-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bildabtastvorrichtung mit einer Lichtquelle, die einen Lichtleiter hat.
-
STAND DER TECHNIK
-
Einige bekannte Bildabtastvorrichtungen haben eine Lichtquelle, die eine lineare Beleuchtungsposition eines Abtastobjekts mit Licht beleuchtet, einen Linsenkörper, der das Licht vom Abtastobjekt fokussiert, und einen Sensor, der das vom Linsenkörper fokussierte Licht empfängt. Die Bildabtastvorrichtung wird in einem Faksimilegerät, einem Kopierer, einem Scanner oder ähnlichem verwendet. Ein Lichtleiter wird oft in der Beleuchtungseinrichtung verwendet, die die Lichtquelle der Bildabtastvorrichtung ist.
-
Einige Lichtleiter zur Verwendung in der Beleuchtungseinrichtung haben einen abgestuften Endbereich, der mit einem Metallrohr abgedeckt ist (siehe z.B. Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift
JP 2011-253 699 A ). Alternativ dazu haben einige Lichtleiter einen Endbereich, der mit einem Band und mit einem Lichtabschirmungselement versehen ist (siehe z.B. Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift
JP 2011-249 020 A ).
-
Eine solche bekannte Beleuchtungsvorrichtung mit einer Struktur, bei der der abgestufte Endbereich des Lichtleiters mit dem Metallrohr bedeckt ist, erfordert die Installation des Metallrohrs. Dadurch erhöht sich die Anzahl der zu installierenden Komponenten, was einen Aufwand von erhöhter Komplexität darstellt. Eine andere bekannte Beleuchtungsvorrichtung, bei der der Lichtleiter mit einem zulaufenden Endbereich versehen und mit dem Lichtabschirmungselement versehen ist, muss am Lichtleiterkörper selbst installiert werden, was eine Herausforderung von erhöhter Komplexität im Herstellungsprozess für den Lichtleiter darstellt.
-
In Anbetracht der oben genannten Umstände ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bildabtastvorrichtung mit einem Lichtleiter mit einem Endbereich mit stabilen optischen Eigenschaften ohne erhöhte Komplexität im Herstellungsprozess aufzuzeigen.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Die Bildabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt eine Linear-Lichtquelle, einen Linsenkörper und einen Sensor. Die Linear-Lichtquelle beleuchtet eine lineare Beleuchtungsposition eines Abtastobjektes mit Licht. Der Linsenkörper fokussiert das Licht des Abtastobjektes. Der Sensor empfängt das vom Linsenkörper fokussierte Licht. Die Linear-Lichtquelle besitzt einen Lichtleiter, einen Streukörper, einen Strahler, einen Stufenbereich und ein Lichtabschirmungselement.
-
Der Lichtleiter ist ein stabförmiger transparenter Körper, der sich entlang einer Hauptabtastrichtung des Sensors erstreckt und in der Hauptabtastrichtung das durch eine Endfläche des transparenten Körpers in den Lichtleiter eintretende Licht leitet. Der Streukörper ist entlang der Hauptabtastrichtung auf einer Oberfläche des Lichtleiters ausgebildet, die einer Beleuchtungspositionsseite des Lichtleiters entgegengesetzt ist, und streut das Licht. Der Strahler ist entlang der Hauptabtastrichtung auf einer Oberfläche des Lichtleiters zwischen dem Streukörper und der Beleuchtungsposition ausgebildet und strahlt das vom Streukörper gestreute Licht zur Beleuchtungsposition aus.
-
Der Stufenbereich ist von der Endfläche des transparenten Körpers entlang der Hauptabtastrichtung auf einer Seite des Lichtleiters ausgebildet, die der Seite der Beleuchtungsposition des Lichtleiters gegenüberliegt. Das Lichtabschirmungselement bedeckt einen Bereich des Strahlers des Lichtleiters. Dieser Bereich beinhaltet die Endfläche des transparenten Körpers und erstreckt sich in der Hauptabtastrichtung über den Stufenbereich hinaus und hat einen Endbereich, der sich außerhalb des Abtastbereichs des Sensors in der Hauptabtastrichtung befindet.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung stellt die Anordnung des Lichtabschirmungselementes eine Bildabtastvorrichtung dar, bei der die optischen Eigenschaften an einem Endbereich des Lichtleiters stabiler sind.
-
Figurenliste
-
Zum besseren Verständnis der Erfindung dient die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den folgenden Darstellungen.
- 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Bildabtastvorrichtung gemäß den Ausführungsformen 1 und 3;
- 2 ist ein Querschnitt der Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 1;
- 3 ist ein Querschnitt der Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 1;
- 4 ist ein Querschnitt durch die Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 1;
- 5 ist eine Explosionsdarstellung der Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 und 3;
- 6 ist ein Schaltplan der Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 1;
- 7 ist eine Darstellung, die die Beleuchtungspfade der Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
- 8 ist eine Darstellung, die die Beleuchtungspfade der Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
- 9 ist ein Teilquerschnitt des Lichtleiters der Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 1;
- 10 ist ein Teilquerschnitt des Lichtleiters der Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 2;
- 11 ist ein Teilquerschnitt des Lichtleiters der Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 2; und
- 12 ist ein Teilquerschnitt des Lichtleiters der Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 3.
-
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Ausführungsform 1
-
Eine Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1 bis 9 beschrieben. In allen Darstellungen weisen die gleichen Bezugszeichen auf gleiche oder gleichwertige Teile hin, und detaillierte Beschreibungen derselben werden weggelassen. In den Darstellungen geben X, Y und Z die Koordinatenachsen an. Die Richtung der X-Achse wird als Hauptabtastrichtung (Längsrichtung), die Richtung der Y-Achse als Unterabtastrichtung (Querrichtung) und die Richtung der Z-Achse als Abtasttiefenrichtung bezeichnet.
-
Als Ursprung der X-Achse wird die Mitte der Hauptabtastrichtung der Bildabtastvorrichtung angenommen. Der Ursprung der Y-Achse wird als die Mitte der Länge der Bildabtastvorrichtung in der Unterabtastrichtung angesehen. Der Ursprung der Z-Achse wird in der Übergabeposition eines Abtastobjektes 1, das mit der Bildabtastvorrichtung gescannt werden soll, angenommen.
-
In 1 bis 9 entspricht das Abtastobjekt 1 der Bildinformation eines Dokuments, einer Drucksache, von Papiergeld, Wertpapieren und anderen allgemeinen Dokumenten, einschließlich blattähnlicher Dinge wie z.B. eines Films. Das Abtastobjekt 1 ist ein mit Licht aus einer Linear-Lichtquelle 2 der Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 zu beleuchtendes Ziel und kann auch als Beleuchtungsziel 1 bezeichnet werden.
-
Das Abtastobjekt 1 ist ein Ziel zum Abtasten der Bildinformationen für die Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 1. Das Abtastobjekt 1 wird über eine Transferstrecke (Transferraum) in einer Transferrichtung, d.h. in Richtung der Y-Achse, relativ zur Bildabtastvorrichtung, transportiert. Die Transferrichtung kann als Unterabtastrichtung bezeichnet werden. Die Richtung, die die Unterabtastrichtung kreuzt, vorzugsweise senkrecht zur Unterabtastrichtung, ist die Hauptabtastrichtung der Bildabtastvorrichtung.
-
In 1 bis 9 beleuchtet die Linear-Lichtquelle 2 eine lineare Beleuchtungsposition auf dem Abtastobjekt 1 mit Licht. Ein Linsenkörper 3 fokussiert das Licht vom Abtastobjekt 1. Die Richtung der optischen Achse des Linsenkörpers 3 oder die Richtung der Z-Achse bezieht sich auf eine Richtung, in der das vom Abtastobjekt 1 kommende Licht zuerst eine Komponente (einen Bereich) des Linsenkörpers 3 erreicht. Anders ausgedrückt, die Richtung der optischen Achse kann die Höhenrichtung der Bildabtastvorrichtung sein. Mit anderen Worten, die Richtung der optischen Achse kann die Richtung der Abtasttiefe der Bildabtastvorrichtung sein, wie oben beschrieben. Die Richtung der optischen Achse kreuzt die Hauptabtastrichtung und die Unterabtastrichtung und verläuft vorzugsweise senkrecht dazu.
