DE2245177C3

DE2245177C3 - Verfahren und Vorrichtung zum gleichförmigen Abtasten einer ebenen Fläche

Info

Publication number: DE2245177C3
Application number: DE2245177A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Maeno; Yasuo Shiragai
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1971-09-16
Filing date: 1972-09-14
Publication date: 1975-05-15
Also published as: US3814494A; JPS4838023A; JPS514862B2; DE2245177A1; DE2245177B2

Description

dr

ι V

~d7 ⁼ Ti ^cos -·>

folgt, in der ₇ den Drehwinkel des rotierenden Spiegels gegenüber einer Bezugslage. / die Länge einer Senkrechten vom Zentrum des rotierenden Spiegels auf die abzutastende fläche und ι die Abtastgeschwindigkeit für einen die abzutastende Fläche überstreichenden Lichtpunkt bedeutet.

2. Vorrichtung zum gleichförmigen Abni-.ten einer ebenen Fläche mit einem an einem rotierenden Spiegel umgelenkten Lichtstrahl zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch. 1. dadurch gekennzeichnet, daß ein den rotierenden Spiegel (1) antreibendes erstes Koppelglied (10) auf einer ersten Zentralachse (4) drehbar gelagert ist und an einem Ende mit einem Abschnitt eines /weiten Koppelgliedes (11) in Berührung steht. da> auf einer zweiten Zentralachse (12) drehbar geiager; ist und mit einem Fnde an einem eine lineare Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit ausführenden Schleifer (15) anliegt, und daß der Abstand zwischen den beiden Zentralachsen (4 und 12) gleich dein Absland zwischen der /weilen Zentralachse (12) einerseits und der Berührungsslelle der beiden Koppelglieder (10 und 11) andererseits ist.

3. Voirichtung /um gleichförmigen Ablasen einer ebenen Fläche mit einem an einen,' rotierenden Spiegel umgelenkten Lichtstrahl zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Spiegel 11) auf dem zentralen Teil eine- /emralachse (4) drehbar gelagert ist. um die ein Hebel (25) drehbar ist. an dessen einem Lude eir Nocken (3Ol anliegt, dessen Profil der Bedinuuni!

r =■ r„

T;

ill (■·■ S O)

[cniigt. in der r„ den Radius des Nockens für eine

e/.ugslage des rotierenden Spiegels. /, den Ab- <·ο stand von der Zentralachse für den Hebe) his zur Anlagefläche am Nocken. ; den Drehuinkel für <ien Nocken. ··, die Winkelgeschwindigkeit für die Rotation des Nockens und /, die Länge der Senkrechten vom Zentrum des rotierenden Spiegels 6' auf die abzutastende !lache bedeutet.

„. .- .· ι ... I .;_nk< cii-h uiif pin Yfr

UH nrimuuiig ιλ^"-·" ·"—· — -■

»leichförmiuen Abtasten einer eoenen riaciie mi einem von einer feststehenden Lichtquelleausgeheiider und an einem rotierenden Spiegel umgelenkten Licht. strahl sowie auf Vorrichtungen, die sich /um Durch führen eines solchen Verfahrens eignen

Das wesentliche Anwendungsgebiet der LrlinJuns. ist in einem Einsatz in Verbindung mit optischer Einrichtungen für die Zeichenerkennung bzw. Zeichenauslesuns! zu sehen.

