JPH09311279A - Illuminator - Google Patents

Illuminator

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JPH09311279A
JPH09311279A JP8147864A JP14786496A JPH09311279A JP H09311279 A JPH09311279 A JP H09311279A JP 8147864 A JP8147864 A JP 8147864A JP 14786496 A JP14786496 A JP 14786496A JP H09311279 A JPH09311279 A JP H09311279A
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JP
Japan
Prior art keywords
cylindrical lens
light
distance
emission
irradiation surface
Prior art date
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Pending
Application number
JP8147864A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masataka Shirato
昌孝 白土
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an illuminator capable of obtaining uniform illuminance inside a required linear area without being affected by the irregularity of light quantity at an exit port where light emitted from a light source is emitted. SOLUTION: This illuminator guides the light emitted from the light source part to a linear light guide 104, and makes the light emitted from the plural lines of long exiting ports 121 provided in parallel at a specified pitch on a light emitting surface 105, condenses the emitted light by a cylindrical lens 106, and irradiates a face 107 to be irradiated with the condensed light. Provided that the focal distance of the lens 106 is defined as (f), a distance from the port 121 to the lens 106 is defined as (d), and a distance from the lens 106 to the face 107 is defined as L, an optical system is constituted to satisfy 1/f≠(1/d)+(1/L).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は照明装置に係り、特
に画像読み取りシステムにおいて読み取り対象のライン
状の領域を照明するのに適した照明装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lighting device, and more particularly to a lighting device suitable for illuminating a line-shaped area to be read in an image reading system.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、CCDラインイメージセンサを
用いた画像読み取りシステムでは、書状などの読み取り
対象を照明する必要がある。ラインイメージセンサはラ
イン状の感光領域を有するため、読み取り対象の照明領
域もライン状となることが望ましい。そこで、このよう
な用途の照明装置では、従来よりハロゲンランプのよう
な光源からの光を集光させた後、出射端をライン状に配
列した光ファイバ束を用いたライン型ライトガイドに通
すことでライン状に整列させて、読み取り対象などの照
射面に照射する構成がとられてきた。
2. Description of the Related Art Generally, in an image reading system using a CCD line image sensor, it is necessary to illuminate a reading object such as a letter. Since the line image sensor has a line-shaped photosensitive area, it is desirable that the illumination area to be read is also line-shaped. Therefore, in an illumination device for such an application, after condensing light from a light source such as a halogen lamp, it is conventionally necessary to pass the light through a line type light guide using an optical fiber bundle in which the emitting end is arranged in a line. It has been adopted to irradiate an irradiation surface such as a reading target by arranging the lines in a line.

【0003】しかし、ライン型ライトガイドから出射さ
れる光は、比較的大きな角度内に放射されるので、ライ
トガイドの出射口と照明面との距離が数cm程度でも数
cmの幅に光が広がってしまう。CCDラインイメージ
センサでは、幅100μm程度のライン状の照明領域し
か必要としないので、これでは光の利用効率があまりに
低いことになる。
However, since the light emitted from the line-type light guide is emitted within a relatively large angle, even if the distance between the exit of the light guide and the illumination surface is about several cm, the light has a width of several cm. It will spread. Since the CCD line image sensor requires only a linear illumination area having a width of about 100 μm, this means that the light utilization efficiency is too low.

【0004】また、照射面上の照度分布は中心から周辺
部に行くに従い照度が大きく下がる分布となるため、書
状の斜め上から照明を行い、書状の正面からラインセン
サで画像を読み取るような画像読み取りシステムにおい
て、書状が厚み方向に少しでも前後すると照射面の中心
がずれるため照度が低下してしまう。
Further, since the illuminance distribution on the irradiation surface is such that the illuminance greatly decreases from the center to the peripheral portion, the image is obtained by illuminating the letter obliquely from above and reading the image with the line sensor from the front of the letter. In the reading system, if the letter moves back and forth even slightly in the thickness direction, the center of the irradiation surface shifts and the illuminance decreases.

【0005】図17に、この問題点を解決する従来の照
明装置を示す。この照明装置では、ライン状に配列され
た光ファイバ束からなるライン型ライトガイドから出射
される光を照射面上の狭いライン状の領域に集光させる
ために、シリンドリカルレンズを用いている。シリンド
リカルレンズの長さ方向と垂直な面で系を切って見たと
きに、照射面上での照度分布をできるだけ狭い範囲に集
中させるためにライトガイドの出射口の像が照射面上に
形成されるような配置とする。シリンドリカルレンズの
焦点距離をf、出射口とシリンドリカルレンズとの距離
をd、シリンドリカルレンズと照射面との距離をLとす
ると、 1/f=(1/d)+(1/L) という関係のときに出射口の像が照射面上に形成され
る。但し、ここでシリンドリカルレンズの厚みは無視し
ている。このようにすることにより、ラインイメージセ
ンサによる読み取りに必要な照射面上のライン状の領域
に照度分布を集中させ、光の利用効率を向上させること
ができる。
FIG. 17 shows a conventional lighting device that solves this problem. In this illuminating device, a cylindrical lens is used in order to focus the light emitted from the line-type light guide, which is composed of optical fiber bundles arranged in a line, on a narrow line-shaped area on the irradiation surface. When the system is cut along a plane perpendicular to the lengthwise direction of the cylindrical lens, an image of the light guide exit is formed on the illuminated surface in order to concentrate the illuminance distribution on the illuminated surface as narrowly as possible. The layout is as follows. Assuming that the focal length of the cylindrical lens is f, the distance between the exit aperture and the cylindrical lens is d, and the distance between the cylindrical lens and the irradiation surface is L, the relationship of 1 / f = (1 / d) + (1 / L) Sometimes an image of the exit is formed on the illuminated surface. However, the thickness of the cylindrical lens is ignored here. By doing so, it is possible to concentrate the illuminance distribution in a linear region on the irradiation surface required for reading by the line image sensor, and improve the light utilization efficiency.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の照明装置では照射面上のできるだけ狭いライン状の領
域に照明光を集中させるために、ライン型ライトガイド
の出射口がシリンドリカルレンズに対し照射面上で結像
するように系を配置している。従って、ライトガイドの
出射口からの出射光の光量に位置依存のむらがある、つ
まり出射口内の各位置での出射光量が異なる場合、照射
面上の照度分布にもむらが生じるという問題点があっ
た。
As described above, in the conventional illuminating device, in order to concentrate the illuminating light on the narrowest possible line-shaped area on the irradiation surface, the emission port of the line-type light guide is provided with respect to the cylindrical lens. The system is arranged so that an image is formed on the irradiation surface. Therefore, there is a problem that the amount of light emitted from the emission port of the light guide has position-dependent unevenness, that is, if the amount of emitted light at each position within the emission port is different, the illuminance distribution on the irradiation surface also has unevenness. It was

【0007】本発明は、光源からの光を出射させる出射
口での光量むらの影響を受けることなく、照射対象上の
必要なライン状の領域内で均一な照度が得られる照明装
置を提供することを目的とする。
The present invention provides an illuminating device capable of obtaining a uniform illuminance within a necessary line-shaped area on an irradiation target without being affected by unevenness in the amount of light at an emission port for emitting light from a light source. The purpose is to

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は光源からの光を出射させる出射口からの光
を照明対象である照射面上のライン状の領域に完全に結
像しないようにレンズで集光して、照射面上における出
射口の像がボケるようにし、もって出射口での光量むら
が照射面に反映されるのを防ぎ、光の利用効率を損なう
ことなく照度分布を一様化するようにしたものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention completely forms an image of light from an emission port for emitting light from a light source on a line-shaped area on an irradiation surface to be illuminated. Do not focus with a lens so that the image of the exit on the irradiation surface is blurred, preventing uneven light amount at the exit from being reflected on the irradiation surface, without impairing the light utilization efficiency. The illuminance distribution is made uniform.

【0009】すなわち、本発明に係る照明装置は、光源
からの光を所定のピッチで平行に設けられた複数列の長
尺な出射口から出射させ、これをシリンドリカルレンズ
により集光して照明対象に照射する場合に、シリンドリ
カルレンズの焦点距離をf、出射口からシリンドリカル
レンズまでの距離をd、シリンドリカルレンズから照明
対象までの距離をLとしたとき、 1/f≠(1/d)+(1/L) (1) の条件を満たすことを特徴とする。
That is, in the illumination device according to the present invention, the light from the light source is emitted from a plurality of rows of long emission openings provided in parallel at a predetermined pitch, and is condensed by a cylindrical lens to be illuminated. 1 / f ≠ (1 / d) + (where f is the focal length of the cylindrical lens, d is the distance from the exit to the cylindrical lens, and L is the distance from the cylindrical lens to the illumination target. 1 / L) (1) is satisfied.

【0010】この場合、さらに光源解析より見い出され
た所定量だけ結像の位置が照射面より少し遠くにずれる
ように光学系を構成することにより、照射領域内に複数
列の出射口間の間隙に対応する暗い筋が現れるなどの照
度むらが防止され、良好な照明状態が実現される。
In this case, by further configuring the optical system so that the position of the image formation is shifted a little further from the irradiation surface by a predetermined amount found by the light source analysis, the gaps between the plurality of rows of the emission ports in the irradiation region are formed. The uneven illumination such as the appearance of dark streaks corresponding to is prevented, and a good lighting condition is realized.

【0011】具体的には、シリンドリカルレンズの焦点
距離をf、出射口からシリンドリカルレンズまでの距離
をd、シリンドリカルレンズから照明対象までの距離を
L、出射口から単位距離離れた平面上において該出射口
内の一点の寄与する照度分布の幅をwとしたとき、[数
1]の式(2)で定義されるパラメータεを 0.632<ε<1.48 (3) の条件を満たすように設定すればよい。この範囲内にパ
ラメータεを設定することにより、照明対象に対する高
い照明効率と照明対象上の照度分布の均一化が達成され
る。
Specifically, the focal length of the cylindrical lens is f, the distance from the exit to the cylindrical lens is d, the distance from the cylindrical lens to the illumination target is L, and the exit is on a plane separated by a unit distance from the exit. Assuming that the width of the illuminance distribution that one point in the mouth contributes is w, the parameter ε defined by the equation (2) of [Equation 1] should satisfy the condition of 0.632 <ε <1.48 (3). Just set it. By setting the parameter ε within this range, high illumination efficiency for the illumination target and uniform illuminance distribution on the illumination target are achieved.

