【誤訳訂正書】
【提出日】平成19年8月15日(2007.8.15)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】特許請求の範囲
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体平面を照射して、前記被写体平面の画像を画像平面に伝達するように構成された光学システムであり、
前記システムは、放射線源から放出された第一の放射線を前記被写体平面に向けて反射し、前記被写体平面からの第二の放射線を前記画像平面に向けて伝達する光学部品を備え、
前記光学部品は、前記第一の放射線を反射するように配置された反射表面部分と、前記第二の放射線を透過させるように構成された空間的に分離された透明表面部分と、を含むことを特徴とする光学システム。
【請求項２】
前記反射表面部分が、前記透明表面部分を囲む配置で設けられている請求項１記載の光学システム。
【請求項３】
前記光学部品は、前記透明表面部分が前記光学システム中で絞りとしての機能を有するように構成されている請求項１又は２記載の光学システム。
【請求項４】
前記透明表面部分が、前記光学システム中で開口絞りとしての機能を有する請求項３記載の光学システム。
【請求項５】
前記光学部品が、前記第一の放射線を前記光学システムの光軸と同心となるように反射して、前記被写体平面を照射する請求項１〜４のいずれかに記載の光学システム。
【請求項６】
前記透明表面部分が、前記放射線源からの前記第一の放射線を通さない配置で設けられている請求項１〜５のいずれかに記載の光学システム。
【請求項７】
前記透明表面部分は、前記放射線源からの前記第一の放射線の主方向に対して平行な平面上に位置している請求項６記載の光学システム。
【請求項８】
前記被写体平面が、前記システムの前記光軸に対して直角に配置されている請求光７記載の光学システム。
【請求項９】
前記透明表面部分が、前記光学システムの前記光軸と前記第一の放射線の前記主方向との交点を含む位置に設けられている請求項１〜８のいずれかに記載の光学システム。
【請求項１０】
前記反射表面部分が、谷線で交差して反射屋根部分を形成する二つの反射屋根面を含む請求項１〜９のいずれかに記載の光学システム。
【請求項１１】
前記透明表面部分が、前記谷線に沿って前記谷線の周りの前記反射屋根部分に形成される請求項１０記載の光学システム。
【請求項１２】
前記反射表面部分が、前記反射屋根部分の一部を形成するように棟で交差する二つの第二の反射屋根面を含み、
前記棟は、前記谷線と並んでおり、前記谷線から前記棟への変わり目が、前記透明表面部分を画定する請求項１０又は１１記載の光学システム。
【請求項１３】
前記二つの第二の反射屋根面が、４５〜１３５°の範囲の角度で交差する請求項１２記載の光学システム。
【請求項１４】
前記角度が直角である請求項１３記載の光学システム。
【請求項１５】
前記二つの屋根面が、４５〜１３５°の範囲の角度で交差する請求項１０〜１４のいずれかに記載の光学システム。
【請求項１６】
前記角度が直角である請求項１５記載の光学システム。
【請求項１７】
前記放射線源からの前記第一の放射線を受ける位置に設けられた光導体をさらに備える請求項１〜１６のいずれかに記載の光学システム。
【請求項１８】
前記反射表面部分からの前記第一の放射線を受ける位置に設けられた光導体をさらに備える請求項１〜１６のいずれかに記載の光学システム。
【請求項１９】
前記光導体は、断面形状が矩形である請求項１７又は１８記載の光学システム。
【請求項２０】
前記光学部品は、内部表面と空洞を画定する本体を備えており、
前記内部表面は、反射表面部分と透明表面部分を提供し、前記空洞は、前記本体を通る光学経路を提供する請求項１〜１９のいずれかに記載の光学システム。
【請求項２１】
前記光学部品がプリズムである請求項１〜１９のいずれかに記載の光学システム。
【請求項２２】
前記反射表面部分の少なくとも一部に、反射性材料がコーティングされている請求項１〜２１のいずれかに記載の光学システム。
【請求項２３】
前記反射表面部分が、前記第一の放射線と第二の放射線を全反射する請求項１〜２２のいずれかに記載の光学システム。
【請求項２４】
前記光学システムは、前記反射表面部分からの前記第一の放射線を受ける位置に設けられた屈折表面を含む請求項１〜２３のいずれかに記載の光学システム。
【請求項２５】
前記屈折表面は、前記システムの光軸に対して傾斜しており、前記第一の放射線が前記透明表面部分中に逆反射するのを防止する請求項２４記載の光学システム。
【請求項２６】
前記透明表面部分は、前記被写体平面からの前記第二の放射線を集める屈折表面を含む請求項１〜２５のいずれかに記載の光学システム。
【請求項２７】
前記放射線源が、前記画像平面と同じ面上に配置されている請求項１〜２６のいずれかに記載の光学システム。
【請求項２８】
前記光学システムは、前記放射線源と前記画像平面内に配置される二次元放射線検出器とが取り付けられた印刷回路基板に光学的に接続されている請求項２７記載の光学システム。
【請求項２９】
前記光軸が、前記被写体平面から前記画像平面に至る前記第二の放射線の進行経路によって画定される請求項５、８、９または２５のいずれかに記載の光学システム。
【請求項３０】
放射線放出手段と、前記放射線放出手段から入射する第一の放射線を被写体平面に方向付けし、前記被写体平面からの第二の放射線の画像を画像平面に伝達する光学部品と、を備えた光学システムにおいて、
前記光学システムが、前記放射線源から入射する前記第一の放射線を前記被写体平面に向けて反射する手段と、前記被写体平面からの第二の放射線を前記画像平面に向けて伝達する手段とを含み、
前記伝達する手段が、前記反射する手段から空間的に分離されていることを特徴とする光学システム。
【請求項３１】
放射線源から入射する第一の放射線を光学システム中の被写体平面に反射する反射表面部分を備えた光学部品であり、
