DE2744154A1 - Optisches system fuer eine abtastvorrichtung - Google Patents

Optisches system fuer eine abtastvorrichtung

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DE2744154A1 DE19772744154 DE2744154A DE2744154A1 DE 2744154 A1 DE2744154 A1 DE 2744154A1 DE 19772744154 DE19772744154 DE 19772744154 DE 2744154 A DE2744154 A DE 2744154A DE 2744154 A1 DE2744154 A1 DE 2744154A1
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William Dickson Westwood
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Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System für eine Abtastvorrichtung und besonders für eine Abtastvorrichtung, deren Gesamtabmessungen so klein wie möglich gehalten werden können.
Eine besondere Anwendung der Erfindung ist ein Pult-Abtastgerät, beispielsweise für ein Faksimile-Gerät oder eine Vorrichtung zum Bildaufnehmen.
Bei Abtastvorrichtungen ist es oft nötig, die Seitengröße des Materials erheblich zu verkleinern. Das kann nötig sein, weil ein Festkörper-Erfassungsgerät als Anzeige benutzt wird und die Größe bei den Kosten solcher Festkörpergeräte eine gewisse Rolle spielt, da die Geräte um so billiger hergestellt werden können, je kleiner sie sind.
Verkleinerungen der betrachteten Größenordnung machen lange optische Wege nötig. Es ist möglich, zur Reduzierung der Gesamtabmessung die optischen Wege zu knicken und das ist mit einem feststehenden optischen System leicht ausführbar. Es ist jedoch bei einem solchen System dann nötig, daß die abzutastende Materialseite bewegt werden muß, oder aber das optische System muß bewegt werden, wenn die Seite Zeile um Zeile zum Abtasten beleuchtet wird.
Damit Bücher, Zeitschriften oder ähnliches Material abgetastet oder aufgenommen werden kann, ist es notwendig, daß das Material stationär gehalten wird. Das kann dadurch erreicht werden, daß das erste Element des optischen Systems, beispielsweise ein Spiegel, bewegt wird, doch damit ergeben sich optische Wege von variabler Länge, wenn ein geknickter optischer Weg verwendet wird. Um eine konstante optische Weglänge und Vergrößerung aufrechtzuerhalten, kann das ganze optische System bewegt werden. Dafür wird jedoch beträchtlicher Platz verbraucht, da das optische System sich über die gesamte Länge einer Seite bewegen muß, womit der Gesamtlängenbedarf auf die Abmessung von zwei Seiten anwächst.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein optisches System für eine Abtastvorrichtung geschaffen, bei der eine stationäre Seite fortschreitend abgetastet wird, indem ein bewegtes Spiegelsystem und ein geknickter optischer
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Weg benutzt wird, wobei Vorsorge getroffen ist, daß die Länge des optischen Weges und damit die Vergrößerung konstant gehalten wird.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung des optischen Systems,
Fig. 2 eine andere Anordnung des optischen Systems, dargestellt wie in Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung mit dem optischen System nach Fig. 1,
Fig. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV der Fig. 3, Fig. 5 eine Draufsicht auf ein alternatives System, Fig. 6 einen Schnitt nach Linie VI-VI der Fig. 5.
Fig. 1 und 2 zeigen schematisch zwei alternative Anordnungen, bei denen der optische Weg zur Erzeugung eines Systems mit wesentlich verringerter Höhe oder Stärke in Richtung senkrecht zur Ebene des abzutastenden Materials geknickt ist. In Fig. 1 ist der Endabschnitt des optischen Weges senkrecht zu dem abgetasteten Material gehalten, während in Fig. 2 der Endabschnitt parallel zum Material verläuft. Unter der Annahme, daß das Material in einer horizontalen Ebene liegt, ist der Endteil des optischen Weges in Fig. 1 vertikal und in Fig. 2 horizontal.