【0012】また、本発明に係る他の照明装置は、光源
からの光を所定のピッチで平行に設けられた複数列の長
尺な出射口から出射させ、これをシリンドリカルレンズ
により集光して照明対象に照射する場合に、円柱レンズ
の焦点距離をf、出射口から円柱レンズの中心までの距
離をd、円柱レンズの中心から照明対象までの距離をL
としたとき、 1/f≠(1/d)+(1/L) (4) の条件を満たすことを特徴とする。
In another illumination device according to the present invention, the light from the light source is emitted from a plurality of rows of long emission openings provided in parallel at a predetermined pitch, and is condensed by a cylindrical lens. When illuminating an illumination target, the focal length of the cylindrical lens is f, the distance from the exit to the center of the cylindrical lens is d, and the distance from the center of the cylindrical lens to the illumination target is L.
Then, 1 / f ≠ (1 / d) + (1 / L) (4) is satisfied.

【0013】この場合においても、光源解析より見い出
された所定量だけ結像の位置が照射面より少し遠くにず
れるように光学系を構成することにより、照射領域内に
暗い筋などが現れるなどの照度むらが防止され、良好な
照明状態が実現される。
Also in this case, by configuring the optical system so that the position of the image formation deviates a little distance from the irradiation surface by a predetermined amount found by the light source analysis, dark streaks and the like appear in the irradiation area. Irregularity of illuminance is prevented and a good lighting condition is realized.

【0014】具体的には、円柱レンズの屈折率をn、半
径をr、出射口のピッチをp、出射口から円柱レンズの
中心までの距離をd、円柱レンズの中心から照明対象ま
での距離をL、出射口から単位距離離れた平面上におい
て該出射口内の一点の寄与する照度分布の幅をwとし、
f=r・n/2(n−1)で与えられる近軸焦点距離f
を定義したとき、[数2]の式(5)で定義されるパラ
メータεが[数3]の式(6)の条件を満たし、さらに (r/2p)>1、かつ1≦d/r<2 (7) の条件を満たすようにすればよい。
Specifically, the refractive index of the cylindrical lens is n, the radius is r, the pitch of the exit ports is p, the distance from the exit port to the center of the cylindrical lens is d, and the distance from the center of the cylindrical lens to the illumination target. Let L be the width of the illuminance distribution that contributes to one point in the emission port on a plane separated by a unit distance from the emission port,
paraxial focal length f given by f = r · n / 2 (n−1)
Is defined, the parameter ε defined by the equation (5) of [Equation 2] satisfies the condition of the equation (6) of [Equation 3], and (r / 2p)> 1 and 1 ≦ d / r It suffices to satisfy the condition of <2 (7).

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0016】(第1の実施形態)図1は本発明の一実施
形態に係る照明装置を含む画像読み取りシステムの構成
を示す図であり、図2は照明装置の要部の構成を示す図
である。
(First Embodiment) FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an image reading system including an illumination device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a main part of the illumination device. is there.

【0017】光源部100はランプ101と反射鏡10
2からなり、ランプ101から発した光は反射鏡102
で集められ、光ファイバ束により構成されるライン型ラ
イトガイドのガイド部103に一端(入射端)から入射
する。ライン型ライトガイドのライン配列部104の光
出射面105から出射した光は、集光レンズであるシリ
ンドリカルレンズ106を介して照明対象である照射面
107、例えば書状の表面上に照射され、照射面107
上のライン状の領域を照明する。ライン型ライトガイド
104は、図1の例では照射面106の表面を上下両側
の斜め上方から照明するように、二個所に設けられてい
る。
The light source section 100 includes a lamp 101 and a reflecting mirror 10.
2 and the light emitted from the lamp 101 is reflected by the reflecting mirror 102.
And is incident on one end (incident end) of the guide portion 103 of the line-type light guide that is collected by the optical fiber bundle. The light emitted from the light emitting surface 105 of the line array portion 104 of the line-type light guide is irradiated onto an irradiation surface 107, which is an illumination target, for example, a surface of a letter, through a cylindrical lens 106 which is a condensing lens. 107
Illuminate the upper linear area. In the example of FIG. 1, the line-type light guides 104 are provided at two places so as to illuminate the surface of the irradiation surface 106 from diagonally above and below both sides.

【0018】こうしてライン型ライトガイドの光出射面
105から出射され、さらにシリンドリカルレンズ10
6により集光された光によって照明された照射面107
上の画像は、結像レンズ108を介して照射面107の
正面に設けられたCCDラインイメージセンサ109上
に結像され、CCDラインイメージセンサ109は照射
面107上の画像を読み取り、画像信号を図示しない処
理部へ出力する。
Thus, the light is emitted from the light emitting surface 105 of the line type light guide, and the cylindrical lens 10 is further provided.
Irradiation surface 107 illuminated by the light condensed by 6
The upper image is imaged on a CCD line image sensor 109 provided in front of the irradiation surface 107 via an imaging lens 108, and the CCD line image sensor 109 reads the image on the irradiation surface 107 and outputs an image signal. Output to a processing unit (not shown).

【0019】ライン型ライトガイドの光出射面105
は、図3に示すように所定のピッチpで平行に設けられ
た長尺な、すなわち細長い形状の複数列(この例では二
列)の出射口121を有する。このような出射口121
を有する光出射面105は、具体的には図4(a)に示
されるようにライン型ライトガイドを構成する光ファイ
バ束の各光ファイバの出射端122を二列に並べること
によって実現することができる。
Light emitting surface 105 of the line type light guide
Has a plurality of elongated (i.e., two rows in this example) emission ports 121 each having a long shape, that is, an elongated shape, provided in parallel at a predetermined pitch p as shown in FIG. Such an outlet 121
Specifically, the light emitting surface 105 having the above is realized by arranging the emitting ends 122 of the respective optical fibers of the optical fiber bundle forming the line type light guide in two rows as shown in FIG. You can

【0020】ここで、従来技術のように出射口121か
ら出射した光をシリンドリカルレンズ106によって照
射面107上のライン状の領域に単純に集光させて結像
させた場合には、各列の出射口121間の隙間の存在な
どにより生じている出射光量のむら、つまり光強度分布
のむらが照射面107上の照度分布にそのまま反映され
てしまい、照度の均一な照明ができない。
Here, when the light emitted from the emission port 121 is simply focused by the cylindrical lens 106 on a line-shaped region on the irradiation surface 107 to form an image as in the prior art, each column of each line is formed. The unevenness of the emitted light amount, that is, the unevenness of the light intensity distribution caused by the presence of the gaps between the exit ports 121, etc. is reflected as it is in the illuminance distribution on the irradiation surface 107, so that the illumination with uniform illuminance cannot be performed.

【0021】これに対し、本発明においては照射面10
7上において出射口121の像がある適切な量だけボケ
を生じるように光学系を構成して照明を行う。このボケ
によって、出射口121での光強度分布のむらが照射面
107に反映されるのを防止し、さらには照射面107
上の照度分布を均一化することができる。しかも、単に
照射面107上の照度むらが低減されるのみならず、光
の利用効率を下げることなく、照射面107上のある一
定の幅のライン状の領域内において、照度分布をほとん
ど一様にすることができる。以下、この効果について説
明する。
On the other hand, in the present invention, the irradiation surface 10
Illumination is performed by configuring the optical system so that the image of the emission port 121 on the image 7 is blurred by an appropriate amount. This blur prevents the unevenness of the light intensity distribution at the emission port 121 from being reflected on the irradiation surface 107, and further, the irradiation surface 107.
The illuminance distribution above can be made uniform. Moreover, not only the illuminance unevenness on the irradiation surface 107 is reduced, but also the illuminance distribution is almost uniform in a linear region of a certain width on the irradiation surface 107 without lowering the light utilization efficiency. Can be Hereinafter, this effect will be described.

【0022】まず、図2および図3に示したような光出
射面105に複数列の長尺な出射口121を持つライン
型ライトガイドと、その正面に出射口121の長さ方向
に沿って平行に配置されたシリンドリカルレンズ106
からなる光学系が照射面107上で出射口121の像が
結像するような位置関係にある場合、すなわちシリンド
リカルレンズ106の焦点距離をf、出射口121から
シリンドリカルレンズ106までの距離をd、シリンド
リカルレンズ106から照射面107までの距離をLと
して、これらが 1/f=(1/d)+(1/L) の関係にある場合を考える。なお、ここでシリンドリカ
ルレンズ106の収差は十分小さいものとする。
First, as shown in FIGS. 2 and 3, a line type light guide having a plurality of rows of long emission openings 121 on a light emission surface 105 and a front surface of the light guide along the length direction of the emission openings 121. Cylindrical lens 106 arranged in parallel
Is in a positional relationship such that the image of the exit 121 is formed on the irradiation surface 107, that is, the focal length of the cylindrical lens 106 is f, the distance from the exit 121 to the cylindrical lens 106 is d, Let us consider a case where the distance from the cylindrical lens 106 to the irradiation surface 107 is L and these have a relationship of 1 / f = (1 / d) + (1 / L). Note that the aberration of the cylindrical lens 106 is assumed to be sufficiently small here.

【0023】このとき、照射面107上には出射口12
1の像が形成される。この場合、照射面107上の照度
分布は、シリンドリカルレンズ106の軸方向に見て、
出射口121での光強度分布のむらがそのまま拡大/縮
小された形で反映されたものとなる。もちろん、シリン
ドリカルレンズ106は軸方向には集光作用を持たない
ことから、出射口121の像は結像しない。なお、図2
においてFWHMは半値全幅である。
At this time, the exit port 12 is formed on the irradiation surface 107.
An image of 1 is formed. In this case, the illuminance distribution on the irradiation surface 107 is as viewed in the axial direction of the cylindrical lens 106,
The unevenness of the light intensity distribution at the exit 121 is reflected as it is in an enlarged / reduced form. Of course, since the cylindrical lens 106 does not have a condensing function in the axial direction, the image of the exit 121 is not formed. Note that FIG.
At FWHM is full width at half maximum.