-
Die Ausführungsform 1 sieht als Beispiel für den Linsenkörper 3 einen Linsenkörper vor, der das von der Linear-Lichtquelle 2 ausgesandte und vom Abtastobjekt 1 reflektierte, insbesondere gestreute und reflektierte Reflexionslicht fokussiert. Alternativ kann der Linsenkörper 3 das von der Linear-Lichtquelle 2 ausgesandte und durch das Abtastobjekt 1 hindurchgelassene Transmissionslicht fokussieren. In diesem Fall wird das Abtastobjekt 1 oder der Transferpfad zwischen der Linear-Lichtquelle 2 und dem Linsenkörper 3 angeordnet. Die Linear-Lichtquelle 2 und der Linsenkörper 3 können in verschiedenen Gehäusen 6 untergebracht sein.
-
Das Gehäuse 6 wird später beschrieben. Die Ausführungsform 1 ist ebenfalls ein Beispiel, bei dem der Linsenkörper 3 aus einem Stablinsenarray besteht, das eine Anordnung mehrerer Stablinsen in der Hauptabtastrichtung ist, aber der Linsenkörper 3 ist nicht darauf beschränkt. So kann der Linsenkörper 3 beispielsweise mit einem optischen System aus einer Anordnung von Mikrolinsen ausgebildet werden, die die gleiche aufrechte Vergrößerung wie die einer Stablinsenanordnung hat, oder er kann mit einem reduzierenden optischen System von Linsen ausgebildet werden. Der Linsenkörper 3 ist nicht auf ein aufrechtes optisches System mit gleicher Vergrößerung oder ein optisches System mit reduzierter Vergrößerung beschränkt, und der optische Pfad kann durch die Anordnung eines Spiegels auf dem optischen Pfad des Linsenkörpers 3 umgelenkt werden.
-
In 1 bis 9 empfängt ein Sensor 4 das vom Linsenkörper 3 fokussierte Licht. Wenn der Linsenkörper 3 ein Stablinsen-Array oder ein Mikrolinsen-Array ist, wird der Sensor 4 vorzugsweise als Sensorelement-Array ausgebildet, in dem die Sensorelemente in der Hauptabtastrichtung angeordnet sind. Der Sensor 4 hat einen Abtastbereich mit einer vorgegebenen Breite oder einer effektiven Abtastbreite in der Hauptabtastrichtung.
-
Dieser Abtastbereich ist so beschaffen, dass dann, wenn der Sensor 4 beispielsweise das Sensorelement-Array ist, es Fälle gibt, in denen der Abtastbereich der Abstand zwischen einem Sensorelement, das sich an einem Endbereich in der Hauptabtastrichtung befindet, und einem Sensorelement ist, das sich am anderen Endbereich in der Hauptabtastrichtung befindet, und in denen der Abtastbereich eine Breite ist, die für die tatsächliche Abtastung im Sensorelement-Array verwendet wird. Eine Sensor-Platine 5 ist eine Platine, auf der der Sensor 4 ausgebildet wird. Das Gehäuse (Rahmen) 6 hält oder stützt die Linear-Lichtquelle 2, den Linsenkörper 3 und die Sensor-Platine 5.
-
In 1 bis 9 hat die Linear-Lichtquelle 2 mindestens einen Lichtleiter 21, einen Streukörper 22, einen Strahler 23, einen Stufenbereich 24 und ein Lichtabschirmungselement 25. Der Lichtleiter 21 ist ein stabförmiger, transparenter Körper, der sich entlang der Hauptabtastrichtung des Sensors 4 erstreckt und in der Hauptabtastrichtung das Licht leitet, das durch eine Endfläche des transparenten Körpers, d.h. durch eine Einfallsfläche, in den Lichtleiter 21 eintritt.
-
Der Streukörper 22, der das Licht streut, ist entlang der Hauptabtastrichtung auf einer Fläche des Lichtleiters 21 ausgebildet, die der linearen Beleuchtungspositionsseite des Lichtleiters 21 gegenüberliegt. Der Strahler 23 ist entlang der Hauptabtastrichtung auf einer Oberfläche des Lichtleiters 21 zwischen dem Streukörper 22 und der Beleuchtungsposition ausgebildet und emittiert das vom Streukörper 22 gestreute Licht zur Bel euchtungsposi ti on.
-
Der Stufenbereich 24 ist eine ausschnittartige Vertiefung, die aus der Stirnfläche des Lichtleiters 21 entlang der Hauptabtastrichtung auf einer Seite des Lichtleiters 21 ausgebildet ist, die der Seite der Beleuchtungsposition des Lichtleiters 21 gegenüberliegt. Das Lichtabschirmungselement 25 bedeckt einen Bereich des Strahlers 23 des Lichtleiters 21. Dieser Bereich beinhaltet die Endfläche des Lichtleiters 21 und erstreckt sich in der Hauptabtastrichtung über den Stufenbereich 24 hinaus und hat einen Endbereich, der sich in der Hauptabtastrichtung außerhalb des Abtastbereichs des Sensors 4 befindet.
-
Bei der unten beschriebenen Lichtleiterhalterung 26 sind sowohl das Lichtabschirmungselement 25 als auch die Lichtleiterhalterung 26 vorzugsweise aus weißem Harz ausgebildet.
-
Insbesondere wenn das Lichtabschirmungselement 25 mit der Lichtleiterhalterung 26 integriert oder zusammen aufgebaut ist, ist weißes Harz vorzuziehen. Da das Lichtabschirmungselement 25 auch als lichtundurchlässige Wand dient, kann der gleiche Effekt auch durch ein anderes Bauteil, z.B. ein weißes Band, erzielt werden. In diesem Fall kann das weiße Band direkt am Lichtleiter 21 angebracht werden.
-
Da die Verwendung eines Bauteils wie des weißen Bandes die Anzahl der Bauteile erhöht und den Aufbau leicht verkompliziert, wird das Lichtabschirmungselement 25 in der Ausführungsform 1 als Formteil angenommen. Das Lichtabschirmungselement 25 soll also eine Dicke haben, die groß genug zum Gießen aus Harz ist.
-
Vorzugsweise kann die Linear-Lichtquelle 2 auch die Lichtleiterhalterung 26 enthalten, die die Endfläche des Lichtleiters 21 abdeckt und den Lichtleiter 21 abstützt, wie in der Abbildung dargestellt. In 1 bis 9 hat die Lichtleiterhalterung 26 das bereits erwähnte Lichtabschirmungselement 25. Die Lichtleiterhalterung 26 hat auch einen Vorsprung 27, der dem Stufenbereich 24 entspricht. Der Vorsprung 27 ist ein Lichtabschirmungselement und vorzugsweise aus schwarzem Harz. Dies liegt daran, dass der Vorsprung 27 das aus dem Lichtleiter 21 austretende Licht zurückreflektiert, um das Licht wieder in den Lichtleiter 21 eintreten zu lassen.
-
Wie in 5 dargestellt, hat die Lichtleiterhalterung 26 vorzugsweise eine Struktur, die in einen Bereich, in dem das Lichtabschirmungselement 25 ausgebildet wird, und einen Bereich, in dem der Vorsprung 27 ausgebildet wird, unterteilt werden kann. Eine Stütze 26a, also der Bereich, in dem der Vorsprung 27 ausgebildet ist, wird mit einer Abdeckung 26b, also dem Bereich, in dem das Lichtabschirmungselement 25 ausgebildet ist, abgedeckt.
-
Ähnlich wie beim Lichtabschirmungselement 25 kann der gleiche Effekt durch ein anderes Element, z.B. schwarzes Band, erzielt werden, da der Vorsprung 27 auch als Lichtabschirmwand dient. In diesem Fall kann das schwarze Band direkt am Lichtleiter 21 angebracht werden. Die Verwendung eines Elements wie des schwarzen Bandes erhöht die Anzahl der Komponenten und verkompliziert den Aufbau leicht, weshalb der Vorsprung 27 in der Ausführungsform 1 als Formteil angenommen wird. Daher soll der Vorsprung 27 eine Dicke haben, die groß genug für das Gießen aus Harz ist.
-
Die Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 wird nachfolgend näher beschrieben. 1 ist eine perspektivische Darstellung einer Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 1. 2 ist ein Querschnitt entlang der Linie A-A' von 1, und 3 ist ein Querschnitt entlang der Linie B-B' von 1. 4 ist eine Darstellung, die eine andere Ansicht der Bildabtastvorrichtung in der YZ-Ebene zeigt als die Ansichten der 2 und 3.
-
Die YZ-Ebene ist die Ebene, die von der Y-Achse und der Z-Achse aufgespannt wird. 5 ist eine Explosionsdarstellung der Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 1. Die Bildinformationen des Abtastobjekts 1 werden von der Bildabtastvorrichtung gelesen. Die Linear-Lichtquelle 2 kann zusätzlich eine Lichtquelle 28 und eine Lichtquellenplatine 29 enthalten. Natürlich kann die Linear-Lichtquelle 2 auch Licht von einer externen Lichtquelle empfangen. Das heißt, die Lichtquelle 28 und die externe Lichtquelle können jede Lichtquelle sein, die die Endfläche des Lichtleiters 21 mit Licht beleuchtet.
