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Titel: Optisches Lesegerät für einen Laser-
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strahlabtaster.
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Be schreib u11 Optisches Lesegerät für einen Laserstrahlabtaster
Die Erfindung betrifft ein optisches Lesegerät für einen Laserstrahlabtaster, insbesondere
ein Lesegerät, mit dem von einer mittels Laserstrahl abgetasteten Oberfläche reflektiertes
Licht abgelesen wird.
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Ein Laserstrahlabtaster wird gegenwärtig in einem Faksimilesender
oder dgl. zum Ableiten eines Bildsignals für die Übertragung verwendet. Der Abtaster
arbeitet mit einem Laserstrahl, der auf eine Vorlage» z.B. ein Dokument oder dgl.
gerichtet ist, welches auf einer gegebenen Oberfläche angeordnet ist, um optisch
abgetastet zu werden. Das reflektierte Licht wird von einem Lichtempfangselement
wahrgenommen. Zum Stand der Technik gehören verschiedene derartige Abtastvorrichtungen.
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In Fig. 1 und 2 ist ein Beispiel eines herkömmlichen Laserstrahlabtasters
gezeigt. Der Laserstrahl des Lasers 1 verläuft durch eine erste und zweite Kondensorlinse
2 bzw. 3 und trifft auf einen drehbaren Schwing- oder Kippspiegel 4 auf, der
ein
optisches Abtastgerät darstellt. Der Spiegel schwingt in den durch Pfeil 5 angedeuteten
Richtungen und tastet dabei eine Vorlage 6, z.B. ein Dokument ab. Das auf treffende
Licht wird vom Spiegel reflektiert und bildet auf der Vorlage 6 einen Abtastpunkt.
Die Lichtreflexion des Abtastpunktes wird von einem lichtelektrischen Wandlerelement
empfangen, welches von einer Photoelektronenvervielfacherröhre bzw. Photozelle 7
gebildet ist, die ein Bildsignal ableitet. Wenn bei einer solchen Abtastvorrichtung
der Abtastpunkt um eine Entfernung von 400 bis 500 mm bewegbar und die Photozelle
in einem Abstand von ca. 500 mm von der abgetasteten Oberfläche angeordnet ist,
um zu verhindern, daß bei er Bewegung des Abtasten punktes über die Vorlage Schwankungen
im Ausgang der Photozelle auftreten, zeigt sich, daß im Ausgang der Photozelle beim
Abtasten ein so starkes Rauschen auftritt, daß der Halbton nachteilig beeinflußt
oder eine Unterscheidung zwischen schwarzen und weißen Bereichen der Vorlage unmöglich
gemacht wird.
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Es ist festgestellt worden, daß dies Hauschen durch ein Körnchenmuster
hervorgerufen wird, welches allgemein als Tüpfel- oder Sprenkelmuster bezeichnet
wird und in einer Ebene erzeugt wird, die in einem gegebenen Abstand von einer den
Laserstrahl reflektierenden, nicht ebenen Oberfläche, wie Papier, angeordnet ist.
Die Größe des Körnchenmusters nimmt mit abnehmendem Durchmesser des Abtastpunktes
und mit zunehmender Entfernung von der reflektierenden Oberfläche zu. Wenn bei dem
obigen Beispiel der Abtastpunkt einen Durchmesser von 30 bis 40 pm hat hat und zum
Abtasten von gewöhnlichem Papier benutzt wird, verursacht die feine Unebenheit in
der Oberfläche des Papiers, daß ein Schwärzungsmuster mit einem Durchmesser von
20 mm und in einer Entfernung von 500 mm von der Oberfläche des Papiers auftaucht.
Bei der Bewegung des Abtastpunktes über die Oberfläche ändert sich das Muster, und
diese Änderung erzeugt ein Rauschen, wenn das Sprenkelmuster vom Lichtempfangs element
aufgenommen wird.
