DE2129791A1

DE2129791A1 - Belcuchtungseinrichtung fuer eine Vorlagenebene,insbesondere in einem Schnellkopiergeraet

Info

Publication number: DE2129791A1
Application number: DE19712129791
Authority: DE
Inventors: Libby Edwin Langrod
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1970-06-23
Filing date: 1971-06-16
Publication date: 1971-12-30
Also published as: ES392537A1; BE768914A; FR2099191A5; NL7108238A

Description

Böblingen, 7. Juni 1971

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket LE 969 042

Beleuchtungseinrichtung für eine Vorlagenebene, insbesondere in einem Schnellkopiergerät

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Beleuchtung einer Vorlagenebene, insbesondere in einem Schnellkopiergerät, mit mindestens einer stabförmigen Lichtquelle und einem zugeordneten gebogenen Reflektor unterhalb der Vorlagenebene.

Bisher ist in Kopiergeräten die Vorlagenebene normalerweise mit gleicher Beleuchtungsstärke an allen Punkten der Fläche beleuchtet worden. Hieraus resultiert, daß die Beleuchtung bzw. die Lichtintensitätsverteilung auf der Bildebene bei der photoleitfähigen Schicht nicht gleichmäßig ist. Dies resultiert daraus, daß die Lichtintensität in dem Maße abnimmt, wie der Abstand vom Zentrum des Bildes zunimmt. Diese Abnahme und Lichtintensitäts-

4 verteilung gehorcht im allgemeinen dem sogenannten cos -Gesetz.

Dieses Gesetz besagt, daß die Beleuchtung eines Punktes in der Bildebene direkt mit der Beleuchtung der Vorlagenebene und mit der vierten Potenz des Kosinusses des Winkels zwischen der Linsenachse und dem Hauptstrahl folgt. Anders ausgedrückt, folgt die Beleuchtungsstärke der Gleichung:

4
E, = KE cos Θ,

dabei bedeutet E. die Beleuchtung der Bildebene,

E die Beleuchtung der Vorlagenebene (eine

Konstante)

K dem Dämpfungsfaktor der Linsen (eine Kon-109853/1216

stante)

θ den Winkel zwischen der Linsenachse und dem Hauptstrahl.

Zur Erzielung guter Kopien ist es notwendig, daß die Bildebene, in der die photoleitfähige Schicht zur Aufnahme eines elektrostatischen Ladungsbildes entsprechend der Vorlage liegt, dieselbe relative Lichtintensität aufweist wie die Vorlage selbst. Das bedeutet also eine gleichförmige Beleuchtungsstärke für die Bildebene .

. Hieraus ergibt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung dahingehend, daß die Abweichungen in der Lichtintensität, die auf dem Weg zwischen der Vorlagenebene und der Bildebene auftreten, kompensiert werden müssen und daß weiterhin die Variationen in der Lichtintensitätsvertexlung im Hinblick auf den Einfluß des cos -Gesetzes ausgeglichen bzw. minimiert werden müssen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß Lichtquellen und ihnen jeweils zugeordnete diffuse Reflektoren auf der Vorlagenebene eine derartige Beleuchtungsstärke erzeugen, daß das von der Vorlage reflektierte Licht auf der Bildebene eine an allen Orten gleichförmige Beleuchtungsstärke ergibt, unabhängig von den unterschiedlichen Dämpfungen auf dem Weg zwisehen der Vorlagenebene und der Bildebene.

Mit Hilfe dieser Beleuchtungseinrichtung wird auf vorteilhafte Weise erreicht, daß in der Bildebene eine gleichmäßige Beleuchtungsstärke vorhanden ist, so daß eine allen Belangen gerechtwerdende Kopie hergestellt werden kann.

Eine vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung, bei der ein Linsensystem im Weg des von der Vorlage reflektierten Lichtes und der Bildebene angeordnet ist, besteht darin, daß entsprechend der durch das Linsensystem hervorgerufenen Dämpfung und nach dem cos Θ-Gesetz, wobei θ der Winkel

10 9 8 6 3/1216

Docket LE 969 042

zwischen der optischen Achse des Linsensystems und dem jeweiligen Lichtstrahl, die Beleuchtungsstärke der Vorlagenebene invers zur

Dämpfung verläuft, d.h. daß E_Q = E'/cos Θ, wobei E¹ die Beleuchtungsstärke im Zentrum der Vorlagenebene ist, und die Beleuchtungsstärke E. in der Bildebene dann gleich

KE cos⁴e = = KE¹ beträgt und eine Konstante ist, wobei ° cos⁴e

K ebenfalls eine Konstante bedeutet.

