JP2007530934A - 照明形成物を生成するための光学システム - Google Patents

Abstract

本発明は、形成物に対して相対的に動く材料（０３）の表面（０２）の上で照明形成物（１）を生成するための光学システムに関するものである。本発明によると、制御装置（２３）によりパルス駆動される複数の光源を備える照明装置（０６）が、前記形成物を生成するための光（７）を放出し、検出装置（８）が前記照明装置（０６）の前記光源から放出される光を検出し、前記制御装置（２３）は個々の光源（０７）又は１つのグループの光源を制御し、少なくとも１つの光源のターンオン時間（ｔ３）が前記検出装置の露光時間（ｔ１）と同期化されており、前記光源（０７）の前記ターンオン時間（ｔ３）は前記検出装置（０８）の前記露光時間（ｔ１）よりも短く設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１の記載事項に基づく、照明形成物を生成するための光学システムに関するものである。

主な用途は、機械処理された材料、例えば証券印刷で処理された被印刷物を、産業用の画像処理のために画像撮影することであり、その場合、光学システムは印刷機の内部又は表面、好ましくは輪転印刷機の内部又は表面、特にオフセット印刷法、銅板彫刻法、スクリーン印刷法又はホットスタピング法による印刷を行う印刷機の内部又は表面で利用される。印刷機の内部又は表面への配置に代えて、又はこれに加えて、印刷製品を仕上処理する機械の内部又は表面に光学システムが配置されていてもよい。画像撮影は、動いている材料の少なくとも断片的な、好ましくは全面的な画像表示をする目的のために、この材料の事前に規定された指標の測定をしながら、又は測定をせずに行われ、それにより、以前に機械で実施された処理ステップの品質を基準として、その材料の判定をする。当分野に属する光学システムは、例えばインライン検査システムで利用され、したがってインライン検査システムの構成要素を成す。

ドイツ特許第３５２７３００Ｃ２号により、画像読み取り装置が公知となっており、この場合、複数のグループの光源を備える照明装置が設けられており、各グループの光源は照明ストライプを生成するための光を放出し、各グループの光源を制御装置がパルス駆動し、列状に配置されたフォトセンサが材料の表面から反射される光を検出し、これらのフォトセンサはラインカメラを形成しており、制御装置により制御される電源が各グループの光源に付属しており、光源のターンオン時間はラインカメラの露光時間と同期化される。

ドイツ特許出願公開第４１０２１２２Ａ１号により、ウェブ状の半透明の材料を調べるために印刷産業で適用するのに適した方法が公知となっており、この場合、例えば、発光ダイオードやレーザダイオードで具体化されるフラッシュランプが紙ウェブを透過するように放射され、紙ウェブを通して放射された光がビデオ信号を生成するためにカメラのＣＣＤマトリクスに入射し、照明装置から紙ウェブの方向に射出される光は曇りガラスの拡散板を通して放射される。

ドイツ特許出願公開第４３２１１７７Ａ１号により、印刷機で製作される印刷製品を検査するためのインライン画像検査装置を備える印刷機が公知となっており、この場合、印刷製品の画像データを計算装置に供給する画像検出装置が設けられていて、この画像検出装置は、１つの測定モジュール又は夫々印刷製品の所定の画像領域を走査する複数の測定モジュールと、これに付属し、画像データを電気の形態で準備する、好ましくは測定モジュールから空間的に分離された少なくとも１つの受信装置と、から構成されており、測定モジュールと少なくとも１つの受信装置とは、少なくとも１つの画像伝送線で相互に接続されており、精密ハロゲンランプで構成される照明装置が画像検出装置に付属しており、印刷製品の方向を向いた開口部をもつ噴出空気管が噴出空気を作用させて印刷製品を照明装置との所定の間隔に保ち、それと同時に噴出空気によって照明装置が冷却される。

ドイツ特許出願公開第１００６１０７０Ａ１号により、表面を調べるための光学式検査装置の照明装置が公知となっており、この場合、夫々複数列の発光ダイオードを備え、好ましくは同じ長さで互いに電気配線された複数の支持基板が、一定の光放射によって走査されるべき物体面に応じて伸張可能な剛性の高い共通の取付形材へライン状に差し込まれており、支持基板と取付形材との間は、機械的な接続部を介して、発光ダイオードとその制御電子装置とを冷却するため、熱的に結合される。

ドイツ実用新案出願公開第２０２１３４３１Ｕ１号により、同じく印刷機に配置されたインライン画像検査システムを形成する、印刷物の品質管理をするための装置が公知となっており、この場合、蛍光管として構成された照明装置とラインカメラとして構成された画像撮影装置が利用される。

ドイツ実用新案出願公開第２０３０３５７４Ｕ１号により、印刷機、特に枚葉紙オフセット印刷機のためのインライン画像検査システムが公知となっており、この場合、被印刷物を運ぶ圧胴の近くで踏み台の下にある蛍光灯として構成された照明装置と、照明装置と比べて圧胴からさらに遠い距離をおいたラインカメラとして構成された画像撮影装置とが、印刷機の最後の印刷ユニットに付属するように配置されている。

欧州特許出願公開第０７６２１７４Ａ２号により、例えば銀行券や有価証券等のシート状製品をライン状に照明する装置が公知となっており、この場合、２つのミラーセグメントを備える円筒形のミラーが設けられ、各ミラーセグメントは２つの焦点線を有する楕円形の底面を構成し、各ミラーセグメントの幅はシート状製品の幅よりも広いか、又はこれと等しく選択されており、第１の焦点線には、搬送装置によって当該焦点線に対して垂直に搬送されるシート状製品が配置され、第２の焦点線には、例えば、１列の発光ダイオード（ＬＥＤ）等の冷光源が配置され、例えばＣＣＤアレイや、個別又はグループで配置されたフォトダイオード等の検出器がシート状製品から反射される光を検出し、処理設備で処理をするためにこれを信号に変換する。

