JPH01142743A - スリット照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電子複写機などのスリット露光を行なう投影
光学系の照明装置に関するものである。

従来の技術 従来、電子複写機などに用いられているスリット照明装
置は、一般にハロゲン電球のような線状光源やアパーチ
ャ形蛍光ランプのような帯状光源と反射鏡やシリンドリ
カルレンズ（結像レンズ）を組合せて構成される（例え
ば、特開昭５９−１００４３０号公報）。

特開昭５９−１００４３０号公報に示された第１の従来
例のスリット照明装置は、線拭光源であるハロゲン電球
と反射鏡とを組合せた例で第４図に示すような装置とし
て実現される。この装置は、ハロゲン電球１からの光束
を反射鏡２および３で原稿面上に集めて原稿４を照明す
るものである。

また、帯状光源であるアパーチャ形蛍光ランプとシリン
ドリカルレンズとを組合せた第２の従来例を第５図に示
す、この装置では、アパーチャ形蛍光ランプ６からの光
束をシリンドリカルレンズ７で原稿面上に集めて原稿４
を照明する。

さらに、アパーチャ形蛍光ランプだけで構成したスリッ
ト照明装置の第３の従来例を第６図に示す、この照明装
置では、アパーチャ形蛍光ランプ６で原稿４を直接照明
する。

発明が解決しようとする問題点 しかし、第１の従来例のようなスリット照明装置では、
投影レンズの余弦４乗則による投影像面での照度の低下
を補正するため、ハロゲン電球のフィラメント巻数を変
えて所要の原稿面での照度を確保している。そのため、
フィラメントの配置や巻数の設定などパラメータが増加
するのでハロゲン電球の製造上のばらつきが大きくなる
ことや照明装置が大形化することが考えられる。また、
第２の従来例や第３の従来例のようなスリット照明装置
では、原稿面での照度分布を変化させて、。

投影レンズの余弦４乗則による投影像面での照度の低下
を補正することができない、という問題がある。これは
下記の理由による。

通常、第１の従来例のようなスリット照明装置では、反
射鏡２の形状は楕円の一部であり、ハロゲン電球１を楕
円焦点に配置してハロゲン電球１の光束を他方の楕円焦
点に集光している。ここで、ハロゲン電球１の光束を効
率良く集めるにはハロゲン電球１を配置した楕円焦点か
ら反射鏡２に張る角δが大きくなるように設定するので
、楕円の長径が短径に比較して大きくなり、ハロゲン電
球１から照射面までの距離が大きくなる。このため、反
射鏡２がハロゲン電球１に比べて大きくなり装置全体が
大形化する。　また、第２の従来例のようなスリット照
明装置ではシリンドリカルレンズ７によって帯状光源で
あるアパーチャ形蛍光ランプ６の開口８を照射対象であ
る原稿面に投影する。

しかし、アパーチャ形蛍光ランプ６の長手方向に対して
光束は制御されないから、長手方向の照度分布は第３の
従来例として示したアパーチャ形蛍光ランプだけで構成
したスリット照明装置と同様にアパーチャ形蛍光ランプ
６の開口８の輝度特性によって決まり、一定になるので
投影レンズの余弦４乗則による投影像面での照度の低下
を補正することができない。

そこで、本願発明は小形でしかも投影レンズの余弦４乗
則による投影像面での照度の低下を容易に補正すること
のできるスリット照明装置を提供することを目的とする
。

問題点を解決するための手段 本願発明は上記問題点を解決するため、線状あるいは帯
状の光源と、この光源と照射面との間に配置し、この光
源からの光束を照射対象に導き、かつ光源長手方向に集
束効率を制御した非結像の集束光学素子とを備えたもの
である。

作用 本願発明は上記した構成により、線状あるいは帯状の光
源からのあらゆる方向に放射する光束の一部を非結像の
集束光学素子で集め、投影レンズの余弦４乗則による投
影像面での照度の低下を補正し照射対象に対して効率良
く導くものである。