Eine transparente Platte 10 erstreckt sich über die Vorrichtung der Fig. 1, und das abzutastende Material wird auf diese Platte gelegt. Unterhalb der Platte 10 ist in enger Nachbarschaft der Platte eine längliche Beleuchtungsquelle II. Ein Spiegel 12 ist in der Nähe der Lampe 11 angebracht und um 45 geneigt, um ein Abbild gegen ein Ende des Gehäuses hin zu reflektieren. Der Spiegel ist in der Nähe der Platte 10 und der Lampe angeordnet, jedoch
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von diesen beiden soweit entfernt, daß die Lichtstrahlen, die ein Abbild eines Streifens des abzutastenden Materials bilden unterhalb der Lampe gegen das Ende der Vorrichtung hin reflektiert werden, ohne auf die Lampe aufzutreffen.
Am Ende der Vorrichtung ist ein Reflektor 13 befestigt, der aus zwei Spiegeln 14 und 15 besteht, die rechtwinklig zueinander sich quer zur gesamten Vorrichtung erstrecken. Die Spiegel 14 und 15 schließen gleichfalls einen Winkel von 45 mit einer parallel zur Ebene der transparenten Platte 10 liegenden Ebene ein und der obere Spiegel 14 ist optisch mit dem Spiegel 12 ausgerichtet. Der obere Spiegel 14 empfängt die Lichtstrahlen vom Spiegel 12 und reflektiert sie zu dem unteren Spiegel 15. Vom unteren Spiegel 15 werden die Strahlen längs des Apparates zu einem weiteren Reflektor 16 reflektiert, wobei sie unterhalb der Lampe 11 und des Spiegels 12 vorbeitreten.
Der Reflektor 16 besteht gleichfalls aus zwei Spiegeln 17 und 18, die miteinander einen rechten Winkel bilden und jeweils um 45 gegen eine zur Platte 10 parallelen Ebene geneigt sind. Der untere Spiegel 18 ist optisch mit dem unteren Spiegel 15 des Reflektors 13 ausgerichtet; er nimmt die Lichtstrahlen vom Spiegel 15 auf und reflektiert sie zu dem oberen Spiegel 17. Der obere Spiegel ist optisch mit dem Spiegel 12 ausgerichtet, dessen rückseitige Oberfläche gleichfalls mit einer reflektierenden Fläche versehen ist. Damit umfaßt der Spiegel 12 wirksam zwei Rücken an Rücken gelegene Spiegel. Von der Rückseite des Spiegels 12 werden die Lichtstrahlen nach unten zu einem Linsensystem 19 und von dort zu einem Bildempfangselement 20 reflektiert. Das Element 20 kann ein Aufnahmegerät sein, das elektronisch zur Erzeugung von Ausgangssignalen abgefragt wird. Die Ausgangssignale können beispielsweise einem Ferndruckgerät zur Reproduktion des abgetasteten Materials eingespeist werden. Damit ist die vorliegende Erfindung besonders für ein Aufnahmegerät geeignet, das mit einem Faksimiledrucker zur Übertragung von gedrucktem Material, von Zeichnungen und dergleichen über das Telefonnetz oder eine andere Übertragungsverbindung verbunden ist. Für das Element 20 wird normalerweise ein Halbleitergerät, beispielsweise unter Verwendung von ladungsgekoppelten Geräten
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(CCD) eingesetzt.
Die Lampe 11, der Spiegel 12, das Linsensystem 19 und das Bildempfangselement 20 sind an einem Schlitten 25 befestigt, der zum Abtasten des auf der Platte 10 liegenden Materials von einem Ende der Vorrichtung zum anderen hin geleitet wird. Es können Schienen 26 vorgesehen sein, auf denen der Schlitten läuft und der Schlitten kann beispielsweise durch einen Elektromotor und eine (nicht gezeigte) Bewegungsvorrichtung angetrieben sein. Die Länge des optischen Weges 27 ändert sich beim Verschieben des Schlittens nicht. Zum Element 20 führen flexible Leitungen. Eine Verstärkung der von dem Element stammenden Signale kann vorgenommen werden, bevor und/ oder nachdem die Signale von dem Element 20 in das äußere der Vorrichtung abgegeben wurden.
