DE2653230A1

DE2653230A1 - Strahlungsdetektor

Info

Publication number: DE2653230A1
Application number: DE19762653230
Authority: DE
Inventors: Nigel Arthur Baker
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1975-12-30
Filing date: 1976-11-23
Publication date: 1977-07-14
Also published as: GB1526760A; JPS5285868A; NL7613668A

Description

PATENTANWÄLTE DR. ING. E. HOFFMANN . DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K.HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN Ν^Γ ■ SlTA^iLlASTRASSE 4 (STERNHAUS) · TELEFON (089) 9Π087 · TELEX 05-29ί19 (PATHE)

Xerox Corporation, Rochester N. Y. / USA

Strahlungsdetektor

Die Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor.

Detektoren zur Messung der Intensität einer Strahlung, die direkt von einer Quelle oder indirekt durch Reflexion von einer anderen Stelle aufgenommen wird, sind bekannt. Wenn die Reflexion von einer z.B. spiegelnden Oberfläche stammt, wird normalerweise ein grosser Teil der Strahlung längs eines genau definierten Weges reflektiert und kann in den Weg irgendein Detektor angeordnet werden, um eine zuverlässige Anzeige der Intensität der reflektierten Strahlung zu schaffen. Schwierigkeiten entstehen, wenn die reflektierende Oberfläche diffus oder unregelmässig ist. Wenn weiter die Quelle und/ oder die reflektierende Oberfläche während der Strahlungsmessung beweglich sind, muss der Detektor ebenfalls beweglich

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oder speziell so ausgelegt sein, dass er die Strahlung über einen weiten Winkel aufnehmen kann. In beiden Fällen entstehen Schwierigkeiten. Wenn beispielsweise der Detektor beweglich ist, erfordert dies eine genaue Synchronisation,und wenn ein breiter Winkel vorliegt, erfordert der beträchtliche und inhärente Effektivitätsabfall an den äusseren Enden des breiten Winkels eine zusätzliche Kompensation.

Erfindungsgemäss wird daher ein Strahlungsdetektor vorgesehen, der sich dadurch auszeichnet, dass er eine Hülle aufweist, deren innere freie Oberflächen aus einem diffus reflektierenden Material bestehen oder mit einem solchen Material versehen sind, wobei die Hülle ein längliches Fenster hat, durch das die Strahlung in die Hülle hineingelangen kann, und dass ein oder mehrere Strahlungssensoren oder Messfühler so angeordnet sind, dass sie die Strahlung in der Hülle erfassen.

Der Strahlungsdetektor kann ein zweites längliches Fenster aufweisen, das in bezug auf das erste Fenster so angeordnet ist, dass die Strahlung durch das zweite Fenster in die Hülle hinein- und direkt aus dem ersten Fenster hinausgeleitet werden kann. In diesem Fall kann der Detektor so angeordnet werden, dass die Strahlung erfasst wird, die in die Hülle durch eine ebene,nahe dem ersten Fenster angeordnete Fläche reflektiert wird. Eine solche Vorrichtung kann Teil eines Dokumentenlesesystems sein.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch drei unterschiedliche Ausführungsformen für erfindungsgemäss aufgebaute Detektoren.

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Nach Fig. 1 ist eine Hülle 10 an den inneren Oberflächen mit einem diffus reflektierenden Material beschiclvtet. Die Hülle 10 ist mit Ausnahme von einem länglichen schmalen Fenster 11,durch das die Strahlung in die Hülle 10 hineingelangen kann, geschlossen. Ein Strahlungssensor oder Messfühler 12 ist so befestigt, dass sein Fühlerkopf in der Hülle 10 liegt. Der Detektor spricht auf jede Strahlung an, die durch das Fenster 11 unabhängig von ihrer anfänglichen Wegrichtung einfällt.

Zum Verständnis des Arbeitsprinzips verhält sich die Hülle in optischer Hinsicht ziemlich ähnlich wie eine integrierende Kugel. Bekanntlich reflektiert bei einer theoretischen Modellvorstellung eine Kugel mit einem Nadelloch die gesamte durch das Nadelloch eintretende Strahlung auf alle Teile ihres inneren Bereiches, vorausgesetzt dass die Reflektivität der inneren Oberfläche hundert Prozent beträgt.