-
Die Lichtquelle 28 und die externe Lichtquelle sind vorzugsweise Elemente, die auf der Lichtquellenplatine 29 und einer externen Lichtquellenplatinen ausgebildet werden, z.B. eine Leuchtdiode (LED), organische Elektrolumineszenzleuchte (EL) usw. Die Lichtquellenplatine 29 kann von der Lichtleiterhalterung 26 auf der Seite, die einer Lichtleiter 21-Einschubseite der Lichtleiterhalterung 26 gegenüberliegt, abgestützt oder daran befestigt werden. Als Lichtquelle 28 wird eine Lichtquelle verwendet, die rotes Licht (R), grünes Licht (G), blaues Licht (B), weißes Licht (H), ultraviolettes Licht (UV), infrarotes Licht (IR) oder ähnliches ausstrahlt, je nachdem, welche Bildinformationen durch das Scannen/Abtasten gelesen werden sollen.
-
Der Lichtleiter 21 besteht in allen Darstellungen z.B. aus Harz oder Glas und erstreckt sich in Richtung der X-Achse. Am Endbereich des Lichtleiters 21 in X-Richtung, speziell an der Endseite in X-Richtung, wird eine Einfallsfläche ausgebildet. Die Lichtquelle 28 ist der Einfallsfläche gegenüberliegend angeordnet. Das Licht der Lichtquelle 28 wird durch ein Durchgangsloch in der Lichtleiterhalterung 26 auf die Einfallsfläche gerichtet.
-
Wenn das von der Lichtquelle 28 ausgesandte Licht von einer weißen Lichtquelle stammt, kann Infrarotlicht, das für die Bildabtastung nicht benötigt wird, emittiert werden. Um dies zu beheben, kann ein Infrarot-Sperrfilter 7 zwischen der Lichtquelle 28 und der Auftrefffläche angeordnet werden, wie in der Abbildung dargestellt. Das Infrarot-Sperrfilter 7 kann an der Lichtleiterhalterung 26 abgestützt oder fixiert sein. Licht der durch das Infrarot-Sperrfilter 7 transmittierten Wellenlängen tritt durch die Einfallsfläche in den Lichtleiter 21 ein und wird durch den Lichtleiter 21 in Richtung der X-Achse geführt.
-
Der Lichtleiter 21 kann daher als transparenter Körper bezeichnet werden. Der Begriff transparent bedeutet hier eine Transparenzstufe, in der das Licht der Lichtquelle 28 geführt werden kann, wobei das Licht hier nicht auf sichtbares Licht beschränkt ist. Die in 1 und 5 dargestellte Lichtleiterhalterung 13 ist entweder eine Halterung ohne Durchgangsloch für die Lichtquelle 28 oder eine Halterung, in der die Lichtquelle 28 nicht angeordnet ist, aber der Grundaufbau der Lichtleiterhalterung 13 ist der gleiche wie der der Lichtleiterhalterung 26.
-
Einzelheiten sind in der Ausführungsform 3 beschrieben. In den Ausführungsformen 1 und 2 kann anstelle der Lichtleiterhalterung 13 die Lichtleiterhalterung 26 oder ein Halter mit anderer Struktur vorgesehen werden. Wenn das Gehäuse 6 auch als Lichtleiterhalterung 13 dient, kann die Lichtleiterhalterung 13 oder eine der Lichtleiterhalterung 13 entsprechende Halterung weggelassen werden.
-
Das in den Darstellungen abgebildete Beispiel des Lichtleiters 21 hat auf einer Seite in Z-Achsenrichtung eine ebene Fläche, auf der der in X-Achsenrichtung verlaufende Streukörper 22 ausgebildet ist. Das heißt, diese ebene Fläche ist im Querschnitt senkrecht zur X-Achse gesehen ein Liniensegment. Diese ebene Fläche kann auch so beschrieben werden, dass darauf der Streukörper 22 in Richtung der X-Achse ausgebildet wird. Der Streukörper 22 hat einen Streubereich mit einer vorbestimmten Länge in Richtung der Y-Achse.
-
Der Lichtleiter 21 besitzt auf der anderen Seite in Richtung der Z-Achse den Strahler 23, der sich in Richtung der X-Achse erstreckt und Licht nach außen hin vom Lichtleiter 21 emittiert. Der Lichtleiter 21 hat eine Seitenfläche, die sich in Richtung der X-Achse erstreckt und eine Verbindung zwischen dem Strahler 23 und der flachen Oberfläche, auf der der Streukörper 22 ausgebildet ist, herstellt. Die Seitenfläche hat eine parabolische Form, die in dem zur X-Achse senkrechten Querschnitt parabolisch ist. Die Seitenfläche ist eine reflektierende Oberfläche, auf der Licht vom Streukörper 22 in Richtung des Strahlers 23 reflektiert wird.
-
Am Ende der flachen Oberfläche in X-Richtung, auf der der Streukörper 22 ausgebildet ist, sind der Stufenbereich 24, der eine ausschnittartige Form hat und sich bis zur Einfallsfläche erstreckt, und das Lichtabschirmungselement 25 angeordnet, das eine lichtblockierende Wand der Abdeckung 26b ist, die am Ende des Gehäuses 6 in X-Richtung angeordnet ist.
-
Dieses Lichtabschirmungselement 25 verhindert, dass das von der Lichtquelle 28 ausgesandte Licht, das vom Strahler 23 emittiert wird, nach dem Eintritt in den Spalt zwischen dem Lichtleiter 21 und dem Gehäuse 6 an der flachen Oberfläche des Gehäuses 6 reflektiert und dann von der flachen Oberfläche, auf der der Streukörper 22 ausgebildet ist, in den Lichtleiter 21 eintritt. Der Lichtleiter 21 kann eine andere Form haben, z.B. eine säulenförmige oder prismatische Form.
-
Da die Linear-Lichtquelle 2 eine Struktur wie oben beschrieben aufweist, kann die Linear-Lichtquelle 2 als Beleuchtungseinrichtung bezeichnet werden. Die Linear-Lichtquelle 2 kann die Lichtquelle 28 enthalten. Das heißt, die Beleuchtungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 ist eine Beleuchtungseinrichtung für eine Bildabtastvorrichtung und beinhaltet den Linsenkörper 3 zur Fokussierung des Lichts vom Abtastobjekt 1 und den Sensor 4 zum Empfang des vom Linsenkörper 3 fokussierten Lichts.
-
Die Linear-Lichtquelle 2 zur Beleuchtung einer linearen Beleuchtungsposition des Abtastobjekts 1 mit Licht ist eine Beleuchtungseinrichtung, die den Lichtleiter 21, den Streukörper 22, den Strahler 23, den Stufenbereich 24 und das Lichtabschirmungselement 25 aufweist. Der Lichtleiter 21 ist ein stabförmiger transparenter Körper, der sich entlang der Hauptabtastrichtung des Sensors 4 erstreckt und in der Hauptabtastrichtung das durch die Endfläche des transparenten Körpers in den Lichtleiter 21 eintretende Licht leitet.
-
Der Streukörper 22 streut das Licht und ist entlang der Hauptabtastrichtung auf der Oberfläche des Lichtleiters 21 ausgebildet, die der Beleuchtungspositionsseite des Lichtleiters 21 gegenüberliegt. Der Strahler 23 ist entlang der Hauptabtastrichtung auf der Oberfläche des Lichtleiters 21 zwischen dem Streukörper 22 und der Beleuchtungsposition ausgebildet und strahlt das vom Streukörper 22 gestreute Licht zur Beleuchtungsposition aus. Der Stufenbereich 24 ist von der Endfläche des Lichtleiters 21 entlang der Hauptabtastrichtung auf der Seite des Lichtleiters 21 ausgebildet, die der Seite der Beleuchtungsposition des Lichtleiters 21 gegenüberliegt.
-
Das Lichtabschirmungselement 25 deckt einen Bereich des Strahlers 23 des Lichtleiters 21 ab. Dieser Bereich beinhaltet die Endfläche des Lichtleiters 21 und erstreckt sich in der Hauptabtastrichtung über den Stufenbereich 24 hinaus und hat einen Endbereich, der sich in der Hauptabtastrichtung außerhalb des Abtastbereichs des Sensors 4 befindet.
