DE3920669C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Abtastvorrichtung zum zeilenweisen Abtasten einer in einer Richtung bewegten Materialbahn in einer Abtastrichtung quer zur Bewegungsrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie sie aus der DE 33 34 357 A1 bekannt ist.

Es ist bereits eine optische Abtastvorrichtung bekannt, bei der der Ausgangslichtstrahl eines Lasers von einer anamorphotischen Strahlaufweiteoptik so aufgeweitet wird, daß der in der Abtastebene bzw. auf einer abzutastenden Materialbahn erzeugte Abtastlichtfleck quer zur Abtastrichtung eine Länge aufweist, die größer ist als seine Breite in Abtastrichtung. Beim sog. Tufting-Scanner beträgt dabei die Länge des Abtastlichtflecks 2 mm und seine Breite 0,2 mm.

Der Abtastlichtfleck weist dabei eine hohe Beleuchtungsstär­ ke auf, die sich über die gesamte Abtastlänge aufgrund opti­ scher Gesetze nur wenig in ihrer Intensität ändert.

Aufgrund der schmalen Breite des Abtastlichtflecks in Abtast­ richtung wird die Auflösung der bekannten Abtastvorrichtung durch die Sendeanordnung, also durch die anamorphotische Strahlaufweiteoptik, die Abtastoptik und die Lichtablenkvor­ richtung bestimmt.

Das Gesichtsfeld der photoempfindlichen Empfängeranordnung, die das vom Abtastlichtfleck kommende Licht aufnimmt, be­ sitzt dabei ein deutlich größeres Gesichtsfeld. Dabei braucht die Empfängeranordnung nur darauf ausgelegt zu wer­ den, möglichst viel des von dem Abtastlichtfleck kommenden Lichts aufzunehmen. Eine abbildungsmäßige Zuordnung der Empfängeranordnung zur Abtastebene bzw. zum wandernden Ab­ tastlichtfleck ist dabei nicht erforderlich.

Aus der bereits erwähnten DE 33 34 357 A1 ist eine optische Abtastvorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der drei unmittelbar aneinandergrenzende Einzel-Lichtabtaster vorgesehen sind, um drei quer zur Abtastrichtung gegeneinander versetzt angeordnete Abtastlichtflecke auf der Materialbahn zu erzeugen, so daß auch bei sehr schnell laufenden Materialbahnen die erwünschte Erkennung auch räumlich wenig ausgedehnter Fehler ohne Erhöhung der Abtastfrequenz möglich ist.

Der Aufbau dieser bekannten Abstastvorrichtung ist jedoch relativ aufwendig, da jeder der Einzel-Lichtabtaster mit einem eigenen Spiegelrad und einem entsprechenden, als Abtastoptik dienenden Hohlspiegel versehen sein muß, in gleicher Weise ist empfängerseitig jeder Einzel-Lichtabtaster mit einer eigenen Empfängeroptik ausgerüstet.

Aufgrund dieses Aufbaus der bekannten Abtastvorrichtung können, insbesondere wenn in Autokollimation gearbeitet wird, die Abtastlichtflecke quer zur Abtastrichtung nicht beliebig nahe nebeneinander angeordnet werden, so daß die Auflösung in Materialbewegungsrichtung auch durch die Größe der Einzel-Lichtabtaster festgelegt wird.

Schließlich ist die Auflösung in Abtastrichtung ebenso wie bei einer optischen Abtastvorrichtung mit einem einzelnen Abtastlichtfleck durch die Größe des Abtastlichtflecks gegeben, insbesondere wenn mit Photoempfängern mit großem Gesichtsfeld gearbeitet wird oder wenn der in Transmission arbeitenden Photoempfängern Lichtleitstäbe zugeordnet sind, um möglichst viel remittiertes bzw. transmittiertes Licht zu empfangen.

Bei einer anderen bekannten photoelektrischen Abtasteinrichtung (DE-GM 19 22 232) werden zwei nebeneinanderliegende Bereiche der Abtastlinie durch je eine photoelektrische Empfangseinrichtung beobachtet, die beide mittel- oder unmittelbar jeweils mit einem Eingang einer Vergleichseinrichtung verbunden sind, die bei unterschiedlichen Werten der Eingangssignale ein Ausgangssignal abgibt. Auf diese Weise sollen Helligkeitsschwankungen des Abtastlichtflecks beim Überstreichen der Materialbahn eliminiert werden. Außerdem führen nur solche Störstellen zu einer eindeutigen Anzeige, die eine kleinere räumliche Ausdehnung haben, als es dem Abstand der beiden nebeneinanderliegenden Stellen entspricht. Diese bekannte Abtasteinrichtung eignet sich nur für relativ geringe Bewegungsgeschwindigkeiten und weist darüber hinaus ein verhältnismäßig schlechtes Auflösungsvermögen auf.