Fig. 2 ist ähnlich wie Fig. 1 aufgebaut und die gleichen Bezugszeichen sind bei gleichen Teilen angebracht. Es ist ebenfalls eine transparente Platte vorgesehen und unterhalb dieser sind eine Lampe 11 und ein Spiegel 12 angebracht. Ein Reflektor 13 ist am einen Ende der Vorrichtung und ein Reflektor 16 am anderen Ende angebracht. Jedoch werden die vom oberen Spiegel 17 des Reflektors 16 reflektierten Lichtstrahlen nicht durch eine reflektierende Fläche an der Rückseite des Spiegels 12 reflektiert, sondern ein weiterer Spiegel oder Reflektor 30 ist hier vorgesehen. Die Ebene des Spiegels 30 steht senkrecht zur transparenten Platte 10 und ist um 45 gegen die Längsachse der Vorrichtung so geneigt, daß sie gegen die Seite der Vorrichtung hin reflektiert. Das Linsensystem 19 und das Bildempfangselement 20 sind bei dieser Ausführung in einem optischen Weg angebracht, der sich parallel zur Platte 10 statt wie in Fig. 1 senkrecht zu ihr erstreckt. Die Lampe 11, der Spiegel 12, der Spiegel 30, das Linsensystem 19 und das Bildempfangselement 20 sind an dem Schlitten 25 angebracht.
In Fig. 2 sind auch einige alternative Ausbildungen der verschiedenen Spiegel dargestellt. So ist Spiegel 12 als reflektierende Fläche eines Prismas dargestellt. Die Reflektoren 13 und 16 sind gleichfalls als Prismen ausgeführt und die Länge des Reflektors 16 ist gegenüber Fig. I verringert.
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Der Spiegel 30 ist gleichfalls die reflektierende Fläche eines Prismas, kann jedoch auch ein einfacher Spiegel sein.
Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung, die im folgenden Aufnahmegerät genannt wird, ist im einzelnen in Fig. 3 und 4 dargestellt. Das Aufnahmegerät umfaßt ein schachtelartiges Gehäuse 40 mit einem Boden Al, Endwänden 42, A3, Seitenwänden AA, A5 und mit dem transparenten, z.B. aus Glas bestehenden Deckel 10. Die Schienen 26 erstrecken sich über die gesamte Länge des Gehäuses und sind in Aufnahmen A6 eingesetzt, die an den Endwänden befestigt sind. Der Schlitten wird auf den Schienen durch Walzen A7 abgestützt und kann sich durch diese auf den Schienen bewegen. Eine Bewegung des Schlittens wird beispielsweise durch Zahnriemen A8 bewirkt, die an einem Ende durch Antriebszahnräder 49 in Bewegung gesetzt werden, die auf einer Querwelle 50 in Lagern 51 angebracht sind und die durch einen Motor 52 durch ein Schneckengetriebe 53 angetrieben werden. Die Zahnriemen A8 laufen über Rollen 54 am anderen Ende des Gehäuses, die gleichfalls auf einer Querwelle 55 befestigt sind, die durch Lager 56 abgestützt wird. Klemmeleinente 57 des Schlittens stehen mit den Zahnriemen 48 in Eingriff. Der Motor 52 ist mit einer Zweigeschwindigkeits-Steuerung ausgerüstet, die eine relativ niedrige Geschwindigkeit in einer Richtung ergibt, wenn das auf der Platte 10 liegende Material abgetastet wird, und die eine höhere Rücklaufgeschwindigkeit zum Rückholen des Schlittens 25 ergibt. Es können auch anderen Antriebsmechanismen zur Bewegung des Schlittens vorgesehen werden. Der Motor 52 kann auch innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Für die Spannung der Zahnriemen 48 können Einstellvorrichtungen vorgesehen werden.