前記反射表面部分から空間的に分離されており、前記被写体平面からの第二の放射線を前記光学システムの画像平面に伝達する透明表面部分を備えたことを特徴とする光学部品。
【請求項３２】
前記反射表面部分が、前記透明表面部分を囲む配置で設けられている請求項３１記載の光学部品。
【請求項３３】
前記透明表面部分が前記光学システム中で絞りとしての機能を有する請求項３１又は３２記載の光学部品。
【請求項３４】
前記透明表面部分が、入射された前記第一の放射線を通さない配置で設けられている請求項３１〜３３のいずれかに記載の光学部品。
【請求項３５】
前記反射表面部分の少なくとも一部に、反射性材料がコーティングされている請求項３１〜３４のいずれかに記載の光学部品。
【請求項３６】
前記放射線源からの前記第一の放射線を受ける位置に設けられた光導体をさらに備える請求項３１〜３５のいずれかに記載の光学部品。
【請求項３７】
前記反射表面部分からの前記第一の放射線を受ける位置に設けられた光導体をさらに備える請求項３１〜３５のいずれかに記載の光学部品。
【請求項３８】
前記光学部品がプリズムである請求項３１〜３７のいずれかに記載の光学部品。
【請求項３９】
前記光学部品は、内部表面と空洞を画定する本体を備えており、
前記内部表面は、反射表面部分と透明表面部分を提供し、前記空洞は、前記本体を通る光学経路を提供する請求項３１〜３７のいずれかに記載の光学部品。
【請求項４０】
放射線源から入射する第一の放射線を光学システム中の被写体平面に反射する手段と、前記被写体平面からの第二の放射線を前記光学システム中の画像平面に向けて伝達する手段と、を備えた光学部品において、
前記伝達する手段が前記反射する手段から空間的に分離されていることを特徴とする光学部品。
【請求項４１】
開口前面と、前記開口前面から背部壁部分へ延びる内部周辺壁部分によって画定される前部空洞と、前記背部壁部分に隣接した前記周辺壁部分中の入口開口部と、を含む本体を備える光学部品であり、
前記背部壁部分が、透明表面部分を内部に持つ反射表面部分を含み、
前記入口開口部を通って前記前部空洞に入る第一の放射線が、前記反射表面部分で反射されて前記開口前面に向かい、前記開口前面から前記前部空洞に入る第二の放射線が、前記透明表面部分を通って画像平面に伝達されることを特徴とする光学部品。
【請求項４２】
前記反射表面部分は、前記入口開口部と前記開口前面とから見える配置で設けられ、
前記透明表面部分は、前記開口前面から見えて前記入口開口部から隠れる配置で設けられる請求項４１記載の光学部品。
【請求項４３】
前記内部周辺壁部分が延びて、前記第一の放射線を反射し、
前記前部空洞が、前記第一の放射線を前記開口前面に誘導する請求項４１又は４２記載の光学部品。
【請求項４４】
前記入口開口部が、放射線源を少なくとも部分的に収容するように構成されている請求項４１〜４３のいずれかに記載の光学部品。
【請求項４５】
前記透明表面部分と並んで配置される屈折表面を含む請求項４１〜４４のいずれかに記載の光学部品。
【請求項４６】
前記本体は、前記前部空洞からの前記第二の放射線のための入り口が備えられた前部壁部分と、前記第二の放射線を反射する後部壁部分と、前記前部壁部分と前記後部壁部分の間を延びる周辺壁部分と、によって画定される背部空洞をさらに含み、
前記第二の放射線のための出口は、前記後部壁部分に隣接する前記周辺壁部分に備えられ、
前記後部壁部分が、前記第二の放射線を前記出口に向けて反射するように傾斜している請求項４１〜４５のいずれかに記載の光学部品。
【請求項４７】
前記出口が、画像センサーを収容するための凹部を含む請求項４６記載の光学部品。
【請求項４８】
前記背部空洞の前記周辺壁部分が、前記第二の放射線を反射しない請求項４６又は４７記載の光学部品。
【請求項４９】
前記放射線源と前記画像センサーとを有する印刷回路基板が取り付けられ、
前記放射線源および前記画像センサーが、前記前部空洞の前記入口開口部および前記背部空洞の前記出口とそれぞれ並んで配置されている請求項４７に記載の光学部品。
【請求項５０】
前記透明表面部分は、前記背部空洞の前記入り口まで延びている中空の通路に対して開口している穴を含む請求項４６〜４９のいずれかに記載の光学部品。
【請求項５１】
放射線経路が、前記透明表面部分と前記背部空洞の前記入り口との間で、前記第二の放射線に対して透明な材料で作られている請求項４６〜４９のいずれかに記載の光学部品。
【請求項５２】
前記本体が、前記第二の放射線に対して透明な材料で作られている請求項４６〜５１のいずれかに記載の光学部品。
【請求項５３】
前記前部壁部分が、前記入り口と並んでおり、前記被写体平面からの前記第二の放射線を集める屈折表面を含む請求項４６〜５２のいずれかに記載の光学部品。
【請求項５４】
請求項１〜３０のいずれかの光学システム又は請求項３１〜５３の光学部品を備えたことを特徴とする被写体の画像を記録する手持ち式ユーザユニット。
【請求項５５】
被写体平面を照射して、その画像を得る方法であり、
前記方法は、
放射線源を起動して、放射線を発生することと、
前記発生された放射線の少なくとも一部を静止した反射表面部分で受けて、前記被写体平面に向けてそれを再方向付けすることと、
前記被写体平面からの第二の放射線を集めて、画像平面上で画像を形成することと、
を含み、
前記第二の放射線が、前記反射表面部分に物理的に接続され前記反射表面部分から空間的に分離されている透明表面部分を介して、集められることを特徴とする方法。
【誤訳訂正２】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】被写体を照明して撮像する光学システム、光学部品及びユーザーユニット