Aus der DE 36 41 258 A1 ist eine Abtastvorrichtung bekannt, die zum Abtasten eines Raumbildes dient. Dabei wird das abzutastende Bild mit einer Gleichlicht-Beleuchtungsanordnung beleuchtet, bei der eine als Lichtquelle dienende Glühlampe im Brennpunkt einer ersten Fresnellinse angeordnet ist, um für die Ausleuchtung des abzutastenden Bildes eine Beleuchtung mit parallelem Licht zu erzeugen.

Das von dem abzutastenden Bild kommende Licht wird über eine zweite Fresnellinse aufgenommen, in deren Brennpunkt als Lichtablenkvorrichtung ein Spiegelrad angeordnet ist. In Lichtrichtung hinter dem Spiegelrad ist eine Halbleiterkamera mit einer photoempfindlichen Empfängerzeile angeordnet, deren Objektiv das abzutastende Bild auf die Empfängerzeile abbildet, bzw. umgekehrt ein Bild der Empfängerzeile in der Ebene des abzutastenden Bildes entwirft.

Durch die Lichtablenkvorrichtung im Empfängerstrahlengang wird dabei das vom Objektiv der Empfängerkamera entworfene Bild der abzutastenden Ebene gegenüber der Empfängerzeile verschoben, so daß hierdurch eine zeilenweise Abtastung be­ wirkt wird.

Mit derartigen Abtastvorrichtungen lassen sich von den abzu­ tastenden Gegenständen, beispielsweise von einer schnellau­ fenden Materialbahn in einzelne Bildpunkte zerlegte Bilder aufnehmen, die in der Empfängeranordnung zur Fehlererfassung einer Bildverarbeitung unterworfen werden. Dabei wird die Auflösung der mittels einem Abtaststrahl aufgenommenen Bil­ der quer zur Abtastrichtung des Strahls durch die Länge des Abtastlichtflecks beeinträchtigt. Andererseits ist es rela­ tiv schwierig, einen mittels einer Bildzeile zeilenweise ab­ zutastenden Bereich mit einer genügend hohen und gleichmäßi­ gen Beleuchtungsstärke auszuleuchten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere optische Abtastvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, insbesondere soll bei guter Ausleuchtung eine lückenlose Abtastung einer schnellaufenden Materialbahn mit guter Auflösung in Bewegungs- und Abtastrichtung sichergestellt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Abtastvorrichtung der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene abbildungsmäßige Zuordnung von Abtastebene und Empfängerebene, also durch die genaue Abbildung der Abtastebene in die Empfängerebene, was gleichbedeutend mit einer Abbildung der Empfängerebene in die Abtastebene ist, werden Bilder der einzelnen Empfänger in der Abtastebene erzeugt, die von einem oder mehreren aus dem einen Laserstrahl gebildeten Abtastlichtflecken beleuchtet werden. Der oder die Abtastlichtflecke brauchen also nur so ausgebildet zu sein, daß die Ausleuchtung der Empfängerbilder in der Abtastebene sichergestellt ist. Hierdurch läßt sich die beleuchtungsseitige Abtastoptik verhältnismäßig einfach aufbauen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß infolge des einen Laserstrahls zur Ausleuchtung der Bilder der Empfängerelemente nur eine Lichtablenkvorrichtung verwendet werden braucht, so daß die gleichzeitige Abtastung der Materialbahn entlang mehrerer nebeneinanderliegender Abtastlinien vollständig synchron zueinander erfolgt.

Die erfindungsgemäße Abtastvorrichtung ermöglicht es also bei vollständig synchroner Abtastung der Materialbahn deren Bewegungsgeschwindigkeit wesentlich zu vergrößern oder bei gleichbleibender Bewegungsgeschwindigkeit die Ablenkgeschwindigkeit der Lichtablenkvorrichtung zu vermindern, ohne daß die Auflösung in Bewegungsrichtung quer zur Abtastvorrichtung dadurch beeinträchtigt wird.

