ПРОТИВОВРАЩАЮЩИЙСЯ СКАНЕР Российский патент 2002 года по МПК G06K7/10 G02B26/10 

Уровень техники, предшествующий изобретению
1. Область изобретения
Настоящее изобретение относится к устройствам сканирования, а более конкретно к устройствам для оптического сканирования вдоль линейной дорожки.

2. Описание предшествующего уровня техники
Устройства для сканирования лучами света хорошо известны в технике. Оптическое сканирование используется в ряде технических решений, включая запись и считывание данных на и с таких запоминающих сред, как компакт-диски и оптические карточки с данными. Оптические карточки с данными и другие типы оптических запоминающих сред с данными, записанными вдоль линейной дорожки, позволяют хранить данные вдоль линейных дорожек. Для сканирования таких дорожек требуется линейное перемещение карточки с данными или устройства, которое используется для сканирования карточки с данными. Современные устройства включают в себя механические системы, электронные системы, акустооптические системы, электрооптические системы и другие системы для перемещения луча света вдоль дорожки. В большинстве механических устройств используются вращающиеся многоугольные зеркала или призмы, зеркала, несущие гальванометрические приводы и подобные устройства.

В случае оптических запоминающих сред с данными, записанными вдоль линейной дорожки, современные сканирующие устройства включают в себя модули оптических датчиков (МОД), которые совершают возвратно-поступательное движение относительно запоминающей среды с данными от начала до конца дорожки данных. МОД обычно устанавливают на узел каретки, который приводится в движение в направлении прямой линии параллельно дорожке данных. Линейный привод передает усилие на узел каретки для того, чтобы выполнить линейное перемещение, и датчик линейного положения определяет относящееся к данному моменту времени месторасположение МОД и обеспечивает обратную связь для управления скоростью привода. Во время обычного сканирования данных МОД перемещается вниз по дорожке, освещая участки данных на дорожке, с помощью луча света, и принимает отраженные сигналы посредством электрооптических элементов. Современные устройства требуют ускорения МОД дополнительно к своей рабочей скорости в начале каждого сканирования дорожки данных и замедления МОД для остановки в конце каждой дорожки данных. Это перемещение затем повторяется в каждом направлении.

Такое перемещение назад и вперед МОД и узла каретки приводит в результате к нежелательному ускорению и замедлению МОД и к вибрации и, в конечном счете, ограничивает рабочее быстродействие устройства. Скорость сканирования можно увеличить уменьшением массы и трения, связанного с работой МОД и узлом каретки, или за счет увеличения усилия, прикладываемого с помощью привода.

Кроме того, при поступательном перемещении назад и вперед дорожки данных в процессе считывания и записи оптических данных МОД должен обеспечить малую амплитуду, высокую скорость фокусировки и перекрестных перемещений между дорожками. Вот почему размер участка данных составляет порядка одного микрометра в диаметре, и интервал между дорожками составляет обычно порядка десятка микрометров. Так как МОД выполняет сканирование вдоль дорожки данных, небольшие дефекты в любом реальном механическом механизме приводят в результате к очень малым перемещениям, перпендикулярно дорожке данных, и, следовательно, к потере поддержания требуемого совпадения между оптическими данными и МОД. Для компенсирования несовпадений, вызванных этими нежелательными перемещениями, на практике при современных технологиях используются высокоскоростные приводы, выполненные в виде части узла для крепления линзы объектива и для отклонения луча в направлении, поперечном к дорожке (перпендикулярном к дорожке данных в плоскости оптической среды), а также в направлении "фокусировки" (перпендикулярном к дорожке данных и по нормали к оптической среде). Так как приводы перемещают только линзу объектива (массу которой можно сделать относительно маленькой), то можно реализовать высокоскоростную компенсацию малых перемещений и ошибки фокусировки. Ошибки перемещений и фокусировки сигналов, которые возбуждают приводы компенсатора, обычно усиливаются с помощью дополнительных оптических и электронных элементов, расположенных внутри МОД.

Другие механические средства оптического сканирования, такие как вращающиеся многоугольные зеркала или зеркала с гальванометрическим возбуждением, широко используются в других устройствах, но не используются при сканировании оптических запоминающих сред по двум причинам. Во-первых, они сканируют сфокусированным лучом по криволинейной (цилиндрической) поверхности. Если кривизна компенсируется с помощью оптических элементов, то ни освещение дорожки данных, ни соответствующее отражение не является перпендикулярным к плоской поверхности запоминающей среды.

Для оптических запоминающих сред с данными обычно требуется, чтобы освещающий луч фокусировался в пятно малых размеров, и требуется, чтобы он падал на поверхность среды, по существу, перпендикулярно. Возникающее в результате отражение также распространяется перпендикулярно в обратном направлении от поверхности по тому же самому оптическому пути, как и освещающий луч. Один способ позволяет обойти эту проблему посредством деформации карточки так, чтобы она принимала вид цилиндрической поверхности. Сфокусированное пятно оптического излучения следует за кругом, который предположительно должен совпадать с дорожкой данных, расположенной на поверхности деформированной карточки. Однако карточку необходимо изгибать таким образом, чтобы ее поверхность точно совпадала с требуемой цилиндрической поверхностью с точностью порядка несколько микрометров (в противном случае быстродействующий механизм компенсации фокусного расстояния не сможет поддерживать приемлемое фокусное расстояние, так как пятно перемещается вдоль дорожки данных). Такой подход имеет два недостатка. Во-первых, при рассмотрении относительно простых и недорогих методов и материалов, используемых при производстве карточек с оптической памятью (КОП), трудно достигнуть необходимую точность при изгибе карточки. Во-вторых, деформация карточки может привести к чрезмерному износу карточки и может также привести к двойному лучепреломлению в прозрачном защитном покрытии карточки данных с нежелательными эффектами, связанными с состоянием плоскости поляризации оптического излучения и отраженных лучей.

