales Aberrationsdiagramm eines optischen Abbildungssystems
der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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8 zeigt
eine Verzeichnung in dem optischen Abbildungssystem der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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9 ist
eine Schnittansicht, welche einen Hauptteil einer Bildlesevorrichtung
in einer YZ-Oberfläche gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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10 ist
ein schematisches Schaubild, welches eine Bildlesevorrichtung gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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11 ist
ein laterales Aberrationsdiagramm eines optischen Abbildungssystems
der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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12 zeigt
eine Verzeichnung in dem optischen Abbildungssystem der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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13 veranschaulicht
ein Koordinatensystem, das angepaßt ist, um Bauteil-Daten eines
optischen Abbildungssystems zu definieren;
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14 zeigt
einen optischen Abschnitt in einer YZ-Oberfläche eines herkömmlichen
optischen Reflexionssystems;
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15 ist
ein schematisches Schaubild, welches ein Anordnungsbeispiel einer
herkömmlichen
Bildlesevorrichtung zeigt; und
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16 ist
ein schematisches Schaubild, welches einen Hauptteil der in 15 dargestellten
herkömmlichen
Farb-Bildlesevorrichtung
veranschaulicht.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachstehend
wird eine Beschreibung abgegeben, wie verschiedene Komponenten eines
in jeder Ausführungsform
verwendeten optischen Abbildungssystems und von gemeinsamen Elementen über alle
Ausführungsformen
darzustellen sind. 13 veranschaulicht ein Koordinatensystem,
das angepaßt
ist, um Bauteil-Daten
des optischen Systems der Bildlesevorrichtung der vorliegenden Erfindung
zu definieren. 13 veranschaulicht nicht eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und dient dazu, das Koordinatensystem
und die Definitionen der Bauteil-Daten zu erläutern. In den Ausführungsformen
ist als eine i-te Fläche
eine Fläche
in einer i-ten Position definiert, wie sie entlang eines Lichtstrahlenbündels La1
gesehen wird, das sich von einer Objektseite zu einer Bildoberfläche erstreckt
(angezeigt durch die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie
von 13 und bezeichnet als ein Bezugsachsen-Lichtstrahlenbündel). In 13 bezeichnet
eine erste Fläche
R1 eine Blende; eine zweite Fläche
R2 bezeichnet eine Brechungsfläche,
die koaxial mit der ersten Fläche
ist; eine dritte Fläche
R3 bezeichnet eine Reflexionsfläche,
welche bezüglich
der zweiten Fläche R2
geneigt bzw. verkippt ist; eine vierte Fläche R4 und eine fünfte Fläche R5 bezeichnen
Reflexionsflächen, die
voneinander verschoben und nach vorne geneigt sind; und eine sechste
Fläche
R6 bezeichnet eine Brechungsfläche,
die bezüglich
der fünften
Fläche
R5 verschoben und geneigt ist. Die jeweiligen Flächen von der zweiten Fläche R2 bis
zu der sechsten Fläche
R6 sind auf einem optischen Element gebildet, das aus einem transparenten
Medium wie Glas oder Plastik gebildet ist.
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Dementsprechend
ist in der Struktur von 13 das
Medium von einer Objektoberfläche
(nicht dargestellt) zu der zweiten Fläche R2 Luft; ein Medium von
der zweiten Fläche
R2 zu der sechsten Fläche
R6 ist ein bestimmtes gemeinsames Medium; und ein Medium von der
sechsten Fläche
R6 zu einer nicht veranschaulichten siebten Fläche R7 (z. B. Bildoberfläche) ist
die Luft.
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Das
optische System der Bildlesevorrichtung der vorliegenden Erfindung
dient als ein außeraxiales bzw.
achsenfernes optisches System, so dass die jeweiligen Flächen, welche
das optische System bilden, keine gemeinsame optische Achse aufweisen.
Demgemäß wird in
den Ausführungsformen
ein absolutes Koordinatensystem aufgestellt, indem als der Ursprung
ein Zentrum eines effektiven Lichtstrahlenbündeldurchmessers der ersten
Fläche
verwendet wird. In den Ausführungsformen
wird das durch den Ursprung und ein Zentrum einer letzten Abbildungsoberfläche durchgehende
Lichtstrahlenbündel
als ein Bezugsachsen-Lichtstrahlenbündel definiert. Ein Weg des
Bezugsachsen-Lichtstrahlenbündels
ist definiert als eine Be zugsachse des optischen Systems. Ferner
ist in den Ausführungsformen
die Richtung, in welcher das Bezugsachsen-Lichtstrahlenbündel zu dem Zeitpunkt der Abbildung
läuft,
definiert als eine Richtung der Bezugsachse (Orientierung). Ebenso
sind die Flächen
in der Reihenfolge der Reflexion des Bezugsachsen-Lichtstrahlenbündels numeriert.
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Ferner
ist jede Achse in dem absoluten Koordinatensystem wie folgt definiert.
Anzumerken ist, das von all den geneigten Flächen, welche das optische System
in jeder Ausführungsform
bilden, im wesentlichen angenommen wird, dass sie in derselben Fläche verkippt
bzw. geneigt sind.
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- Z-Achse: Bezugsachse, welche durch den Ursprung durchgeht
und sich auf die zweite Fläche
R2 zu erstreckt,
- Y-Achse: gerade Linie, welche durch den Ursprung durchgeht und
die Z-Achse bei 90° in
der Gegenuhrzeigersinn-Richtung in der Neigungsoberfläche kreuzt
(Papieroberfläche
von 13),
- X-Achse: gerade Linie, welche durch den Ursprung durchgeht und
sich senkrecht zu jeweils der Z-Achse und der Y-Achse erstreckt
(gerade Linie, die senkrecht zu der Papieroberfläche von 13 verläuft).
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In
der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden die Bezugsachse, welche als ein
Bezug bzw. eine Referenz in dem optischen System verwendet wird,
und jede Achse in dem absoluten Koordinatensystem auf die zuvor
erwähnte
Weise eingestellt. Hier kann bei der Bestimmung, welche Achse als
ein Bezug bzw. eine Referenz in dem optischen System dient, irgendeine
geeignete Achse übernommen
werden, während
das optische Design, die Aberrationskontrolle oder die Darstellung der
Form von jeder Fläche,
welche das optische System bildet, berücksichtigt wird.
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Ebenso
kann, wenn die Oberflächenform
der i-ten Fläche,
welche das optische System bildet, dargestellt wird, das folgende
Verfahren die Oberflächenform
leichter bestimmen als das Verfahren zur Darstellung der Oberflächenform
in dem absoluten Koordinatensystem. Das bedeutet, dass ein lokales
Koordinatensystem aufgestellt wird, in dem der Ursprung als der
Schnittpunkt zwischen der Bezugsachse und der i-ten Fläche eingestellt
wird, um dabei die Oberflächenform
unter Verwendung des lokalen Koordinatensystems darzustellen.
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Demgemäß wird in
den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung die Oberflächenform der i-ten Fläche dargestellt
durch das lokale Koordinatensystem, das wie folgt definiert ist.