米国特許第４，９７２，０９３号により検査システムが公知となっており、この場合、パルス制御される発光ダイオード機構により、２０ｍｓから２００ｍｓの間で継続する閃光が、動いている試験体に作用し、前記試験体の画像をエリアカメラが撮影する。

米国特許第５，９３６，３５３号により、形成物に対して相対的に動く材料の表面に照明形成物を生成する光学システムが公知となっており、電気的に直列につながれた複数の光源を備える照明装置が、形成物を生成するための光を放出し、少なくとも１つの検出器を備える検出装置が材料の表面から反射された光を検出し、光源は基板の上に配置されて、基板は支持体の上に配置されており、支持体はその内部に少なくとも１つの通路を有しており、光源を冷却するための液体又は気体の冷却媒体がこの通路を貫流する。

特開平１−２５５３７１号により、定電流電源を備える、ライン状の照明装置を形成する発光ダイオードを制御する装置が公知となっており、この場合、発光ダイオードのドライブ回路は走査制御回路及びマルチプレクサを介してラインカメラと接続されており、それにより、相互に作用接続された照明装置の発光ダイオードとラインカメラのフォトセンサが夫々同期化されるようになっている。

本発明の課題は、動いている材料の速度の広い範囲にわたって同じ光量で画像撮影が行われる、照明形成物を生成するための光学システムを提供することである。

この課題は、本発明によれば請求項１の構成要件によって解決される。

本発明により実現される利点は、特に、動いている材料の表面が、動いている材料の速度に関わりなく、常に同じ光量で照明されるので、画像撮影のために一定の明るさが生じ、使い物にならない画像撮影が回避されることである。また、光源のターンオン時間も常にラインカメラの露光時間の部分量をなしているので、光源のターンオン時間とラインカメラの露光時間の時間挙動について一定の相関関係が保証される。デジタル式のラインカメラは、通常、電子シャッターを有しており、この電子シャッターは、ラインカメラの露光時間の終了時に、動いている材料の表面から反射される光に基づき、ラインカメラの検出器で集められた電荷を読み取るために読み取りパルスを出す。光源のターンオン時間とラインカメラの露光時間の本発明に基づく相関関係により、電荷に対して感度のあるラインカメラの検出器の、いわばオーバーフローが回避される。むしろ、動いている材料の速度の少なくとも広い範囲にわたって、材料の運動方向で互いに連続するように配置されたラインカメラの各検出器の間で障壁が生じ、それに伴って明確な分離が生じるという利点がある。

さらに別の利点は、形成物が十分な照明強度で現れるようにするため、その表面に形成物が生成される材料は、光源から放出される光の、直接的な光路内又は方向転換された光路内に位置する焦点に配置される必要がない点である。形成物を、光学システムに対して相対的に、焦点と関わりなく配置することが望ましい理由は、そうすることにより形成物と照明装置との距離について厳密な寸法安定性が要求されないようになるからである。したがって、提案される光学システムは、照明される材料に対して間隔の許容範囲を有している。さらに、例えば、埃や磨耗屑等の汚れのために、その機能が損なわれる虞がある光学システムのコンポーネントと材料との間で、特に材料を動かす搬送装置に対しても十分な間隔を設けることができ、このような間隔は、光学システムと材料を印刷機の所与の動作条件のもとで恒久的かつ確実に接触コンタクトの範囲外に維持させるとともに、動いている材料によって巻き起こされる汚れ粒子の到達範囲の範囲外に光学システムを配置するという利点がある。

材料の表面上において、その長さに対して直交して延びる幅をもつ、照明装置で照明される照明ストライプ、すなわち二次元の平坦な形成物は、焦点に収束される線形の照明形成物、すなわち一次元の照明形成物と比べて、材料の表面から反射される光を検出するために、少なくとも部分的に反射性を有する材料の表面に対して一定の反射角で配置される検出装置にとって、材料の表面がレリーフ状に構成されている場合であっても、照明形成物がバーチャルなライン状の照明装置として確実に現れるという利点がある。なぜなら、照明ストライプに幅があるので、材料の表面における、検出装置が反射光を検出することができる検出装置の検出角の横断面が、照明装置から放出される光線束の、照明ストライプの幅全体にわたって延びる横断面の少なくとも一部を検出することが保証されるからである。材料が線状にしか照明されない装置では、収束した光線束は、レリーフ状となった材料の表面によって検出装置の検出角の範囲外に反射され、その結果、検出されなくなる危険性がある。これとは逆に、提案される光学システムは、拡散反射性の表面を有する材料の画像撮影にも非常に適している。レリーフ状の表面をもつ材料の場合でさえ、影をつくる作用はほとんど発生しない。

提案される光学システムでは、その照明装置はモジュールとして、すなわち独立した各機能単位で構成されていることが好ましく、このことは、ライン状となった照明装置のライン長さを、高価な特殊製造を要することなく、事前に製造された好ましくは同じ機能のモジュールを単に所要数だけ並べることにより、照明されるべき材料の幅又は少なくとも照明ストライプの長さに合わせて順応させることができる利点を有している。同様に、選択的に目的に応じて、照明されるべき材料の幅を照明するのに必要なモジュールでのみ、又は少なくとも照明ストライプの長さを照明するのに必要なモジュールでのみ、光源を作動させることもでき、このことは、光学システムの設計時や作動時に、その経済性にとって有利である。