Преимуществом настоящего изобретения является то, что не требуются элементы, совершающие возвратно-поступательное движение. Таким образом, уменьшается мощность сигнала возбуждения, уменьшается вибрация и появляется возможность увеличения быстродействия.

Другим преимуществом изобретения является то, что поддерживается направление луча сканирования, перпендикулярное к поверхности сканируемого объекта.

Другим преимуществом изобретения является то, что МОД остается, по существу, стационарным, таким образом уменьшая вибрацию, мощность сигнала возбуждения и сложность конструкции.

Сущность изобретения
Недостатки предшествующего уровня техники устраняются с помощью настоящего изобретения, в котором используется противовращающиеся оптические перископы, позволяющие получить линейное сканирование с использованием только фиксированных и постоянно вращающихся элементов, таким образом устраняя потребность в ускорении и замедлении массы.

Оптические перископы обычно включают в себя пару отражающих и расположенных параллельно поверхностей, каждая из которых отклоняет падающий луч под углом 90 градусов относительно своего направления распространения. Можно также использовать и другие углы отклонения, если они передают ортогональную составляющую в направлении распространения луча и если совместное действие отражающих поверхностей приводит в итоге к лучу, выходящему параллельно входному лучу. Если вращать перископ таким способом, чтобы входной луч совпадал с осью вращения, то выходная ось всегда будет проходить параллельно входной оси, но при своем перемещении она будет описывать круг, центр которого находится на оси вращения.

Если второй перископ соединить с первым так, чтобы выход первого перископа служил входом для второго, то перемещение на выходе второго перископа относительно ввода в первый перископ можно выразить математически в виде суммы векторов перемещения первого перископа и перемещения второго перископа. Полученное в результате перемещение является функцией перемещения каждого перископа и их углов ориентации, в особом случае, когда перископы имеют равную длину и ориентацию их углов, противоположную друг к другу, и вход во второй перископ совпадает с выходом первого перископа, то результирующие дорожки перемещения расположены вне совершенно прямой линии, так как два перископа вращаются синхронно (под углом с одинаковым абсолютным значением, но противоположным по знаку). Таким образом, использование двух непрерывно вращающихся перископов приводит к тому же самому эффекту, как и у сканера с линейным запуском/остановки, и если они выполнены с учетом статического и динамического равновесия, то они могут работать с небольшой вибрацией и без ускорения или замедления вдоль дорожек данных.

Для сканирования набора параллельных дорожек данных отдельный механизм должен обеспечить относительное перемещение между линейным сканером и совокупностью дорожек данных. Однако перемещение от дорожки к дорожке происходит значительно медленнее, чем сканирование вдоль дорожки данных, и может быть легко выполнено при помощи любых хорошо известных устройств перемещения, таких как шаговые устройства и фазированные устройства, работающие при постоянной скорости, со сканированием вдоль дорожки.

В одном из аспектов изобретение представляет собой устройство для сканирования луча вдоль дорожки, расположенной на объекте. В устройстве используются первый канал и второй канал. Первый оптический канал имеет первый ближний конец и противоположный первый дальний конец.

Первый ближний конец оптически сопряжен с лучом света, и первый ближний конец вращается вокруг первой оси, расположенной рядом с фиксированной точкой. Второй канал имеет второй ближний конец и противоположный второй дальний конец со вторым ближним концом, оптически связанным с первым дальним концом первого канала. Второй ближний конец вращается вокруг второй оси, расположенной рядом с первым дальним концом первого канала. Привод позволяет вращать первый канал относительно первой оси в первом направлении, что приводит к вращению второго канала относительно второй оси во втором направлении, противоположном первому направлению. Оптические или другие устройства фокусировки осуществляют оптическую связь луча через первый канал и второй канал вне второго дальнего конца второго канала в направлении объекта. Так как первый канал вращается в первом направлении и второй канал вращается во втором направлении, второй дальний конец второго канала совершает возвратно-поступательное движение, таким образом заставляя луч света сканировать вдоль линейной дорожки на объекте.

Другой аспект изобретения предусматривает оптический сканер изображения для сканирования луча света вдоль линейной дорожки на объекте. Сканер имеет корпус с верхней частью и расположенной напротив нижней части. Корпус характеризуется первой цилиндрической полостью, расположенной между верхней частью и нижней частью, с зубчатым колесом с внутренним зацеплением, расположенным внутри цилиндрической полости и прикрепленным к корпусу. Источник света генерирует луч света из фиксированной точки относительно корпуса. Дисковод, имеющий наружную кромку, размещен внутри первой цилиндрической полости и определяет вторую цилиндрическую полость. Дисковод имеет первую ось вращения и определяет первый оптический канал, имеющий первую длину, первый ближний конец и первый дальний конец. Дисковод также определяет первое ближнее отверстие, расположенное рядом с первым ближним концом первого оптического канала, через который первый оптический канал оптически сопряжен с лучом света, и первое дальнее отверстие, расположенное рядом с первым дальним концом первого оптического канала и оптически сопряженное с первым оптическим каналом. Первый ближний конец первого оптического канала вращается относительно первой оси, расположенной рядом с фиксированной точкой.

