DE3235273A1 - Photoelektrische wandlervorrichtung - Google Patents

Description

1. HITACHI, LTD., Tokyo

2. HITACHI KOKI CO., LTD., Tokyo

J a p a n

Photoelektrische Wandlervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine photoelektrische Wandlervorrichtung zur Verwendung in einer Mustererkennungsvorrichtung, oder ähnlichem.

Es ist bereits eine photoelektrische Wandlervorrichtung bekannt, die eine Abtastung mit einem wandernden Punkt unter Verwendung eines Elektronenstrahls o. ä- bewirkt. In einer solchen Vorrichtung wird der Strahl durch Sammellinsen auf eine abzutastende Oberfläche gebündelt. Das zurückgeworfene Lichtfwird von einem Photovervielfacher empfangen und die Intensität des reflektierten Lichts in ein elektrisches Signal verwandelt. Um ein gutes Signal-Rauschverhältnis zu erhalten, ist es nötig, die abgetastete Oberfläche und den Photovervielfacher in einem schwarzen Gehäuse einzupassen. Ferner werden mehrere Photovervielfacher in einem Abstand von der abgetasteten Oberfläche benötigt, damit das reflektierte Licht von der abgetasteten Oberfläche gleichmäßig empfangen wird. Als Ergebnis sinkt der Ausnutzungsgrad des Lichts und es ergibt sich das Problem, die photoelektrische Wandlervorrichtung zu vergrößern.

Demnach ist es Aufgabe der Erfindung, eine photoelektrische Wandlervorrichtung mit hohem Lichtausnützungsgrad, geringen Abmessungen hoher Geschwindigkeit und großer Auflösung, sowie minimalen Unregelmäßigkeiten beim Empfang des reflektierten Lichts zu ermöglichen.

Zur Lösung der obigen Aufgabe weist die Erfindung folgende Gestaltungsmerkmale auf:

Es ist nämlich ein Photo-Detektor mit einem langen Teil in senkrechter Richtung zur Bewegungsrichtung der abgetasteten Oberfläche in der Nachbarschaft der abgetasteten Oberfläche angebracht, so daß ein punktförmiger Lichtstrahl die Oberfläche längs dieses langen Teils abtasten kann. Das von der abgetasteten Oberfläche zurückgeworfene Licht wird vom Photo-Detektor empfangen und ein der Intensität des empfangenen Lichts entsprechendes elektrischesjSignal erzeugt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den Aufbau einer ersten Ausführung einer photoelektrischen Wandlervorrichtung;

Fig. 2 bis 4 schematische Darstellungen weiterer Ausführungsarten eines erfindungsgemäßen photoelektrischen Wandlers; und

Fig. 5 ein Diagramm, das Meßergebnisse zeigt, die die Wirkungsweise der photoelektrischen Wandlervorrichtung in Fig. 4 verdeutlichen.

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In Fig. 1 ist die erste Ausführung der Erfindung dargestellt. In dieser Zeichnung wird ein Beispiel dargestellt, wo eine Laserlichtquelle 5 einen punktförmigen Lichtstrahl erzeugt, der mittels eines drehbaren Spiegelrades/mit einem Querschnitt in Form eines Polyeders eine waagrechte Abtastung durchführt. Unnötig zu sagen, daß derselbe Aufbau für eine Abtastung mit einem Elektronenstrahl verwendet werden kann.

Das von einer Laserlichtquelle 5 ausgesandte Licht wird durch eine Sammellinse 9 gebündelt und auf das Spiegelrad 6 gestrahlt. Das vom Spiegelrad 6 reflektierte Licht wird auf einer abgetasteten Oberfläche 4 in horizontaler (x-Achse) Richtung bewegt. Weil die abgetastete Oberfläche 4 auf einer vom Laserstrahl abgetasteten Bogensehne gehalten wird, ergibt sich eine optische Wegdifferenz. Wenn man diese optische Wegdifferenz mit einer Korrekturlinee ausgleicht, kann das Laserlicht auf eine horizontale Lage proportional zum Drehwinkel des sich drehenden Spiegelrades 6 gestrahlt werden. Als Korrekturlinse kann beispielsweise eine FO-Linse verwendet werden. Photoelektrische Wandler 81 und 82 wandeln die Intensität des reflektierten Lichts in ein elektrisches Signal um.