-
In der Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 wird der Linsenkörper 3 zwischen dem Abtastobjekt 1 und der Sensorplatte 5 angeordnet und mit einem Halteelement 8 wie einem Band oder einem Kleber am Gehäuse 6 gehalten. Der Linsenkörper 3 fokussiert das von der Beleuchtungseinrichtung ausgesandte und vom Abtastobjekt 1 reflektierte Licht und bewirkt, dass das fokussierte Licht ein Bild auf dem Sensor 4 erzeugt. In den Darstellungen ist der Linsenkörper 3 als Stablinsenarray mit der oben beschriebenen Anordnung des Arrays dargestellt.
-
Der Sensor 4 empfängt das vom Linsenkörper 3 fokussierte Licht, wandelt es durch photoelektrische Umwandlung um und gibt das elektrische Signal aus. Der Sensor 4 enthält einen Lichtempfänger 4a mit einem Halbleiterchip oder ähnlichem, sowie eine Treiberschaltung 4b oder ähnliches. Das Gehäuse 6, das zwischen der Sensor-Platte 5 und dem Linsenkörper 3 angeordnet ist, besteht aus Harz oder einem metallischen Flächenkörper. Das Gehäuse 6 blockiert das von der Außenseite der Bildabtastvorrichtung in den Sensor 4 einfallende Licht und verhindert das Eindringen von Staub oder ähnlichem in den Sensor 4.
-
Das Gehäuse 6 besitzt ein Paar flache Oberflächenbereiche 6b, ein Paar geneigte Bereiche 6c, und Seitenwandbereiche 6d. Die flachen Oberflächenbereiche 6b erstrecken sich in Richtung der X-Achse und sind mit einer Öffnung 6a versehen, die sich in Richtung der X-Achse zwischen den flachen Oberflächenbereichen 6b erstreckt. Die geneigten Bereiche 6c erstrecken sich von den Endbereichen der Öffnungsseiten der beiden flachen Oberflächenbereiche 6b in Richtung der Y-Achse nach oben zum Abtastobjekt 1 hin.
-
Die Seitenwandbereiche 6d erstrecken sich von den Endbereichen, die den entsprechenden Öffnungsseiten der flachen Oberflächenbereiche 6b gegenüberliegen, in Richtung der Y-Achse nach oben zum Abtastobjekt 1 hin. Die geneigten Bereiche 6c sind zur Öffnung 6a hin geneigt, wo sie sich näher an das Abtastobjekt 1 erstrecken. D.h. die geneigten Bereiche 6c haben eine Lücke, die sich in X-Achsenrichtung erstreckt. Der Abstand der Öffnung 6a in Y-Richtung wird mit zunehmender Annäherung an das Abtastobjekt 1 kleiner.
-
An den beiden Enden der flachen Oberflächenbereiche 6b sind Halterungsbefestigungen 6e vorgesehen. Die Halterungsbefestigungen 6e haben jeweils eine Unterseite, die koplanar zur Unterseite des entsprechenden flachen Oberflächenbereichs 6b ist. Der Linsenkörper 3 wird in der Öffnung 6a befestigt. Die Stütze 26a und die Stütze 13a sind in Öffnungen 6f angeordnet bzw. fixiert, die jeweils an den beiden in X-Richtung verlaufenden Enden im Gehäuse 6 in Y-Richtung verlaufend ausgebildet sind. Die Öffnungen 6f können nicht-durchgehende Löcher und Aussparungen sein.
-
Die ebene Fläche (äußere Umfangsfläche) des Lichtleiters 21, auf der der Streukörper 22 ausgebildet ist, ist dem flachen Oberflächenbereich 6b des Gehäuses 6 zugewandt. Zwischen dem Streukörper 22 und dem flachen Oberflächenbereich 6b des Gehäuses 6 ist ein weißes Band 9 angeordnet. Der Lichtleiter 21 bewirkt, dass das durch den Streukörper 22 durchgelassene Licht am weißen Band 9 reflektiert wird und zum Lichtleiter 21 zurückkehrt. Dies ermöglicht eine effektive Ausleuchtung des Abtastobjekts 1 mit Licht.
-
Das weiße Band 9 kann ein Körper sein, der ein hohes Reflexionsvermögen hat. Anstelle des weißen Bandes 9 kann ein Metallband verwendet werden, oder alternativ kann das Gehäuse 6 durch Lackieren, Bedampfen oder ähnliches bearbeitet werden. Der Lichtleiter 21 ist zwischen dem geneigten Bereich 6c und dem Seitenwandbereich 6d angeordnet. Bei dieser Anordnung befindet sich die Seitenfläche (reflektierende Fläche) des Lichtleiters 21 auf der Seite des Seitenwandbereichs. Zwei solcher Lichtleiter 21 sind symmetrisch zu einer durch den Linsenkörper 3 verlaufenden Ebene angeordnet.
-
Das den Linsenkörper 3 bildende Stablinsenarray ist in den Spalt des Paares der geneigten Bereiche 6c und in die Stützen 26a und 13a, die an den beiden in X-Richtung liegenden Enden in der Öffnung 6a angeordnet sind, eingesetzt und von den Stützen 26a und 13a gehalten, wobei das Stablinsenarray durch das Halteelement 8 wie ein Kleber oder ein Band an dem Paar der geneigten Bereiche 6c befestigt ist.
-
Die beiden Enden der Stablinsenanordnung in X-Richtung sind an den Stützen 26a und 13a, die im Gehäuse 6 angeordnet sind, mit einem Kleber-Element, z.B. einem Kleber oder einem Band, befestigt und werden von den Stützen 26a und 13a gehalten. Die Stützen 26a und 13a sind in Löcher in den beiden Enden des Gehäuses 6 in X-Richtung eingesetzt und positioniert und dann mit einem Band, einem Kleber, Schrauben oder ähnlichem befestigt.
-
Neben dem Sensor 4 und einem externen Anschluss 10 werden auf der Sensor-Platine 5 weitere elektronische Komponenten wie ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC) 11, eine Analog-Digital-Wandlerschaltung 11a oder ähnliches montiert. Der externe Anschluss 10 wird als Schnittstelle für Ein-/Ausgangssignale einschließlich der photoelektrischen Wandlerausgänge des Sensors 4 und der Signalverarbeitungsausgänge solcher Wandlerausgänge verwendet. Der ASIC 11 kann als ein Signalverarbeitungs-IC beschrieben werden, der zusammen mit einer Zentraleinheit (CPU) 12a und einem Direktzugriffsspeicher (RAM) 12b arbeitet, um Signale, wie z.B. photoelektrische Wandlerausgänge des Sensors 4, zu verarbeiten.
-
Die CPU 12a, das RAM 12b und eine Signalverarbeitungsschaltung 12c des ASIC 11 können zusammen als Signalprozessor 12 bezeichnet werden. Die Sensor-Platine 5 wird mit einem Band, einem Kleber, einer Schraube o.ä. am Gehäuse 6 befestigt. Die Sensor-Platine 5 wird an der Seite des flachen Oberflächenbereichs 6b befestigt, die dem flachen Oberflächenbereich 6b des Gehäuses 6 gegenüberliegt, auf dem der Lichtleiter 21 angeordnet ist. Bei dieser Anordnung verläuft die optische Achse des Linsenkörpers 3 durch den Sensor 4 auf der Sensor-Platte 5.
-
Die Lichtleiterhalterung 26 ist an einem Endbereich des Lichtleiters 21 in X-Achsenrichtung angeordnet. Die Befestigung des Lichtleiters 21 erfolgt durch Einlegen des Lichtleiters 21 zwischen der Stütze 26a und dem am Endbereich des Gehäuses 6 angeordneten Deckel 26b. Der Endbereich des Lichtleiters 21 ist somit als in eines der Durchgangslöcher der Lichtleiterhalterung 26 eingesetzt.
-
Die Lichtleiterhalterung 26 mit dem darin eingesetzten Lichtleiter 21 wird mit einem Band, einem Kleber, einer Schraube o.ä. an der Halterungsbefestigung 6e des Gehäuses 6 befestigt. Die Lichtleiterhalterung 26 wird aus weißem Harz oder ähnlichem, wie oben beschrieben, geformt. Bei dieser Anordnung wird der Lichtleiter 21 so angeordnet, dass die ebene Fläche des Lichtleiters 21, auf der der Streukörper 22 ausgebildet ist, dem flachen Oberflächenbereich 6b des Gehäuses 6 zugewandt ist.