Um unter Ausnutzung der Größe der Empfängerelemente bzw. der Größe der Bilder der Empfängerelemente in Bewegungsrichtung der Materialbahn einen möglichst großen Bereich während einer Abtastung lückenlos erfassen zu können, ist bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, daß die Bilder der Empfängerelemente in Bewegungsrichtung aneinander angrenzen.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Bilder der Empfängerelemente in Vor­ schubrichtung einen Abstand zueinander aufweisen.

Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgese­ hen, daß die Bilder der Empfängerelemente entlang einer in Vorschubrichtung verlaufenden Geraden angeordnet sind. Durch diese Anordnung der Bilder der Empfängerelemente läßt es sich erreichen, daß diese mittels eines schmalen Abtastlicht­ flecks gleichzeitig ausgeleuchtet werden, so daß der vom Laserstrahl erzeugte Abtastlichtfleck optimal ausgenutzt wird.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorge­ sehen, daß die Bilder der Empfängerelemente in Abtastrich­ tung gegeneinander versetzt sind, wobei die Bilder der Empfängerelemente in Abtastrichtung einen Abstand zueinander aufweisen. Durch die Zerlegung der durch die Bilder der Empfängerelemente festgelegten Empfangsbereiche läßt sich ein eventuelles Übersprechen der einzelnen den jeweiligen Empfängerelementen zugeordneten Empfangskanäle verhindern. Es läßt sich also vermeiden, daß ein Empfänger Licht aus einem Bereich empfängt, der einem anderen Empfängerelement zugeordnet ist.

Um eine möglichst einfache Justierung der optischen Abtast­ vorrichtung zu ermöglichen, um also die Bilder der Empfänger­ elemente stets exakt mit dem Abtastlichtfleck ausrichten bzw. aufeinanderlegen zu können, ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß der Abstand zwischen dem in Bewegungsrichtung vorderen Rand des Bildes des ersten Empfängerelements und dem hinteren Rand des Bildes des letzten Empfängerelements kleiner ist als die Länge des Abtastlichtflecks in Bewegungsrichtung, wobei die Breite der Bilder der Empfängerelemente in Abtastrichtung größer ist als die Breite des Abtastlichtflecks in Abtast­ richtung.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vor­ gesehen, daß jedem Empfängerelement ein eigener Abtastlicht­ fleck zugeordnet ist, der kleiner ist als das Bild des zuge­ ordneten Empfängerelements. Hierdurch wird insbesondere bei in Abtastrichtung mit Abstand gegeneinander versetzten Bil­ dern der Empfängerelemente die Verhinderung eines Überspre­ chens der Empfangskanäle weiter verbessert.

Ein praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Empfängeranordnung eine photo­ empfindliche Halbleiterzeile mit einer Vielzahl von Empfän­ gerelementen aufweist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Empfängeranordnung acht wirksame Empfängerelemente aufweist.

Um auf einfache Weise zu erreichen, daß beim Abtasten die Bilder der Empfängerelemente synchron zu dem oder den Abtast­ lichtflecken verschoben werden, ist bei einer besonders be­ vorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß das vom Abtastlichtfleck kommende Licht über die Abtastoptik und die Lichtablenkvorrichtung des Sendestrahlengangs zurückge­ führt ist und mittels eines Teilerspiegels zur Empfängeran­ ordnung gelenkt ist, so daß die eine Lichtablenkvorrichtung die Abtastbewegung sowohl des Abtastlichtflecks als auch der Bilder der Empfängerelemente bewirkt.

Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß hierdurch die Anzahl der für die erfindungsgemäße Abtastvor­ richtung erforderlichen optischen und mechanischen Elemente verringert werden kann.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Lichtablenkvorrichtung als Spiegelrad ausgebildet ist.

Um während des Abtastens der Materialbahn in der Abtastebene die Grenzlinie des Abtastlichtflecks ebenfalls kontinuier­ lich abtasten zu können, ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß im Empfängerstrahlengang eine zusätzliche Hilfs-Lichtablenkvorrichtung vorgesehen ist, die eine Unterteilung der Abtastbewegung der Bilder der Empfän­ gerelemente in Bewegungsrichtung der Materialbahn bewirkt, wobei als Hilfs-Lichtablenkvorrichtung ein Schwingspiegel vorgesehen ist, der einen Versatz der Bilder der Empfänger­ elemente in Bewegungsrichtung bewirkt, der im wesentlichen der Länge der Bilder der Empfängerelemente entspricht, wobei die vom Schwingspiegel bewirkte Abtastbewegung wesentlich schneller, vorzugsweise viermal schneller ist als die von der Lichtablenkvorrichtung im Empfängerstrahlengang bewirkte Abtastbewegung.