Es werden jeweils Paare photoelektrischer Wandleroberflächen und Anoden, 811 und 812 und 821 und 822 der photoelektrischen Wandler 81 und 82 längs der Abtastrichtung (x-Achse) des Laserlichts angeordnet. Sie sind gegenüber der abgetasteten Oberfläche 4 angeordnet, um das reflektierte Licht von der abgetasteten Oberfläche wirksam zu empfangen. Die Längen der photoelektrischen Wandler 81 und 82 werden größer als die Abtastweite des

Laserlichts gewählt, damit auch das Licht von den Abtasträndern empfangen wird. Ferner werden diese Vorrichtungen in der Nähe der abgetasteten Oberfläche 4 angeordnet, soweit . sie nicht die Bewegung der Oberfläche stören. Wenn die Photoröhre, deren photoelektrische Oberfläche z. B. aus Sb-Cs besteht, verlängert wird, ist damit eine einfache Realisierung der photoelektrischen Wandler 81 und 82 möglich. Die Wandler 81 und 82 und die abgetastete Oberfläche 4 können in einem Gehäuse untergebracht werden, das jedes äußere Licht ausschließt, wenn es der Einsatz verlangt.

Fig. 2 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung. Obwohl in Fig. 1 das Laserlicht aus einer Richtung senkrecht zur abgetasteten Oberfläche eingestrahlt wird und die photoelektrischen Wandler 81 und an beiden Seiten der Abtastzeile des Laserlichts angeordnet sind, wird bei dieser Ausführung das Laserlicht aus einer schrägen Richtung eingestrahlt und der photoelektrische Wandler 81 gegenüber der abgetasteten Oberfläche 4 angeordnet.

Fig. 3 zeigt das dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Signal-Rauschverhältnis weiter erhöht wird. Obwohl bei herkömmlichen photoelektrischen Wandlervorrichtungen das Signal-Rauschverhältnis durch das Eindringen optischen Rauschens in die photoelektrischen Wandler 81 und 82 verschlechtert wird, wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Signal-Rauschverhältnis extrem hoch, weil der photoelektrische Wandler in nächster Nähe der abgetasteten Oberfläche angebracht ist und die photoelektrische Oberfläche zur abgetasteten

Oberfläche hin gerichtet ist. Wenn jedoch Licht außer von der punktförmigen Quelle auf einen Oberflächenteil in der Nähe des abgetasteten Bereichs einwirkt, wird das von diesem Bereich reflektierte Licht vom photoelektrischen Wandler empfangen. Dies verschlechtert das Signal-Rauschverhältnis. Die in Fig.3 dargestellte Ausführungsart löst dieses Problem auf folgende Weise: Eine optische Abschirmplatte 910 mit einem Schlitz wird in naher Berührung mit der abgetasteten Oberfläche so angebracht, daß sie die Bewegung der abgetasteten Oberfläche 4 nichtbehindert. Der optische Schirm kann aus einem Werkstoff mit genügend kleinem Reflexionsvermögen bestehen, oder seine Oberfläche erhält eine Vergütung mit kleinem Reflexionsvermögen.

