DE69017624T2

DE69017624T2 - Montierung für ein optisches gerät.

Info

Publication number: DE69017624T2
Application number: DE69017624T
Authority: DE
Inventors: Douglas Blanding
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1989-07-19
Filing date: 1990-07-13
Publication date: 1995-09-21
Anticipated expiration: 2010-07-14
Also published as: DE69017624D1; US4972079A; JPH04500871A; EP0434816A1; WO1991001507A3; EP0434816B1; WO1991001507A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halterung für eine optische Einrichtung, insbesondere auf eine Halterung für einen Bildwandler, auf dem photoelektrische Elemente angeordnet sind.
Bildwandler werden in verschiedenen Gerätetypen verwendet, um eine elektronische Aufzeichnung eines Bildes herzustellen. Bildwandler enthalten eine Anordnung von photoelektrischen Elementen, die im Verhältnis zu den anderen Elementen des Gerätes exakt ausgerichtet werden müssen. Zur Halterung der Bildwandler in Geräten wie Scannern wurden bereits verschiedene Arten von Halterungen entwickelt. Diese Halterungen liefern gewöhnlich eine Ausrichtung in der Ebene des Bildwandlers sowie eine Ausrichtung entlang einer optischen Achse. Eines der größten Probleme bekannter Halterungen ist, daß eine beträchtliche Geschicklichkeit vonnöten ist, um die Ausrichtung richtig vorzunehmen, und daß die Halterungen daher nicht für Anwendungen geeignet sind, bei denen keine geschulten Techniker für die Ausrichtung zur Verfügung stehen.
In US-A-4,318,135 wird eine Erfindung für ein Ausrichtungssystem für Scanner-Anordnungen dargestellt. Zeilenförmig angeordnete photoelektrische Elemente werden auf einen Träger montiert, der wiederum an einem frei gelagerten Block angebracht ist. Über Gewindeteile kann der Block bewegt werden, so daß die Anordnung in drei Freiheitsgraden in der Ebene der Anordnung ausgerichtet werden kann. Die Blöcke können auch in einer Ebene senkrecht zur Ebene der Anordnung mit Hilfe von axial zu verlängernden Schrauben ausgerichtet werden. Ein Problem der in diesem Patent dargestellten Halterung ist es, daß die Ausrichtung mit Hilfe jeweils eines der Gewindeteile eine Bewegung der Anordnung in mehr als einem Freiheitsgrad hervorruft. Die Ausrichtungen beeinflussen sich daher gegenseitig, und die Ausrichtung der Position der Anordnung gestaltet sich als schwieriger und zeitraubender Näherungsproseß.
DE-A-2,364,026 beschreibt ein Gerät zur Ausrichtung der Position eines Schlittens auf einer Halterung. Wie in Fig. 3 und 4 des besagten Dokuments dargestellt, sind zwei bewegliche, aneinander stoßende Vorrichtungen vorgesehen, so daß sich eine Linie der Parallelverschiebung parallel zu einer Seite des Schlittens une ein Mittel zur Parallelverscheibung für die Verschiebung entlang der besagten Linie ergeben.
US-A-4,088,396 beschreibt eine Halterung zur unabhängigen rechwinklingen Ausrichtung einer Winkelposition eines optischen Elements. Wie in den Fig. 10-12 beschrieben, enthält dieses Gerät eine Grundplatte und einen Tragrahmen, die über zwei Federn gegeneinander gespannt werden, sowie ein Paar unabhängig ausrichtbare Mittle, die in einem Winkel von im wesentlichen 90º zueinander angeordnet sind. Die besagte Grundplatte ist rechwinklig zu den Achsen drehbar, die durch die geometrische Mitte des optischen Elementes verlaufen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß der Definition in Anspruch 1 ist es, die oben angegebenen Probleme der herkömmlichen Bauarten zu überwinden und eine verbesserte Halterung für eine zeilenförmige Anordnung zu beiten.
Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung enthält eine Halterung mit einer Grundplatte zur Aufnahme einer zeilenförmigen Anordnung ladungsgekoppelter Elemente (CCD). Die Grundplatte ist an einem Tragrahmen befestigt und enthält Mittel zur Ausrichtung der Grundplatte relativ zum Tragrahmen in fünf unabhängigen Freiheitsgrade, so daß die zeilenförmige Anordnung in einem optischen Gerät wie zum Beispiel einem Scanner positioniert werden kann. Der Tragrahmen ist so angepaßt, daß er an die Konstruktionselemente eines Scanners angebracht werden kann.
Die Grundplatte kann relativ zum Tragrahmen in der Ebene des zeilenförmigen Bildwandlers mit Hilfe von drei Schrauben ausgerichtet werden, die durch den Tragrahmen mit der Grundplatte über ein Gewinde verbunden sind. Die Grundplatte wird über eine Druckfeder gegen die Schrauben gedrückt. Diese Feder ist so angeordnet, daß die Grundplatte gegen die Schrauben vorgespannt wird. Dabei wirkt auf jede der Schrauben die gleiche Kraft. Die Grundplatte kann relativ zum Tragrahmen auch entlang der optischen Achse ausgerichtet werden, das heißt rechtwinklig zur Ebene der zeilenförmigen Anordnung. Die Ausrichtung entlang der optischen Achse wird mit Hilfe von drei Schrauben am Tragrahmen erreicht, die gegen die Grundplatte gerichtet sind. Zwei Federn wirken in axialer Richtung, um die Grundplatte gegen die drei Schrauben vorzuspannen.