Auf diese Weise lassen sich Grenzlinien auf der Materialbahn besser auflösen, da von einem jeweiligen Bildpunkt auf der Materialbahn der Grauwert nicht nur als Integral aufgenommen wird, sondern aus einzelnen Meßwerten gebildet werden kann. Hierdurch läßt sich mit der nachfolgenden Auswerteschaltung eine verbesserte und erweiterte Bildverarbeitung durchfüh­ ren, die eine bessere Fehlererkennung ermöglicht.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine optische Abtastvorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer optischen Abtastvorrichtung, wobei zur besseren Darstellung nur der Sendestrahlengang gezeigt ist,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer optischen Abtastvorrichtung entsprechend Fig. 2, wobei auch der Empfangsstrahlengang dargestellt ist,

Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf eine optische Abtastvorrichtung mit einem Strahlenteiler im Sendestrahlengang,

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht der optischen Abtastvorrichtung nach Fig. 4,

Fig. 6 eine schematische Seitenansicht eines Strahlentei­ lers für die optische Abtastvorrichtung nach Fig. 4 und 5,

Fig. 7 und 8 eine schematische Darstellung der lagemäßigen Zuordnung von Abtastlichtfleck und Bildern der Empfängerelemente in der Abtastebene und

Fig. 9 und 10 schematische Darstellungen der lagemäßigen Zuordnung von mehreren Abtastlichtflecken zu den entsprechenden Bildern der Empfängerelemente.

Fig. 1 und 2 zeigen den Sendestrahlengang einer optischen Abtastvorrichtung mit einem als Lichtquelle dienenden Laser 21, dessen Ausgangslichtstrahl 22 von einer Grundaufweite­ optik 23 einer anamorphotischen Strahlaufweiteoptik 24 zugeführt wird. Der die anamorphotische Strahlaufweiteoptik 24 verlassende Laserstrahl durchläuft einen Teilerspiegel 19 und trifft auf ein drehendes Spiegelrad 16, von dem er als Abtastlichtstrahl 25 zu einer Abtastoptik 18 reflektiert wird, die im Ausführungsbeispiel als Hohlspiegel ausgebildet ist, der in der Abtastebene 13 einen in Bewegungsrichtung Y länglich ausgedehnten Abtastlichtfleck 17 erzeugt.

Durch die Drehung des Spiegelrades 16 wird der Abtastlicht­ fleck 17 periodisch in Abtastrichtung X abgelenkt.

Fig. 3 zeigt den Empfängerstrahlengang:
Das von einer in der Abtastebene 13 angeordneten Material­ bahn remittierte Licht des Abtastlichtflecks 17 gelangt über die Abtastoptik 18 zurück zum Spiegelrad 16 und wird von diesem auf den Teilerspiegel 19 geworfen, der das vom Abtastfleck fleck 17 kommende Licht auf einen als Hilfs-Lichtablenkvor­ richtung dienenden Schwingspiegel 20 wirft. Das vom Schwing­ spiegel 20 kommende Licht wird über eine zusätzliche Optik 12, die zusammen mit der Abtastoptik 18 eine abbildungsmäßi­ ge Zuordnung der Abtastebene 13 zu der Empfängerebene 14 be­ wirkt, in die Empfängerebene 14 fokussiert.

In der Empfängerebene 14 ist als Empfängeranordnung eine Halbleiterzeile 10 vorgesehen, die aus einzelnen Empfänger­ elementen 11 aufgebaut ist. Wie rein schematisch in Fig. 2 und 3 angedeutet, ist die Halbleiterzeile 10 über eine Leitung 26 mit einer Auswerteschaltung 27 verbunden.

An die rein schematisch dargestellte Auswerteschaltung 27, die in nicht dargestellter Weise einen eine Bildverarbeitung ausführenden Rechner umfassen kann, kann beispielsweise ein ebenfalls nicht dargestellter Monitor zur Darstellung des abgetasteten Bildes der in der Abtastebene 13 angeordneten Materialbahn vorgesehen sein.

