CN101848299B - 用于使平坦物体成像的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在印刷机中使平坦物体(2)、例如纸张成像的装置，具有光源(16)、优选LED-行(24)、透镜(3)和图像传感器(4)。物体平面(5)与透镜轴线(11)之间的角度(A)是低平的，即小于45°；光源(16)在近的第一区域(17)中以第一波长的光(18)照亮平坦物体(2)；光源(16)在远的第二区域(19)中以第二波长的光(20)照亮平坦物体(2)；第一波长短于第二波长(优选：蓝和红光谱范围)；第一区域(17)比述第二区域(19)更靠近图像传感器(4)设置。本发明的装置允许在充分利用透镜(3)的色差的情况下以有利的方式使图像传感器的通过所谓的沙伊姆弗勒条件要求的偏转角度(B)减小。

Description

用于使平坦物体成像的装置

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1前序部分的特征的装置。

背景技术

在承印物处理机、例如印刷机中，平坦的承印物、页张或卷筒纸必须在其输送过程中被监视。为此通常使用传感器或摄像机，它们也允许监视难于接近的位置。但是，由于结构空间狭窄通常仅允许将传感器或摄像机设置在所述输送路径的侧面，从而所述成像并且由此所述监视仅能以低平的角度进行。

在图1中(参见所属的附图说明)示出，在小的或低平的观察角度下摄取平坦物体的图像仅在遵守所谓的沙伊姆弗勒条件的情况下允许近区域或远区域的清晰成像。由此，按照沙伊姆弗勒条件导致太大的图像传感器偏转角度并且从而常常导致较差的光效率。

US 5,526,458教导了一种以沙伊姆弗勒布置的光导元件，其为了引导光而包括紧密地捆扎的光学纤维的场。该元件包括平行的进入面和排出面，所述纤维在一个弯曲的轨道上在所述进入面和排出面之间延伸。因此，进入的光以改变的角度离开该元件并且垂直地击中设置在下游的检测器。然而在该技术方案中需将偏转的纤维进入面的由于有限制的数字的孔径的光损失考虑在内。

WO 2007/035472A2表明了一种技术方案，其中，在使合适的物体成像时使用在光学上较密的棱镜来缩短光路的部分。

DE 68926664T2描述了一种用于条形码扫描器的检测器装置和照明系统，其具有大的景深。照明装置113产生处于窄频率范围的光并且被设置用于沿着第一沙伊姆弗勒平面相对于聚焦装置119投影一个光层以照亮条纹。

DE 4304815公开了一种用于借助由多个设置在一个平面中的光点构成的光源例如发光二极管行来测量物体高度轮廓的光学传感器，这些发光二极管也可以具有不同的波长。反射光的成像在遵守所谓的沙伊姆弗勒条件的情况下实现。

发明内容

在该背景下并且从所述现有技术出发，本发明的目的是，提供一种相对于现有技术改进的、用于使平坦物体成像的装置，该装置允许在遵守沙伊姆弗勒条件的情况下实现传感器的良好光效率并且从而实现高的敏感度。

按照本发明，所述目的通过具有权利要求1特征的装置实现。本发明的有利的进一步构型可由从属权利要求以及由说明书和附图中得出。

本发明的用于使平坦物体如承印物页张成像的装置具有光源、透镜和图像传感器，其中，物体平面与透镜轴线之间的(观察)角度是低平的，即小于45°；光源在第一区域中以第一波长的光照亮所述平坦物体；光源在第二区域中以第二波长的光照亮所述平坦物体；所述第一波长短于所述第二波长；并且所述第一区域比所述第二区域更靠近图像传感器地设置。

本发明的装置以有利的方式允许在遵守沙伊姆弗勒条件的情况下实现传感器的良好光效率并且从而实现高的敏感度：按照本发明使用两个彼此不同的波长以有利的方式允许在充分利用所谓的透镜色差的情况下以有利的方式减小图像传感器的通过沙伊姆弗勒条件所要求的偏转角度，由此改善图像传感器的敏感度。