１つのモジュールごとに複数の光源を使うことは、光源から放射される光に関する現実問題としては不可避な差異、例えば、光の波長の差異が、隣接する夫々の光源の光線束の混合により均されて、照明装置から全体として放射される光がその光学特性に関して均質化されるという利点がある。各々のモジュールに対して、好ましくは複数のグループの光源が配置されており、各グループに付属する光源が夫々の光学特性に関して異なっている場合、例えば、各グループの光源から射出される光の色に関して異なっている場合、個々のグループの光源を適用業務に応じて、例えば、光の色を基準として選択、制御することができる。

提案される光学システムは、十分に大きな照明強度を含む、必要に即した均等な光分散によって、状況によっては、例えば１メートルを超える大きな長さを有している照明ストライプを作用させ、故障の発生し難いモジュール形式の構造により、印刷機において、その都度の必要性に合わせて簡単な方法で適合化することができるという利点を有している。照明されるべき材料が照明装置の焦点に配置されるのではないので、材料の表面に対する光源の垂直方向の間隔を正確にアライメントする必要もなくなり、また、その間隔を光学システムの使用の継続中に監視する必要もなくなり、このことは、工場設備の現場での光学システムの取扱性を著しく簡素化する。

本発明の実施例が図面に示されており、以下に詳しく説明する。

例えば、印刷機、好ましくは輪転印刷機、特にオフセット印刷法による印刷を行う印刷機では、図１に示す表面０２を備える材料０３が、矢印で図示された運動方向０４へ動いく。この運動は、例えば印刷機の内部又は表面に配置された、ここでは図示されない搬送装置によって行われ、材料０３の運動は、後に詳述する光学システムの作動中には、単一の運動方向０４で行われることが好ましく、さらには直線的に行われることが好ましい。動いている材料０３の速度は均一であってよく、また、可変であってもよい。

材料０３は、例えば枚葉紙０３又は材料ウェブ０３として平面的かつ平坦に構成されたものが好ましい。材料０３は、特に、例えば紙製の被印刷体０３として構成されており、又は例えば有価証券０３として、又は銀行券０３として構成されている。材料０３の表面０２はレリーフであってもよく、又は、表面０２から突出する、若しくは表面０２へ凹部として刻まれた、その他の構造を有していてよく、レリーフ、構造の高さ又は深さは、材料０３の幅Ｂ０３に比べて非常に小さい。材料０３の表面０２の少なくとも一部は、例えば反射性の素材の塗布、例えばニスやフィルムの塗布によって、又は偽造防止糸又はその他の好ましくは金属製アプリケーションを材料０３へ埋め込むことによって、反射性を有するように構成されている。

図２に記号でのみ示している照明装置０６は、材料０３の表面０２の上で、好ましくは長さＬ０１と幅Ｂ０１をもつ照明ストライプ（図１）の形態の照明形成物０１を生成し、幅Ｂ０１は、材料０３の表面０２上において長さＬ０１に対して直交して延びている。照明ストライプ０１の幅Ｂ０１は、材料０３の運動方向０４に向いているのが好ましく、それに対して、照明ストライプ０１の長さＬ０１は材料０３の幅Ｂ０２と平行に向いているのが好ましく、材料０３の幅Ｂ０３の一部にわたって、又はその幅Ｂ０３全体にわたって延びていてよい。照明ストライプ０１の幅Ｂ０１は、例えば少なくとも３ｍｍであり、好ましくは少なくとも８ｍｍである。すなわち、材料０３の運動方向０４は、照明ストライプ０１の幅Ｂ０１に対して少なくとも実質的に平行に向いているのが好ましく、材料０３の運動方向０４は、照明ストライプ０１の長さＬ０１と幅Ｂ０１を通って広がる平面内に位置している。材料０３は、少なくとも照明ストライプ０１の領域では湾曲していないのが好ましい。

照明装置０６は、ライン状に相並んで配置された複数の光源０７を備えており、照明装置０６全体がライン状に構成される。ライン状に配置された照明装置０６の光源０７は、照明ストライプ０１の長さＬ０１と平行に配置されるのが好ましい。光源０７は、材料０３の表面０２に対して夫々間隔Ａ０７を有しており、間隔Ａ０７は、好ましくは３０ｍｍから２００ｍｍの間であり、特に７０ｍｍから１４０ｍｍの間である。光源０７の間隔Ａ０７は、材料０３の表面０２に対して夫々鉛直になっているのが好ましい。照明装置０６のすべての光源０７は、例えば明るい高輝度の発光ダイオードやレーザダイオード０７といった同じ種類で構成されているのが好ましい。照明装置０６には、夫々ライン状に相並んで配置された複数の光源０７のグループが設けられていてもよく、個々のグループの光源０７は夫々の光学特性に関して、例えば、夫々が放出する光の波長に関して異なっている。例えば、１つのグループの光源０７は白色光を放出するのに対して、別のグループの光源０７は単色光を放出する。照明装置０６と接続された制御装置２３が適用業務に応じて、例えば、材料０３の表面０２の性質に依存して、各グループの光源０７を光の色を基準として選択し、個別に制御することが意図されていてよい。例えば、制御装置２３は、１つのグループの光源０７を少なくとも１つの別のグループの光源０７とは関わりなく、例えば、夫々の明度及び／又は照明時間に関して制御することもできる。照明ストライプ０１は、光源０７から放出される光の、直接的な光路又は方向転換された光路に位置する焦点の範囲外に配置されている。

