DE2242644B2 - Optische Abtastvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Abtastvorrichtung mit einem als Ablenkvorrichtung dienenden rotierenden Polygonspiegel und einer ersten einen auf dem Spiegel auftreffenden Lichtstrahl erzeugenden Strahlungsquelle zur Abtastung eines Aufzeichnungsträgers und zur Reflexion des von dem Aufzeichnungsträger reflektierten Lichts nach einer Detektorvorrichtung.

Optische Abtastvorrichtungen dieser Art sind bereits bekannt. So zeigt z. B. die DE-OS 17 74 489 einen Polygonspiegel, bei dessen Rotation Zeichen auf einem Aufzeichnungsträger periodisch abgetastet werden können, in dem die Zeichen von dem Aufzeichnungsträger durch Reflexion an der Spiegeloberfläche an ein optisches System abgegeben werden.

Auf vielen Gebieten der Technik der Datenverarbeitung und der Datenübertragung werden optische Abtaster verwendet, bei denen synchron ein bestimmter Bereich der abzutastenden Fläche beleuchtet und eine Abbildung des jeweils beleuchteten Bereichs auf einem

» Detektor erzeugt wird. Bei diesen bekannten optischen Abtastern erfolgt die Abnahme oder Auswertung des an der abzutastenden Fläche reflektierten oder gestreuten Lichtes unter dem Reflexionswinkel.

Bei Vorrichtungen zur Zeichenerkennung ist es bekannt. Anordnungen zur visuellen Beobachtung eines Zeichens vorzusehen, das aus irgendeinem Grunde von der automatischen Erkennungsvorrichtung nicht verarbeitet werden kann. Diese bekannten Anordnungen bestehen entweder aus einer Kathodenstrahlröhre, der die elektrischen Abtästsignale zugeführt werden, oder, wie in der US-PS 31 56 894 beschrieben, aus einem zusätzlichen, von der die optische Abtastung der zu lesenden Zeichen bewirkenden Anordnung unabhängigen optischen System. Beide Ausführungsformen

■so erfordern einen unverhältnismäßig hohen technischen Aufwand, sind teuer, nehmen zusätzlichen Platz in Anspruch und erfordern ein häufiges, umständliches Justieren.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine einfache Abtastvorrichtung mit hohem Wirkungsgrad und geringer Störanfälligkeit, insbesondere mit geringem Rauschen und einem günstigen Signal/Rausch-Verhältnis anzugeben, bei der eine visuelle Beobachtung jedes beliebigen Zeichens während der Abtastung möglich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die erste Strahlungsquelle eine Strahlung im nicht sichtbaren Bereich liefert, ferner ist eine zweite Strahlungsquelle mit einer im sichtbaren BereicTi liegenden Strahlung vorgesehen, im Strahl von der ersten Strahlungsquelle nach dem Polygonspiegel ist eine Fokussierlinse angeordnet, deren optische Achse zur Fokussierung der Strahlung auf einen bestimmten

Bereich des abzutastenden Aufzeichnungsträgers in einer ersten Ebene Hegt; eine zweite Fokussierlinse ist vorgesehen, deren optische Achse in einer zweiten Ebene liegt, die mit der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers einen Winkel bildet, der von dem Winkel 5 zwischen dieser Oberfläche und der ersten Ebene verschieden ist, wodurch praktisch der größte Teil der von der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers diffus reflektierten Strahlung über den Polygonspiegel auf die Detektorvorrichtung fokussiert wird; im Strahlengang der ersten Lichtquelle und der zweiten Lichtquelle ist ein dichroitischer Spiegel angeordnet, durch den die sichtbare Strahlung in den Strahl der ersten Strahlungsquelle einspiegelbar ist; im Strahlengang des diffus reflektierten Lichts ist ein weiterer dichroitischer Spiegel angeordnet, der eine Ablenkung des sichtbaren Anteils des diffus reflektierten Lichts nach einer Sichtanzeigevorrichtung bewirkt.