実施例 第１図は本願のスリット照明装置の第一の実施例を示す
構成図である。同図において、４は原稿、５は照射面、
６はアパーチャ形蛍光ランプ、８はアパーチャ形蛍光ラ
ンプ６の開口、９はコンタクトガラス、１１は集束光学
素子であり、第一の実施例では集束光学素子１１は透明
屈折材料の断面形状を円とし光源長手方向に直径を変え
て柱状に形成したものである。

以上のように構成された第一の実施例のスリット照明装
置について、以下その動作を説明する。

アパーチャ形蛍光ランプ６からの光束は、その開口８か
ら放出される。この光束は、放射状に広がっていく、そ
こで、アパーチャ形蛍光ランプ６に並行に設けた集束光
学素子１１によって放射状に広がっていく光束を集束さ
せて照射面５に導く。

ここで、透明屈折材料の断面形状を円とし光源長手方向
に直径を変えて柱状に形成した集束光学素子１１の集光
状態についてさらに詳しく説明する。

ただし、コンタクトガラス９は屈折によって照射角を変
える効果および、光学的パスを短かくする効果を及ぼす
だけであるので、ここでは説明を判りやすくするためコ
ンタクトガラス９を省略し、まず断面方向について第７
図および第８図を用いて説明する。説明上、第７図では
アパーチャ形蛍光ランプ６の開口８からの光のうち平行
光成分のみを示したものであり、第８図ではアパーチャ
形蛍光ランプ６の開口８からの光のうち開口８の二点か
らの光について示したものである。また、開口８の他の
点からの光や他の方向への光も同様に集光する。

アパーチャ形蛍光ランプ６の開口８からの光のうち大部
分は、集束光学素子１１（透明屈折材料の断面形状を円
とし光源長手方向に直径を変えて柱状に形成したもの）
に入射する。これは、アパーチャ形蛍光ランプ６の開口
８に集束光学素子１１（透明屈折材料の断面形状を円と
し光源長手方向に直径を変えて柱状に形成したもの）を
接近させて配置するため、アパーチャ形蛍光ランプ６の
開口８から集束光学素子１１（透明屈折材料の断面形状
を円とし光源長手方向に直径を変えて柱状に形成したも
の）に張る角が大きくなるためである。

入射した光は、集束光学素子１１（透明屈折材料の断面
形状を円とし光源長手方向に直径を変えて柱状に形成し
たもの）によってスチグマチックな屈折（各入射光線が
入射面に対して幾何光学的な屈折）をおこす、この屈折
によって幾何光学的な結像系における理想的な光路以外
の光束に対しても集束効果があり、結像系における理想
的な光路以外の光束の多い光源（拡散光源、面光源）に
対して大きな集束効果がある。

さらに、第８図に示すように、アパーチャ形蛍光ランプ
６の開口８からの光のうち、大部分が集束光学素子１１
（透明屈折材料の断面形状を円とし光源長手方向に直径
を変えて柱状に形成したもの）に入射する。入射した光
は集束光学素子１１（透明屈折材料の断面形状を円とし
光源長手方向に直径を変えて柱状に形成したもの）によ
ってスチグマチックな屈折（各入射光線が入射面に対し
て幾何光学的な屈折）をおこす、このスチグマチックな
屈折によって、光は集束するが一点には集束せず、第８
図からも明らかなようにＡ点からＢ点までの間では、光
束（の密度）はほぼ均一になる。このため、本実施例の
スリット照明装置では、従来のスリット照明装置では問
題であった次のことが解決できる。すなわち、原稿面上
の一点に光が集まり、厚みのある原稿４（立体物）を複
写するときコンタクトガラス９と接する面と接しない面
とでは、光の集まる度合が大きく異なるため、その照明
レベルを均一とすることができないため複写像に影がで
きる、という点である。

したがって、第９図に示すような走査方向（アパーチャ
形蛍光ランプ［帯状光源］の断面方向）に対する集光の
効果が第８図で示すＡ点からＢ点までの間の広い範囲で
得られるので、アパーチャ形蛍光ランプ６の開口８から
の光束を効率良く狭い照射面５に集めることができると
ともに、照射面５がＡ点からＢ点までの間になるように
厚みのある原稿４（立体物）を配置すれば、照射面５上
の照度は均一であるから原稿４に対して均一な照明がで
きる。