Wie oben beschrieben wurde, wird von all den geneigten bzw. verkippten
Flächen,
welche das optische System in den Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung bilden, im wesentlichen angenommen, dass sie in derselben
Oberfläche
geneigt sind. Folglich ist in den Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung der Ursprung des lokalen Koordinatensystems von jeder
Fläche
auf der YZ-Oberfläche
in 13.
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Zusätzlich wird
ein Neigungswinkel innerhalb der YZ-Oberfläche der i-ten Fläche dargestellt
durch einen Winkel θi
(Einheit: °)
mit einem Winkel in einer Gegenuhrzeigersinn-Richtung bezüglich der Z-Achse des absoluten
Koordinatensystems, der als ein positiver Winkel eingestellt ist.
Anzumerken ist, das in den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung keine dezentrierte Fläche in den XZ- und XY-Oberflächen verwendet wird.
Basierend auf dem obigen sind die jeweiligen Achsen der lokalen
Koordinaten (x, y, z) der i-ten Fläche definiert wie folgt.
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- z-Achse: gerade Linie, welche durch den Ursprung des lokalen
Koordinatensystems durchgeht und den Winkel θi in der Gegenuhrzeigersinn-Richtung
innerhalb der YZ-Oberfläche
bezüglich
der Z-Richtung des absoluten Koordinatensystems bildet,
- y-Achse: gerade Linie, welche durch den Ursprung des lokalen
Koordinatensystems durchgeht und einen Winkel von 90° in der Gegenuhrzeigersinn-Richtung
innerhalb der YZ-Oberfläche
bezüglich
der z-Richtung bildet,
- x-Achse: gerade Linie, welche durch den Ursprung des lokalen
Koordinatensystems durchgeht und sich senkrecht zu der YZ-Oberfläche erstreckt.
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Zusätzlich stellt
Di eine skalare Größe dar,
welche einem Intervall zwischen den Ursprüngen der lokalen Koordinatensysteme
einer i-ten Fläche
und einer (i + 1)-ten Fläche
entspricht, und Ndi und νdi
stellen jeweils einen Brechungsindex eines Mediums zwischen der
i-ten Fläche
und der (i + 1)-ten Fläche
und dessen Abbe-Zahl dar. In den Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung sind die Schnittansicht und numerische Daten des optischen
Systems auf der Basis der obigen Definitionen bereitgestellt.
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Anzumerken
ist, dass eine sphärische
Fläche
eine Form aufweist, welche durch den nachfolgenden Ausdruck dargestellt
wird:
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Ferner
umfaßt
das optische System von jeder Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung eine oder mehrere asphärische
Fläche(n)
mit einer rotationsasymmetrischen Form, typischerweise drei oder
mehr derartige Flächen.
Die Form von jeder asphärischen
Fläche
wird durch den folgenden Ausdruck dargestellt. z
= C02y2 + C20x2 + C03y3 + C21x2y
+ C04y4 + C22x2y2 +
C40y4 + C05y5 + C23x2y3 + C41x4y + C06y6 + C24x2y4 + C42x4y2 + C60x6
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Da
der oben-erwähnte
gekrümmte
Oberflächenausdruck
lediglich einen Term geradzahliger Ordnung hinsichtlich x aufweist,
weist eine durch den oben-erwähnten
gekrümmten
Oberflächenausdruck
bestimmte gekrümmte
Fläche
eine oberflächensymmetrische
Form mit der yz-Oberfläche
als einer symmetrischen Oberfläche
auf. Außerdem
nimmt in dem Fall, wo die folgenden Beziehungen erfüllt sind,
die yz-Oberfläche
eine Form ein, welche symmetrisch bezüglich der xz-Oberfläche ist. C03 = C21 =
t = 0
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Ferner
wird die rotationssymmetrische Form erzielt, vorausgesetzt, dass
die folgenden Beziehungen erfüllt
sind: C02 = C02 C04 =
C40 = C22/2 C06 = C60 =
C24/3 = C42/3
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Falls
die obigen Beziehungen nicht erfüllt
sind, nehmen die gekrümmten
Flächen
nicht die rotationssymmetrische Form ein.
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Anzumerken
ist, dass ein Durchmesser der Blende in dem optischen Weg als ein
Blendendurchmesser verwendet wird, der einen Einfluß auf die
Helligkeit des optischen Systems ausübt.
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Ferner
wird ein laterales Aberrationsdiagramm in einem optischen System
der Ausführungsformen vorgestellt.
Auf der Objektoberfläche
wird es vorausgesetzt, dass das Zentrum des Schirms als der Ursprung eingestellt
wird, und VS und HS stellen jeweils Objektoberflächengrößen in der vertikalen Richtung
(Y-Richtung) und in der horizontalen Richtung (X-Richtung) dar. Die Diagramme der 3, 7 und 11 zeigen die
laterale Aberration des Lichtstroms bei jeweiligen Feldwinkeln 1
bis 6 in Positionen (0, VS/2), (0, 0), (0, -VS/2), (HS/2, VS/2),
(HS/2, 0) und (HS/2, -VS/2). In dem lateralen Aberrationsdiagramm
bezeichnet die horizontale Achse eine Höhe, bei der das Licht in die
Pupille eintritt, und die vertikale Achse bezeichnet einen Aberrationsbetrag,
d. h. zwei Muster der Aberration in dem y-Teilabschnitt und dem
x-Teilabschnitt
auf einer Eintrittspupillenoberfläche. In den jeweiligen Ausführungsformen
sind, da die Flächen
im wesentlichen die oberflächensymmetrische
Form mit der yz-Oberfläche
einnehmen, die als die symmetrische Oberfläche eingestellt ist, Plus-
und Minus-Richtungen in der horizontalen Richtung dieselben ebenso
in dem lateralen Aberrationsdiagramm. Somit wird zur Vereinfachung
der Veranschaulichung das Aberrationsdiagramm im Hinblick auf die Minus-Richtung
teilweise weggelassen werden.
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(Erste Ausführungsform)
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1 ist
eine Schnittansicht eines Hauptteils einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, welche einen Fall zur Verwendung eines
optischen Reflexionssystems als ein optisches Abbildungssystem zeigt.
Ein optisches Reflexionssystem 1 bildet eine Bildinformation
auf einer Originaloberfläche
O auf einen Zeilensensor LS als Lesemittel ab. Der Zei lensensor
LS wandelt die abgebildete Bildinformation in ein elektrisches Signal
um.
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Der
Zeilensensor LS beinhaltet mehrere Pixel bzw. Bildelemente in der
Richtung (X-Richtung: Hauptabtastrichtung) senkrecht zu der Papieroberfläche (YZ-Oberfläche).