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Das Rauschen kann dadurch eliminiert werden, daß das Sprenkelmuster
selbst entfernt wird. Die Bildung des Sprenkelmusters ist eine Folge optischer Interferenzen
zwischen Strahlengängen bzw. Lichtwegen unterschiedlicher Länge. Die Interferenz
kann also dadurch reduziert werden, daß eine erhöhte Anzahl von Lichtwegen geschaffen
wird, längs der das reflektierte Licht das Lichtempfangselement erreicht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Lesegerät für einen Laserstrahlabtaster
zu schaffen, bei dem unerwünschtes Rauschen vermindert ist.
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Gemäß der Erfindung ist in Lichtwegen, längs der das vom Abtastpunkt
reflektierte Licht zum Lichtempfangselement gelangt ein lichtleitender oder reflektierender
Streukörper angeordnet. Dieser erzeugt eine unbegrenzte Anzahl von Lichtwegen, wodurch
das Auftreten eines Sprenkelmusters wirksam vermieden wird, welches sonst aus der
Interferenz des Laserstrahls resultieren könnte. Folglich wird das normalerweise
im Ausgang des Lichtempfangselements auftretende Rauschen verhindert. Die Strahlengänge
bzw.
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Lichtwege sind von einer Haube abgedeckt, die verhindert, daß Licht
von außen einfällt und eine wirksame Übertragung des reflektierten Lichts zum Lichtempfangselement
gewährleistet und dadurch zum Verbessern des Rauschabstandes beiträgt.
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In dem-optischen Lesegerät für einen Laserstrahlabtaster gemäß der
Erfindung ist ein Laserstrahl mittels einer Kondensorlinse auf eine abzutastende
Oberfläche als Abtastpunkt fokussiert und eine optische Abtasteinheit, wie ein Schwing-
oder Kippspiegel vorgesehen. Die Oberfläche wird mittels einer drehbaren mehrflächigen
Anordnung oder dgl. mit dem Abtastpunkt abgetastet, und das reflektierte Licht des
Abtastpunktes
fällt auf ein lichtelektrisches Wandlerelement auf, welches einen lichtleitenden
oder lichtreflektierenden Lichtstreukörper aufweist, der in Lichtwegen des reflektierten
Lichts zum Wandlerelement angeordnet ist, um Rauschen zu verhindern, welches aus
einem Sprenkelmuster entstehen könnte.
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Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten
anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen
zeigt: Fig. 1 eine Ansicht eines herkömmlichen Laserstrahlabtasters; Fig. 2 ein
Diagramm der Strahlengänge, längs der reflektiertes Licht auf ein Lichtempfangselement
bei der Anordnung gemäß Fig. 1 auf trifft; Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines
optischen Lesegeräts für einen Laserstrahlabtaster gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung; Fig. 4 (a) einen Längsschnitt und Fig. 4 (b) eine Vorderansicht einer
im optischen Lesegerät gemäß Fig. 3 vorgesehenen Haube; Fig. 5 ein Diagramm der
Strahlengänge, denen reflektiertes Licht bei der erfindungsgemäßen Anordnung folgt;
Fig. 6 einen Schnitt durch ein optisches Lesegerät für einen Laserstrahlabtaster
gemäß einem anderen Ausführungs beispiel der Erfindung; Fig. 7 (a) und 7 (b) Kurven
der an einem weißen Bereich der Vorlage abgelesenen Ausgangs spannungen1 wenn der
Lichtstreukörper gemäß der Erfindung benutzt bzw. wenn er nicht benutzt ist.
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In Fig. 3 ist ein optisches Lesegerät gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung gezeigt, bei dem ein Laserstrahl eines Lasers 10 durch eine optische
Abtasteinheit reflektiert wird, die z.B. in Form eines drehbaren Kippspiegels 11
vorgesehen sein kann. Dann wird der Laserstrahl mittels einer Kondensorlinse 12
zu einem Abtastpunkt 14 fokussiert, mit dem die Oberfläche 13 einer Vorlage abgetastet
wird. Beim Schwingen des Kippspiegels 11 wird die Vorlage in einer gegebenen Richtung
abgetastet. Gemäß der Erfindung ist'in den Lichtwegen des vom Abtastpunkt 14 reflektierten
Lichts ein Lichtstreukörper 15 angeordnet, der aus einer lichtleitenden Mattglasscheibe
besteht. Das reflektierte Licht fällt auf eine Photoelektronenvervielfacherröhre
bzw. Photozelle 16 auf, die ein lichtelektrisches Wandlerelement darstellt.
