JP2007295567A - 放物線状光学要素を備える文書照明器 - Google Patents

Abstract

【課題】文書の狭い帯に沿って均一な照明、文書の狭い帯を横断する適切な照明を提供する。
【解決手段】光学要素１０は、所定の屈折率の任意の光透過性材料からなる。光学要素１０は、湾曲した入射表面１２、入射表面に対向する出射表面１４、および入射表面の第１縁部と出射表面の第１縁部の間に画定された第１放物線状表面１６と、入射表面の第２縁部と出射表面の第２縁部の間に画定された第２放物線表面１８を画定する。各放物線状表面１６、１８は、効果的にＣＰＣを形成する。
【選択図】図２

Description

本開示は、デジタルスキャナー、ファクシミリ機械、およびデジタル複写機などにおけるデジタル記録のためのハードコピー文書の照明に用いる照明装置に関する。

スキャナー用照明器の設計は、特に文書の狭い帯に沿って均一な照明を提供すること、ならびに狭い帯を横断する適切な照明プロファイルを提供することへの挑戦である。照明された領域における照明レベルの不規則性は像データの欠陥を招く。スキャナー用照明器の設計技術の概論は特許文献１に示される。

文書走査に有用な照明器の１つの型式は、内部反射を利用して１個または複数の点光源からの光を導き、要素の出射表面から略平行な光線を文書に向かって放出する光透過性要素を含む。様々な状況において用いられる既知の光学要素の１つの型式は、内部反射を利用して１個または複数の小さな光源からの光を導き、要素の出射表面から略平行な光線を放出する光透過性要素を含む。詳細には、この目的のための１つの既知の形状は複合放物面型集光器（compound parabolic concentrator, ＣＰＣ）であり、ＣＰＣの使用は特許文献２および特許文献３に示される。
米国特許第６，２３６，４７０号明細書 米国特許第５，２５５，１７１号明細書 米国特許出願公開第２００４／０１３１１５７号明細書

文書の狭い帯に沿って均一な照明、文書の狭い帯を横断する適切な照明を提供する。

第１の態様によれば、記録すべき文書の一部を照明するための装置が提供される。光学要素は所定の屈折率の光透過性材料を含み、湾曲入射表面および入射面に対向する出射表面を画定する。第１の放物線状表面は入射表面の第１縁部と出射表面の第１縁部の間に画定され、第２の放物線状表面は入射表面の第２縁部と出射表面の第２縁部の間に画定される。

第２の態様によれば、ここでは記録すべき文書の一部を照明する装置が提供される。光学要素は所定の屈折率の光透過性材料を含み、湾曲入射表面および入射面に対向する湾曲した出射表面を画定する。第１の略放物線状の表面は入射表面の第１縁部と出射表面の第１縁部の間に画定され、第２の略放物線状の表面は入射表面の第２縁部と出射表面の第２縁部の間に画定される。

図１は文書スキャナーの簡略化した立面図である。プラテン１００が提供され、これは個別の部品を有することができ、この上に記録のための文書シートを置くことができる。また、プラテン１００には、１０２で全体が表される文書取り扱い器が付属し、これは従来技術に既知の任意の設計とすることができる。文書取り扱い器は、複数頁の元の文書から順次シートを供給し、光学要素１０、直線状に配列された光源２０、および感光性デバイス３０を含む照明器を備える走査ヘッドを通過させる。照明器は文書の細い帯を照明し、１個または複数の直線状に配列された光検知器を含む感光性デバイス３０は反射された光を記録する。（一般に、プラテン１００と感光性デバイス３０の間には、挿入された他のレンズ（不図示）がある。）走査ヘッドは、プラテン１００の主要部分に置かれたシート上の画像から反射された光を記録するために、可動キャリッジ４０上に搭載することができる。光学要素は記録される文書の表面に対して角度をつけて配置される。

図２は光学要素１０単独の断面図である。一実施形態において、図２に示したプロファイルは、光学要素１０の頁幅全体にわたって実質上同じ、すなわち、画像となる寸法に同じである。光学要素１０は、ガラスまたはプラスチックなど、所定の屈折率の任意の光透過性材料から作ることができる。

光学要素１０は、入射表面１２、出射表面１４、および第１放物線状表面１６と第２放物線表面１８を画定する。各々の場合において、図示したように、各放物線状表面１６、１８のより湾曲の多い部分が入射表面１２の近くに配置される。出射表面１４は図１に示したように、そこを通って光が文書に向かって導かれる表面である。一実施形態において、入射表面１２の幅（図に示したように縦寸法）は約０．３〜２．０ｍｍの範囲であり、出射表面の幅１４は約２〜１０ｍｍであり、放物線状表面の長さは約１０〜３０ｍｍである。

放物線状表面１６、１８は一般的な放物線状の形状であればよい。一実施形態において、各放物線状表面１６、１８は、真の放物線の半分の形状に近似することができる。このプロファイルは一般に複合放物面型集光器（ＣＰＣ）として知られるものを形成する。ＣＰＣが光屈折と全内部反射を用いて固体の光透過性部材から形成されるとき、ＣＰＣは一般に「誘電体複合放物面型集光器」（dielectric compound parabolic contractor, ＤＣＰＣ）として知られるが、代わりに、ＣＰＣの光学的効果を反射表面で得ることも考えることができる。