Ein wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß die Positionsausrichtungen eines optischen Gerätes über jeweils einen der fünf unabhängigen Freiheitsgrade durchgeführt werden kann, ohne daß das Gerät sich auch in einem anderen Freiheitsgrad mitbewegt. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden optischen Halterung ist es, daß dadurch außerordentlich exakte Möglichkeiten zur Positionierung gegeben sind, die relativ einfach und kostengünstig hergestellt werden können. Die Halterung gemäß der vorliegenden Erfindung ist besonders für den Einsatz in einem Gerät geeignet, in dem eine Vielzahl optischer Elemente so positioniert werden müssen, daß sie mit einem gemeinsamen Element in Wechselwirkung treten. Dies trifft zum Beispiel auf einen Scanner zu, in dem ein Objekt auf eine Vielzahl von CCD-Anordnungen abgebildet wird.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Teils der Halterung der vorliegenden Erfindung in einem Filmscanner;
Fig. 2 eine isometrische Darstellung der Grundplatte und des Tragrahmens der Halterung;
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Halterung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine isometrische Darstellung der Halterung gemäß der vorliegenden Erfindung in aufgelösten Einzelteilen und eines optischen Elements, das durch die Halterung gehalten wird;
Fig. 5 einen Querschnitt einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 6 ein schematisches Diagramm, das die möglichen Einstellungen zeigt, die mit der Halterung der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Scanners 11, der so ausgeführt ist, daß er eine optische Halterung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung aufnehmen kann. Die optische Halterung 10 kann in die Scannerkonstruktion (nicht dargestellt) so eingebaut werden, daß ein Bereich 21 auf einem Film 12 über eine Linse 16 auf eine zeilenförmige Anordnung 14 der Bildwandler abgebildet werden kann. Wie in Fig. 1 dargestellt, wird der Film 12 in Pfeilrichtung 15 transportiert, so daß die aufeinanderfolgenden Bereiche des Films 12 entlang der optischen Achse 17 positioniert werden.
Die zeilenförmige Anordnung 14 kann als CCD-Bildwandler ausgeführt werden, der eine Säule aus photoelektrischen Elementen e enthält (Fig. 6) sowie eine daneben liegende Säule von CCD-Elementen (nicht dargestellt), die so angeordnet sind, daß sie die Signale aus dem Gerät verlagern. Ein Gerät, das für die Verwendung der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist der zeilenförmige CCD- Bildwandler KLI-5001A/B von der Firma Eastman Kodak Co., Rochester, New York. Die Anordnung 14 wird auf einer Grundplatte 22 angebracht, die von einem Tragrahmen 24 gehalten wird. Tragrahmen 24 ist so ausgeführt, daß er auf die Scannerhalterungskonstruktion (nicht dargestellt) montiert werden kann.
Wie aus den nachfolgenden Ausführungen ersichtlich wird, kann die Halterung 10 an fünf Freiheitsgraden ausgerichtet werden. Die Halterung 10 kann an zwei Freiheitsgraden ausgerichtet werden, um die Elemente e der Anordnung in der Richtung, in der der Film eingezogen wird (x-Achse in Fig. 1), zu positionieren. Sie kann an einem dritten Freiheitsgrad ausgerichtet werden, um die Anordnung in einer Richtung quer zum Filmeinzug (y-Achse) auszurichten, sowie in zwei Drehfreiheitsgraden zur Ausrichtung des Fokus der Elemente e der Anordnung 14 entlang der z-Achse.
Die Anordnung 14 wird in einer Aussparung 19 auf der Grundplatte 22 aufgenommen. Die Ausrichtungen in der Ebene der Anordnung 14 (x- und y-Achse) können mit Hilfe der Schrauben 26, 28 und 30 durchgeführt werden. Die Schrauben 26, 28 und 30 werden entsprechend in den Vorsprüngen 32, 34 und 36 auf dem Tragrahmen 24 mit Gewinden befestigt. Wie in Fig. 3 gezeigt, befinden sich am Ende der Schrauben 26, 28 und 30 Kugeln 27, damit die Reibung an den Kontaktflächen mit der Grundplatte 22 verringert wird. Es ist auch möglich, auf die Kugeln 27 zu verzichten und die Schrauben direkt in Kontakt mit der Grundplatte 22 zu bringen. In einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 6, und wie nachfolgend beschrieben, wird der Kontakt mit der Grundplatte 22 über flexible Drähte hergestellt. In einer zylindrischen Aussparung 41 der Grundplatte 22 wird eine Druckfeder 40 aufgenommen. Die Feder 40 stößt gegen einen Anschlag 42 auf dem Tragrahmen 24. Die Feder 40 ist so ausgeführt, daß die Grundplatte 22 mit den Schrauben 26, 28 und 30 in Berührung bleibt. Wie in Fig. 3 dargestellt, wird die Kraft der Feder 40 gegen die Grundplatte 22 in einem Winkel Q gerichtet. Diese Winkel Q ist so berechnet, daß auf jede der Schrauben 26, 28 und 30 genau dieselbe Federkraft ausgeübt wird.