-
Die Lichtleiterhalterung 13 ist am anderen Endbereich des Lichtleiters 21 in X-Achsen-Richtung angeordnet. Das bedeutet, dass die Lichtleiterhalterung 13 am Endbereich des Lichtleiters 21 angeordnet ist, der dem Endbereich des Lichtleiters 21 gegenüberliegt, an dem die Lichtleiterhalterung 26 angeordnet ist.
-
Der Lichtleiter 21 wird befestigt, indem der Endbereich des Lichtleiters 21 in ein Loch der Lichtleiterhalterung 13 eingeführt und der Lichtleiter 21 zwischen der Stütze 13a und dem Deckel 13b, die am Endbereich des Gehäuses 6 angeordnet sind, eingeklemmt wird. Die Lichtleiterhalterung 13 mit dem darin eingesetzten Lichtleiter 21 wird mit einem Band, einem Kleber, Schrauben o.ä. an der Halterungsbefestigung 6e des Gehäuses 6 befestigt.
-
Die Halterungsbefestigung 6e, an der die Lichtleiterhalterung 13 befestigt ist, befindet sich relativ zum Lichtleiter 21 in X-Achsen-Richtung auf der gegenüberliegenden Seite der Halterungsbefestigung 6e, an der die Lichtleiterhalterung 26 befestigt ist. Die Lichtleiterhalterung 13 ist aus weißem Harz oder ähnlichem geformt. Bei dieser Anordnung ist der Lichtleiter 21 so angeordnet, dass die ebene Fläche des Lichtleiters 21, auf der der Streukörper 22 ausgebildet ist, dem flachen Oberflächenbereich 6b des Gehäuses 6 zugewandt ist. Die Lichtleiterhalterung 13 kann auch als Lichtleiterhalterung 13 ohne Lichtquelle bezeichnet werden.
-
Der Lichtleiter 21 hat an einer Position in der Nähe der Mitte des Lichtleiters 21 in X-Achsenrichtung einen Befestigungsvorsprung 14, der sich in Y-Achsenrichtung erstreckt. Der Befestigungsvorsprung 14 dient zur Befestigung des Lichtleiters 21 am Gehäuse 6 mit Hilfe eines Klebers 17. Die beiden Enden des Lichtleiters 21 in X-Richtung werden durch die Lichtleiterhalterungen 26 und 13 positioniert, während es für den mittleren Bereich des Lichtleiters 21 in X-Richtung kein Element gibt, das die Position des Lichtleiters 21 einschränkt.
-
So wird der Lichtleiter 21 durch Anbringen des Befestigungsvorsprunges 14 am Gehäuse 6 an einer vorgesehenen Stelle fixiert, während die Position des Lichtleiters 21 gemessen wird. In der Ausführungsform 1 ist zwar ein einzelner Befestigungsvorsprung 14 für einen einzelnen Lichtleiter 21 vorgesehen, es können aber auch mehrere Befestigungsvorsprünge 14 vorgesehen werden.
-
Die Lichtquellenplatine 29 ist eine Platine, auf der die Lichtquelle 28 montiert ist. Die Lichtquellenplatine 29 ist auf der Seite der Lichtleiterhalterung 26 angeordnet, die der Einführungsseite des Lichtleiters 21 der Lichtleiterhalterung 26 gegenüberliegt. Bei dieser Anordnung ist die Lichtquelle 28 an einer Position angeordnet, die dem Durchgangsloch der Lichtleiterhalterung 26 entspricht, und ist der Einfallsfläche des Lichtleiters 21 zugewandt.
-
In der Ausführungsform 1 ist die Lichtquelle 28 an einem Ende des Lichtleiters 21 angeordnet. Ein klebender Wärmeableitungs-Flächenkörper 15 ist auf der Seite der Lichtquellenplatine 29 angeordnet, die der Lichtquellenhalterung der Lichtquellenplatine 29 gegenüberliegt. Die Lichtquellenplatine 29 wird dabei durch den Wärmeableitungs-Flächenkörper 15 am Gehäuse 6 befestigt. In diesem Fall wird die beim Einschalten der Lichtquelle 28 entstehende Wärme über den Wärmeableitungs-Flächenkörper 15 zum metallischen Gehäuse 6 geleitet und dort abgeführt.
-
Die Funktionsweise der Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 wird im Folgenden beschrieben. 6 ist ein Schaltplan der Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 1. Zunächst sendet die ASIC 11 Lichtquellenanschaltsignale an eine Lichtquellentreiberschaltung 16. Die Lichtquellentreiberschaltung 16 versorgt jede Lichtquelle 28 für eine vorbestimmte Zeit auf der Grundlage der empfangenen Lichtquellenanschaltsignale mit Strom. Jede Lichtquelle 28 strahlt während der Stromversorgung Licht aus.
-
Das von der Lichtquelle 28 ausgesandte Licht tritt durch die Einfallsfläche des Lichtleiters 21 in den Lichtleiter 21 ein, breitet sich unter wiederholter Übertragung oder Reflexion aus (wird geführt) und erreicht den Streukörper 22 des Lichtleiters 21. Ein Teil des in den Streukörper 22 eintretenden Lichts wird in Richtung der Z-Achse reflektiert, vom Strahler 23 des Lichtleiters 21 abgestrahlt und auf das Abtastobjekt 1 gerichtet. Das auf das Abtastobjekt 1 gerichtete Licht wird vom Abtastobjekt 1 reflektiert und vom Linsenkörper 3 zu einem Bild auf dem Sensor 4 fokussiert.
-
Nun wird der Lichtleiter 21 im Detail beschrieben. 7 und 8 sind Darstellungen, die die Beleuchtungswege der Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 darstellen. 7 und 8 sind ebenfalls Querschnittsansichten des transparenten Körpers in der YZ-Ebene. In 7 zeigen Pfeile Strahlen und Lichtrichtungen an. Der Lichtleiter 21 beinhaltet den Streukörper 22 auf der ebenen Fläche auf der Seite des Gehäuses 6 des Lichtleiters 21. Die ebene Fläche, auf der der Streukörper 22 ausgebildet ist, erstreckt sich in Richtung der X-Achse, und der Streukörper 22 ist ebenfalls in Richtung der X-Achse ausgebildet. Der Streukörper 22 hat einen Streubereich mit einer vorgegebenen Länge in Richtung der Y-Achse.
-
Der Streukörper 22 ist im Lichtleiter 21 ausgebildet, und zwar durch eine feine ungleichmäßige oder geprägte Oberfläche oder durch Verarbeitung wie z.B. Siebdruck. Der Streukörper 22 ändert die Ausbreitungsrichtung des Lichts, indem er das im Lichtleiter 21 sich ausbreitende Licht in Richtung der X-Achse reflektiert oder bricht und ermöglicht die Bestrahlung des Abtastobjekts 1 mit Licht. Bei dieser Anordnung dient der Streukörper 22 als zweite Lichtquelle.
-
Selbst wenn sich also die Lichtfarbe oder eine Menge der Lichtemission der Lichtquelle 28 aufgrund ihrer langfristigen Verschlechterung ändert, werden diese Änderungen in X-Achsenrichtung gleichmäßig auftreten. Anders als bei einer Bildabtastvorrichtung mit einer Array-Lichtquelle ist es also unwahrscheinlich, dass die langfristige Verschlechterung der Lichtquelle 28 die Helligkeit oder Farbe nur in einem bestimmten Bereich verändert.
-
Das im Streukörper 22 vorhandene Licht ist sowohl reflektiertes Licht als auch Licht, das durch den Lichtleiter 21 hindurchgeht. Aus diesem Grund ist das weiße Band 9, das auf dem flachen Oberflächenbereich 6b des Gehäuses 6 unter dem Streukörper 22 vorgesehen ist, vorzugsweise ein Material mit einem hohen Reflexionsvermögen. Durch die Bereitstellung des weißen Bandes 9 aus einem hochreflektierenden Material kann das durch den Streukörper 22 durchgelassene Licht in den Lichtleiter 21 zurückgeführt werden, was eine effiziente Bestrahlung des Abtastobjektes 1 ermöglicht.
-
Der Lichtleiter 21 besitzt den Strahler 23 mit einer flachen Oberflächenform, und der Strahler 23 befindet sich auf der Seite des Lichtleiters 21, die der flachen Oberfläche, auf der der Streukörper 22 ausgebildet wird, gegenüberliegt. Der Strahler 23 erstreckt sich in Richtung der X-Achse. Der Lichtleiter 21 besitzt zwischen dem Strahler 23 und der flachen Oberfläche, auf der der Streukörper 22 ausgebildet ist, eine Seitenfläche, die den Strahler 23 und die flache Oberfläche, auf der der Streukörper 22 ausgebildet ist, verbindet. Die Seitenfläche erstreckt sich in Richtung der X-Achse und ist eine reflektierende Oberfläche, die in der YZ-Ebene eine parabolische Form hat. Der Streukörper 22 wird in der YZ-Ebene in einem Brennpunkt der reflektierenden Oberfläche ausgebildet.