Wie aus Fig. 3 und 4 zu sehen, sind die beiden Reflektoren 13 und 16 an den Endwänden 42 bzw. 43 angebracht. Die Lampe 11 und der Spiegel 12 sind mit ihren jeweiligen Enden an den Enden des Schlittens 25 befestigt und das Linsensystem 19 ist in einem Gehäuse. 58 angebracht, das an der Unterseite des Schlittens befestigt ist. Das Linsengehäuse 58 kann über das Element 20 gepaßt sein und dieses gegen unerwünschten Lichteintritt schützend umgeben. Bei einer (nicht gezeigten) alternativen Ausführung können die
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Reflektoren 13 und 16, die Schienen 26 und die Zahnriemen 48 zusammen mit dem Motor 52 an dem Boden 41 befestigt sein und das übrige Gehäuse kann entfernbar ausgebildet sein.
In den in Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungen bewegen sich die Lampe
11 und das erste Element des optischen Systems, die Spiegel 12, und das Linsensystem 19 und das Bildaufnahmeelement 20 in gleicher Geschwindigkeit und gleicher Richtung mit Lampe und Spiegel. Damit können die Gesamteabmessungen des Systems im wesentlichen gleich mit der Maximalgröße des abzutastenden oder aufzunehmenden Materials gehalten werden. Fig. 5 und 6 zeigen eine alternative Anordnung, bei der sich die Lampe und das erste Element wie in Fig. 1 bis 4 bewegen, bei dem jedoch das Linsensystem und das BiIdaufnahmeelement stationär gehalten werden, wobei Zwischenelemente des optischen Systems in vorbestimmter Beziehung zur Bewegung der Lampe und des ersten Elements bewegt werden, um die Gesamtlänge des optischen Weges und damit die Vergrößerung konstant zu halten. Insbesondere werden zwei zugeordnete Spiegel mit einer Geschwindigkeit bewegt, die halb so groß ist, wie die Bewegungsgeschwindigkeit der Lampe und des ersten Elements, wobei sie auch nur die halbe Bewegung der Lampe und des ersten Elements ausführen.
Wie in Fig. 5 und 6 dargestellt, sind die Lampe 11 und der ersten Spiegel
12 an einem Schlitten 25 so angebracht, daß sie unterhalb der transparenten Platte 10 hin- und herbewegbar sind. Die Spiegel 14 und 15 erstrecken sich quer zu einem Ende der Vorrichtung, wie in Fig. 1 bis 4. Die Spiegel und 18 sind am anderen Ende der Vorrichtung befestigt. Die Spiegel 12 und 14 sind optisch miteinander ausgerichtet und gleichfalls die Spiegel 15 und 18. Die durch den Spiegel 12 zum Spiegel 14 reflektierten Strahlen werden von dort zum Spiegel 15, dann zum Spiegel 18 und daraufhin zum Spiegel 17 reflektiert. Soweit ist die Anordnung der nach Fig. 1 bis 4 sehr ähnlich.
Vom Spiegel 17 werden die Lichtstrahlen zu einem weiteren Spiegelpaar 60, reflektiert. Der Spiegel 60 ist optisch mit dem Spiegel 17 ausgerichtet und reflektiert die Strahlen nach oben zum Spiegel 61, der die Strahlen wiederum
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zum gleichen Ende der Vorrichtung zurückwirft, an dem die Spiegel 17 und 18 angebracht sind. Die Strahlen treffen oberhalb der beiden Spiegel und 18 auf und werden durch einen Spiegel 64 - ähnlich wie beim Spiegel 30 in Fig. 2 - zur Seite reflektiert, wo sie dann zum Linsensystem 19 und zum Bildempfänger 20 gelangen.