Die Ausrichtung der Anordnung 14 entlang der optischen Achse 17 (z-Achse) kann mit Hilfe der Schrauben 62 und 64 durchgeführt werden. Wie in Fig. 4 gezeigt, werden die Schrauben 62 und 64 in den Tragrahmen 24 geschraubt, so daß sie gegen die untere Oberfläche der Grundplatte 22 gerichtet sind. Die Grundplatte 22 wird außerdem von einer dritten Schraube 60 gehalten, die fest angebracht ist und für die Ausrichtung der Anordnung 14 nicht verwendet wird. Die Grundplatte 22 wird mit Hilfe der Federn 70 und 72 gegen die Schrauben 60, 62 und 64 vorgespannt (siehe Fig. 2 und 4).
Die Ausrichtung der Anordnung 14 an den fünf Freiheitsgraden ist am besten aus den Fig. 1 bis 4 und dem schematischen Diagramm aus Fig. 6 ersichtlich. Es ist aus den Fig. 3 und 6 ersichtlich, daß eine Ausrichtung der Anordnung 14 in der Richtung quer zum Einzug (entlang der y-Achse) durch Drehen der Schraube 30 erreicht werden kann. Soll eine Ausrichtung in Richtung des Einzugs vorgenommen werden (x-Achse), so kann die Anordnung 14 durch Drehen der Schrauben 26 und 28 bewegt werden. Wie in Fig. 3 und 6 gezeigt, sind die Schrauben 28 und 26 so im Verhältnis zu Anordnung 14 angeordnet, daß sie in einer Linie mit den photoelektrischen Elementen e&sub1; beziehungsweise en ausgerichtet sind. Die Elemente e&sub1; und en liegen jeweils an den beiden äußersten Enden der zeilenförmigen Anordnung der photoelektrischen Elemente e. Dadurch kann eine der beiden Schrauben 26 oder 28 bewegt werden, um die Position des neben der betreffenden Schraube liegenden Elements e auszurichten. Eine solche Bewegung verändert jedoch nicht die Position des neben der jeweils anderen Schraube liegenden Elements e.
Zusätzlich zur Ausrichtung der Anordnung 14 in der Ebene der Anordnung an den drei Freiheitsgraden kann die Anordnung 14 auch an den beiden Drehfreiheitsgraden ausgerichtet werden, um den Fokus der Anordnung entlang der z-Achse zu verändern. Wie in Fig. 6 zu sehen ist, kann die Winkelausrichtung der Anordnung 14 an der Achse 90 mit Hilfe der Schraube 62 ausgeführt werden; mit dieser Ausrichtung kann der Fokus des photoelektrischen Elementes e&sub1; am neben der Schraube 30 liegenden Ende der Anordnung 14 eingestellt werden. Die Winkelausrichtung der Anordnung 14 kann auch über die Achse 92 zur Ausrichtung des Fokus des photoelektrischen Elementes en entlang der z-Achse durchgeführt werden. Diese Ausrichtung kann durch Drehen der Schraube 64 durchgeführt werden. Die beiden Achsen 90 und 92 liegen in der Ebene von Anordnung 14, in einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung sind die Achsen 90 und 92 rechtwinklig zueinander. Die Achse 90 verläuft zwischen den Drehachsen der Schrauben 60 und 64, die Achse 92 verläuft zwischen den Drehachsen der Schrauben 60 und 62.
In Fig. 5 wird ein Mittel gezeigt, mit dem die Anordnung 14 wirkungsvoll an einem Freiheitsgrad zur Verwendung in einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung bewegt werden kann. In allen anderen Aspekten entspricht die zweite Ausführung der oben bereits dargestellten Ausführung. Wie in Fig. 5 gezeigt, ist ein biegsamer Draht 75 an einem Ende an einem Ring 76 mit Hilfe einer Einstellschraube 78 befestigt. Der Ring 76 wiederum ist mit einer Einstellschraube 80 auf der Grundplatte 22' befestigt. Die Grundplatte 22' ist so ausgeführt, daß sie eine zeilenförmige Anordnung von Bildwandlern (nicht dargestellt) aufnehmen kann. Der biegsame Draht 75 ist am gegenüberliegenden Ende an einer Hülse 82 befestigt. Ein sechskantig ausgeführtes Ende 81 der Hülse 82 wird in einer sechskantigen Bohrung 83 in einem zylindrischen Element 85 aufgenommen, das in den Vorsprung 92' eingebracht und mit einem Gewinde versehen ist. Eine Schraube 26' wird in die Hülse 82 geschraubt, und die Position der Grundplatte 22' kann durch Drehen der Schraube 26' verändert werden. Eine Feder 89 verläuft zwischen dem Ende 81 und dem Element 85, um das Spiel der Schraube 26' und der Hülse 82 zu verringern. Der biegsame Draht 75 nimmt axiale Kräfte mit einer hohen Steifigkeit auf, während eine geringe radiale Verschiebung durch eine Verbiegung in S-Form möglich ist. Ein Ring 84 unterhalb der Mitte des gespannten Drahtes verringert die Länge des Drahtes 75, auf die eine Knicklast ausgeübt wird, und erhöht so die Knickfestigkeit bei Druckbeanspruchung.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird ersichtlich, daß die optischen Halterungen der vorliegenden Erfindung ein wirksames Mittel zur Positionierung der Anordnung 14 an fünf Freiheitsgraden ist. Die Berührungspunkte für die Einstellschrauben und der Winkel der Vorspannfeder sind so angeordnet, daß die Ausrichtungen der Anordnung 14 an einem Freiheitsgrad durchgeführt werden können, ohne die Anordnung gleichzeitig an den anderen Freiheitsgraden zu bewegen.