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Die
YZ-Oberfläche
entspricht dem Nebenabtast-Teilabschnitt, während die XZ-Oberfläche dem Hauptabtast-Teilabschnitt
entspricht. In 1 ist das optische Reflexionssystem 1 aus
vier Reflexionsflächen zusammengesetzt,
welche in der Reihenfolge der Reflexionsfläche R1, der Reflexionsfläche R2,
einer Blende R3, der Reflexionsfläche R4 und der Reflexionsfläche R5,
d. h. in der Reihenfolge des Einfalls des Lichtstrahlenbündels von
der Originaloberfläche
O angeordnet sind. Das optische Reflexionssystem 1 weist
eine Funktion zum Erzeugen eines Bilds der Originaloberfläche O auf
dem Zeilensensor LS auf. Ebenso beträgt die Länge des Zeilensensors LS in
der Hauptabtastrichtung 66.08 mm. Unter der Annahme, dass der Bildinformationsbereich
auf der Originaloberfläche
O eine Länge
A in dessen Längsseiten-(Longitudinal-)Richtung
(X-Richtung) und
eine Länge
B in dessen Kurzseiten-(breitseitige) Richtung (Y-Richtung) aufweist,
bildet das optische Reflexionssystem 1 auf dem Zeilensensor
LS die Bildinformation in dem Bereich ab, wobei 10 < A/B erfüllt wird. In
dieser Ausführungsform
beträgt
die Länge
A gleich 300 mm in der Hauptabtastrichtung (X-Richtung) und beträgt die Länge B gleich ±0.5 mm
in der Nebenabtastrichtung (Y-Richtung).
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Die
außeraxialen
bzw. achsenfernen Reflexionsflächen
R1, R2, R4 und R5 sind derart ausgebildet, dass der optische Weg
innerhalb des Teilabschnitts in der Y-Richtung gefaltet ist, welche
senkrecht zu der sich in der X-Richtung erstreckenden Linie ist,
in welcher die Sensoren des Zeilensensors LS angeordnet sind, d. h.
innerhalb des Nebenabtast-Teilabschnitts (YZ-Abschnitt). Mit dieser
Struktur kann der Abstand zwischen den Reflexionsoberflächen reduziert
werden, um das kompakte optische System zu erzielen, das geeignet
ist, mit dem Dezentrierungsfehler fertig zu werden.
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Ebenso
kann, falls eine Zwischenabbildungsoberfläche erzeugt wird, der effektive
Durchmesser der Reflexionsfläche
reduziert werden. Jedoch wird ein Relaissystem dafür benötigt, was
zu der vergrößerten optischen
Weglänge
führt.
Ferner wird, wenn das Brechungsvermögen von jeder Reflexionsfläche vergrößert wird,
um die optische Weglänge
zu reduzieren, der Dezentrierungsfehler leicht verursacht. Demgemäß wird in dieser
Ausführungsform
die Länge
in der Breitseitenrichtung der Objektoberfläche O klein ausgebildet, um
dabei den effektiven Durchmesser der Reflexionsfläche zu reduzieren,
so dass der Abstand zwischen den Flächen verkürzt werden kann, ohne die Zwischenabbildungsoberfläche zu erzeugen.
-
In
dieser Ausführungsform
wird die Anzahl von Reflexionsflächen
auf der Objektoberflächenseite,
wie sie von der Blende gesehen wird, dargestellt durch X und jene
auf der Abbildungsoberflächenseite
von der Blende wird dargestellt durch Y. Basierend auf der obigen
Annahme wird die Anzahl von Reflexionsflächen eingestellt, um den folgenden
Bedingungsausdruck zu erfüllen: 0.65 < X/Y < 1.6
-
Eine
derartige Einstellung ermöglicht
die Miniaturisierung des gesamten optischen Systems. Anzumerken
ist, dass in dieser Ausführungsform
n1 und n2 jeweils 2 entsprechen.
-
Nachstehend
werden die Bauteil-Daten
1 des in dieser Ausführungsform
verwendeten optischen Reflexionssystems dargestellt werden. (Bauteil-Daten
1)
| Blendendurchmesser | 7
mm | Abstand von
dem Original O bis zu der ersten Reflexionsfläche R1 215 mm |
| i | Yi | Zi | Si | Di | |
| 1 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 14.00 | Reflexionsfläche |
| 2 | 5.02 | -13.07 | -45.80 | 18.82 | Reflexionsfläche |
| 3 | -12.73 | -6.83 | -70.61 | 16.75 | Blende |
| 4 | -28.53 | -1.26 | -52.61 | 15.00 | Reflexionsfläche |
| 5 | -20.02 | -13.61 | -19.99 | 20.10 | Reflexionsfläche |
| 6 | -21.90 | 6.41 | -5.37 | | Bildfläche |
Asphärische Flächenform
| R 1 | C02=-1.25334e-003 | C20=-1.98983e-003 | |
| | C03=-4.39691e-006 | C21=3.17010e-005 | |
| | C04=-5.01914e-006 | C22=1.76226e-006 | C40=3.23561e-007 |
| | C05=-4.89294e-007 | C23=2.68543e-008 | C41=1.53626e-008 |
| | C06=1.33601e-008 | C24=-5.17634e-009 | C42=6.99521e-010 |
| | C60=-2.01886e-011 | | |
| | | | |
| R 2 | C02=2.04739e-003 | C20=1.68391e-003 | |
| | C03=-3.30589e-005 | C21=4.02265e-005 | |
| | C04=-5.56592e-006 | C22=1.29287e-006 | C40=1.06023e-007 |
| | C05=-5.32706e-007 | C23=-7.60191e-010 | C41=5.26814e-009 |
| | C06=6.66227e-009 | C24=-4.49951e-009 | C42=3.19119e-010 |
| | C60=-5.23085e-011 | | |
| | | | |
| R 4 | C02=-2.30632e-003 | C20=-2.66051e-003 | |
| | C03=-1.40655e-004 | C21=6.48334e-005 | |
| | C04=2.90983e-006 | C22=-2.94701e-006 | C40=-4.92370e-008 |
| | C05=-4.70846e-007 | C23=7.09367e-008 | C41=3.84821e-008 |
| | C06=1.25599e-008 | C24=2.69396e-008 | C42=6.58982e-010 |
| | C60=1.18370e-010 | | |
| | | | |
| R 5 | C02=2.59282e-003 | C20=3.56214e-003 | |
| | 003=-2.28368e-004 | 021=9.44606e-005 | |
| | 004=2.09096e-005 | C22=-8.90811e-007 | C40=-9.55955e-00 |
| | 005=1.46285e-006 | 023=-2.84382e-007 | C41=5.66988e-008 |
| | 006=5.47681e-008 | 024=5.57862e-009 | C42=-1.80141e-010 |
| | 060=3.16988e-011 | | |
| | | |
-
Wie
in 1 dargestellt ist, kreuzt der Abschnitt des optischen
Wegs, der sich von der Originaloberfläche O zu der Reflexionsfläche R1 erstreckt,
den Abschnitt des optischen Wegs, der sich von der Reflexionsfläche R2 zu
der Blende R3 erstreckt. Ferner kreuzt der Abschnitt des optischen
Wegs, der sich von der Blende R3 zu der Reflexionsfläche R4 erstreckt,
den Abschnitt des optischen Wegs, der sich von der Reflexionsfläche R5 zu
dem Zeilensensor LS erstreckt. Auf diese Weise kreuzt der Abschnitt
des optischen Wegs den jeweils anderen an mehreren Positionen, was
es möglich
macht, das in dem optischen Weg laufende Lichtstrahlenbündel davon
abzuhalten, von der vorbestimmten Fläche vorzustehen, während der
Winkel zwischen der Normalen der Reflexionsfläche und der Bezugsachse reduziert
wird. Je kleiner der Winkel zwischen der Normalen der Reflexionsfläche und
der Bezugsachse ist, desto leichter ist die Kontrolle der Aberration.
