DE2830844A1 - FIBER OPTIC IMAGING DEVICE - Google Patents
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Description
US-Ser.NO. 816,307 12.JuIi 1978US-Ser.NO. 816,307 July 12, 1978
AT:18.JuIi 1977 10356 Dr.ν.Β/ΕAT: July 18, 1977 10356 Dr.ν.Β / Ε
GALILEO ELECTRO - OPTICS CORPORATION Galileo Park, Sturbridge, Massachusetts, V.St.A.GALILEO ELECTRO - OPTICS CORPORATION Galileo Park, Sturbridge , Massachusetts, V.St.A.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bildabtastvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Faseroptik-Bildabtastvorrichtung für ein Kopiergerät.The present invention relates to an image sensing device according to the preamble of claim 1. In particular, the invention relates a fiber optic image scanner for a copier.
Es sind Kopiergeräte bekannt, bei denen eine zweidimensionale Bildvorlage, wie eine Seite eines Schriftstückes, längs einer Dimension durch eine dünne oder schmale Bildabtastvorrichtung abgetastet wird, welche aus einer Mehrzahl von Faseroptikbündeln zusammengesetzt ist. Bei solchen Bildabtastvorrichtungen besteht ein schon früh erkanntes Problem darin, daß in der Kopie nicht exponierte schwarze Linien auftreten, wenn zwischen den Oberflächen benachbarter Bündel ein in Abtastrichtung verlaufender Zwischenraum vorhanden ist. Zur Behebung dieser Schwierigkeit ist es bekannt, Faseroptikbündel solcher Form zu verwenden, daß die aneinander angrenzenden Flächen nicht parallel zur Abtastrichtung verlaufen. Gemäß der US-PS 3 196 738 können die Bündel etwa die Form einer Krawattenschleife haben; es sind auch Bündel mit einem pfeilförmigen Querschnitt bekannt. Bei diesen Konfigurationen wird der Einfluß von Zwischenräumen zwischen den Bündeln über die Abtastrichtung verteilt und nicht exponierte schwarze Linien auf der Kopie dadurch vermieden.There are copiers known in which a two-dimensional Original image, such as a page of a document, is scanned along one dimension by a thin or narrow image scanning device, which is composed of a plurality of fiber optic bundles. In such An early recognized problem is image sensing devices that unexposed black lines appear in the copy when there is a space between the surfaces of adjacent beams in the scanning direction is available. To overcome this difficulty, it is known to use fiber optic bundles to use such a shape that the adjacent surfaces are not parallel to the scanning direction. According to U.S. Patent 3,196 738 the bundles can have the shape of a tie bow; there are also known bundles with an arrow-shaped cross section. With these configurations the influence of spaces between the bundles is about distributes the scanning direction and thereby avoids unexposed black lines on the copy.
Bei den bekannten Konstruktionen ist jedoch die Bildübertragung an den Stoßstellen zwischen den benachbarten Bündeln immer noch schlechter als im Inneren der Bündel, da an den Ecken der Stoßstellen, z.B.In the known constructions, however, is the image transmission still at the joints between the adjacent bundles worse than inside the bundle, since at the corners of the joints, e.g.
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an der Spitze der pfeilförmigen Bündel, und längs der aneinander angrenzenden Flächen, z.B. infolge von Herstellungstoleranzen und dementsprechenden Abweichungen der Winkel zwischen zwei Flächen (z.B. dem Pfeilwinkel) Zwischenräume verblieben. Diese Zwischenräume haben ihre Ursache darin, daß der Relation zwischen der Packungskonfiguration der einzelnen optischen Fasern und der Form der aneinander angrenzenden Flächen keine Aufmerksamkeit geschenkt wurde. Die optischen Fasern wurden als unendlich dünn angesehen und die die Stoßstellen bildenden Flächen wurden als glatt angenommen, obwohl sie im allgemeinen regellose Unebenheiten oder Wellen infolge der Spalte oder Zwickel zwischen den Fasern hatten; ferner wurde der Winkel zwischen den Stoßflöchen lediglich im Hinblick auf eine möglichst breite Verteilung des Zwischenraumes oder Spaltes gewählt (z.B. bei der Pfeilform wurde der Winkel der Pfeilspitze spitz gemacht).at the tip of the arrow-shaped bundles, and along the adjacent ones Surfaces, e.g. as a result of manufacturing tolerances and corresponding deviations in the angles between two surfaces (e.g. the arrow angle) Gaps remained. These gaps are caused by that no attention is paid to the relation between the packing configuration of each optical fiber and the shape of the adjacent surfaces was given. The optical fibers were considered to be infinitely thin and the surfaces forming the joints were assumed to be smooth, although they generally had random bumps or waves due to the gaps or gussets between the fibers; further became the angle between the joint surfaces is only chosen with a view to the widest possible distribution of the space or gap (e.g. in the Arrow shape, the angle of the arrowhead was made pointed).