Die Halbleiterzeile 10 in der Empfängerebene 14 ist in der dargestellten Abtastvorrichtung so angeordnet, daß, wie in Fig. 7 dargestellt, die Bilder 11′ der Empfängerelemente 11 in der Abtastebene 13 sich mit dem Abtastlichtfleck 17 über­ decken.

Dabei ist der Abstand L′ des in Bewegungsrichtung Y der Materialbahn gesehen vorderen Randes des ersten Bildes 11′.1 eines Empfängerelements 11 vom hinteren Rand des letzten Bildes 11′.n kleiner als die Länge L des Abtastlichtflecks 17 in Bewegungsrichtung Y, während die Breite B′ der Bilder 11′ der Empfängerelemente 11 im wesentlichen der Breite B des Lichtflecks entspricht.

Durch die unterschiedlichen Längen L, L′ des Abtastlicht­ flecks 17 und des Bildes 10′ der Halbleiterzeile 10 werden vor und hinter den Bildern 11′ der einzelnen Empfängerelemente 11 Toleranzbereiche T geschaffen, die eine Justierung des Empfängerstrahlengangs zum Abtaststrahlengang ermöglichen. Dabei können Toleranzen der Empfängerelemente 11 bzw. Änderungen der Größe der Bilder 11′ der Empfängerelemente 11 durch Toleranzen im Empfängerstrahlengang ausgeglichen werden, da der Abtastlichtfleck 17 das Bild 10′ der Halbleiterzeile 10 überstrahlt.

Führt der in Fig. 2 dargestellte Schwingspiegel 20 eine Schwingbewegung um eine zur Zeichenebene senkrechte Achse 28 aus, wie durch den Doppelpfeil C angedeutet ist, so kann dadurch eine periodische Verschiebung des Bildes 10′ der Halbleiterzeile 10 gegenüber dem Abtastlichtfleck 17 bewirkt werden, während sich das Bild 10′ und der Abtastlichtfleck 17 im wesentlichen synchron zueinander in Abtastrichtung X bewegen. Eine derartige Schwingbewegung bewirkt eine perio­ dische Verschiebung des Bildes 10′ der Halbleiterzeile 10 in Bewegungsrichtung Y gegenüber dem Abtastlichtfleck 17.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel einer entsprechend Fig. 1 bis 3 aufgebauten Abtastvorrichtung, das im folgenden erläutert wird, beträgt die Breite B des Lichtflecks 17 0,2 mm, während seine Länge L 2 mm beträgt. Die Bilder 11′ der Empfängerelemente 11 besitzen eine Kantenlänge von 0,2 mm, so daß das Bild 10′ einer acht Empfängerelemente 11 umfassenden Halbleiterzeile 10 eine Breite B′ von 0,2 mm und eine Länge L′ von 1,6 mm aufweist. Von der Länge L des Ab­ tastlichtflecks 17 werden somit nur 1,6 mm ausgenutzt.

Um mit der anhand von Fig. 1 bis 3 und 7 beschriebenen Abtastvorrichtung eine Materialbahn, beispielsweise eine ge­ wobene oder getuftete Materialbahn auf Herstellungsfehler zu überwachen, wird die Vorrichtung zunächst so justiert, daß das Bild 10′ der Halbleiterzeile 10 entsprechend Fig. 7 zum Abtastlichtfleck 17 in der Abtastebene 13 liegt, die mit der Oberfläche der Warenbahn zusammenfällt. Zum Abtasten kann das Spiegelrad 16 beispielsweise 400 Umdrehungen pro Sekunde ausführen, so daß bei einem acht Spiegel aufweisenden Spiegelrad 3200 Abtastungen pro Sekunde durchgeführt werden, von denen jede 0,3 ms benötigt.

Während einer Abtastung werden die von den einzelnen Empfän­ gerelementen 11 der Halbleiterzeile 10 aufgenommenen Signale über die Leitung 26 an die Auswerteschaltung 27 geliefert, wo sie zeilenrichtig in einem entsprechenden Speicher für eine weitere Bildverarbeitung gespeichert werden.

Da mit einer Abtastung acht Bildzeilen, die jeweils eine Breite in Vorschubrichtung der Materialbahn von 0,2 mm aufweisen, gleichzeitig abgetastet werden, besitzt der auf der Materialbahn abgetastete Streifen in Bewegungsrichtung Y eine Breite von 1,6 mm. Daraus ergibt sich eine Bewegungs­ geschwindigkeit von 5,3 m/s für die Materialbahn, bei der noch eine lückenlose Erfassung der Materialbahn sicherge­ stellt ist.