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体平面を照明し、この被写体平面の画像を画像平面に送信するように構成された光学システムに関する。本発明はまた、このようなシステムの光学部品と、手持ち式ユーザユニットと、被写体平面を照明して、その画像を得る方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のタイプの光学システムは、多くのデバイス、たとえば、撮像機能を持つ手持ち式デバイス、手持ち式スキャナや光学ペンなどで用いられている。このようなデバイス中では、内蔵されるこれらの光学システムや光学部品をできる限りコンパクトに作って、全体サイズを小さく保つことが重要である。光学ペン中で用いられる光学システムの場合、関連する被写体は通常、１センチメートル未満の範囲であり、撮像オプティクスによって形成される画像は通常、数平方ミリメートルの表面内にある。このような光学ペンが、ＷＯ０１／７１６５４に開示されている。もちろん、他のタイプのデバイスに対しては、これ以外の大きさが用いられてもよい。
【０００３】
光学システムは一般に、撮像オプティクスと、放射線源と、放射線センサーとを含んでいる。生産上の理由により、光学システムに含まれる部品は、できる限り簡単かつ頑丈で空間効率的に取り付けられることが重要である。手持ち式デバイス中では、撮像オプティクス及びセンサーを、放射線源と並べて取り付けるのが一般的であり、この結果、照射経路と撮像経路とが互いに分離される。しかしながら、このように取り付けるには、手持ち式デバイス中に大きい空間を必要とする。
【０００４】
手持ち式デバイス中の光学システムに対する一般的な要件は、これらの光学システムが、距離が異なっても被写体を適切に撮像することが可能でなければならないことである。これは、このシステムが、十分な被写界深度を有するべきであることを意味するが、こうするには、このシステムのＦナンバーが高く、したがって、開口絞りが比較的小さいことが必要である。このようなシステムでは、比較的少ない放射線しか、照射された被写体平面から画像平面に到達することができない。したがって、この被写体平面は、高い強度を持つ照明用放射線で露光しなければならない。
【０００５】
さらに、照明経路と撮像経路とが別々になっている光学システムにおいては、被写体平面上の照明されるエリアと撮像されるエリアは、被写体距離が所与の値（公称値）の場合に一致させることができるだけである。この被写界深度内部のさまざまな被写体距離に対応する必要があるかぎり、この被写体距離で撮像される予定の被写体平面エリアよりかなり大きい被写体平面エリアを照明する必要がある。したがって、放射線源からの放射線は非効率的に用いられ、これがさらに、強力な放射線源に対する必要性を際立たせる。
【０００６】
このような強力な放射線源にはいくつかの欠点、たとえば、高価であるとか、耐久性が低いとか、電力を消費しすぎるとか、かさばるとかの欠点があるかもしれない。
【０００７】
上記の問題はまた、照明経路と撮像経路とが部分的にオーバラップする光学システムにおいても存在するかもしれない。ＷＯ００／７２２８７に、このような光学システムを持つ光学ペンが開示されているが、このシステムでは、ビームスプリッタが、放射線源からの放射線を被写体平面に向けて反射して、この被写体平面からの逆反射された放射線を、照明されている被写体平面の画像をセンサー上に形成する撮像オプティクスに対して送信するように構成されている。このようなシステムによっては、利用可能な放射線が非効率的に用いられることになるが、それはビームスプリッタになんらかの干渉があると、放射線がかなり失われる結果となるからである。一般的に、放射線源からの入射放射線の５０％は、被写体平面に向けて反射されるのではなく、ビームスプリッタによって送信され、また、一般的に、逆反射された放射線はその５０％が、センサーに送信されるのではなく、ビームスプリッタによって反射される。さらに、たぶん強力な放射線源からの入射放射線をこのように送信すれば、かなりのバックグラウンド放射線が発生しやすくなり、センサー上に画像信号を形成する送信済みの逆反射された放射線と干渉する。くわえて、ビームスプリッタは、高価なものとなり兼ねない部品であり、それが制御された表面と送信特性とを有しなければならない場合に特に当てはまる。
【０００８】
類似の光学装置が、ＧＢ−Ａ−２１６６８３１に開示されている。
【０００９】
先行技術にはまた、ＵＳ−Ａ−６１１４７１２があるが、これには、照明経路と撮像経路とが部分的にオーバラップする光学システムのさらに別の形態を持つ手持ち式スキャナが開示されている。
【特許文献１】  国際公開第００／７２２８７号パンフレット
【特許文献２】  英国特許第２１６６８３１号明細書
【特許文献３】  米国特許第６１１４７１２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の一つの目的は、光学システムに含まれる部品を、簡単かつ頑丈で空間効率的に取り付けることを可能とし、また、本システム中の放射線源からの放射線をより効率的に利用することを可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、この目的は、クレーム１又は３０による光学システムと、クレーム３１、４０及び４１による光学部品と、クレーム５４による手持ち式ユーザユニットと、クレーム５５による方法とによって完全に又は少なくとも部分的に達成される。本発明の好ましい実施形態は、独立クレームで定義されている。
【００１２】
本発明の一つの態様によれば、被写体パネルを照射して、被写体平面の画像を画像平面に送信するように構成された光学システムに関連するが、前記システムは、放射線源によって放出される第一の放射線を被写体平面に向けて反射し、また同時に、被写体平面からの第二の放射線を画像平面に向けて送信する光学部品を備えており、ここで、この光学部品は、第一の放射線を反射するように構成された反射表面部分と、第二の放射線を送信するように構成され空間的に分離された透明表面部分とを備えている。
【００１３】