Somit kann die notwendige Anzahl von Reflexionsflächen klein
gehalten werden.
-
In 1 kreuzt
sich der optische Weg selbst und zwar einmal vor der Blende und
einmal hinter ihr, d. h. er kreuzt sich selbst zweimal insgesamt.
Jedoch ist die Häufigkeit,
wie oft sich der optische Weg selbst kreuzt, nicht darauf beschränkt.
-
Der
optische Weg kann sich selbst mehrfach vor der Blende und hinter
ihr kreuzen.
-
Wie
in der vorliegenden Erfindung tendiert, wenn das optische System
mit dem weiten Feldwinkel übernommen
wird, das opti sche System auf der Objektoberflächenseite, wie es von der Blende
gesehen wird, dazu, seine Baugröße zu vergrößern.
-
Demgemäß kann durch
Reduzieren der Anzahl von Reflexionsflächen auf der Objektoberflächenseite von
der Blende das gesamte optische System in effektiver Weise kompakt
ausgebildet werden. Folglich ist es bevorzugt, die Anzahl von Reflexionsflächen zu
reduzieren, indem die Abschnitte des optischen Wegs vor der Blende
gekreuzt werden.
-
Andererseits
sollte der Abstand zwischen den Flächen größer sein, um die Abschnitte
des optischen Wegs zu kreuzen. Wenn der Abstand zwischen den Reflexionsflächen größer wird,
nimmt die Positionsabweichung des Lichtstrahlenbündels aufgrund des Flächenneigungsfehlers
zu.
-
Ebenso
nimmt die involvierte Positionsabweichung mit einer Zunahme der
optischen Brechkraft der Fläche,
welche den Neigungsfehler aufweist, zu. Demgemäß wird das Produkt aus der
optischen Brechkraft von jeder Fläche und dem Abstand bis hinauf
zu der nachfolgenden Fläche
als ein Index verwendet. Danach wird der erzielte Wert auf einen
vorbestimmten Wert oder niedriger eingestellt, so dass das Auftreten
der Positionsabweichung des Lichtstrahlenbündels, was von dem Flächenneigungsfehler
herrührt,
unterdrückt
werden kann. Um genau zu sein, wird davon ausgegangen, dass ein
Lichtbrechungsvermögen
(Brechkraft) der Reflexionsfläche
innerhalb der senkrecht zu der Hauptabtastrichtung verlaufenden
Fläche
(Nebenabtast-Teilabschnitt)
dargestellt wird durch P (mm-1) und ein
Abstand von der Reflexionsfläche
zu der nachfolgenden optischen Fläche entlang der Bezugsachse
dargestellt wird durch S (mm). Das Produkt aus P und S, d. h. |P|S beträgt weniger
als 0.5. Falls |P|S gleich 0.5 oder mehr beträgt, verursacht sogar der geringfügige Flächenneigungsfehler
die große
Positionsabweichung des Lichtstrahlenbündels, wobei die Güte signifikant
verschlechtert wird. Somit muß,
um damit fertig zu werden, die Reflexionsfläche mit Präzision aufrechterhalten werden.
-
In
dieser Ausführungsform
ist der Wert von |P|S in jeder Fläche wie folgt.
R1: |P|S
= 0.00537004 × 14
= 0.075181
R2: |P|S = 0.00902189 × 35.5697 = 0.320906
R4:
|P|S = 0.00970005 × 14.9985
= 0.145486
(mit Ausnahme der Fläche R5, da keine optische Fläche der
Fläche
R5 nachfolgt)
-
2 ist
eine Schnittansicht, welche eine Ausführungsform zeigt, bei der das
in 1 dargestellte optische Reflexionssystem 1 verwendet
wird, um eine Bildlesevorrichtung zum Lesen eines farbigen oder
monochromen Bilds zu bilden. In dem Fall, wo die Bildlesevorrichtung
dieser Ausführungsform
verwendet wird, während
ein Farbbild als die Zielbildinformation eingesetzt wird, wird der
in 16 dargestellte Sensor LS verwendet. In 2 bezeichnet
das Bezugszeichen L eine Lichtquelle; CG bezeichnet ein Original-Tischglas;
M1, M2 und M3 bezeichnen einen ersten Reflexionsspiegel, einen zweiten
Reflexionsspiegel und einen dritten Reflexionsspiegel; 1 bezeichnet
das optische Reflexionssystem; LS bezeichnet den Zeilensensor, der
aus einem CCD oder dergleichen zusammengesetzt ist; und C bezeichnet
einen Schlitten bzw. Wagen bzw. (Gehäuse). Die Information des auf
dem Original-Tischglas CG angeordneten Originals O kann auf den
Zeilensensor LS über
die Spiegel M1 bis M3 durch das optische Reflexionssystem 1 abgebildet
werden, um die Bildinformation in einer Zeile auf dem Original O
zu lesen.
-
Um
die kompakte Original-Lesevorrichtung auszubilden, werden die optischen
Wege über
den ersten bis dritten Reflexionsspiegel M1 bis M3 zurückgefaltet.
Das optische Reflexionssystem 1 wird hauptsächlich aus
den Reflexionsflächen
gebildet, so dass eine geringe chromatische Aberration auftritt.
Somit kann die optische Brechkraft gesteigert werden, wobei der
weite Feldwinkel erzielt wird. Ebenso kann das gesamte optische
System kompakt ausgebildet werden und daher kann die Bildlesevorrichtung
des optischen Systems vom integralen Schlittentyp aus weniger optischen
Komponenten einschließlich
von drei ebenen Spiegeln und dem optischen Reflexionssystem 1 zusammengesetzt
werden. In dem optischen System vom integralen Schlittentyp wird
eine Oberfläche
des Originals O zweidimensional gelesen, indem das Original O und
der Wagen bzw. Schlitten C in einer senkrecht zu der Zeilenrichtung
(X-Richtung) des
Zeilensensors LS verlaufenden Richtung relativ bewegt wird, das
bedeutet, die Nebenabtastrichtung (Z-Richtung), um das Original O zu scannen.
-
3 zeigt
die laterale Aberration auf dem Zeilensensor LS und 4 zeigt
die Verzeichnung. Hier wird in 4, da das
Bild in der Nebenabtastrichtung extrem schmal ist, das Bild in einer
50-Vergrößerung bezüglich des
Maßstabs
des Bilds in der Hauptabtastrichtung dargestellt. Wie in 3 und 4 dargestellt ist,
kann trotz des weiten Feldwinkels die ausreichende Güte sichergestellt
werden.
