DE4240735A1 - Optische Vorrichtung zur Bereitstellung von Meßsignalen - Google Patents
Optische Vorrichtung zur Bereitstellung von MeßsignalenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung zur Bereit
stellung von Meßsignalen für eine Bestimmung der Transportge
schwindigkeit von mikrostrukturierten Vorlagen.
Auf dem Gebiet der optischen Zeichenerkennung wächst mit der
Ausweitung dieser Technik auf immer mehr Lebensbereiche die
Anzahl der Anwendungen, die beispielsweise von den vielfälti
gen Arten der Strichcode-Erkennung über das Lesen von Kodier
zeilen auf Belegen bis hin zur Klarschrift- und Handblock
schrift-Erkennung auf Formularen reichen.
Allen Anwendungen ist gemeinsam, daß die auf den Vorlagen zu
erkennenden Zeichen oder Strukturen im Rahmen der Aufberei
tung nicht verändert werden sollten. Insbesondere darf die
Abtastung der Vorlagen mit Hilfe entsprechender Vorrichtungen
(Scanner) keinen lokalen oder temporären Schwankungen unter
liegen, da ansonsten gegebenenfalls die Varianz der zu er
kennenden Zeichen oder Strukturen zunimmt und die Erkennungs
qualität abnimmt.
Aus diesem Grund ist während der Abtastung eine gleichmäßige
Transportgeschwindigkeit für die Vorlagen wünschenswert, die
wegen eines zwischen der in der Regel aus Papier bestehenden
Vorlage und der Transportvorrichtung auftretenden Schlupfes
nur schwer einzuhalten ist. Für den Fall, daß auf der Vorlage
geometrisch definierte Strukturen vorhanden sind, können
Meßsignale zur Festlegung der Transportgeschwindigkeit der
Vorlagen ermittelt werden.
Dieses Verfahren ist jedoch bei quasi unbedruckten Vorlagen,
deren einzige Struktur aus dem faserigen Aufbau des Papieres
besteht, nicht anwendbar. Derartige Strukturen weisen eine
Ausdehnung von 10 bis 50 um auf. Meßsignale zur Bestimmung
der Transportgeschwindigkeit von quasi unbedruckten Vorla
gen, auf denen Strukturen nur mit einer sehr hohen Ortsauflö
sung lokal erkannt werden können, sind mit herkömmlichen op
tischen Elementen nur sehr schwer zu erreichen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine opti
sche Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu gestalten,
daß auch die Transportgeschwindigkeit von mikrostrukturierten
Vorlagen, die eine Ortsauflösung im Mikrometerbereich
erfordern, ermittelt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1
gelöst.
Durch das diffraktive Abbildungselement und das transparente
Trägerelement entsteht eine kompakte und kostengünstige Mi
niaturoptik. Das diffraktive Abbildungselement ermöglicht eine
problemangepaßte Realisierung von mehreren optischen Funk
tionen auf ein- und demselben Trägersubstrat, ohne daß auf
wendige Justierungen an Fokus und Lage der jeweiligen Optik
durchgeführt werden müssen.
