JPS5820018B2 - 光学系 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、事務用複写機、特に物体から反射される光の
強度の一様性を高めるために改良されたレンズ系を備え
た、書類走査装置を利用した、事務用複写機に用い得る
ものである。

先行技術によるある種の書類のコピーをとるための事務
用機械では、光線が書類上に走査され、書類によって逆
散乱された光が光学系で集光されて光強度検出器に向う
。

検出器は、光の強度を測定して、書類中の情報内容を識
別し複写機の印字機構を制御する。

残念ながら、複写機の製造許容値ならびに、書類を置く
位置のばらつきのため、書類は光学系の最適焦点からド
リフトすることがある。

この場合、書類の照明を受ける部分は、書類が最適焦点
よりも光学系に近づこうと、また遠ざかろうと、大きさ
が増加する。

レンズ系からの距離が変化すると、焦光レンズ系は書類
距離が異なるため異なる集光立体角を見る。

従って同一の物体から集められた光の強度は、焦点距離
が異なると異なる。

その上、この種の機械では、光線は鏡の中の中央孔を通
して書類上に垂直に向う。

この鏡はまた集められた光を検出器へと反射させる。

孔は、一般に書類の焦点距離が異なると異なる量の反射
光を取除き、従って焦点距離が異なると同じ物体からの
反射光の強度をも変化させる。

これらの伺れかの変化によって生じる強度変化は、検出
システムがそれを書類に含まれる情報の変動によって生
じるものから識別できないので、望ましくない。

従って、新しい改良されたレンズ系をもたらすことが本
発明の一目的である。

本発明の第２の目的は、書類走査装置中の最適焦点から
異なる距離の所に置かれた書類から集められた光の強度
の一様性を高めることである。

本発明の第３の目的は、実際に重要な焦点距離において
、はぼ同じ集光立体角を見る、集光装置をもたらすこと
である。

簡単に言えば、光線に複写すべき書類の表面上を走査さ
せるシステムがもたらされる。

書類はシステム内の公称書類位置に置かれ、光線からの
逆散乱光がレンズ系で集光されて検出器上に集束される
。

検出器に当たる光の強度は、走査中の書類の表面部分に
含まれる情報を表わす指標となる。

本発明によれば、レンズ系からみて公称書類位置の向う
側にある、第１位置からの逆散乱光の集光立体角を規定
の第１の角の値に制限し、公称書類位置とレンズ系の間
の第２位置からの逆散乱光の集光立体角を規定の第２の
角度値に匍駅するための手段かもたらされる。

通常の場合、この２つの規定の角の値は互に等しいが、
場合によっては、それらの値を異なったものにすること
が望ましいこともあり得る。

本発明の参考例によれば逆散乱光の集光立体角を制限す
るための手段は、レンズ系の後側焦平面に配置された開
口しぼりを含んでいる。

ただし、ある種の機器では、開口しぼりをレンズ系の後
側焦平面に置くことは必ずしも実用的ではない。

この種のシステムでは、本発明の現在有利な具体形に基
づいて、逆散乱光の集光立体角を制限するための手段は
公称書類位置とレンズ系の間に配置された第１の開口し
ぼり、及びレンズ系と検出器の間に配置された第２の開
口しぼりを含んでいる。

第１の開口しぼりは、第１位置からの逆散乱光の集光立
体角を規定の第１の角の値に制限するのに十分な直径を
もつ。

第２の開口しぼりは、第２位置からの逆散乱光の集光立
体角を規定の第２の角の値に制限する直径をもつ。

本発明を完全に理解し、その目的及び利点を評価できる
ようにするため、次に添付の図面について詳しく説明す
る。

以下の図面についての説明では、各図で同一のあるいは
対応する部品を表わすのに同じ参照番号ないし文字を使
用しである。

第１図は、事務用複写機ないし類似のものに用いられる
、先行技術に基づく光学検出システムの概略図である。

第１図に示す特定の光学検出システム１０は、説明しや
すいように、平面状の書類窓をもつものとして図示しで
ある。

しかしながらランプ、レンズ及び検出システムを回転取
付具内で位置決定することにより、このシステムを同心
回転走査システムに使用することができる。

第１図に示されているランプ１２は、二色フィルター１
４を通して送られる光線を発生する。

フッｒルター１４を通った光は、集光レンズ１６により
、開口１８を通って鏡アセンブリー２０上に集束される
。

鏡アセンブリー２０は、プリズム２４のついた中央開口
２２を備えており、ランプ１２からの光線はこのプリズ
ムによってレンズ系２６へと再び送られる。

第１図に示した特定のレンズ系２６では、平凸レンズ２
８が非球面レンズ３０と組合せて配置され、光線を書類
窓３２の上面に集束させるようになっている。

書類が書類窓３２の上面の第１図に示す位置Ａにあると
き、光線からの光はそこから下方へ逆散乱されて、レン
ズ系２６により、鏡アセンブリー２０の上側鏡面上に再
集束される。