Wahlweise kann die Abtastbewegung des Bildes 10′ der Halb­ leiterzeile 10 in Bewegungsrichtung Y unterteilt werden, wo­ bei der Schwingspiegel 20 einen periodischen Versatz des Bil­ des 10′ der Halbleiterzeile 10 bewirkt, dessen Amplitude 0,1 mm beträgt, wobei die vom Schwingspiegel 20 bewirkte Bewe­ gung des Bildes 10′ der Halbleiterzeile 10 viermal so schnell erfolgt wie die Abtastbewegung in Bewegungsrichtung Y. Entsprechend müssen dann selbstverständlich die Empfän­ gerelemente und der nachgeordnete Speicher ebenfalls viermal schneller arbeiten, so daß für jeden Bildpunkt auf der Materialbahn vier Werte gespeichert werden, die dann für eine weitere Bildverarbeitung zur Verfügung stehen.

Um Gleichlaufschwankungen des Spiegelrades 16 korrigieren zu können, können an den Rändern der Abtastebene 13 Markierun­ gen vorgesehen sein, so daß nach jedem Abtastvorgang die An­ zahl der mit einer fest vorgegebenen Frequenz abgetasteten Bildpunkte in geeigneter Weise auf eine entsprechende fest vorgegebene Anzahl reduziert wird.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Zuordnung des Bildes 10′ der Halbleiterzeile 10 zum Abtastlichtfleck 17 in der Abtastebe­ ne 13 ist die Breite B′ des Bildes 10′ der Halbleiterzeile 10 vergrößert, so daß sich in Abtastrichtung X Toleranzbe­ reiche t vor und hinter dem Abtastlichtfleck 17 ergeben. Hierdurch wird die Justierung von Abtaststrahlengang und Empfängerstrahlengang erleichtert.

Um die Toleranzbereiche t zu erhalten, kann die im Empfänger­ strahlengang angeordnete zusätzliche Optik 12 als Zylinder­ optik (Anamorphot) ausgebildet werden.

Die in den Fig. 4 und 5 dargestellte optische Abtastvorrich­ tung ist im wesentlichen in gleicher Weise aufgebaut, wie die anhand der Fig. 1 bis 3 beschriebene Abtastvorrichtung, wobei einander entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Der von einem Laser 21 erzeug­ te Lichtstrahl 22 durchsetzt eine Grundaufweiteoptik 23, die einen aufgeweiteten Lichtstrahl 32 erzeugt, der auf einen Strahlenteiler 33 trifft.

Der Strahlenteiler 33, der die anamorphotische Strahlaufwei­ teoptik ersetzt, teilt den Lichtstrahl 32 punktförmig in beispielsweise acht Einzellichtstrahlen 32′ auf, von denen in Fig. 5 der Übersichtlichkeit halber nur vier dargestellt sind, wobei zur weiteren Vereinfachung über den gesamten Sendestrahlengang lediglich zwei gezeichnet wurden. Der Strahlenteiler 33 bewirkt, wie in Fig. 4 und 5 angedeutet, jeweils einen Versatz der Einzellichtstrahlen 32′ sowohl in Abtastrichtung X als auch in Bewegungsrichtung Y, so daß in der Ab­ tastebene 13 die diagonal gegeneinander versetzten Abtast­ lichtflecken 17′ entstehen.

Das von den Abtastlichtflecken 17′ remittierte Licht wird über die Abtastoptik 18 das Spiegelrad 16 und den Teilerspie­ gel 19 auf den Schwingspiegel 20 geworfen, der es zu einer Optik 12 umlenkt, die zusammen mit der Abtastoptik 18 die Abtastlichtflecken 17′ in die Empfängerebene 14 abbildet, in der eine Empfängeranordnung, z. B. eine Halbleiterzeile 10 mit entsprechenden diagonal angeordneten Empfängerelementen 11 vorgesehen ist.

