DE2844318A1

DE2844318A1 - Schlitzbeleuchtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2844318A1
Application number: DE2844318A
Authority: DE
Inventors: Seiji Sagara; Muneharu Sugiura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1977-10-12
Filing date: 1978-10-11
Publication date: 1979-04-19
Also published as: US4295186A; JPS6015052B2; JPS5455420A

Description

T D,. I/' Patentanwälte:

TlEDTKE - DÜHLING - IVlNNE Dipl.-Ing. H. Tiedtke

A> η Dipl.-Chem. G. Bühling

V3RUPE - rELLMANN Dipl.-Ing. R.Kinne

Dipl.-Ing. R Grupe -2- 2844318 Dipl.-Ing. B. Pellmann

Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2

Tel.: 0 89-53 96 Telex: 5-24845 tipat

c cable: Germaniapatent München

11. Oktober 1978 B 9245/case CFO1613

Canon Kabushiki Kaisha GP738

Tokyo / Japan

Schlitzbeleuchtungsvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schlitzbeleuchtungsvorrichtung, durch die ein Schlitzbereich unabhängig von der Lage der Lichtquelle gleichmäßig beleuchtet werden kann.

Als reflektierende Spiegel für Schlitzbeleuchtungsvorrichtungen sind bisher im allgemeinen reflektierende Spiegel mit Oberflächen zweiter Ordnung, z. B. Spiegel, deren Querschnitt die Form einer Ellipse, einer Parabel oder einer Hyperbel hat, oder einfache Spiegel mit planer Oberfläche verwendet worden. Als Beispiele für reflektierende Spiegel mit planer Oberfläche können ein Spiegel wie der in der beigefügten Fig. 1 gezeigte und ein aus einer Mehrzahl von Spiegeln mit planer Oberfläche bestehender Spiegel, wie er aus der US-Patentschrift 3 777 135 bekannt ist, genannt werden.Gemäß dieser US-Patentschrift wird divergierendes Licht aus einer Lichtquelle durch jeden reflektierenden Spiegel reflektiert, und dieses reflektierte Licht wird als divergierendes Licht zur Gesamtbestrahlung einer Bildvorlage eingesetzt. Jeder Spiegel mit planer Oberfläche nimmt eine solche Lage ein, daß die Länge des zu ihm gehörenden Lichtwegs in Bezug auf das eine und das andere Ende der Bildvorlage kontinuierlich kleiner oder größer werden kann. Dieser Spiegel nimmt jedoch nicht im mindesten eine Gestalt mit einer Oberfläche zweiter Ordnung an, die die Eigenschaft hat, das Licht zum Konver-

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Deutsche Bank (München) Kto. 51/61070 Dresdner Bank (München) K!o. 3939 844 Postscheck (München) Kto. 670-43-804

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gieren zu bringen, z. B. die Gestalt eines Ellipsoids. Dies stellt einen Unterschied zwischen der Belichtung eines Schlitzes und der Gesamtbelichtung dar. Mit anderen Worten gesagt wird bei der Schlitzbelichtung das Licht zum Konvergieren gebracht, während es bei der Gesamtbelichtung divergieren gelassen wird. Dieser Unterschied wird beim Vergleich mit dem Reflexionsfaktor eines herkömmlichen, mehrflächigen Spiegels, der auf eine leichte Herstellbarkeit gerichtet ist, durch das Vorhandensein oder das Fehlen der Eigenschaft, das Licht zum Konvergieren zu bringen, deutlich.

Im Fall eines Spiegels mit planer Oberfläche, wie er in Fig. 1 gezeigt wird, tritt der Nachteil auf, daß der Lichtmengenverlust insgesamt groß ist, weil der von einer Lichtquelle ausgehende Lichtstrahl divergiert; man kann jedoch am Schlitzbereich eine relativ stabile Verteilung der Beleuchtung erzielen, selbst wenn die Lage der Lichtquelle wesentlich von der Lage abweicht, in der sich die Lichtquelle ursprünglich befinden sollte.

