DE10349610A1

DE10349610A1 - Systeme und Verfahren zum Bereitstellen mehrerer Objektebenen in einer optischen Bildscanumgebung

Info

Publication number: DE10349610A1
Application number: DE10349610A
Authority: DE
Inventors: Rodney C. Fort Collins Harris; Kurt E. Fort Collins Spears
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2004-09-09
Also published as: GB2398953A; US7225984B2; GB2421139B; US20040164151A1; GB2421139A; GB2398953B; GB0604220D0; GB0402371D0

Abstract

Es werden Systeme und Verfahren zum optischen Scannen mehrerer Objektebenen geschaffen. Ein Ausführungsbeispiel ist ein System zum optischen Scannen mehrerer Objektebenen, das eine Auflage und einen optischen Kopf zum Scannen aufweist. Der optische Kopf umfaßt ein optisches Verzögerungselement, ein erstes optisches Sensorarray, das relativ zu einem Linsenarray entlang eines optischen Wegs positioniert ist, zum Empfangen eines optischen Signals, das einer ersten Objektebene entspricht, die in einer ersten Entfernung von der Auflage angeordnet ist, und ein zweites optisches Sensorarray, das relativ zu dem Linsenarray entlang eines weiteren optischen Wegs positioniert ist, zum Empfangen eines optischen Signals, das einer zwieten Objektebene entspricht, die in einer zweiten Entfernung von der Auflage angeordnet ist. Das optische Verzögerungselement ist konfiguriert, um die effektive Entfernung zwischen dem Linsenarray und dem zweiten optischen Sensor zu erhöhen.

Description

Optische Bildscanner, auch als Dokumentscanner bekannt, wandeln ein sichtbares Bild (z.B. auf einem Dokument oder auf einer Photographie, oder ein Bild in einem transparenten Medium usw.) in eine elektronische Form um, die zum Kopieren, Speichern oder Verarbeiten durch einen Computer geeignet ist. Ein optischer Bildscanner kann eine separate Vorrichtung sein, oder ein Bildscanner kann ein Bestandteil eines Kopiergerätes, ein Bestandteil eines Faxgerätes oder ein Bestandteil einer Mehrzweckvorrichtung sein. Reflektierende Bildscanner weisen üblicherweise eine gesteuerte Lichtquelle auf, und es wird Licht von der Oberfläche eines Dokuments durch ein Optiksystem und auf ein Array aus lichtempfindlichen Vorrichtungen (z.B. eine ladungsgekoppelte Vorrichtung, einen komplementären Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS) usw.) reflektiert. Transparentbildscanner leiten Licht durch ein transparentes Bild, beispielsweise ein photographisches Positivdia, durch ein Optiksystem und daraufhin auf ein Array aus lichtempfindlichen Vorrichtungen. Das Optiksystem fokussiert mindestens eine Linie, Abtastlinie genannt, des gerade gescannten Bildes auf das Array aus lichtempfindlichen Vorrichtungen. Die lichtempfindlichen Vorrichtungen wandeln empfangene Lichtintensität in ein elektronisches Signal um. Ein Analog/Digital-Wandler wandelt das elektronische Signal in computerlesbare Binärzahlen um, wobei jede Binärzahl einen Intensitätswert darstellt.

Es gibt zwei übliche Typen von Bildscannern. Bei einem ersten Typ wird üblicherweise ein einzelnes Kugelreduktionslinsensystem verwendet, um die Abtastlinie auf das Photosensorarray zu fokussieren, und die Länge des Photosensorarrays ist viel geringer als die Länge der Abtastlinie. Bei einem zweiten Typ wird ein Array aus vielen Linsen verwendet, um die Abtastlinie auf das Photosensorarray zu fokussieren, und die Länge des Photosensorarrays ist gleich der Länge der Abtastlinie. Es ist üblich, als zweiten Typ Selfoc^®-Linsenarrays (SLA) (von Nippon Sheet Glass Co. erhältlich) zu verwenden, bei denen ein Array aus stabförmigen Linsen verwendet wird, in der Regel mit mehreren Photosensoren, die Licht durch jede einzelne Linse empfangen.