【0024】一方、光学系が照射面107上に出射口1
21の像が結像しないような位置関係にある場合におい
ても、素子の位置関係を変えることなく、シリンドリカ
ルレンズ106の焦点距離を適当に調整することによっ
て、つまり 1/f′=(1/d)+(1/L) なるf′の焦点距離を持つシリンドリカルレンズ106
に取り替えることによって、拡大/縮小倍率を変えずに
出射口121の像を照射面107上に結像させることが
できる。出射口121の像の大きさと出射口101から
出射される光の分布領域の大きさの比、つまり拡大/縮
小倍率は、出射口121からシリンドリカルレンズ10
6までの距離dおよびシリンドリカルレンズ106から
照射面107までの距離Lの比によって決まる。
On the other hand, the optical system has the exit port 1 on the irradiation surface 107.
Even when the positional relationship is such that the image of 21 is not formed, by appropriately adjusting the focal length of the cylindrical lens 106 without changing the positional relationship of the elements, that is, 1 / f '= (1 / d ) + (1 / L) cylindrical lens 106 having a focal length of f ′
By replacing with, the image of the emission port 121 can be formed on the irradiation surface 107 without changing the enlargement / reduction ratio. The ratio of the size of the image of the emission port 121 to the size of the distribution area of the light emitted from the emission port 101, that is, the enlargement / reduction ratio, is calculated from the emission port 121 to the cylindrical lens 10.
6 and the distance L from the cylindrical lens 106 to the irradiation surface 107.

【0025】これに対し、本発明に従い出射口121の
像を照射面107上に結像させない場合、すなわち 1/f≠(1/d)+(1/L) の条件を満たすように構成した場合には、照射面107
上の出射口121の像は少しボケたものになる。ボケ具
合は、出射口121内の各点からの光線の指向性の強さ
と、結像の強さによって決まる。照射面107上におい
て、出射口121内の一点が寄与する照度分布、つまり
出射口121内の一点から各方向に向けて出射した各光
線が照射面107上に形成する像の分布を点像分布関数
(point spread function)と呼ぶことにする。収差が無
視できるような場合には、この照射面107上の像は出
射口121内のどの点に対しても同じ大きさ、同じ形状
であり、像の照度はその点から出る光の強さに比例す
る。従って、照射面121上の照度分布は、出射口12
1の像と点像分布関数との畳み込み(convolution)を計
算することにより得られる。
On the other hand, according to the present invention, when the image of the exit 121 is not formed on the irradiation surface 107, that is, the condition of 1 / f ≠ (1 / d) + (1 / L) is satisfied. In some cases, the irradiation surface 107
The image of the upper exit 121 is slightly blurred. The degree of blurring is determined by the intensity of directivity of light rays from each point in the emission port 121 and the intensity of image formation. On the irradiation surface 107, the illuminance distribution contributed by one point in the emission opening 121, that is, the distribution of the image formed on the irradiation surface 107 by each ray emitted from one point in the emission opening 121 in each direction is a point spread distribution. We will call it a point spread function. When the aberration can be ignored, the image on the irradiation surface 107 has the same size and the same shape at any point in the exit 121, and the illuminance of the image is the intensity of light emitted from that point. Proportional to. Therefore, the illuminance distribution on the irradiation surface 121 is calculated as follows:
It is obtained by calculating the convolution of the image of 1 and the point spread function.

【0026】点像分布関数についてさらに詳しく述べ
る。まず、出射口121からの出射光の広がり分布につ
いて近似を行う。出射口121上の各点を出た光は、あ
る立体角的広がりを持って放射される。出射口121か
らの出射光の広がり方を評価するために、出射口121
内のある一点から出射した光の照度分布を出射口121
から単位距離だけ離れた平面上において観測した場合、
照度はある点において最大値を取り、その周辺では徐々
に下がる。出射口121から単位距離離れた平面上にお
いて、照度が最大値をとる点からの距離を|x|とした
ときに、その平面上における照度分布Idir (|x|)
を次式のように近似して表す。
The point spread function will be described in more detail. First, the spread distribution of the light emitted from the emission port 121 is approximated. The light emitted from each point on the emission port 121 is emitted with a certain solid angle spread. In order to evaluate how the outgoing light from the outgoing port 121 spreads, the outgoing port 121
The illuminance distribution of the light emitted from a certain point in the
When observed on a plane separated by a unit distance from
The illuminance takes a maximum value at a certain point and gradually decreases in the vicinity. When the distance from the point where the illuminance has the maximum value is | x | on a plane that is a unit distance from the emission port 121, the illuminance distribution I dir (| x |) on that plane is
Is approximated by the following equation.

【0027】[0027]

【数4】 出射口121が図4(a)に示したように多数の光ファ
イバ束の出射端122を複数列に並べて構成される場合
には、c=2.8,w=0.24とすると、実際の光フ
ァイバ束の出射口の様子に近いものが得られる。この分
布は、ガウス分布(c=2の場合)を若干矩形に近付け
たような形状である。これ以降、これらc=2.8,w
=0.24の値により検討を行う。
(Equation 4) When the emission port 121 is formed by arranging the emission ends 122 of a large number of optical fiber bundles in a plurality of rows as shown in FIG. 4A, it is actually assumed that c = 2.8 and w = 0.24. It is possible to obtain the one close to the state of the exit of the optical fiber bundle. This distribution is shaped like a Gaussian distribution (in the case of c = 2) slightly closer to a rectangle. After that, these c = 2.8, w
The value is set to 0.24 for consideration.

【0028】また、シリンドリカルレンズ106として
無収差と近似できるレンズを用い、出射口121内の一
点から発した光をシリンドリカルレンズ106で集光し
て照射面107に照射した場合には、出射口121内の
一点が照射面107上で作る像は、出射口121の像を
縦横に拡大/縮小して平行移動したものとなる。ここ
で、照射面107上に座標(x,y)をとる。照射面1
07上を光学系の中心軸(光軸)が貫く点を原点とし
て、出射口121の長さ方向(シリンドリカルレンズ1
06の軸方向)にy軸をとり、これと垂直方向にx軸を
とる。そして、出射口121から単位距離だけ離れた平
面での照度分布Idir (x,y)を次式とする。
When a lens that can be approximated to have no aberration is used as the cylindrical lens 106, and light emitted from one point inside the exit 121 is condensed by the cylindrical lens 106 and applied to the irradiation surface 107, the exit 121 is used. The image formed by one point on the irradiation surface 107 is a parallel translation of the image of the emission port 121 that is vertically / horizontally enlarged / reduced. Here, the coordinates (x, y) are taken on the irradiation surface 107. Irradiation surface 1
The origin in the point where the central axis (optical axis) of the optical system penetrates on 07, and the longitudinal direction of the exit port 121 (the cylindrical lens 1).
The y-axis is taken in the direction (06 axial direction), and the x-axis is taken in the direction perpendicular thereto. Then, the illuminance distribution I dir (x, y) on a plane separated from the emission port 121 by a unit distance is represented by the following equation.

【0029】[0029]

【数5】 この場合、照射面121上での照度分布IPSF (x,
y)は、出射口121から単位距離だけれ離れた平面上
の照度分布Idir (x,y)に比べて、x軸方向にはd
+L−(dL/f)倍に、y軸方向にはd+L倍にそれ
ぞれ拡大または縮小されて、次式のようになる。
(Equation 5) In this case, the illuminance distribution I PSF (x,
y) is d in the x-axis direction compared to the illuminance distribution I dir (x, y) on a plane separated by a unit distance from the emission port 121.
It is magnified or reduced by + L- (dL / f) times and in the y-axis direction by d + L times, respectively, to obtain the following expression.

【0030】[0030]

【数6】 シリンドリカルレンズ106は、軸方向であるy軸方向
に関しては集光作用を持たない、つまり−(dL/f)
の項が無いため、シリンドリカルレンズ106を通過し
た光は通常、y軸方向にはx軸方向の分布よりはるかに
広い範囲に光が広がる。このため、出射口121の長さ
方向およびシリンドリカルレンズ106の軸方向の長さ
が十分大きい場合には、照射面107上のy軸方向の照
度分布は平均化され、ほぼ一様とみなせる。そこで、こ
れ以降はx軸方向の照度分布のみを説明する。この場
合、照度分布IPSF (x)は次式で表すことができる。
(Equation 6) The cylindrical lens 106 does not have a condensing function in the y-axis direction, which is the axial direction, that is,-(dL / f).
The light that has passed through the cylindrical lens 106 normally spreads in a range that is much wider in the y-axis direction than in the x-axis direction. Therefore, when the length direction of the emission port 121 and the axial length of the cylindrical lens 106 are sufficiently large, the illuminance distribution in the y-axis direction on the irradiation surface 107 is averaged and can be regarded as substantially uniform. Therefore, hereinafter, only the illuminance distribution in the x-axis direction will be described. In this case, the illuminance distribution I PSF (x) can be expressed by the following equation.

【0031】[0031]

【数7】 次に、出射口121の像について述べる。出射口121
上の光強度分布も、一般には位置によってむらがある。
ここで、図4(a)に示したように光ファイバ束を複数
列並べたライン型ライトガイドを用いると、出射口12
1内においても光ファイバ束を構成する各光ファイバの
出射端122に相当する部分(図の○で表される部分)
と、出射端122から外れた部分(図の□で囲まれた部
分のうち○で囲まれない部分)とがある。前者からは光
が出射され、その光強度分布はほぼ一様であるが、後者
からは光がほとんど出射されない。
(Equation 7) Next, an image of the exit 121 will be described. Outlet 121
The above light intensity distribution also has unevenness depending on the position.
Here, as shown in FIG. 4A, when a line type light guide in which a plurality of optical fiber bundles are arranged is used, the emission port 12
The portion corresponding to the emission end 122 of each optical fiber that constitutes the optical fiber bundle within 1 (the portion indicated by ○ in the figure)
And a portion deviated from the emission end 122 (a portion not enclosed by ◯ in a portion enclosed by □ in the figure). Light is emitted from the former and its light intensity distribution is almost uniform, but light is hardly emitted from the latter.