Auch wenn der reflektierende Spiegel, wie in Fig. 2 gezeigt wird, einen Querschnitt in Form einer Kurve zweiter Ordnung, z. B. einer Ellipse, einer Parabel oder einer Hyperbel, hat, kann eine effektive Beleuchtung durchgeführt werden, sobald die Lichtquelle an der Stelle des ersten Brennpunktes festgehalten wird, da der Brennpunkt genau bestimmt werden kann. Andererseits tritt jedoch der Nachteil auf, daß die Beleuchtung und deren Verteilung am Schlitzbereich in hohem Maße variieren, wenn die Lichtquelle von dieser bestimmten Lage abweicht. Aus der Japanischen Offenlegungsschrift 51-23725 ist ein reflektierender Spiegel bekannt, durch den dieser Nachteil überwunden werden soll. Dieser Spiegel, der eine Oberfläche zweiter Ordnung hat, ist in zwei Teilspiegel aufgeteilt, und die aufgeteilten, reflektierenden Spiegel werden so angeordnet, daß sie sich in der Lage ihrer Brennpunkte unterscheiden. Die Herstellung eines sol—

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chen reflektierenden Spiegels und die Einstellung der Lage der Brennpunkte ist jedoch kompliziert, da bei einer solchen doppelten Brennpunktlage eine Einstellung hinsichtlich der wechselseitigen Lagebeziehung der Brennpunkte erforderlich ist.

Es ist außerdem, gerade wenn die Lichtquelle eine in der zur Hauptachse senkrechten Richtung abweichende Lage hat, noch fraglich, ob die Unregelmäßigkeiten in der Beleuchtung vermindert werden können.

Aufgabe der Erfindung ist daher eine Schlitzbeleuchtungsvorrichtung, durch die eine gleichmäßige und stabile Beleuchtung eines Schlitzbereichs erreicht werden kann, selbst wenn es zu wesentlichen Veränderungen in der Lage der Lichtquelle kommt.

Diese. Aufgabe kann erfindungsgemäß dadurch gelöst werden, daß man die Lichtquelle, die sich in einer zur Längsrichtung des Schlitzbereichs parallelen Richtung erstreckt, mit einem mehrere plane Oberflächen aufweisenden Spiegel umgibt, dessen Längsrichtung zur Lichtquelle parallel ist. Dabei hat jeder der Spiegel mit planer Oberfläche, aus denen der mehrflächige Spiegel besteht, eine kurze Seite, deren Länge durch die Einbaulage der Lichtquelle, durch die Lagebeziehung zwischen dem Schlitzbereich und dem mehrflächigen Spiegel, durch die Größe der Lichtquelle usw. festgelegt ist.

Die beigefügten Zeichnungen werden nachstehend kurz erläutert.

Die Fig. 1A und 1B zeigen eine Querschnittsansicht eines reflektierenden Spiegels, bei dem ein bekannter, reflektierender Spiegel mit planer Oberfläche verwendet wird.

Fig. 2A zeigt einen Querschnitt eines reflektierenden Spiegels, bei dem ein bekannter reflektierender Ellipsoidspiegel verwendet wird, wobei sich der Leuchtfaden der Licht-

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quelle im Brennpunkt des Ellipsoids befindet.

Fig. 2B zeigt auch einen Querschnitt des reflektierenden Ellipsoidspiegels von Fig. 2Ά, wobei der Leuchtfaden der Lichtquelle eine vom Brennpunkt abweichende Lage hat.

Fig. 3 ist eine grafische Darstellung, in der gezeigt wird, wie die Lichtmenge an einem zu beleuchtenden Teil variiert,, wenn der Leuchtfaden der Lichtquelle in dem vorstehend erwähnten, reflektierenden. Ellipsoidspiegel eine vom Brennpunkt des Spiegels abweichende Lage hatο

Fig. 4 ist eine Ansicht„ durch die die Be^eg-angsrichti'mg der Lichtquelle erläutert wirdο

Fig= 5 ist eine Querschnittsansicht, eines erfindungsgemäßen_? reflektierenden Spiegeis mit mehreren planen Oberflächen O

Fig» 6 ist eine grafische Darstellung,, in der gezeigt wirdjr wie die Lichtmenge infolge von Abweichungen in der Lage des Leuchtfadens der Lichtquelle in dem reflektierenden Spiegel mit mehreren planen Oberflächen variiert.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in der eine bevorzugte Äusführungsform gezeigt wird, näher erläutert»

Die Fig» 1ä und IB zeigen den Beieuchtungssustand eines Schlitzbereichs, der durch einen reflektierenden Spiegel unter Verwendung eines bekannten Spiegels mit planer Oberfläche beleuchtet wird» Aus Fig» 1ä„ die ein Diagramm des Weges zeigt, den das zur Beleuchtung dienende Licht nimmt, wenn sich der Leuchtfaden 3 der als Lichtquelle dienenden Lampe 2 in der Lage befindet, die der Leuchtfaden in Bezug auf den vorstehend erwähnten? reflektierenden Spiegel 1 ursprünglich

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einnehmen soll, geht hervor,daß die Lichtmenge, mit der der zu beleuchtende Teil 4 beleuchtet wird, einen sehr kleinen Anteil der aus dem Leuchtfaden 3 ausgestrahlten Lichtmenge ausmacht. Andererseits ist, wie in Fig„ 1B gezeigt wird, der Unterschied in der Beleuchtung und in deren Verteilung an dem zu beleuchtenden Teil 4 im Vergleich mit dem Fall der vorstehend beschriebenen Fig. IA sehr klein ,selbst wenn der Leuchtfaden der als Lichtquelle dienenden Lampe 2 von seiner ursprünglichen Lage in Bezug auf den reflektierenden Spiegel 1 abweicht.