Für die gleichförmige Abtastung der Oberfläche beispielsweise eines Blattes Papier, sind bisher Leseeinrichtungen üblich, wie sie in F i g. 1 veranschaulich: sind und bei denen ein abtastender Lichtstrahl verwendet wird, der durch Umlenkung eines w>n einer relativ zu einer kreisbogenförmig gekrümmten abzutastenden Fläche 5 feststehe.seien Lichtquelle 2 ausgehenden Lichtstrahls mittels eines mit konstanter Winkelgeschwindigkeit rotierenden Spiegelsgeu nnen wird. A)-s Alternative dazu i-u eine gleichR :mige Abtastung einer eben angeordneten !-"lache 5 mit Hilfe eines mit gleichförmiger Geschwindigkeit rotierenden Spiegels 1 für die Abtastung dieser I Liehe 5 und anschließender elektrischer Korrektur der so durch eine nicht gleichförmige Abtastung erhaltenen Informationen im Sinne einer gleichförmigen Penode für die Übertragung an die Leseemnciiiungen erhalten worden. Es liegt dabei auf der Hand, daß eine gleichförmiue Abtastung einer Fläche unter dem Gesichtspunkt der Kostspieligkeil und der Zuverlässigkeit für die Zeichenerkennung den Vorzug verdient. Hei den üblichen Zeichenerkenntingseinnchuingen wird daher nach dem ersten Verfahren gearbeitet, d. h. nach dem Verfahren, bei dem die abzutastende !Liehe kreisförmig durchgebogen und durch einen gleichförmig rotierenden Spiegel abgetastet wird, der sich im Krüsnmungsniitlelpunkt der gebogenen Fläche befindet. Diese Ablasimeihodc hat jedoch den NmJr Π. daß es nur sehr schwer gelingt, die ah/uiaste de Fläche in der passenden Krümmung durchzubiegen. Außerdem ergibt sich bei L.eseeinnchtungen mit automatischer Zuführung von auszulesenden Papierbögen die Notwendigkeit sehr langer Abschnitte für die Korrektur einer Schräglage der Papiei bögen, und dies führt zu unvorteilhaft großen Gesamiabmessungen der Lesceinrichtung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen die Möglichkeit zu schaffen, cmc ebene Fläche ohne die Notwendigkeit einer nachträglichen elektrischen Korrektur in gleichförmiger Weise mit einem Lichtstrahl unter dessen Umlenkung an einem rotierenden Spiegel abzutasten.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Verfahren der eingangs erwähnten Art. crfmdungsgemaß dadurch geliist. daß der rotierende Spiegel mit einer

Winkelüeschwindiükeil ,' umläuft, die der Gcsctz-

df

mäßigkeil

dt

cos' 21

folgt, in der I₁ den Drehw inkel des rotierenden Spiegels gegenüber einer Bc/ugslage. / die Länge einer Senkrechten \om Zentrum des rotierenden Spiegels auf die abzutastende Fläche und 1 die Abtaslgcschwindigdigkeii liir einen die abzutastende fläche überstreichenden Lichtruinki bedeuirt.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestaltet durch eine nicht gleichförmige Rotation des rotierenden Spiegels eine Abtastung einer ebenen Fläche ohne 4ie Notwendigkeil einer nachträglichen elektrischen Korrektur der erhaltenen Daten. s

Gegenstand der Frfinduni> ist weiier eine Vorrichtung zum gleichförmigen Abtasten einer ebenen Fläche mit einem an einem rotierenden Spieucl umgelenkten Lichtstrahl, die sich /ur Durchführuivj des obenerwähnten Verfahrens eignet und dadurch gekennzeichnet ist, daß ein den rotierenden Spiegel antreibendes erstes Koppelglied auf einer ersten Zentralachse drehbar gelagert ist und an einem Ende mit einem Abschnitt eines /weiten Koppelglied^ in Berührung stein, das auf einer zweiten Zentralachse :s drehbar gelagert ist und mit einem Ende an einem eine lineare Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit ausführenden Schleifer anliegt, und daß der Abstand zwischen den beiden Zentalachsen gleich dem Abstand zwischen der zweiten Zenirakichse ;c einerseits und der Berührungssteüe der beiden Koppel· glieder andererseits ist.

Kennzeichnend für eine andere derartige Vorrichtung ist. daß der rotierende Spiegel auf dem zentralen Teil einer Zentralachse drehbar gelagert ist. um die ein Hebel drehbar ist. an dessen einem En.de ein Nocken anliegt, dessen Profil der Bedingung

r =- r,.