Tiefenschärfe bezieht sich auf die maximale Entfernung, um die die Objektposition verändert werden kann, während eine gewisse Bildauflösung aufrechterhalten wird (d.h. der Betrag, um den eine Objektebene entlang des optischen Weges in bezug auf eine bestimmte Referenzebene verschoben werden kann und nicht mehr als eine vorgegebene akzeptable Unschärfe mit sich bringt). Die Tiefenschärfe für Linsenarrays ist im Vergleich mit Scannern, die ein einzelnes Kugelreduktionslinsensystem verwenden, üblicherweise relativ kurz. Üblicherweise werden flache Dokumente durch eine Abdeckung zum Zwecke des Scannens gegen eine transparente Platte bzw. Auflage gedrückt, so daß Tiefenschärfe kein Problem darstellt. Es gibt jedoch einige Situationen, bei denen die gescannte Oberfläche nicht direkt auf einer Auflage plaziert werden kann. Ein Beispiel ist das Scannen von 35-mm-Dias. Ein typischer Rahmen für ein 35-mm-Dia hält die Oberfläche des Films ca. 0,7-1,5 mm über der Oberfläche der Auflage. Folglich können Dias etwas defokussiert sein, wenn Linsenarrays verwendet werden, die auf die Oberfläche der Auflage fokussiert sind. Ein weiteres Beispiel ist ein Scannen von Büchern oder Zeitschriften, bei denen sich ein Teil einer gescannten Seite zu einer Einbandnut krümmt, was dazu führt, daß ein Teil der gescannten Oberfläche über der transparenten Auflage positioniert wird. Eine hohe Tiefenschärfe wird benötigt, um die Einbandnut scharf abzubilden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Systeme zum optischen Scannen mehrerer Objektebenen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch Systeme gemäß den Ansprüchen 1 oder 10 gelöst.

Ein Ausführungsbeispiel ist ein System zum optischen Scannen mehrerer Objektebenen, das eine Auflage und einen optischen Kopf zum Scannen aufweist. Der optische Kopf umfaßt ein optisches Verzögerungselement, ein erstes optisches Sensorarray, das relativ zu einem Linsenarray entlang eines optischen Wegs positioniert ist, zum Empfangen eines optischen Signals, das einer ersten Objektebene, die in einer ersten Entfernung von der Auflage angeordnet ist, entspricht, und ein zweites optisches Sensorarray, das relativ zu dem Linsenarray entlang eines anderen optischen Wegs positioniert ist, zum Empfangen eines optischen Signals, das einer zweiten Objektebene, die in einer zweiten Entfernung von der Auflage angeordnet ist, entspricht. Das optische Verzögerungselement ist konfiguriert, um die effektive Entfernung zwischen dem Linsenarray und dem zweiten optischen Sensor zu erhöhen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel weist einen optischen Kopf zum Scannen auf. Der optische Kopf weist einen Strahlteiler auf, der relativ zu einem Linsenarray positioniert ist und konfiguriert ist, um ein erstes optisches Signal zu reflektieren und ein zweites optisches Signal zu senden. Der optische Kopf umfaßt ferner ein erstes optisches Sensorarray, das positioniert ist, um das erste optische Signal zu empfangen, das einer ersten Objektebene entspricht, die in einer ersten Entfernung von der Auflage angeordnet ist, und ein zweites optisches Sensorarray, um das zweite optische Signal zu empfangen, das einer zweiten Objektebene entspricht, die in einer zweiten Entfernung von der Auflage angeordnet ist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen, die nicht unbedingt maßstabsgetreu sind und bei denen das Hauptaugenmerk statt dessen darauf gelegt wird, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung deutlich zu veranschaulichen, und bei denen ferner gleiche Bezugszeichen in allen Ansichten entsprechende Teile bezeichnen, näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines optischen Bildscanners gemäß der vorliegenden Erfindung zum Bereitstellen mehrerer zu scannender Objektebenen;
2 ein ausführlicheres Diagramm, das das optische Verzögerungselement der 1 veranschaulicht;
3 eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines optischen Bildscanners gemäß der vorliegenden Erfindung zum Bereitstellen mehrerer zu scannender Objektebenen; und
4 eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines optischen Bildscanners gemäß der vorliegenden Erfindung zum Bereitstellen mehrerer zu scannender Objektebenen.