Wenn der Spiegel mit planer Oberfläche jedoch wie vorstehend erwähnt verwendet wird? ist der Wirkungsgrad hinsichtlich der Ausnutzung des aus der Lichtquelle ausgestrahlten Lichtes merklich vermindert.

Ein anderer Typ von bekannten, reflektierenden Spiegeln,, die sich von dem vorstellend erwähnten Spiegel mit planer Oberfläche unterscheiden und zur Verminderung des Lichtmengenverlustes dienen, sind Ellipsoid-, Parabel- und Hyperbelspiegel oder andere reflektierende Spiegel mit einer Oberfläehe zweiter Ordnung.

In den Fig. 2ä und 233 wird ein Beispiel für einen reflektierenden Ellipsoidspiegel erläutert, der relativ zur optischen Achse 5 in zwei Teiispiegel 6 und 7 aufgeteilt ist» Wie in Fig, 2& gezeigt wirdj. kann der zu beleuchtende Teil 4 mit einem hohen Wirkungsgrad und einem relativ geringen Lichtmengenverlust durch äem Leuchtfaden 3 der Lichtquelle ausgestrahltes Licht beleuchtet werden, wenn sich der Leuchtfaden 3 der Lichtquelle in der Lage befindet, die er ursprünglieh einnehmen soll, d. ho im Brennpunkt eines jeden der 2 Teile spiegel, in die der reflektierende Ellipsoidspiegel relativ zuroptischen Achse 5 aufgeteilt ist» Wenn jedoch der Leuchtfaden 3 der Lichtquelle, wie in Fig_o 23 gezeigt wird, eine Lage einnimmt, die von der Lage abweicht, die er ursprünglieh einnehmen sollte, d« h. wenn die Lage des Leuchtfadens von dem gemeinsamen Brennpunkt der zwei Teilspiegel 6 und 7,

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in die der reflektierende Ellipsoidspiegel relativ zur optischen Achse 5 aufgeteilt ist, abweicht (in Fig. 2B wird der Fall gezeigt, daß sich der Leuchtfaden der Lichtquelle in einer entlang der optischen Achse 5 von dem zu beleuchtenden Teil 4 weiter entfernten Lage befindet), wird der zu beleuchtende Teil 4 durch das Licht aus dem Leuchtfaden 3 der Lichtquelle nicht ausreichend beleuchtet. Es ergibt sich also, daß die Beleuchtung und deren Verteilung an dem zu beleuchtenden Teil 4 im Vergleich mit dem Fall, daß der Leuchtfaden der Lichtquelle die Lage einnimmt, in der er sich ursprünglich befinden sollte, beträchtlich variieren.

Fig. 3 ist eine grafische Darstellung, in der gezeigt wird, wie die Lichtmenge an dem zu beleuchtenden Teil 4 variiert, wenn die Lage des Leuchtfadens der Lichtquelle in dem reflektierenden Ellipsoidspiegel von Fig. 2A von der Lage abweicht, in der sich der Leuchtfaden ursprünglich befinden sollte. In dieser grafischen Darstellung wird durch eine durchgehende Linie 8 die Veränderung der Lichtmenge in Abhängigkeit von der Abweichung der Lage des Leuchtfadens 3 der Lichtquelle entlang der in Fig. 4 gezeigten, optischen Achse dargestellt. Durch die Lage O wird die Stelle bezeichnet, an der sich der Leuchtfaden 3 der Lichtquelle ursprünglich befinden sollte, und positive Symbole zeigen eine Richtung a_ an, in der sich der Leuchtfaden 3 dem zu beleuchtenden Teil 4 nähert (siehe Fig. 4). Durch die gestrichelte Linie 9 in Fig. 3 wird die Veränderung der Lichtmenge an dem vorstehend erwähnten, zu beleuchtenden Teil 4 in Abhängigkeit von der Lage des Leuchtfadens der Lichtquelle bezeichnet, wenn sich der Leuchtfaden oberhalb der optischen Achse 5 befindet und rechtwinklig 1 mm von dieser entfernt ist und die Lage des Leuchtfadens parallel zur optischen Achse variiert (b-b¹ in Fig. 4). Auch die Strichpunktlinie 10 in Fig. 3 zeigt die Veränderung in der Lichtmenge, mit der der zu beleuchtende Teil 4 beleuchtet wird, und zwar für den Fall, daß der Leuchtfaden in der gegenüber dem Fall der vorstehend erwähnten, gestri-