Das Fehlen einer geometrischen Beziehung zwischen den Fasern und den aneinander angrenzenden Bündel flächen läßt sich insbesondere aus den Figuren 9 und 10 der US-PS 31 96738 deutlich erkennen. Wo auf dem Gebiet der Faseroptik der erwähnten Beziehung Beachtung geschenkt wurde, wie z.B. in der Imagescope-Technik, wurden die Fasern in einem quadratischen Muster angeordnet und die Bündel hatten einen rechteckigen Querschnitt, was alles für die Verwendung in Kopiergeräten ungünstig ist, da bei diesen Konstruktionen die Zwischenräume zwischen den Bündeln unvermeidlich in der Abtastrichtung verlaufen wurden.The lack of a geometric relationship between the fibers and the adjacent bundle surfaces can be clearly seen in particular from FIGS. 9 and 10 of US Pat. No. 3,196,738. Where in the field Attention was paid to the fiber optics of the aforementioned relationship, such as in the imagescope technique, the fibers were arranged in a square pattern arranged and the bundles had a rectangular cross-section, which is all unfavorable for use in copiers, as in these constructions the spaces between the bundles would inevitably be in the scanning direction.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Auftreten störender Zwischenräume zwischen Bündeln optischer Fasern zu vermeiden. The present invention is based on the object of avoiding the occurrence of disruptive gaps between bundles of optical fibers.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Bildabtastvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the present invention by an image scanning device having the characterizing features of the patent claim 1 solved.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Bildabtastvorrichtung gemäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Developments and advantageous refinements of the image scanning device according to the invention are characterized in the subclaims.
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Es wurde gefunden, daß die erwähnten Zwischenräume oder Spalten zwischen den Faserbündeln dadurch praktisch vermieden und die Gleichmäßigkeit der Bildtransmission dadurch erheblich verbessert werden kann, daß man die Fasern in den jeweiligen Bündeln in einer dichten, natürlichen Packung anordnet, die aneinander angrenzenden Flächen entsprechend der natürlichen Packung formt und an diesen Flächen die natürlichen Rillen oder Wellen der Fasern beläßt. In einem dicht gepackten natürlichen Paket liegen die Achsen jedes Paares aneinander angrenzender Fasern in einer Ebene, die parallel zu einer von drei sich gegenseitig unter einem Winkel von 60° schneidenden Bezugsebenen verläuft. Entsprechend der natürlichen Packung betragen die Winkel zwischen den aneinander angrenzenden Flächen (Stoßflächen) Vielfache von 60° (z.B. hat ein Pfeil eine Spitze mit einem Winkel von 120), und die Ecken zwischen den Flächen werden durch die Form der einzelnen Fasern definiert und zwar eine vorspringende Ecke durch eine einzelne Faser und eine einspringende Ecke durch drei Fasern. Beim Zusammensetzen eines Bildabtastelementes oder einer Bildabtastvorrichtung passen die Bündel so genau zusammen, daß die Stoßstellen zwischen den Bündeln nicht von einem Bereich aus natürlich gepackten Fasern unterschieden werden können und der Abstand zwischen den Achsen oder Mittellinien zwischen zwei aneinander angrenzenden Fasern überall gleich ist, gleichgültig ob sich die betrachteten Fasern im gleichen Bündel befinden oder nicht.It has been found that the spaces or gaps mentioned between the fiber bundles can thus be practically avoided and the uniformity of the image transmission can be significantly improved as a result, that one arranges the fibers in the respective bundles in a dense, natural packing, the adjoining surfaces corresponding to the natural one Forms packing and leaves the natural grooves or waves of the fibers on these surfaces. Lie in a tightly packed natural package the axes of each pair of adjacent fibers in a plane, which runs parallel to one of three reference planes that intersect at an angle of 60 °. According to the natural pack the angles between the adjacent surfaces (abutting surfaces) are multiples of 60 ° (e.g. an arrow has a point with a Angle of 120), and the corners between the surfaces are defined by the shape of the individual fibers, namely a protruding corner by a single fiber and a re-entrant corner by three fibers. When assembling an image sensing element or an image sensing device the bundles so exactly together that the joints between the bundles cannot be distinguished from an area of naturally packed fibers and the distance between axes or centerlines between two adjacent fibers is the same everywhere, regardless of whether the fibers under consideration are in the same bundle or not.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, die eine Querschnittsansicht eines Teiles einer Bildabtastvorrichtung oder eines Bildabtastelementes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.In the following an embodiment of the invention is under Referring to the drawing, which is a cross-sectional view of part of an image sensing device or element according to an embodiment of the invention.