【0032】ここで、シリンドリカルレンズ106が無
収差に近似できるレンズであって、照射面107が結像
距離にある場合には、このような出射口121での出射
光量むらがそのまま照射面107上の照度分布となって
表れる。但し、y軸方向には照度分布は平均化されるの
で、光ファイバ束を複数列並べたライン型ライトガイド
104においては、出射口121でのx軸方向の位置x
における平均的光強度分布Isrc (x)は、光ファイバ
束の一列当たり次式となる。
Here, when the cylindrical lens 106 is a lens that can be approximated to be aberration-free and the irradiation surface 107 is at the image formation distance, such unevenness in the amount of light emitted from the emission port 121 remains on the irradiation surface 107. Appears as the illuminance distribution of. However, since the illuminance distribution is averaged in the y-axis direction, in the line-type light guide 104 in which a plurality of optical fiber bundles are lined up, the position x in the x-axis direction at the exit 121 is set.
The average light intensity distribution I src (x) in is given by the following equation per column of the optical fiber bundle.

【0033】[0033]

【数8】 この平均的光強度分布Isrc (x)がシリンドリカルレ
ンズ106によって照射面107上に投影されると、像
はL/d倍に拡大され、照射面107上の照度分布I
scr (x)は次式となる。
(Equation 8) When this average light intensity distribution I src (x) is projected onto the irradiation surface 107 by the cylindrical lens 106, the image is magnified L / d times, and the illuminance distribution I on the irradiation surface 107 is increased.
scr (x) is given by the following equation.

【0034】[0034]

【数9】 また、光ファイバ束が二列のときの照度分布I
scr (x)は次式となる(図4(b)参照)。
[Equation 9] Also, the illuminance distribution I when the optical fiber bundle has two rows
scr (x) is given by the following equation (see FIG. 4B).

【0035】[0035]

【数10】 ライン型光ガイドが光ファイバ束で構成される場合とさ
れない場合に拘らず、出射口121の形状に応じてy軸
方向に平均化した照度分布Iscr (x)を用いた設計は
有効であり、そのような変形も本発明に含まれるものと
する。また、上記の半円状の照度分布をそのままIscr
(x)として用いる近似によっても、多くの場合に良好
な設計が得られる。
(Equation 10) The design using the illuminance distribution I scr (x) averaged in the y-axis direction according to the shape of the emission port 121 is effective regardless of whether the line-type light guide is configured with an optical fiber bundle or not. Such modifications are also included in the present invention. In addition, the above-mentioned semicircular illuminance distribution is directly changed to I scr.
The approximation used as (x) also often provides a good design.

【0036】出射口121の像が照射面107上に結像
しない位置にシリンドリカルレンズ106がある場合の
照射面107上での照度分布は、出射口121の像と点
像分布関数との畳み込みによって決まる。
The illuminance distribution on the irradiation surface 107 when the cylindrical lens 106 is located at a position where the image of the exit opening 121 does not form an image on the irradiation surface 107 is obtained by convolving the image of the exit opening 121 and the point spread function. Decided.

【0037】ここで、点像分布関数の半値全幅(1/e
1/2 値全幅)と出射口121の像の幅との比によって、
次式のパラメータεを定義する。
Here, the full width at half maximum of the point spread function (1 / e
1/2 full width) and the width of the image of the exit 121,
The parameter ε of the following equation is defined.

【0038】[0038]

【数11】 これは[数1]の式(2)と同じ式であり、fはシリン
ドリカルレンズ106の焦点距離、dは出射口121か
らシリンドリカルレンズ106までの距離、Lはシリン
ドリカルレンズ106から照射面107までの距離、w
は出射口121から単位距離離れた平面上において出射
口121内の一点の寄与する照度分布の幅である。この
パラメータεを用いると、照射面107上の照度分布
は、出射口121が二列ある場合、次式で表すことがで
きる。
[Equation 11] This is the same formula as the formula (2) of [Equation 1], f is the focal length of the cylindrical lens 106, d is the distance from the exit 121 to the cylindrical lens 106, and L is the distance from the cylindrical lens 106 to the irradiation surface 107. Distance, w
Is the width of the illuminance distribution contributed by one point in the emission port 121 on a plane separated from the emission port 121 by a unit distance. By using this parameter ε, the illuminance distribution on the irradiation surface 107 can be expressed by the following equation when the emission ports 121 have two rows.

【0039】[0039]

【数12】 この式において、関数h(x′,ε)は次式に示す2つ
の関数
(Equation 12) In this equation, the function h (x ′, ε) is the two functions shown in the following equation.

【0040】[0040]

【数13】 の畳み込み、つまり、(Equation 13) Convolution of, that is,

【0041】[0041]

【数14】 として定義される。これらを用いることにより、点像分
布関数は
[Equation 14] Is defined as By using these, the point spread function becomes

【0042】[0042]

【数15】 と表され、また出射口121の像は(Equation 15) And the image of the exit 121 is

【0043】[0043]

【数16】 と表すことができる。(Equation 16) It can be expressed as.

【0044】シリンドリカルレンズ106を挿入しない
場合の照射面107上の照度分布はf→∞、L/d→
1、x→−xとおいたときと同じ分布となるので、h
(−x′,ε)=h(x′,ε)をも用いることによ
り、出射口121が二列あるときの照度分布は次式とな
る。
When the cylindrical lens 106 is not inserted, the illuminance distribution on the irradiation surface 107 is f → ∞, L / d →
Since the distribution is the same as 1, x → −x, h
By also using (−x ′, ε) = h (x ′, ε), the illuminance distribution when the exits 121 have two rows is given by the following equation.

【0045】[0045]

【数17】 wは光源の特性によって決まる定数であり、pも光源系
の形式による定数(出射口121のピッチ)であるの
で、L/dが決まれば上式を出射口121の像の大きさ
が同じになるようにスケール変換することができ、その
場合、照度分布の形状Inorm(x)は Inorm(x′)=h(x′−1,ε)+h(x′+1,ε) (24) となって、εのみによって決まる。但し、大きさが異な
っていても縦横のスケールを変換して同形になるときは
同じ形状とみなす。ε→0では、完全に結像した状態に
近付き、ε→∞と大きくなるほど像のボケは大きくな
る。
[Equation 17] Since w is a constant determined by the characteristics of the light source and p is also a constant according to the type of the light source system (pitch of the emission openings 121), if L / d is determined, the above equation is used to make the image size of the emission opening 121 the same. In this case, the shape of the illuminance distribution I norm (x) is I norm (x ′) = h (x′−1, ε) + h (x ′ + 1, ε) (24) And is determined only by ε. However, even if the sizes are different, if the vertical and horizontal scales are converted to the same shape, they are regarded as the same shape. When ε → 0, the image becomes closer to the completely imaged state, and the larger ε → ∞, the larger the image blur.

【0046】以上により、シリンドリカルレンズ106
として収差が十分に小さいレンズを用いた場合、照度分
布の形状は[数11]の式(15)で定義されるパラメ
ータεによって指定することができる。
From the above, the cylindrical lens 106
When a lens with sufficiently small aberration is used as, the shape of the illuminance distribution can be specified by the parameter ε defined by the equation (15) of [Equation 11].

【0047】次に、パラメータεの最適範囲について述
べる。出射口121が二列で構成される場合について、
εが様々な場合の照度分布としてh(x−1,ε)+h
(x+1,ε)を求めた結果を図5に示す。また、この
ときの分布形状の各種比率、すなわち照度の中心値と最
大値の比、周辺値と最大値の比、90%全幅と10%全
幅の比、90%全幅と50%全幅の比を図6に示す。但
し、図5および図6において、光軸の光の広がり分布を
決める式(7)中の定数cは、c=2.8とした。さら
に、照射面107上の照度分布形状の各種値、すなわち
照度の最大値、周辺値、中心値、10%半幅、50%半
幅、90%半幅を図7に示す。
Next, the optimum range of the parameter ε will be described. For the case where the emission ports 121 are configured in two rows,
As illuminance distribution when ε is various, h (x-1, ε) + h
The result of obtaining (x + 1, ε) is shown in FIG. In addition, various ratios of the distribution shape at this time, that is, the ratio of the central value to the maximum value of the illuminance, the ratio of the peripheral value to the maximum value, the ratio of 90% full width to 10% full width, the ratio of 90% full width to 50% full width, As shown in FIG. However, in FIGS. 5 and 6, the constant c in the equation (7) that determines the spread distribution of the light on the optical axis is set to c = 2.8. Further, FIG. 7 shows various values of the illuminance distribution shape on the irradiation surface 107, that is, the maximum value, the peripheral value, the center value, 10% half width, 50% half width, and 90% half width of the illuminance.

【0048】図5の曲線を見ると、εが小さいと照射面
107の位置0(中心部)に凹みができ、均一性が劣化
することが分かる。CCDラインイメージセンサのよう
なラインセンサでは、最も読み取る頻度の高い位置は中
心部であり、この部分の照度が照明効率に大きく影響す
る。そのため、十分な照明光率を得るためには、図6に
おける最大値と中心値の比率は少なくとも0.85以上
であることが望まれ、これによりε>0.632である
ことが要請される。
From the curve shown in FIG. 5, it can be seen that when ε is small, a recess is formed at the position 0 (center portion) of the irradiation surface 107 and the uniformity is deteriorated. In a line sensor such as a CCD line image sensor, the most frequently read position is the central part, and the illuminance at this part greatly affects the illumination efficiency. Therefore, in order to obtain a sufficient illumination light ratio, the ratio between the maximum value and the central value in FIG. 6 is desired to be at least 0.85 or more, which requires ε> 0.632. .