Auf diese Weise läßt sich vorteilhaft der Einfluß des cos -Gesetzes kompensieren und darüber hinaus lassen sich auch noch andere im Linsensystem begründete Dämpfungsfaktoren dahingehend ausgleichen, daß ihr die Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke in der Bildebene schwächender Einfluß durch inversen Ausgleich der Beleuchtung in der Vorlagenebene ausgeglichen wird.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Beleuchtungseinrichtung besteht darin, daß die Reflektoren mit ihren öffnungen zur Vorlagenebene hinweisen und etwa die Form einer unsymmetrischen Parabel aufweisen, deren weniger stark gekrümmte Ast zu der direkt benachbarten Seite der Vorlagenebene hinweist, während die Parabelachse in etwa zur gegenüberliegenden Seite der Vorlagenebene weist und deren stärker gekrümmte Ast unterhalb der Lichtquelle verläuft. Mit anderen Worten kann man für diese Form auch sagen, daß sie etwa einem halben kleinen griechischen ω entspricht, dessen langer Ast jeweils etwa an einer direkt benachbarten Seite der Vorlagenebene beginnt und dessen kurzer unterer Ast unter der Lichtquelle zu liegen kommt.

Um zu vermeiden, daß von der Vorlagenebene Licht direkt reflektiert wird, d.h. um zu erreichen, daß die die Vorlage beleuchtenden Lichtstrahlen immer unter einem Winkel auftreffen, der kleiner als 90 ist, und um eine genügend große öffnung für das unbehinderte Hindurchtreten des von der Vorlage reflektierten Lichtes zu erreichen, besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung

1 O 9 8 H Ά / 1 7 1 B

Docket LE 969 042

der Erfindung darin, daß vier stabförmige Lichtquellen mit je einem Reflektor rechtwinklig zueinander außerhalb der von der Vorlagenebene bestimmten Fläche und parallel zu deren Seiten angeordnet sind. Durch die Verwendung von vier Lichtquellen mit je einem Reflektor wird außerdem eine von vier Seiten her sich vorteilhaft überlappende Beleuchtung der Vorlagenebene erreicht, die in der Bildebene eine homogene Beleuchtungsstärke gewährleistet.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ist insbesondere für ein Schnellkopiergerät gedacht. Es ist deshalb bei der zu erzielenden höheren Geschwindigkeit, mit der Kopien hergestellt werden sollen, vorteilhaft und teilweise auch notwendig, die Lichtquellen jeweils kurzzeitig als Blitzlichtquellen zu betätigen. In vorteilhafter Weise ist in einem derartigen Schnellkopiergerät weiterhin vorgesehen, daß in der Bildebene ein endloses photoleitfähiges Band zur Aufnahme eines Ladungsbildes umlaufend angeordnet ist und daß die Bewegung des Bandes zeitlich mit dem Aufblitzen der Lichtquellen und der Zuführung des Kopierpapiers für die übertragung des Bildes vom Band auf das Papier zur Herstellung einer richtigen Kopie abgestimmt ist.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung, insbesondere mit den besonders geformten Reflektoren läßt sich in vorteilhafter Weise eine Lichtverteilung auf der Vorlagenebene erreichen, die an allen Stellen genau den in dem System auftretenden Dämpfungen in der Weise gerecht wird, daß die Beleuchtungsstärke in der Bildebene, d.h. bei dem latenten elektrostatischen Bild, gleichförmig ist.

Im folgenden wird anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles Aufbau und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung näher erläutert. Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Schnellkopiergerätes mit einem photoleitfähigen Band 109853/1216

Docket LE 969 042

für die übertragung des von einem Originaldokument auf dieses geblitzten Bildes;

Fig. 2 schematisch eine bevorzugte Anordnung der Lichtquellen für die Beleuchtung des Originals;

Fig. 3 einen vergrößerten Teil des Systems aus Fig. 1,

insbesondere die Vorlagenebene, das Beleuchtungssystem und das optische System mit den typischen Abmessungen in dem System;

Fig. 4 zeigt die in Fig. 3 dargestellte Anordnung in

einer um 90 ° versetzten Seitenansicht.