1 ist ein Blockdiagramm einer Querschnittsansicht eines optischen Bildscanners 100 gemäß der vorliegenden Erfindung zum Bereitstellen mehrerer zu scannender Objektebenen. Nachstehend werden verschiedene exemplarische Ausführungsbeispiele ausführlich beschrieben. Als Einführung sei jedoch gesagt, daß der optische Bildscanner 100 eine Einrichtung zum Scannen an mehreren (zumindest zwei) Objektebenen, die über einer Auflage 102 angeordnet sind, ohne den optischen Kopf 104 relativ zu der Auflage 102 neu positionieren zu müssen, bereitstellt. Statt den optischen Kopf 104 zu bewegen, stellen verschiedene Ausführungsbeispiele des optischen Bildscanners 100 mehrere zu scannende Objektebenen bereit, indem sie die Innenoptik des optischen Kopfes 104 modifizieren. Diesbezüglich kann der optische Kopf 104 relativ zu der Auflage 102 ortsfest bleiben, während die Innenoptik konfiguriert ist, um mehrere Objektebenen bereitzustellen (d.h. einen primären Brennpunkt in verschiedenen Entfernungen über der oberen Oberfläche der Auflage 102). Man sollte jedoch erkennen, daß der optische Kopf 104 bei manchen Ausführungsbeispielen des optischen Bildscanners 100 auch neu positioniert werden kann, um eine weitere Flexibilität beim Verschieben von Objektebenen zu liefern.
Die relativen Größen verschiedener Objekte in 1 sind übertrieben dargestellt, um die Veranschaulichung zu erleichtern. Wie in 1 gezeigt ist, weist die optische Bildscanumgebung 100 einen optischen Kopf 104 (auch als Wagen bekannt) auf, der relativ zu einer transparenten Auflage 102 positioniert ist. Wie in der Technik bekannt ist, kann ein Dokument 106 zum Scannen auf der oberen Oberfläche der Auflage 102 plaziert sein. Die optische Scanumgebung 100 kann in einem optischen Bildscanner (z. B. einem niedrigen Flachbettscanner), einem Faxgerät, einem Kopierer usw. enthalten sein.
Wie ferner in 1 veranschaulicht ist, weist der optische Kopf 104 eine erste reflektierende Oberfläche 108 (z. B. Spiegel usw.), ein Linsenarray 110, eine zweite reflektierende Oberfläche 108 und ein Bildsensormodul 114 auf. Das Bildsensormodul 114 kann beispielsweise eine gedruckte Schaltungsanordnung oder eine beliebige andere Halbleitervorrichtung umfassen. Das Bildsensormodul 114 umfaßt ferner zumindest zwei Photosensorarrays 112, die eine beliebige Art von Vorrichtung sein können, die konfiguriert ist, um optische Signale zu empfangen und die Lichtintensität in ein elektronisches Signal umzuwandeln. Wie in der Technik bekannt ist, kann das Photosensorarray 112 beispielsweise eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD – charge-coupled device), einen Komplementär-Metalloxid-Halbleiter (CMOS – complementary metal-oxide semiconductor) usw. umfassen. Wie in 1 veranschaulicht ist, ist das Bildsensormodul 114 in einer parallelen Beziehung zu der Auflage 102 positioniert. Photosensorarrays 112 sind auf der Oberfläche des Bildsensormoduls 114 angeordnet, so daß ein Photosensorarray 112 ein erstes optisches Signal (entlang des optischen Wegs 122) empfängt, das einer ersten Objektebene entspricht, die in einer ersten Entfernung von der Auflage 102 (z.B. in einer Entfernung H₀ von der oberen Oberfläche der Auflage 102 entfernt) angeordnet ist, und ein zweites Photosensorarray 112 ein zweites optisches Signal (entlang des optischen Wegs 124) empfängt, das einer zweiten Objektebene entspricht, die in einer zweiten Entfernung von der Auflage 102 (z.B. in der Nähe der oberen Oberfläche der Auflage 102) angeordnet ist.