Wenn daher irgendwo in der Kugel ein Detektor angeordnet wird, kann dieser die gesamte durch das Nadelloch eintretende Strahlung empfangen. Die Hülle 10 ist hinsichtlich ihrer Arbeitsweise grundsätzlich äquivalent zu der integrierenden Kugel, und obgleich das Fenster 11 eine viel grössere Fläche als ein Nadelloch besitzt, wurde festgestellt, dass der Sensor 12 einen sehr hohen Prozentsatz der durch das Fenster 11 eintretenden Gesamtstrahlung empfängt, sofern das Fenster 11 relativ schmal und seine Gesamtfläche im Vergleich zur Gesamtfläche der inneren Oberflächen der Hülle 10 klein ist«

Wenn das Fenster im Fernfeld des zerstreuenden Zentrums (reflektierende Oberfläche) angeordnet ist, wird die wirksamste Messung vermutlich dadurch erhalten, indem der von dem Fenster eingeschlossene Winkel gross und die Fläche des Fühlerkopfes wenigstens im wesentlichen gleich der Fläche des Fensters gemacht wird. Gleichzeitig muss die Fläche des Fensters viel

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kleiner als die Gesamtfläche der inneren Oberflächen der Hülle 10 sein.

In der Praxis kann eine gewisse Kompensation in Fällen notwendig sein, wo beispielsweise ein kalibrierter Ausgang erforderlich ist. Zur Schaffung einer solchen Kompensation wurden zwei Modifikationen ausgelegt« Bei einer Modifikation ist das Fenster 11 so ausgebildet, dass es an seinen Enden eine grössere Breite hat und damit eine schmetterlingsflügelartige Konfiguration annimmt, wodurch die effektive Empfindlichkeit des Sensors 12 gegenüber der in diese Zonen gelangenden Strahlung zunimmt und damit die gleiche Anregung auf ähnliche Strahlungsniveaus , die durch das Fenster an irgendeiner Stelle längs desselben fallen, vorliegt. Bei einer anderen Modifikation ist für den gleichen Zweck eine Teilabschirmung vorgesehen, die wenigstens bis zu einem gewissen Umfang die durch den zentralen Bereich des Fensters eintretende Strahlung daran hindert, direkt den Sensor 12 zu erreichen, so dass in Wirklichkeit die Empfindlichkeit gegenüber der durch den zentralen Bereich hindurchgehenden Strahlung verringert wird.

Bei einer noch anderen Modifikation wurden zwei Sensoren um den zentralen Längenbereich des Fensters 11 angeordnet, d.h. jeder Sensor befindet sich an gegenüberliegenden Seiten in gleichem Abstand vom Mittelpunkt des Fensters. Es wurde dann ein kombinierter Ausgang der Sensoren verwendet, um die Höhe der durch das Fenster 11 gelangenden Strahlungsintensität zu bestimmen.

Bei einer weiteren Modifikation ist eine Vielzahl von Sensoren gleichmässig um und an beiden Seiten des zentralen Bereiches angeordnet.

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In jedem Fall vermag der erfindungsgemässe Detektor genau auf die über einen breiten Winkel aufgenommene Strahlung bei einer geringen, wenn überhaupt vorhandenen Art der zuvor genannten Modifikationen anzusprechen. Da weiter die tatsächliche Eintrittsrichtung der Strahlung in die Hülle nur eine geringe, wenn überhaupt vorhandene Bedeutung hat, kann der Detektor auf Strahlung ansprechen, die von einer nicht ebenen oder unregelmässigen Oberfläche reflektiert oder auf andere Weise vor Eintritt in das Fenster 11 gestreut wurde.

Bei dem Ausführungsbeispiel kann der Sensor 12 lösbar mit der Hülle 10 verbunden sein. Dies erleichtert die Befestigung und das Austauschen eines Sensors im Falle eines Versagens. Jedoch kann der Detektor auch zu einer integralen Einheit mit dem Sensor 12 ausgebildet sein und dauerhaft oder dauerhafter als beschrieben, mit diesem verbunden sein.

Vorzugsweise weist das diffuse reflektierende Material ein hochdiffuses Reflexionsmaterial, wie beispielsweise die unter dem Handelsnamen EASTMAN weiss reflektierende Farbe Nr. 6080, auf.