Durch die optische Vorrichtung gemäß der Erfindung kann das
Reflektionsverhalten der jeweiligen Vorlage an beispielsweise
zwei in Transportrichtung gegeneinander versetzten Meßpunkten
im Mikrometerbereich aufgenommen werden. Dabei werden die
daraus sich ergebenden, zeitlich verschobenen Mikrore
flektionssignale von den Sensoren erfaßt und für die anhand
einer Signalkorrelation durchgeführte Geschwindigkeitsbe
stimmung zur Verfügung gestellt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist das Trägerele
ment auf seiner der einzigen Lichtquelle zugewandten Seite
ein weiteres diffraktives optisches Abbildungselement auf,
das den von der Lichtquelle erzeugten Lichtstrahl in mehrere
Teillichtstrahlen aufteilt und jeden Teillichtstrahl auf das
gemäß der Erfindung vorgesehene diffraktive optische Abbil
dungselement fokussiert. Das zusätzlich vorhandene diffrak
tive optische Abbildungselement realisiert einen optischen
Strahlteiler, so daß die optische Vorrichtung lediglich eine
einzige Lichtquelle benötigt.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung können aber
auch die auf das gemäß der Erfindung vorgesehene diffraktive
optische Abbildungselement einfallenden Lichtstrahlen von
mehreren Lichtquellen getrennt voneinander erzeugt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden
die einfallenden Lichtstrahlen den gegeneinander versetzten
Meßpunkten parallel zugeführt. Der besondere Vorteil einer
derartig ausgebildeten optischen Vorrichtung besteht darin,
daß der Abstand der Meßpunkte auf der Vorlage unabhängig ist
von der Distanz der aus dem diffraktiven Abbildungselement
und dem transparenten Trägerelement bestehenden Miniaturoptik
zur Meßebene.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung beziehen sich auf das
Trägerelement, das entweder als Kunststoffteil oder als Glas
platte bzw. -scheibe ausgebildet ist. Das diffraktive opti
sche Abbildungselement besteht gemäß einer Weiterbildung der
Erfindung aus einer holografischen Folie, die vorzugsweise
auf das Trägerelement aufgeklebt ist.
Andere Ausgestaltungen der Erfindung beziehen sich auf die
lichtempfindlichen optischen Sensoren, die vorzugsweise un
mittelbar an der der oder den Lichtquellen zugewandten Seite
des Trägerelements angeordnet sind, um einen möglichst kurzen
Strahlengang von der Meßebene zu den Signalerzeugern zu er
halten. Als Lichtquellen und als lichtempfindliche optische
Sensoren sind vorzugsweise Laserdioden vorgesehen, die für
den Aufbau einer kleinen und kostengünstigen optischen Vor
richtung für die genannten Zwecke besonders geeignet sind.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestell
ten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Im einzelnen zeigen
Fig. 1 eine optische Vorrichtung gemäß der Erfindung mit ei
ner einzigen Lichtquelle, sowie
Fig. 2 eine optische Vorrichtung gemäß der Erfindung mit
mehreren Lichtquellen.
Die optische Vorrichtung gemäß Fig. 1 weist eine einzige
Lichtquelle 1 zur Erzeugung eines Lichtstrahls 4, ein zwi
schen der Lichtquelle 1 und einer abzutastenden Vorlage 2 an
geordnetes transparentes Trägerelement 10, sowie an der der
Lichtquelle 1 zugewandten Oberseite des Trägerelements vorge
sehene lichtempfindliche optische Sensoren 9, 9′ auf. Die
Meßebene mit der jeweils zu erfassenden mikrostrukturierten
Vorlage 2, deren faserige Papierstruktur im Mikrometerbereich
lokal erkennbar ist, befindet sich unterhalb des Trägerele
ments 10.
Die mikrostrukturierten Vorlagen 2 werden von einer nicht
dargestellten Transportvorrichtung, bestehend beispielsweise
aus Transportrollen oder -bändern, an der optischen Vorrich
tung zur Erzeugung der Meßsignale vorbeibewegt. Der grund
sätzliche Aufbau der optischen Vorrichtung ändert sich nicht,
wenn die Lage der Lichtquelle 1 und der mikrostrukturierten
Vorlagen 2 räumlich vertauscht werden, so daß der Transport
der Vorlagen 2 oberhalb des Trägerelements 10 erfolgt.
Das als Kunststoffteil oder Glasplatte bzw. Glasscheibe aus
gebildete Trägerelement 10 weist an seiner der Lichtquelle 1
zugewandten Oberseite ein erstes diffraktives optisches Ab
bildungselement 8 auf, das den von der Lichtquelle 1 erzeug
ten Lichtstrahl 4 in beispielsweise zwei Teillichtstrahlen 5,
5′ teilt. An der der Vorlage 2 zugewandten Unterseite des
Trägerelements 10 ist ein zweites diffraktives optisches Ab
bildungselement 7 angeordnet, das die das Trägerelement 10
durchdringenden Teillichtstrahlen 5, 5′ auf zwei in Trans
portrichtung gegeneinander versetzte Meßpunkte 3, 3′ der je
weiligen Vorlage ablenkt.