このような光学システムでは、照明経路と撮像経路とが部分的にオーバラップするようになっており、したがって、光学システムをコンパクトにすることが可能である。このようなシステムでは、上述したように、被写界深度内にあるすべての被写体距離に対して、被写体平面上で照明されるエリアと撮像されるエリアとを一致させることが可能である。言い換えれば、この光学システムは、この光学システムの光軸と実質的に同心となるように第一の放射線を反射して、被写体平面を照射するように構成することが可能であり、この光軸は、被写体平面から画像平面にいたる第二の放射線の進行経路によって画定される。
【００１４】
さらに、この光学システムによって、利用可能な放射線を効率的に使用できるが、これは、放射線源からの第一の放射線の反射を、被写体平面からの第二の放射線の送信とは別々に実行されるということである。したがって、反射表面部分を第一の放射線が反射されるように最適化することが可能であり、一方、透明表面部分を第二の放射線が送信されるように最適化することが可能である。したがって、本発明による光学システムは、より強力でない放射線源の使用を可能とすることによって製造コストを削減する及び／又は画像表面上でより強い画像信号を発生する可能性を有している。
【００１５】
また、反射表面部分と透明表面部分とを空間的に分離することによって、画像表面に達するバックグラウンド放射線の量を最小化してもよい。これも、反射表面部分と透明表面部分とを別々に最適化できるからである。この理由によって、反射表面部分は、第一の放射線と第二の放射線とに対して実質的に全反射するのが適当である。
【００１６】
この光学システムはまた、反射表面部分と透明表面部分とを同一の光学部品中に組み込むことによって、簡単で頑丈なものとすることが可能である。
【００１７】
この反射表面部分は、この透明表面部分を包囲するような関係となるように配置されてもよい。このような実施形態では、反射表面部分は、透明表面部分の範囲を画定してもよい。
【００１８】
この光学部品は、透明表面部分が光学システム中の絞りとして働くように構成されてもよい。これによって、このシステム中の別々の部品の数が減少する。これによってまた、光学システムの許容誤差が小さくなる。たとえば、光学ペンは、いくつかの小さいもしくは微小な光学エレメントを持つコンパクトな光学システムを有してもよい。このようなエレメントを要求される精度で製造して取り付けるのが困難である。絞りを光学システムに組み込むことによって、絞りの製造と組み込みが容易なものとなる。これは、システムの被写界深度を決定する開口絞りについて特に当てはまるが、それは、このような絞りは、たとえば光学ペン中では、０．５〜１．０ミリメートル台の直径を有するからである。
【００１９】
さらに、透明表面部分は、放射線源からの第一の放射線を通さないように配置して、画像平面に達する第一の放射線の分量を最小化するように配置することが可能である。これは、透明表面部分を、放射線源からの第一の放射線の主方向に対して実質的に平行である平面上に位置付けすることによって達成されてもよい。透明表面部分をこのように配置すると、たとえば成形や研磨の段階などでは、製造という点で便利である。さらに、透明表面部分の平面は、システムの光軸に対して実質的に直交する配置にしてもよい。
【００２０】
また、透明表面部分をシステムの光軸と第一の放射線の主方向との交点を含むように配置すると利点がある。
【００２１】
一つの実施形態では、光学部品の反射表面部分は、二つの反射屋根面を含んでもよい。これらの面は交差して谷線となって、これで、反射屋根部分を形成する。透明表面部分は、この反射屋根部分中に、谷線に沿ってこの周辺に形成されてもよい。
【００２２】
反射表面部分はさらに、第二の二つの反射屋根面を含んでもよい。この二つの面は棟で交差して、反射屋根部分の一部を形成するが、この棟は、谷線と実質的に合わされ、谷線から棟への変わり目が、透明表面部分を画定している。このような実施形態では、実質的にすべての入射する第一の放射線を、被写体平面に向けて反射させることが可能であり、入射する第一の放射線のビーム形状に対する影響は極めて限られたものとなる。
【００２３】
一つの実施形態では、光学システムは光導体を備えていてもよい。これは、光学部品の一部として組み込んでもよい。このような光導体は、放射線源からの第一の放射線を集めて、これで、放射線源を光学システムの機能を損なうことなく反射表面部分から大きな距離をおいて配置することが可能となるように配置してもよい。この光導体は、入射する第一の放射線のビーム形状を制御して修正するさらなる機能を有してもよい。
【００２４】
こうする代わりに又はこれに加えて、光学システムはある光導体を備えてもよい。これは、反射表面部分からの第一の放射線を受けるように配置されている。このような光導体は、光学部品の一部として組み込まれてもよい。この光導体を組み込むとその結果、被写体を反射表面部分に対して位置付けする際の自由度が増す。この光導体はさらに、この光導体に入射する第一の放射線のビームスプリッタの制御下修正を達成するために用いられてもよい。
【００２５】
一つの実施形態では、光学部品はシェルの形状をしている。このような構成によって、反射表面部分から被写体平面にいたる放射線経路上の屈折率のあらゆる段階的変化を除去することによって、透明表面部分中に第一の放射線が自由に逆反射するのが抑制される。もう一つの利点は、光学システムの重量が減ることである。
【００２６】
このシェル状の光学部品は、反射性材料でコーティングされた又はこの中で製造されるのが適切である。このような部品は、反射表面部分上に堆積されているいかなるほこりや粒子に対しても比較的感知性がない。
【００２７】
別の実施形態では、光学部品はプリズムである。ここで、反射表面部分は、入射する第一と第二の放射線をすべて内部で反射させるように互いに対して配置されている反射表面によって形成されてもよい。こうする代わりに又はこれに加えて、反射表面部分の少なくとも一部を反射性材料でコーティングしてもよい。
【００２８】