-
Licht, das durch die Einfallsfläche in den Lichtleiter 21 eintritt, breitet sich im transparenten Körper aus und wird vom Streukörper 22 reflektiert. Von dem vom Streukörper 22 reflektierten Licht wird das zum Strahler 23 reflektierte Licht vom Strahler 23 abgestrahlt und auf das Abtastobjekt 1 gerichtet, wie in 7 dargestellt. Einige Lichtstrahlen werden auf der reflektierenden Oberfläche weiter reflektiert, wie in 8 dargestellt, und auf den Strahler 23 gerichtet. Da sich der Streukörper 22 im Brennpunkt der reflektierenden Oberfläche befindet, wird das von der reflektierenden Oberfläche reflektierte Licht als kollimiertes Licht auf den Strahler 23 gerichtet.
-
Der Strahler 23 ist eine ebene Oberfläche, und die Normalrichtung der ebenen Oberfläche des Strahlers 23 ist so eingestellt, dass das kollimierte Licht, das auf der reflektierenden Oberfläche reflektiert wird, vom Strahler 23 vollständig reflektiert wird. Bei einer solchen Konfiguration wird also das kollimierte Licht, das auf den Strahler 23 gerichtet ist, vom Strahler 23 reflektiert und bei der Ausbreitung im Lichtleiter 21 wieder auf den Streukörper 22 gerichtet. Das in den Streukörper 22 einfallende Licht wird also gestreut und reflektiert, was eine gleichmäßige Verteilung der Beleuchtungsstärke auf der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle 28 bewirkt.
-
9 ist ein Teilquerschnitt eines Bereichs um den Endbereich des Lichtleiters 21 in der Hauptabtastrichtung. Insbesondere ist 9 ein Teilquerschnitt in der XZ-Ebene, die durch den Streukörper 22 verläuft. Die XZ-Ebene ist eine Ebene, die die X- und die Z-Achse enthält. Wie in 9 dargestellt, beinhaltet die Linear-Lichtquelle 2, die eine Beleuchtungseinrichtung ist, in der Ausführungsform 1 den Lichtleiter 21, den Streukörper 22, den Strahler 23, den Stufenbereich 24 und das Lichtabschirmungselement 25.
-
Der Stufenbereich 24 liegt parallel zur Hauptabtastrichtung und wird von der Stirnfläche des Lichtleiters 21 entlang der Hauptabtastrichtung auf der Seite des Lichtleiters 21 ausgebildet, die der Seite der Beleuchtungsposition des Lichtleiters 21 gegenüberliegt. Der Stufenbereich 24 hat beispielsweise eine Form, die durch rechtwinkliges Ausschneiden des Lichtleiters 21 entsteht. Im Einzelnen hat der Stufenbereich 24 vorzugsweise eine Fläche parallel zum flachen Oberflächenbereich 6b und eine Fläche orthogonal zu den beiden flachen Oberflächenbereichen 6b sowie eine Ebene parallel zum flachen Oberflächenbereich 6b.
-
Darüber hinaus kann die Linear-Lichtquelle 2 auch die Lichtleiterhalterung 26 enthalten, die die Endfläche des Lichtleiters 21 bedeckt und den Lichtleiter 21 lagert. Die Lichtleiterhalterung 26 kann das Lichtabschirmungselement 25 bilden. Die Lichtleiterhalterung 26 kann den Vorsprung 27 bilden, der dem Stufenbereich 24 entspricht. Der Vorsprung 27 kann parallel zur Hauptabtastrichtung so geformt werden, dass er der Form des Stufenbereichs 24 entspricht.
-
Die Bereitstellung des Vorsprungs 27 ermöglicht die Blockierung des Lichts, das in den Spalt zwischen dem Lichtleiter 21 und dem Gehäuse 6 eintritt und auf dem flachen Oberflächenbereich 6b des Gehäuses 6 reflektiert wird, wodurch eine Beleuchtung mit gleichmäßigen optischen Eigenschaften über den gesamten Bereich in der Hauptabtastrichtung erreicht wird. Wie dargestellt, können die Stütze 26a und der Vorsprung 27 separate Komponenten sein.
-
Das weiße Band 9 kann, wie dargestellt, bis zur Stütze 26a reichen. Natürlich können das weiße Band 9, das an der Stütze 26a angebracht ist, und das weiße Band 9, das am flachen Oberflächenbereich 6b des Gehäuses 6 angebracht ist, separate Komponenten sein. Zumindest ein Bereich der Stütze 26a, der dem weißen Band 9 entspricht, kann aus weißem Harz bestehen.
-
Ausführungsform 2
-
Eine Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 wird nun anhand 10 und 11 beschrieben. 10 und 11 sind jeweils ein Teilquerschnitt eines Bereichs um den Endbereich des Lichtleiters 21 in der Hauptabtastrichtung. Insbesondere sind 10 und 11 Teilquerschnitte in der XZ-Ebene, die durch den Streukörper 22 verläuft. In allen Darstellungen weisen die gleichen Bezugszeichen auf gleiche oder gleichwertige Teile hin, und die detaillierten Beschreibungen dieser Teile entfallen.
-
In 10 und 11 hat der Stufenbereich 24, der später ausführlich beschrieben wird, vorzugsweise einen Neigungswinkel von 7° oder weniger gegenüber der Hauptabtastrichtung. Es ist wünschenswert, dass der Vorsprung 27 und der Stufenbereich 24 eine komplementäre Form haben. Mit anderen Worten, der Vorsprung 27 hat vorzugsweise einen Neigungswinkel von 7° oder weniger relativ zur Hauptabtastrichtung.
-
In der Bildabtastvorrichtung gemäß der in 9 dargestellten Ausführungsform 1 verschlechtern sich die optischen Eigenschaften des Endbereichs in X-Richtung auf der Seite der Lichtquelle 28 tendenziell, weil die Lichtmengenverteilung der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle 28 als kollimiertes Licht auf das Abtastobjekt 1 übertragen wird, wenn das von der Lichtquelle 28 durch die Einfallsfläche in den Lichtleiter 21 eintretende, direkt auf den Streukörper 22 gerichtete und vom Streukörper 22 reflektierte Licht (im Folgenden als direktes Reflexionslicht bezeichnet) das Abtastobjekt 1 erreicht.
-
In einem solchen Fall werden die Normale der ebenen Fläche, auf der der Streukörper 22 ausgebildet wird, und die Normale des Strahlers 23 so eingestellt, dass direkt einfallendes Licht vom Strahler 23 total reflektiert wird, wodurch verhindert wird, dass das direkt reflektierte Licht das Abtastobjekt 1 erreicht. Das vom Strahler 23 total reflektierte Licht wird, während es sich durch den Lichtleiter 21 ausbreitet, wiederum auf den Streukörper 22 auftreffen und von diesem reflektiert. Da bei dieser Streuung und Reflexion die Lichtmengenverteilung der lichtemittierenden Fläche der Lichtquelle 28 gleichmäßig gemacht wird, sind die optischen Eigenschaften des Endbereichs auf der Seite der Lichtquelle 28 stabil.
-
Daher ist der Winkel Φ zwischen der Normalen der flachen Oberfläche, auf der der Streukörper 22 ausgebildet ist, und der Normalen des Strahlers 23 vorzugsweise ein Winkel, bei dem das direkt reflektierte Licht vom Strahler 23 vollständig reflektiert wird. Dieser Winkel beträgt 40° oder mehr, wenn der Lichtleiter 21 aus transparentem Harz besteht.
-
Das vom Strahler 23 des Lichtleiters 21 auf das Abtastobjekt 1 gerichtete Licht beinhaltet nicht das direkte Reflexionslicht, das eine Verschlechterung der optischen Eigenschaften des Endbereichs verursachen kann. Dadurch werden gleichmäßige und stabile optische Eigenschaften über den Lichtleiter 21 in der Hauptabtastrichtung erreicht. Die direkt reflektierten Lichtstrahlen, die mit dieser Methode blockiert werden können, bestehen nur aus Licht, das direkt durch die Einfallsfläche auf den Streukörper 22 fällt und vom Streukörper 22 reflektiert wird.