Das Linsenarray 110 kann ein Array aus stabförmigen Linsen umfassen, die eine relativ geringe Tiefenschärfe aufweisen. Beispielsweise kann das Linsenarray 110 ein Selfoc^®-Linsenarray (SLA) umfassen, daß von Nippon Sheet Glass Co., Somerset, New Jersey, USA, hergestellt und vertrieben wird. Ein Stablinsenarray kann zumindest eine Reihe von Gradientenindex-Mikrolinsen umfassen, die gleiche Abmessungen und optische Eigenschaften aufweisen können. Die Linsen können zwischen zwei Platten aus Fiberglas-verstärktem Kunststoff (FRP = fiberglass-reinforced plastic)) ausgerichtet sein. Da FRP einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der gleich dem von Glas ist, sind die Auswirkungen einer thermischen Verzerrung und Beanspruchung minimal. Das FRP erhöht ferner die mechanische Festigkeit des SLA. Die Zwischenräume können mit schwarzem Silikon gefüllt sein, um eine Überstrahlung (Übersprechen) zwischen den Linsen zu verhindern und jede einzelne Linse zu schützen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 wird bzw. werden, während ein Dokument 106 durch den optischen Kopf 104 gescannt wird, (ein) optisches) Signale) (z.B. Licht) 116 von dem Dokument 106 weg und zu der ersten reflektierenden Oberfläche 108 (entlang optischer Wege 122 und 124) reflektiert. Die erste reflektierende Oberfläche 108 lenkt die optischen Signale 116 durch das zu fokussierende Linsenarray 110. Die optischen Signale können auch durch eine zweite reflektierende Oberfläche 108 zu dem Bildsensormodul 114 hin reflektiert werden. Das optische Signal bzw. die optischen Signale entlang der optischen Wege 122 und 124 wird bzw. werden durch entsprechende Photosensorarrays 112 empfangen und in ein elektronisches Signal umgewandelt, das durch einen Analog/Digital-Wandler, einen digitalen Signalprozessor usw. verarbeitet werden kann. Auf diese Weise fokussiert die Optik in dem optischen Kopf 104 einen Abschnitt eines Bildes auf dem Dokument 106 auf die Photosensorarrays 112.
Man sollte erkennen, daß der optische Bildscanner 100 auf eine Vielzahl anderer Arten und Weisen konfiguriert sein kann. Beispielsweise kann die zweite reflektierende Oberfläche 108 optional sein. Beispielsweise, um das Querschnittsprofil des optischen Kopfes 104 zu verändern, kann die zweite reflektierende Oberfläche 108 weggelassen werden, und das Bildsensormodul 114 kann senkrecht zu der optischen Achse des Linsenarrays 110 ausgerichtet sein. Alternativ dazu kann die optische Achse des Linsenarrays 110 senkrecht zu der Auflage 102 ausgerichtet sein, um Licht durch das Linsenarray 100 und auf die Photosensorarrays 112 zu lenken. Die jeweilige Ausrichtung des Linsenarrays 110 ist für die vorliegende Erfindung nicht relevant.
Die optischen Komponenten in dem optischen Kopf 104 fokussieren zumindest eine Linie/Zeile (d.h. eine Abtastlinie) des gescannten Bildes auf das Photosensorarray 112. Wie in der Technik bekannt ist, kann ein Scannen des gesamten Bildes bewerkstelligt werden, indem der optische Kopf 104 relativ zu dem Dokument 106 (z.B. unter Verwendung von Kabeln) verschoben wird, wie durch Bezugszeichen 118 angegeben ist.
Wie oben erwähnt wurde, können existierende optische Bildscanner aufgrund der relativ geringen Tiefenschärfe des Linsenarrays 110 unscharfe Bilder oder ein unscharfes Doku ment 106 erzeugen, die bzw. das eine geringe Entfernung über/unter dem primären Brennpunkt des Linsenarrays 110 positioniert sein können bzw. kann. Beispielsweise können existierende optische Bildscanner so konfiguriert sein, daß sich der primäre Brennpunkt in einer relativ kurzen Entfernung H₀ über der oberen Oberfläche der Auflage 102 befindet. Wenn ein Dokument 106, beispielsweise ein Blatt Papier usw., auf der Auflage 102 positioniert wird, kann es ungefähr in der Entfernung H₀ über der oberen Oberfläche der Auflage 102 oder innerhalb der relativ geringen Bandbreite der Tiefenschärfe angeordnet sein. Falls das Dokument 106 jedoch an einer Objektebene positioniert ist, die sich außerhalb einer Bandbreite eines akzeptablen Fokus befindet, können existierende optische Bildscanner ein unscharfes Bild erzeugen. Beispielsweise können verschiedene Typen von Dokumenten (oder Abschnitte des Dokuments) an einer Objektebene, die sich außerhalb der Bandbreite eines akzeptablen Fokus befindet, angeordnet sein, wenn sie auf der Auflage 102 positioniert sind (z. B. 35-mm-Dias, Transparente, Photographien, Bücher, Magazine usw.).