Fig.4 zeigt eine vierte Ausführung der Erfindung, bei der das Problem der Sättigung des photoelektrischen Wandlers aufgrund der gewöhnlichen Reflexion auf der abgetasteten Oberfläche gelöst ist. Gewöhnliche Reflexion heißt, daß die Richtung des reflektierten Lichts innerhalb eines konstanten Winkels begrenzt ist, da die abgetastete Oberfläche als Spiegeloberfläche gegen das auffallende Licht aus gewissen Gründen wirkt. Gewöhnlich wird, wenn die abgetastete Oberfläche aus Papier oder ähnlichem besteht, das reflektierte Licht gestreut. Jedoch ein Teil des mit einem Bleistift oder ähnlichen bezeichneten Papiers ist mit Kohlenstoff gefüllt und deshalb glatt. Dies erhöht oftmals das normale Reflexionsvermögen.

Beim Auftreten der gewöhnlichen Reflexion wird die den photoelektrischen Wandler bestrahlende Lichtstärke um einige Größenordnungen stärker als der übliche Wert.

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Es bewirkt die Sättigung des photoelektrischen Wandlers^ verhindert eine genaue photoelektrische Wandlung und verringert die Antwortgeschwindigkeit. Da weiterhin das reflektierte Licht auf einen bestimmten Teil des photelektrischen Wandlers gebündelt wird, ergibt sich leicht das Problem einer Unregelmäßigkeit der Örtlichen Empfindlichkeit des photoelektrischen Wandlers. Obwohl Fig.4 ein Beispiel eines durch ein Laserstrahl bewirkten bewegten Punktlichts zeigt, kann selbstverständlich auch ein anderes Verfahren, z. B. ein Elektronenstrahl, angewendet werden.

In Fig.4 wird der von der Laserquelle 5 ausgesendete Lichtstrahl in eine parallelen Strahl mit der Sammellinse 9 gebündelt und dann vom Drehspiegel 6 reflektiert. Der Strahl fällt auf eine FO-Linse 7, die eine Korrektur und Bündellinse ist, und einen Abtaststrahl gleichförmiger Geschwindigkeit proprtional zum Drehwinkel des Drehspiegels 6 erzeugt. Der Abtaststrahl, der durch die FO-Linse 7 gegangen ist, wird von der abgetasteten Oberfläche 4 reflektiert und geht dann durch einen zerstreuenden Werkstoff 10, bevor er einen photoelektrischen Wandler 81 erreicht. Der Zerstreuungswerkstoff 10 ist ein Medium, das das durchgelassene Licht zerstreut» Er besteht aus winzigen Oberflächen durchscheinenden Glases, die so angeordnet sind,daß die Oberflächen, aus denen das Licht austritt, verschieden gerichtet sin d, Je nach Zustand der abgetasteten Oberfläche kann es vorkommen, daß der Lichtstrahl der auf einen bestimmten Teil des photoelektrischen Wandlers 81 fällt, ungewöhnlich intensiv ist. Deshalb wird, wenn der lichtstreuende Werkstoff 10 in den optischen Weg des reflektierten Lichts zum photoelektrischen Wandler 81 hin eingefügt ist, das zum photo-

elektrischen Wandler 81 gerichtete Licht gestreut. Der streuende Werkstoff 10 sichert eine gleichmäßige Einstrahlung des Lichts auf die Oberfläche 811 des photoelektrischen Wandlers 81 durch ein Einlaßfenster 810. Auf diese Weise kann die örtliche Sättigung der photoelektrischen Wandleroberfläche 811 verhindert werden. In Fig. 4 ist der photoelektrische Wandler 81 z. B. eine Photozelle. Die photoelektrische Wandleroberfläche 811 ist die Kathode. Die Anode 812 ist gegenüber der Kathode angeordnet. Es ergibt sich keine Schwierigkeit, auch wenn der lichtstreuende Werkstoff 10 als gemeinsamer Körper an den Einlaßfenstern 810 ausgebildet ist.