Диск сканирования, размещенный внутри второй цилиндрической полости и имеющий вторую ось смещения вращения относительно первой оси вращения, определяет второй оптический канал, имеющий вторую длину, по существу равную первой длине, второй ближний конец и второй дальний конец. Диск сканирования также определяет второе ближнее отверстие, расположенное рядом со вторым ближним концом второго оптического канала, через который второй оптический канал, оптически сопряженный с первым дальним отверстием, и второе дальнее отверстие, расположенное рядом со вторым дальним концом второго оптического канала и оптически сопряженное со вторым оптическим каналом. Второй ближний конец второго оптического канала вращается относительно второй оси, расположенной рядом с первый дальним концом первого оптического канала.

Кольцевой двигатель связан с наружной кромкой и заставляет дисковод вращаться относительно первой оси вращения в первом направлении на первой скорости вращения. Цилиндрическое прямозубое колесо прикреплено по окружности к диску сканирования и входит в зацепление с зубчатым колесом с внутренним зацеплением так, что цилиндрическое прямозубое колесо перемещается вдоль зубчатого колеса с внутренним зацеплением, так как кольцевой двигатель приводит к вращению дисковод в первом направлении, таким образом позволяя диску сканирования вращаться относительно второй оси во втором направлении, противоположном первому направлению, на второй скорости вращения, по существу равной первой скорости вращения. Оптические устройства выполняют оптическую связь луча со средством выработки луча через первый оптический канал и второй оптический канал и вне второго дальнего отверстия в направлении линейной дорожки. Таким образом, так как первый оптический канал вращается в первом направлении, и второй оптический канал вращается во втором направлении, второй дальний конец второго оптического канала совершает линейное возвратно-поступательное движение, таким образом заставляя луч света сканировать вдоль линейной дорожки на объекте.

Еще один аспект изобретения предусматривает способ сканирования луча света вдоль дорожки. Луч света генерируется. Луч вырабатывают из одной точки. Луч света направляют через первый оптический канал, имеющий первый ближний конец, расположенный рядом с фиксированной точкой, и противоположный первый дальний конец так, что луч распространяется от первого ближнего конца первого оптического канала к первому дальнему концу первого оптического канала. Луч света затем направляют от первого дальнего конца первого оптического канала через второй оптический канал, имеющий второй ближний конец, расположенный рядом с первым дальним концом первого оптического канала и противоположным вторым дальним концом так, что луч света распространяется от второго ближнего конца второго оптического канала в направлении второго дальнего конца второго оптического канала. Первый оптический канал вызывает вращение относительно первого ближнего конца первого оптического канала в первом направлении на первичной плоскости. Второй оптический канал вызывает вращение относительно второго ближнего конца второго оптического канала во втором направлении, противоположном первому направлению на вторичной плоскости, параллельной основной плоскости. Луч света направляют от второго дальнего конца второго оптического канала в направлении линейной дорожки. Таким образом, поскольку первый оптический канал вращается в первом направлении, и второй оптический канал вращается во втором направлении, луч света совершает линейное возвратно-поступательное движение, таким образом заставляя луч света сканировать вдоль линейной дорожки на объекте.

Во всех этих аспектах датчик (который может включать в себя источник света и детектор) и сканируемый объект находятся в стационарном положении, тогда как вращающиеся элементы перемещают луч света вниз по линейной дорожке. С датчика поступает сигнал, сообщающий, что объект перемещается линейно, тогда как в действительности ни датчик, ни объект не перемещаются. К тому же, сканируемый луч света остается, по существу, в перпендикулярном положении к сканируемой поверхности, и оптическая длина дорожки внутри устройства остается, по существу, постоянной в течение всего цикла сканирования.

Эти и другие аспекты изобретения станут понятными из следующего описания предпочтительных вариантов осуществления, рассматриваемых вместе с сопроводительными чертежами. Специалистам будет ясно, что возможны различные изменения и модификации без отклонения от масштаба и сущности раскрытой новой концепции.

Краткое описание чертежей
Сущность изобретения иллюстрируется ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
на фиг.1 представлен в схематическом виде простой вариант осуществления изобретения на различных стадиях линейного сканирования, причем каждый вид сопровождается соответствующим чертежом общего вида варианта осуществления;
на фиг.2 представлено перспективное (объемное) изображение с пространственным разделением элементов варианта осуществления изобретения, в котором используется промежуточная линза, расположенная между двумя перископами;
на фиг.3 представлено перспективное (объемное) изображение с пространственным разделением элементов варианта осуществления изобретения, в котором используются коллиматорные линзы на входе и выходе устройства;
фиг. 4 изображает в изометрическом и с пространственным разделением элементов виде вариант осуществления изобретения, в котором оптические каналы встроены в диски;
фиг. 5 изображает вид в поперечном сечении одного варианта осуществления изобретения.

Подробное описание изобретения
Ниже подробно описывается предпочтительный вариант осуществления изобретения. На всех видах чертежей одинаковые детали обозначены одинаковыми позициями. В настоящем описании и в формуле изобретения используются термины, имеющие следующие определенные значения, если из контекста явно не следует другое значение: термин "оптический" включает в себя ссылку на любую длину волны электромагнитного излучения и не ограничивается длиной волны в видимом диапазоне спектра; термин "канал" включает в себя любой предварительно определенный путь, по которому может распространяться луч, по меньшей мере, вдоль части своей длины, термин "связь" означает взаимосвязь, по меньшей мере, между двумя объектами, которая позволяет обеспечить распространение луча от первого объекта к, по меньшей мере, второму объекту.