In Fig. 1 ist ein Schnellkopiergerät 1 dargestellt, das ein photoleitfähiges Band 2 enthält und einen Hauptrahmen 3 für die Aufnahme der verschiedenen Stationen, die für die Herstellung einer großen Zahl von Kopien bei hoher Geschwindigkeit von Originalvorlagen notwendig sind. Eine Vorlage wird auf die Vorlagenebene 5 gelegt und durch Blitzlampen 6 und 7 in zeitlicher Abstimmung mit der Bewegung des umlaufenden Bandes 2 beleuchtet. Ein optisches System mit Spiegeln 10 und 11 und Linsen 12 projiziert das Bild des Originals auf eine Bildebene 2a auf dem Band 2.

Das in Fig. 1 dargestellte Gerät enthält die üblichen elektrophotographischen Einrichtungen für die Herstellung von Kopien. Dementsprechend ist eine Reinigungsbürste 15 mit einem dazugehörigen umlaufenden Abstreifsystem 16 und einem Bürstenmotor 17 vorgesehen, eine Koronaladestation 18 für das Band 2, die Bildebene 2a wie bereits erwähnt, eine Entwicklerstation 20 mit einer Tonerzuführung 19, eine tibertragungsstation 22 für die übertragung des elektrostatischen Bildes auf dem Band 2 auf das Kopierpapier und schließlich eine Vorreinigungs-Koronastation 23. Das Band 2 ist auf trommeiförmigen Antriebsrollen 27 und 28 montiert und wird durch einen Bandspanner 21 auf die notwendige Spannung gebracht. Die Drehrichtung des Bandes 2 ist durch den Pfeil 25 angezeigt. Oberhalb der Antriebstrommel 28 ist eine Löschlampe 24

109853/ 1216

Docket LE 969 042

angeordnet, die zur Löschung elektrostatischer Bilder verwendet werden kann. Eine mit 30 bezeichnete Papierzuführungseinrichtung enthält eine große Zahl von Einzelblättern, die durch verschiedene Vorrichtungen, einschließlich eines Bandes 31, zu der Übertragungsstation 22 befördert werden, damit dort die Bilder in zeitlicher Übereinstimmung mit der Bewegung des Bandes 2 übertragen werden können. Anschließend an diese übertragung wird das nunmehr auf dem Kopierpapier enthaltene Tonerbild durch eine Schmelzfixiereinrichtung 33 eingebrannt und nach Durchlaufen von Transportmitteln 34, die nicht näher dargestellt sind, wird die fertige Kopie zu einem Sortierer bzw. einer Kopienablage 35 befördert.

In Fig. 2 ist eine typische Anordnung der Blitzlichtquellen dargestellt. Die beiden Lichtquellen 6 und 7 sind parallel zu den Längskanten der Vorlagenebene 5 und unterhalb von dieser angeordnet. Sie haben einen größeren Abstand voneinander als die Vorlagenebene 5 breit ist. Rechtwinklig zu diesen beiden Lichtquellen 6 und 7 sind zwei weitere Lichtquellen 8 und 9 parallel zu den Schmalseiten der Vorlagenebene 5 angeordnet. Auch diese . beiden Lichtquellen 8 und 9 sind weiter auseinander angeordnet als es der Länge der Vorlagenebene 5 entspricht, üblicherweise ist die Vorlagenebene 5 für die Aufnahme von Dokumentengrößen von ca. 28 χ 43 cm gedacht. Selbstverständlich sind auch hier " andere Größen möglich.

In den Fign. 3 und 4 sind die abmessungsmäßigen Beziehungen der verschiedenen Bauteile des optischen Systems, insbesondere der als Lichtquellen verwendeten Xenon-Blitzlampen 6-9 dargestellt, ebenso wie die zugehörigen Reflektorelemente.

In Kopiermaschinen mit kontinuierlicher Tonerzuführung ist es für das Bild eines Dokumentes wichtig, dieselbe relative Lichtintensität wie auf der Vorlage zu haben. Dies ist selbstverständlich, weil es wünschenswert ist, Kopien zu erhalten, die dem Original soweit wie irgend möglich gleichen - Weißes muß weiß bleiben und Graues grau.