Der Strahlenteiler 33 der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Abtastvorrichtung besteht, wie in Fig. 6 gezeigt, aus sieben planparallelen Platten 34, von denen die hinterste auf der Hinterseite eine Vollverspiegelungsschicht 35 aufweist. Die Vorderseite der hintersten planparallelen Platte 34 ist bis etwa zur Mitte mit einer Teilverspiegelungsschicht 36 ver­ sehen. Die restlichen sechs planparallelen Platten weisen auf ihrer Vorderseite ebenfalls Teilverspiegelungsschichten 36 auf, die sich jedoch nur bis zum Lichtstrahl 32 er­ strecken, so daß jeweils das an der Teilverspiegelungs­ schicht der nachfolgenden planparallelen Platte 34 reflek­ tierte Licht, das einen der Einzellichtstrahlen 32′ bildet, ungehindert durch irgendwelche Teilverspiegelungsschichten 36 den Strahlenteiler 33 verlassen kann.

Durch eine geeignete Teilverspiegelung, also durch eine ge­ eignete Wahl des Reflexions- und Transmissionsverhaltens der Teilverspiegelungsschichten 36 läßt sich das Licht des Licht­ strahls 32 gleichmäßig auf die Einzellichtstrahlen 32′ ver­ teilen, so daß sie alle die gleiche Helligkeit aufweisen.

Fig. 9 zeigt Abtastlichtflecke 17′, die von einem mittels einer entsprechenden optischen Anordnung, z. B. dem Strahlenteiler 33, zerlegten Laserstrahl erzeugt werden. Somit ist für jedes Bild 11′ der Empfängerelemente 11 ein eigener Abtastlichtfleck 17′ vorgesehen. Fig. 5 und 6 zeigen die Zerlegung des von der Grundaufweiteoptik 23 ausgehenden Lichts in einzelne Abtastlichtstrahlen 32′. Auch ein Versatz dieser Abtastlichtstrahlen in Abtastrichtung X ist möglich und läßt sich wie in Fig. 10 dargestellt in Zuordnung zu den Abtastlichtflecken 17′ zu den Bildern 11′ der Empfän­ gerelemente 11 erreichen. Dabei beträgt der Durchmesser der Abtastlichtstrahlen beispielsweise 0,2 mm, während die Bilder 11′ der Empfängerelemente 11 einen Durchmesser von beispielsweise 0,6 mm aufweisen. Daneben kann auch der Abtastlicht­ fleck 17′ ebenso wie die als Empfängeranordnung dienende Halb­ leiterzeile 10 vertikal verlaufen. Über einen elektronisch arbeitenden Speicher wird dann die Verzerrung durch die dia­ gonal verlaufenden Sendepunkte in der Halbleiterzeile 10 ent­ zerrt.

Aufgrund der in Fig. 10 dargestellten Anordnung der Bilder 11′ der Empfängerelemente 11 zu den Abtastlichtflecken 17′ läßt sich in besonders vorteilhafter Weise ein Übersprechen der einzelnen optischen Empfangskanäle verhindern, es wird also vermieden, daß ein bestimmtes Empfängerelement 11 Licht von einem Abtastlichtfleck 17′ empfängt, der einem anderen Empfängerelement 11 zugeordnet ist.

Durch die Zerlegung des Laserstrahls in einzelne Abtastlicht­ strahlen, die entsprechend Fig. 10 sowohl in Bewegungsrichtung Y als auch in Abtastrichtung X versetzte, voneinander beabstandete Abtastlichtflecken 17′ erzeugen, wird erreicht, daß die große Tiefenschärfe des Laserstrahls ausgenutzt werden kann, da infolge der voneinander getrennten einzelnen Abtastlichtflecken 17′ Veränderungen der Bildgröße der Bilder 11′ der Empfängerelemente auf einer Materialbahn, die durch ein Flattern der Materialbahn bewirkt werden können, keinen Einfluß auf die von den Empfängerelementen 11 empfangene Lichtmenge haben.

Claims (17)

1. Optische Abtastvorrichtung zum zeilenweisen Abtasten einer in Richtung bewegten Materialbahn in einer Abtastrichtung quer zur Bewegungsrichtung