鐘アセンブリー２０は書類からの反射光を検出器３４に
再び送り、この検出器が光の強度を評価してそれにより
強度に反応して原稿書類のコピーを作るための手段（図
示せず）を動作させる。

第１図でわかるように、書類窓３２の上面で書類上に集
束された光は、書類が最適焦点位置（位置Ａ）にある場
合に寸法が最小となり、その断面は光点として取扱うこ
とができる。

この位置を公称書類位置と呼ぶことができる。

この光の一番外側の径路は、レンズ系を通って鏡アセン
ブＩＪ −２０に散乱して戻りそこから検出器３４に向
う場合径路Ａ′に沿っている。

しかしながら、光学系１０を含む機械の製造許容差のた
めに、あるいは書類の湾曲その他の誤配置のために複写
しようとする書類が公称書類位置以外の位置にある場合
、書類上で焦点を結ぶランプ１２からの光は、書類の実
際位置で拡大された光点となる。

このような光が書類から下方に向ってさらに散乱されて
検出器３４へと進む訳である。

この焦点逸脱条件は、書類上の照明光点の寸法が増大し
、検出器３４上の光点の寸法も増大することを意味する
。

照明光点の寸法増大量はｆ数の犬、きな光学系を使用す
ることによって妥当な範囲に留めることができる。

検出器領域は、合理的に予想される全ての焦点逸脱条件
に対する光を全て集光するように充分に大きく作られて
いる。

しかしながら、書類表面の実際位置が最適焦点の点であ
る公称書類位置から離れるにつれて非球面集光レンズ３
０が複写される書類上の照明点から異なる立体角を見る
ので、検出器３４に当たる光の総量は変化する。

実際の書類位置が、レンズ系からみて公称書類位置の向
う側にある場合には、この逆数乱光を集める立体角は小
さくなり、その結果、集光される逆数乱光は少なくなり
、光の強度のみに感応する検出器３４からの出力信号は
低くなる。

逆に、複写された書類の実際位置が、公称書類位置とレ
ンズ系の間のある位置にある場合、非球面集光レンズ３
０の領域は書類上の照明点からより大きな立体角を見る
ことになり、より多くの逆数乱光を捕捉し、その結果検
出器３４上に集束される光はより多くなり、検出器３４
からの出力信号はより大きくなる。

この光出力の変化は検出器がこの変化を書類上の走査さ
れる情報によって起こる変化から識別できないので、望
ましくない。

しかしながら、本発明によれば、レンズ系が、受容され
る限界内の任意の書類位置からの散乱光を同じないしほ
ぼ同じ逆数乱光の最大集光立体角で受容するようにレン
ズ系を配置することによってこの難点は克服される。

第２図は、本発明の参考例の概略図である。

第２図において、レンズ系２６は、その後側照平面に開
口しぼり３６が配置されている。

第２図には、第１図の公称書類位置を表わすＡ点、およ
びレンズ系２６からみて公称書類位置Ａの向う側にある
、レンズ系２６の軸上の第１の点を表わすＢ点および公
称書類位置Ａとレンズ系２６の間にある、レンズ系２６
の軸上の第２の点を表わすＣ点も図示されている。

第２図で、Ａ′、Ｂ′、σで示した光径路によって図式
的に表わされているように、開口しぼり３６は、レンズ
系２６の最大集光立体角を、位置Ａ、ＢまたはＣの何れ
についても（またレンズ系２６の軸に沿った他のどの位
置についても）等しい角度に制限する。

こうして走査中の書類の実際位置がどうであろうとレン
ズ系２６は、等しい逆数乱光の集光角を見て、検出器３
４（第２図には図示せず）上に一様な光の強度をもたら
す。

しかしながら、第１図に示したものを含めて多くのシス
テムでは、鏡アセンブリー２０は、空間的な制限のため
第２図に示すようなレンズ系の後側照平面で開口しぼり
の配置と干渉するような位置に置かれている。