■ 1''

40

genügt, in der r_t) den Radius des Nockens fui eine Bez.ugslage de:, rotierenden Spiegels, I₃ den Abstand von der Zertralachse für den Hebel bis zur Anlagefläche am Nocken, ν der. Drehwinkel für den Nocken. im die Winkelgeschwindigkeit für die Rotation deNockens und I₁ die Länge tier Senkrechten vom Zentrum des rotierenden Spiegels auf die abzutastende Fläche bedeutet.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung wiui nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen: v,\ dieser zeigt

Fig. ! eine schematische Daistelhinu fü: den optischen Aufbau bisher bekannter Abiasieir richtungen,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Grundprinzips für das erfmdimiisgcmäß ausgeführte Ablastverfahren und

Fig. 3 bis ('> Ausführungsbeispiele fin i-rimdnngsgemäß gestaltete Vorrichtungen /um Abtasten einoi ebenen Flüche mit einem an '.-inenι p'Ueicink'n Spiegel umgelenkten I ichtslrahl.

In der Darstellung in Fig. 2 sendei eine stationäre Lichtquelle 2 einen Lichtstrahl 3 aus. der eine gleichförmige Abtastung einer ebenen Fläche 5. beispielsweise eines Blattes Papier, bewirkt, wenn die Spiegelachse 4 mit einer Winkeliieschw indiükeh .'- rotiert.

α/

die durch den Ausciuck

Ui

COS² 2</

gegeben ist. m dem </ den Drehw inkel fur den Spiegel 1 gegenüber einer Ausgangslage n für diesen Spiegel rclath zum Lichtstrahl 3 und die konstante Größe r die Abtastgeschwindigkeit Tür den Lichtstrahl auf der abzutastenden Fläche 5 bedeutet.

Bezeichnet weiter (-) den Winkel zwischen dem reflektierten Lichtstrahl und der Senkrechten /, vom Zentrum der Spiegclachse 4 zur abzutastenden Fläche 5. dann gilt weiter die Beziehung (-) = 2</ Die Lage \ des Lichlfleeks 7 auf der Fläche 5 ergibt sich dann entsprechend der Darstellung in Fig. 2 zu

Λ = /, ig Μ - /, · Ig 2'i .

I)₁UiIUS folgt für die Verschiebungsgeschwmdigkeil ".^X für den Lichtfleck 7 die Beziehung

-Ί

dl

ν (konstant). lai

die siel, wiederum umrechnen !.'ißt zu

I . i yc

Damit versteht sich, daß die Rotation der Spiegeiachse 4 mit -Jner durch den obigen Ausdruck gegebenen Winkelgeschwindigkeit cmc gleichförmige Abtast.unu dei ebenen F lache 5 ermöglicht. Der Anfangswert ■ /. !ur (iie Winkellage des reneklierenden Spiegeis 1 bezieht sich auf den Winke; /wischen eier reflektierenden Oberlläche des SpiegeK I und der Senkrechten 6 min Zentrum der Spitgeiachse 4 auf die Oberfläche 5. wenn der reflektierte Fichtst!ahi mit dieser Senk-1 echten 6 zusammenfällt.