-
Zu den Lichtstrahlen, die zu einer Verschlechterung der optischen Eigenschaften des Endbereichs führen können, gehört das folgende Licht, nämlich das von der in 9 dargestellten Lichtquelle 28 ausgesandte Licht, das in den Spalt zwischen dem Lichtleiter 21 und dem Gehäuse 6 eintritt und am flachen Oberflächenbereich 6b des Gehäuses 6 reflektiert wird und durch die ebene Oberfläche, auf der der Streukörper 22 ausgebildet ist, in den Lichtleiter 21 eintritt und vom Strahler 23 emittiert wird. Obwohl dieses Licht, das diesem Weg folgt, nicht durch den Lichtleiter 21 mit der Form gemäß Ausführungsform 1 blockiert werden kann, kann das Licht durch den aus der Stütze 26a herausragenden Vorsprung 27 blockiert werden.
-
Bei der Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 weist, wie in 10 und 11 dargestellt, die Linear-Lichtquelle 2, die die Beleuchtungseinrichtung gemäß Ausführungsform 2 ist, Folgendes auf: den Lichtleiter 21, den Streukörper 22, den Strahler 23, den Stufenbereich 24 und das Lichtabschirmungselement 25. Der Stufenbereich 24 ist gegenüber der Hauptabtastrichtung geneigt und ist von der Stirnfläche des Lichtleiters 21 entlang der Hauptabtastrichtung auf der Seite des Lichtleiters 21 ausgebildet, die der Seite der Beleuchtungsposition des Lichtleiters 21 gegenüberliegt.
-
Der Stufenbereich 24 hat z.B. eine relativ zur Horizontalebene geneigte Fläche. Darüber hinaus kann die Linear-Lichtquelle 2 auch die Lichtleiterhalterung 26 enthalten, die die Endfläche des Lichtleiters 21 bedeckt und den Lichtleiter 21 abstützt. Die Lichtleiterhalterung 26 kann das Lichtabschirmungselement 25 bilden. Die Lichtleiterhalterung 26 kann den Vorsprung 27 bilden, der dem Stufenbereich 24 entspricht. Der Vorsprung 27 kann gegenüber der Hauptabtastrichtung geneigt sein, so dass er der Form des Stufenbereichs 24 wie abgebildet entspricht.
-
Insbesondere wird die Dicke für den Vorsprung 27, der eine lichtundurchlässige Wand ist, dadurch gewährleistet, dass der Stufenbereich 24 auf der ebenen Fläche, auf der der Streukörper 22 ausgebildet wird, am Ende des Lichtleiters 21 in der Hauptabtastrichtung vorgesehen ist. In der Ausführungsform 1 wird der Ausschnitt wie beim Stufenbereich 24 rechtwinklig, in der Ausführungsform 2 dagegen wie beim Stufenbereich 24 abgewinkelt ausgeführt.
-
Um zu verhindern, dass durch die Ausdehnung des Lichtleiters 21 der Vorsprung 27 gestört wird, ist zwischen dem Stufenbereich 24 und dem Vorsprung 27 ein Spalt vorzusehen (10 und 11). Der in 10 dargestellte Stufenbereich 24 hat eine gegenüber dem flachen Oberflächenbereich 6b geneigte Fläche. Insbesondere ist der Abstand zwischen dem flachen Oberflächenbereich 6b und der relativ zum flachen Oberflächenbereich 6b geneigten Fläche mit zunehmendem Abstand von der Endfläche des Lichtleiters 21 geringer. Mit anderen Worten ist die Länge des Bereichs des Lichtleiters 21, der den Stufenbereich 24 hat, in Z-Richtung mit zunehmendem Abstand von der Endfläche des Lichtleiters 21 größer.
-
Der in 11 dargestellte Stufenbereich 24 hat eine gegenüber dem flachen Oberflächenbereich 6b geneigte Oberfläche. Insbesondere ist der Abstand zwischen dem flachen Oberflächenbereich 6b und der relativ zum flachen Oberflächenbereich 6b geneigten Fläche mit zunehmendem Abstand von der Endfläche des Lichtleiters 21 größer. Mit anderen Worten, die Länge des Bereichs des Lichtleiters 21, der den Stufenbereich 24 hat, ist in Z-Achsen-Richtung mit zunehmendem Abstand von der Endfläche des Lichtleiters 21 kleiner.
-
Der in 9 dargestellte Stufenbereich 24 hat eine zum flachen Oberflächenbereich 6b parallele Fläche. Insbesondere ändert sich die Z-Achsen-Richtungslänge des in 9 dargestellten Bereichs des Lichtleiters 21 mit dem Stufenbereich 24 auch mit zunehmendem Abstand von der Endfläche des Lichtleiters 21 nicht.
-
In der Ausführungsform 2 ist der Stufenbereich 24 relativ zur Hauptabtastrichtung geneigt. Diese Neigung verhindert möglicherweise nicht, dass Licht blockiert wird, was zu einer Verschlechterung der optischen Eigenschaften des Endbereichs des Lichtleiters 21 von 10 führen kann, da das Licht aus dem Spalt zwischen dem Vorsprung 27 und dem Lichtleiter 21, der zum Lagern über die Ausdehnung des Lichtleiters 21 vorgesehen ist, auf das weiße Band 9 gerichtet ist.
-
Diese Neigung kann auch zu einer Verschlechterung der optischen Eigenschaften des Endbereichs des Lichtleiters 21 führen, wobei der Stufenbereich 24, wie in 11 dargestellt, im Vergleich zu 10 eine gegenläufige Neigung aufweist, weil Licht, das durch die Einfallsfläche hindurchtritt, durch den geneigten Stufenbereich 24 austreten und auf dem weißen Band 9 zum Abtastobjekt 1 hin reflektiert werden kann.
-
Der Stufenbereich 24 hat also vorzugsweise eine Form, die durch rechtwinkliges Ausschneiden des Lichtleiters 21 erhalten wird, wie in 9 dargestellt. Wenn der Stufenbereich 24 für bestimmte Fertigungszwecke geneigt werden soll, wird ein Winkel zwischen dem flachen Oberflächenbereich 6b und der relativ zum flachen Oberflächenbereich 6b geneigten Fläche vorzugsweise auf 7° oder weniger eingestellt, bei dem das durch die Einfallsfläche hindurchtretende Licht von der Seitenfläche des Lichtleiters 21 vollständig reflektiert werden kann.
-
Ausführungsform 3
-
Eine Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 1, 5 und 12 beschrieben. 12 ist ein Teilquerschnitt eines Bereichs um den Endbereich des Lichtleiters 21 in der Hauptabtastrichtung. Insbesondere ist 12 ein Teilquerschnitt in der XZ-Ebene, die durch den Streukörper 22 verläuft. 9 bis 11 sind jeweils ein Teilquerschnitt, der einen Bereich um den einen Endbereich des Lichtleiters 21 herum zeigt, 12 hingegen ist ein Teilquerschnitt, der einen Bereich um den anderen Endbereich des Lichtleiters 21 herum zeigt.
-
In allen Darstellungen weisen die gleichen Bezugszeichen auf gleiche oder gleichwertige Teile hin, und die detaillierten Beschreibungen dieser Teile entfallen. In den vorgenannten Ausführungsformen 1 und 2 ist das Lichtabschirmungselement 25 auf der Seite der Lichtquelle 28 angeordnet, während in der unten beschriebenen Ausführungsform 3 das Lichtabschirmungselement 25 und der Vorsprung 27 auf der Lichtleiterhalterung 13 ausgebildet werden. In diesem Fall wird der Stufenbereich 24 ebenfalls an einem Bereich des Lichtleiters 21 ausgebildet, der in die Lichtleiterhalterung 13 eingesetzt ist.
-
In 12 hat die Lichtleiterhalterung 13, ähnlich wie die Lichtleiterhalterung 26, ein Lichtabschirmungselement 25. Die Lichtleiterhalterung 13 hat den Vorsprung 27, der dem Stufenbereich 24 entspricht. Wie in 5 dargestellt, hat die Lichtleiterhalterung 13 vorzugsweise eine Struktur, die in einen Bereich, in dem das Lichtabschirmungselement 25 ausgebildet wird, und einen Bereich, in dem der Vorsprung 27 ausgebildet wird, unterteilt werden kann.
-
Zusätzlich zu dem in der Ausführungsform 1 oder 2 beschriebenen Stufenbereich 24 wird der Stufenbereich 24 auf einer Seite des Lichtleiters 21 ausgebildet, die der Seite der Beleuchtungsposition des Lichtleiters 21 gegenüberliegt, und zwar von der Endfläche aus, die der Endfläche des Lichtleiters 21 gegenüberliegt, durch die das Licht eintritt, entlang der Hauptabtastrichtung.