照明装置０６は、例えばライン状に相並んで配置された複数の光源０７を夫々備える、ライン状に互いに接して並んだ複数のモジュールＭ６１からＭ６５から構成されており（図１２）、隣接する２つのモジュールＭ６１からＭ６５の間の分離継目２６は、照明ストライプ０１の長さＬ０１に対して斜めに配置されているのが好ましい。照明装置０６の個々のモジュールＭ６１からＭ６５は、例えば機能が同一であるように構成されていていてもよい。例えば、照明されるべき材料０３の幅Ｂ０３に対応する、互いに接して並んだ複数のモジュールＭ６１からＭ６５が組み合わされた照明装置０６のライン長さを、該当するモジュールＭ６１からＭ６５のライン状に配置された光源０７のターンオンによって有効にすることができ、又は、照明ストライプ０１の長さＬ０１に対応する、互いに接して並んだ複数のモジュールＭ６１からＭ６５が組み合わされた照明装置０６のライン長さを、該当するモジュールＭ６１からＭ６５のライン状に配置された光源０７のターンオンによって有効にすることができる。また、選択された個々のモジュールＭ６１からＭ６５の光源０７を、他のＭ６１からＭ６５の光源０７とは関わりなく作動させることもできる。

図３は、照明装置０６の個々の光源０７を、二次元の図面でのみ示している。光源０７は空間角ωで光を放出し、空間角ωは、球から切り取られた面ＡＫすなわち球表面ＡＫを通って、最大で半球状となる大きさまで広がる。

図４は、図３に示された複数の、例えば４つの光源０７が、ライン状に相並んで共通の基板２１の上に配置された様子を示している。夫々の光源０７に属する電源２２も、同じ基板２１の上に配置されているのが好ましい。電源２２は定電流電源２２として、特に制御可能な定電流電源２２として構成されているのが好ましい。

印刷機、印刷製品を仕上処理する機械の内部又は好ましくは表面に配置された検査システムの構成要素であって、印刷機で生産される印刷製品の品質を判定するために利用される光学システムには、照明装置０６のほか、図２から見てとることができるように、材料０３の表面０２から間隔Ａ０９をおいて配置された少なくとも１つの検出器０９を備えた検出装置０８が少なくとも含まれており、検出器０９は材料０３の表面０２から反射される光を検出する。検出装置０８は、例えばカメラ０８として、好ましくはラインカメラ０８として、特にカラーラインカメラ０８として構成される。検出装置０８もライン状に相並んで配置された複数の検出器０９を有しているものが好ましく、ライン状に配置された検出器０９は、照明ストライプ０１の長さＬ０１と平行に、及び／又は材料０３の幅Ｂ０３と平行に配置されているのが好ましい。ライン状に配置された検出器０９の夫々のラインの間にある間隔は、材料０３の運動方向０４と同じ方向を向いていることが好ましく、すなわち、材料０３の運動方向０４で互いに連続するように配置される検出器０９の各ラインは、材料０３の運動方向０４に対して直交するように配置されるのが好ましい。検出装置０８の検出器０９は、例えばＣＣＤアレイ０９として、又は１つのグループのフォトダイオード０９として構成されていてよい。検出装置０８の検出器０９は、検出された反射光を電気信号に変換し、この電気信号を評価のために検出装置０８と接続された画像処理装置２４へ供給する。

図５は、光学システムにおいて照明装置０６の光源０７に、照明ストリップ０１の長さＬ０１及び／又は幅Ｂ０１に沿った方向を向く少なくとも１つの作用面１２を備える、少なくとも１つの第１のミラー１１が付属している様子を示しており、第１のミラー１１の作用面１２は、照明装置０６の光源０７のうちの少なくとも１つから空間角ωで放出される光を、空間角ωに属する球面ＡＫよりも狭い第１の包絡面ＡＨ１に制限する。第１のミラー１１の作用面１２は、平面状又は凹面状に構成されていてよい。このとき、第１のミラー１１のうち、照明ストライプ０１の長さＬ０１に沿った方向を向く少なくとも１つの作用面１２は、図５のビーム収束との比較で図６に示すように、照明装置０６の光源０７のうちの少なくとも１つから空間角ωで放出される光を、この第１のミラー１１のうち、照明ストライプ０１の幅Ｂ０１に沿った方向を向く少なくとも１つの作用面１２よりも強力に、いっそう狭い第２の包絡面ＡＨ２へ制限する。照明装置０６の少なくとも１つの光源０７は、光源０７から放出される中心ビーム１３に対して左右対称な少なくとも２つの作用面１２を備える第１のミラー１１を有していることが好ましい。

照明装置０６の光源０７のうちの少なくとも１つから、中心ビーム１３を取り囲む中心領域１４で放出される放射を方向転換させるために、図７及び図８に示されるように、例えば第２のミラー１６が設けられていてよく、少なくともその１つの作用面１７は、中心ビーム１３の光路を取り囲む中央領域１４で、光源０７から放出される光の空間角ωの範囲内に配置されており、第２のミラー１６の作用面１７は、照明装置０６の光源０７のうちの少なくとも１つから放出される光を、照明ストライプ０１の長さＬ０１及び／又は幅Ｂ０１に沿った方向を向いている第１のミラー１１の少なくとも１つの作用面１２に向けて方向転換させる。このとき、光源０７から放出される放射を、照明ストライプ０１の長さＬ０１に沿って、その幅Ｂ０１に沿った放射よりも強力に収束させることができることが好ましい。第２のミラー１６の作用面１７も平面状又は凹面状に構成されていてもよい。中央領域１４に帰属する、夫々の光源０７から放出される放射は、図７から図１０では夫々実線の矢印で図示されており、それに対して、光源０７から夫々空間角ωで周辺に放出される放射は破線の矢印で図示されている。

別案として、図９及び図１０に示す照明装置０６の光源０７のうちの少なくとも１つから、中心ビーム１３を取り囲む中央領域１４で放出される放射を同じく方向転換させるために、少なくとも１つのレンズ１８、特に両凸レンズ１８が、中心ビーム１３の光路を取り囲む中心領域１４で、照明装置０６の光源０７のうちの少なくとも１つから放出される光の空間角ωの範囲内に配置されていてもよく、この場合、光源０７とレンズ１８の中心部Ｚ１８との間には間隔Ａ１８があり、この間隔Ａ１８は、光源０７と材料０３の表面０２との間の間隔Ａ０７の半分よりも短いのが好ましい。このときレンズ１８は、光源０７から放出される放射を好ましくは照明ストライプ０１の長さＬ０１に沿って、その幅Ｂ０１に沿って以上に強力に収束させるために、回転対称でなく構成されていてよい。