-
In
dieser Ausführungsform
nehmen die rotationsasymmetrischen Reflexionsflächen eine symmetrische Form
bezüglich
der YZ-Oberfläche ein.
Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Ebenso
sind die Anzahl von Flächen
in dem optischen Reflexionssystem und deren Anordnung nicht auf
jene beschränkt,
welche in dieser Ausführungsform
spezifiziert sind.
-
(Zweite Ausführungsform)
-
5 ist
eine Schnittansicht eines Hauptteils einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform bildet ein optisches
Reflexionssystem 2 eine Bildinformation auf der Originaloberfläche O auf
den Zeilensensor LS ab. In 5 ist das
optische Reflexionssystem 2 aus vier Reflexionsflächen gebildet,
welche in der Reihenfolge der Reflexionsfläche R1, der Reflexionsfläche R2,
einer Blende R3, der Reflexionsfläche R4 und der Reflexionsfläche R5 angeordnet
sind, d. h. in der Reihenfolge des Einfalls des Lichtstrahlenbündels von
der Originaloberfläche
O. Das optische Reflexionssystem 2 weist eine Funktion
zur Erzeugung eines Bilds der Originaloberfläche O auf dem Zeilensensor
LS auf.
-
Die
Länge des
Zeilensensors LS in der Hauptabtastrichtung beträgt 66.08 mm. Eine Breite der
zu lesenden Bildinformation beträgt
300 mm in der Hauptabtastrichtung und ±0.5 mm in der Nebenabtastrichtung. Die
außeraxialen
Reflexionsflächen
R1, R2, R4 und R5 sind derart ausgebildet, dass der optische Weg
innerhalb des Teilabschnitts in der Y-Richtung gefaltet ist, welche
senkrecht zu der Linie verläuft,
die sich in der X-Richtung
erstreckt, in welcher die Sensoren des Zeilensensors LS angeordnet
sind, d. h. innerhalb des Nebenabtast-Teilabschnitts (YZ-Teilabschnitt). Mit
dieser Struktur kann der Abstand zwischen den Reflexionsflächen reduziert
werden, um das kompakte optische System zu erzielen, das fähig ist,
mit dem Dezentrierungsfehler fertig zu werden.
-
Ebenso
kann, falls eine Zwischenabbildungsoberfläche erzeugt wird, der effektive
Durchmesser der Reflexionsfläche
reduziert werden. Jedoch wird ein Relaissystem dafür benötigt, was
zu einer erhöhten
optischen Weglänge
führt.
Ferner wird, wenn die Brechkraft von jeder Reflexionsfläche vergrößert wird,
um die optische Weglänge
zu reduzieren, der Dezentrierungsfehler leicht verursacht. Demgemäß wird in
dieser Ausführungsform
die Länge
in der Breitseitenrichtung der Objektoberfläche O klein gemacht, um dabei
den effektiven Durchmesser der Reflexionsfläche zu reduzieren, so dass
der Abstand zwischen den Flächen
verkürzt werden
kann, ohne die Zwischenabbildungsoberfläche zu erzeugen.
-
Nachstehend
werden die Bauteil-Daten
2 des in dieser Ausführungsform
verwendeten optischen Reflexionssystems dargestellt. (Bauteil-Daten
2)
| Blendendurchmesser | 7 mm | Abstand von
dem Original O bis |
| zu der ersten
Reflexionsfläche
R1 215 mm |
| i | Yi | Zi | Si | Di | |
| 1 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 14.00 | Reflexionsfläche |
| 2 | 5.02 | -13.07 | -45.80 | 18.82 | Reflexionsfläche |
| 3 | -12.73 | -6.82 | -70.61 | 16.75 | Blende |
| 4 | -28.53 | -1.26 | -89.39 | 15.00 | Reflexionsfläche |
| 5 | -14.50 | 4.02 | -87.39 | 20.80 | Reflexionsfläche |
| 6 | -34.55 | 9.54 | -74.61 | | Bildfläche |
Asphärische Flächenform
| R 1 | C02=-1.18222e-003 | C20=-2.12177e-003 | |
| | C03=-1.84831e-005 | C21=3.66380e-005 | |
| | C04=-3.16841e-006 | C22=1.75714e-006 | C40=3.04588e-007 |
| | C05=-6.32615e-007 | C23=2.05370e-008 | C41=1.56058e-008 |
| | C06=1.24040e-008 | C24=-6.08244e-009 | C42=6.97817e-010 |
| | C60=-2.60879e-011 | | |
| | | | |
| R 2 | C02=2.12606e-003 | C20=1.27350e-003 | |
| | C03=-3.92792e-005 | C21=7.05616e-005 | |
| | C04=-7.19073e-007 | C22=6.42330e-007 | C40=1.01407e-007 |
| | C05=-7.25877e-007 | C23=9.55640e-009 | C41=7.91095e-009 |
| | C06=-4.25452e-009 | C24=-7.19969e-009 | C42=1.82292e-010 |
| | C60=-5.79126e-011 | | |
| | | | |
| R 4 | C02=-1.95847e-003 | C20=-3.29395e-003 | |
| | C03=-1.24925e-004 | C21=6.52364e-005 | |
| | C04=2.72284e-005 | C22=-4.03301e-006 | C40=-7.06163e-008 |
| | C05=-1.10588e-006 | C23=5.46330e-008 | C41=4.92119e-008 |
| | C06=-6.15869e-008 | C24=2.80469e-008 | C42=-2.92200e-009 |
| | C60=8.66998e-011 | | |
| | | | |
| R 5 | C02=2.88767e-003 | C20=2.99552e-003 | |
| | C03=-1.43964e-004 | C21=-2.44523e-005 | |
| | C04=7.99954e-005 | C22=-4.22371e-007 | C40=-8.77293e-007 |
| | C05=4.34388e-006 | C23=1.29905e-007 | C41=3.72629e-008 |
| | C06=-1.13398e-006 | C24=8.19662e-009 | C42=-1.99231e-009 |
| | C60=1.99340e-010 | | |
-
Wie
in 5 dargestellt ist, kreuzt der Abschnitt des optischen
Wegs, der sich von der Originaloberfläche O zu der Reflexionsfläche R1 erstreckt,
den Abschnitt des optischen Wegs, der sich von der Reflexionsfläche R2 zu
der Blende R3 erstreckt. Auf diese Weise kreuzen sich die Abschnitte
des optischen Wegs einander, was es möglich macht, das in dem optischen
Weg laufende Lichtstrahlenbündel
davon abzuhalten, von der vorbestimmten Fläche vorzustehen, während der
Winkel zwischen der Normalen der Reflexionsfläche und der Bezugsachse reduziert
wird. Je kleiner der Winkel zwischen der Normalen der Reflexionsfläche und
der Bezugsachse ist, desto leichter ist die Kontrolle der Aberration.