-
Zusätzlich zu den in der Ausführungsform 1 oder 2 beschriebenen Merkmalen des Lichtabschirmungselements 25 deckt das Lichtabschirmungselement 25 der Ausführungsform 3 einen Bereich des Strahlers 23 des Lichtleiters 21 ab, wobei dieser Bereich die Endfläche des Lichtleiters 21 einschließt, die der Endfläche des Lichtleiters 21 gegenüberliegt, durch die das Licht eintritt, und sich über den Stufenbereich 24 in der Hauptabtastrichtung hinaus erstreckt und einen Endbereich aufweist, der sich außerhalb des Abtastbereichs des Sensors 4 in der Hauptabtastrichtung befindet.
-
Wie in 5 und 12 dargestellt, hat die Lichtleiterhalterung 13, ähnlich wie die Lichtleiterhalterung 26, vorzugsweise eine Struktur, die sich, wie oben beschrieben, in einen Bereich unterteilen lässt, in dem das Lichtabschirmungselement 25 ausgebildet ist, und einen Bereich, in dem der Vorsprung 27 ausgebildet ist. Eine Stütze 13a, also der Bereich, in dem der Vorsprung 27 ausgebildet ist, wird mit einer Abdeckung 13b abgedeckt, in der das Lichtabschirmungselement 25 ausgebildet ist. Die Lichtleiterhalterung 13, die Stütze 13a und der Deckel 13b sind ebenfalls in 1 dargestellt.
-
12 zeigt das andere Ende des Lichtleiters 21 gemäß Ausführungsform 3, also den Endbereich des Lichtleiters 21, der sich auf der von der Lichtquelle 28 weiter entfernten Seite befindet. 12 ist eine Querschnittsansicht, die näher am Linsenkörper 3 liegt als die von 9 und 11.
-
Im Lichtleiter 21 von 12 kann das Licht, nachdem es aus dem Stufenbereich 24 des Lichtleiters 21 austritt und wieder in den Lichtleiter 21 eintritt, an der der Einfallsfläche zugewandten Oberfläche total reflektiert werden und dann das Abtastobjekt 1 erreichen. Da sich der Abstrahlwinkel dieses Lichtes von dem des vom Streukörper 22 reflektierten und auf das Abtastobjekt 1 gerichteten Lichtes unterscheidet, sind die optischen Eigenschaften des Lichtes an dem Bereich, den dieses Licht erreicht, ausgeprägt.
-
Das Licht, das die unterschiedlichen optischen Eigenschaften am Endbereich hervorrufen kann, kann blockiert werden, indem die am anderen Endbereich des Lichtleiters 21 angeordnete Lichtleiterhalterung 13 in der Hauptabtastrichtung so verlängert wird, dass sie einen Bereich des Strahlers 23 des Lichtleiters 21 abdeckt.
-
Ähnlich wie bei den Ausführungsformen 1 und 2 hat die verlängerte Lichtleiterhalterung 13 in der Hauptabtastrichtung vorzugsweise einen Abstand, der in einen Bereich fällt, in dem sich die verlängerte Lichtleiterhalterung 13 über dem Streukörper 22 des Lichtleiters 21, aber nicht über dem Sensor 4 befindet, d.h. den Abtastbereich des Abtastobjekts 1. Wie in 12 dargestellt, ermöglicht das Lichtabschirmungselement 25 der Lichtleiterhalterung 13, das sich über dem Streukörper 22 befindet, eine ausreichende Blockierung des aus dem Stufenbereich 24 des Lichtleiters 21 austretenden Lichts.
-
Die in der Hauptabtastrichtung über dem Sensor 4 befindliche Abdeckung 13b der Lichtleiterhalterung 13 kann jedoch das vom Abtastobjekt 1 reflektierte Licht blockieren und dazu führen, dass das vom Linsenkörper 3 auf den Sensor 4 zu fokussierende Licht verloren geht, was zum Scheitern der Bildabtastung führen kann. Daher ist die Länge der Abdeckung 13b in X-Richtung vorzugsweise so lang, dass die Abdeckung 13b in Z-Richtung über dem Streukörper 22 des Lichtleiters 21 liegt und nicht vertikal nach oben vom Sensor 4 aus gesehen wird.
-
Ohne das für die Bildabtastung erforderliche Licht zu blockieren, kann das Licht, das zu unterschiedlichen optischen Eigenschaften führen kann, blockiert werden, und es können gleichmäßige optische Eigenschaften in der Hauptabtastrichtung erzielt werden.
-
Wie oben beschrieben, besitzt die Bildabtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 die Linear-Lichtquelle 2, die das Abtastobjekt 1 mit einfallendem Licht beleuchtet. Der ausschnittsartige Stufenbereich 24 ist an mindestens einem Ende des Lichtleiters 21 der Linear-Lichtquelle 2 ausgebildet, und ein Element mit dem Lichtabschirmungselement 25 ist am Strahler 23 auf der anderen Endseite des Lichtleiters 21 vorgesehen.
-
Darüber hinaus ist vorzugsweise ein Element mit dem Vorsprung 27 vorgesehen, das eine Lichtabschirmwand zum Abschirmen des Stufenbereichs 24 gegen Licht ist. Dadurch können gleichmäßige optische Eigenschaften ohne Komplikationen oder eine Erweiterung der Hauptabtastrichtung der Linear-Lichtquelle 2, die die Beleuchtungseinrichtung ist, erreicht werden.
-
Die Bildabtastvorrichtung und die Beleuchtungseinrichtung gemäß Ausführungsform 3 haben den Lichtleiter 21 mit einer Einfalls- und einer gegenüberliegenden Fläche, die den gleichen Aufbau haben, und enthalten am Strahler 23, der dem Streukörper 22 des Lichtleiters 21 zugewandt ist, das Lichtabschirmungselement 25, das ein Lichtblockierungselement ist. Zusätzlich ist der Vorsprung 27, der ein Element mit Lichtabschirmungsfähigkeiten ist, vorgesehen.
-
In jeder der Bildabtastvorrichtungen und Beleuchtungseinrichtungen gemäß den Ausführungsformen 1 bis 3 befindet sich das Lichtabschirmungselement 25 über dem Streukörper 22 in Richtung der Z-Achse und nicht senkrecht nach oben vom Sensor 4. Dadurch können stabile optische Eigenschaften der beiden Enden der Beleuchtungseinrichtung ohne Komplikation oder Vergrößerung der Beleuchtungseinrichtung gewährleistet werden.
-
Zur Erläuterung sind einige Beispielausführungsformen beschrieben. Obwohl in der vorstehenden Diskussion spezifische Ausführungsformen vorgestellt werden, erkennt der Fachmann, dass Änderungen in Form und Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne vom weiteren gedanklichen Umfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend sind die Beschreibung und die Darstellungen lediglich in einem illustrativen und nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Scan-Objekt (Beleuchtungobjekt)
- 2
- Linear-Lichtquelle
- 3
- Linsenkörper (Stablinsenanordnung)
- 4
- Sensor (Sensorelement-Array)
- 4a
- Lichtempfänger
- 4b
- Treiberschaltung
- 5
- Sensor-Platine
- 6
- Gehäuse (Rahmen)
- 6a
- Öffnung
- 6b
- flacher Oberflächenbereich
- 6c
- geneigter Bereich
- 6d
- Seitenwandbereich
- 6e
- Halterungsbefestigung
- 6f
- Öffnung
- 7
- Infrarot-Sperrfilter
- 8
- Halteelement (Band, Kleber)
- 9
- weißes Band
- 10
- externer Anschluss
- 11
- ASIC (Signalverarbeitungs-IC)
- 11a
- A/D-Wandlerschaltung
- 12
- Signalprozessor
- 12a
- CPU
- 12b
- RAM
- 12c
- Signal verarb eitungsschal tung
- 13
- Lichtleiterhalterung (ohne Lichtquelle)
- 13a
- Stütze
- 13b
- Deckel
- 14
- Befestigungsvorsprung
- 15
- Wärmeableitungs-Flächenkörper
- 16
- Lichtquellen-Treiberschaltung
- 17
- Kleber
- 21
- Lichtleiter (transparenter Körper)
- 22
- Streukörper
- 23
- Strahler (Lichtsender)
- 24
- Stufenbereich
- 25
- Lichtabschirmungselement
- 26
- Lichtleiterhalterung
- 26a
- Stütze
- 26b
- Deckel
- 27
- Vorsprung
- 28
- Lichtquelle
- 29
- Lichtquellen-Platine
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 2011253699 A [0003]
- JP 2011249020 A [0003]
