DE8310770U1

DE8310770U1 - Lighting device for an electro-optical scanner

Info

Publication number: DE8310770U1
Application number: DE19838310770
Authority: DE
Original assignee: Computer Gesellschaft Konstanz mbH
Current assignee: Oce Document Technologies GmbH
Priority date: 1983-04-12
Filing date: 1983-04-12
Publication date: 1986-01-30

Description

Beleuchtungseinrichtung für ainen elektrooptischen AbtasterLighting device for aine electro-optical Scanner

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für einen elektrooptischen Abtaster nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a lighting device for an electro-optical scanner according to the preamble of claim 1.

Beleuchtungseinrichtungen zur Erzielung gleichmäßiger Helligkeit auf langgestreckten Objekten werden beispielsweise verwendet bei Kopiergeräten, bei Abtastgerä-Lighting devices to achieve more uniform Brightness on elongated objects are used, for example, in copiers, in scanning devices ten zur optischen Zeichenerkennung bzw. Markierungserkennung, bei Faksimile-, Telefax- und Eil dfunk-Geräten, bei Geräten zur Zeichnungsdigitalisierung sowie bei Abtasteinrichtungen zur Erkennung von Fertigungsfehlern in Papier- oder Textilbahnen oder dergleichen. Derartigenfor optical character recognition or marking recognition, for facsimile, fax and express radio devices, in devices for digitizing drawings as well as in scanning devices for the detection of manufacturing defects in Paper or textile webs or the like. Such Beleuchtungseinrichtungen fällt dabei die Aufgabe zu, das jeweilige Objekt, insbesondere ein langgestrecktes flaches Objekt so auszuleuchten, daß der Reflektionsfaktor-Verlauf des Objekts möglichst unverfälscht als Helligkeitsverlauf im Bild wiedergegeben wird. Diese Bedingungen sollen insbesondere auch dann eingehaltenThe task of lighting equipment is to illuminate the respective object, in particular an elongated flat object, in such a way that the reflection factor curve of the object is reproduced as unadulterated as possible as a brightness curve in the image. In particular, these conditions should then also be observed werden, wenn reale Abbildungsoptiken verwendet werden, die den Helligkeitsverlauf des Bildes verfälschen (vgl. z.B. G.Schröder: Technische Optik, Vogel-Verlag, 1974, Seite 76). Außerdem soll sichergestellt werden, daß glänzende dunkle Objektstellen nicht als helle Stellen erscheinen und daß kleine Unebenheiten des Gegenstandes, z.B. die Faserstrukturen bei Papier, nöglichst wenig Schatten werfen.if real imaging optics are used that falsify the brightness of the image (cf. e.g. G.Schröder: Technische Optik, Vogel-Verlag, 1974, page 76). It should also be ensured that shiny dark areas of the object do not appear as light areas and that small unevenness of the object, E.g. the fiber structures of paper, cast as few shadows as possible.

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Für derartige Beleuchtungseinrichtungen sind bereits verschiedene Lösungsmöglichkeiten aufgezeigt worden. So ist es beispielsweise grundsätzlich möglich, eine frei und diffus strahlende Lampe zu verwenden, die zwar einerseits einen guten Hslligkeitsverlauf im Bild ergibt, die aber andererseits bei schlechten Wirkungsgrad keine schattenfreie Ausleuchtung ermöglicht.For such lighting devices are already various possible solutions have been shown. For example, it is basically possible to have a free and to use diffuse lamp, although on the one hand results in a good brightness curve in the image, which, on the other hand, does not allow shadow-free illumination with poor efficiency.

Aus der europäischen Patentanmeldung 0046172 A1 ist eine Beleuchtungseinrichtung für einen Belegabtaster bekannt, bei der im Strahlengang zwischen Lampe und Objekt ein Lichtleiter aus Glas, Acrylglas oder dergleichen vorgesehen ist. Ebenso wie bei den z.B. aus G.Schröder: Technische Optik, Vogel-Verlag 1974, Seite 99 bekannten Lichtleitereinrichtungen in Form sogenannter faseroptischer Querschnittswandler erfordern derartig ausgebildete Beleuchtungseinrichtungen einen beträchtlichen Aufwand.The European patent application 0046172 A1 discloses a lighting device for a document scanner known in which a light guide made of glass, acrylic glass or the like in the beam path between the lamp and the object is provided. The same applies to those from G.Schröder: Technische Optik, Vogel-Verlag 1974, page Require 99 known light guide devices in the form of so-called fiber optic cross-section converters lighting devices designed in this way involve considerable effort.