Somit kann die notwendige Anzahl von Reflexionsflächen klein
gehalten werden. Wie in der vorliegenden Erfindung tendiert, wenn
das op tische System mit dem weiten Feldwinkel übernommen wird, das optische
System auf der Objektoberflächenseite,
wie sie von der Blende gesehen wird, dazu, ihre Baugröße zu vergrößern. Demgemäß kann durch
Reduzieren der Anzahl von Reflexionsflächen auf der Objektoberflächenseite
von der Blende das gesamte optische System in effektiver Weise kompakt
ausgebildet werden. Folglich ist es bevorzugt, die Anzahl von Reflexionsflächen durch Kreuzen
des optischen Wegs mit sich selbst vor der Blende zu reduzieren.
-
Andererseits
sollte der Abstand zwischen den Flächen größer sein, um die Abschnitte
des optischen Wegs zu kreuzen. Wenn der Abstand zwischen den Reflexionsflächen größer wird,
nimmt die Positionsabweichung des Lichtstrahlenbündels aufgrund des Flächenneigungsfehlers
zu. Ebenso nimmt die involvierte Positionsabweichung mit einer Zunahme
der optischen Brechkraft der Fläche,
welche den Neigungsfehler aufweist, zu. Demgemäß wird das Produkt aus der
optischen Brechkraft von jeder Fläche und dem Abstand bis hinauf zu
der nachfolgenden Fläche
als ein Index verwendet. Danach wird der erzielte Wert auf einen
vorbestimmten Wert oder niedriger eingestellt, so dass das Auftreten
der Positionsabweichung des Lichtstrahlenbündels, was von dem Flächenneigungsfehler
herrührt,
unterdrückt
werden kann.
-
Um
genau zu sein, wird davon ausgegangen, dass ein Brechungsvermögen (Brechkraft)
der Reflexionsfläche
innerhalb der senkrecht zu der Hauptabtastrichtung verlaufenden
Fläche
(Nebenabtast-Teilabschnitt) dargestellt wird durch P (mm-1) und ein Abstand von der Reflexionsfläche zu der
nachfolgenden optischen Fläche
entlang der Bezugsachse dargestellt wird durch S (mm). Das Produkt
aus P und S, d. h. |P|S beträgt
weniger als 0.5. Falls |P|S gleich 0.5 oder mehr beträgt, verursacht sogar
der geringfügige
Oberflächenneigungsfehler
die große
Positionsabweichung des Lichtstrahlenbündels, wobei die Güte signifikant
verschlechtert wird. Somit muß,
um damit fertig zu werden, die Reflexionsfläche mit Präzision aufrechterhalten werden.
In dieser Ausführungsform
ist der Wert von |P|S in jeder Fläche wie folgt.
R1: |P|S
= 0.00506534 × 14
= 0.070915
R2: |P|S = 0.00936854 × 35.5697 = 0.333236
R4:
|P|S = 0.00833666 × 14.9985
= 0.125037
(mit Ausnahme der Fläche R5, da keine optische Fläche der
Fläche
R5 nachfolgt).
-
6 ist
eine Schnittansicht, welche eine Ausführungsform zeigt, bei der das
in 5 dargestellte optische Reflexionssystem 2 verwendet
wird, um eine Bildlesevorrichtung zum Lesen eines farbigen oder
monochromen Bilds auszubilden. In dem Fall, wo die Bildlesevorrichtung
dieser Ausführungsform
verwendet wird, während
ein Farbbild als die Zielbildinformation eingestellt wird, wird
der in 16 dargestellte Sensor LS verwendet.
In 6 bezeichnet das Bezugszeichen L eine Lichtquelle;
CG bezeichnet ein Original-Tischglas; M1, M2 und M3 bezeichnen einen
ersten Reflexionsspiegel, einen zweiten Reflexionsspiegel und einen
dritten Reflexionsspiegel; 2 bezeichnet das optische Reflexionssystem;
LS bezeichnet den Zeilensensor, der aus einem CCD oder dergleichen
zusammengesetzt ist; und C bezeichnet einen Schlitten bzw. Wagen
(Gehäuse).
Die Information des auf dem Original-Tischglas CG angeordneten Originals
O kann auf den Zeilensensor LS über die
Spiegel M1 bis M3 durch das optische Reflexionssystem 2 abgebildet
werden, um die Bildinformation in einer Zeile auf dem Original O
zu lesen.
-
Um
die kompakte Original-Lesevorrichtung auszubilden, werden die optischen
Wege über
den ersten bis dritten Reflexionsspiegel M1 bis M3 zurückgefaltet.
Das optische Reflexionssystem 2 ist hauptsächlich aus den
Reflexionsflächen
gebildet, so dass eine geringe chromatische Aberration auftritt.
Somit kann die optische Brechkraft vergrößert werden, wobei der weite
Feldwinkel erzielt wird. Ebenso kann das gesamte optische System
kompakt ausgebildet werden und daher kann die Bildlesevorrichtung
des optischen Systems vom integralen Schlittentyp aus weniger optischen
Komponenten einschließlich
von drei ebenen Spiegeln und dem optischen Reflexionssystem 2 zusammengesetzt
werden. In dem optischen System vom integralen Schlittentyp wird
eine Oberfläche
des Originals O zweidimensional gelesen, indem das Original O und
der Wagen C in einer senkrecht zu der Zeilenrichtung (X-Richtung)
des Zeilensensors LS verlaufenden Richtung relativ bewegt wird,
d. h., die Nebenabtastrichtung (Z-Richtung).
-
7 zeigt
die laterale Aberration auf dem Zeilensensor LS und 8 zeigt
die Verzeichnung. Hier wird in 8, da das
Bild in der Nebenabtastrichtung extrem schmal ist, das Bild in einer
50-Vergrößerung bezüglich des
Maßstabs
des Bilds in der Hauptabtastrichtung dargestellt. Wie in 7 und 8 dargestellt ist,
kann trotz des weiten Feldwinkels die ausreichende Güte bzw.
Performance sichergestellt werden.
-
In
dieser Ausführungsform
nehmen die rotationsasymmetrischen Reflexionsflächen eine symmetrische Form
bezüglich
der YZ-Oberfläche ein.
Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Ebenso
sind die Anzahl von Flächen
in dem optischen Reflexionssystem und deren Anordnung nicht auf
jene beschränkt,
welche in dieser Ausführungsform
spezifiziert sind.
-
(Dritte Ausführungsform)
-
9 ist
eine Schnittansicht eines Hauptteils einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform bildet ein optisches
Reflexionssystem 3 eine Bildinformation auf der Originaloberfläche O auf
den Zeilensensor LS ab. In 9 ist das
optische Reflexionssystem 3 aus fünf Reflexionsflächen zusammengesetzt,
welche in der Reihenfolge der Reflexionsfläche R1, der Reflexionsfläche R2,
der Reflexionsfläche
R3, einer Blende R4, der Reflexionsfläche R5 und der Reflexionsfläche R6 angeordnet
sind, d. h. in der Reihenfolge des Einfalls des Lichtstrahlenbündels von
der Originaloberfläche
O. Das optische Reflexionssystem 3 weist eine Funktion
zur Erzeugung eines Bilds der Originaloberfläche O auf dem Zeilensensor LS
auf.