本发明装置的在产生彼此不同的波长方面有利的并且从而优选的进一步构型的特征可在于：光源具有至少两个发光元件。

本发明装置的在产生多个彼此不同的波长方面有利的、另外的并且从而优选的进一步构型的特征可在于：光源具有发光元件的一维的行或两维的场。

本发明装置的对于能量有效地且成本低廉地产生分别基本上单色的光有利的并且从而优选的进一步构型的特征可在于：发光元件构造为发光二极管。

本发明装置的另一有利的并且从而优选的进一步构型的特征可在于：第一发光元件产生基本上处于蓝色光谱范围中的光并且第二发光元件产生基本上处于红色光谱范围中的光。因为蓝色光和红色光由于透镜的色差导致在按照沙伊姆弗勒偏转的图像平面的最大在前面或最大在后面的图像点，所以通过使用这些可视光谱边界的不同波长可实现偏转角度的最大程度的降低。此外，也可以用紫外光和红外光工作，如果图像传感器被设计用于检测所述光的话。

本发明装置的对于大面积物体如大印刷规格的成像有利的并且从而优选的进一步构型的特征可在于：光源具有三个或更多发光元件并且产生近似连续的波长变化曲线。

本发明装置的另一有利的并且从而优选的进一步构型的特征可在于：光源设置在平坦物体的上方并且传感器设置在平坦物体的旁边。

本发明装置的另一有利的并且从而优选的进一步构型的特征可在于：图像传感器与透镜平面之间的(偏转)角度小于约30°或小于约20°。

在本发明的范围内还提出了一种承印物处理机——例如印刷机、特别是用于平版胶印的处理页张的轮转印刷机或者例如印后处理机，其特征在于至少一个如上参照本发明所述的装置。

本发明的承印物处理机的在结构空间狭小时有利的并且从而优选的进一步构型的特征可在于：所述装置的包括透镜和图像传感器的摄像机基本上在侧面设置在承印物输送路径旁边。

所述的本发明及本发明的所述有利的进一步构型也彼此任意组合地构成本发明的有利的进一步构型。例如本发明装置的一个优选的实施方式可以包括权利要求1、3(场代替行)、4、6、7和8的全部特征。

附图说明

下面参照附图借助于至少一个优选实施例来详细描述本发明及本发明的其它在结构上和/或功能上有利的进一步构型。在附图中，彼此相应的元件设有分别相同的参考标号。

附图表示：

图1是装置的示意图；和

图2是本发明装置的一个实施例的示意图。

具体实施方式

图1示出一个用于使平坦物体2成像的装置，其具有透镜3(或物镜3)和图像传感器4。根据所谓的沙伊姆弗勒条件，物体平面5、透镜或物镜平面6和图像平面7必须相交于一交线8，从而物体平面5的每个物点9通过假定为理想的透镜3成像到图像平面7的一个清晰的图像点10中。在实际情况中，物点9不允许离透镜3的中心轴线11太远，以便避免不期望的、不能容忍的成像误差。

如果观察物体平面5与透镜轴线11之间的角度A(下面称为：观察角度)、图像传感器4与透镜平面6的角度B(下面称为：偏转角度)以及它们彼此间的关系，则由待遵守的沙伊姆弗勒条件得出：偏转角度B随着观察角度A的减小而增大。在此该偏转角度B可以具有约45°至超过约80°的值。

如果要将平坦物体2、例如承印物如页张形式或卷筒纸形式的纸、纸板或薄膜在机器12、例如印刷机或印后处理机中进行成像，则用于成像的装置1的设置可能性由于狭窄的结构空间常常受到限制并且因此实际上常常需要将用于成像的装置1以低平的甚至非常低平的观察角度A进行设置。

在此将印刷机12中不可接近的或借助普通手段不能看进去的位置上的页张行进的监视称为例子：摄像机13(包括透镜3或物镜3和图像传感器4)在页张输送路径14的侧面并且以低平的观察角度A设置，以便能够检测页张2和/或其页张表面，因为在输送路径14上方不能提供足够自由的结构空间。

然而普通的CCD或CMOS图像传感器4不允许太大的偏转角度B——例如大于约20°至约30°，因为光效率或敏感度随着偏转角度B的增加而降低，特别是如果图像传感器4装备了所谓的微透镜-阵列15的话。可能的结果是不充分聚焦地成像。

图2示出本发明的用于使平坦物体2成像的装置1的一个优选实施例，其具有光源16、透镜3(或物镜3)和图像传感器4，其中，给出了小于45°的、低平的观察角度A。

按照本发明，光源16在第一区域17中以第一波长的光18并且在不同于第一区域17的第二区域19中以第二波长的光20照亮平坦物体2。为此可以规定：光源16具有至少两个发光元件21和22，优选发光二极管(LED或“发光的二极管”，其产生近似单色的光)。发光元件21和22可以设置在物体平面5上方并且从上面照亮平坦物体2。