Как показано на фиг.1A-1F, настоящее изобретение представляет собой устройство 10 для сканирования луча 12 света вдоль, по существу, линейной дорожки 16. Устройство 10 содержит первый оптический канал 26, который можно определить с помощью первого перископа 20 или другого элемента, имеющего длину, и второй оптический канал 46, который может быть включен во второй перископ 40 или другой элемент, имеющий длину.

Первый оптический канал 26 имеет первый ближний конец 22 и противоположный первый дальний конец 24, примем первый ближний конец оптически сопряжен с лучом света, первый ближний конец вращается относительно первой оси 14, которая пересекает фиксированную точку 15. Второй оптический канал 46 имеет второй ближний конец 42 и противоположный второй дальний конец 44. Второй ближний конец 42 оптически сопряжен с первым дальним концом 24 первого оптического канала 26, и второй ближний конец 42 вращается относительно второй оси, расположенной рядом с первым дальним концом 24 первого оптического канала 26.

Первый оптический канал 26 вращается относительно первой оси в первом направлении, по направлению стрелки А, и второй оптический канал 46 вращается относительно второй оси во втором направлении, противоположном первому направлению, в направлении стрелки В. Луч 12 света оптически связан через первый оптический канал 26 и второй оптический канал 46 вне второго дальнего конца 44 в направлении линейной дорожки 16. Если длины оптических каналов 26, 46 являются, по существу, одинаковыми, и если значения угловой скорости в направлениях А и В являются, по существу, одинаковыми, то поскольку первый оптический канал 26 вращается в первом направлении, а второй оптический канал 46 вращается во втором направлении В, второй дальний конец 44 второго оптического канала 26 совершает линейное возвратно-поступательное движение, таким образом заставляя луч сканировать вдоль линейной дорожки 16, расположенной на объекте.

На фиг. 1A-1F показано устройство 10а-f на различных стадиях сканирования. На фиг.1А показана полностью левая часть устройства 10а. На фиг.1В показано устройство 1b в виде второго дальнего конца 44, направленного внутрь. На фиг.1С показан второй дальний конец 44, по существу совпадающий с первым ближним концом 22. На фиг.1d показан второй дальний конец 44 справа от первого ближнего конца 22. На фиг.1Е показан второй дальний конец 44, расположенный полностью с правой стороны от первого ближнего конца 22, и на фиг. 1F показан второй дальний конец 44, направленный обратно к первому ближнему концу 22.

В этом варианте осуществления можно использовать оптические перископы, содержащие ромбоидальные призмы. Важным свойством оптических перископов, выполненных посредством ромбических призм, является относительная нечувствительность величины смещения луча и окончательного направления луча к угловому рассогласованию перископов. Грани под углом 45 градусов ромбоидальных призм обычно изготовляют с точностью приблизительно одной угловой минуты, а при более тщательной обработке можно изготовить с точностью, достигающей одной угловой секунды. При практическом применении сканирования луча важным обстоятельством является тот факт, что длина двух ромбоидальных призм (то есть, интервал между двумя гранями, расположенными под углом 45 градусов) должна быть совершенно равной, и эта длина является трудным параметром для управления в абсолютном смысле. Такие призмы можно выполнить путем изготовления одиночной призмы, ширина которой несколько больше, чем у двойной, которая требуется для отдельных призм перископа. После завершения изготовления сверхширокой призмы ее достаточно просто разрезать на две призмы, которые по своей единой природе происхождения имеют точно равные длины.

Один недостаток этого метода, связанный с передачей изображений через сканер, заключается в достаточно сложном компромиссном выборе между значением F оптического изображения (отношение фокусного расстояния к диаметру входной апертуры), поперечным размером перископа и длиной перископа. Из теории электромагнитных волн следует, что минимально достижимое разрешение пятна будет приблизительно равно длине волны, умноженной на число F. Следовательно, для получения необходимого разрешения малых по размеру пятен, которые используются при хранении оптических данных, требуется как относительно короткая длина волны (обычно меньше одного микрометра), так и малое число F (порядка 1,0). В случае этого прямого метода, при значениях числа F меньше приблизительно 8,0 и для данной длины перископа требуется чрезвычайно большое поперечное сечение перископа. Проблема компактности устройства и другие механические трудности для этого метода снижаются при меньших числах F для определенных устройств.

Введение одной или нескольких обращающих линз позволяет значительно уменьшить отношение поперечного сечения оптического канала к длине для данного значения F системы, или наоборот, значение F можно уменьшить (для того, чтобы получить более высокое разрешение) при поддержании отношения поперечного сечения оптического канала к длине. Эффект передачи изображения заключается в передаче оптического изображения между линейной дорожкой и МОД так, чтобы оно появилось в МОД для того, чтобы линейная дорожка находилась в стандартном положении считывания/записи. То есть, оптическая система, передающая изображение, передает сложную картину распределения освещенности из одной плоскости в конкретном месте (распределение освещенности для данных на линейной дорожке) в другое подобное распределение излучения на другую плоскость и в другом месте (изображение распределения излучения для данных, которое видно из МОД).

Из своего стационарного расположения в МОД появляется сигнал, что данные на поверхности карточки перемещаются так, как будто бы сами МОД перемещались бы вдоль стационарной линейной дорожки, даже на нелинейной (синусоидальной) скорости. Кроме очевидного преимущества, связанного с устранением элементов, совершающих возвратно-поступательное движение, метод допускает использование существующих МОД, которые хорошо известны в технике и в которых предусмотрена способность точной фокусировки и слежения за дорожкой. Так как изображение, полученное с помощью МОД, представляет собой в каждом способе точную копию того, что будет получено с помощью МОД, который перемещается вдоль линейной дорожки, то существующие способы точной фокусировки и слежения за дорожкой, разработанные в МОД, можно использовать с небольшой модификацией или без нее.