Vorteilhafterweise ist dazu eine Steuervorrichtung vorgesehen, die die zweite Strahlungsquelle synchron mit dem reflektierenden Polygonspiegel einschaltet, so daß durch die zweite Strahlungsquelle nur ausgewählte Bereiche des Aufzeichnungsträgers ausleuchtbar sind. Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn die optische Achse der ersten Fokussierlinse so gerichtet ist, daß die diese Achse enthaltende Ebene einen von 0° verschiedenen Winkel mit der Flächennormalen des Aufzeichnungsträgers bildet und damit die auf den Aufzeichnungsträger gerichtete Strahlung unter einem von 0° verschiedenen Winkel zur Flächennormalen des Auf-Zeichnungsträgers auftrifft und wenn die optische Achse der zweiten Fokussierlinse derart gerichtet ist, daß die diese Achse enthaltende Ebene auf der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers senkrecht steht, so daß die von dem Aufzeichnungsträger diffus reflektierte Strahlung J5 über den Polygonspiegel durch die zweite Fokussierlinse auf die Detektorvorrichtung fokussiert wird.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Figur näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt

Die in der Figur dargestellte Abtastvorrichtung besteht aus einer Ultrarot-Lichtquelle 101, einem fokussierenden optischen System 105, einem durch nicht dargestellte Mittel angetriebenen rotierenden Polygonspiegel 107 mit acht Spiegelflächen 131, einem abbildenden optischen System 111 und einer optischen Detektoranordnung 115, einer zweiten Infrarot-Lichtquelle 201 und einem zweiten fokussierenden optischen System 205. Ferner sind zur Ermöglichung der visuellen Beobachtung eines bestimmten Zeichens zwei Lichtquellen 117 und 217 zur Erzeugung einer im sichtbaren Bereich liegenden Strahlung, zwei dichroitische Strahlenteiler 103 und 203 zur Einspiegelung des durch die Lichtquellen 117 und 217 erzeugten Lichtes in den Weg der die Abtastung bewirkenden Strahlen 102 und 202, ein weiterer dichroitischer Spiegel 113 zur Ausblendung der sichtbaren Komponente des Strahles 108 und eine Beobachtungsvorrichtung 121 vorgesehen.

Die von der Ultrarotlichtquelle 101 ausgehende Strahlung durchsetzt den dichrpitischen Strahlenteiler 103 und wird durch das optische System 105 über eine Spiegelfläche 131 des Polygonspiegels 107 auf einen Aufzeichnungsträger 109 fokussiert. Der dabei beleuchtete Bereich des Aufzeichnungsträgers 109 ist groß genug, um mindestens eines der zu erkennenden Zeichen zu umfassen. Das als Linse ausgebildete optische System 105 ist so angeordnet, daß seine optische Achse in einer Linie liegt, die einen von 0 verschiedenen Winkel mit einer senkrecht zur Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 109 liegenden Linie einschließt.

Die Oberfläche der normalerweise verwendeten Aufzeichnungsträger ist im allgemeinen so rauh, daß ein genügend großer Anteil der auffallenden Strahlungsenergie als diffuse Strahlung unter allen Winkeln von 0 bis 90 gestreut wird. Der größte Anteil der Strahlung wird naturgemäß in Reflexionsrichtung abgestrahlt. Bekanntlich ist der Reflexionswinkel gleich dem Einfallswinkel. So trifft beispielsweise bei der in der Figur dargestellten Anordnung der Abtaststrahl 102 auf das Zeichen E des Aufzeichnungsträgers 109 unter einem von, 0 verschiedenen Winkel a auf. Die reflektierte Strahlung verläßt den Aufzeichnungsträger unter einem Winkel a\ den sie mit einer zur Ebene des Aufzeichnungsträgers 109 senkrechten Linie einschließt. Die Winkel a und a'sind einander dem Betrage nach gleich und dem Vorzeichen nach entgegengesetzt.

Zur Erzeugung der Abbildung eines innerhalb des beleuchteten Bereiches liegenden Zeichens ist das optische System 111 im Verjauf der den Aufzeichnungsträger in senkrechter Richtung verlassenden Strahlung angeordnet. Die optische Achse dieses - als Linse ausgebildeten optischen Systems liegt in einer Ebene, in der senkrecht zum Aufzeichnungsträger 109 verlaufende Linien liegen. Durch diese Anordnung wird ein Maximum an Intensität der diffus abgestrahlten Beleuchtung erfaßt und auf der Detektoranordnung 115 zur anschließenden Umwandlung in elektrische Signale abgebildet.