【0049】また、ライン型ライトガイドが複数列の出
射口121によって構成されている場合、照射面107
上での照度分布の形状Inorm(x′)は
When the line type light guide is composed of a plurality of rows of emission ports 121, the irradiation surface 107
The shape of the illuminance distribution I norm (x ′) above is

【0050】[0050]

【数18】 となるが、分布の裾野があまりなだらかで、隣またはそ
の隣の出射口の像の位置での照度h(±2,ε)やh
(±4,ε)が大き過ぎると、分布Inorm(x′)は、
周辺部のx′=0やx′=2(m−1)において小さ
く、中心部のx′=m−1において大きくなったりし
て、照度分布が均一化されず、不都合である。但し、こ
の式中のx′は実際の照射面107上における長さxを
x′pL/2d=xとなるようにスケール変換したもの
である。
(Equation 18) However, the skirt of the distribution is too gentle, and the illuminance h (± 2, ε) or h at the position of the image of the adjacent or next exit port is
If (± 4, ε) is too large, the distribution I norm (x ′) becomes
This is inconvenient because the illuminance distribution is not uniform because it is small at x ′ = 0 or x ′ = 2 (m−1) in the peripheral portion and becomes large at x ′ = m−1 in the central portion. However, x ′ in this equation is a scale conversion of the actual length x on the irradiation surface 107 so that x′pL / 2d = x.

【0051】図8は、出射口121が一列のときの照射
面107上での照度分布を表している。また、図9の実
線は同じく出射口121が一列のときの照射面107上
での照度分布を表し、破線は隣の列の出射口121が寄
与する照射面上での照度分布を表している。図9から照
度分布が平坦になるためには、出射口121の一列分が
寄与する照射面107上での照度分布におけるx=0の
値にx=pの値の2倍を加えた値が、出射口121の一
列の照度分布におけるx=p/2の値の2倍にほぼ等し
くなくてはならないことが分かる。
FIG. 8 shows the illuminance distribution on the irradiation surface 107 when the emission openings 121 are in a line. Further, the solid line in FIG. 9 similarly represents the illuminance distribution on the irradiation surface 107 when the emission openings 121 are in one row, and the broken line represents the illuminance distribution on the irradiation surface contributed by the emission openings 121 in the adjacent row. . From FIG. 9, in order to make the illuminance distribution flat, the value obtained by adding twice the value of x = p to the value of x = 0 in the illuminance distribution on the irradiation surface 107 contributed by one row of the emission ports 121 is It can be seen that the value should be approximately equal to twice the value of x = p / 2 in the illuminance distribution on the one line of the emission port 121.

【0052】但し、このためには出射口121の一列の
照度分布におけるx=2pの値がx=0の値に対し十分
小さいことが必要である。この条件が満たされない場合
には点像分布関数が必要以上にボケてしまい、隣の出射
口121の像の領域に干渉して、全体として均一な分布
とならない。また、出射口121の列を増やしても、増
やした分だけ照度が均一な領域を増やすことができな
い。
However, for this purpose, it is necessary that the value of x = 2p in the illuminance distribution on one line of the emission port 121 is sufficiently smaller than the value of x = 0. If this condition is not satisfied, the point spread function will be blurred more than necessary, and it will interfere with the image area of the adjacent exit 121, and the distribution will not be uniform as a whole. Further, even if the number of rows of the emission ports 121 is increased, it is not possible to increase the area where the illuminance is uniform by the increased number.

【0053】出射口121の一列の照度分布におけるx
=2pの値とx=0の値との比は十分小さいことが望ま
しいが、十分な実用性を実現するためには0.005以
下である必要がある。このことから、ε<1.48とい
う条件が求められる。
X in the illuminance distribution on one line of the emission port 121
It is desirable that the ratio between the value of = 2p and the value of x = 0 is sufficiently small, but it is necessary to be 0.005 or less in order to realize sufficient practicality. From this, the condition of ε <1.48 is required.

【0054】以上の議論により、パラメータεは0.6
32<ε<1.48の範囲に収まっていることが好まし
い。特に、εが大きくなるに従って照度分布における中
心の凹みが無くなり、遂には中心部の値が最大値に一致
する点がある。c=2.8では、この照度分布の中心部
の値が最大値に一致する点は、ほぼε=0.87であ
る。また、c=2.0では、この点はほぼε=0.81
である。この条件下(例えばε=0.87)では、照度
分布はx=0の直線を中心として最も一様性の高い分布
となる。ここでは、このように照度分布が頂上部で平坦
な形状となる条件を最適条件と呼ぶことにする。
From the above discussion, the parameter ε is 0.6
It is preferably within the range of 32 <ε <1.48. In particular, there is a point that the central depression in the illuminance distribution disappears as ε increases, and finally the value at the central portion matches the maximum value. At c = 2.8, the point at which the central value of this illuminance distribution matches the maximum value is approximately ε = 0.87. Also, when c = 2.0, this point is approximately ε = 0.81.
It is. Under this condition (eg, ε = 0.87), the illuminance distribution has the highest uniformity around the straight line of x = 0. Here, such a condition that the illuminance distribution has a flat shape at the top is called an optimum condition.

【0055】一例として、出射口121から照射面10
7までの距離がd+L=30mm、照射面107上のラ
イン状の照射領域の幅が4.5mmとなるように光学系
を組む場合について検討する。但し、p=0.5、w=
0.24であり、図4(a)のようにファイバ束を二列
に並べるものとする。ε>>1の場合を除くと、照射領
域の幅はほぼpL/dで決まるので、d+L=30とp
L/d=4.5の条件からd=3.3mm、L=27m
mが決まる。
As an example, the exit surface 121 to the irradiation surface 10
Consider a case where the optical system is assembled so that the distance to 7 is d + L = 30 mm and the width of the linear irradiation region on the irradiation surface 107 is 4.5 mm. However, p = 0.5, w =
0.24, and the fiber bundles are arranged in two rows as shown in FIG. Except in the case of ε >> 1, the width of the irradiation region is determined by pL / d, so that d + L = 30 and p
From the condition of L / d = 4.5, d = 3.3 mm, L = 27 m
m is decided.

【0056】最適条件はc=2.8の場合ε=0.87
であるので、式(15)よりfを逆算すると、シリンド
リカルレンズ106の最適焦点距離としてf=3.70
815mmが求まる。このように光学系の各種パラメー
タを決めると、照射面107上の幅4.5mmのライン
状の領域全体にわたってほぼ一様な照度分布を得ること
ができる。
The optimum condition is ε = 0.87 when c = 2.8.
Therefore, when f is calculated back from equation (15), the optimum focal length of the cylindrical lens 106 is f = 3.70.
815 mm can be obtained. By determining various parameters of the optical system in this way, it is possible to obtain a substantially uniform illuminance distribution over the entire line-shaped region having a width of 4.5 mm on the irradiation surface 107.

【0057】次に、このようにシリンドリカルレンズ1
06を含む光学系を最適化した場合の照射面107上の
照度分布を、シリンドリカルレンズ106が無い場合お
よびシリンドリカルレンズ106で出射口121の像を
照射面107上に完全に結像させた場合の照度分布と比
較する。
Next, in this way, the cylindrical lens 1
The illuminance distribution on the irradiation surface 107 in the case of optimizing the optical system including 06 is obtained when the cylindrical lens 106 is not provided and when the image of the exit 121 is completely formed on the irradiation surface 107 by the cylindrical lens 106. Compare with the illuminance distribution.

【0058】シリンドリカルレンズ106を出射口12
1と照射面107との間に挿入した場合の照度分布は、
式(17)(18)で定義した関数h(x′,ε)を用
いて式(16)で表せることは上述した通りである。
The cylindrical lens 106 is connected to the exit port 12
The illuminance distribution when it is inserted between 1 and the irradiation surface 107 is
As described above, the function h (x ′, ε) defined by the equations (17) and (18) can be expressed by the equation (16).

【0059】また、関数h(x′,ε)が次式で表され
ることも、式(17)(18)(19)で定義した通り
である。
The function h (x ', ε) is expressed by the following equation, as defined by the equations (17), (18) and (19).

【0060】[0060]

【数19】 但し、ε=0となる場合には、上式でε→0の極限を考
えることにより、関数h(x′,ε)は次式となる。
[Equation 19] However, when ε = 0, the function h (x ′, ε) becomes the following equation by considering the limit of ε → 0 in the above equation.

【0061】[0061]

【数20】 この式において、式(18)で定義したg(x′)に相
当する右辺の平方根の項に掛かる係数は、c=2.8の
とき2.28113である。
(Equation 20) In this equation, the coefficient applied to the square root term on the right side corresponding to g (x ') defined in equation (18) is 2.28113 when c = 2.8.

【0062】これらのことを基に最適化を行った場合、
シリンドリカルレンズ106が無い場合およびシリンド
リカルレンズ106で出射口121の像を照射面107
上に完全に結像させた場合の照射面107上の照度分布
のグラフを描くと、図10のようになる。図中、実線は
前述した最適条件の場合、破線はシリンドリカルレンズ
106を挿入しない場合、点線はシリンドリカルレンズ
106を挿入して出射口121の像を照射面107上に
完全に結像させた場合の照射面107上の照度分布のx
軸方向(シリンドリカルレンズ106と直交する方向)
での断面をそれぞれ示している。
When optimization is performed based on these things,
When the cylindrical lens 106 is not provided, and when the cylindrical lens 106 is used, the image of the exit 121 is projected onto the irradiation surface 107.
FIG. 10 shows a graph of the illuminance distribution on the irradiation surface 107 when the image is perfectly formed on the upper side. In the figure, the solid line shows the case of the optimum conditions described above, the broken line shows the case where the cylindrical lens 106 is not inserted, and the dotted line shows the case where the cylindrical lens 106 is inserted and the image of the exit 121 is completely formed on the irradiation surface 107. X of the illuminance distribution on the irradiation surface 107
Axial direction (direction orthogonal to the cylindrical lens 106)
The cross-sections at are shown respectively.

【0063】最適条件の場合は中心に凹みが無く、中心
付近における照度がシリンドリカルレンズ106を挿入
しない場合に比べて2倍程度上昇しており、また設計通
り照射面107上の中心付近の幅4.5mmのライン状
の照射領域の照度がほぼ均一化されていることが分か
る。なお、照射領域をさらに絞れば、それに反比例して
照度をさらに上昇させることができ、シリンドリカルレ
ンズ106を挿入しない場合に対する優位性が更に明確
になる。
Under the optimum conditions, there is no dent in the center, and the illuminance in the vicinity of the center is about twice as high as in the case where the cylindrical lens 106 is not inserted, and the width 4 near the center on the irradiation surface 107 is 4 as designed. It can be seen that the illuminance of the line-shaped irradiation area of 0.5 mm is almost uniform. It should be noted that if the irradiation area is further narrowed, the illuminance can be further increased in inverse proportion thereto, and the superiority to the case where the cylindrical lens 106 is not inserted becomes clearer.