図１１は、照明装置０６の少なくとも２つの隣接する光源０７から放出される光の夫々の空間角ω又は少なくとも包絡面ＡＨ１；ＡＨ２が、少なくとも照明ストライプ０１を照明する部分領域１９で重なり合うように、照明装置０６の光源０７が配置されるのが好ましいことを示している。こうした重なり合いは、特に、関与する隣接する光源０７が２つの隣接するモジュールＭ６１からＭ６５に配置されている場合にも意図される。図１１を見ると、照明装置０６の夫々個々の光源０７に、少なくとも１つの作用面１２、好ましくは互いに左右対称な２つの作用面１２を備える第１のミラー１１が、少なくとも照明ストライプ０１の幅Ｂ０１に沿って夫々設けられていてよいことは明らかである。

さらに照明装置０６は、材料０３の表面０２の方を向いている側に、すなわち照明装置０６の光射出側に、散乱体３８すなわち光を散乱させる物体を有していてよく、例えばレンチキュラーやプリズムフィルムを有していてもよく、散乱体３８は、光源０７から材料０３の表面０２へ放射される光を、照明ストライプ０１の長さＬ０１に沿った方向にのみ分散させるか、又は、少なくともほぼ大半をこの方向に分散させるのが好ましい。１つの望ましい実施形態においては、散乱体３８と、照明装置０６のミラー１１；１６のうちの少なくとも１つとは、レフレクターモジュール３９と呼ぶただ１つのコンポーネントとして構成されており、例えば線状に相並んで配置された５個から１０個の光源０７のグループが、その光源０７の列に沿って配置されたレフレクターモジュール３９へ夫々光を入射させるのが好ましい。この目的のために、光源０７は光射出側と直径上で向かい合うレフレクターモジュール３９の側に配置されており、又は、そこでレフレクターモジュール３９に埋め込まれている。レフレクターモジュール３９は、例えば好ましくは透明なプラスチックから射出成形技術で製作されたコンポーネントである。したがって、レフレクターモジュール３９は特に中実な成形品として構成されていることが好ましく、その内部に散乱体３８及びミラー１１；１６のうちの少なくとも１つが一緒に構成されており、成形品の内部で、光学的に関与する境界面が散乱体３８を少なくとも１つのミラー１１；１６から分離しないようになっている。図１７は、光射出面に好ましくは一体的に構成された散乱体３８を備えるレフレクターモジュール３９を一例として外観図で示しており、レフレクターモジュール３９の光射出面にある散乱体３８は、例えば溝構造として構成されており、すなわち、成形品に例えば一体成形されており、レフレクターモジュール３９は、平行に延びる溝が好ましくは材料０３の運動方向０４と同じ方向を向くように照明装置０６に配置される。ミラー１１；１６及び／又はレンズ１８の機構も、レフレクターモジュール３９に一体的に構成されていてよい。このようにレフレクターモジュール３９は、照明装置０６の長手方向に延びる凹部を備えるように構成されるのが好ましい。レフレクターモジュール３９は互いに接して並ぶ複数のセグメントで構成されることが好ましく、各々のセグメントが、光源０７のうちの１つからレフレクターモジュール３９へ送り込まれる光路をフォーミングする。レフレクターモジュール３９は、光源０７を支持する基板２１又は支持体２７の上に、例えばレフレクターモジュール３９に一体成形された取付部材４１で組み付けられているのが好ましい。照明ストライプ０１の幅Ｂ０１に沿って配置される各々のモジュールＭ６１からＭ６５に、夫々少なくとも１つのレフレクターモジュール３９が付属しているのが好ましい。

このように照明装置０６の散乱体３８は、ミラー１１；１６及び／又はレンズ１８の機構と同様に、光源０７から放出される光の分散に関してフォーミングをして均質化するように作用する。特に散乱体３８は、細かい構造を備える材料０３の表面０２の上でさえ、拡散的で影のない照明ストライプ０１の照明に貢献し、光源０７が夫々材料０３の表面０２に対して有している間隔Ａ０７にもかかわらず、照明ストライプ０１は同時に非常に明るい帯状照明として構成される。ミラー１１；１６及び／又はレンズ１８ならびに特に散乱体３８の配置は、照明装置０６から光が均一な光分散で射出され、したがって材料０３の輝く表面０２の上でさえ、例えば反射性のニス、コールドシール、偽造防止糸、パッチ等の上でさえ、照明装置０６の内部構造すなわちその個々の光源０７の形成物が結像されることがなく、したがって、相応の反射角で観察しても目に見えないことに貢献する。