従って、このような開口しぼりはある種の機械には使用
できない。

同じ結果をもたらす、本発明の現在有利な実施例の動作
原理を第３図に概略的に示す。

第３図において第１の開口しぼり４０がレンズ系２６の
前側に置かれ、また第２の開口しぼり４２がレンズ系２
６の後側に置かれている。

第１の開口しぼり４０は、予期され、受容できる像を検
出器にもたらす最も遠い位置Ｂからの光線の集光立体角
を制限するような直径になっている。

位置Ｂからの光線は、第３図の径路Ｂ′がレンズに向っ
て進むにつれて、その径路によって示される特定の初期
受容角を描く。

位置ＡおよびＣから進む光線は共に第１の開口４０を通
るより広い集光角をもつ。

しかしながら、レンズ系２６の後方に置かれた第２の開
口しぼり４２は、位置Ｃからの光線の通路を、同じ集光
立体角をもつ通路に制限するような直径である。

従って、位置Ｃとレンズ２６の間の径路Ｃ′は、位置Ｂ
から開口４０への径路Ｂ′と平行であり、位置Ｂおよび
位置Ｃからの光線の集光角は同じである。

一方、位置Ａを含めて位置ＢとＣの間にある位置に対す
る集光角は、それからほんの僅かだけ変わる。

この結果を実現するには開口４２は、点ＢおよびＣから
生じる最も外側の平行な光線に関する交点の向う側に置
かねばならないことを指摘しておく。

位置Ｂおよび位置Ｃに対する、また実際上はその間の各
位置に対する集光角が等しければ、異なる位置にある同
一内容の情報によって散乱される光の強度は、はぼ等し
くなる。

第４図は、レンズ系２６の各レンズの前方および後方に
置かれた開口しぼりを使用した、本発明の一実施例を図
示したものである。

便宜上、ランプおよび光を書類窓に向けるための集束シ
ステムについては省略し再集束機素のみを示しである。

この配置は、書類窓（図示せず）の上面からの光を送る
ための、第１図と同様に配置されたレンズ系２６を含ん
でおり、また第２図および第３図に示したものと同じ位
置である位置Ａ、Ｂ 、Ｃをも図示しである。

第４図では、レンズ系２６は一般的に示しであるにすぎ
ない。

特定のレンズ要素あるいは精密な光線径路は本発明の一
部を構成せず、システムが異なると変わってくるものな
ので、それらを示そうと試みてはいない。

第４図かられかるように、第１の開口４０は、レンズ系
２６と各書類位置の間に配置されており、位置Ａ、Ｂ、
Ｃ全てからの光線を制限している。

これは、位置Ｂから向う集光角にまで光線を圧縮して効
果的に制限している。

図かられかるように、位置Ｂから開口４０を通る光線Ｂ
′は、レンズ系２６によって、レンズ系２６と鏡アセン
ブリー２０の間に配置された第２の開口４２中へと向う
。

位置Ｂからレンズ系２６を通る光線Ｂ′は、より狭く圧
縮されているので、全て下側の開口４２を通過して、鏡
アセンブリー２２により検出器３４へと向い、そこで円
となって集束する。

開口しぼり４２の実際の寸法および位置は、当初位置Ｂ
から開口４０を通って進む最も外側の光線に平行となる
、位置Ｃから進む光線σが丁度開口４２を通過できるよ
うに選定する。

しかしながら、より広い初期集光角をもつ位置Ｃからの
光線■よ、その外側エツジが開口４２によって切断され
、そこを通過できる光の量は抑制され、鏡アセンブリー
２２によって反射された後、検出器３４の所で、位置Ｂ
から投射されるものとほぼ同じ寸法の円の像をもたらす
。

従って、レンズ系２６ならびに開口４０および４２は位
置ＢおよびＣで同じ大きさの最も外側の集光角を画定す
る。

これらの両方の位置からの集光角は等しいので、同一の
書類でこの２つの位置から散乱される光の強度は基本的
に同じになる。

その上、位置Ｂと位置Ｃの間の全ての位置からの光は、
その集光角が最も外側の２つの位置の場合の集光角とほ
んの僅かしか違わず、従って、検出器３４で非常に小さ
な強度の差しか示さない。

実際には第３図および第４図の２つの開口しぼりシステ
ムを第１図の書類走査システムから省略した場合、検出
器３４での強度の変動は、最適焦点ないし公称書類位置
を中心とする１朋の焦点範囲に対して約２０％である。