109853/1216

Docket LE 969 042

Würde die Vorlagenebene gleichmäßig beleuchtet, dann wäre die
Beleuchtungsstärke bzw. die Lichtintensitätsverteilung auf der Bildebene nicht gleichförmig. Die Lichtintensität nimmt in dem Maße ab, wie der Abstand von dem Zentrum des Bildes zunimmt. Die Lichtintensitätsverteilung gehorcht dem cos -Gesetz. Dieses Gesetz besagt, daß die Beleuchtungsstärke eines Punktes in der Bildebene direkt mit der Beleuchtung der Vorlagenebene und mit der vierten Potenz des Kosinusses des Winkels zwischen der Linsenachse und dem Hauptstrahl geht, d.h. daß die Beleuchtungsstärke
E. = KE cos θ beträgt, wobei

E = der Beleuchtung der Bildebene

E - der Beleuchtung der Vorlagenebene (eine Konstante)
K - dem Dämpfungsfaktor der Linsen (eine Konstante)
θ - dem Winkel zwischen der Linsenachse und dem Hauptstrahl entspricht.

Die vier Lichtquellen 6, 7, 8 und 9 und ihre zugehörigen Reflektoren sind um die Vorlagenebene 5 und unterhalb von dieser in
einer derartigen Weise angeordnet, daß die Vorlagenebene 5 mit einer Lichtverteilung beleuchtet wird, die invers zu dem cos -

Gesetz ist, d.h. E = E'/cos Θ, wobei E¹ der Beleuchtung im
Zentrum der Vorlagenebene 5 entspricht. Daraus ergibt sich, daß die Beleuchtung in der Bildebene 2a

E₁ = KE COs⁴Q = = KE¹ beträgt und eine-Konstante ist.

cos θ

Falls die Lichtstärkeverteilung eines gleichförmig beleuchteten Dokuments anders verläuft als es durch das bereits erwähnte

4
cos -Gesetz beschrieben wird, etwa aus anderen Effekten heraus wie beispielsweise durch die Abschattung der Linsen, kann dieselbe Methode angewendet werden. D.h., daß die Beleuchtung der Vorlage entsprechend reziprok zu der Beleuchtungsverteilung auf der Bildebene gemacht werden muß, wenn als Ausgangspunkt eine
gleichmäßig beleuchtete Vorlage gewählt worden ist. Entsprechend diesen Voraussetzungen soll nun nochmals auf die Fign. 3 und 4 Bezug genommen werden, wobei in Fig. 3 die Xenon-Blitzlampen 6

109853/12Ί6
Docket LE 969 042

und 7 und in Fig. 4 die Xenon-Blitζlampen 8 und 9 jeweils zusammen mit ihren diffusen Reflektoren gezeigt sind. Die Lichtquellen 6, 7, 8 und 9 weisen die Reflektoren 40, 41, 42 und 43 auf, die besonders geformt sind und zwar in der Weise geformt, um beispiels-

weise entsprechend dem cos -Gesetz "die Kompensation der Lichtverteilung vorzunehmen und sicherzustellen, daß die Beleuchtung durch die Xenon-Lampen, wenn diese gezündet werden, in umgekehrter direkter Beziehung mit diesem Gesetz verläuft, um somit ein Bild einheitlicher Beleuchtungsstärke auf dem photoleitfähigen Band 2 zu erzeugen. Die Form der Reflektoren, deren Öffnung zur Vorlagenebene 5 hinweist und deren Anordnung auch eine direkte Beleuchtung der Vorlagenebene 5 durch die einzelnen Lampen 6 bis 9 ermöglicht, kann in etwa mit einer unsymmetrischen Parabel verglichen werden, deren weniger stark gekrümmter Ast zu der direkt benachbarten Seite der Vorlagenebene 5 weist und deren stärker gekrümmter Ast unterhalb der Lichtquellen verläuft. Die Achse dieser unsymmetrischen Parabel zeigt etwa zu der jeweils gegenüberliegenden Seite der Vorlagenebene. Man kann die Form dieser Reflektoren auch mit Hilfe eines halben kleinen griechischen ω vergleichen, dessen langer Ast jeweils etwa an einer direkt benachbarten Seite der Vorlagenebene beginnt und dessen kurzer unterer Ast unter der jeweiligen Lichtquelle verläuft, wobei die öffnung des halben ω jeweils zur Vorlagenebene hin gerichtet ist. Die einzelnen besonderen Formen dieser Reflektoren lassen sich in der Praxis am bestem empirisch aus Messungen der in jedem System verwendeten Optik und den darin vorkommenden Dimensionen bestimmen.