Fig. 5 zeigt Versuchsergebnisse, die die Wirkungsweise des Licht-Streuwerkstoffs 10 zeigen. Fig. 5a zeigt die Intensitätsverteilung des reflektierten Lichts, wenn ein Laserstrahl eine weiße Fläche feiner Qualität bestrahlt. Abhängig vom Papierzustand ergibt sich ein Intensitätsunterschied vom Faktor 4 bis 5 zwischen B und C bezogen auf den Pegel AA¹. Das bedeutet, daß der Sättigungspegel C an einzelnen Stellen erreicht wird. Fig.5b zeigt den Fall, wo der lichtstreuende Werkstoff 10 eingefügt ist. Man kann sehen, daß die Intensitätsverteilung des Lichts abgeflacht ist. Fig. 5c zeigt den Fall normaler Reflexion einer schwarzen Fläche. Man sieht, daß örtlich begrenzt bei D der photoelektrische Wandler gesättigt wird, da das reflektierte Licht an dieser Stelle ungewöhnlich intensiv ist. Fig.5d zeigt die Wirkungsweise des lichtstreuenden Werkstoffs 10 im Fall von Fig. 5c. Man sieht, daß die Verteilung der Lichtintensität flacher verläuft.

Die Verwendung eines lichtstreuenden Werkstoffs 10 verhindert örtliche Sättigung und Unregelmäßigkeiten der örtlichen Empfindlichkeit der photoelektrischen Wandler,

Damit . kann eine genaue photoelektrische Wandlervorrichtung, die das Hell-Dunkel der abgetasteten Oberfläche ohne gewöhnliche Reflexion erfaßt, verwirklicht werden.

Nach der obigen Beschreibung wird erfindungsgemäß, da der photoelektrische Wandler der abgetasteten Oberfläche benachbart angeordnet ist, der Ausnutzungsgrad des reflektierten Lichts bemerkenswert gesteigert und das Signal-Rauschverhältnis verbessert. Desweiteren kann die Ausgangsleistung des Laserlichts und die Empfindlichkeit der Photoröhre verringert werden. Dieses ermöglicht dann die Miniaturisierung und eine Verringerung der Herstellungskosten für die Vorrichtung.

Claims (4)

1. Patentansprüche

   Photoelektrische Wandlervorrichtung, gekennzeichnet durch

   - eine Einrichtung (5), die einen Lichtstrahl mit punktförmigem Querschnitt erzeugt,

   - eine optische Abtasteinrichtung (6, 7), die den Lichtstrahl auf eine abzutastende Oberfläche (4) richtet und den Strahl linear in zur Bewegungsrichtung der abgetasteten Oberfläche (4) senkrechter Richtung bewegt, und

   - photoelektrische Wandler (81, 82), mit einer photoelektrischen Oberfläche (811, 821), deren Längserstreckung in die Abtastrichtung fällt, wobei

   - die photoelektrische Oberfläche in der Nähe der abgetasteten Oberfläche angeordnet ist und die photoelektrischen Wandler so angebracht sind, daß sie das von der abgetasteten Oberfläche reflektierte Licht empfangen.
2. 2. Photoelektrische Wandlervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß die photoelektrischen Wandler (81, 82) eine optische Abschirmung (910) aufweisen, die die abgetastete Oberfläche (4) mit Ausnahme eines Längsteils (90), der vom Lichtstrahl abgetastet wird, mit einem Werkstoff abdeckt, der ein ge-

   81-(A7103-02)-AtF

   _ 2 —

   nügend kleines optisches Reflexionsvermögen aufweist.
3. 3. Photoelektrische Wandlervorrichtung nach Anspruch oder 2,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß der photoelektrische Wandler (81) eine lichtstreuende Einrichtung (10) aufweist, die zwischen der abgetasteten Oberfläche (4) und der photoelektrischen Wandleroberfläche (811) angeordnet ist und damit das reflektierte Licht in gestreutes Licht verwandelt.
4. 4. Photoelektrische Wandlervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

   daß die lichtstreuende Einrichtung (10) so angeordnet ist, daß Lichtstrahleinlaßfenster (810) für die photoelektrische Oberfläche (811) entstehen.