このプリズムは製造するのが簡単であってよい。それは、反射表面部分同士間の所与の関係を得るためには、ほんのいくつかの製造ステップしか必要とされないからである。製造はまた、このプリズムは反射性材料でコーティングする必要がないという事実によっても簡略化されてもよい。プリズムはまた、比較的頑丈である。他の実施形態では、プリズムの反射表面部分は反射性材料でコーティングされてもよい。これによって、ほこりや粒子の体積に対してさらに感知性がない部品が提供されるという利点が得られ、また、どの第一の放射線でもそれが光学部品から画像平面に向かって漏れる危険性が減少する。
【００２９】
このシステムは、反射表面部分からの第一の放射線を受けるように配置されている屈折表面を備えてもよい。光学部品の一部として組み込まれるこの屈折表面は、システムの光軸に対して傾斜しており、また、第一の放射線が透明表面部分中に逆反射することをすべて防止するようになっているレンズ表面であってもよい。
【００３０】
光学部品がプリズムであるかシェルであるかとは無関係に、透明表面部分には屈折表面、たとえば、撮像レンズ表面が含まれてもよい。これは、被写体平面からの第二の放射線を受けるように配置されている。これによって、光学システムの組み立てが容易になり、また、光学システムの許容誤差が小さくなるが、それは、屈折表面が、反射表面部分と透明表面部分とに対して正確に位置付けされるからである。さらに、このシステムの自由度が増し、これで、システム中に他にも一つ以上の屈折表面を装備する必要をなくすことが可能である。
【００３１】
一つの実施形態では、画像経路を屈曲させ、これで、画像平面が放射線源と実質的に同じ面上に配置されるようにする。このような設計によって、光学システムの組み立てと取付けとが容易になる。たとえば、光学システムは、平坦な印刷回路基板とインタフェースで接続されてもよく、この基板上に、放射線源と二次元放射線検出器が取り付けられる。
【００３２】
他の態様によれば、本発明は、光学システム自身と、この光学システム又は光学部品を持った手持ち式ユーザユニットとに関する。その実施形態とそれに対応する利点とは、光学システムに関する上記の検討から推察され得るものである。
【００３３】
本発明のさらなる態様によれば、本発明は、被写体平面を照射してその画像を得る方法に関するが、この方法は、放射線源を起動して、放射線を発生することと、静止している反射表面上で前記発生された放射線の少なくとも一部を受け、それを前記被写体平面に向けて反射させることによって再度方向付けすることと、前記被写体平面からの第二の放射線を集めて、画像平面上に画像を形成することと、を含み、前記第二の放射線が、物理的には前記反射表面部分に接続され、空間的にはこれから分離されている透明表面部分によって集められることを特徴とする。
【００３４】
この方法の実施形態とそれに対応する利点とは、光学システムに関する上記の検討から推測されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図１に、本発明による光学システムの一般的な配置を示す。この光学システムは、放射線源１（単に源１ともいう）と、放射線センサー２と、撮像オプティクス３と、二重経路部品４とを含む。この源１は、放射線（図１では鎖線で示されている）を放出するが、この放射線は、被写体平面５上のエリア５ａを照明するように方向付けされる。この撮像オプティクス３は、被写体平面５上のその視野５ｂ内にある放射線（図１では実線で示されている）を集めて、画像平面６上の被写体平面の画像を形成するが、ここで、画像はセンサー２によって捕えられる。
【００３６】
通常は、画像は、光学システムの被写界深度５ｃ内に存在するいずれかの被写体で反射した放射線から形成される。このような反射放射線は、源１からの放射線と、他の周辺放射線との合成物であってもよい。源１は、放射線を連続的に又は間欠的に放出してもよい。後者の場合、源１の起動とセンサー２の露光とは、一時的に適切に同期を取られる。
【００３７】
源１は、何らかの形態の放射線発生エレメント、たとえば、一つ以上のレーザダイオードや、一つ以上のフィラメントランプ、一つ以上の放電ランプや、一つ以上の発光ダイオードなどであってよい。センサー２は、写真用フィルムもしくは電子検出器などの、何らかの形態の放射線感知デバイス、たとえば、ＣＣＤやＣＭＯＳ検出器などの固体エリア検出器であってよい。撮像オプティクス３には、光学レンズなどの一つ以上の屈折エレメントと、一つ以上のミラーもしくはプリズムと、開口絞りや視野絞りなどの一つ以上の絞りとを含んでもよい。
【００３８】
二重経路部品４は、システムの照明経路と撮像経路とを合併させて、二重経路部品４と被写体平面５との間を延びるように構成されている。この目的のため、二重経路部品４は、ミラー表面４ａと、それとは別個の透明ウインドウ４ｂとを含む。ミラー表面４ａは、源１からの入射放射線、一般的には、発散する光線の実質的にすべてを、被写体平面５に向けて反射するように配置されている。さらに、被写体平面５からミラー表面４ａ上に向けられるあらゆる放射線も、反射されて遮られる。透明ウインドウ４ｂは、被写体平面５から集めた放射線を、撮像オプティクス３によって送信するように配置されている。
【００３９】
また、図１は、水平鎖線として図示されているシステムの光軸を含む。この軸は、透明ウインドウ４ｂの中心を介して光学システムを通って、センサー２上の画像の中心まで、視野５ｂの中心からの光線に続くラインとして定義される。
【００４０】
図１の二重経路部品４によって、利用可能な放射線を効率的に利用できるが、それは、実質的にすべての入射放射線が、照明エリア５ａに届けられるからである。所望次第では、照明エリア５ａと視野５ｂとは、図１に示すように、光学システムの被写界深度５ｃの全体にわたって実質的に一致するようにし、これで、利用可能な放射線を最大限に利用できるようにすることが可能である。
【００４１】
さらに、図１の二重経路部品によって、被写体平面５からの放射線を効率的に集めることが可能であるが、それは、このような放射線は、透明ウインドウ４ｂを通過する際に最小の損失で集められるからである。
