DE2559882C3 - Optische Vorrichtung mit vorhangartig hin- und herbewegtem Lichtstrahl - Google Patents

Description

Die t.rfindung betrifft eine optische Vorrichtung mit vorhangartig hin- und herbewegtem Lichtstrahl, der vom Ahfastobjekt durchgelassen oder reflektiert wird und in einen in Abtastrichtung verlaufenden Lichtleitstab gelangt, der auf der der Einfallsmantellinie gegenüberliegenden Seite zick-zack-förmig aneinander gereihte unter mindestens dem Totalreflexionswinkel ablenkende Spiegelflächen aufweht, nach Patent 25 08 ibb.

Durch die Ansprüche 23 bis 25 des P tentes 25 08 3bb wird erstmals ein neuartiger Lichtleitstab unter Schutz gestellt, welcher eine besonders hohe Lichtausbeute gewährleistet. Das im wesentlichen senkrecht zur Stab.ii.hse einfallende Vorhanglicht wird durch eine auf der der Lichteinfallsseite diametral gegenüberliegenden Mantelfläche vorgesehene, im Vergleich zum Stabquerschnitt schmale Spiegelanordnung von auf einer achsparallelen Geraden liegenden, gleichen Einzelspiegeln unter einem solchen Winkel zur Stabachse reflektiert, daß die reflektierten Lichtstrahlen unter einem unterhalb des Totalreflexionsgrenzwinkels lie genden Winkel zur Stabachse reflektiert werden. Auf diese Weise wird praktisch das gesamte in den Lichtleitstab eintretende Empfangslicht zu dem an der Stirnseite des Lichtleitstabes vorgesehenen Photoempfänger geleitet.

Insbesondere bei schürf gebündelten Empfangslichtstrahlen kann es jedoch vorkommen, daß das von den einzelnen Spiegelflächen reflektierte Licht mit einer der Größe der einzelnen Spiegel entsprechenden Grundfrequenz moduliert ist.

Demgemäß will die Erfindung die optische Vorrich lung nach dem älteren Patent bezüglich des Empfangs lichtleitstabes so verbessern, daß die durch die Spiegclflächenanordnung bedingte Modulation weitgehend beseitigt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß zwischen Abtastobjekt und Lichtleitstab ein zu demselben paralleles Zylinderlinsenraster angeordnet ist, das das verhältnismäßig schlanke Lichtbündel in Richtung der Längsachse des Lichtleitstabes über wenigstens zwei Spiegelflächen sich erstreckenc! aufweitet. Diese Maßnahme hat zusätzlich den Vorteil, daß

aufgrund der Verteilung des Empfangslichtes auf einen größeren Längenbereich Inhomogenitäten des Lichtleitstabes und seiner Oberfläche einen wesentlichen herabgesetzten Einfluß auf das Empfangssignal haben.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zu dem Zylinderlinsenraster eine dazu parallele Zylinderlinse mit zum Lichtleitstab paralleler Achse gehört. Hierdurch wird in der zu der Wirkrichtung des Zylinderlinstnrasters senkrechten Richtung eine besonders wirkungsvolle Konzentration des Empfangslichtes auf den hintereinander angeordneten Spiegelflächen erreicht, was nicht nur die Lichtausbeute begünstigt, sondern darüber hinaus aufgrund der sehr unterschiedlichen Einfallswinkel des Lichtes innerhalb jeder Radialebene dazu führt. dai¹ einmal an der StaDwand total reflektiertes Licht beim erneuten Auftreffen auf die Stabwand außerhalb des Bereiches der Stafenspiegelanordnung fällt.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben: in dieser /eigen

I if. la Ib u lc eine iehemiMische Ansicht einer bevorzugten AiisfiihninpsfMrm Hc er'in<!iingsgern;(Ri»n Zeileniastvorrivhiung. wobei die drei Figuren an den Stellen A und ßaneinandeigeset/; /u denken sind.

Fig. Id eine Ansicht in Richtung des Pfeiles D in F ι g. la. und

F ι g. 2 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht nach Linie 11-11 η F ig Ic.

Nach F ig. la und Id tritt der Lichtstrahl eines Lasers

11 durch eine Zylinderlinse 22 mit einer Brennweite von z.B. 50mm und eine da/u gekreuzt angeordnete weitere Zylinderlinse 32 mit einer Brennweite von /. B. 5 mm in das crfindungsgemaü vorgesehene ZvI .lderlinsenraster 21 ein. welche¹- in . -iom etwas geringeren Abstand vom Objektiv 12 aK dessen Brennweite f angeordnet i,t. Das Rasier kann im Sinne des Doppelpfeiles P verschiebbar sein, so daß es auch im Brennpunkt :>der in definiertem Abstand von diesem hegen kann