【0064】以上の説明では、シリンドリカルレンズ1
06の収差がない場合に近似できるものとして議論を行
ってきたが、その結果得られたパラメータεの条件はシ
リンドリカルレンズ106の収差がある場合に適用して
も、実用上十分な性能を持った照明装置を実現できる。
In the above description, the cylindrical lens 1
Although the discussion has been made assuming that it can be approximated when there is no aberration of 06, the condition of the parameter ε obtained as a result has practically sufficient performance even if it is applied when there is aberration of the cylindrical lens 106. A lighting device can be realized.

【0065】(第2の実施形態)次に、本発明の第2の
実施形態について説明する。図11は本実施形態に係る
照明装置の要部の構成を示す図である。図2と同一部分
に同一符号を付して説明すると、本実施形態では集光レ
ンズとしてシリンドリカルレンズに代えて円柱レンズ2
06を用いた点が第1の実施形態と異なっている。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a main part of the illumination device according to the present embodiment. The same parts as those in FIG. 2 will be designated by the same reference numerals, and in the present embodiment, a cylindrical lens 2 will be used instead of the cylindrical lens as the condenser lens.
The point that 06 is used is different from the first embodiment.

【0066】円柱レンズ206は、基本的に無収差シリ
ンドリカルレンズと同様の集光作用があるが、収差の大
きさ故、その振舞いを単純な数式で表現するのは難し
い。もし収差が大きい場合でも、無収差に近似可能な場
合の[数5]の式(5)([数1]の式(2)と同じ)
に示したパラメータεと同様に、次式のようなパラメー
タεabr を簡単な式で定義することができれば、無収差
の場合と同様にεが略1という条件から、実用上問題の
無い良好な照度分布が得られると考えられる。
The cylindrical lens 206 basically has a light-collecting function similar to that of a non-aberration cylindrical lens, but it is difficult to express its behavior by a simple mathematical expression because of the size of aberration. Equation (5) of [Equation 5] (same as Equation (2) of [Equation 1]) when aberration can be approximated even if the aberration is large
If the parameter ε abr can be defined by a simple equation similar to the parameter ε shown in (1), the condition that ε is approximately 1 is the same as in the case of no aberration. It is considered that the illuminance distribution can be obtained.

【0067】[0067]

【数21】 円柱レンズ206のように収差が大きい集光レンズを用
いた場合、厳密にいえば、点像は出射位置に依存して変
形する。また、この依存性が小さい場合でも、上式の分
子の点像分布関数の全幅は、一般には無収差の場合より
若干異なり、やや小さめの値となる。これらのことか
ら、εabr を定義して用いるのは実用的ではない。
(Equation 21) Strictly speaking, when a condenser lens having large aberrations such as the cylindrical lens 206 is used, the point image is deformed depending on the emission position. Even if this dependence is small, the full width of the point spread function of the numerator in the above expression is generally slightly different from that in the case of no aberration and becomes a slightly smaller value. For these reasons, defining and using ε abr is not practical.

【0068】しかしながら、収差が大きなシリンドリカ
ルレンズを用いる場合のεabr も収差の小さい極限にお
いては、無収差の場合のεに近付くはずである。よっ
て、収差が大きい場合にも、式(5)によって定義され
たεが、系の振舞いを表現する良い指標として機能する
ことが期待される。以下に述べるように、実際に光線追
跡のシミュレーションを行い、このことを確認した。
However, ε abr in the case of using a cylindrical lens with large aberration should approach ε in the case of no aberration in the limit of small aberration. Therefore, even when the aberration is large, it is expected that ε defined by the equation (5) functions as a good index for expressing the behavior of the system. As described below, this was confirmed by actually performing a ray tracing simulation.

【0069】収差の影響について知るために、具体的に
出射口121内にある一点から発して、円柱レンズ20
6を透過し、照射面107に到達する光線の径路につい
て検討する。円柱レンズ206の中心付近に入射した光
線は、収差の無い場合と同様の方向へ進み、無収差の場
合の結像距離で集束する。しかし、円柱レンズ206の
周辺部に入射した光線は、大きな球面収差のために、無
収差の場合よりも大きく内側に進路を曲げられて、無収
差の場合の結像距離よりレンズ206に近い位置で集束
する。このことにより、円柱レンズ206を抜けたビー
ムの太さ、および点像分布関数の全幅は、無収差レンズ
の場合と比べて若干細くなる。
In order to know the influence of aberration, specifically, the cylindrical lens 20 is emitted from one point inside the exit 121.
A path of a light ray which passes through 6 and reaches the irradiation surface 107 will be examined. The light ray incident near the center of the cylindrical lens 206 travels in the same direction as in the case where there is no aberration, and is focused at the image formation distance in the case of no aberration. However, the ray incident on the peripheral portion of the cylindrical lens 206 is curved inward more largely than in the case of no aberration because of the large spherical aberration, and is closer to the lens 206 than the image forming distance in the case of no aberration. Focus on. As a result, the thickness of the beam that has passed through the cylindrical lens 206 and the total width of the point spread function become slightly thinner than in the case of an aplanatic lens.

【0070】一般に、収差の大きい光学系を検討する場
合、単純な結像の式を用いて議論することはできず、一
本一本の光線に対して光線追跡を行わなくてはならな
い。そこで円柱レンズ206の場合について、円柱レン
ズ206の半径r、ライン型ライトガイドの出射口12
1から対物レンズ206の中心部までの距離d、出射口
121から照射面107までの距離d+Lを種々変化さ
せて光線追跡のシミュレーション計算を行い、最適条
件、つまり中央部の凹みが消えて平坦な大きな照度分布
が得られるような場合のパラメータの組合せを多数調べ
た。
In general, when considering an optical system having a large aberration, it cannot be discussed using a simple imaging formula, and ray tracing must be performed for each ray. Therefore, in the case of the cylindrical lens 206, the radius r of the cylindrical lens 206 and the emission port 12 of the line-type light guide
1, the distance d from the center of the objective lens 206 to the center of the objective lens 206 and the distance d + L from the exit 121 to the irradiation surface 107 are variously changed to perform a simulation calculation of ray tracing. Many combinations of parameters were investigated when a large illuminance distribution was obtained.

【0071】この結果、最適と認められたパラメータを
図12の表に示す。これらは円柱レンズの場合に最適な
照度分布となるような系のパラメータである。これらか
ら式(5)を用いて計算したεを図13にプロットし
た。図13において横軸はd/(2p)、縦軸はεであ
る。図中にある丸い点は、図12の表の各データに対応
している。これにより図12の各データの点は、図13
のグラフ中のある領域内に分布することを見い出した。
第1の実施形態のように無収差のシリンドリカルレンズ
106を用いた場合には、最適条件は図13のグラフ中
でd/(2p)によらずε=一定と表現されるが、本実
施形態のように円柱レンズ206を用いた場合には、収
差の影響でεの値は一定とはならず、d/(2p)と強
い相関を持ちながら、かなりばらつきを持ってしまう。
As a result, the parameters recognized as optimum are shown in the table of FIG. These are the system parameters that provide the optimum illuminance distribution in the case of a cylindrical lens. Epsilon calculated from these using Expression (5) is plotted in FIG. In FIG. 13, the horizontal axis is d / (2p) and the vertical axis is ε. The round dots in the figure correspond to each data in the table of FIG. As a result, the points of each data in FIG.
It was found that it was distributed in a certain area in the graph of.
When the achromatic cylindrical lens 106 is used as in the first embodiment, the optimum condition is expressed as ε = constant regardless of d / (2p) in the graph of FIG. When the cylindrical lens 206 is used as described above, the value of ε is not constant due to the influence of aberration, and has a strong variation with a strong correlation with d / (2p).

【0072】なお、このシミュレーションにおいて、円
柱レンズ206を構成するガラスの屈折率はn=1.4
8、出射口121内の一点から出る光の方向分布は出射
点から単位距離だけ離れた点にライトガイドの光出射面
に対して垂直にスクリーンを置いた場合に、スクリーン
中央からの距離をrとしてexp(−|r/w|c/
2)という分布になるものとした。これらのパラメータ
c,wには、c=2.8、w=0.24という値を用い
た。c=2とするとガウス分布となるが、このシミュレ
ーションにおいてはc=2.8として、ガウス分布より
やや四角張った分布を用いた。
In this simulation, the refractive index of the glass forming the cylindrical lens 206 is n = 1.4.
8. The direction distribution of the light emitted from one point in the emission port 121 is r when the screen is placed perpendicular to the light emission surface of the light guide at a point separated by a unit distance from the emission point. As exp (-| r / w | c /
The distribution is 2). The values of c = 2.8 and w = 0.24 were used for these parameters c and w. When c = 2, a Gaussian distribution is obtained, but in this simulation, a distribution that is slightly squared from the Gaussian distribution was used with c = 2.8.

【0073】以上のように、無収差シリンドリカルレン
ズ106、円柱レンズ206のいずれを用いた場合にお
いても、照射面107が結像位置よりも少し手前に来る
ように、系のパラメータを結像条件から少しずらすこと
によって、点像分布関数の大きさを調節し、出射口12
1からの出射光の光量むらを平滑化して、照射領域内に
暗い筋などが現れるなどの照度むらを防ぐことができ
る。
As described above, regardless of whether the aplanatic cylindrical lens 106 or the cylindrical lens 206 is used, the system parameters are set from the imaging conditions so that the irradiation surface 107 is slightly before the imaging position. By slightly shifting, the size of the point spread function is adjusted and
It is possible to smooth the unevenness in the amount of light emitted from No. 1 and prevent uneven illuminance such as the appearance of dark stripes in the irradiation area.