Diesbezüglich liefert die vorliegende Erfindung eine Einrichtung zum Scannen eines Bildes an mehreren Objektebenen, ohne den optischen Kopf 104 relativ zu der Auflage 102 neu positionieren zu müssen. Allgemein stellt der optische Bildscanner 100 mehrere Objektebenen relativ zu der Auflage 102 bereit, indem er die effektive Entfernung eines optischen Wegs (zwischen dem Linsenarray 110 und dem Photosensorarray 112) relativ zu dem anderen optischen Weg verändert. Unter Bezugnahme auf 1 ist beispielsweise die tatsächliche Entfernung (entlang der optischen Wege 122 und 124) zwischen dem Linsenarray 110 und jedem Photosensorarray 112 ungefähr gleich (d.h. d₁ = d₂). Wie in der Technik bekannt ist, sind diese Entfernungen gleich, wenn die reflektierende Oberfläche 108 in einem Winkel von 45 Grad relativ zu der optischen Achse des Linsenarrays 110 angeordnet ist. Der optische Bildscanner 100 erzeugt mehrere Objektebenen, indem er einen optischen Weg (z.B. den opti schen Weg 124 in 1) mit einer längeren effektiven Entfernung (d.h. einer längeren optischen Entfernung) bereitstellt. Man sollte erkennen, daß der relative Unterschied bezüglich der effektiven optischen Entfernung zwischen dem Linsenarray 110 und dem Photosensorarray 112 zu einem gleichen Unterschied bei entsprechenden Objektebenen (d.h. dem primären Brennpunkt über der Auflage 102) führt.
Der relative Unterschied bezüglich der effektiven optischen Entfernung zwischen dem Linsenarray 110 und den Photosensorarrays 112 kann auf eine Vielzahl von Arten und Weisen bewerkstelligt werden. Wie in 1 veranschaulicht ist, umfaßt der optische Kopf 104 bei einem von vielen möglichen Ausführungsbeispielen ein optisches Verzögerungselement 120, das relativ zu einem der optischen Sensorarrays 112 entlang des entsprechenden optischen Wegs 124 positioniert ist. Das optische Verzögerungselement 120 ist konfiguriert, um die effektive optische Entfernung entlang des optischen Wegs 124 zwischen dem Linsenarray 110 und dem optischen Sensorarray 112 zu erhöhen. Mit anderen Worten ist das optische Verzögerungselement 120 konfiguriert, um Licht, das durch das Element auf das optische Sensorarray 112 zuwandert, zu verlangsamen. Diesbezüglich umfaßt das optische Verzögerungselement 120 ein Medium, das eine größere optische Dichte aufweist als das umgebende Medium. Das optische Verzögerungselement 120 kann ein beliebiges optisches Medium (z.B. Kronglas, Flintglas, Silikate, Dielektrika usw.) umfassen, das einen höheren Brechungsindex aufweist als das umgebende Medium.
Wie in der Technik bekannt ist, ist der Brechungsindex eines Mediums als das Verhältnis der Geschwindigkeit von Licht in einem Vakuum zu der Geschwindigkeit von Licht in dem Medium definiert (Gleichung 1). Ein Lichtstrahl wandert in einem optisch dichten Medium langsamer als in einem, das weniger dicht ist, und der Brechungsindex (n) liefert ein diesbezügliches Maß.
n_Medium = c (Geschwindigkeit von Licht in Vakuum) V_Medium(Geschwindigkeit von Licht in dem Medium)
Gleichung 1: Brechungsindex
Unter Bezugnahme auf 2 legt Licht, das an einem optischen Weg 406 zwischen dem Linsenarray 122 und einem Photosensorarray 112 entlangwandert, eine Entfernung d₁ zurück. Wie oben angegeben wurde, gilt d₁ = d₂, wenn die reflektierende Oberfläche 108 in einem Winkel von 45 Grad angeordnet ist. wenn das optische Verzögerungselement 120 jedoch entlang des optischen Wegs 124 positioniert ist, legt Licht, das an diesem Weg entlangwandert, aufgrund der Auswirkungen des höheren Brechungsindizes effektiv eine größere optische Entfernung zurück. Mit anderen Worten wird die dem optischen Weg 124 entsprechende Objektebene unter das Photosensorarray 112 verschoben. Dementsprechend sollte man erkennen, daß das Photosensorarray 112 effektiv näher an das Linsenarray 110 heran verschoben wird, was den primären Brennpunkt näher an die obere Oberfläche der Auflage 102 zu einer neuen Objektebene verschiebt.