しかしながら、開口４０および４２をシステムに挿入し
た場合、この強度の変動は僅か５％に縮小された。

第４図は、また実際の書類位置がレンズ系２６から離れ
て第１書類位置Ｂの方へあるいはレンズ系２６に向って
第２書類位置Ｃの方へと公称書類Ａから離れるにつれて
、検出器３４にあたる光の強度変化の第２の原因をも図
式的に示している。

位置Ｂからの光線Ｂ′は、開口しぼり４０及び４２が２
つの点からの集光角を同一の値に制限するとはいえ書類
位置Ｃからの光線Ｃ′よりも鏡アセンブリー２０の上側
鏡面でより小さな部分に当る。

開口２２および鏡アセンブリー２０のプリズム２４の寸
法は一定なので、位置Ｂから集光された光は、位置Ｃか
ら集光された光よりも、より高い割合だけ開口２２中お
よびプリズム２４上で失なわれる。

従って、この開口２２およびプリズム２４の効果は焦点
の内側（あるいは書類位置Ｃ）にある書類よりも、焦点
の外側（あるいは書類位置Ｂ）にある書類位置の方がよ
り大きくなる。

本発明のもう１つの実施例によれば、このより大きな逆
散乱光の損失は、第４図に点線５０で示すように、開口
しぼり２４の直径をやや小さくすることによって補償す
ることができる。

これによって、書類位置Ｃからの逆散乱光は鏡アセンブ
リー２０の上側鏡面のより小さな領域に当たり、その結
果開口２２およびプリズム２４の効果は２つの書類位置
ＢおよびＣについて等しくなる。

しかしながら、このことによって、書類位置Ｃからの光
の集光角も制限され、その位置にある書類からの逆散乱
光で開口しぼり４２を通って最終的に検出器３４に当た
るものはより少なくなる。

これは設計者が本発明を利用した特定の機械から最適化
することのできる、設計トレード・オフ特性の古典的な
実例である。

明らかなように、本発明の配置を組立てるための材料は
、先行技術で周知のものであり、その専門家には自明で
ある。

さらに第２図、第３図および第４図でその様々な構成に
あるものとして説明したシステムは、それが最適なもの
として説明できるけれども、当然のことながら開口４２
のような特定の開口はその位置を変えても同じ制御効果
をもたらすことができる。

例えば、開口しぼり４２は、寸法をより小さくシ、ただ
し位置Ｃからの光線を当初位置Ｂから進む光線と平行な
光線に制限する限り、径路に沿ったよ゛り下側の点に配
置することができる。

ある種の機械、では開口しぼり４２を鏡アセンブリー２
０と検出器３４の間に配置することが望ましい場合があ
る。

その上、開口しぼり４２が位置ＢおよびＣから光線を厳
密に平行になるようにするのに必要な厳密な寸法のもの
でなくとも、受容角がより平行になる限り、光の強度を
より一様にするという基本的な効果は実現される。

本発明のいくつかの実施例について示し、説明してきた
が、当然のことながら、本発明の精神および範囲の中で
他の様々の改造や修正を加えることができる。

すなわち、本発明は付随する特許請求の範囲によっての
み制限される。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術による書類走査システムの、その動作
の原理を示した模式図である。 第２図は、走査中の書類が置かれる全ての位置に対して
一定の逆散乱集光立体角をもたらす、参考例の一部を概
略的に表示したものである。 第３図は、本発明の有利な実施例の一部を概略的に表示
したもので、その動作の原理を表わす。 第４図は、本発明の現在有利な実施例を併合した第１図
のシステムの一部の概略図である。 ２６・・・・集光レンズ、３４・・・・検出器、３６゜
４０．４２・・・・開口しぼり。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源からの光線がシステム内の公称書類位置に置か
   れた書類ないし類似のものの表面上で書類によって逆散
   乱され、レンズ系によって集光され検出器上に集束され
   、検出器に当たる光の強度が走査される書類の表面部分
   に含まれる情報を示す指標となる様に構成されたシステ
   ムにおいて、レンズ系から見て公称書類位置の向う側に
   ある第１位置から逆散乱された光、及び公称書類位置と
   レンズ系の間の第２位置から逆散乱された光の各々の上
   記検出器に到達する割合が略等しくなるように、 上記公称書類位置と上記レンズ系との間に配置された、
   上記第１位置からの散乱光を所定の集光立体角に制限す
   る手段と、上記レンズ系と上記検出器との間に配置され
   た、上記第２位置からの散乱光を所定の集光立体角に制
   限する手段ちを設けた事を特徴とする光学系。