-
Die
Länge des
Zeilensensors LS in der Hauptabtastrichtung beträgt 66.08 mm. Eine Breite der
zu lesenden Bildinformation beträgt
300 mm in der Hauptabtastrichtung und ±0.5 mm in der Nebenabtastrichtung.
-
Die
außeraxialen
Reflexionsflächen
R1, R2, R3, R5 und R6 sind derart ausgebildet, dass der optische Weg
innerhalb des Teilabschnitts in der Y-Richtung gefaltet ist, welche
senkrecht zu der Linie verläuft,
die sich in der X-Richtung erstreckt, in welcher die Sensoren des
Zeilensensors LS angeordnet sind, d. h. innerhalb des Nebenabtast-Teilabschnitts
(YZ-Teilabschnitt).
Mit dieser Struktur kann der Abstand zwischen den Reflexionsflächen reduziert
werden, um das kompakte optische System zu erzielen, das fähig ist,
mit dem Dezentrierungsfehler fertig zu werden.
-
Ebenso
kann, falls eine Zwischenabbildungsoberfläche erzeugt wird, der effektive
Durchmesser der Reflexionsfläche
reduziert werden. Jedoch wird ein Relaissystem dafür benötigt, was
zu einer erhöhten
optischen Weglänge
führt.
Ferner wird, wenn die Brechkraft von jeder Reflexionsfläche vergrößert wird,
um die optische Weglänge
zu reduzieren, der Dezentrierungsfehler leicht verursacht. Demgemäß wird in
dieser Ausführungsform
die Länge
in der Breitseitenrichtung der Objektoberfläche O klein gemacht, um dabei
den effektiven Durchmesser der Reflexionsfläche zu reduzieren, so dass
der Abstand zwischen den Flächen
verkürzt werden
kann, ohne die Zwischenabbildungsoberfläche zu erzeugen.
-
Nachstehend
werden die Bauteil-Daten
3 des in dieser Ausführungsform
verwendeten optischen Reflexionssystems dargestellt. (Bauteil-Daten
3)
| Blendendurchmesser | 6.8 mm | Abstand von
dem Original O bis |
| zu der ersten
Reflexionsfläche
R1 215 mm |
| i | Yi | Zi | Si | Di | |
| 1 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 12.00 | Reflexionsfläche |
| 2 | 4.10 | -11.28 | -46.00 | 15.00 | Reflexionsfläche |
| 3 | -10.16 | -6.64 | -86.00 | 18.00 | Reflexionsfläche |
| 4 | 7.56 | -3.52 | -80.00 | 12.00 | Blende |
| 5 | 19.38 | -1.43 | -60.00 | 13.00 | Reflexionsfläche |
| 6 | 11.03 | -11.39 | -25.38 | 20.91 | Reflexionsfläche |
| 7 | 14.93 | 9.16 | -10.76 | | Bildfläche |
Asphärische Flächenform
| R 1 | C02=-1.88417e-003 | C20=-8.64736e-004 | |
| | C03=-1.68970e-004 | C21=3.64497e-005 | |
| | C04=-2.65213e-006 | C22=3.58457e-008 | C40=2.49501e-007 |
| | C05=3.77754e-007 | C23=-3.39305e-008 | C41=1.44115e-009 |
| | C06=-1.79367e-008 | C24=-1.97853e-009 | C42=2.04104e-010 |
| | C60=-1.69261e-011 | | |
| | | | |
| R 2 | C02=1.12854e-003 | C20=1.53984e-003 | |
| | C03=-4.05868e-004 | C21=5.58777e-005 | |
| | C04=-6.15360e-006 | C22=-2.42979e-006 | C40=-3.29671e-008 |
| | C05=1.02726e-007 | C23=-1.59033e-008 | C41=-7.24116e-009 |
| | C06=-5.52127e-009 | C24=-8.42802e-009 | C42=1.23605e-009 |
| | C60=9.99068e-012 | | |
| | | | |
| R 3 | C02=-9.95180e-004 | C20=-1.44591e-003 | |
| | C03=-4.81939e-004 | C21=2.73366e-005 | |
| | C04=1.40151e-005 | C22=-4.88407e-006 | C40=9.22973e-008 |
| | C05=-1.36714e-006 | C23=1.48292e-007 | C41=-6.73044e-009 |
| | C06=3.60964e-008 | C24=-9.73048e-009 | C42=3.85337e-009 |
| | C60=2.99220e-011 | | |
| | | | |
| R 5 | C02=-3.88273e-003 | C20=3.08128e-003 | |
| | C03=-4.35467e-004 | C21=-7.97993e-006 | |
| | C04=3.44123e-005 | C22=4.45742e-007 | C40=-2.98434e-007 |
| | C05=-1.93773e-005 | C23=4.13135e-007 | C41=2.41491e-009 |
| | C06=-1.83147e-006 | C24=2.96403e-008 | C42=8.10757e-009 |
| | C60=1.34348e-010 | | |
| | | | |
| R 6 | C02=-9.62236e-003 | C20=-2.24882e-003 | |
| | C03=-1.78289e-004 | C21=-3.91825e-005 | |
| | C04=5.22975e-005 | C22=1.31639e-006 | C40=9.41754e-007 |
| | C05=-1.93745e-005 | C23=-4.63244e-007 | C41=1.27567e-008 |
| | C06=2.47750e-007 | C24=8.85850e-008 | C42=2.56188e-009 |
| | C60=-1.67003e-010 | | |
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Wie
in 9 dargestellt ist, kreuzt der Abschnitt des optischen
Wegs, der sich von der Originaloberfläche O zu der Reflexionsfläche R1 erstreckt,
den Abschnitt des optischen Wegs, der sich von der Reflexionsfläche R2 zu
der Reflexionsfläche
R3 erstreckt, kreuzt der Abschnitt des optischen Wegs, der sich
von der Originaloberfläche
O zu der Reflexionsfläche
R1 erstreckt, den Abschnitt des optischen Wegs, der sich von der Reflexionsfläche R3 zu
der Blende R4 erstreckt, und kreuzt der Abschnitt des optischen
Wegs, der sich von der Reflexionsfläche R1 zu der Reflexionsfläche R2 erstreckt,
den Abschnitt des optischen Wegs, der sich von der Reflexionsflä che R3 zu
der Blende R4 erstreckt, d. h. an drei Positionen. Auf diese Weise
kreuzen sich die Abschnitte des optischen Wegs einander an mehreren
Positionen, was es möglich
macht, das in dem optischen Weg laufende Lichtstrahlenbündel davon
abzuhalten, von der vorbestimmten Fläche vorzustehen, während der
Winkel zwischen der Normalen der Reflexionsfläche und der Bezugsachse reduziert
wird. Je kleiner der Winkel zwischen der Normalen der Reflexionsfläche und
der Bezugsachse ist, desto leichter ist die Kontrolle der Aberration.