Die nur teilweise dargestellte Bildabtastvorrichtung 10 kann in der Praxis etwa 250 mm lang, etwa 0,15mm dick und etwa 25mm tief sein. Sie ist aus einer Anzahl, z.B. etwa 1000 Faseroptikbündeln 12 zusammengesetzt, von denen drei im Querschnitt dargestellt sind. Jedes Bündel 12 besteht aus 70 optischen Fasern 14 (Durchmesser etwa 25 μπι), die in einer dichten natürlichen Packung (hexagonale Packung) angeordnet sind. Die Fasern haben jeweils einen Kern mit hohem Brechungsindex (ζ.Β.Flintglas Schott F-7 mit einem Brechungsindex von 1,62) und einen Mantel mit niedri-The image scanning device 10, which is only partially shown, can in practice about 250 mm long, about 0.15 mm thick and about 25 mm deep. It is composed of a number, e.g. about 1000 fiber optic bundles 12, three of which are shown in cross section. Each bundle 12 consists of 70 optical fibers 14 (diameter about 25 μπι), which in a dense natural packing (hexagonal packing). The fibers each have a core with a high refractive index (ζ.Β. flint glass Schott F-7 with a refractive index of 1.62) and a cladding with low
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gerem Brechungsindex (z.B.Borosilikatglas Coming 7052 mit dem Brechungsindex 1,48). Die Fasern einschließlich Kern und Mantel sind jeweils im Querschnitt durch einen einfachen Kreis dargestellt. Die Fasern sind an ihren Berührungslinien miteinander verbunden. Zwischen den Fasern verbleiben Luftzwischenräume 20. Durch die Achsen dreier benachbarter Fasern 30, 32 und 34 können drei sich schneidende Ebenen 24, 26 und 28 gelegt werden. Die Ebenen, die durch die Achsen jedes weiteren Paares benachbarter Fasern definiert werden, verlaufen parallel zu einer der Ebenen 24, 26 und 28. Die Ebene 24 verläuft parallel zur oberen Seite oder Oberfläche 36 sowie zur unteren Seite oder Oberfläche 37 der Vorrichtung und die drei Ebenen schneiden sich jeweils unter einem Winkel von 60°.lower refractive index (e.g. borosilicate glass Coming 7052 with the refractive index 1.48). The fibers including the core and sheath are in each case Cross section represented by a simple circle. The fibers are connected to one another at their lines of contact. Remain between the fibers Air gaps 20. Three intersecting planes 24, 26 and 28 can be laid through the axes of three adjacent fibers 30, 32 and 34. The planes defined by the axes of each other pair of adjacent fibers are parallel to one of the planes 24, 26 and 28. The plane 24 is parallel to the upper side or surface 36 as well as the lower side or surface 37 of the device and the three Planes intersect at an angle of 60 °.
Jedes Faserbündel 12 hat vier Grenz- oder Stoßflächen 38, 40, 42 und 44, die alle in Übereinstimmung mit der natürlichen Packung der Fasern stehen, d.h. jede Ebene, die durch die Achsen zweier benachbarter, eine Bündel oberfläche bildender Fasern definiert ist, verläuft parallel zu einer der Ebenen 24, 26 oder 28. Die Flächen 38 und 42 entsprechen also der Ebene 26 und die Flächen 40 und 44 der Ebene 28. Die Ecke zwischen den Flächen 38 und 40 wird durch eine einzelne Faser definiert, während die Ecke zwischen den Flächen 42 und 44 durch drei Fasern 50, 52 und 54 definiert wi rd.Each fiber bundle 12 has four interface or abutment surfaces 38, 40, 42 and 44, all of which are in accordance with the natural packing of the fibers, that is, each plane defined by the axes of two adjacent fibers forming a bundle surface is parallel to one of the planes 24, 26 or 28. The surfaces 38 and 42 thus correspond to the plane 26 and the surfaces 40 and 44 to the plane 28. The corner between the surfaces 38 and 40 is defined by a single fiber, while the corner between the Areas 42 and 44 are defined by three fibers 50, 52 and 54.