【0074】以下においては、典型的な場合として屈折
率はn=1.48、ライン型ラインガイドは光出射面1
05の出射口121に直径0.5mmの光ファイバがピ
ッチ0.5mmで二列に並んだ構成で、出射口121の
幅は2p=1mmであるとする。また、出射口121内
の一点からの出射光の立体角的な広がりは、出射口12
1から単位距離だけ離れた平面上において、半値半幅で
w=0.24程度であるとする。さらに、出射口121
からの出射光の方向分布、すなわち出射口121上の一
点から出た光の寄与する照度分布を出射口121から単
位距離だけ離れた平面上で調べた場合、c=2.8とし
て、exp(−|r/w|c /2)とする。
In the following, as a typical case, the refractive index is n = 1.48, and the line type line guide is the light emitting surface 1.
It is assumed that the optical fibers having a diameter of 0.5 mm are arranged in two rows at a pitch of 0.5 mm in the emission port 121 of No. 05, and the width of the emission port 121 is 2p = 1 mm. Further, the solid angle spread of the light emitted from one point in the emission port 121 is
It is assumed that the half width at half maximum is about w = 0.24 on a plane separated from 1 by a unit distance. Furthermore, the exit 121
When the directional distribution of the light emitted from the light source, that is, the illuminance distribution of the light emitted from one point on the light output port 121 is examined on a plane separated from the light output port 121 by a unit distance, exp ( -| R / w | c / 2).

【0075】ここで、座標系(x,y,z)を定義して
おく。光軸をz軸、円柱レンズ206の長さ方向をy軸
とする。照射面107はz軸に垂直であるとする。ま
た、y軸およびz軸と垂直にx軸をとる。座標系(x,
y,z)の原点はライン型ライトガイドの出射口121
の中心点となる。なお、図11はzx平面で切った断面
を示している。
Here, the coordinate system (x, y, z) is defined. The optical axis is the z-axis, and the length direction of the cylindrical lens 206 is the y-axis. The irradiation surface 107 is assumed to be perpendicular to the z axis. Also, the x axis is taken perpendicular to the y axis and the z axis. Coordinate system (x,
The origin of y, z) is the exit 121 of the line type light guide.
Becomes the center point of. Note that FIG. 11 shows a cross section taken along the zx plane.

【0076】一例として、出射口121と照射面107
との間隔d+L=30mm、出射口121の横幅が20
0mm程度と十分長いときに、円柱レンズ206として
半径2mmのレンズを出射口121の前に置く場合につ
いて検討する。
As an example, the exit 121 and the irradiation surface 107
And the distance d + L = 30 mm, and the width of the exit 121 is 20
Consider a case where a cylindrical lens 206 having a radius of 2 mm is placed in front of the exit 121 when the length is about 0 mm, which is sufficiently long.

【0077】この場合、まず出射口121から出た光の
うち大部分を円柱レンズ206に入射させるとの理由か
ら、r<d<2rおよびr>2pという条件、すなわ
ち、 (r/2p)>1、かつ1≦d/r<2 という条件が要請される。前者は、円柱レンズ206に
入射せずにその脇を擦り抜ける光線が十分少なくなるよ
うに、出射口121と円柱レンズ206の間隔を限定す
る条件である。後者は、円柱レンズ206の半径があま
り小さ過ぎると、円柱レンズ206の大きさに比べて出
射口121の大きさが大き過ぎるために、たとえ円柱レ
ンズ206を出射口121に接するように置いたとして
も、まだ円柱レンズ206の脇を擦り抜ける光線が多く
なってしまう、ということから来る条件である。
In this case, since most of the light emitted from the emission port 121 is made incident on the cylindrical lens 206, the condition r <d <2r and r> 2p, that is, (r / 2p)> The condition of 1 and 1 ≦ d / r <2 is required. The former is a condition that limits the distance between the emission port 121 and the cylindrical lens 206 so that the number of light rays that do not enter the cylindrical lens 206 and squeeze the side thereof is sufficiently small. In the latter case, if the radius of the cylindrical lens 206 is too small, the size of the emission port 121 is too large as compared with the size of the cylindrical lens 206, so even if the cylindrical lens 206 is placed in contact with the emission port 121. However, this is a condition that comes from the fact that the number of rays that pass through the side of the cylindrical lens 206 still increases.

【0078】本実施形態のように円柱レンズ206を用
いた場合については、シミュレーション計算を行って、
照射面107上の照度分布形状を求めた。その結果、円
柱レンズ206の中心部の位置(ライン型ライトガイド
の出射口121からレンズ中心までの距離d)をパラメ
ータとした場合の照射面107のx方向の照度分布は図
14のようになることが分かった。
In the case where the cylindrical lens 206 is used as in this embodiment, a simulation calculation is performed,
The illuminance distribution shape on the irradiation surface 107 was obtained. As a result, the illuminance distribution in the x direction on the irradiation surface 107 when the position of the center of the cylindrical lens 206 (the distance d from the exit 121 of the line type light guide to the lens center) is used as a parameter is as shown in FIG. I found out.

【0079】図15は、円柱レンズ206の半径がr=
2.2mmの場合の照射面107上の照度分布を立体的
に表したもので、グラフの高さが照度の大きさを表す。
同様に、図16はr=3mmの場合の照射面107上の
照度分布を立体的に表したもので、やはりグラフの高さ
が照度の大きさを表す。r=3mmの場合はほぼ焦点距
離に当たる。図16によると、r=3mmの場合は照度
分布の中心部に大きな凹みがあり、照射領域の中心に暗
い筋が現れることが分かる。これはライン型ライトガイ
ドのライン配列部104の長さ方向へは光が発散するの
に対して、それと垂直方向(x方向)へは光が結像する
方向へ向かうために、照射範囲の中心に暗い筋が出たも
のである。
In FIG. 15, the radius of the cylindrical lens 206 is r =
It is a three-dimensional representation of the illuminance distribution on the irradiation surface 107 in the case of 2.2 mm, and the height of the graph represents the magnitude of the illuminance.
Similarly, FIG. 16 three-dimensionally represents the illuminance distribution on the irradiation surface 107 when r = 3 mm, and the height of the graph also represents the magnitude of the illuminance. When r = 3 mm, the focal length is almost reached. According to FIG. 16, it can be seen that when r = 3 mm, there is a large depression in the center of the illuminance distribution, and a dark streak appears in the center of the irradiation area. This is because the light diverges in the length direction of the line array portion 104 of the line type light guide, while the light is directed in the direction (x direction) perpendicular to it, so that the center of the irradiation range. It has a dark streak.

【0080】照射面107上で照度の最も高い部分の領
域の幅が最も広く、しかも中心の暗い筋が出ないように
するための最適なパラメータとしては、円柱レンズ20
6の中心部の位置dは2.0〜2.4mm、特に2.2
mmとなる。d=2.2mmの場合の照度分布を示した
図15によると、d=3.0mmの場合とほぼ同程度に
集光していながら中心部に暗い筋は無く、頂上部分の幅
約6.3mmのライン状の領域がほぼ平らな形状になっ
ており、均一な照度を実現していることが分かる。
On the irradiation surface 107, the region of the highest illuminance has the widest area, and the optimum parameter for preventing the dark line at the center from appearing is the cylindrical lens 20.
The position d of the central portion of 6 is 2.0 to 2.4 mm, particularly 2.2.
mm. According to FIG. 15 showing the illuminance distribution in the case of d = 2.2 mm, there is no dark streak in the center portion while condensing light to almost the same level as in the case of d = 3.0 mm, and the width of the top portion is about 6. It can be seen that the 3 mm line-shaped region has a substantially flat shape, and achieves uniform illuminance.

【0081】[0081]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば光
源からライン型ライトガイドなどの光出射部の出射口か
ら出射させ、照射面上のライン状の領域に完全に結像し
ないようにシリンドリカルレンズまたは円柱レンズで集
光して、照射面上における出射口の像がボケるようにし
たことにより、出射口での光量むらが照射面に反映され
るのを防ぎ、光の利用効率を損なうことなく、照射面上
である幅内のライン状の照射領域に対して均一で高い照
度の照明を行うことができる。
As described above, according to the present invention, the light source emits the light from the emission port of the light emitting portion such as the line type light guide so that the image is not perfectly formed in the linear region on the irradiation surface. By condensing with a cylindrical lens or a cylindrical lens so that the image of the emission port on the irradiation surface is blurred, it is possible to prevent uneven light amount at the emission port from being reflected on the irradiation surface, and to improve the light utilization efficiency. It is possible to uniformly illuminate a linear irradiation region within a certain width on the irradiation surface with high illuminance without damaging it.

【0082】また、本発明に係る照明装置においては、
照射面上に完全な結像を行わないため、集光レンズとし
て収差が大きなシリンドリカルレンズや円柱レンズを用
いた場合においても、十分な性能を発揮することができ
る。このような収差の大きな集光レンズは、非常に廉価
に製作することが可能である。
Further, in the lighting device according to the present invention,
Since a perfect image is not formed on the irradiation surface, sufficient performance can be exhibited even when a cylindrical lens or a cylindrical lens having large aberration is used as the condenser lens. Such a condenser lens having a large aberration can be manufactured at a very low cost.

【0083】従って、このような安価な集光レンズを含
む照明装置をラインイメージセンサと組み合わせて用い
ることによって、照明効率を数倍向上させることが可能
となり、高価な高感度ラインセンサに代えて安価でより
性能の劣るラインセンサを用いた場合でも、十分なS/
Nを持った読み取り出力を得ることができる。この結
果、性能対価格比の高い画像読み取りシステムを実現す
ることが可能となる。
Therefore, by using an illuminating device including such an inexpensive condenser lens in combination with a line image sensor, the illumination efficiency can be improved several times, and an inexpensive high-sensitivity line sensor can be used instead. Even if a line sensor with poorer performance is used,
A read output with N can be obtained. As a result, it is possible to realize an image reading system having a high performance-to-price ratio.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態に係る照明装置を含む
画像読み取りシステムの全体的な構成を示す斜視図
FIG. 1 is a perspective view showing an overall configuration of an image reading system including an illumination device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施形態に係る照明装置の要部
の構成を示す断面図
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of the lighting device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】図2における光出射面上の出射口を示す図FIG. 3 is a diagram showing an emission port on a light emission surface in FIG.