На фиг.2 показан вариант осуществления 110 изобретения, в котором изображение 112 можно передавать через сканер с помощью одной промежуточной линзы 160, расположенной между первым дальним концом 124 первого оптического канала 120 и вторым ближним концом 142 второго оптического канала 140. Фокусное расстояние линзы 160 выбрано равным одной четвертой от оптической длины дорожки между фокусом 113, 114 луча 112. Это удовлетворяет требованию стандартного изображения в масштабе 1:1, в котором объект и изображение располагаются на противоположных сторонах фокусирующей линзы на удвоенном фокусном расстоянии линзы. В этом варианте осуществления луч света является неколлимированным во всей системе сканера.

На фиг. 3 показан вариант осуществления 210, в котором используется первая линза 262, расположенная рядом с первым ближним концом 222 первого оптического канала 220, для коллимирования луча 212 в первом оптическом канале 220 и вторая линза 266, расположенная рядом со вторым дальним концом 244 второго оптического канала 240, для фокусировки луча 212. Этот вариант осуществления 210 имеет преимущество, связанное с уменьшенным оптическим диаметром луча внутри сканера. С помощью выбора различных фокальных длин для линз 262, 266 изображение можно увеличить или уменьшить.

Этот вариант осуществления предполагает, по меньшей мере, два преимущества: во-первых, он поддерживает использование систем с малыми значениями F (таким образом увеличивая оптическое разрешение), не требуя оптических каналов с большим диаметром, и во-вторых, он предусматривает возможность согласования значения F существующего МОД для оптической записывающей среды, для которой он не был разработан. Этот факт может иметь важное значение там, где желательно использовать МОД, выполненный под размер пятна, который отличается от размера конкретно используемой среды.

Луч 212 света выходит из оптического объектива датчика в виде сходящегося конического светового пучка и падает в фокусе, где обычно располагается объект. В этом варианте осуществления за пределами этой точки излучение распространяется в виде расходящегося конического светового пучка, где оно проходит через входную линзу 262 в сканер. Входная линза располагается на одном фокусном расстоянии от фокальной плоскости МОД, и она, следовательно, коллимирует излучение, выходящее из МОД перед попаданием его во вращающиеся каналы 220, 240. На выходе сканера излучение проходит через другую линзу 266, которая повторно фокусирует коллимированное излучение, падающее на объект. Отраженное от объекта излучение представляет собой изображение освещенных данных, которое затем проходит в обратном направлении через линзы и призмы тем же самым путем, как и прямой луч.

На фиг. 4 и 5 показан сканер 310 оптического изображения согласно варианту осуществления изобретения для сканирования оптического луча вдоль линейной дорожки 316 на объекте 318. Сканер 310 имеет корпус 320 с верхней частью 326 и противоположной нижней частью 328. Корпус 320 определяет первую цилиндрическую полость 322 между верхней частью 326 и нижней частью 328. Зубчатое колесо с внутренним зацеплением 330 размещено внутри цилиндрической полости 322 и закреплено в корпусе 320. Устройство 336 для выработки оптического луча 312 вдоль оси 315 закреплено в корпусе 320. Такое устройство 336 может содержать МОД (который может как вырабатывать луч, так и регистрировать световой пучок, отраженный от объекта) обычного типа, известного в технике изготовления CD-ROM дисков.

Дисковод 340 расположен внутри первой цилиндрической полости 322 и определяет вторую цилиндрическую полость 348. Дисковод 340 определяет первый оптический канал 346, который вращается относительно оси 315, который оптически связан с первым ближним отверстием 352 и первым дальним отверстием 354. Дисковод 340 также имеет наружную кромку 356. Диск 360 сканирования размещен внутри второй цилиндрической полости 348 и определяет второй оптический канал 366, который оптически связывается со вторым ближним отверстием 372 при совпадении с первым дальним отверстием 354. Диск 340 сканирования также определяет второе дальнее отверстие 374, связанное со вторым оптическим каналом 366. Диск 340 привода и диск 360 сканирования соединяются с помощью подшипника 382 относительно большого диаметра. Дисковод 340 соединен с корпусом 320 с помощью подшипника 381.

Как показано на фиг. 5, кольцевой двигатель 380 (такой как кольцевой двигатель с прямым возбуждением постоянного тока) связан с наружной кромкой 356, позволяя дисководу 340 вращаться. Как известно специалистам в технике, можно использовать и другие средства для вращения дисковода 340, такие как ролики, ремни передачи или механизмы, подсоединенные к внешнему двигателю (не показано). Как показано на фиг.4 и 5, цилиндрическое прямозубое колесо 332 крепится по окружности к диску 360 сканирования и входит в зацепление с зубчатым колесом с внутренним зацеплением 330, и так как кольцевой двигатель 380 позволяет дисководу 340 вращаться, цилиндрическое прямозубое колесо 332 перемещается по зубчатому колесу с внутренним зацеплением 330, таким образом позволяя диску 360 сканирования вращаться в направлении, противоположном направлению, в котором вращается дисковод 340. Таким образом, так как первый оптический канал 346 вращается в одном направлении и второй оптический канал 366 вращается в противоположном направлении, второе дальнее отверстие 374 во втором оптическом канале 366 совершает линейное возвратно-поступательное движение, таким образом заставляя луч 312 сканировать вдоль линейной дорожки 316 на объекте 318.