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Bei dem hier beschriebenen Beispiel kann der Abtastpunkt 14 um eine
Entfernung von 500 mm bewegt werden, und die Photozelle 16 ist in einem Abstand
im Größenordnungsbereich von 500 mm vom Abtastpunkt 14 entfernt angeordnet. Der
Lichtstreukörper 15 weist eine Glasscheibe in einer Dicke von 5 mm auf, die mit
Schleifsand geschliffen ist. Ferner ist erfindungsgemäß zwischen dem Lichtstreukörper
15 und der Photozelle 16 eine Haube 17 angeordnet, die'den Raum zwischen den beiden
genannten Elementen entweder teilweise oder ganz abdeckt, um zu verhindern, daß
außer dem vom Abtastpunkt reflektierten Licht noch Licht von außen eindringt, welches
sonst Rauschstörungen verursachen würde. Die Haube 17 hat eine in Abtastrichtung
langgestreckte Öffnung 17a. Wie aus Fig. 4a und 4b hervorgeht, ist die Haube 17
als flacher rechteckiger Kasten gestaltet, der einen offenen Boden hat, welcher
die längliche Öffnung 17a bildet, in der der Lichtstreukörper 15 so angeordnet ist,
daß sich seine Längskante parallel zur Abtastrichtung des Abtastpunktes 14 erstreckt.
Die Haube ist unter einem Winkel zur Senkrechten angeordnet (siehe Fig. 4a),
so
daß das vom Abtastpunkt 14 reflektierte Licht durch den Lichtstreukörper 15 in die
Haube 17 geleitet wird. Die Innenfläche der Haube 17 ist mit einem weißen matten
Überzug versehen, der zusätzliche Lichtstreuwirkung erzeugt. Durch eine obere Platte
ragt die Lichtempfangsfläche der Photozelle 16 in die Haube 17 hinein.
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Die Anordnung des Lichtstreukörpers 15 in den Lichtwegen, denen das
reflektierte Licht des Abtastpunktes 14 folgt, bewirkt, daß diese Lichtwege unterschiedliche
Längen erhalten, wodurch das Sprenkelmuster ausgeschaltet wird. Das ist anhand von
Fig. 5 zu erkennen. Im Vergleich mit der Darstellung gemäß Fig. 2 zeigt sich, daß
der von der abgetasteten Oberfläche 8 reflektierte Laserstrahl 9 bei der Anordnung
gemäß Fig. 2 einer einzigen Bahn folgt, um die Photozelle 7 zu erreichen. Gemäß
F-ig. 5 hingegen verläuft der von der Oberfläche 23 reflektierte Laserstrahl 22
durch den Lichtstreukörper 24, der eine unbegrenzte Anzahl von Licht wegen unterschiedlicher
Länge erzeugt, ehe der Strahl die Photozelle 2.5 erreicht. Durch die Lichtstreuwirkung
der Innenfläche der Haube gemeinsam mit dem durch die Haube verhinderten Einfall
von Licht von außen wird ein hoher Wirkungsgrad bei der Ubertragung des reflektierten
Lichts zur Photozelle 25 bzw. 16 erreicht.
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Vorzugsweise ist der Lichtstreukörper 15 so nahe wie möglich an der
abzutastenden Oberfläche 13 angeordnet und sollte einen Abstand von 50 mm vom Abtastpunkt
haben.
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Jedoch sei darauf hingewiesen, daß auch ein größerer Abstand nicht
immer zu einem Verlust an Wirksamkeit der Erfindung führt und unter Umständen-anwendbar
ist.