Somit kann die notwendige Anzahl von Reflexionsflächen klein
gehalten werden. Wie in der vorliegenden Erfindung tendiert, wenn
das optische System mit dem weiten Feldwinkel übernommen wird, das optische
System auf der Objektoberflächenseite,
wie sie von der Blende gesehen wird, dazu, seine Baugröße zu vergrößern. Demgemäß kann durch
Reduzieren der Anzahl von Reflexionsflächen auf der Objektoberflächenseite
von der Blende das gesamte optische System in effektiver Weise kompakt
ausgebildet werden. Folglich ist es bevorzugt, die Anzahl von Reflexionsflächen zu
reduzieren, indem die Abschnitte des optischen Wegs vor der Blende
gekreuzt werden.
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Andererseits
sollte der Abstand zwischen den Flächen zum Kreuzen der Abschnitte
des optischen Wegs größer sein.
Wenn der Abstand zwischen den Reflexionsflächen größer wird, nimmt die Positionsabweichung
des Lichtstrahlenbündels
aufgrund des Flächenneigungsfehlers
zu. Ebenso nimmt die involvierte Positionsabweichung mit einer Zunahme
der optischen Brechkraft der Fläche,
welche den Neigungsfehler aufweist, zu. Demgemäß wird das Produkt aus der
optischen Brechkraft von jeder Fläche und dem Abstand bis hinauf zu
der nachfolgenden Fläche
als ein Index verwendet. Danach wird der erzielte Wert auf einen
vorbestimmten Wert oder niedriger eingestellt, so dass das Auftreten
der Positionsabweichung des Lichtstrahlenbün dels, was von dem Flächenneigungsfehler
herrührt,
unterdrückt
werden kann.
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Um
genau zu sein, wird davon ausgegangen, dass ein Brechungsvermögen (Brechkraft)
der Reflexionsfläche
innerhalb der senkrecht zu der Hauptabtastrichtung verlaufenden
Fläche
(Nebenabtast-Teilabschnitt) dargestellt wird durch P (mm-1) und ein Abstand von der Reflexionsfläche zu der
nachfolgenden optischen Fläche
entlang der Bezugsachse dargestellt wird durch S (mm). Das Produkt
aus P und S, d. h. |P|S beträgt
weniger als 0.5. Falls |P|S gleich 0.5 oder mehr beträgt, verursacht
sogar der geringfügige
Flächenneigungsfehler
die große
Positionsabweichung des Lichtstrahlenbündels, wobei die Güte bzw.
Performance signifikant verschlechtert wird. Somit muß, um damit
fertig zu werden, die Reflexionsfläche mit Präzision aufrechterhalten werden.
In dieser Ausführungsform
ist der Wert von |P|S in jeder Fläche wie folgt.
R1: |P|S
= 0.00802038 × 12
= 0.0962445
R2: |P|S = 0.00502248 × 15 = 0.0753372
R3: |P|S
= 0.00410259 × 30
= 0.123078
R5: |P|S = 0.0165277 × 13 = 0.21486
(mit Ausnahme
der Fläche
R6, da keine optische Fläche
der Fläche
R6 nachfolgt).
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10 ist
eine Schnittansicht, welche eine Ausführungsform zeigt, bei der das
in 9 dargestellte optische Reflexionssystem 3 verwendet
wird, um eine Bildlesevorrichtung zum Lesen eines farbigen oder
monochromen Bilds auszubilden. In dem Fall, wo die Bildlesevorrichtung
dieser Ausführungsform
verwendet wird, während
ein Farbbild als die Zielbildinformation eingestellt wird, wird
der in 16 dargestellte Sensor LS verwendet.
In 10 bezeichnet das Bezugszeichen L eine Lichtquelle;
CG bezeichnet ein Original-Tischglas; M1, M2 und M3 bezeichnen einen
ersten Reflexionsspiegel, einen zweiten Reflexionsspiegel und einen
dritten Reflexionsspiegel; 3 bezeichnet das optische Reflexionssystem;
LS bezeichnet den Zeilensensor, der aus einem CCD oder dergleichen
zusammengesetzt ist; und C bezeichnet einen Schlitten bzw. Wagen
(Gehäuse). Die
Information des auf dem Original-Tischglas CG angeordneten Originals
O kann auf den Zeilensensor LS über
die Spiegel M1 bis M3 durch das optische Reflexionssystem 3 abgebildet
werden, um die Bildinformation in einer Zeile auf dem Original O
zu lesen.
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Um
die kompakte Original-Lesevorrichtung auszubilden, werden die optischen
Wege über
den ersten bis dritten Reflexionsspiegel M1 bis M3 zurückgefaltet.
Das optische Reflexionssystem 3 ist hauptsächlich aus den
Reflexionsflächen
gebildet, so dass eine geringe chromatische Aberration auftritt.
Somit kann die optische Brechkraft vergrößert werden, wobei der weite
Feldwinkel erzielt wird. Ebenso kann das gesamte optische System
kompakt ausgebildet werden und daher kann die Bildlesevorrichtung
des optischen Systems vom integralen Schlittentyp aus weniger optischen
Komponenten einschließlich
von drei ebenen Spiegeln und dem optischen Reflexionssystem 3 zusammengesetzt
werden. In dem optischen System vom integralen Schlittentyp wird
eine Oberfläche
des Originals O zweidimensional gelesen, indem das Original O und
der Schlitten bzw. Wagen C in einer senkrecht zu der Zeilenrichtung
(X-Richtung) des
Zeilensensors LS verlaufenden Richtung relativ bewegt wird, d. h.,
die Nebenabtastrichtung.
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11 zeigt
die laterale Aberration auf dem Zeilensensor LS und 12 zeigt
die Verzeichnung. Hier wird in 12, da
das Bild in der Nebenabtastrichtung extrem schmal ist, das Bild
in einer 50-Vergrößerung bezüglich des
Maßstabs
des Bilds in der Hauptabtastrichtung dargestellt. Wie in 11 und 12 dargestellt ist,
kann trotz des weiten Feldwinkels die ausreichende Güte bzw.
Performance sichergestellt werden.
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In
dieser Ausführungsform
nehmen die rotationsasymmetrischen Reflexionsflächen eine symmetrische Form
bezüglich
der YZ-Oberfläche ein.
Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Ebenso
sind die Anzahl von Flächen
in dem optischen Reflexionssystem und deren Anordnung nicht auf
jene beschränkt,
welche in dieser Ausführungsform
spezifiziert sind.
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Anzumerken
ist, dass die Bildlesevorrichtung der vorliegenden Erfindung auf
ein Farbkopiergerät,
ein monochromes Kopiergerät
und einen Bildscanner anwendbar ist.
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Gemäß den oben
erwähnten
Ausführungsformen
ist in der Bildlesevorrichtung zum Lesen der farbigen oder monochromen
Bildinformation durch den Zeilensensor das optische Reflexionssystem
aus den optischen Abbildungselementen einschließlich der außeraxialen
Reflexionsflächen,
welche die verschiedenen Krümmungen
aufweisen, gebildet. Folglich kann das Bildlesen mit hoher Auflösung bzw.
Definition erzielt werden, die frei von dem Farbdrift in dem Fall
des Farbbilds ist. Zugleich kann mit der kompakten Struktur das
optische System vom integralen Schlittentyp verwirklicht werden.