Das jeweilige diffraktive optische Abbildungselement 7 bzw. 8
besteht bevorzugt aus einer holografischen Folie mit einer
Dicke von ca. 20 µm, die in beliebiger Länge bzw. Breite auf
das Trägerelement 10 auf klebbar ist. Der Abstand zwischen den
beiden Meßpunkten 3, 3′ beträgt beispielsweise 100 bis 300 µm,
während der Meßpunkt selbst eine Ausdehnung von ca. 10 µm auf
weist. Das aus Kunststoff bzw. Glas bestehende transparente
Trägerelement 10 besitzt eine Dicke von 0,5 bis 1 mm.
Die beiden von dem an der Unterseite des Trägerelements 10
befindlichen diffraktiven optischen Abbildungselement 7 auf
die Vorlage 2 umgelenkten Teillichtstrahlen 5, 5′ werden an
den auf der Vorlage 2 versetzt angeordneten Meßpunkten 3, 3′
als Lichtstrahlen 6, 6′ reflektiert. Die reflektierten Licht
strahlen 6, 6′ treffen auf das an der Unterseite des Träger
elements angeordnete diffraktive optische Abbildungselement
7, von dem sie durch das Trägerelement 10 hindurch auf die
beiden lichtempfindlichen optischen Sensoren 9, 9′ abgelenkt
werden. Die beiden Mikroreflektionssignale, die von den Sen
soren 9, 9′ aufgenommen werden, sind zueinander zeitlich ver
schoben, so daß sich aus deren Korrelation zusammen mit dem
bekannten Abstand der beiden versetzten Meßpunkte 3, 3′ die
Transportgeschwindigkeit ermitteln läßt.
Der wesentliche Vorteil der optischen Vorrichtung gemäß Fig.
1 liegt in dem kleinen und einfachen Aufbau der aus Träger
element 10 und diffraktiven optischen Abbildungselementen 7,
8 bestehenden Mikrooptik, die je nach Anwendung mehrere opti
sche Funktionen auf ein- und demselben Trägersubstrat umfaßt.
Durch die Verwendung von Laserdioden für die Lichtquelle 1
und die Sensoren 9, 9′ läßt sich die optische Vorrichtung
außerdem kostengünstig herstellen.
Die optische Vorrichtung gemäß Fig. 2 weist gegenüber der
Anordnung in Fig. 1 mehrere Lichtquellen 1, 1′ zur Erzeugung
von entsprechend vielen Lichtstrahlen 5, 5′ auf. Die bei
spielsweise von zwei Laserdioden erzeugten beiden Laser
strahlen durchdringen das transparente Trägerelement 10 und
treffen unmittelbar auf das an der der Vorlage 2 zugewandten
Seite des Trägerelements 10 angeordnete diffraktive optische
Abbildungselement 7 auf. Mit Hilfe des diffraktiven optischen
Abbildungselements 7 werden zum einen die jeweils Laserlicht
führenden Strahlen 5, 5′ unmittelbar auf die gegeneinander
versetzt angeordneten Meßpunkte 3, 3′ der Vorlage 2 fokus
siert und zum anderen die von den beiden Meßpunkten 3, 3′ je
weils reflektierten Laserstrahlen 6, 6′ zwei Laserdioden 9,
9′ umgelenkt.
Die Sensoren 9, 9′ befinden sich ihrerseits unmittelbar an
der den Lichtquellen 1, 1′ zugewandten Seite des Trägerele
ments 10, um insgesamt einen möglichst kurzen Strahlengang
sowie eine kompakte Miniaturoptik zu erzielen. Dennoch können
die vorzugsweise aus Laserdioden ausgebildeten Sensoren 9, 9′
losgelöst von dem Trägerelement 10 angeordnet sein.