Устройство 336, вырабатывающее луч, осуществляет распространение луча 312 вдоль первого направления в первом ближнем отверстии 352. Первое зеркало 344 или другое устройство, вырабатывающее луч, которое известно в технике, направляет луч 312 во втором направлении на первичную плоскость, по существу перпендикулярно первому направлению, из первого ближнего отверстия 352 в первом оптическом канале 346. Второе зеркало 342 (или другое устройство) направляет луч 312 в третьем направлении, по существу параллельно первому направлению, из первого оптического канала 346, расположенного вне первого дальнего отверстия 354,и во второе ближнее отверстие 372. Третье зеркало 364 (или другое устройство) направляет луч 312 в четвертом направлении на вторичную плоскость, по существу параллельно первичной плоскости, из второго ближнего отверстия 372 во второй оптический канал 366, и четвертое зеркало 362 (или другое устройство) направляет луч 312 в пятом направлении, по существу параллельно первому направлению, из второго оптического канала 366, расположенного вне второго дальнего отверстия 374 в направлении линейной дорожки 316. Зеркала 342, 344, 362 и 364 размещены с возможностью изменения направления луча 312 на 90 градусов.

Этот вариант осуществления минимизирует нежелательное перемещение в масштабе микрометра. Второй оптический канал 366 должен быть размещен таким образом, чтобы третье зеркало 364 было выровнено со вторым зеркалом 342 первого оптического канала 346, и должен вращаться в плоскости, по существу, параллельно плоскости вращения первого оптического канала 346. Дисковод 340 и диск 360 сканирования должен быть тщательно сбалансирован во избежание нежелательной вибрации, возникающей при вращении.

Противовращение в некоторых устройствах можно достигнуть с помощью поддержания ролика в нескользящем контакте с кольцами (не показано), которые имеют ту же самую функцию и размеры как и механизмы, описанные выше. Для правильного функционирования должно быть предусмотрено средство для предотвращения скольжения между контактирующими поверхностями. Другой способ достижения требуемого противоположного вращения заключается в том, чтобы приводить в движение каждый диск с помощью отдельных синхронных двигателей. Скоростями вращения двигателя будут управлять так, чтобы каждый двигатель приводил в движение свой соответствующий диск точно на той же самой скорости, но в противоположном направлении.

Другой метод получения противовращения оптических каналов включает в себя механическое сдерживание вывода от соединенных каналов, чтобы следовать по прямой линии. Это можно выполнить с помощью прикрепления конца второго оптического канала к механизму скольжения (не показано), который сдерживает перемещение внутри прямой щели, по рельсу или подобному приспособлению. Первый оптический канал вращается равномерно, как описано выше, и в результате механического сдерживания второй оптический канал вынужден перемещаться таким способом, который точно воспроизводит вращение, упомянутое выше. В этом способе необходимое линейное перемещение происходит строго внутри ограничений посредством сил упругости, посадки и точности элементов. Поворотные усилия, существующие в системе, являются такими, что в центре сканирования (угол поворота 90 градусов) не существует усилий на выходе второго оптического канала, и система реагирует исключительно на инерцию второго оптического канала (действующую во время более ранней стадии сканирования), передавая ее через эту особую точку. Очевидно можно использовать и другие средства для перемещения через особую точку.

В этом варианте осуществления при определенных условиях можно заблокировать или приостановить следование по прямой линии. Это может произойти, если механизм пытается начать работу с двумя оптическими каналами, выровненными точно антипараллельно (с выводом второго перископа в центре сканирования). В этом случае выход второго оптического канала просто вращается относительно входной оси в первом оптическом канале, и сканирование формируется с прямой линии в одну точку, расположенную в центре дорожки данных. Эту ситуацию можно предотвратить с помощью управления оптическими каналами так, чтобы они всегда останавливались с оптическими каналами в ориентации, отличной от антипараллельной, или с помощью прикладывания усилия смещения с помощью некоторых других средств, таких как пружина, или другого элемента, один конец которого прикреплен к концу второго оптического канала, а другой конец прикреплен к концу дорожек ползуна.

Легко оценить, что изобретение можно также применять в многочисленных областях, таких как сканирование изображения, где изображение (например, фотография, рисунок, фотографический негатив или диапозитив, рентгенограмма, текстовый документ и так далее) сканируют растровым способом с целью преобразования двухмерного изображения объекта в одномерное изображение, как происходит с передачей электронной информации (например, телевидение, факсимильная связь). Изобретение можно также использовать, когда последовательный поток данных, отображающий объект, преобразуют в двухмерное изображение объекта с помощью растрового сканирования (например, для использования в лазерном принтере). Хотя в вариантах осуществления, описанных здесь, используется луч света, изобретение рассматривает и предусматривает варианты осуществления, в котором луч характеризуется другими физическими явлениями, подобными лучевым, включая лучи или потоки фотонов, частиц, жидкости или неоптического электромагнитного излучения.

Описанные выше варианты осуществления приведены только в качестве иллюстративных примеров. Легко оценить, что многочисленные изменения можно сделать на основании специфических вариантов осуществления, раскрытых в этом описании без отклонения от сущности изобретения. Соответственно сущность изобретения должна определяться с помощью формулы изобретения и не ограничиваться специфически описанными выше вариантами осуществления.