Bei anderen Ausführungsbeispielen besteht die Hülle 10 selbst aus reflektierendem Material oder ist transparent und hat auf ihrer äusseren anstelle inneren Oberfläche eine reflektierende Schicht. Die Hülle kann so gestaltet sein, dass das Fenster 11 durch einenTeil an der inneren oder äusseren Oberfläche der Hülle gebildet wird, der nicht mit dem reflektierenden Material beschichtet ist. Das Fenster 11 kann durch einen entfernt von der Oberfläche der Hülle 10 befindlichen Schlitz oder dgl. gebildet sein.

Zum Wesen der Erfindung gehört weiter, dass weitere Lagen zum Absorbieren von unerwünschten sichtbaren und unsichtbaren Lichtstrahlen z.B. nach Techniken vorgesehen sind, wie sie

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gewöhnlich in der optischen Filtertechnologie eingesetzt werden. Zusätzlich kann der Sensor 12 mit einem Filter an seiner fühlenden Oberfläche versehen sein, so dass der Sensor 12 nur für spezielle Wellenlängen der Strahlung empfindlich ist. Durch diese Technik können ein oder mehrere Sensoren so ausgelegt werden, dass sie z.B. nur auf eine Lichtfarbe ansprechen. Des weiteren können z.B. zwei oder drei Sensoren in einer Hülle vorgesehen und so ausgelegt werden, dass sie auf zwei oder drei unterschiedliche einschlägige Farben ansprechen.

Nach Fig. 2 weist der Detektor eine Hülle 110 mit einem länglichen Fenster 111 auf. Die inneren Oberflächen der Hülle sind mit einer diffus reflektierenden weissen Farbe beschichtet. Die Hülle 110 ist mit einem Sensor 112 versehen, der in einer grundsätzlich kreisförmigen Öffnung 113 in der Hülle 110 angeordnet ist. Gegenüber dem Fenster 111 befindet sich ein zweites, längliches, schmales Fenster 114, durch das die Strahlung in die Hülle 110 hineingelangt, wonach die Strahlung direkt aus dem Fenster 111 austritt.

Beim Einsatz wird der Detektor nach Fig. 2 oberhalb und nahe bei einem zu lesenden Dokument 115 angeordnet, und wird in das Fenster 114 ein Laserstrahl hineingerichtet. Der Laserstrahl streicht längs des Fensters, wobei das Dokument sich senkrecht zur Länge des Fensters bewegt und damit Zeile auf Zeile abgelesen werden kann.

Wenn der Laserstrahl auf die Oberfläche des Dokumentes trifft, wird die Strahlung in die Hülle 110 gestreut. Das Niveau der Intensität (und Wellenlänge) der reflektierten Strahlung ist kennzeichnend für das Vorhandensein oder NichtVorhandensein (und für die Farbe) von Zeichen auf dem Dokument. Die reflektierte Strahlung wird durch den Sensor 112 erfasst.

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Dabei versteht es sich, dass das zweite Fenster vorzugsweise den Laserstrahl unbeeinflusst in die Hülle 10 hineingelangen lässt. Das Fenster muss eine geringe Fläche in bezug auf den gesamten Oberflächenbereich der inneren Oberflächen der Hülle 10 haben.

In der Praxis ist eine nicht gezeigte logische Schaltung erforderlich, um den Ausgang des Sensors 112 und die Lage des abtastenden Laserstrahles miteinander zu synchronisieren. Dies wird in einfacher Weise durch eine Zeittaktschaltung erreicht, die z.B. durch einen Impuls für den Beginn der Abtastbewegung ausgelöst wird.