図１２は光学システムの図面を示しており、材料０３の運動方向０４に対して鉛直に延びる平面から観察したものである。照明装置０６と、材料０３の表面０２の上で照明される照明ストライプ０１とは、間隔Ａ０７をおいて互いに平行に配置されているが、照明装置０６の形状すなわち長さＢ０６は、照明ストライプ０１の長さＬ０１又は材料０３の幅Ｂ０３よりも大きくてよい。照明装置０６は複数のモジュールＭ６１からＭ６５に分割されており、すなわち、本例ではライン状に相並んで配置された５つのモジュールＭ６１からＭ６５に分割されており、各々のモジュールＭ６１からＭ６５に配置された光源０７が夫々光を照明ストライプ０１に向かって放出する。照明ストライプ０１から反射される光は、材料０３の表面０２から間隔Ａ０９をおいて配置された検出装置０８の検出器０９により、照明ストライプ０１の長さＬ０１に沿って開いた空間的な検出角αの範囲内で検出され、この検出角αは本例では、照明ストライプ０１から反射される光を照明ストライプ０１の長さＬ０１全体にわたって検出するように設定されている。検出角αは、照明ストライプ０１の幅Ｂ０１全体にわたって延びる、照明装置０６から放出される光線束の横断面の少なくとも一部を検出角αが把握するように、材料０３の表面０２で横断面を形成する。検出角αで検出される横断面は、材料０３の表面０２の上で照明ストライプ０１の長さＬ０１と幅Ｂ０１を通って広がる面と、少なくとも同じ広さであるのが好ましい。材料０３の運動方向０４では、照明装置０６と検出装置０８は、照明装置０６の光源０７から材料０３の表面０２へ放出される光が、材料０３の表面０２により検出装置０８の検出器０９へと「入射角は射出角と等しい」の法則に従って反射されるように、互いに間隔をおいて配置されるのが好ましい。ただし、「入射角」に基づいて予想される「射出角」すなわち反射角は、材料０３の表面０２の性質に依存して、特に構造、特にミクロ構造に依存して、完全反射面を前提とする前述の理想条件とは異なっている場合がある。

照明ストライプ０１から反射される光の検出によって検出装置０８で撮影される画像の品質は、主として、照明装置０６の光源０７が一定の光度の光を放出するかどうかに依存して決まる。なぜなら、光源０７から放出される光の光度が変動すると、検出装置０８で画像処理装置２４に供給される信号に関して、照射される材料０３の表面０２の性質の変化と同じ結果が出てしまい、そのために、画像処理装置２４で信号変化の原因を区別することができないからである。こうした状況のもとでは、画像処理装置２４で行われる画像評価から、照射される材料０３の表面０２の性質について信頼度の高い情報を得ることはできない。

そのための対処となるのが、照明装置０６において光源０７から放出される光の光度を一定に保つ措置である。照明装置０６で用いられる光源０７は、光度が温度依存的である高輝度の発光ダイオード０７又はレーザダイオード０７として構成されているのが好ましい。以下に、一定の光度を実現するために、支持体２１の上に配置された光源０７の温度を安定化させる措置について説明する。提案される解決法の利点は、光源０７の熱負荷が発生場所で直接運び出されるので、短い反応時間を実現することができるという点にある。

光源０７は、他の電子デバイスを装備可能な、条導体を備えている基板２１の上に配置されているのが好ましい。発光ダイオード０７又はレーザダイオード０７の半導体は、基板２１と直接的に接触コンタクトしているのが好ましく、この基板は、例えばＭＣＰＣＢ（メタルコアプリント配線板）として構成されるか、又はアルミニウムでできたコアを備える基板２１として構成されており、発光ダイオード０７又はレーザダイオード０７を支持している取付側３２に、熱伝達抵抗部をできるだけ少なく形成するために、熱伝導性の底面の上に非常に薄い上側層しか有していない。

図１３は、複数の光源０７が上にライン状に配置された基板２１を示しており、さらにこの基板２１が支持体２７の上に配置されており、支持体２７はその内部に、好ましくは光源０７がライン状に配置されているよりも下側に、少なくとも１つの通路２８を有しているのが好ましく、液体又は気体の冷却媒体、例えば水や空気等がこの通路２８を貫流する。好ましくは支持体２７の端面側に、冷却媒体の供給と排出をするため、流入管と接続された開口部２９及び流出管と接続された開口部３１が設けられており、冷却媒体が支持体２７を例えば直線的に貫流する。図１４は、互いに反対の２つの方向へ冷却媒体が貫流する支持体２７を示しており、それにより支持体２７の内部で、光源０７のライン状の構造部に沿って補償される温度の推移が実現される。そのために、通路２８は支持体２７の一方の端部のところで１８０°方向転換している。

ここでは図示されない制御装置が、流入管の冷却媒体の温度、及び通路２８を通ることにより流れる流量が一定に保たれる。別案として制御装置は、流入管の冷却媒体の温度と流出管の冷却媒体の温度との差異を一定に保つこともできる。この場合、冷却媒体の絶対温度にはあまり意味はなく、むしろ、関与する素材の熱伝達抵抗の結果として生じる、光源０７について最大限許容される温度を超過しないことに意味があり、そのような超過は、温度の監視とそれに対して反応する制御介入とによって制御装置により防止される。温度又は流量に関して制御可能な冷却媒体を利用することができないときは、基板２１と接続されているのではない外部の冷却装置（図示せず）を通じて、光源０７の冷却を行うこともできる。

図１５は、流動する冷却媒体を利用するための別案を示している。光源０７が実装された基板２１は支持体２７の上に配置されており、さらに支持体２７が少なくとも１つのペルチエ素子３３の上に、ただし好ましくは複数のペルチエ素子３３の上に配置されており、これらのペルチエ素子３３は、支持体２７から熱的に切り離された冷却体３４と夫々結合されている。図示しない電子制御装置によって少なくとも１つのペルチエ素子３３を制御するために必要な温度測定は、支持体に取り付けられた温度センサ３６により、支持体２７で直接行われる。こうすれば周囲温度が変動したときに冷却体３４の温度だけが変動し、基板２１に配置された光源０７の温度は変動しない。電子制御装置は、照明装置０６と接続された制御装置２３に組み込まれていてよい。