Изобретение относится к устройствам оптического сканирования. Его использование для сканирования вдоль линейной дорожки, например, в компакт-дисках или оптических карточках с данными позволяет получить технический результат в виде упрощения устройства и повышения его быстродействия. Этот результат обеспечивается в устройстве для сканирования луча, генерируемого из фиксированного местоположения, содержащем первый канал, ближний конец которого связан с лучом и вращается относительно первой оси вращения, расположенной рядом с фиксированным местоположением; второй канал, ближний конец которого связан с дальним концом первого канала и вращается относительно второй оси вращения, смещенной относительно первой оси и расположенной рядом с дальним концом первого канала; средство, позволяющее первому каналу вращаться относительно первой оси в первом направлении; средство, позволяющее второму каналу вращаться относительно второй оси во втором направлении, противоположном первому направлению; и средство сопряжения луча в первом канале через второй канал и за пределами дальнего конца второго канала в направлении к объекту, посредством чего первый канал вращается в первом направлении, а второй канал вращается во втором направлении, так, что дальний конец второго канала совершает возвратно-поступательное движение, формируя сканирование луча вдоль дорожки на объекте. 3 с. и 22 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для сканирования луча, генерируемого из фиксированного местоположения, содержащее: первый канал, имеющий первый ближний конец и противоположный первый дальний конец, причем первый ближний конец связан с лучом, при этом первый ближний конец вращается относительно первой оси вращения, расположенной рядом с фиксированным местоположением; второй канал, имеющий второй ближний конец и противоположный второй дальний конец, причем второй ближний конец связан с первым дальним концом первого канала, при этом второй ближний конец вращается относительно второй оси со смещением вращения относительно первой оси и расположенной рядом с первым дальним концом первого канала; средство, позволяющее первому каналу вращаться относительно первой оси в первом направлении; средство, позволяющее второму каналу вращаться относительно второй оси во втором направлении, противоположном первому направлению; и средство сопряжения луча в первом канале через второй канал и за пределами второго дальнего конца второго канала в направлении к объекту, посредством чего первый канал вращается в первом направлении, и второй канал вращается во втором направлении, второй дальний конец второго канала совершает возвратно-поступательное движение, таким образом формируя сканирование луча вдоль дорожки на объекте. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для генерирования луча. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что средство генерирования луча содержит модуль оптического датчика. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что луч является оптическим лучом света. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй дальний конец второго канала совершает линейное возвратно-поступательное движение. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для регистрации части луча, отраженного от объекта. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый канал имеет первую длину, и второй канал имеет вторую длину, и в котором первая длина, по существу, равна второй длине. 8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый канал вращается с первой скоростью вращения, и второй канал вращается со второй скоростью вращения, и в котором значение первой скорости вращения, по существу, равно значению второй скорости вращения. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит: корпус с верхней частью и противоположной нижней частью, при этом корпус определяет первую цилиндрическую полость между верхней частью и нижней частью, зубчатое колесо с внутренним зацеплением, расположенное внутри цилиндрической полости и прикрепленное к корпусу, дисковод, в который встроен первый канал, размещенный внутри первой цилиндрической полости и определяющий вторую цилиндрическую полость, при этом дисковод вращается относительно первой оси вращения, диск сканирования, в который встроен первый канал, размещенный внутри второй цилиндрической полости, причем диск сканирования вращается относительно второй оси вращения, и цилиндрическое прямозубое колесо, прикрепленное к диску сканирования и входящее в зацепление с зубчатым колесом с внутренним зацеплением, в котором средство вращения первого канала вращает дисковод в первом направлении, позволяя цилиндрическому прямозубому колесу перемещаться по зубчатому колесу с внутренним зацеплением, вызывая вращение диска сканирования во втором направлении. 10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что дисковод имеет наружную кромку, и первое средство вращения включает кольцевой двигатель, связанный с наружной кромкой. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что кольцевой двигатель является прямоприводным кольцевым двигателем постоянного тока. 12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что луч распространяется в первом направлении из фиксированного местоположения по направлению к первому ближнему концу первого канала, и в котором средство связи содержит: средство для направления луча вдоль второго направления на первичной плоскости, по существу перпендикулярно первому направлению, в первый канал через первый ближний конец первого канала, средство для направления луча вдоль третьего направления, по существу параллельно первому направлению, вне первого дальнего конца первого канала в направлении второго ближнего конца второго канала, средство для направления луча вдоль четвертого направления на вторичной плоскости, по существу параллельно первичной плоскости, во второй канал через второй ближний конец второго канала, и средство для направления луча вдоль пятого направления, по существу параллельно первому направлению, вне второго дальнего конца второго канала по направлению к объекту. 13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что каждое из средств для направления луча содержит зеркало. 14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что каждое зеркало расположено рядом с каждым концом первого канала и каждым концом второго канала под углом от первого направления так, чтобы можно было изменять направление луча на 90^o. 15. Устройство по п.12, отличающееся тем, что дополнительно содержит: первую линзу, расположенную рядом с первым ближним концом первого канала, для коллимирования луча, проходящего в первый канал, и вторую линзу, расположенную рядом со вторым дальним концом второго канала, для фокусировки луча на объект. 16. Устройство по п.12, отличающееся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере одну промежуточную линзу, расположенную между первым дальним концом первого канала и вторым ближним концом второго канала. 