Schließlich ist aus der US-PS 4 186 431 eine Beleuchtungseirichtung bekannt, bei der das Licht einer im Inneren eines Zylinderspiegels angeordneten Lichtquelle über einen Längsspalt im Zylinderspiegel austritt und mit einer bündelnden Optik auf das Objekt projiziert wird. Da bei einer derartigen Beleuchtungseinrichtung die Gefahr besteht, daß der eigentliche Leuchtkörper, z.B. die Lampenwendel, als Bild in der Objektebene erscheint und sich dort der Struktur des Objekts störend überlagert, wird bewußt eine unscharfe Abbildung z.B.Finally, US Pat. No. 4,186,431 discloses a lighting device known in which the light from a light source arranged inside a cylinder mirror Exits through a longitudinal gap in the cylinder mirror and is projected onto the object with a bundling optic will. Since with such a lighting device there is a risk that the actual luminous element, E.g. the lamp filament, appears as an image in the object plane and interferes with the structure of the object there superimposed, a blurred image is deliberately e.g.

durch eine Scharfeinstellung auf Unendlich bei demgegenüber kleiner Entfernung zum Gegenstand gewählt. Machteilig ist hier vor allem die Notwendigkeit einer sehr genauen Einstellung der Lampenlage in Bezug auf die Beleuchtungsoptik. Eine andere Korrekturmöglichkeit besteht in der Einfügung von Matt- oder Streuscheiben oderchosen by focusing on infinity at a smaller distance to the object. Powerful here is above all the need for a very precise setting of the lamp position in relation to the lighting optics. Another possibility for correction consists in inserting matt or diffusing screens or

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dergleichen im Strahlengang, was jedoch neben dem zusätzlichen Aufwand eine Verringerung des Wirkungsgrades zur Folge hat.the like in the beam path, which, however, in addition to the additional effort, reduces the efficiency has the consequence.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art in der Heise zu verbessern, daß sie den gestellten Anforderungen, insbesondere in bezug auf einen unverfälschten Helligkeitsverlauf und eine schattenfreie Ausleuchtung des Objekts unter Berücksichtigung verschiedener Störfaktoren auf möglichst einfachem Wege.und dementsprechend geringem Aufwand weitgehend gerecht wird.The present invention is based on the object to improve a lighting device of the type mentioned in the Heise that they put Requirements, in particular with regard to an unadulterated brightness curve and shadow-free illumination of the property in the simplest possible way, taking into account various disruptive factors. and accordingly largely meets little effort.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des PatentanspruchsAccording to the invention, this object is achieved by the characterizing features of the patent claim

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous further developments of the invention are given in the subclaims.

Die Vorteile der Erfindung bestehen vor allem in einer verbesserten schattenfreien Ausleuchtung und in einer relativen Unempfindlichkeit gegenüber Ungenauigkeiten der Lampenlage, letzteres insbesondere aufgrund der Tatsache, daß im Strahlengang der Lichtquelle keine abbildenden, d.h. lichtbündelnden Elemente vorgesehen sind.The advantages of the invention consist primarily in one improved shadow-free illumination and in one relative insensitivity to inaccuracies in the lamp position, the latter in particular due to the fact that no imaging, i.e. light bundling elements are provided.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.The following is an embodiment of the invention explained in more detail with reference to the drawing.

Die Figuren 1 und 2 zeigen in perspektivischer Darstellung bzw. in schematiseher Seitenansicht das Prinzip einer Beleuchtungseinrichtung, bei der die Beleuchtungsstrahlen zwischen Lichtquelle L und Objektebene OE mit durchgezogenen Linien und die Abbildungsstrahlen zwisehen Objektebene OE und Bildebene BE in strichpunktier-Figures 1 and 2 show the principle of a perspective view or a schematic side view Illumination device in which the illumination rays between light source L and object plane OE with solid lines and the imaging rays between object plane OE and image plane BE in dot-dash

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, ten Linien dargestellt sind. Mit A ist die optische, th lines are shown. With A is the optical