【００４２】
またさらに、図１の二重経路部品によって一般に、透明ウインドウ４ｂは、光学システムの開口絞りを形成することが可能である。これは、特に、被写界深度が大きく、したがって、開口絞りが微小であるシステムの場合、光学システムの製造と組み立ての双方の点で利点となる。
【００４３】
源１が放射線の発散ビームを放出する場合、源はミラー表面４ａに対して少し中心からずらして位置付けし、これで、光線全体がミラー表面４ａにあたるようにしてもよい。これを図１に示すが、ここで、源の光線対称ライン（縦の鎖線として示されている）は、ミラー表面４ａの中心にある透明ウインドウ４ｂの中心から移動させ、これで、源の光線が、透明ウインドウ４ｂの周りで対称的にミラー表面４ａを照明するようにする。
【００４４】
上記の光学システムの特定の実施例では、被写体平面５の照明をさらに最適化し、また、透明ウインドウ４ｂを通る入射放射線のあらゆる漏れを最小化するのが望ましい。図２〜１０に、このような必要性を完全に又は部分的に満たすさまざまな実施形態を示す。すべての図面において、関連する要素は同じ参照番号をもつ。
【００４５】
図２では、この光学システムは、発光ダイオード（ＬＥＤ）という形態の源１と、センサー２と、撮像オプティクス３と、修正型アミシプリズムという形態の二重経路部品４とを備えている。アミシプリズムとは、自身の表面の内の一つの表面中に屋根の縁を備えた直角プリズムである。直角プリズム又はこのような具合に屋根の縁を備えた他の何らかのタイプのプリズムは、通常は、屋根型プリズムと呼ばれる。
【００４６】
図４にさらに詳細に示されているプリズム４は、源１に対向するように配置された照明側面７と、二つの屋根面８、９とを有している。この屋根面８、９は、互いに対して傾斜し、また、長く延びる棟１０に沿って互いに交差している。この棟１０には、長く延びる凹部が形成されており、これが、二つの第二の屋根面１１、１２を形成しており、この二つの面が、反転した棟１３中で互いに交差している。棟１０から１３への変わり目が、菱形エリア１４を形成しており、これが、光学システムの開口絞りの役割をする。プリズム４はまた、被写体側面１５を有するが、これは、光学システム中で被写体平面に対向している。図１を再度参照すると、屋根面８、９、１１、１２はミラー表面４ａに対向し、一方、菱形エリア１４は透明ウインドウ４ｂに対向している。
【００４７】
システムに含まれる部品は、このシステムの内部の光線経路が、源１からの放射線の光線が照明側面７を通って二重経路部品４中に届いて、屋根面８、９、１１又は１２の内の一つ又はいくつかの面で反射されて、被写体側面１５を通過して、被写体平面５を照明するように、互いに対して配置されている。次に、放射線の光線は、被写体平面５から菱形エリア１４（穴１４ともいう）を通って二重経路部品４から戻って投光されて、撮像オプティクス３を通過して、画像平面６上に置かれているセンサー２上に届く。撮像オプティクス３は、被写体の画像がセンサー２上に生成されるように光線を方向付けするように配置されている一つ以上のレンズ又は他の光学部品を備えている。
【００４８】
照明側面７と被写体側面１５とから見ると、屋根面８、９、１１及び１２は、照明側面７と被写体側面１５に対して４５°の角度を成す反射屋根部分を形成している。屋根面８と９は交差して、ライン１０に沿って長く延びる楔形の谷を形成している。屋根面９と１１及び８と１２は、交差して、それぞれの長尺の楔形の第二の谷を形成し、一方、第二の屋根面１１と１２とは交差して、長尺棟１３を形成している。屋根面８、９、１１、１２は、源１から受領されたすべての光線が完全に内部反射されるような角度になっており、これによって、放射線は、単に部品４からその被写体側面１５を通って投光される。これに対応して、屋根面は、被写体平面５上の被写体５’から受けたすべての光線を完全に内部反射させる。図２と４では、屋根面８と９、屋根面８と１２、屋根面９と１１、屋根面１１と１２はすべて、直角に交差する。菱形エリア１４は、谷から棟への変わり目のところで平面的なエリアとして形成される。
【００４９】
菱形エリア１４は、源１から放出された光線を通さないように、しかも、被写体平面上の視野５ｂ内で放出される光線は透過するように配置されている（図１）。図２では、点線で示すように、菱形エリア１４（単にエリア１４ともいう）は、源１からの放射線の主方向に対して平行に配置されている。別の実施形態（図示せず）では、エリア１４は、源１から遠く離れ少しだけ傾斜している。
【００５０】
図３に、図２の光学システムの代替配置を示す。撮像オプティクス３は、ここでは、エリア１４を通過した光線を、源１と実質的に同じ平面に置かれているセンサー２上へ向けるように再方向付けするように構成されている。撮像オプティクス３は、この実施形態では、光軸に対して傾斜していて、光線をセンサー２に向けて反射するプリズム又はミラーを含む。この配置による光学システムは、容易に、センサー２と源１とを取り付けるプリント回路基板上に構築することが可能である。
【００５１】
屋根面８、９、１１、１２同士の交差角度は、９０°からずれることに注意すべきである。場合によっては、源１からの放射線を前部被写体平面５に向けて反射するという二重経路部品４の機能を失うことなく、約４５〜１３５°の範囲の角度で交差させてもよい。この交差角度は、たとえば、エリア１４が所望の形状、たとえば、矩形となるように選択されてよい。屋根面８、９、１１、１２の一部又は全部はさらに、反射性材料、たとえば、アルミ、銀もしくは金などの金属又は誘電体でコーティングされてもよい。
【００５２】
図５に示すような第一の代替実施形態によれば、二重経路部品４は、長く延びる棟１０に沿って交差して、反射屋根部分を形成している二つの屋根面８と９を持つ屋根型プリズムである。凹部が、被写体平面上の視野からの光線に対して透明である三角形のエリア１４を画定するように棟１０に形成されている。この凹部は、また、三角形の低部部分１４’を画定しているが、この部分は、反射性材料でコーティングされ、これで、照明側面７に入る源からの放射線が透過するのを防止するようにしてもよい。