Der Unterschied zwischen den effektiven optischen Weglängen (zwischen d₂ und d₁) kann gemäß Gleichung 2 berechnet werden.
Gleichung 2: Unterschied zwischen effektiven optischen Weglängen
Der relative Unterschied bezüglich der effektiven optischen Entfernung für die optischen Weglängen d₁ und d₂ kann als der Unterschied zwischen der effektiven Entfernung und der tatsächlichen Dicke des optischen Verzögerungselements 120 entlang des optischen Wegs 124 berechnet werden. Wie oben angegeben wurde, führt der relative Unterschied der effektiven optischen Entfernung zu einem proportionalen Unterschied bei entsprechenden Objektebenen (d.h. dem primären Brennpunkt über der Auflage 102). Durch ein Positionieren des optischen Verzögerungselements 120 entlang des optischen Wegs 124 kann somit die entsprechende Objektebene gleich dem Unterschied zwischen der Dicke des optischen Verzögerungselements 410 und der effektiven optischen Entfernung des optischen Verzögerungselements 120 relativ zu der Auflage 102 verschoben werden.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 kann während des Scanvorgangs eine gesteuerte Lichtquelle von der Oberfläche des Dokuments 106 weg und in einen optischen Kopf 104 durch eine Apertur und auf das Bildsensormodul 114 reflektiert werden. Man sollte erkennen, daß der relative Unterschied der effektiven optischen Entfernung für die optischen Wege d₁ und d₂ ermöglicht, daß die mehreren Objektebenen fokussiert, erfaßt und in elektronische Signale umgewandelt werden usw. Beispielsweise kann der optische Bildscanner, während ein Dokument 106 gescannt wird, gleichzeitig jede Objektebene scannen und bestimmen, welche Objektebene ein besseres Bild erzeugt. Falls das Objekt 106 beispielsweise ein Buch, Magazin usw. ist, bei dem sich ein Teil einer zu scannenden Seite zu einer Einbandnut krümmt, kann der optische Bildscanner 100 gleichzeitig jede Objektebene scannen und bestimmen, welche Objektebene ein stärker fokussiertes Bild erzeugt. Deshalb können, während der optische Kopf 104 relativ zu der Auflage 102 verschoben wird, Bilder mit einem verbesserten Fokus erzeugt werden, während sich die Objektebene entlang der gekrümmten Nut verschiebt.
Es gibt eine Anzahl alternativer Möglichkeiten zum Erzeugen mehrerer Objektebenen durch Erzeugen des relativen Unterschieds der effektiven optischen Entfernungen entlang der optischen Wege 122 und 124. 3 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines optischen Bildscanners 100 gemäß der vorliegenden Erfindung zum Bereitstellen mehrerer Objektebenen. Der optische Bildscanner 100 kann zu einem großen Teil so wie in 1 gezeigt konfiguriert sein. Wie jedoch in 3 veranschaulicht ist, kann die zweite reflektierende Oberfläche 108 mit einem Prisma 302 konfiguriert sein. Die Kombination Spiegel/Prisma kann relativ zu dem Linsenarray 110 angeordnet sein, so daß Licht, das an dem optischen Weg 122 entlangwandert, zu einem der Photosensorarrays 112 reflektiert wird, ohne durch das Prisma 302 zu wandern. Licht, das an dem optischen Weg 124 entlangwandert, passiert jedoch das Prisma 302. Wie in 3 veranschaulicht ist, kann Licht an einer ersten Kante in das Prisma 302 eintreten und sich auf die reflektierende Oberfläche 108 zu ausbreiten, wo das Licht anschließend reflektiert wird und an einer zweiten Kante des Prismas 302 an dem optischen Weg 124 entlang zu dem anderen Photosensorarray 112 geleitet wird. Wie oben beschrieben wurde, besteht der Effekt des Prismas 302 darin, daß die Länge des optischen Wegs 124 von dem Linsenarray 110 zu dem Photosensorarray 112 (d.h. d₂) aufgrund des höheren Brechungsindizes des Prismas 302 effektiv größer ist. Somit kann das Prisma 302 ein beliebiges optisches Medium (z.B. Kronglas, Flintglas, Silikate, Dielektrika usw.) umfassen, das einen höheren Brechungsindex aufweist als das umgebende Medium, durch das Licht, das an dem optischen Weg 122 entlangwandert, wandert. Man sollte erkennen, daß die dem optischen Weg 124 entsprechende Objektebene aufgrund des Prismas 302 proportional zu dem Unterschied zwischen der tatsächlichen Entfernung, die Licht in dem Prisma 302 zurücklegt, und der effektiven optischen Entfernung, die durch den Brechungsindex des Prismas 302 definiert ist, relativ zu der Auflage 102 verschoben werden kann.