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In Fig. 7 sind mit dem oben beschriebenen Ausführungseispiei erhaltene
experimentelle Ergebnisse graphisch
dargestellt. Hierzu wurde der
Lichtstreukörper 15 durch Schleifen der beiden Oberflächen einer Glasscheibe in
einer Dicke von 5 mm mit Schleifsand geschaffen. Die Haube 17 war kastenförmig gemäß
Fig. 4a und 4b und hatte eine Breite W von 500 mm, eine Höhe H von 500 mm und eine
Dicke 1 von 20 mm. Die Haube 17 war unter einem Neigungswinkel Q von 200 gegenüber
dem den Abtastpunkt 14 bildenden einfallenden Laserstrahl (siehe Fig. 4a) und in
solcher Höhe angeordnet, daß die Längsmittellinie des Lichtstreukörpers 15 einen
Abstand von 50 mm von der abzutastenden Oberfläche 13 hatte.
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Der als Lichtquelle benutzte Laser war ein He-Ne-Gaslaser mit einer
Wellenlänge von 6328 i. Eine Photoelektronenvervieifacherröhre diente zum Empfang
des von einem weißen Bereich einer Zeitung reflektierten Lichts. Fig. 7a zeigt die
Wellenform der Ausgangsspannung der Photozelle 16 bei Benutzung des Lichtstreukörpers
15 und der Haube 17, während Fig. 7b die Wellenform der Ausgangsspannung zeigt,
wenn der Lichtstreukörper 15 und die Haube 17 bei Betätigung der Vorrichtung unter
den gleichen Bedingungen fehlen. Es zeigt sich deutlich, daß keine nennenswerten
Rauschkomponenten vorhanden sind, wenn der Lichtstreukörper vorgesehen ist, während
bei Nichtbenutzung des Lichtstreukörpers ein beträchtlicher Anstieg an Rauschkomponenten
zu verzeichnen ist, die aus dem Sprenkelmuster resultieren.
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Es sei noch erwähnt, daß der Schwing- oder Kippspiegel 11 auch durch
eine andere äquivalente Einrichtung, beispielsweise einen drehbaren, mehrflächigen
Spiegel ersetzt sein kann. Das Kondensorlinsensystem, mit dem der Abtastpunkt fokussiert
wird, kann nach- Wunsch angeordnet sein. Es kann z.B. die gleiche Anordnung aufweisen
wie in Fig. 1 gezeigt.
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In manchen Fällen kann die Haube 17 fehlen.
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Statt den lichtleitenden Lichtstreukörper mit einer Mattglasscheibe
zu versehen, kann auch eine opalisierende
Acrylplatte vorgesehen
sein. Außerdem kann der Lichtstreukörper ein lichtreflektierendes statt ein lichtleitendes
Element sein. Der Lichtstreukörper kann z.B. ein lichtreflektierendes Element mit
Oberflächenunebenheit aufweisen, z.B. eine Metallplatte mit Aventurin-Fertigbearbeitung.
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Die Benutzung eines solchen Lichtstreukörpers ist in Fig. 6 gezeigt,
wo das von einer abgetasteten Oberfläche 30 reflektierte Licht einmal von einem
lichtreflektierenden Lichtstreukörper 31 reflektiert wird und dann auf eine Photozelle
32 auftrifft. Wiederum ist der Lichtstreukörper 31 nahe an der abgetasteten Oberfläche
angeordnet, und vorzugsweise ist eine Haube 33 vorgesehen, die Lichtwege vom Lichtstreukörper
31 zur Photozelle 32 abdeckt.
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Als lichtelektrisches Wandlerelement sind gemäß der obigen Beschreibung
Photoelektronenvervielfacherröhren verwendet worden; sie sinken jedoch ersetzt werden
durch Halbleiterelemente, wie Phototransistoren, Photodioden, CdS-Elemente oder
SBC-Elemente (Silizium4lau-Zelle).