Die beiden auf die gegeneinander versetzten Meßpunkte 3, 3′
fokussierten Lichtstrahlen 5, 5′ werden in den Vorrichtungen
gemäß Fig. 1 und Fig. 2 der jeweiligen Vorlage 2 vorzugs
weise parallel zugeführt, so daß die vorgegebene Distanz der
beiden Meßpunkte 3, 3′ auf der jeweiligen Vorlage 2 nicht vom
Abstand der das diffraktive optische Abbildungselement 7, das
transparente Trägerelement 10, sowie die Sensoren 9, 9′ auf
weisenden Optik zur Meßebene abhängt.
Claims (10)
1. Optische Vorrichtung zur Bereitstellung von Meßsignalen
für eine Bestimmung der Transportgeschwindigkeit von mikro
strukturierten Vorlagen (2) mit
- - wenigstens einer Lichtquelle (1, 1′) zur Erzeugung von Lichtstrahlen (4 bzw. 5, 5′),
- - einem zwischen der oder den Lichtquellen (1, 1′) und der Vorlage (2) angeordneten transparenten Trägerelement (10) mit einem auf seiner der Vorlage (2) zugewandten Seite vor gesehenen diffraktiven optischen Abbildungselement (7), das einfallende Lichtstrahlen (5, 5′) auf mehrere, in Trans portrichtung gegeneinander versetzte Meßpunkte (3, 3′) der Vorlage (2) fokussiert, sowie mit
- - lichtempfindlichen optischen Sensoren (9, 9′) zum Empfang der an den versetzten Meßpunkten (3, 3′) der Vorlage (2) re flektierten, von dem diffraktiven Abbildungselement (7) auf die Sensoren (9, 9′) abgelenkten Lichtstrahlen (6, 6′).
2. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf der der Lichtquelle (1) zugewandten Seite des Träger
elements (10) ein weiteres diffraktives optisches Abbildungs
element (8) angeordnet ist, das einen von der Lichtquelle (1)
erzeugten Lichtstrahl (4) in mehrere Teillichtstrahlen (5,
5′) aufteilt und jeden Teillichtstrahl (5, 5′) auf das an der
der Vorlage (2) zugewandten Seite des Trägerelements (10)
vorgesehene diffraktive optische Abbildungselement (7) fo
kussiert.
3. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß für mehrere einfallende, von dem diffraktiven optischen
Abbildungselement (7) fokussierte Lichtstrahlen (5, 5′) eine
entsprechende Anzahl von Lichtquellen (1, 1′) vorgesehen ist.
4. Optische Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das an der der Vorlage (2) zugewandten Seite des Träger
elements (10) angeordnete diffraktive optische Abbildungsele
ment (7) die einfallenden Lichtstrahlen (5, 5′) parallel zu
einander auf die Meßpunkte (3, 3′) der Vorlage (2) fokussiert.
5. Optische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An
sprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Trägerelement (10) als Kunststoffteil ausgebildet
ist.
6. Optische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An
sprüche,
dadurch gekennzeichnet,daß das Trägerele
ment (10) als Glasplatte oder -scheibe ausgebildet ist.
7. Optische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An
sprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das diffraktive optische Abbildungselement (7 bzw. 8) aus
einer holographischen Folie besteht.
8. Optische Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die holographische Folie auf das Trägerelement (10)
aufgeklebt ist.
9. Optische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An
sprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die lichtempfindlichen optischen Sensoren unmittelbar an
der der oder den Lichtquellen (1, 1′) zugewandten Seite des
Trägerelements (10) angeordnet sind.
10. Optische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An
sprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Lichtquellen (1, 1′) und als lichtempfindliche opti
sche Sensoren (9, 9′) Laserdioden vorgesehen sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19924240735 DE4240735C2 (de) | 1992-12-03 | 1992-12-03 | Optische Vorrichtung zur Bereitstellung von Meßsignalen |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4240735C2 DE4240735C2 (de) | 1996-07-11 |
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---|---|
DE (1) | DE4240735C2 (de) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO1996002009A1 (en) * | 1994-07-08 | 1996-01-25 | Forskningscenter Risø | An optical measurement method and apparatus |
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1992
- 1992-12-03 DE DE19924240735 patent/DE4240735C2/de not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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---|---|
DE4240735C2 (de) | 1996-07-11 |
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