図３は光学要素１０（図２において２−２の線の断面を示す）の簡略化した俯瞰図である。小さな点状光源（図１における２０など）が小さなＬＥＤからなるならば、各光源２０は、２２で示すような入射表面１２の窪み形状の凹部内に配置することができる。代わりに、入射表面１２の凹部構造は、光学要素１０の長さに延在する凹部チャンネルの形とすることができる。また、入射表面１２は凸部表面とすることもできる。また、代替の直線状に配列される点状光源は、蛍光灯などの単一の延在する光源で置き換えることもでき、または、略光学要素１０の長さに展延する単一ＬＥＤとすることもできよう。

図４、５、および６は、代替の実施形態を示し、各々様々な設計の１個または複数のＣＰＣを有する。図４の実施形態において、４０で示されるが実質的に上述の実施形態のＣＰＣ１０で置き換えることの可能なＣＰＣは、面取りされたＣＰＣの形であり、すなわち、ＣＰＣ４０を形成する固体部材は、「完全な」ＣＰＣ形状に一致する湾曲表面を含むが、ＣＰＣ形状の理論的全長Ｌの一部のみを含む。
ＤＣＰＣの理論的な長さＬを計算するため、ならびに放物線状表面１６、１８の特性を決定するために、以下の式を用いることができる。

ＤＣＰＣの理論的全長Ｌが決定されれば、理論的な全ＤＣＰＣの一部を用いることができる。一実施形態において、図４に示したように、実際の長さＬ’はＤＣＰＣの理論的全長Ｌの約０．５〜約０．９である。全ＤＣＰＣのどの部分を用いるべきかを選択するとき、ＤＣＰＣの入射または出射「端部」のいずれからも材料を有効に「取り除く」ことができるが、出射端部からより広く材料を取り除くと設計の許容範囲が広くなる。

図５の実施形態も、上述の実施形態のＣＰＣ１０を実質上置き換えることの可能なＣＰＣ５０を示し、これはＣＰＣ５０の（理論的または実際の）長さＬに対する垂線からその出射表面５４に約１０度、またはさらに広く５〜１５度の間の「傾き」を画定する。一実施形態において、出射表面５４に１０度の傾きを有するＤＣＰＣ５０は、プラテン１００の法線に対して約３７度で配置される。出射表面５４の特定の傾きおよびプラテン１００に対する角度は、照明したい文書の帯の広さ、またはそれらの帯を横断する望ましい照明プロファイルなど、装置の照明対象全体について決定することができる。

図６の実施形態も、上述の実施形態のＣＰＣ１０を実質上置き換えることの可能な１対のＣＰＣ６０を示す。各ＣＰＣ６０は、その出射表面６４中に、ここで凹部として示されるが替わりに凸部とすることのできる比較的浅い半径を画定する。一実施形態において、凹部半径は約２０ｍｍであり、各ＣＰＣはプラテン１００の法線に対して約３７度に配置され、２個のＣＰＣの出射表面の隣接縁部は約６．４ｍｍ離れている。一実施形態の特定の寸法、角度、および他の要因は、照明したい文書の帯の広さ、またはそれらの帯を横断する望ましい照明プロファイルなど、装置の照明対象物全体について決定することができる。

文書スキャナーの簡略化した立面図である。 光学要素単独の断面図である。 光学要素単独の簡略化した俯瞰図である。 光学要素単独の断面図である。 プラテンの一部と組み合わせた光学要素の断面図である。 プラテンの一部と組み合わせた１対の光学要素断面図である。

Claims (4)

1. 記録すべき文書の一部を照明するための装置であって、
   所定の屈折率の光透過性材料を含む光学要素を含み、該光学要素は、
   湾曲した入射表面と、
   前記入射表面に対向する出射表面と、
   前記入射表面の第１縁部と前記出射表面の第１縁部の間に画定された第１の略放物線状表面、および前記入射表面の第２縁部と前記出射表面の第２縁部の間に画定された第２の放物線状表面とを画定し、
   前記第１の略放物線状表面と前記第２の略放物線状表面が効果的にＣＰＣを形成する、
   該光学要素を含む装置。
2. 前記湾曲した入射表面が少なくとも１個の凹部窪みを画定する請求項１に記載の装置。
3. 記録すべき文書の一部を照明するための装置であって、
   所定の屈折率の光透過性材料を含む光学要素を含み、該光学要素は、
   入射表面と、
   前記入射表面に対向する湾曲した出射表面と、
   前記入射表面の第１縁部と前記出射表面の第１縁部の間に画定された第１の略放物線状表面、および前記入射表面の第２縁部と前記出射表面の第２縁部の間に画定された第２の放物線状表面とを画定し、
   前記第１の略放物線状表面と前記第２の略放物線状表面が効果的にＣＰＣを形成する、
   該光学要素を含む装置。
4. 前記光学要素が、その前記出射表面に凹部を画定する請求項３に記載の装置。

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