hi Fi g. 3 ist em erstes Ausführungsbeispiel für emc erh'ndungsgemäß ausgebildete Abtastvorrichtung mit einem Koppelmedianismus veranschaulicht, bei dem ein ebener Spiegell das Zentrum Aa einer Spiegelachse 4 enthält und mit einem Koppelglied 10 verbunden ist. das drehbar auf der Achse 4 gelagert ist. Fin weiteres Koppelglied 11 ist auf einer Achse \1 drehbar gelagcri. Die beiden Koppelglieder 10 und 11 sind über eine Zugfeder 13 miteinander verbunden deren Zugkraft ausreicht, um einen Vorsprung 14 an dem Koppelglied 11 in konstanter Anlage an einet ebenen Fläche 10/; am unteren Teil des Koppelgüedes 10 /u halten. Fin Schieber 15 weist eint Spitze ISiJ auf, die sich mit gleichförmiger Geschwindigkeit längs einer Geraden 21 bewegt und dabe ständig an einer ebenen Fläche 11 b auf der Unterseite lies Koppelgliedes 11 anliegt. Das Koppelglied 11 i'.t so gebaut, daß die die ebene Fläche Mb enthal '.ende Ebene durch das Zentrum 12« der Achsei; hindurchgeht. In ähnlicher Weise isl das Koppel glied IO so gehaut. daß die die ebene Fläche 1OJ enthaltende Ebene durch das Zentrum Aa der Achse · hindurchgeht. Weiter ist der K.oppelmechanisnius si angeordnet, daß vier Punkte, nämlich das Zentrum 4< der Achse 4. das Zentrum 12« der Achse 12. der dii

ebene Fläche 10 b berührende Punkt des Voisprungs 14 und die an der ebenen Fläche 11fr anliegende Spitze 15a des Schiebers 15 in einem bestimmten Zeitpunkt während der Bewegung des am Koppelglied 11 anliegenden Schiebers 15 auf einer gemeinsamen Geraden 20 liegen. Diese Gerade 20 verläuft senkrecht zur Geraden 21, auf der sich der Schieber 15 bewegl. und der Abstand wi zwischen den Zentren 4ο und 12« ist gleich dem Abstand m' zwischen dem Zentrum 12a und dem Vorsprung 14. Bei dieser Anordnung beträgt das Verhältnis zwischen dem Drehwinkel für die Drehung des Koppelgliedes 10 und dem Drehwinkel für die Drehung des Koppelgliedes 11 stets 1 : 2. Das Verhältnis zwischen der Drehung des Koppügliedes 10 -- also dem Drehwinkel Tür den Spiegel 1 und dem reflektierten Lichtstrahl 8 beträgt also stets 1 : 2. da der Drehwinkel für den reflektierten Lichtstrahl 8 stets gleich dem Drehwinkel für das Koppelglied 11 ist. Daraus ergibt sich, daß das Dreieck OMN dem Dreieck PQR ähnlich ist, und die gleichförmige Bewegung des Schiebers 15 führt damit auf Grund des Prinzips der homologen Dreiecke zu einer gleichförmigen Bewegung des Lichtflecks auf der abzutastenden Fläche 5. Bezeichnet man die Verschiebung des Schiebers 15 mit y. so folgt daraus die Beziehung

V = U tg <■>

= Mg 2, . die sich wiederum umrechnen läßt zu

(O die Klauenkupplung für die Trommel 44 ausrücken, wodurch das Aufwickeln des Taus 42 aufhört und der Kolben 40 unter der Einwirkung einer Feder 49 in Richtung des Pfeiles 50 in seine ursprüngliche Lage zurückkehrt.

In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel veranschaulicht, das mit einem Nockenmechanismus arbeitel, wobei ein um eine Achse 4 drehbarer Spiegel 1 mil einer reflektierenden Oberfläche an einem Hebel 25 befestigt ist. Außerdem gehören zu dem Nockcnmechanismus ein Nocken 30 und ein Nockenfolger 26 für die Umwandlung dei Bewegung des Nockens 30 in eine Verschiebung längs einer Geraden 36. Zur Vereinfachung der Darstellung ist ein am Nockenfolger 26 anliegender Punkt 31 des Nockens 30 bzw ein am Hebel 25 anliegender Punkt 27 des Nockenfolgers 26 als Messerschneide ausgebildet, so daß sich eine Punktberührung ergibt.