Nach Fig. Ib befindet sich hinter der· Objektiv 12 ein die Lichtablenkvnrrichtung bildendes Spiegelrad 13. welches in Fig. la. b ebenfalls angeduitet ist. um die erfindungswesentliche Lage seiner Achse in bezug auf die Achsen der Zylinderlinsen 22, 32 /u definieren. Die Achse des Spiegelrades 13 ist etwas gekippt, damit das reflektierte Licht a>■' einen länglichen Planspiegel 14 fallen kann, welcher neben der Lichtsende-Anordnung aufgestelh ist und sich senkrecht zur Zeichenebene über die gesamte Breite der Vorrichtung (entsprechend de> Breite der Materialba4tn bzw. dem Abiastbereich des Spiegelrades) erstreckt. Aus Gründen einer gedrängten zeichnerischen Darstellung ist die Kippung des Spiegelrades 13 in Fi g ID s'ark übertrieben dargestellt

Das von dem streifenförmigen Planspiegel 14 reflektierte Licht gelangt auf einen weiteren streifenförmigen Planspiegel 14' am anderen Ende der Vorrichtung und von dort durch Reflexion schräg nach unten (eine Reflexion schräg nach oben wäre ebenso gut möglich) zu einem Kugel- oder Zylinderspiegel 14" mit in der Zeichenebene liegender Achse, dessen Brennpunkt bzw. Brennlinie sich auf der beleuchteten Oberfläche des Spiegelrades 13 befindet. Das Objektiv

12 und der Zylinderspiegel 14" konzentrieren das Licht zusammen mit einer unmittelbar vor der Materialbahn M(Fig. Ic)angeordneten Zylinderlinse 15,deren Achse senkrecht auf der Zeichenebene steht und deren Brennlinie sich auf der Oberfläche der Materialbahn M befindet, auf eine Stelle 16. Ein exakter Lichtfleck würde nur vorliegen, wenn das Zylinderlinsenraster 21 genau

im Abstand der Brennweite / vom Objeitiv 12 (gestrichelte Darstellung in Fig. Id) angeordnet wäre, was durchaus möglich ist. Durch eine definierte Verschiebung vom Brennpunkt gemäß Fig. Id entsteht ein Lichtstrich in Richtung des Pfeiles P auf der ί Materialbahn. was durch den strichpunktiert dargestellten Strahlengang angedeutet ist. Der Lichtfleck 16 b/vv. der Lichtstrich bewegt sich bei Drehung des Spiegelrades 13 in Fig. Ic senkrecht zur Zeichenebene auf der Materialbahn M hin und her. Die Materialbahn M in bewegt sich ihrerseits in Richtung des Pfeiles P, d. h. senkrecht zur Abtastnchtuig, weiche in F i g. 2 durch einen Doppelpfeil s angedeutet ist.

Vorzugsweise unter dem Reflexionswinkel /um Eintrittslichistrahl ist eine Licht-Empfangsanordnung 17 ι '< in der Nähe der Materialbahn M vorgesehen, welche aus einer sich parallel zur Zylinderlinse 15 erstreckenden weiteren geteilten Zylinderlinse 28 und einem Lichtleitstab 18 besteht, dessen Achse ebenfalls parallel zu den Achsen der Z>linderlinse 15 verläuft. Die Brennweite > <i der Zylinderlinse 28 ist unter Berück»ichtiung der Brechkraft des Lichtleitstabs 18 so gewählt, d; i das Lichtbündel gemäß F ι g. I b auf einer der Lichteinmtts- »eite diametral gegenüberliegenden Mantelseite angeordneten Stufenspiegelanordnung 20 konzentriert >"> wird. iJeren Aufbau im einzelnen au*· F ι g. 2 ersichtlich ist.

Die Stufenspiegela.iordnung besieht aus einzelnen Planspiegeln 29. welche entweder gemäß der linken Hälfte der F i g. 2 zu einer Sägezahnanordnung oder κι gemäß der rechten Hälfte der F i g. 2 zu einer Dachanordnung zusammengesetzt sind. In jedem Fall lind die Winkel der Planspiegel 29 relativ zur Achse des Lichtleitstabs 18 so zu wählen, daß an ihnen reflektiertes Licht unter dem Winkel der Totalreflexion auf die r> gegenüberliegende Wand des Lichtleitstabs 18 auftrifft. $o daß die in F ι g. 2 gestrichelt wiedergegebenen Strahlcnverläufe erzielt werden.

Am in F i g. 2 rechten Ende des Lichtleitstabes befindet sich e^-ne Verspiegelung 27, während an der linken Stirnseite eine Ulbricht'sche Kugel 26 vorgesehen ist. an deren Innenwand das eintretende Licht in der gestrichelt angedeuteten Weise gestreut wird. Unter einem rechten Winkel zur Lichteintrittsseite JO ist in einer z. B. quadratischen Öffnung 31 die lichtempfindli- ■"> ehe Oberfläch·· eines Fotoempfängers '9 angeordnet. Zwischen Lichteingang 30 und Lichtausgang 31 befindet sich eine Blende 25, die den direkten Lichtübergang vom Eingang zum Ausgang verhindert.