Zu Beginn des Aufnehmens von auf der Platte 10 abgelegtem Material befinden sich die Schlitten 25 und 62 an einem Ende der Vorrichtung, wie es bei 25a und 62a in Fig.6 beispielsweise dargestellt ist. Wenn der Schlitten 25 mit der Lampe 11 und dem Spiegel 12 sich in Längsrichtung der Vorrichtung bewegt und das Material auf der Platte 10 abtastet wird der Schlitten 62 gleichfalls in Längsrichtung der Vorrichtung bewegt, jedoch nur mit der halben Geschwindigkeit des Schlittens 25. Damit wird die Länge des optischen Weges zwischen dem Material und dem Bildaufnahmeelement konstant gehalten und auf diese Weise bleibt die Vergrößerung konstant. Bei dieser Ausführungsform sind das Linsensystem 19 und der Bildempfänger 20 stationär angebracht.
Die Befestigungen der Spiegel, des Linsensystems 19 und des Bildaufnahmeelements 20 können unabhängig voneinander einstellbar ausgeführt sein. Die Länge des optischen Weges 27 und die Fokuslänge, die Apertur und die Schärfentiefe des Linsensystems 19 werden in Übereinstimmung mit der erforderlichen Verkleinerung eingerichtet.
Typische Parameter für das Aufnahmegerät sind beim Abtasten einer Normalseite von 21,6 cm (8 1/2 ") etwa 78 bis 79 Zeilen pro cm (200 Zeilen pro Zoll). Damit sind 1728 Einzelelemente im Bildempfangselement 20 notwendig, wenn das Aufnahmegerät mit einem Druckgerät verbunden ist. Ist das Element 20 ein Festkörperabtastgerät, muß es aus Gründen der Wirtschaftlichkeit klein sein, beispielsweise 22,5 mm. Das wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung einfach erreicht, bei der das vollständige Aufnahmegerät in einer Schreibtischschublade untergebracht werden kann. Die typischen Gesamtabmessungen sind nur um ein geringes breiter und langer als die Größe des aufzunehmenden oder abzutastenden Materials. So kann beispielsweise die Vorrichtung etwa eine Breite von 30,5 cm (12"), eine Länge von
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30,5 bis 35,6 cm (12 bis 14") und eine Höhe von 7,6 cm bis 10,2 cm (3 bis 4") aufweisen.
SLatt der beschriebenen, in der Nähe des Spiegels 12 angeordneten und sich bewegenden Lampe kann zur Beleuchtung des abzutastenden oder aufzunehmenden Materials eine Reihe von stationären Lampen am Umfang des Gehäuses angeordnet werden, oder es kann ein optisches System vorgesehen werden, das Lichtstrahlen von einer Lampe auf das Material auftreffen läßt.
Die Anmeldung beschreibt also ein optisches System für ein Abtast- oder Aufnahmegerät, bei dem ein geknickter optischer Weg benutzt wird, mit bestimmten bewegten Spiegeln, deren Bewegung so erfolgt, daß die Länge des optischen Weges und damit die Vergrößerung konstant gehalten wird. Es kann entweder ein feststehendes oder ein bewegliches Linsensystem vorgesehen sein. Bei einem feststehenden Linsensystem bewegen sich die Spiegel mit unterschiedlicher Geschwindigkeit. Bei einem sich bewegenden Linsensystem bewegen sich Linsensystem und Bi ldempi angsel erneut in festet liczi ellung mit dem Ab tasi spiegel.