17. Оптический сканер изображения для сканирования оптического луча вдоль линейной дорожки на объекте, содержащий: корпус с верхней частью и противоположной нижней частью, причем корпус определяет первую цилиндрическую полость между верхней частью и нижней частью, зубчатое колесо с внутренним зацеплением, расположенное внутри цилиндрической полости и прикрепленное к корпусу, средство для генерирования оптического луча, выходящего из фиксированного местоположения относительно корпуса, дисковод, размещенный внутри первой цилиндрической полости и определяющий вторую цилиндрическую полость, при этом дисковод имеет первую ось вращения и определяет первый оптический канал, имеющий первую длину, первый ближний конец и первый дальний конец, дисковод определяет первое ближнее отверстие первого оптического канала, через которое первый оптический канал оптически сопряжен с лучом света, дисковод также определяет первое дальнее отверстие, расположенное рядом с первым дальним концом первого оптического канала и оптически сопряженное с первым оптическим каналом, причем первый ближний конец первого оптического канала вращается относительно первой оси, расположенной рядом с фиксированным местоположением, при этом дисковод также имеет наружную кромку, диск сканирования, размещенный внутри второй цилиндрической полости и имеющий вторую ось смещения вращения относительно первой оси вращения, при этом диск сканирования определяет второй оптический канал, имеющий вторую длину, по существу равную первой длине, второй ближний конец и второй дальний конец, диск сканирования определяет второе ближнее отверстие, расположенное рядом со вторым ближним концом второго оптического канала, через который второй оптический канал оптически сопряжен с первым дальним отверстием, диск сканирования также определяет второе дальнее отверстие, расположенное рядом со вторым дальним концом второго оптического канала и оптически сопряженное со вторым оптическим каналом, причем второй ближний конец второго оптического канала вращается относительно второй оси, расположенной рядом с первым дальним концом первого оптического канала, кольцевой двигатель, связанный с наружной кромкой и вращающий дисковод с первой скоростью вращения относительно первой оси вращения в первом направлении, цилиндрическое прямозубое колесо, прикрепленное по окружности к диску сканирования и входящее в зацепление с зубчатым колесом с внутренним зацеплением так, чтобы цилиндрическое прямозубое колесо перемещалось вдоль зубчатого колеса с внутренним зацеплением, так, что кольцевой двигатель заставляет дисковод вращаться в первом направлении, таким образом позволяя диску сканирования вращаться относительно второй оси во втором направлении, противоположном первому направлению на второй скорости вращения, по существу равной первой скорости вращения, и средство для оптической связи луча, выходящего из средства генерирования, через первый оптический канал и второй оптический канал и за пределами второго дальнего отверстия по направлению к линейной дорожке, при этом первый оптический канал вращается в первом направлении и второй оптический канал вращается во втором направлении, второй дальний конец второго оптического канала совершает линейное возвратно-поступательное движение, таким образом заставляя луч сканировать вдоль линейной дорожки на объекте. 18. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для регистрации части луча, отраженного от линейной дорожки. 19. Устройство по п.17, отличающееся тем, что средство оптического луча содержит модуль оптического датчика. 20. Устройство по п.17, отличающееся тем, что кольцевой двигатель является прямоприводным кольцевым двигателем постоянного тока. 21. Устройство по п.17, отличающееся тем, что средство для генерирования оптического луча распространяет луч вдоль первого направления от фиксированного местоположения в первом ближнем отверстии, и в котором средство связи содержит: средство для направления луча вдоль второго направления на первичной плоскости, по существу перпендикулярно первому направлению, из первого ближнего отверстия в первом оптическом канале, средство для направления луча вдоль третьего направления, по существу параллельно первому направлению, из первого оптического канала за пределами первого дальнего отверстия и во втором ближнем отверстии, средство для направления луча вдоль четвертого направления на вторичной плоскости, по существу параллельно первичной плоскости, из второго ближнего отверстия во второй оптический канал, и средство для направления луча вдоль пятого направления, по существу параллельно первому направлению, из второго оптического канала вне второго дальнего отверстия по направлению к линейной дорожке. 22. Устройство по п.21, отличающееся тем, что каждое из средств направления содержит множество зеркал, в котором каждое зеркало расположено рядом с каждым концом первого оптического канала и каждым концом второго оптического канала под углом относительно первого направления для того, чтобы луч мог изменять направление на 90^o. 23. Устройство по п.21, отличающееся тем, что дополнительно содержит: первую линзу, расположенную рядом с первым ближним отверстием дисковода для коллимирования луча, проходящего в первый оптический канал, и вторую линзу, расположенную рядом со вторым дальним отверстием диска сканирования для фокусировки луча на линейную дорожку. 24. Устройство по п.21, отличающееся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере одну промежуточную линзу, расположенную между первым дальним отверстием дисковода и вторым ближним отверстием диска сканирования. 25. Способ сканирования оптического луча вдоль линейной дорожки, включающий этапы: непрерывно генерируют луч света из фиксированного расположения и направляют луч по направлению к первому ближнему концу первого оптического канала, перенаправляют луч через первый оптический канал, также имеющий противоположный первый дальний конец для распространения луча от первого ближнего конца первого оптического канала по направлению к первому дальнему концу первого оптического канала, перенаправляют луч от первого дальнего конца первого оптического канала по направлению ко второму оптическому каналу, имеющему второй ближний конец, расположенный рядом с первым дальним концом первого оптического канала и противоположным вторым дальним концом для распространения луча от второго ближнего конца второго оптического канала по направлению ко второму дальнему концу второго оптического канала, осуществляют вращение первого оптического канала относительно первого ближнего конца первого оптического канала в первом направлении на первичной плоскости, осуществляют вращение второго оптического канала относительно второго ближнего конца второго оптического канала во втором направлении, противоположном первому направлению на вторичной плоскости, параллельной первичной плоскости, и перенаправляют луч от второго дальнего конца второго оптического канала по направлению к линейной дорожке для осуществления линейного возвратно-поступательного движения луча, так, что первый оптический канал вращается в первом направлении и второй оптический канал вращается во втором направлении, таким образом заставляя луч сканировать вдоль линейной дорожки на объекте.