印刷機、又は印刷製品をさらに加工する機械で動いている材料０３の運動は、１秒間に数メートルの速度で行われ、例えば３ｍ／ｓ又はそれ以上で行われ、例えば枚葉紙印刷機では１時間につき１５，０００枚又はそれ以上が印刷されて印刷機内部を搬送されるので、光学システムは、動いている材料０３の利用可能な画像撮影が可能であるように設計しなければならない。この場合、ラインカメラ０８として構成された検出装置０８では、動いている材料０３の表面０２から反射された光の検出量が、動いている材料０３の速度に依存して変わることに注意しなくてはならない。それによって画像撮影の明度も変化する。前述した機械で通常発生する可能性がある比較的大きな速度変化が起こると、画像撮影したものが使い物にならなくなる虞がある。

例えば、ラインカメラ０８等の検出装置の画像撮影を、エンコーダによって動いている材料０３の速度と同期化する代わりに、制御装置２３により制御される電源２２、特に定電流電源により駆動される、照明装置０６の個々の光源０７又は１グループの光源０７のターンオン時間ｔ３を、ラインカメラ０８の励起すなわち露光時間ｔ１と同期化し、動いている材料０３の表面０２が、動いている材料０３の速度に関わりなく、常に同じ光量で照明されるようにすることが提案される。それにより、動いている材料０３の速度の広い範囲にわたり、例えばラインカメラ０８等の検出装置０８で撮影される画像の一定の明るさが得られる。というのも、制御装置２３は照明装置０６の個々の光源０７又は１グループの光源０７のターンオン時間ｔ３を、常にラインカメラ０８の露光時間ｔ１よりも短くなるように設定するからである。

既に説明したとおり、照明装置０６には複数のグループの光源０７が設けられるのが好ましく、これらの光源に少なくとも１つの電源２２、特に定電流電源２２が夫々付属しているのが好ましい。光源０７のターンオン時間ｔ３は、照明装置０６と接続された制御装置２３により、例えばグループ単位に、あるいは互いに無関係に個別に、そのつどの電源２２によって制御され、それにより、好ましくはライン状に配置される照明装置０６の光源０７の長さ全体にわたり、光量の推移を調整できるようになっている。好ましくは照明ストライプ０１の長さＬ０１に沿って光量推移を調整することは、例えばラインカメラ０８等の検出装置０８の図示しない光学系によって透過損失を補償することができるという利点がある。

上記に加えて、例えば、制御装置２３と接続された光センサ３７が、照明装置０６の光源０７の放射される光量を測定し、光センサ３７の測定信号を参照して、電源２２により制御装置２３で制御される光源０７のターンオン時間ｔ３を、例えば光源０７の劣化挙動に合わせて適合化し、光源０７の制御によって、例えば経年変化とともに低下する放射の光量を補償することが意図されていてよい。制御装置２３も、照明されるべき材料０３のさまざまな光学特性に合わせて、光源０７のターンオン時間ｔ３を適合化することができ、特に自動的に適合化することができる。

図１６は、例えばラインカメラ０８等の検出装置０８の時間的挙動と、照明装置０６の光源０７との時間的挙動を示している。ラインカメラ０８は、上側の第１の時間的推移に示すように特定の時点でターンオンされ、その結果、その時点でラインカメラ０８の露光時間ｔ１が開始される。露光時間ｔ１が経過した直後に、材料０３の運動方向０４で互いに後続する隣接するラインカメラ０８の画像ラインの間で、動いている材料０３の速度に依存して決まる停止時間ｔ２が生じる。少なくともラインカメラ０８の制御に依存して励起される光源０７は、図１６の中央の第２の時間的推移に示すように、制御装置２３により制御される電源２２によって、ラインカメラ０８の露光時間ｔ１と同時に駆動され、光源０７のターンオンをする遅延時間ｔ４の後に、すなわち光放出が始まるまでに物理的に生じる時間の後に、これらの光源０７がターンオン時間ｔ３のあいだターンオン状態に保たれ、このターンオン時間ｔ３、及び好ましくは遅延時間ｔ４とターンオン時間ｔ３との合計も、ラインカメラ０８の露光時間ｔ１よりも短く設定されている。ラインカメラ０８と光源０７の時間的挙動は、上に説明した一定の相関関係で周期的に繰り返される。図１６の下側の第３の時間的推移には、ターンオン時間ｔ３で励起される光源０７との単なる比較として、定光源のターンオン時間ｔ５の時間的推移が図示されている。

照明ストライプを備え、動いている材料の表面を示す平面図である。 光学システムの模式図ある。 照明装置の個々の光源である。 共通の基板上での光源のライン状の配置である。 第１のミラーによるビーム収束である。 照明ストライプの長さに沿った、第１のミラーによるビーム収束である。 第２のミラーによる光源の中央領域の光線束の方向転換である。 第２のミラーによる光源の中央領域の光線束の方向転換であり、放射は照明ストライプの長さに沿って、その幅に沿ってよりも強く収束されている。 凸面レンズによる光源の中央領域からの放射の収束である。 凸面レンズによる光源の中央領域からの放射の収束であり、放射は照明ストライプの長さに沿って、その幅に沿ってよりも強く収束されている。 前置された散乱体による、隣接する２つの光源の放射の少なくとも部分的な重ね合わせである。 光学システムの側面図である。 冷却媒体が貫流する支持体の上にある光源を実装した基板である。 ２つの反対方向で冷却媒体が貫流する支持体である。 ２つのペルチエ素子を備える冷却部をもつ支持体である。 ラインカメラの時間挙動と光源の時間挙動を示すグラフである。 レフレクターモジュールを示す外観図である。