以上が、集束光学素子１１（透明屈折材料の断面形状を
円とし光源長手方向に直径を変えて柱状に形成したもの
）の断面方向について集光する理由である。

ここで、光源長手方向の照度分布が補正できる理由につ
いて第１０図を用いて説明する。第１０図は集束光学素
子１１（透明屈折材料の断面形状を円とし光源長手方向
に直径を変えて柱状に形成したもの）の断面の直径と照
射面５上における照度との関係を示す図である０例えば
、アパーチャ形蛍光ランプ６の開口８の幅Ｗを５（相対
値）とし、投影レンズの余弦４乗則による投影像面での
照度の低下を補正するために中央部と両端部の照度比を
１：１．３とするとすれば、集束光学素子１１（透明屈
折材料の断面形状を円とし光源長手方向に直径を変えて
柱状に形成したもの）の両端部の直径りを１１（相対値
）とした時、中央部の直径りを６（相対値）また１６（
相対値）とすることで補正できる。

これは第１０図より明らかであり、集束光学素子１１（
透明屈折材料の断面形状を円とし光源長手方向に直径を
変えて柱状に形成したもの）の断面の直径を連続的に変
えることで第１１図のように投影レンズの余弦４乗則に
よる投影像面での照度の低下を補正することができる。

また、このとき集束光学素子１１（透明屈折材料の断面
形状を円とし光源長手方向に直径を変えて柱状に形成し
たもの）の曲率が通常のレンズと比較して大きいので光
は通常のレンズと比較して集束光学素子１１（透明屈折
材料の断面形状を円とし光源長手方向に直径を変えて柱
状に形成したもの）に比較的近接した部分に集束する。

この光が集束した部分を照射面５とすることによって、
原稿４は効率良く照明される。

以上のように第一の実施例によれば、アパーチャ形蛍光
ランプと透明屈折材料を断面形状が円形の柱状に形成し
た集束光学素子とを並行に設けることにより、簡単な構
造で投影レンズの余弦４乗則による投影像面での照度の
低下を補正するスリット照明装置が実現できると共に、
厚みのある原稿（立体物）を複写するときに均一な照明
のできるスリット照明装置を提供することができる。

第２図は本願のスリット照明装置の第二の実施例を示す
構成図である。同図において、４は原稿、５は照射面、
６はアパーチャ形蛍光ランプ、８はアパーチャ形蛍光ラ
ンプ６の開口、９はコンタクトガラス、１２は集束光学
素子であり、第二の実施例では集束光学素子１２は透明
屈折材料の断面形状を楕円とし光源長手方向に長径と短
径の比を一定にして長径を変えて柱状に形成したもので
ある。

以上のように構成された第二の実施例のスリット照明装
置について、以下その動作を説明する。

アパーチャ形蛍光ランプ６からの光束は、その開口８か
ら放出される。この光束は、放射状に広がっていく。そ
こ〒５アパーチャ形蛍光ランプ６に並行に設けた集束光
学素子１２によって放射状に広がっていく光束を集束さ
せて照射面５に導く。

ここで、透明屈折材料の断面形状を楕円とし光源長手方
向に長径を変えて柱状に形成した集束光学素子１２の集
光状態についてさらに詳しく説明する。ただし、コンタ
クトガラス９は屈折によって照射角を変える効果および
、光学的バスを短かくする効果を及ぼすだけであるので
、ここでは説明を判りやすくするためコンタクトガラス
９を省略する。また、断面方向の集光状態については第
一の実施例と同様であり、光源長手方向の集光状態の説
明から容易に類推できるから省略する。