Man sollte erkennen, daß die erste reflektierende Oberfläche 108 auch oder statt dessen mit einem Prisma 302 konfiguriert sein kann. Um jedoch den relativen Unterschied der effektiven optischen Entfernungen entlang der optischen Wege 122 und 124 aufrechtzuerhalten, wären die optischen Ei genschaften und/oder die Abmessungen der jeweiligen Prismen 302 unterschiedlich.
4 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines optischen Bildscanners gemäß der vorliegenden Erfindung zum Bereitstellen mehrerer Objektebenen. Der optische Bildscanner 100 kann zu einem großen Teil so wie in 1 gezeigt konfiguriert sein. Wie jedoch in 4 veranschaulicht ist, umfaßt der optische Bildscanner 100 bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ferner einen Strahlteiler 402, der relativ zu dem Linsenarray 110 entlang der optischen Achse positioniert ist. Der Strahlteiler 402 ist konfiguriert, um Licht, das an der optischen Achse von dem Linsenarray 110 entlangwandert, zu empfangen. Der Strahlteiler 402 reflektiert einen Teil des Lichts entlang des optischen Wegs 404 auf ein Photosensorarray 112 und transmittiert einen anderen Teil des Lichts zu einem weiteren Photosensorarray 112 entlang des optischen Wegs 406. Durch Teilen der optischen Achse des Linsenarrays 110 in zwei verschiedene optische Wege 404 und 406 kann ein relativer Unterschied der optischen Längen (zwischen dem Linsenarray 110 und den Photosensorarrays 112) erzeugt werden. Dieser relative Unterschied führt wiederum zu einem proportionalen Unterschied entsprechender Objektebenen (d.h. des primären Brennpunkts über der Auflage 102).
Bei dem in 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann der Strahlteilungsmechanismus 402 eine teilweise versilberte reflektierende Oberfläche aufweisen, die konfiguriert ist, um einen Teil des Lichts zu reflektieren und einen anderen Teil des Lichts entlang der jeweiligen optischen Wege 404 und 406 zu transmittieren. Wie in 4 veranschaulicht ist, kann der optische Weg 406 für das transmittierte Licht anschließend relativ zu dem optischen Weg 404 verlängert werden. Beispielsweise kann die zweite reflektierende Oberfläche 108 (z.B. ein vollständig versilberte Spiegel) in einer Entfernung H₀ von der teilweise versilberten reflektierenden Oberfläche 402 angeordnet sein. Die Entfernung H₀ kann auf die laterale Entfernung zwischen den zwei Photosensorarrays 112 abgestimmt sein. Somit kann die zweite reflektierende Oberfläche 108 dann das transmittierte Licht entlang des optischen Wegs 406 zu dem entsprechenden Photosensorarray 112 reflektieren. Auf diese Weise wird die Gesamtentfernung zwischen dem Linsenarray 110 und den Photosensorarrays 112 für den optischen Weg 406 (um die Entfernung H₀) verlängert. Der relative Unterschied führt zu einem gleichen Unterschied bei entsprechenden Objektebenen (d.h. dem primären Brennpunkt über der Auflage 102).
Man sollte erkennen, daß alternative Strahlteilungsmechanismen verwendet werden können. Beispielsweise können eine teilweise versilberte reflektierende Oberfläche 402 und eine zweite reflektierende Oberfläche 108 als Strahlteilungsprisma kombiniert werden. Bei dieser Konfiguration wäre der relative Unterschied zwischen den zwei optischen Wegen immer noch proportional zu der zusätzlichen Entfernung, die das transmittierte Licht relativ zu dem reflektierten Licht zurücklegt. Fachleute werden erkennen, daß eine Anzahl von alternativen Konfigurationen die Strahlteilungsfunktion erzielen können. Wo beispielsweise eine teilweise versilberte reflektierende Oberfläche 402 verwendet wird, um die optische Achse des Linsenarrays 110 zu teilen, muß keine zweite reflektierende Oberfläche verwendet werden. Statt dessen kann das entsprechende Photosensorarray 112 angeordnet sein, um das transmittierte Licht zu empfangen, ohne es zu dem Bildsensormodul 114 zu reflektieren. Vielmehr können zwei Bildsensormodule 114 verwendet werden.