【００５３】
本発明の第二の代替実施形態は、一つの側部面１６に凹部を持つ直角プリズムをいう形態を持つ図６による二重経路部品４を備えている。この側部面は、源から照明側面７に入る光線と被写体平面から被写体側面１５に入る光線に対する反射表面を形成するようになっている。この凹部は、被写体平面上の視野からの光線に対して透明である矩形のエリア１４を画定している。この凹部はまた、照明側面７に入る源からの放射線の透過を防止するように反射性材料でコーティングされる矩形の低部部分１４’を画定している。
【００５４】
上記の実施形態の修正例として、二重経路部品４は、図７ａに示すように被写体側面１５に、又は図７ｂに示すように照明側面７に、又は双方の側面（図示せず）に光導体１７を備えてもよい。図７ａ〜７ｂに示す修正例では、この光導体は、断面形状は矩形であるが、また、たとえば断面形状が三角形又は六角形の光導体を使用することも可能である。
【００５５】
光導体１７は、いくつかの目的の内のどれかに役立つものであってもよい。この光導体は、被写体平面上の被照明エリアにおける放射線の分布をならすように設計されてもよい。この光導体は、また、源１からの放射線を発散させる又は収束されるために用いられてもよい。照明側面７上に光導体があると（図７ｂ）、またその結果、この光導体の端に設置されている源１の位置付けの柔軟性が増す。したがって、源１は、光学システムの機能を劣化させることなく、たとえば、空間的な理由で、所望次第で二重経路部品４中の反射表面から任意の所望の距離のところに置くことが可能である。同様に、被写体側面１５上に光導体があると（図７ａ）、このシステムを、被写体平面を源１とセンサー２とからの任意の所望の距離だけ離れたところに置くように設計することが可能である。部品４を、所与の長さを持つ直状の光導体を収容できない空間に配置することになっている場合、このような長さは、部品４の双方の側面７と１５上に光導体を配置することによって達成されてもよい。
【００５６】
上記の実施形態のさらなる修正例として、被写体側面１５が、光軸Ａに対して傾斜したレンズ表面として形成されてもよい。これによって、境界表面１５中に源から放射線が逆反射されるのを防止又は少なくともその量を軽減する。このような逆反射された源からの放射線は、さもなければ、エリア１４を通過して、センサーに入射してもよい。一般的に言って、被写体側面１５と照明側面７のどちらか又は双方を、屈折表面として形成することが可能である。このような屈折表面の例としては、通常のレンズ表面があるが、これは、球面状又は非球面状の、フレネルレンズであったり、屈折表面であったりする。また、光軸に対して傾斜している平面の表面も、この状況では、屈折表面である。これで、被写体側面１５及び／又は照明側面７上の屈折表面を、通常は光学システムに存在する互いに別々の屈折エレメントの内の一つ以上の代わりに用いることが可能である。
【００５７】
上記の実施形態のさらなる修正例として、二重経路部品４の透明ウインドウ４ｂとエリア１４に、一つ以上の屈折表面、たとえば、レンズ表面が備えられてもよい。したがって、透明ウインドウ４ｂとエリア１４は、被写体平面からの放射線を透過させるだけではなく、放射線をなんらかの制御された仕方で屈折させる。このような修正例は、潜在的に、撮像オプティクスと光学システムの組み立てとを簡略化することが可能である。
【００５８】
上記の実施形態のさらなる変更例では、二重経路部品４は、上記の実施形態の内のどれかにおけるような形状を有するミラー表面を持つシェルとして実現することが可能である。このような部品は、反射コーティングがミラー表面を形成している、なんらかの適切な材料、たとえば、プラスチック、ガラス又は金属などから製作可能である。この反射コーティングは、コーティングプロセスで与えられ、また、たとえば、アルミ、銀、金、誘電体などを含んでもよい。透明ウインドウ４ｂとエリア１４は、透過穴又は適切な形状を持つ透明材料の表面として形成されてもよい。代替例では、部品４全体が、アルミなどの反射性材料でできていてもよく、透明ウインドウ４ｂとエリア１４は、反射性材料中の透過穴として提供される。被写体側面１５と照明側面７、さらに、他の何らか非反射側面はオプションとしてこの変更例には含まれないか、又は、コーティングされずに、透明な、すなわち、非拡散性の材料からできている。
【００５９】
図８〜１０に、二重経路部品の第三の代替実施形態を示すが、これはシェル形状をしている。図８〜１０に、この部品を、それぞれ斜視図、前部底面図及び前面図で示しているが、シェル形状の部品４の内部表面を示すのが目的である。したがって、この部品の本体の輪郭は端に、鎖線で概略を示しているだけであり、一方、内部表面は実線で、又は、一つの内部表面が別の内部表面のため隠されている場合には点線で示されている。
【００６０】
図８に示すように、二重経路部品４は、印刷回路基板（ＰＣＢ）２０上に取り付けられるようになっているが、この基板には、発光ダイオード（ＬＥＤ）という形態の放射線源１と、エリアセンサー２とが取り付けられている。したがって、部品４とＰＣＢ２０とは、図３に示すタイプの光学システムを形成する。
【００６１】
この部品は、低部側面開口部２１を有しており、この開口部は、長く延びる前部空洞２２中に開口しており、また、源１とはめ合うようになっている。前部空洞２２は、透明のエリア１４を含むミラー表面を形成する屋根面８、９、１１、１２（反射表面８、９、１１、１２ともいう）を持つ背部壁２３を有している。このミラー表面は、これまたシステムの光軸と一致する空洞２２の長手方向中心線と約４５°という角度を成している。図示の実施形態は図４の部品レイアウトに基づいているが、背部壁２３は、たとえば、図５と６に示すような、所望の機能を達成するためになんらかの適切な形状を有していてもよい。