Achse der Abtastoptik ABO bezeichnet, die im Strahlengang zwischen Objektebene OE und Bildebene BE angeordAxis of the scanning optics ABO referred to, which angeord in the beam path between the object plane OE and image plane BE net ist und die das Objskt OB als Bild B in die BiIdnet and the object OB as picture B in the picture ebene BE projiziert. Die Lichtquelle L besteht im darge stellten Beispiel aus einer im Inneren eines zylindrischen Lampenkolbens K angeordneten Lampenwendel W, die sich über die gesamte Länge des Lampenkolbens K erstreckt. 0er Lampenkolben K befindet sich seinerseitsplane BE projected. The light source L consists in the darge presented an example of a lamp filament W arranged in the interior of a cylindrical lamp bulb K, which extends over the entire length of the lamp bulb K. 0er lamp bulb K is in turn im Inneren des Zylinderspiegels Z und ist koaxial zuinside the cylinder mirror Z and is coaxial too

dessen Achse angeordnet. Zweckmäßig besteht der Zylini derspiegel Z aus zwei aufklappbaren Teil schalen, sodaß j die Lampe leichter eingesetzt bzw. ausgewechselt werdenwhose axis is arranged. Appropriately, the Zylin i derspiegel Z consists of two hinged part shells, so that the lamp can be inserted or replaced more easily

kann. Der Zylinderspiegel Z weist ferner einen erstencan. The cylinder mirror Z also has a first Längsspalt S1 auf, der in bezug auf die Objektebene OE so angeordnet ist, daß die durch diesen ersten Längsspalt S1 austretenden Beleuchtungsstrahlen BS1 direkt auf das Objekt OB treffen. Der Zylinderspiegel Z weist darüber hinaus einen zweiten Längsspalt S2 auf, wobeiLongitudinal gap S1 which is arranged with respect to the object plane OE in such a way that the illuminating beams BS1 exiting through this first longitudinal gap S1 directly hit the object OB. The cylinder mirror Z also has a second longitudinal gap S2, wherein die dort austretenden Beleuchtungsstrahlen BS2 an einem Planspiegel P reflektiert werden. Der zweite Längsspalt S2 und der Planspiegel P sind in bezug auf die Objektebene OE so einander zugeordnet, daß die am Planspiegel P reflektierten Beleuchtungsstahl en BS2 in der Objekte? sthe illuminating beams BS2 exiting there are reflected on a plane mirror P. The second longitudinal gap S2 and the plane mirror P are assigned to one another with respect to the object plane OE in such a way that those on the plane mirror P reflected lighting steel en BS2 in the objects? s ne OE mit den direkt einfallen Beleuchtungsstrahlen BSI zusammentreffen. Der Beleuchtungsstärke-Abfall zum Bildrand, der bei realen Abbildungsoptiken auftritt, kann bei Glühlampen in bekannter Meise kompensiert werden, indem die langgestreckte Wendel in einzelne Segmente vonne OE with the directly incident lighting beams BSI meet. The drop in illuminance towards the edge of the image, which occurs with real imaging optics, can in the case of incandescent lamps can be compensated in the known manner by dividing the elongated filament into individual segments of passend gewählter Größe und Anordnung aufgeteilt wird. Wahlweise kann auch die Breite der Längsspalte S1 und S2 zum Rand hin vergrößert werden, sodaß auch unsegmentierte Glühlampen und Leuchtstofflampen für kompensierende Beleuchtung verwendet werden können. Auf diese Weise istappropriately chosen size and arrangement is divided. Optionally, the width of the longitudinal gaps S1 and S2 are enlarged towards the edge, so that unsegmented incandescent lamps and fluorescent lamps are also used for compensating Lighting can be used. That way is eine objektiv-kompensierende schattenarme Ausleuchtungan objective-compensating, shadow-poor illumination