ここで、光源長手方向の照度分布が補正できる理由につ
いて第１２図を用いて説明する。第１２図は集束光学素
子１２（透明屈折材料の断面形状を楕円とし光源長手方
向に長径を変えて柱状に形成したもの）の断面の長径と
照射面５上における照度との関係を示す図である。例え
ば、長径と短径の比Ｈな１．４とし、投影レンズの余弦
４乗則による投影像面での照度の低下を補正するために
中央部と両端部の照度比をｌ　：１．３とするとすれば
、集束光学素子１２（透明屈折材料の断面形状を楕円と
し光源長手方向に長径を変えて柱状に形成したもの）の
両端部の長径りを１１（相対値）とした時、中央部の長
径りを４（相対値）また１６（相対値）とすることで補
正できる。これは第１２図より明らかであり、集束光学
素子１２（透明屈折材料の断面形状を楕円とし光源長手
方向に長径を変えて柱状に形成したもの）の断面の長径
を連続的に変えることで第１１図のように投影レンズの
余弦４乗則による投影像面での照度の低下を補正するこ
とができる。

以上のように第二の実施例によれば、アパーチャ形蛍光
ランプと透明屈折材料を断面形状が楕円形の柱状に形成
した集束光学素子とを並行に設けることにより、簡単な
構造で投影レンズの余弦４乗則による投影像面での照度
の低下を補正するスリット照明装置を提供することがで
きる。

なお、ここでは集束光学素子１２として透明屈折材料の
断面形状を楕円とし光源長手方向に長径を変えて柱状に
形成したものを用いたが長径を一定として長径と短径の
比を変えた集束光学素子を用いても同様の効果が得られ
ることは、第１３図から容易に類推できる。

また、第一および第二の実施例においてアパーチャ形蛍
光ランプ６の開口８の幅や直径および長径と短径の比や
長径を規定したが、これらは集束光学素子として用いた
透明屈折材料の屈折率によって変化するものである。

また、第１および第２の実施例においてアパーチャ形蛍
光ランプ６の開口８の幅を光源長手方向に変えれば、ア
パーチャ形蛍光ランプ６の開口８からの光束が変化する
から第１０図からも明らかなように照度が変化する。し
たがって、集束光学素子とアパーチャ形蛍光ランプの開
口幅の変化とを組合せることでより広い範囲の照度分布
を実現することができる。

第３図は本願のスリット照明装置の第三の実施例を示す
構成図である。同図において、１はハロゲン電球、４は
原稿、５は照射面、９はコンタクトガラス、１３は集束
光学素子であり、第三の実施例では集束光学素子１３と
してハロゲン電球１の断面方向および長手方向に屈折率
が変化する分布屈折率をもつ透明平板を用いたものであ
る。

以上のように構成された第三の実施例のスリット照明装
置について、以下その動作を説明する。

ハロゲン電球１からの光束は、ハロゲン電球１のフィラ
メントから放射状に広がっていく。そこで、ハロゲン電
球１に並行に設けた集束光学素子１３によって放射状に
広がっていく光束を集束させて照射面５に導く。

ここで、分布屈折率をもつ透明平板でおる集束光学素子
１３の集光状態についてさらに詳しく説明する。ただし
、コンタクトガラス９は屈折によって照射角を変える効
果および、光学的パスを短かくする効果を及ばずたけで
あるので、ここでは説明を判りやすくするためコンタク
トガラス９を省略する。まず、光源断面方向の集光状態
から第１４図を用いて説明する。

第１４図（Ａ）において、ハロゲン電球１からの光のう
ち大部分は、集束光学素子１３（分布屈折率をもつ透明
平板）に入射する。これは、ハロゲン電球１に集束光学
素子１３（分布屈折率をもつ透明平板）を接近させて配
置するため、ハロゲン電球１から集束光学素子１３（分
布屈折率をもつ透明平板）に張る角が大きくなるためで
ある。集束光学素子１３（分布屈折率をもつ透明平板）
に入射した光は、集束光学素子１３（分布屈折率をもつ
透明平板）中で連続的に光路を曲げていく。すなわち、
連続的に屈折を起こすと考えられる。