按照本发明，所述第一波长短于所述第二波长。例如可以设置蓝色的或近紫外的LED(约380至约470纳米的波长)作为第一发光元件21并且设置红色的或近红外的LED(约630至约850纳米的波长)作为第二发光元件22。作为替代方案也可以使用激光或激光二极管来照明。

按照本发明，所述第一区域17(近区域)比所述第二区域19(远区域)更靠近图像传感器4或摄像机13地设置，正如可从图2中得出的那样。在透镜和图像传感器(或者说摄像机13)相对于平坦物体2或相对于平坦物体的侧边缘23在侧面设置方面这意味着：第一区域17比第二区域19更靠近该侧边缘23地设置。在此，所述侧边缘是所述平坦物体的平行于其输送方向的那个边缘。

本发明充分利用所谓色差的在其他情况下有干扰的影响，即，透镜3具有与波长相关的焦距：较短波长的光18在(按照沙伊姆弗勒)偏转的图像平面7前面聚焦于一点，而较长波长的光20在(按照沙伊姆弗勒)偏转的图像平面7后面聚焦于一点。由此，按照本发明，偏转角度B能够以有利的方式被选择得比仅仅按照沙伊姆弗勒条件所要求的小并且光效率得以改善。

此外，通过本发明允许简单地并且在考虑到通过色差引起的干扰方面使用未校正过的透镜3或物镜3来代替校正过的、所谓的消色差透镜。

在本发明的意义上也可以使用发光元件例如LED的一维的行24或两维的场25作为光源16，其中，产生多于两个(三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多)彼此不同的、用于照亮平坦物体2的波长。多于两个波长的使用能够以有利的方式被用来产生近似连续的波长改变并且从而沿着观察方向模拟连续的波长改变。

可用作图像传感器4的CCD或CMOS传感器具有相对小的尺寸、例如约11毫米的对角线，并且所使用的透镜3优选具有相对小的焦距。因此，该光学系统具有相对大的景深。由此，如果按照本发明使用两个波长来代替所述理想地连续的波长变化曲线，图像质量甚至也足够好。

附图标号表

1装置

2平坦物体

3透镜/物镜

4图像传感器

5物体平面

6透镜平面/物镜平面

7图像平面

8交线

9物点

10图像点

11透镜的中心轴线

12机器

13摄像机

14页张输送路径

15微透镜-阵列

16光源

17第一区域

18较短波长的第一光

19第二区域

20较长波长的第二光

21发光元件

22发光元件

23侧边缘

24发光元件-行

25发光元件-场

A观察角度

B偏转角度

Claims (10)

1.用于使平坦物体（2）成像的装置，其具有光源（16）和透镜（3）,其特征在于，

所述装置具有仅仅一个图像传感器（4），

物体平面（5）与透镜轴线（11）之间的角度（A）是低平的，即小于45°；

光源（16）在第一区域（17）中以第一波长的光（18）照亮所述平坦物体（2）；

光源（16）在第二区域（19）中以第二波长的光（20）照亮所述平坦物体（2）；

所述光源的具有第一波长的光和具有第二波长的光均投射到所述仅仅一个图像传感器上，

所述第一波长短于所述第二波长；并且

所述第一区域（17）比所述第二区域（19）更靠近所述仅仅一个图像传感器（4）地设置。

2.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述光源（16）具有至少两个发光元件（21，22）。

3.根据权利要求1至2之一的装置，其特征在于，所述光源（16）具有发光元件的行（24）或场（25）。

4.根据权利要求2的装置，其特征在于，所述发光元件（21，22，24，25）构造为发光二极管。

5.根据权利要求2的装置，其特征在于，第一发光元件（21）产生处于蓝色光谱范围中的光，并且第二发光元件（22）产生处于红色光谱范围中的光。

6.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述光源（16）具有三个或更多发光元件（21，22，24，25）并且产生近似连续的波长变化曲线。

7.根据权利要求1的装置，其特征在于，

所述光源（16）设置在所述平坦物体（2）上方；并且

图像传感器（4）设置在所述平坦物体（2）旁边。

8.根据权利要求1的装置，其特征在于，图像传感器（4）与透镜平面（6）之间的角度（B）小于30°或者小于20°。

9.承印物处理机，其特征在于根据权利要求1至8之一的装置（1）。

10.根据权利要求9的承印物处理机，其特征在于，所述装置（1）的包括透镜（3）和图像传感器（4）的摄像机（13）在侧面设置在承印物输送路径（14）旁边。

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