Der Spiegel 1 ist so angeordnet, daß ein an seiner reflektierenden Oberfläche reflektierter Lichtstrahl mit der Senkrechten 6 auf die abzutastende Flache 5 zusammenfällt, wenn der Nockenmechanismus die in F i g. 6 dargestellte Lage einnimmt. Unter dci Annahme, daß in dieser Lage der Drehwinkel ; für den Nocken 30 gleich 0 ist, der Radius des Nockens 30 r„ beträgt und der Winkel ν positiv ist. wenn er entgegen der durch den Pfeil 37 angedeuteter Drehrichtung gemessen wird, so ergibt sich für der Drehwinkel 7 für den Spiegel 1 die Beziehung

r - r_n

= sin

^.L- = 2/, -' -„ ■- · -Vt = »(konstant)

COS" 1<ι

d/

Durch Integration des früher erhaltenen Ausdruck: dt/ ν

do u , .

df 2/2

40

df 2/,

erhält man die Beziehung

cos² 2 <

Dies steht in Übereinstimmung mit dem oben angegebenen Ausdruck für die Winkelgeschwindigkeit für die Drehung des Spiegels 1.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 steht das Koppelglied 11 in Punktberührung mit der Spitze 15a des Schiebers 15. woraus sich ein rascher Verschleiß für diese Spitze 15a ergeben kann. Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 ist dieser mögliche Nachteil dadurch vermieden, daß das Koppelglied 11 in rollender Berührung mit der Spitze des Schiebers 15 steht.

In F i g. 5 ist ein Mechanismus für die gleichförmige Durchführung einer linearen Bewegung für den ^r

Schieber 15 veranschaulicht, zu dem ein Kolben 40 und ein Dämpferzylinder 41 gehören. Der Kolben 40 ist mit einem Tau 42 verbunden, das über eine Laufrolle 43 läuft und auf einer Trommel 44 mit einer und Klauenkupplung aufgewickelt wird. Auf dem Kolben 40 ist weiter eine Rolle 45 angebracht, die mit einem Koppelglied 11 in Berührung steht. Eine gleichförmige 60 ^r Drehung der Trommel 44 mit der Klauenkupplung in der Richtung des Pfeiles 46 führt zu einer gleichförmigen linearen Bewegung des über das Tau 42 mitgenommenen Kolbens 40 in der Richtung des Pfeiles 47, wodurch das Koppelglied 11 über die Rolle 45 in gleichförmige Drehung versetzt wird. Bei Verschiebung des Kolbens 40 bis zu einer vorgebbaren Lage spricht ein Detektor 48 an und läßt

und unter der Annahme einer gleichförmigen Rotatioi des Nockens 30 mit einer Winkelgeschwindigkeit > gilt außerdem ■■ = <«t.

Durch Eliminieren von 7 und f aus den obigct Beziehungen zurGewinnungeiner Funktion /Ir. ;·!-=· erhält man

'■■ Ι /ι	O)	(gl
	r_L U- +	(; ^ 0)
Ψ	/It	(hl
		(;■ < 0)

Wird der Hebel 25 über den Nockenfolger 2 durch einen Nocken 30 angetrieben, dessen Prof sich aus den vorstehenden Beziehungen ergibt, dan erfolgt der Antrieb des Spiegels 1 in übereinstimmun mi t dem oben angegebenen Ausdruck für die Definilio

der Winkelgeschwindigkeit für die Rotation, /u Vorrichtung gemäß der Erfindung eine gleichförmige

beachten ist. daß der Nocken 30 eine kontinuierlich Abtastung einer ebenen Fläche, beispielsweise eines

gekrümmte Form und einen kontinuierlichen Gi adien- Blattes Papier, ohne dessen Durchbiegung und ohne

ten aufweist. die Vornahme einer elektrischen Korrektur der crhal-

Wie bereits erwähnt, ermöglichen Verfahren und s lenen Daten.

Hiemi 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum gleichförmigen Abtasten einer ebenen Fläche mit einem von einer feststehenden Lichtquelle ausgehenden und an einem rotierenden Spiegel umgelenkten Lichtstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Spiegel mil einer Winkelgeschwindigkeit ','( umlauft, die der Gesetzmäßigkeit

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