Claims

System zum optischen Bildscannen, das folgende Merkmale aufweist: eine Auflage (102); einen optischen Kopf (104) zum Scannen, der folgende Merkmale aufweist: ein erstes optisches Sensorarray (112), das relativ zu einem Linsenarray (110) entlang eines optischen Wegs (122) positioniert ist, zum Empfangen eines optischen Signals, das einer ersten Objektebene entspricht, die in einer ersten Entfernung von der Auflage (102) angeordnet ist; ein zweites optisches Sensorarray (112), das relativ zu dem Linsenarray (110) entlang eines weiteren optischen Wegs (124) positioniert ist, zum Empfangen eines optischen Signals, das einer zweiten Objektebene entspricht, die in einer zweiten Entfernung von der Auflage (102) angeordnet ist; und ein optisches Verzögerungselement (120), das konfiguriert ist, um die effektive Entfernung zwischen dem Linsenarray (110) und dem zweiten optischen Sensor zu erhöhen.
System gemäß Anspruch 1, bei dem der optische Kopf (104) ferner ein relativ zu der Auflage (102) positioniertes Linsenarray (110) zum Fokussieren von zumindest zwei optischen Wegen, die den optischen Sensorarrays entsprechen, aufweist.
System gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das optische Verzögerungselement (120) relativ zu dem zweiten opti schen Sensorarray (112) entlang eines der zwei optischen Wege (122, 124) positioniert ist.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das optische Verzögerungselement (120) ein optisch klares Fenster aufweist, das einen größeren Brechungsindex als Luft aufweist.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das optische Verzögerungselement (120) Glas umfaßt.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das optische Verzögerungselement (120) ein in das Bildsensormodul (114) integriertes Filter umfaßt.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das optische Verzögerungselement (120) ein Prisma umfaßt.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der optische Kopf (104) ferner eine reflektierende Oberfläche (108) aufweist, die relativ zu dem Linsenarray (110) positioniert ist, um die optischen Wege (122, 124) zu dem entsprechenden optischen Sensorarray (112) zu reflektieren.
System gemäß Anspruch 8, bei dem das optische Verzögerungselement (120) auf der reflektierenden Oberfläche (108) angeordnet ist.
System zum optischen Bildscannen, das folgende Merkmale aufweist: einen optischen Kopf (104) zum Scannen, der folgende Merkmale aufweist: einen Strahlteiler (402), der relativ zu einem Linsenarray (110) positioniert ist und konfiguriert ist, um ein erstes optisches Signal zu re flektieren und ein zweites optisches Signal zu transmittieren; ein erstes optisches Sensorarray (112), das positioniert ist, um das erste optische Signal zu empfangen, das einer ersten Objektebene entspricht, die in einer ersten Entfernung von der Auflage (102) angeordnet ist; und ein zweites optisches Sensorarray (112), um das zweite optische Signal zu empfangen, das einer zweiten Objektebene entspricht, die in einer zweiten Entfernung von der Auflage (102) angeordnet ist.
System gemäß Anspruch 10, das ferner ein Bildsensormodul (114) aufweist, das die optischen Sensorarrays (112) umfaßt.
System gemäß Anspruch 10 oder 11, bei dem der Strahlteiler ein Prisma umfaßt.
System gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem der Strahlteiler (402) eine erste Oberfläche, die konfiguriert ist, um das erste optische Signal zu dem ersten optischen Sensorarray (112) zu reflektieren, und eine reflektierende Oberfläche, um das zweite optische Signal zu dem zweiten optischen Sensorarray (112) zu reflektieren, aufweist.
System gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem der Strahlteiler (402) eine erste Oberfläche, die einen teilweise versilberten Spiegel umfaßt, und eine zweite Oberfläche, die einen vollständig versilberten Spiegel umfaßt, aufweist.
System gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, bei dem der Strahlteiler (402) einen teilweise versilberten Spiegel, um das erste optische Signal zu reflektieren und das zweite optische Signal zu transmittieren, und einen vollständig versilberten Spiegel, um das zweite optische Signal zu reflektieren, umfaßt.