Um eine synchrone Abtastung des Aufzeichnungsträgers 109 durch den einfallenden Abtaststrahl 102 und den diffus gestreuten Strahl 108 entlang einer Zeichenlinie, wie in der Figur dargestellt von »A« bis »1«, zu ermöglichen, ist der rotierende Polygonspiegel 107 vorgesehen, der acht zur Rotationsachse 132 parallele ebene reflektierende Flächen 131 aufweist. Durch den Polygonspiegel 107 wird der auftreffende Abtaststrahl 102 und der aus diffus gestreutem Licht bestehende Strahl 108 gleichzeitig abgelenkt, so daß beide Strahlen bei einer Drehung des Spiegels über die Fläche des Aufzeichnungsträgers 109 abgelenkt werden. Durch die gleichzeitige Verschiebung der Strahlen 102 und 108 ist es möglich, die gesamte Strahlungsenergie, die die Linse 105 durchsetzt, auf einen kleinen Bereich des Aufzeichnungsträgers 109 zu fokussieren und diesen Bereich auf der Detektoranordnung. 115 mit maximalem Wirkungsgrad abzubilden. Durch die Parallelität der spiegelnden Flächen 131 und der Rotationsachse 132 wird bewirkt, daß die Ungleichheit der durch die Strahlen 102 und 108 mit dem Aufzeichnungsträger 109 gebildeten Winkel zur Folge hat, daß der Winkel b zwischen der Ebene des Strahls 108 und der Achse 132 ungleich dem Winkel c zwischen der Ebene des Strahls 102 und der Achse 132 ist. Andererseits_;ist der Winkel c' gleich dem Winkel c, da auch die-Winkel a und a' einander gleich sind. _:; ■; π ;:

Ferner ist eine zweite Lichtquelle 117 vorgesehen, die eine im sichtbaren Bereich liegende Strahlung erzeugt. Der durch diese Lichtquelle erzeugte Strahl fällt auf den dichroitischen Strahlenteiler 103, der im Verlauf des Strahles 102 angeordnet ist, so daß die durch die Lichtquelle 117 erzeugte Strahlung in die durch die Lichtquelle 101 erzeugte Strahlung eingeblendet wird.

Im Verlauf des aus dem am Aufzeichnungsträger 109 gestreuten Lichtes bestehenden Strahles 108 ist ein zweiter dichroitischer Spiegel 113 angeordnet, der die

im sichtbaren Bereich liegende Komponente dieses Strahles ausblendet und auf die Anordnung zur visuellen Beobachtung 121 richtet. Diese Vorrichtung kann beispielsweise aus einer Mattscheibe bestehen, die den gleichen Abstand vom dichroitischen Strahlenteiler 113 wie die Photodetektoranordnung 115 hat. Die Beobachtungsvorrichtung 121 kann aber auch als Okular ausgebildet sein, wie es beispielsweise bei den Bildsuchern photographischer Kameras Verwendung findet.

Um die Abbildung eines einzelnen Zeichens des Aufzeichnungsträgers 109 in der Beobachtungsvorrichtung 121 zu ermöglichen und um zu vermeiden, daß alle Zeichen einer Zelle in kurzen Abständen hintereinander verschwommen abgebildet werden, ist der Polygonspiegel mechanisch, beispielsweise über eine Anordnung zur Winkelverschlüsselung mit einer Steuervorrichtung 119 verbunden. Der Winkelverschlüßler erzeugt für jede Drehlage des Polygonspiegels 107 innerhalb von jeweils 45° ein bestimmtes Ausgangssignal. Die Tatsache, daß die Ausgangssignale die einzelnen Drehlagen des Polygonspiegels jeweils innerhalb 45° angeben, berücksichtigt die acht spiegelnden Flächen 131 des Winkelspiegels. Die Steuervorrichtung 119 erzeugt jeweils für ein bestimmtes Ausgangssignal des Winkelverschlüßlers einen elektrischen Impuls, um die Lichtquelle 117 kurzzeitig immer dann zu erregen, wenn die jeweils ausgewählte Signalkombination des Winkelverschlüßlers auftritt. Auf diese Weise wird im Zusammenhang mit der Drehung des Polygonspiegels jeweils ein bestimmtes Zeichen, in der Darstellung nach der Figur beispielsweise das Zeichen E, während dieser Abtastung in Analogie zur Funktion eines Stroboskops sichtbar gemacht.