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und glanzfreie Abtastung über die gesamte Länge des Objekts, beispielsweise einer Zeichenzeile auf einem Beleg, erreichbar. Die speziell bei der optischen Zeichenerkennung ins Gewicht fallenden Störfaktoren, die auf eine ungleichmäßige Papierstruktur und auf Glanzstellen im Bereich der gedruckten oder geschriebenen Zeichen zurückzuführen sind j können damit weitgehend eliminiert werden. Insbesondere durch die Faserstruktur des Papiers und durch die auf dem Papier vorhandenen Prägungen infolge des Druck- und Schreibvorgangs oder bedingt durch Faltunger, usw., kann es zu erheblichen Störungen kommen, weil die dabei entstehenden Schatten im Abtastsignal als dunkle Stellen auftreten. Die grundsätzliche Möglichkeit, den Schattenwurf durch eine Beleuchtung und Abtastung in gleicher Richtung zu vermeiden, verbietet sich aus zwei Gründen. Bei senkrechter Beleuchtungs- und Abtast-Richtung würden nämlich glänzende Druckfarben zu hell gesehen, d.h. praktisch unsichtbar werden, während bei schräger Beleuchtungs- und Abtast-Richtung die Zeichen für den Abtaster perspektivisch verzerrt erscheinen. Durch die beim gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehene Ausleuchtung des Objekts aus zwei verschiedenen schrägen Richtungen - z.B.einmal schräg von oben und einmal schräg von unten - werden dagegen ggf. auftretende Schatten so aufgehellt, ^.aß sie nicht mehr störend in Erscheinung treten. Da.. Licht muß dabei jeweils so auf das Objekt treffen, dai3 ein spiegelndes Objekt das Licht nicht in das Objektiv spiegelt. Anstelle zweier Lampen wird zweckmäßig nur eine einzige Lichtquelle verwendet, deren Strahlen über zwei Längsspalte S1 und S2 austreten und einmal direkt und einmal über eine Reflexion am Planspiegel P gemeinsam auf die Objektebens OE treffen. Die beiden Längsspalte SI und S2 können durch wärtnereflektierwnde Filter verschlossen werden, wobei es besonders vorteilhaft ist, wennand gloss-free scanning over the entire length of the object, for example a line of characters on a receipt, can be achieved. Specifically falling into the weight for optical character recognition disturbance factors due to non-uniform paper structure and shiny spots in the printed or written characters j can be so largely eliminated. In particular, the fiber structure of the paper and the embossing on the paper as a result of the printing and writing process or due to folds, etc., can lead to considerable disruptions because the resulting shadows appear as dark areas in the scanning signal. The basic possibility of avoiding shadows by lighting and scanning in the same direction is prohibited for two reasons. In the case of a perpendicular direction of illumination and scanning, glossy printing inks would be seen too brightly, that is to say become practically invisible, while in the case of an oblique direction of illumination and scanning the characters appear perspectively distorted to the scanner. By illuminating the object from two different oblique directions - e.g. once obliquely from above and once obliquely from below - any shadows that may appear are brightened so that they no longer appear disruptive. Since ... light must hit the object in such a way that a reflective object does not reflect the light into the lens. Instead of two lamps, only a single light source is expediently used, the rays of which emerge via two longitudinal gaps S1 and S2 and hit the object life OE once directly and once via a reflection on the plane mirror P. The two longitudinal gaps SI and S2 can be closed by wärtnereflektierwnde filters, it being particularly advantageous if

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diese Filter als in der Mantelfläche des Zylinderspiegels Z verlaufende Filterschichten ausgebildet sind. Darüber hinaus besteht die Möglicheit, sowohl die Spiegelschicht des Zylinderspiegels Z als auch die wärmereflektierenden Filterschichten unmittelbar auf die Mantelfläche des Lampenkolbens K aufzutragen. Bei der dargestellten Ausführungsform mit Zylinderspiegel Z und Lampenkolben K wird zweckmäßig anstelle einer regulär reflektierenden Spiegelschicht für den Zylinderspiegel Z eine diffus reflektierende (mattweiß) oder eine retroreflektierende, z.B. glasperlenhaltige Schicht verwendet werden, weil dadurch die Anforderungen an die Einbaugenauigkeit der Lampe in bezug auf ihre Lage im Zylinder reduziert werden können.these filters than in the lateral surface of the cylinder mirror Z extending filter layers are formed. It is also possible to use both the mirror layer of the cylindrical mirror Z as well as the heat-reflecting filter layers directly on the outer surface of the lamp bulb K to apply. In the case of the Embodiment with cylinder mirror Z and lamp bulb K is appropriate instead of a regularly reflective one Mirror layer for the cylinder mirror Z a diffusely reflective (matt white) or a retroreflective, E.g. a layer containing glass beads can be used, because this means that the requirements for installation accuracy are met the lamp can be reduced with respect to their position in the cylinder.