【図4】図3に示した出射口のさらに詳細な形状と照射
面上の出射口長さ方向に平均化した照度分布を示す図
FIG. 4 is a diagram showing a more detailed shape of the emission port shown in FIG. 3 and an illuminance distribution averaged in the emission port length direction on the irradiation surface.

【図5】同実施形態においてシリンドリカルレンズレン
ズに無収差薄肉レンズを用いた場合の照射面上の照度分
布形状を示す図
FIG. 5 is a diagram showing an illuminance distribution shape on an irradiation surface when an aplanatic thin lens is used as a cylindrical lens lens in the same embodiment.

【図6】同実施形態においてシリンドリカルレンズレン
ズに無収差薄肉レンズを用いた場合の照射面上の照度分
布形状の各種比率を示す図
FIG. 6 is a diagram showing various ratios of the illuminance distribution shape on the irradiation surface when an aplanatic thin lens is used as the cylindrical lens lens in the same embodiment.

【図7】同実施形態においてシリンドリカルレンズレン
ズに無収差薄肉レンズを用いた場合の照射面上の照度分
布形状の各種値を示す図
FIG. 7 is a diagram showing various values of the illuminance distribution shape on the irradiation surface when an aplanatic thin lens is used as the cylindrical lens lens in the same embodiment.

【図8】同実施形態において出射口が一列の場合につい
てシリンドリカルレンズレンズに無収差薄肉レンズを用
いた場合の照射面上の照度分布形状を示す図
FIG. 8 is a diagram showing an illuminance distribution shape on an irradiation surface in the case of using a non-aberration thin lens for the cylindrical lens lens in the case of a single row of emission ports in the same embodiment.

【図9】同実施形態において出射口が一列の場合につい
てシリンドリカルレンズレンズに無収差薄肉レンズを用
いた場合の注目する列の出射口および隣接する列の出射
口が寄与する照射面上の照度分布形状を示す図
FIG. 9 is an illuminance distribution on an irradiation surface contributed by an emission opening of a row of interest and an emission opening of an adjacent row when an aberration-free thin lens is used as a cylindrical lens lens in the case where the emission opening is in one row in the same embodiment. Diagram showing the shape

【図10】最適条件・シリンドリカルレンズなし・結像
条件の場合の照射面上の照度分布を比較して示す図
FIG. 10 is a diagram showing a comparison of illuminance distributions on an irradiation surface under optimum conditions, no cylindrical lens, and imaging conditions.

【図11】本発明の第2の実施形態に係る照明装置の要
部の構成を示す断面図
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of a lighting device according to a second embodiment of the present invention.

【図12】シミュレーションで平坦な照度分布が得られ
る各種のパラメータを示す図
FIG. 12 is a diagram showing various parameters for obtaining a flat illuminance distribution by simulation.

【図13】シミュレーションで平坦な照度分布が得られ
る各種のパラメータの範囲を示す図
FIG. 13 is a diagram showing ranges of various parameters for obtaining a flat illuminance distribution by simulation.

【図14】半径2mmでスクリーンの距離30mmのと
きの照度分布を示す図
FIG. 14 is a diagram showing an illuminance distribution when the radius is 2 mm and the screen distance is 30 mm.

【図15】本実施形態における照射面上の好ましい照度
分布の例を示す図
FIG. 15 is a diagram showing an example of a preferable illuminance distribution on the irradiation surface in the present embodiment.

【図16】照射面上の好ましくない照度分布の例を示す
FIG. 16 is a diagram showing an example of an unfavorable illuminance distribution on the irradiation surface.

【図17】従来技術による照明装置の概略構成を示す断
面図
FIG. 17 is a sectional view showing a schematic configuration of a lighting device according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100…光源部 101…ランプ 102…反射鏡 103…ライン型ライトガイドのガイド部 104…ライン型ライトガイドのライン配列部 105…ライン型ライトガイドの光出射面 106…シリンドリカルレンズ 107…照射面 108…結像レンズ 109…CCDラインイメージセンサ 110…照度分布 121…出射口 122…光ファイバ束の出射端 206…円柱レンズ 207…照度分布 100 ... Light source part 101 ... Lamp 102 ... Reflector 103 ... Line type light guide guide part 104 ... Line type light guide line array part 105 ... Line type light guide light emitting surface 106 ... Cylindrical lens 107 ... Irradiation surface 108 ... Imaging lens 109 ... CCD line image sensor 110 ... Illuminance distribution 121 ... Ejection port 122 ... Optical fiber bundle exit end 206 ... Cylindrical lens 207 ... Illuminance distribution

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光源と、 この光源からの光を所定のピッチで平行に設けられた複
数列の長尺な出射口から出射する光出射手段と、 前記出射口から出射された光を集光して照明対象に照射
するシリンドリカルレンズとを有し、 前記シリンドリカルレンズの焦点距離をf、前記出射口
から前記シリンドリカルレンズまでの距離をd、前記シ
リンドリカルレンズから前記照明対象までの距離をLと
したとき、 1/f≠(1/d)+(1/L) (1) の条件を満たすことを特徴とする照明装置。
1. A light source, a light emitting means for emitting light from the light source through a plurality of rows of long emission openings provided in parallel at a predetermined pitch, and a light emission means for condensing the light emitted from the emission openings. And a cylindrical lens for irradiating an illumination target, wherein f is a focal length of the cylindrical lens, d is a distance from the exit to the cylindrical lens, and L is a distance from the cylindrical lens to the illumination target. At this time, 1 / f ≠ (1 / d) + (1 / L) (1) is satisfied.
【請求項2】光源と、 この光源からの光を所定のピッチで平行に設けられた複
数列の長尺な出射口から出射する光出射手段と、 前記出射口から出射された光を集光して照明対象に照射
するシリンドリカルレンズとを有し、 前記シリンドリカルレンズの焦点距離をf、前記出射口
から前記シリンドリカルレンズまでの距離をd、前記シ
リンドリカルレンズから前記照明対象までの距離をL、
前記出射口から単位距離離れた平面上において該出射口
内の一点の寄与する照度分布の幅をwとしたとき、 【数1】 で定義されるパラメータεが 0.632<ε<1.48 (3) の条件を満たすことを特徴とする照明装置。
2. A light source, light emitting means for emitting light from the light source from a plurality of rows of long emission openings arranged in parallel at a predetermined pitch, and light emitted from the emission openings. And a cylindrical lens for irradiating an illumination target, the focal length of the cylindrical lens is f, the distance from the exit to the cylindrical lens is d, the distance from the cylindrical lens to the illumination target is L,
Let w be the width of the illuminance distribution that a point in the emission port contributes on a plane separated from the emission port by a unit distance. An illumination device characterized in that the parameter ε defined by is satisfying the condition of 0.632 <ε <1.48 (3).
【請求項3】光源と、 この光源からの光を所定のピッチで平行に設けられた複
数列の長尺な出射口から出射する光出射手段と、 前記出射口から出射された光を集光して照明対象に照射
する円柱レンズとを有し、 前記円柱レンズの焦点距離をf、前記出射口から前記円
柱レンズの中心までの距離をd、前記円柱レンズの中心
から前記照明対象までの距離をLとしたとき、 1/f≠(1/d)+(1/L) (4) の条件を満たすことを特徴とする照明装置。
3. A light source, light emitting means for emitting light from the light source from a plurality of rows of long emission openings arranged in parallel at a predetermined pitch, and light emitted from the emission openings. And a cylindrical lens for irradiating an illumination target, the focal length of the cylindrical lens is f, the distance from the exit to the center of the cylindrical lens is d, and the distance from the center of the cylindrical lens to the illumination target. Where L is, 1 / f ≠ (1 / d) + (1 / L) (4)
【請求項4】光源と、 この光源からの光を所定のピッチで平行に設けられた複
数列の長尺な出射口から出射する光出射手段と、 前記出射口から出射された光を集光して照明対象に照射
する円柱レンズとを有し、 前記円柱レンズの屈折率をn、半径をr、前記出射口の
ピッチをp、前記出射口から前記円柱レンズの中心まで
の距離をd、前記円柱レンズの中心から前記照明対象ま
での距離をL、前記出射口から単位距離離れた平面上に
おいて該出射口内の一点の寄与する照度分布の幅をwと
し、f=r・n/2(n−1)で与えられる近軸焦点距
離fを定義したとき、 【数2】 で定義されるパラメータεが 【数3】 の条件を満たし、さらに (r/2p)>1、かつ1≦d/r<2 (7) の条件を満たすことを特徴とする照明装置。
4. A light source, light emitting means for emitting light from the light source from a plurality of rows of long emission openings arranged in parallel at a predetermined pitch, and light emitted from the emission openings. And a cylindrical lens for irradiating an illumination target, the refractive index of the cylindrical lens is n, the radius is r, the pitch of the exit ports is p, the distance from the exit port to the center of the cylindrical lens is d, Letting the distance from the center of the cylindrical lens to the illumination target be L, and the width of the illuminance distribution contributing to one point in the emission port on the plane that is a unit distance from the emission port be w, f = r · n / 2 ( When the paraxial focal length f given by n-1) is defined, The parameter ε defined by is The illuminating device satisfying the condition (1), and further satisfying the conditions (r / 2p)> 1 and 1 ≦ d / r <2 (7).
【請求項5】前記光出射手段は、前記光源に一端を対向
させて平行に設けられた複数列の光ファイバ束を有し、
該光ファイバ束の他端を前記出射口とすることを特徴と
する請求項1〜4のいずれか1項に記載の照明装置。
5. The light emitting means has a plurality of rows of optical fiber bundles arranged in parallel with one end facing the light source,
The illumination device according to any one of claims 1 to 4, wherein the other end of the optical fiber bundle is used as the emission port.
JP8147864A 1996-05-20 1996-05-20 Illuminator Pending JPH09311279A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102537677A (en) * 2012-02-17 2012-07-04 南通大学 Head-mounted eye-care book light capable of judging distance
JP2016530688A (en) * 2013-09-03 2016-09-29 チザラ リヒトシステーメ ゲーエムベーハーZizala Lichtsysteme GmbH Optical structure for an illumination device for an automotive projector

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