Zur Erhöhung der Beleuchtungsintensität des jeweils abgetasteten Bereichs des Aufzeichnungsträgers 109 ist eine zweite Infralichtquelle 201 und eine zweite Lichtquelle 217 zur Erzeugung einer im sichtbaren Bereich liegenden Strahlung vorgesehen. Die Lichtquelle 201 wird ebenso wie die Lichtquelle 101 dauernd erregt, während die Lichtquelle 217 ebenfalls mit dem Ausgang der Steuervorrichtung 119 verbunden ist, so daß sie gleichzeitig mit der Lichtquelle 117 kurzzeitig erregt wird. Die von den Lichtquellen 201 und 217 ausgehenden Strahlungen fallen auf gegenüberliegende Seiten des dichroitischen Strahlenteilers 203, der die von der Lichtquelle 217 ausgehende, im sichtbaren Bereich liegende Strahlung in den Verlauf der von der Lichtquelle 201 ausgehenden Strahlung einblendet, um einen beide Strahtungskomponenten enthaltenden Strahl 202 zu erzeugen, der die fokussierende Linse 205 durchsetzt, vom rotierenden Polygonspiegel 107 abgelenkt wird und auf den Aufzeichnungsträger 109 unter einem Winkel a'fällt, der dem Betrage nach gleich und der Richtung nach entgegengesetzt dem Einfallwinkel a des Strahles 102 ist. Bei dieser Anordnung wird der am Aufzeichnungsträger 109 reflektierte Anteil des Strahles 102 im Verlaufe des Strahles 202 zu den Lichtquellen 201 und 217 zurückreflektiert. In gleicher Weise wird der am Aufzeichnungsträger 109 reflektierte Anteil des Strahls 202 zu den Lichtquellen 101 und zurückgeworfen. Diese Anordnung hat zwei Vorteile. Erstens wird das reflektierte Licht innerhalb des optischen Systems gehalten und ausgenützt, so daß keinerlei Reflexionen oder Streuungen an den Innenwänden eines das optische System umgebenden Gehäuses auftreten können, was zu einem unerwünschten und störenden Rauschen im Bereich der Detektoranordnung 115 führen könnte. Da die verwendeten Lichtquellen 101,201,117 und 217 in den meisten Fällen parabolische Reflektoren haben, wird das ihnen zugeführte, am Aufzeichnungsträger reflektierte Licht einer Verstärkung der Intensität dieser Lichtquellen gleichkommen. Zur Abtastung einer aus den Zeichen »A« bis »I« bestehenden Zeile des Aufzeichnungsträgers 109 werden die Ultrarotlichtquellen 101 und 201 dauernd erregt, um eine die dichroitischen Strahlenteile 103 und 203 durchsetzende Strahlung zu erzeugen, die als Strahlen 102 und 202 von den Linsen 105 und 205 über eine der reflektierenden Flächen 131 des Polygonspiegels 107 auf einen mindestens ein Zeichen umfassenden Bereich des Aufzeichnungsträgers 109 fokussiert wird. Die Anordnung ist so getroffen, daß bei der in der Figur dargestellten Lage der einzelnen Elemente das Zeichen »A« beleuchtet wird, wenn der Polygonspiegel 107 um 1° aus seiner Anfangslage gedreht wurde. In gleicher Weise werden die Zeichen »B«, »C«, »Dec usw. beleuchtet, wenn der Polygonspiegel 107 um 2°, 3°, 4° usw. gedreht wurde. Da die Linse 111 das am Aufzeichnungsträger 109 gestreute Licht aufnimmt und als Strahl 108 auf der Photodetektoranordnung 115 fokussiert, werden dort der Reihe nach die Zeichen »A«, »B«, »C« usw. abgebildet. Am Ausgang der Detektoranordnung 115 erscheinen demnach nacheinander Kombinationen elektrischer Signale, die den jeweils abgebildeten Zeichen zugeordnet sind.