Wie aus dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ersichtlich, durchquert das Licht von der Lampenwendel W zum Objekt OB keine abbildenden, d.h. lichtbündelnden Elemente. Dies hat den Vorteil, daß Anderungen der geometrischen Lage der Lampe nur einen sehr geringen Einfluß auf die Verteilung der Beleuchtungsstärke längs des Gegenstandes haben. Bei Verwendung lichtbündelnder Elemente im Strahlengang zwischen Wendel W und Objektfläche OE ergäbe sich nämlich ein mehr oder weniger scharfes Wendelbild in der Objektebene OE, so daß bereits geringe Lageänderungen der Wendel die Lichtverteilung verderben würden.As can be seen from the exemplary embodiment shown in the drawing, the light passes through the lamp filament W no imaging, i.e. light bundling elements for object OB. This has the advantage that changes the geometrical position of the lamp has only a very small influence on the distribution of the illuminance along the object. When using light bundling elements in the beam path between filament W and the object surface OE would namely result in a more or less sharp spiral image in the object plane OE, see above that even small changes in the position of the filament would spoil the light distribution.

Zwar ergibt sich auch durch den Zylinderspiegel Z eine fokussierende Wirkung, weshalb ideale Verhältnisse nur dann herrschen, wenn die Wendel exakt in der Zylinderachse verläuft, weil andererseits d.h. bei exentrischem Lampeneinbau, ein Wendel bild neben der Wendel entsteht. Dieser Einfluß der Exzentrizität stört jedoch dann nicht, wenn die Lichtaustrittsspalte S1 _e S2 im Zylinderspie-It is true that the cylindrical mirror Z also has a focusing effect, which is why ideal conditions only exist when the filament runs exactly in the cylinder axis, because on the other hand, ie with eccentric lamp installation, a filament image is created next to the filament. However, this influence of the eccentricity does not interfere when the light exit slits S1 _and S2 in the cylindrical mirror

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gel Z so breit sind, daß Wendel und Wendelbild auf die gleiche abzutastende Stelle des Objekts leuchten können.gel Z are so wide that the filament and the filament image can shine on the same point of the object to be scanned.

Claims

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ή. Lighting device for electro-optical scanners for illuminating elongated flat objects using a light source arranged coaxially inside a cylinder mirror, the light rays of which emerge through a longitudinal gap in the cylinder mirror and illuminate the object in strips, characterized in that the cylinder mirror

(Z) fine second longitudinal gap (S2), which in relation on the object (OB) and a plane mirror (P) provided in the beam path is arranged so that the Light traces (BS2) emerging from the second longitudinal gap (S2) and deflected at the plane mirror (P) with the direct light rays (BS1) from the first longitudinal gap (SI) meet on the object (OB).

2. Lighting device according to claim 1, characterized in that the pulp te of the second longitudinal gap (S2) is selected greater than the width of the first longitudinal gap (S1).

3- Lighting device according to claim 1 or 2, characterized in that the width of the longitudinal gaps (S1, SZ) increases towards both ends.

A. Lighting device according to one of the preceding claims, characterized in that that the two longitudinal gaps (S1, S2) are covered by heat-reflecting filters.

5. Lighting device according to claim 4, characterized in that the reflective Filter than in each case in the lateral surface

ti ·ti

til lit·til lit

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the cylinder mirror (Z) running filter layers
are trained.

6. Lighting device according to claim 5, d a characterized in that the

reflective mirror layers of the cylinder mirror
(Z) and / or the heat reflective filter layers
along the two longitudinal gaps (S1, S2) directly
on the outer surface of a cylindrically designed
Glass bulb (K) of the light source (L) are applied.

7. Lighting device according to one of the preceding Claims, characterized in that a fluorescent lamp is provided as the light source is.

8. Lighting device according to one of the preceding claims, characterized gekennzeicbnet, that the reflective mirror layers of the

Cylindrical mirror (Z) as diffusely reflective or as retro-reflective layer are formed.

9. Lighting device according to one of the preceding Claims, characterized in that the cylinder mirror (Z) consists of two partial shells consists.

10. Lighting device according to claim 9, since -

characterized in that the two partial shells of the cylinder mirror (Z) along a cylinder surface line are hinged together.