Daraus ist zu entnehmen, dass der Detektor nach Fig. 2 bei einem breiten Winkel, in diesem Fall einem Winkel,der eine vollständige Zeile des zu lesenden Dokuments 114 abdeckt, zufriedenstellend arbeitet. Da ferner der Detektor fast vollständig unbeeinflusst von dem Eintrittswinkel der reflektierten Strahlung ist, erscheinen die Oberflächentextur des zu kopierenden Dokumentes und die inhärenten Variationen bei einer solchen Textur nicht in der Messung als den Detektor erreichende Variation des Strahlungsniveaus. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass im Vergleich zu einer "direkt betrachtenden" Fühleranordnung/die Strahlung nur über einen relativ schmalen Raumwinkel aufnimmt, der Detektor nach Fig. 2 tatsächlich die gesamte oder faktisch gesamte reflektierte Strahlung sammelt. Dies bedeutet, dass sich der Detektor grundsätzlich wirksamer betreiben lässt, indem das Signal erhöht oder indem bei einem geringeren Strahlungsenergieniveau für das gleiche Signal-Geräuschverhältnis gearbeitet wird. Dieser letztgenannte Vorteil kann insbesondere dann wichtig sein, wenn ein oder mehrere Farben gelesen werden sollen,da z.B. das Filtern weiter die bei speziellen Wellenlängen verfügbare Energie verringert.

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In Fig. 3 ist ein dem Detektor nach Fig. 2 ähnlicher Detektor gezeigt. Eine Hülle 210 mit diffus reflektierenden Innenwänden ist mit einem länglichen Fenster 211 und zwei Sensoren 212A und 212B versehen, die mit ihren Fühlerflächen in die Hülle 210 weisend an öffnungen 213A bzw. 213B angeordnet sind. Ein zweites längliches Fenster 214 ist vorgesehen, um einen abtastenden Laserstrahl in die Hülle 210 ein- und aus dem Fenster 211 auszuführen. Beim Einsatz wird das zu lesende Dokument 215 längs und nahe bei dem Fenster 211 bewegt.

Die Arbeitsweise des Detektors nach Fig. 3 entspricht der vorausgehenden mit der Ausnahme, dass die Ausgänge der Sensoren 212A und 212B zu einem Signal zusammengefasst werden, das für die Höhe der Intensität der reflektierenden Strahlung kennzeichnend ist. Das Vorsehen von zwei (oder mehreren) Sensoren ermöglicht eine Kompensation von irgendwelchen geringen Änderungen in der Strahlungshöhe, die längs der Länge des Fensters 211 empfangen wird. Es besteht die Neigung zu einer inhärenten Verringerung in der Wirksamkeit des Detektors für Strahlung, die an den äusseren Enden des Fensters 211 eintritt (da die Hülle weniger fähig ist,wie ein integrierender Hohlraum zu wirken),und durch Verwendung von zwei oder mehreren Detektoren kann eine Kompensation ohne weiteres vorgenommen werden.

Ebenso kann die Breite des Fensters profiliert werden, so dass irgendein spezielles gewünschtes Ansprechverhalten längs der Länge des Fensters vorliegt. Dies kann auch durch Vorsehen von Abschirmwänden zum teilweisen Abschirmen der Sensoren erzielt werden, wie dies eingaigs allgemein erwähnt wurde.

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Claims

P a t e nt a η s ρ r ü c h e

1. Strahlungsdetektor, gekennzeichnet durch eine Hülle (10, 110, 210), deren nach innen weisende Oberfläche aus einem, diffus reflektierenden Material besteht oder mit einem solchen Material versehen ist, wobei die Hülle ein längliches schmales Fenster (11, 114, 214) aufweist, durch das die Strahlung in die Hülle hineingelangen kann und durch einen oder mehrere Strahlungssensoren (12, 112, 212), die so angeordnet sind, dass sie die Strahlung in der Hülle erfassen.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der oder jeder Sensor (12,112, 212) an oder um einen zentralen Bereich der Länge des Fensters (11, 114, 214) geordnet ist.

3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet , dass die innere Oberfläche mit einer Beschichtung aus diffus reflektierendem Material versehen ist.

4. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Hülle (10, 110, 210) aus transparentem Material besteht, und dass das Fenster ein Spalt ist, der durch einen Teil der inneren oder äusseren Oberfläche der Hülle gebildet ist, der nicht mit dem diffus reflektierenden Material beschichtet oder bedeckt ist.

5. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t ,dass sich die Breite des Fensters längs seiner Länge ändert.

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6. Detektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass er ein zweites längliches schmales Fenster (111, 211) aufweist, das so in Beziehung zum ersten Fenster'(114, 214) angeordnet ist, dass die Strahlung durch das zweite Fenster in die Hülle (110, 210) eintreten und direkt aus dem ersten Fenster austreten kann.

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