Zur Herstellung der Bündel kann man sich konventioneller Prä zisionsziehverfahren bedienen, wie sie z.B.für die Herstellung von Imagescope- oder faseroptischen Bildübertragungsvorrichtungen bekannt sind. Zuerst wird ein Gebilde relativ großen Durchmessers aus einem Kernglasstab und einem diesen umgebenden Mantelglasrohr hergestellt, wie es z.B. in der US-PS 2 980 957 beschrieben ist. Siebzig solcher Gebilde werden dann zu einem dicht gepackten natürlichen Stapel zusammengelegt, der dem endgültigen Bündel ähnelt, und dann durch einen Ofen geführt, wobei das Bündel auf seine endgültigen Abmessungen heruntergezogen wird. Während des Ziehens werden die Ofentemperatur, die Ziehgeschwindigkeit und die relativen Viskositäten des Kerns und des Mantels so gesteuert, daß die Fasern nur mit ihren Mäntäh aneinander haften. Die Viskosätit des Mantels bleibt höher als die des Kerns,Conventional precision drawing processes can be used to produce the bundles, as are known, for example, for the production of imagescope or fiber optic image transmission devices. First, a structure of relatively large diameter is produced from a core glass rod and a cladding glass tube surrounding it, as is described, for example, in US Pat. No. 2,980,957. Seventy such formations are then collapsed into a tightly packed natural stack resembling the final bundle and then passed through an oven pulling the bundle down to its final dimensions. During the drawing, the oven temperature, the drawing speed and the relative viscosities of the core and the sheath are controlled so that the fibers only adhere to one another with their sheaths. The viscosity of the jacket remains higher than that of the core,
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SO daß die Faserform erhalten bleibt. Etwa tausend Bündel werden dann mit ihren Enden aneinandergefügt um die etwa 250 mm lange faseroptische Bildabtastvorrichtung zu bilden. Die Bündel werden durch eine longitudinal^ Druckkraft fest zusammengefügt und durch Epoxyharz, das auf die obere und untere Seite der Vorrichtung aufgebracht wird, fest miteinander verbunden. Die Pfeilform der aneinander angrenzenden Stoßflächen erleichtert die Druckausübung, da sich die Bündel unter der Einwirkung der Druckkraft von selbst auszurichten streben.SO that the fiber shape is retained. About a thousand bundles are then included their ends joined together around the approximately 250 mm long fiber optic image scanner to build. The bundles are made by a longitudinal ^ Pressure force firmly joined together and epoxy resin applied to the top and bottom lower side of the device is applied, firmly connected to each other. The arrow shape of the abutting surfaces makes it easier to apply pressure, since the bundles tend to align themselves under the action of the compressive force.
Bei Verwendung in einem Kopiergerät erfolgt die Bildübertragung vom Original auf die Kopie bzw. einen Zwischenträger dadurch, daß man die Abtastvorrichtung mit ihrem einen Ende längs einer Dimension des Originals und mit ihrem anderen Ende längs der gleichen Dimension der Kopie oder dgl. anordnet. Wenn dann das Original in einer Richtung über das Ende der Bildabtastvorrichtung bewegt wird und die Kopie oder dgl. in der entgegengesetzten Richtung wird das Bild seitenrichtig übertragen.When used in a copier, the image is transferred from the original to the copy or an intermediate carrier in that one the scanning device with its one end along one dimension of the original and with its other end along the same dimension of the copy or the like. If then the original in one direction over the end the image scanner is moved and the copy or the like. In the opposite Direction, the image is transferred the correct way round.
Die beschriebene Ausführungsform läßt sich beispielsweise dadurch abwandeln, daß man den Stoßflächen eine von der dargestellten Pfeilform abweichende Form verleiht, die jedoch in Übereinstimmung mit der natürlichen Packungskonfiguration und der Form der Einzelfasern stehen muß, wie oben erläutert wurde. In Abhängigkeit von dem zu kopierenden Bild oder bei anderweitiger Verwendung kann die Bildabtastvorrichtung auch eine andere Form als die dargestellte haben und es können z.B. auch mehrere Lagen von Bündeln verwendet werden, falls dies angezeigt ist.The embodiment described can, for example, thereby modify that the abutment surfaces one of the arrow shape shown gives a different shape, which, however, must be in accordance with the natural packing configuration and the shape of the individual fibers, as explained above. Depending on the image to be copied or if used otherwise, the image scanning device can also be different Shape than the one shown and, for example, several layers of bundles can be used if this is indicated.
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Claims (7)
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