【００６２】
前部空洞２２はさらに、背部壁２３から開口前面２５へ長く延びる反射側壁２４によって画定され、これによって、光導体を画定している。図９と１０により明瞭に示すように、側壁２４は、空洞２２の長手方向中心線から少し傾斜しており、これで、前面２５に向かって徐々に断面積が増加する光導体を形成している。このようなテーパーのついた光導体は、源１から放出され、背部壁２３によって反射された放射線の束を収束させたり発散させたりする役割をする。
【００６３】
前部空洞２２は、上記の実施形態の二重経路部品と同じ機能、すなわち、源１からの放射線を前面２５に対面している被写体平面に向けて反射し、また、被写体平面から集めた放射線が透明のエリア１４を透過するようにさせる機能を有している。図９と１０から、反射表面８、９、１１、１２それぞれは、底部側面開口部２１（入口開口部２１ともいう）と前面２５の双方から可視であるように配置されていることが明らかである。したがって、入口開口部２１又は前面２５からこれらの反射表面８、９、１１、１２上に届く放射線は、全反射される。他方、透明のエリア１４は、集めた放射線が前面２５を透過するようにさせるために、前面２５から可視であるように、また、入口開口部２１の視界から実質的に隠されるように配置され、これで、源からの放射線の直接的な透過を最小化するようになっている。
【００６４】
図８〜１０の第三の代替実施形態の二重経路部品はさらに、前部空洞２２と並んで配置されている背部空洞２６を有している。この背部空洞２６は、前部空洞２２からの放射線を受け、この放射線を、センサー２とはめ合うような形状をしている低部側面開口部２７に向けて反射するようになっている。背部空洞２６は、前部壁２８と、長く延びる側壁２９と、傾斜した後部壁３０とによって画定される。前部壁２８は、前部空洞２２からの放射線が中央の透明入り口エリア３１を透過するようにさせるように形成されている。側壁２９は受けた放射線に対して低い反射率を有し、一方、後部壁３０はこのような放射線に対して高い反射率を有するのが望ましい。図８に示すように、透明入り口エリア３１は、被写体平面からの放射線をセンサー２上に撮像するようになっているレンズ表面として形成されている。図示し易くするために、前部空洞２２（第一の空洞２２ともいえる）と背部空洞２６（第二の空洞２６ともいえる）との間の距離は、図８では誇張されている。
【００６５】
上記の実施形態による二重経路部品４は、成形によって製造されてもよい。図２〜７の部品は、源から放出され、被写体平面から捕獲された放射線に対して透明である材料から適切に製造されている。また、図８〜１０の部品は、高い反射率を持つコーティングや挿入物を背部壁２３、後部壁３０及び側壁２４上に追加した場合、オプションとして低い透過率と低い反射率を持つコーティング又は挿入物を前部壁２８と側壁２９上に追加した場合には、このような材料で作られてもよい。コーティングや挿入物を用いる代わりに、前部壁２８は、本来非透過性の形状、たとえば、図８の前部空洞２２の背部壁２３の形状に類似の形状を持つように設計されてもよい。透明エリア１４と透明入り口エリア３１の間の透明な放射線の経路が、この材料自身で形成されている。
【００６６】
ある代替例によれば、図８〜１０の部品は、放射線を遮断する材料からできている。これで、背部壁２３、後部壁３０及び側壁２４の上には、高い反射率を持つコーティングや挿入物が必要とされるだけでもよい。透明な放射線経路が、透明エリア１４と透明入り口エリア３１間に延びる中空の通路として形成されてもよい。
【００６７】
別の代替例によれば、図８〜１０の部品は、反射性材料でできている。側壁２９上と、オプションとして前部壁２８上に、低い反射率を持つコーティングが必要でもよい。透明な放射線経路が、透明エリア１４と透明入り口エリア３１間に延びる中空の通路として形成されてもよい。
【００６８】
本発明を、いくつかの例示の実施形態で上述した。しかしながら、本発明は、決してこれらに限られるものではなく、添付クレームの保護範囲で定義されるところによる他の多くの変更例を含み、これに加えて、当業者には容易に認識されよう。
【００６９】
たとえば、二重経路部品のミラー表面は、球形、楕円、双曲線、放物線、小面などのいかなる形状でもよい。同様に、二重経路部品の透明ウインドウは、円形、楕円、多角形などいかなる形状でもよい。
【００７０】
さらに、二重経路部品のミラー表面は、それぞれ、光軸と源の放射線の主方向とに対してなんらかの適切な角度で配置されてもよい。
【００７１】
上述したような被写体平面を照明して撮像する光学システム、二重経路部品及び方法は、光学ペン、バーコードもしくはテキストスキャナ、ポインティングデバイスなどの手持ち式デバイス中で用いられてもよい。しかしながら、本発明はまた、特に、大きい被写界深度及び／又は空間効率的な設計及び／又は効率的な集光能力が必要とされる場合、たとえば、コンピュータ及び機械視覚、携帯式の医療及び科学計測、小型カメラなどのデバイスにおけるような他の応用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
本発明は、本発明の現在好ましいとされる実施形態を例示する添付の略図を参照して詳細に説明する。
【図１】
本発明による光学システムの内部の放射線経路の側面図である。
【図２】
本発明による光学システムのある実施形態の側面図である。
【図３】
図２の実施形態の代替配置の側面図である。
【図４】
図２〜３のシステムに含まれる光学部品の実施形態の斜視図である。
【図５】
図４の光学部品の第一の代替実施形態の斜視図である。
【図６】
光学部品の第二の代替実施形態の斜視図である。
【図７ａ−７ｂ】
図４の光学部品の修正例の斜視図である。
【図８】
光学部品の第三の代替実施形態の斜視図であり、ここで、部品の内部空洞は実線で示されている。
【図９】
図８の部品の前部部分の底面図であり、ここで、前部空洞は実線で示されている。
【図１０】
図８の部品の前面図である。