Die in den Fign. 3 und 4 angegebenen Zahlen sind typische Dimensionsbeziehungszahlen und sollen nur die verschiedenen Größenordnungen andeuten. Selbstverständlich können diese Dimensionsbeziehungen entsprechend der verschiedenen Umstände und des besonderen benutzten Systems variiert werden. Sie dienen also einzig als Leitlinien in bezug auf Dimensionen und beschränken nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung.

1 fJ US'·"

Mit der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß das von der Vorlagenebene 5 bzw. von der Vorlage selbst reflektierte Licht
in einer derartigen Weise in der Bildebene 2a ankommt, das dort das photoleitfähige Band 2 unter allen Umständen derart beleuchtet wird, daß die Lichtverteilung in der Bildebene 2a gleichförmig ist. Daraus ergibt sich, daß durch diese Technik in vorteilhafter Weise einwandfreie Kopien herstellbar sind.

109853/ 1216

Docket LE 969 042

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Einrichtung für die Beleuchtung einer Vorlagenebene, insbesondere in einem Schnellkopiergerät, mit mindestens einer stabförmigen Lichtquelle und einem zugeordneten gebogenen Reflektor unterhalb der Vorlagenebene, dadurch gekennzeichnet, daß Lichtquellen (6, 7, 8, 9) und ihnen jeweils zugeordnete diffuse Reflektoren (4O, 41, 42, 43) auf der Vorlagenebene ( 5 ) eine derartige Beleuchtungsstärke erzeugen, daß das von der Vorlage reflektierte Licht auf einer Bildebene (2a) eine an allen Orten gleichförmige Beleuchtungsstärke ergibt, unabhängig von den unterschiedlichen Dämpfungen auf dem Weg zwischen der Vorlagenebene (5) und der Bildebene (2a).

Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Linsensystem im Weg des von der Vorlage reflektierten Lichtes und der Bildebene angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend der durch das Linsensystem (12) hervorgerufenen Dämpfung und nach dem cos Θ-Gesetz, wobei θ der Winkel zwischen der optischen Achse und dem jeweiligen Lichtstrahl ist, die Beleuchtungsstärke (E ) der Vorlagenebene (5)

° 4

invers zur Dämpfung verläuft, d.h. daß E = E'/cos Θ, wobei E¹ die Beleuchtungsstärke im Zentrum der Vorlagenebene (5) ist, und die Beleuchtungsstärke (E,) in der Bildebene dann gleich

4
„„ _ΛΛ,,4_α _ KE'cos θ = KE¹ beträgt und eine Konstante ist,

X\Ü COS W — - ■*

° cos⁴e

wobei K ebenfalls eine Konstante darstellt.

3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren (40, 41, 42, 43) mit ihrer Öffnung zur Vorlagenebene (5) hinweisen und etwa die Form einer unsymmetrischen Parabel aufweisen, deren weniger stark gekrümmte Ast zu der direkt benachbarten Seite der Vorlagenebene (5) weist, während die Parabelachse etwa zur gegenüber-

fO 9853/1276

Docket LE 969 042

liegenden"Seite der Vorlagenebene (5) zeigt, und deren stärker gekrümmte Ast unterhalb der Lichtquellen (6, 7, 8, 9) verläuft oder etwa die Form eines halben kleinen griechischen ω hat, dessen langer Ast jeweils etwa an einer direkt benachbarten Seite der Vorlagenebene (5) beginnt und dessen kurzer unterer Ast unter der Lichtquelle (6, 7, 8, 9) verläuft.

4. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vier stabförmige Lichtquellen (6, 7, 8, 9) mit je einem Reflektor (40, 41, 42, 43) rechtwinklig zueinander, außerhalb der von der Vorlagenebene (5) bestimmten Fläche und parallel zu deren Seiten angeordnet sind.

5. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (6, 7, 8, 9) jeweils kurzzeitig als Blitzlichtquellen betätigt werden.

6. Beleuchtungseinrichtung in einem Schnellkopiergerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bildebene (2a) ein endloses photoleitfähiges Band (2) zur Aufnahme eines Ladungsbildes umlaufend angeordnet ist und daß die Bewegung des Bandes (2) zeitlich mit dem Aufblitzen der Lichtquellen (6, 7, 8, 9) und einer Papierzuführung (30, 31) für die übertragung des Bildes vom Band (2) auf die Kopie abgestimmt ist.