この連続的な屈折は、第１４図（Ｂ）に示すような分布
屈折率を集束光学素子１３にもたせれば、第１４図（Ａ
、　）に示すように一点に光が集束しない集束光学素子
１３が実現できる。

これは、ハロゲン電球１から集束光学素子１３（分布屈
折率をもつ透明平板）に入射する光が、集束光学素子１
３（分布屈折率をもつ透明平板）の端部に近いほど、屈
折率が大きいため強い屈折力を受けて、入射角に対して
小さな屈折角で屈折する６また、集束光学素子１３（分
布屈折率をもつ透明平板）は厚さ方向に対して屈折率が
大きくなるから、ハロゲン電球１からの光は進行するに
したがって、さらに大きな屈折力を受けて、連続的な屈
折を起こす。こうして、第１４図（Ａ）に示すように、
ハロゲン電球１からの光を集束させることができる。ま
た、−点に光が集束する、あるいは、−点に光が集束し
ない、という特性をもつ集束光学素子１３（分布屈折率
をもつ透明平板）は、その分布屈折率の設定によって容
易に決定できる。

さらに、この集束光学素子１３（分布屈折率をもつ透明
平板）の屈折によって、′幾何光学的な結像系における
理想的な光路以外の光束に対しても集束効果があり、結
像系における理想的な光路以外の光束の多い光源（拡散
光源、面光源）に対しても大きな集束効果がある。

これは、通常の幾何光学的な屈折では、結像素子（レン
ズ）の入射面および出射面における屈折によって光路が
変化するため、入射面および出射面に対する入射角によ
って屈折角が大きく変化するので、理想的な光路以外の
光束に対しては、集束効果は期待できない、これに対し
て、集束光学素子１３（分布屈折率をもつ透明平板）は
、集束光学素子１３（分布屈折率をもつ透明平板）の表
面だけでなく、内部においてるも屈折が起こるから、屈
折の効果が入射角によって影響されることが少なくなり
、理想的でない光路から入射した光束に対しても、集束
効果が得られる。

ここで、光源長手方向の照度分布が補正できる理由゛に
ついて第１５図を用いて説明する。第１４図（Ａ）に示
したように、集束光学素子１３（分布屈折率をもつ透明
平板）に入射した光は、集束光学素子１３（分布屈折率
をもつ透明平板）中で連続的に屈折を起こす、この連続
的な屈折は、集束光学素子１３がもつ分布屈折率によっ
て変わり、集光状態も変化する。

すなわち、ハロゲン電球１から集束光学素子１３（分布
屈折率をもつ透明平板）に入射する光は、第１５図に示
すように集束光学素子１３（分布屈折率をもつ透明平板
）の両端部の方が中央部よりも屈折率が大きいため強い
屈折力を受けて、入射角に対して小さな屈折角で屈折す
る。このため、両端部の方が集光性が高くなる。そこで
、照射面５を光源長手方向の両端部で照度が高くなるよ
うに設定すればよい。

したがって、集束光学素子１３（分布屈折率をもつ透明
平板）の屈折率を光源断面方向と長手方向に変化させる
ことで第１１図のように投影レンズの余弦４乗則による
投影像面での照度の低下を補正することができる。

以上のように第三の実施例によれば、ハロゲン電球と分
布屈折率をもつ透明平板の集束光学素子とを平行に設け
ることにより、簡単な構造で照明効率の良いスリット照
明装置を実現できる。

また、第一の実施例および第二の実施例においては、光
源として帯状光源のアパーチャ形蛍光ランプを、第三の
実施例においては、光源として線状光源のハロゲン電球
を用いたが、それぞれ線状光源、あるいは、帯状光源を
用いても同様である。