Claims

1. Optische Einrichtung mit einer Halterung, die aus einem Tragrahmen (24) besteht, der eine Grundplatte (22) trägt und Mittel (26, 27, 28, 30) aufweist zum Ausrichten der Grundplatte relativ zum Rahmen (24) in einer zu Grundplatte und Rahmen im wesentlichen parallelen Ebene in Richtung zweier senkrecht zueinander verlaufender Achsen (x, y), wobei die Ausrichtmittel Einstellmittel (26, 27, 28) zum Bestimmen einer ersten, zu einer (y) der beiden Achsen im wesentlichen parallel verlaufenden Richtung (y), und Bewegungsmittel (30, 27) zum Bewegen der Grundplatte (22) relativ zum Tragrahmen (24) in der ersten Richtung, und wobei die Einstellmittel zwei bewegbare Positioniermittel (26, 27 und 28, 27) aufweisen, von denen jedes in der jeweiligen zur ersten Richtung (y) im wesentlichen senkrechten Ebene so einstellbar ist, daß die Grundplatte in einer zur zweiten (x) der beiden Achsen parallelen Richtung verstellt werden kann, gekennzeichnet durch eine zeilenförmige auf der Grundplatte (22) befestigte Anordnung (14) photoelektrischer Elemente (e), die in einer mit der ersten Richtung (y) im wesentlichen übereinstimmenden Richtung ausgerichtet ist, wobei die beiden an den jeweiligen Endabschnitten der Anordnung befindlichen photoelektrischen Elemente (e&sub1;, en) in jeweils senkrecht zur ersten Richtung (y) verlaufenden Ebenen liegen.

2. Optische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionier- und Bewegungsmittel (26, 28, 30) jeweils einen an der Grundplatte (22) anliegenden Körper (27) aufweisen und Federmittel (40) vorgesehen sind, um die Grundplatte an den Körper (27) zu drücken.

3. Optische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionier- und Bewegungsmittel (26, 28, 30) jeweils mittels eines biegsamen Drahts (75) mit der Grundplatte (22) verbunden sind.

4. Optische Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch Ausrichtmittel (60, 62, 64) zum Einstellen der Lage der Grundplatte um zwei Schwenkachsen (90, 92), die sich in der zum Tragrahmen (24) im wesentlichen parallel liegenden Ebene erstrecken.

5. Optische Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwenkachsen (90, 92) senkrecht zueinander verlaufen.

6. Optische Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwenkachsen (90, 92) jeweils durch eines der beiden an den Endabschnitten der Anordnung (14) befindlichen photoelektrischen Elemente (3&sub1;, en) verlaufen.

7. Optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß Federmittel (72) die Grundplatte (22) gegen den Tragrahmen (24) drücken.