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chelten Linie entgegengesetzten Richtung rechtwinklig 1 mm von der optischen Achse 5 entfernt ist mud daß die Lage des Leuchtfadens parallel zur optischen Achse 5 variiert (c-c¹ in Fig. 4). Übrigens wird durch ein negatives Symbol in Fig. 3 bezeichnet/ daß der Leuchtfaden 3 der Lichtquelle weiter von dem zu beleuchtenden Teil 4 entfernt ist,und die Symbole a'/b* und c¹ geben die Richtung der Bewegung und die Lageveränderung des Leuchtfadens an.

Aus den Fig. 2 und 3 geht hervor, daß die Abweichung der Lage des Leuchtfadens der Lichtquelle vom Brennpunkt des reflektierenden Ellipsoidspiegel zu wesentlichen Veränderungen in der Lichtmenge am Lichtquellenabsclmitt führt, wodurch die Beleuchtungsverteilung an dem zu beleuchtenden Teil 4 in hohem Maße variiert, was zu einer Beeinträchtigung der Qualität und der Einstellbedingungen bei der Bilderzeugung führt. Das gleiche gilt für die reflektierendem Spiegel, die keine Ellipsoidoberfläche, sondern eine andere Oberfläche zweiter Ordnung haben.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt einer Änisführungsfona der . Erfindung. Die reflektierenden Spiegel 11 und 12 in Fig. 5 dienen zur Lösung des Problems der mangelndem Üchtmenge bei dem Spiegel mit planer Oberfläche imd des Problems der Veränderungen in der Verteilung der Beleiiehtiang infolge von Lageabweichungen bei dem reflektierenden !Ellipsoidspiegel. Der reflektierende Spiegel 11 befindet sich in der !Mähe des Schlitzbereichs, -während der reflektierende Spiegel 12 eine von dem Schlitzbereich entfernte Lage einnimmt:.. Diarch das gesamte reflektierte Licht von den Spiegeln 11 nand 12 wird der Schlitzbereich in effektiver Weise beleaacflatefc- Wie in Fig. 5 gezeigt wird, bestehen die reflektierendem Spiegel 11 und 12, die so aufgebaut sind, als ob sie durch die optische Achse 5 in zwei Spiegel aufgeteilt wären und die z„ B. im Falle eines reflektierenden Ellipsoidspiegel . verschiedene Exzentrizität haben, aus einer Mehrzahl von komtimmierlichen, reflektieren—

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den Spiegeln mit planer Oberfläche. Jeder der reflektierenden Spiegel mit planer Oberfläche hat eine solche Lage, Größe und Ausrichtung, daß er Licht aus dem Leuchtfaden der Lichtquelle zu dem zu beleuchtenden Teil 4 reflektiert. Der zu beleuchtende Teil 4 wird daher durch Lichtstrahlen aus dem Leuchtfaden 3 der Lichtquelle, deren Anzahl der Anzahl der planen Oberflächen entspricht, die die reflektierenden Spiegel 11 und 12 aufweisen, beleuchtet, wodurch an diesem Teil 4 eine ausreichende Lichtmenge erzielt werden kann. Mit der Bezugszahl 19 wird ein virtuelles Bild bezeichnet, das durch den Leuchtfaden 3 der Lichtquelle innerhalb des erlaubten Bereichs 18 mittels des mehrflächigen Spiegels hervorgerufen wird. Wenn man das virtuelle Bild 19 und den Schlitzabschnitt 4 miteinander verbindet, können für jeden der Spiegel mit planer Oberfläche, aus denen der mehrflächige, reflektierende Spiegel besteht, die Lage, die Größe und die Ausrichtung festgelegt werden. Die gepunkteten Bereiche 13 werden gebildet, wenn man jeweils den Spiegel mit planer Oberfläche und den Schlitzabschnitt miteinander verbindet und die Verbindungslinien verlängert. Durch die Bezugszahl 14 wird ein virtuelles Bild des Leuchtfadens der Lichtquelle bezeichnet, das durch den mehrflächigen Spiegel erzeugt wird, wenn sich der Leuchtfaden 3 in der idealen Lage befindet.