• - mit einem Laser,
• - mit einer Strahlaufweiteoptik,
• - mit einer periodisch arbeitenden Lichtablenkvorrich­ tung zur Lenkung des die Strahlaufweiteoptik verlassenden Laserstrahls auf eine Abtastoptik, die zur Erzeugung mindestens eines Abtastlichtflecks in einer Abtastebene ausgebildet ist,
• - mit einer photoempfindlichen Empfängeranordnung für das vom Abtastlichtfleck kommenden Lichts, deren Ausgangssignal an eine Auswerteschaltung angelegt ist, wobei
• - die Empfängeranordnung mindestens zwei in Bewegungsrichtung hintereinander angeordnete Empfängerelemente aufweist,
• - mit einer im Empfängerstrahlengang angeordneten Lichtablenkvorrichtung zur Bewirkung einer Abtastbewegung über die von den Empfängerelementen beobachtete Bereiche, die in der Abtastebene vom Abtastlichtfleck beleuchtet sind,
  und mit in den Strahlengängen angeordneten optischen Mitteln,

dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängeranordnung aus einer mehrere nebeneinander angeordnete Empfängerelemente (11) aufweisenden Halbleiterzeile (10) besteht und daß die Strahlaufweiteoptik (23, 24; 33) zur Aufweitung des Laserstrahls derart ausgebildet ist, daß der Abtastlichtfleck (17) eine sich in Bewegungsrichtung (Y) erstreckende längliche Form aufweist und die Bilder sämtlicher Empfängerelemente (11) in der Abtastebene (13) erfaßt, wobei den einzelnen Empfängerelementen (11) jeweils ein Empfangskanal der Auswerteschaltung zugeordnet ist.

2. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bilder (11′) der Empfängerelemente in Bewegungsrichtung (Y) aneinander angrenzen.

3. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bilder (11′) der Empfängerelemente (11) in Bewegungsrichtung (Y) einen Abstand zueinander aufweisen.

4. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilder (11′) der Empfängerelemen­ te (11) entlang einer in Bewegungsrichtung (Y) verlaufen­ den Geraden angeordnet sind.

5. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilder (11′) der Empfängerelemen­ te (11) in Abtastrichtung (X) gegeneinander versetzt sind.

6. Abtastvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bilder (11′) der Empfängerelemente (11) in Abtastrichtung (X) einen Abstand zueinander aufweisen.

7. Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (L′) zwischen dem in Bewegungsrichtung (Y) vorderen Rand des Bildes (11′.1) des ersten Empfängerelements (11.1) und dem hinteren Rand des Bildes (11′.n) des letzten Empfängerelements (11.n) kleiner ist als die Länge (L) des Abtastlichtflecks (17) in Bewegungsrichtung (Y).

8. Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (B′) der Bilder (11′) der Empfängerelemente (11) in Abtastrichtung (X) größer ist als die Breite (B) des Abtastlichtflecks (17) in Abtastrichtung (X).

9. Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Empfängerelement (11) ein eigener Abtastlichtfleck (17′) zugeordnet ist, der kleiner ist als das Bild (11′) des zugeordneten Empfänger­ elements (11).

10. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängeranordnung (10) acht wirksame Empfängerelemente (11) aufweist.

11. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Abtastlichtfleck (17) kommende Licht über die Abtastoptik (18) und die Lichtablenkvorrichtung (Spiegelrad 16) des Sendestrahlengangs zurückgeführt ist und mittels eines Teilerspiegels (19) zur Empfängeranordnung (10) gelenkt ist, so daß die eine Lichtablenkvorrichtung (Spiegelrad 16) die Abtastbewegung sowohl des Abtastlichtflecks (17) als auch der Bilder (11′) der Empfängerelemente (11) bewirkt.

12. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtablenkvorrichtung als Spiegelrad (16) ausgebildet ist.

13. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Empfängerstrah­ lengang eine zusätzliche Hilfs-Lichtablenkvorrichtung (Schwingspiegel 20) vorgesehen ist, die eine Unterteilung der Abtastbewegung der Bilder (11′) der Empfängerelemente (11) in Bewegungsrichtung (Y) der Materialbahn bewirkt.

14. Abtastvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Hilfs-Lichtablenkvorrichtung ein Schwingspiegel (20) vorgesehen ist, der einen Versatz der Bilder (11′) der Empfängerelemente (11) in Bewegungsrichtung (Y) bewirkt, der im wesentlichen der Länge (L′) der Bilder (11′) der Empfängerelemente (11) entspricht, wobei die vom Schwingspiegel (20) bewirkte Abtastbewegung wesentlich schneller, vorzugsweise viermal schneller ist als die von der Lichtablenkvorrichtung (Spiegelrad 16) im Empfängerstrahlengang bewirkte Abtastbewegung.

15. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlaufweiteoptik einen Anamorphoten enthält.

16. Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenaufweiteoptik einen aus mehreren planparallelen Platten (34) bestehenden Strahlenteiler (33) aufweist.