発明の効果 本願のスリット照明装置は、線状あるいは帯試の光源と
照射対象との間に光源長手方向に集束効率を制御した非
結像の集束光学素子を光源に並行に設けることにより、
小形でしかも投影レンズの余弦４乗則による投影像面で
の照度の低下を補正し光源からの光束を効率良く照射対
象に導くことのできるスリット照明装置を提供すること
ができ、その実用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例におけるスリット照明装
置の構成図、第２図は本発明の第二の実施例におけるス
リット照明装置の構成図、第３図は本発明の第三の実施
例におけるスリット照明装置の構成図、第４図は従来の
線状光源であるハロゲン電球と反射鏡とを組合せたスリ
ット照明装置の構成図、第５図は従来の帯状光源である
アパーチャ形蛍光ランプとシリンドリカルレンズとを組
合せたスリット照明装置の構成図、第６図は従来のアパ
ーチャ形蛍光ランプだけで構成したスリット照明装置の
構成図、第７図および第８図は集束光学素子（透明屈折
材料の断面形状を円とし光源長手方向に直径を変えて柱
状に形成したもの）の働きを示す説明図、第９図は第一
の実施例のスリット照明装置によって得られる照射面上
の照度分布と従来のスリット照明装置によって得られる
照射面上の照度分布との比較を示した図、第１０図は集
束光学素子（透明屈折材料の断面形状を円とし光源長手
方向に直径を変えて柱状に形成したもの）℃直径と照射
面５上の照度との関係を示した特性図、第１１図は集束
光学素子（透明屈折材料の断面形状を円とし光源長手方
向に直径を変えて柱状に形成したもの）によって投影レ
ンズの余弦４乗則による投影像面での照度の低下を補正
する照度分布が得られることを示した図、第１２図は集
束光学素子（透明屈折材料の断面形状を楕円とし光源長
手方向に長径を変えて柱状に形成したもの）の長径と照
射面５上の照度との関係を示した特性図、第１３図は集
束光学素子（透明屈折材料の断面形状を楕円とし光源長
手方向に長径を一定として長径と短径の比を変えて柱状
に形成したもの）の長径と短径の比と照射面５上の照度
との関係を示した特性図、第１４図は集束光学素子（分
布屈折率をもつ透明平板）の働きを示す説明図、第１５
図は集束光学素子（分布屈折率をもつ透明平板）の光源
長手方向の集光状態を示す説明図である。 図中、１　・・・・ハロゲン電球、４・・・・原稿、５
・・・・照射面、６　・・・・アパーチャ形蛍光ランプ
、８・・・・アパーチャ形蛍光ランプ６の開口、１０・
・・・読取部、１１　　・・・・集束光学素子（透明屈
折材料の断面形状を円とし光源長手方向に直径を変えて
柱状に形成したもの）、１２・・・・集束光学素子（透
明屈折材料の断面形状を楕円とし光源長手方向に長径を
変えて柱状に形成したもの）、１３・・・・集束光学素
子（分布屈折率をもつ透明平板）代理人の氏名　弁理士
　中尾敏男　はか１名第３図 第４図 第５図 第７図 第９図 α 慄寮倒 す 突施例 走を方向位置 第１Ｏ図 藤宋尤芋素子１１の直怪Ｄ （舷ｔａ１ゴ相丈↑ｇ１） 第１１図 光り扉長手方向 第１２図 Ｈ：長径と短径の尾 集束光字素子１２の長径Ｄ （数値（ゴ相井値〕 第１３図 長径と短径の比 （数値１丁相対値） 第１４図　　　　　　（Ａ） （日） 第１５図 （Ａ３両陪都 （Ｂｔ　中ヂ部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）線状あるいは帯状の光源と非結像の集束光学素子
   とからなり、前記集束光学素子を光源長手方向に集束効
   率を制御して前記光源と照射対象との間に並行に設けた
   ことを特徴とするスリット照明装置。
2. （２）帯状の光源としてアパーチャ形蛍光ランプを、非
   結像の集束光学素子として透明屈折材料の断面形状を円
   とし、光源長手方向に円の直径を変えて柱状に形成した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のスリット
   照明装置。
3. （３）帯状の光源としてアパーチャ形蛍光ランプを、非
   結像の集束光学素子として透明屈折材料の断面形状を楕
   円とし、光源長手方向に楕円の長径または長径と短径の
   比を変えて柱状に形成したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のスリット照明装置。