Tritt beispielsweise bei der Abtastung des Zeichens »E« eine nicht eindeutige Kombination elektrischer Signale am Ausgang der Detektoranordnung 115 auf, so daß eine nicht dargestellte nachgeschaltete elektronische Identifizierungseinheit das Zeichen nicht erkennen kann, so erzeugt diese Einheit ein Signal, das die Bewegung des Aufzeichnungsträgers in Richtung des Pfeils 133 unterbricht. Ein zweites Signal wird der Steuervorrichtung 119 zugeleitet, das besagt, daß das fünfte Zeichen nicht eindeutig erkannt werden konnte. Die Steuervorrichtung 119 erzeugt daraufhin analog der Funktion eines Stroboskops kurzzeitige Signale, die den Lichtquellen 117 und 217 immer dann zugeleitet werden, wenn der Polygonspiegel eine Drehlage einnimmt, die mit seiner Anfangslage jeweils 5°, 50°, 95° usw. einschließt. Auf diese Weise erzeugen die Lichtquellen 117 und 217 jeweils dann einen im sichtbaren Bereich liegenden Lichtblitz, wenn das Zeichen »E« auf der Detektoranordnung 115 und der Beobachtungsvorrichtung 121 abgebildet wird, was bei einer vollständigen Umdrehung des Polygonspiegels 107 achtmal der Fall ist. In den besagten Stellungen des Polygonspiegels 107 wird in dem das Zeichen »E« enthaltenden Bereich das im sichtbaren Bereich liegende Licht gestreut, durch die Linse 111 und den dichroitischen Strahlenteiler 113 auf die Beobachtungsvorrichtung 121 gerichtet, wodurch eine Abbildung des Zeichens »E« erzeugt wird, die durch eine Bedienungsperson visuell beobachtet werden kann. Aufgrund dieser Beobachtung kann die Bedienungsperson entweder das von der Abtastvorrichtung nicht eindeutig erkannte Zeichen von Hand eingeben oder die Anlage neu justieren bzw. die Identität des nicht erkennbaren Zeichens durch. Vergleich mit anderen Dokumenten feststellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Optische Abtastvorrichtung mit einem als Ablenkvorrichtung dienenden rotierenden Polygonspiegel ,und einer ersten, einen auf dem Spiegel auftreffenden Lichtstrahl erzeugenden Strahlungsquelle zur Abtastung eines Aufzeichnungsträgers und zur Reflexion des von dem Aufzeichnungsträger reflektierten Lichtes nach einer Detektorvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Strahlungsquelle (101) eine Strahlung im nicht sichtbaren Bereich liefert, daß ferner eine zweite Strahlungsquelle (117) mit einer im sichtbaren Bereich liegenden Strahlung vorgesehen ist,

daß im Strahl (102) von der ersten Strahlungsquelle (101) nach dem Polygonspiegel eine Fokussierlinse (105) angeordnet ist, deren optische Achse zur Fokussierung der Strahlung auf einen bestimmten Bereich des abzutastenden Aufzeichnungsträgers (109) in einer ersten Ebene liegt,
daß eine zweite Fokussierlinse (111) vorgesehen ist, deren optische Achse in einer zweiten Ebene liegt, die mit der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers einen Winkel bildet, der von dem Winkel zwischen dieser Oberfläche und der ersten Ebene verschieden ist, wodurch praktisch der größte Teil der von der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers diffus reflektierten Strahlung über den Polygonspiegel auf die Detektorvorrichtung (115) fokussiert wird, daß im Strahlengang der ersten Lichtquelle (101) und der zweiten Lichtquelle (117) ein dichroitischer Spiegel (103) angeordnet ist, durch den die sichtbare Strahlung in den Strahl (102) der ersten Strahlungsquelle (101) einspiegelbar ist, und daß im Strahlengang (108) des diffus reflektierten Lichts ein weiterer dichroitischer Spiegel angeordnet ist, der eine Ablenkung des sichtbaren Anteils des diffus reflektierten Lichts nach einer Sichtanzeigevorrichtung (121) bewirkt.

2. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuervorrichtung (119) vorgesehen ist, die die zweite Strahlungsquelle synchron mit dem reflektierenden Polygonspiegel (107) einschaltet, so daß durch die zweite Strahlungsquelle (117) nur ausgewählte Bereiche des Aufzeichnungsträgers ausleuchtbar sind.

3. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse der ersten Fokussierlinse (105) so gerichtet ist, daß die diese Achse enthaltende Ebene einen von 0° verschiedenen Winkel mit der Flächennormalen des Aufzeichnungsträgers bildet und damit die auf den Aufzeichnungsträger gerichtete Strahlung unter einem von 0° verschiedenen Winkel zur Flächennormalen des Aufzeichnungsträgers (109) auftrifft.

4. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse der zweiten Fokussierlinse (Ul) derart gerichtet ist, daß die diese Achse enthaltende Ebene auf der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers senkrecht steht, so daß die von dem Aufzeichnungsträger diffus reflektierte Strahlung über den Polygonspiegel durch die zweite Fokussierlinse (111) auf die Detektorvorrichtung (115) fokussiert wird.

5. Optische Abtastvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere im unsichtbaren Bereich arbeitende Strah-

lungsquelle (201) und eine weitere im sichtbaren Bereich arbeitende Strahlungsquelle vorgesehen sind, deren Strahlung über einen weiteren dichroitischen Spiegel (203) zusammengefaßt (202) wird und über eine weitere Fokussierlinse (205) und den Polygonspiegel auf den abzutastenden Aufzeichnungsträger unter einem Winkel (a') auffällt, der dem Betrage nach gleich und der Richtung nach entgegengesetzt zum Einfallswinkel des ersten Strahls (102) ist.