Fig. 6 ist eine grafische Darstellung, in der die Verteilung der Beleuchtung für den Fall gezeigt wird, daß der Leuchtfaden der Lichtquelle von der Lage abweicht, in der er sich ursprünglich befinden sollte. In der grafischen Darstellung bezeichnet die durchgehende Linie 15 die Verteilung der Beleuchtung in Abhängigkeit von der Bewegung des Leuchtfadens der Lichtquelle auf der optischen Achse. Die gestrichelte Linie 16 bezeichnet die Beleuchtungsverteilung für den Fall, daß der Leuchtfaden der Lichtquelle wie bei dem in Fig. 4 gezeigten Fall der Veränderung der Lage des Leuchtfadens der Lichtquelle in der Richtung b-b¹ 1 mm von der optischen Achse 5 entfernt ist und sich parallel zu der optischen Achse 5 be-

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wegt. Die Strichpunktlinie 17 gibt die Beleuchtungsverteilung für den Fall an, daß der Leuchtfaden der Lichtquelle wie bei dem in Pig. 4 gezeigten Fall der Veränderung der Lage des Leuchtfadens in der Richtung c-c' 1 mm von der optischen Achse 5 entfernt ist und sich parallel zu der optischen Achse 5 bewegt. Der zu beleuchtende Teil 4 kann daher durch den erfindungsgemäßen, reflektierenden Spiegel mit einer ausreichenden Lichtmenge beleuchtet werden, und der erfindungsgemäße Spiegel erlaubt eine stabile Beleuchtung, ohne daß es an dem zu beleuchtenden Teil 4 zu Schwankungen in der-Beleuchtungsverteilung kommt, selbst wenn der Leuchtfaden der Lichtquelle mehr oder weniger von der Lage abweicht, in der er sich' ursprünglich befinden sollte, d. h., wenn er sich innerhalb eines erlaubten Bereichs 18 befindet.

Der erfindungsgemäße, reflektierende· Spiegel dient nur zur Schlitzbeleuchtung; er kann jedoch auch in einem Fall angewandt werden, bei dem ein Vorlagenauflagetisch festgelegt ist, während sich die Lichtquelle und der reflektierende Spiegel bewegen, sowie in einem Fall, bei dem sich der Vorlagenauflagetisch bewegt, während die Lichtquelle und der reflektierende Spiegel feststehen.

Außerdem kann es bei dieser Schlitzbeleuchtungsvorrichtung auch ermöglicht werden, daß der Spiegel 11 das Licht aus der Lampe 2 im allgemeinen in horizontaler Richtung reflektiert, indem man den Spiegel 11 in Uhrzeigerrichtung um die Lampe 2 dreht, und es kann ein dritter Spiegel verwendet werden, der das Licht aus dem Spiegel 11 mit Einfallswinkeln in den Bereich 4 reflektiert, die in Bezug auf den Einfallswinkel des

Lichts aus dem Spiegel 12 gleich groß und entgegengesetzt . sind.

Wie vorstehend erwähnt wurde, besteht die Aufgabe der Erfindung darin, Unregelmäßigkeiten in der Beleuchtung zu vermeiden, die auf Fehlern bei der Herstellung und beim Einbau

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von reflektierenden Spiegeln beruhen, um in konstanter Weise eine stabile Beleuchtung zu erzielen. Zu diesem Zweck wird in einer Beleuchtungsvorrichtung ein Spiegel mit einer Oberfläche zweiter Ordnung verwendet, der einen guten Beleuchtungswirkungsgrad hat, wobei der. Spiegel aus einer Mehrzahl von Spiegeln mit planer Oberfläche besteht, die der Oberfläche zweiter Ordnung jeweils relativ nahekommen.

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Claims

Patentanspruch

Schlitzbeleuchtungsvorrichtung für eine Bildreproduktionsapparatur, gekennzeichnet durch

a) einen Vorlagenauflagetisch, der einen Schlitzbereich (4) aufweist,

b) eine röhrenförmige Lichtquelle (2), die in der Längsrichtung des Schlitzes angeordnet ist und

c) einen mehrflächigen Spiegel (11,12), der aus einer Mehrzahl von Spiegeln mit planer Oberfläche besteht, die so angeordnet sind, daß ihre Längsrichtung mit der Längsrichtung des Schlitzes übereinstimmt, wobei die Spiegel die Lichtquelle teilweise abdecken und wobei die kurzen Seiten der Spiegel im Querschnitt hinsichtlich ihrer Größe, ihrer Ausrichtung und ihrer Lage entsprechend dem Ausmaß der Schwankungen in der wechsel seitigen Lagebeziehung zwischen der Einbaulage der Lichtquelle und dem Schlitzbereich jeweils so angeordnet sind, daß der Schlitzbereich in konstanter Weise beleuchtet wird.

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