Nach den F ι g. Ic und 2 ist 'wischen der Materialbahn so bund der Zylinderlinse 28 ein weiteres Zylimlerlinsenraitcr 23 angeordnet, dessen einzelne negative Zylinderlinsen 24 mit ihren Achsen senkrecht zur Achse des Lichtleitstabes 18 stehen.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Zeilen « abtastvorrichtung ist wie folgt;

Ohne das Zylinderlinsenraster 21 nach Fig. la. d würde der Strahlengang des Lasers Il das Objektiv 12 und die gerade reflektierende Fläche des Spiegel rades 13 in Richtung der Spiegelradachse nicht gleichmäßig ausleuchten. Das Strahlenbündel würde beispielsweise so verlaufen, wie das in den Fig. la und Ib in gestrichelten Linien dargestellt ist. Insbesondere bei weitgehend spiegelnder Reflexion an der Materialbahn M wird ein recht schmales Lichtbündel auf die Stufenspiegelanordnung 20 auffallen, so daß das innerhalb des Stapels totalreflektierte Licht zwei- oder mehrfach auf die Spiegelanordnung 20 fällt, was unerwünscht ist.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung des Zylinderlinsenrasters 21 wird jedoch der aufgefächerte Strahlengang erzielt, der in ausgezogenen Linien in Fig. 1 wiedergegeben ist. Wie sich insbesondere aus Fig. Ic ergibt, fällt aufgrund dieser Ausbildung das Licht auf die Stufenspiegelanordnung 20 unter sehr verschiedenen Winkeln relativ zur Tangente an den Stab 18 am Orte der Stufenspielanordnving 20. so daß reflektiertes und totalreflektiertes Licht weitgehend nicht mehr auf die Stufenspiegelanordnung 20 zurückgelangt un.1 so durch mehrfache Tot.-'-eflexion zum Stabende gek'ngt. wo die Messung {οι·:τ Reflexion) erfolgt.

Die Wirkung aes weiteren Zvlinderlmsenrasters 23 ergibt sich besonders anschaulich aus I ι g 2 Wahrt;id ohne dieses zusätzliche Ahnderlinsenraster 23 im wesentlichen der vom lichtfleck Ib nach oben ausgehende gestrichelt dargestellte Lichtstrahl nvt der Breite a vorliegen wurde, fächert das Alinderlinsenra sier 23 das Lichtbundol derjn auf. daß js / B. mit der Breite b auf die Stufenspiegeianordnung 20 auifallt. Die Breite b ist so gewählt. daU auf jeden Fall zwei oder vorzugsweise noch mehr Planspiegel 29 gleichzeitig von dem Bündel beaufschlagt werden Auf diese Weise wird der F.influß der Grjndfrequenz des Spiegelrasters bei der Abtastung weitgehend ausgeschaltet.

Die durch die unregelmäßigen Reflexionen innerhalb des Lichtleitstabes 18 bedingten Unregelmäßigkeiten an den Stirnseiten des Lichtleitstabes 18 werden durch die Anordnung der Ulbricht'schen Kugel 26 ausgeschaltet, welche das aus der Stirnseite des Lichtle:tstabes 18 austre'ende Licht an jedem Auftreffpnnkt in alle Richtungen streut, so daß bis zum Erreichen des Fotoempfängers 19 eine weitgehende Homogenisierungerzielt ist.

Die Erfindung führt demnach nicht nur ζί einer sehr erheblichen Lichtausbeute, sondern vermeidet auch gleichzeitig die nachteiligen Einflüsse von Inhomogeni täten. Als besonders vorteilhaft ist herauszustellen, daß durch eine geringe Verschiebung des Zylinderlmsenrasters 21 in Richtung des Objektives 12 aus dem Brennpunkt heraus aaf der Materialbahn M ein Lichtstrich in Bewegungsrichtung P erhalten wird, welcher sich zu einer ernpiindlichen Wiedergabe von Längskrfatzern im am Ausgang des Fotoempfängers 19 erhaltenen elektrischen Signal eignet.

Eine vereinfachte Ausführungsform kann bei noch ausreichender Empfindlichkeit auch ohne das Linsenraster arbeiten, wobei dann jedoch die gekreuzten Zylinderlinsen 22,32 von besonderei Bedeutung sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Optische Vorrichtung mit vorhangartig hin- und herbewegtem Lichtstrahl, der vom Abtastobjekt durchgelassen oder reflektiert wird und in einen in Abtastrichtung verlaufenden Lichtleitstab gelangt, der auf der der Einfallsmantellinie gegenüberliegenden Seite zick-zack-förmig aneinandergereihte unter mindestens dem Totalreflexionswinke! ablenkende Spiegelflächen aufweist, nach Patent 25 08 366, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Abtastobjekt (M) und Lichtleitstab (18) ein zu demselben paralleles Zylinderlinsenraster (23) angeordnet ist, das das verhältnismäßig schlanke Lichtbündel in Richtung der Längsachse des Licntleitstabes (18) über wenigstens zwei Spiegelflächen (24) sich erstreckend aufweitet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Zylinderlinsenraster (23) eine da/u parallele Zylinderlinse (28) mit zum Lichtleits'jh(18) par.nlu-ier Achse gehört