符号の説明

０１ 形成物、照明ストライプ
０２ 表面
０３ 材料、枚葉紙、材料ウェブ、被印刷体、有価証券、銀行券
０４ 運動方向
０５ −
０６ 照明装置
０７ 光源、発光ダイオード、レーザダイオード
０８ 検出装置、カメラ、ラインカメラ、カラーラインカメラ
０９ 検出器、ＣＣＤアレイ、フォトダイオード
１０ −
１１ 第１のミラー
１２ 作用面
１３ 中心ビーム
１４ 中央領域
１５ −
１６ 第２のミラー
１７ 作用面
１８ レンズ
１９ 部分領域
２０ −
２１ 基板
２２ 電源、定電流電源
２３ 制御装置
２４ 画像処理装置
２５ −
２６ 分離継目
２７ 支持体
２８ カメラ
２９ 開口部
３０ −
３１ 開口部
３２ 取付側
３３ ペルチエ素子
３４ 冷却体
３５ −
３６ 温度センサ
３７ 光センサ
３８ 散乱体
３９ レフレクターモジュール
４０ −
４１ 取付部材
Ａ０７ 間隔
Ａ０９ 間隔
Ａ１８ 間隔
Ｂ０１ 幅
Ｂ０３ 幅
Ｂ０６ 長さ
Ｌ０１ 長さ
Ｚ１８ 中心部
ＡＨ１ 第１の包絡面
ＡＨ２ 第２の包絡面
ＡＫ 面、球表面
Ｍ６１ モジュール
Ｍ６２ モジュール
Ｍ６３ モジュール
Ｍ６４ モジュール
Ｍ６５ モジュール
ｔ１ 露光時間
ｔ２ 停止時間
ｔ３ ターンオン時間
ｔ４ 遅延時間
ｔ５ ターンオン時間
α 検出角
ω 空間角

Claims (18)

1. 形成物（０１）に対して相対的に動く材料（０３）の表面（０２）の上で照明形成物（０１）を生成するための光学システムであって、
   制御装置（２３）によりパルス駆動される複数の光源（０７）を備える照明装置（０６）は前記形成物（０１）を生成するための光を放出し、検出装置（０８）は前記照明装置（０６）の前記光源（０７）から放出される光を検出し、
   前記制御装置（２３）は個々の光源（０７）又は１つのグループの光源（０７）を制御し、少なくとも１つの光源（０７）のターンオン時間（ｔ３）が前記検出装置（０８）の露光時間（ｔ１）と同期化されており、
   前記検出装置（０８）は、露光時間（ｔ１）と、露光時間（ｔ１）の直後に続く停止時間（ｔ２）と、から成る周期的な時間的挙動を有している、このような光学システムにおいて、前記検出装置（０８）の前記停止時間（ｔ２）は、動いている前記材料（０３）の変化する搬送速度に依存して設定されており、前記照明装置（０６）の少なくとも１つの光源（０７）は、ターンオン時間（ｔ３）と、ターンオン時間（ｔ３）の直前に先行する遅延時間（ｔ４）と、から成る時間的挙動を有しており、
   前記制御装置（２３）は、遅延時間（ｔ４）及び前記光源（０７）のターンオン時間（ｔ３）を合算した時間を、前記検出装置（０８）の露光時間（ｔ１）よりも短く設定し、前記光源（０７）のターンオン時間（ｔ３）は、前記検出装置（０８）の露光時間（ｔ１）の継続時間の範囲内に配置されていることを特徴とする光学システム。
2. 前記制御装置（２３）は、前記光源（０７）を前記検出装置（０８）の露光時間（ｔ１）と同時にターンオンすることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
3. 個々の光源（０７）又は１グループの光源（０７）に、制御装置（２３）により制御される電源（２２）が付属していることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
4. 前記検出装置（０８）はラインカメラ（０８）として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
5. 前記照明装置（０６）に複数のグループの光源（０７）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
6. 複数のグループの光源（０７）に、前記制御装置（２３）により制御される少なくとも１つの電源（２２）が夫々付属していることを特徴とする請求項５に記載の光学システム。
7. 前記電源（２２）は定電流電源（２２）として構成されていることを特徴とする請求項６に記載の光学システム。
8. 前記照明装置（０６）は、動いている前記材料（０３）の表面（０２）の上で、長さ（Ｌ０１）と幅（Ｂ０１）をもつ照明ストライプ（０１）を照明形成物（０１）として生成することを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
9. 前記照明装置（０６）にある前記光源（０７）はライン状に配置されており、各々のライン状の配置の長さ全体にわたる前記光源（０７）の制御によって光量の推移が調整されることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
10. 前記光量の推移は前記照明ストライプ（０１）の長さ（Ｌ０１）に沿って調整されることを特徴とする請求項９に記載の光学システム。
11. 前記制御装置（２３）は、前記光源（０７）のターンオン時間（ｔ３）を、照明されるべき前記材料（０３）のさまざまな光学特性に合わせて適合化することを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
12. 前記制御装置（２３）と接続された光センサ（３７）が前記光源（０７）の放射される光量を測定することを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
13. 前記制御装置（２３）は前記光センサ（３７）の測定信号を参照して前記光源（０７）のターンオン時間（ｔ３）をその劣化挙動に合わせて適合化することを特徴とする請求項１２に記載の光学システム。
14. 前記制御装置（２３）は前記光センサ（３７）の測定信号を参照して前記光源（０７）から放射される光量の経年変化に起因する低減を補償することを特徴とする請求項１２に記載の光学システム。
15. 前記検出装置（０８）はライン状に相並んで配置された複数の検出器（０９）を有していることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
16. ライン状に配置された前記検出器（０９）は前記照明ストライプ（０１）の長さ（Ｌ０１）に対して平行に、及び／又は前記材料（０３）の幅（Ｂ０３）に対して平行に配置されていることを特徴とする、請求項１５に記載の光学システム。
17. ライン状に配置された前記検出器（０９）の夫々のラインの間にある間隔は前記材料（０３）の運動方向（０４）と同じ方向を向いていることを特徴とする請求項１５に記載の光学システム。
18. 前記照明装置（０６）の少なくとも１つの光源（０７）は一定の光量を放出することを特徴とする請求項１に記載の光学システム。

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