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Claims (9)

Patentansprüche
1./Optisches System für eine Abtastvorrichtung mit einem länglichen Gehäuse, dadurch gekennzeichnet , daß ein erster Spiegel (12) in dem Gehäuse hin- und herverschiebbar angebracht ist, um auf dem Gehäuse angeordnetes Material abzutasten, daß eine Lampe (11) zur Beleuchtung des Materials angeordnet ist, daß ein zweiter (14) und ein dritter (15) Spiegel an einem Ende des Gehäuses befestigt sind, daß der zweite Spiegel (14) optisch mit dem ersten Spiegel (12) so ausgerichtet ist, daß er Lichtstrahlen von diesem empfängt und sie zum dritten Spiegel (15) hin reflektiert, daß ein vierter (18) und ein fünfter (17) Spiegel am anderen Ende des Gehäuses befestigt ist, daß der vierte Spiegel (18) optisch so mit dem dritten Spiegel (15) ausgerichtet ist, daß er die Lichtstrahlen von diesem aufnimmt und sie zu dem fünften Spiegel (17) hin reflektiert, daß ein sechster Spiegel (12; 30; 60) zwischen den Enden des Gehäuses befestigt und optisch mit dem fünften Spiegel (17) ausgerichtet ist, um die Strahlen von diesem zu empfangen, daß die Lichtstrahlen von dem sechsten Spiegel (12; 30)
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zu einem Linsensystem (19) und von da zu einem Bildempfänger (20) gelangen und daß der sechste Spiegel (12; 30; 60) in dem Gehäuse so angebracht ist, daß er eine Hin- und Herbewegung in dem Gehäuse mit einer vorbestimmten Geschwindigkeitsbeziehung zu der Lampe (11) und dem ersten Spiegel (12) ausführt, um die Gesamtlänge des optischen Weges vom ersten Spiegel (12) bis zum Linsensystem (19) konstant zu halten.
2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Lampe (11) dem ersten Spiegel (12) benachbart angebracht ist und sich mit ihm hin- und herbewegt.
3· Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der sechste Spiegel (12; 30) optisch mit dem Linsensystem (19) ausgerichtet ist und daß der sechste Spiegel (12; 30),das Linsensystem (19) und der Bildempfänger (20) so angebracht sind, daß sie eine Hin- und Herbewegung mit der gleichen Geschwindigkeit und in der gleichen Richtung wie die Lampe (11) und der erste Spiegel (12) ausführen.
4. Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Spiegel (12; 30), der sechste Spiegel (12; 30), das Linsensystem (19) und der Bildempfänger (20) auf einem gemeinsamen Tragelement (25) befestigt sind.
5. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein siebter Spiegel (61) optisch so mit dem sechsten Spiegel (60) ausgerichtet ist, daß er die Lichtstrahlen zu dem Linsensystem (19) reflektiert und daß der sechste (60) und der siebte (61) Spiegel so angebracht sind, daß sie mit der halben Geschwindigkeit in der gleichen Richtung wie die Lampe (11) und der erste Spiegel (12) eine Hin- und Herbewegung ausführen.
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6. Optisches System nach Anspruch !,gekennzeichnet durch ein längliches, rechteckiges Gehäuse mit einem Boden, mit End- und Seitenwänden und einer transparenten Deckfläche und durch ein optisch mit dem Linsensystem (19) ausgerichtetes Halbleiter-Bildempfangsgerät (20).
7. Optisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennze ichne t, daß in dem Gehäuse eine Führungseinrichtung (26) vorgesehen ist, daß das gemeinsame Tragelement ein an der Führungseinrichtung (26) angebrachter Schlitten (25) ist und daß Einrichtungen (48, 49, 50, 52, 53) vorgesehen sind, um den Schlitten an der Führungseinrichtung hin- und herzubewegen.
8. Optisches System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der sechste Spiegel (12; 30), das Linsensystem (19) und der Bildempfänger (20) an dem Schlitten (25) befestigt sind.
9. Optisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der sechste (60) und der siebte (61) Spiegel an einem weiteren Schlitten (62) in dem Gehäuse befestigt sind.
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DE19772744154 1976-11-08 1977-09-30 Optisches system fuer eine abtastvorrichtung Pending DE2744154A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA265,177A CA1058435A (en) 1976-11-08 1976-11-08 Optical system for a scanning apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2744154A1 true DE2744154A1 (de) 1978-05-18

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