NL8901722A

NL8901722A - Inrichting voor het meten van door een informatiedrager verstrooid licht.

Info

Publication number: NL8901722A
Application number: NL8901722A
Authority: NL
Original assignee: Oce Nederland Bv
Priority date: 1989-07-06
Filing date: 1989-07-06
Publication date: 1991-02-01
Also published as: EP0406968A1; JPH0383462A; US5111037A

Description

Inrichting voor het meten van door een informatiedrager verstrooidlicht

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het meten vandoor een informatiedrager verstrooid licht, omvattend een lichtbronwaarmee een gedeelte van de informatiedrager kan worden belicht, eensensor met een lichtgevoelig oppervlak, met een van de hoeveelheid ophet lichtgevoelig oppervlak vallend licht afhankelijk uitgangssignaalen een objektief, dat geplaatst is tussen de informatiedrager en desensor, waarbij het belichte gedeelte van de informatiedrager kleineris dan het gezichtsveld van de sensor.

Een inrichting met een opbouw volgens de aanhef is bekend uitUS-A-4,639,607 waarin een papierranddetektor wordt beschreven waarbijeen bundel licht op een klein gedeelte van een reflekterend oppervlakwordt gericht. Het van dit oppervlak spiegelend gereflekteerde lichtvalt vervolgens via een konvergerende lens op de detektor. De gedetek-teerde hoeveelheid licht is binnen zekere grenzen onafhankelijk vanveranderingen in oriëntatie van het reflekterend oppervlak waarbijechter wel de afstand van het belichte gedeelte tot de lens konstantdient te blijven.

Een dergelijke inrichting kan bijvoorbeeld worden gebruikt om ineen elektrofotografisch apparaat de noodzakelijke belichting, omachtergrondvrij te kunnen kopiëren, te kunnen bepalen. Hiertoe wordtde hoeveelheid door een informatiedrager verstrooid licht gemeten dooreen gedeelte van deze drager te belichten en de hoeveelheid verstrooidlicht van het belichte gedeelte te meten. Een nadeel hierbij is dat alsde afstand van de informatiedrager tot de sensor gewijzigd wordt, dehoeveelheid licht op de sensor kan veranderen. Dit komt bijvoorbeeldvoor als de informatiedrager in een baan langs de sensor beweegt,waarin de positionering van de informatiedrager ten opzichte van desensor kan variëren.

Doel van de uitvinding is het bovengenoemd nadeel drastisch te ver¬minderen. Dit doel wordt volgens de uitvinding in een inrichtingvolgens de aanhef bereikt doordat de sensor op een afstand achter hetobjektief geplaatst is waar de hoeveelheid licht op het lichtgevoeligoppervlak van de sensor binnen 5 % konstant blijft bij variatie van deafstand van de informatiedrager tot het objektief over een trajekt van 80 tot 120 % van deze laatstgenoemde afstand en de grootste lineaireafmeting l van het lichtgevoelig oppervlak van de sensor voldoet aan:

waarbij A voor de afstand van de informatiedrager tot het objektief, Bvoor de afstand van het objektief tot het lichtgevoelig oppervlak vande sensor, f voor de brandpuntsafstand van het objektief en d-]ens voorde werkzame diameter van het objektief staat.

Gevonden is dat er een optimale positie voor de sensor bestaatwaarbij de hoeveelheid licht op het lichtgevoelig oppervlak van de sen¬sor konstant of vrijwel konstant blijft bij variatie, binnen ruimegrenzen, van de afstand van de informatiedrager tot het objektief.

Deze optimale positie is onder meer afhankelijk van de afstand van deinformatiedrager tot het objektief, de brandpuntsafstand van het objek¬tief, de grootte en de vorm van het lichtgevoelig oppervlak van de sen¬sor en de verstrooiende eigenschappen van de informatiedrager.

Voor sommige uitvoeringsvormen is het mogelijk de optimale positievan de sensor te berekenen, als de bovenstaande parameters bekend zijn.In vele gevallen is echter het berekenen zo complex dat het in depraktijk eenvoudiger is de optimale positie experimenteel te bepalen.Men kan hiervoor als volgt te werk gaan. Positioneer de sensor op bij¬voorbeeld 110 % van de brandpuntsafstand achter het objektief. Bepaalhet uitgangssignaal van de sensor als funktie van de verplaatsing vande informatiedrager ten opzichte van het objektief over het gewenstetrajekt waarin de hoeveelheid licht vallend op de sensor konstant ofvrijwel konstant moet blijven. Verplaats de sensor stapsgewijs in derichting van het objektief en bepaal telkens het uitgangssignaal van desensor als funktie van de verplaatsing van de informatiedrager tenopzichte van het objektief over het gewenste trajekt. Op deze wijzekan eenvoudig de positie bepaald worden waar de hoeveelheid lichtvallend op de sensor bij verplaatsing van de informatiedrager tenopzichte van de lens voldoende konstant is voor de gewenste toepassing.

Verder is gevonden dat als de informatiedrager het licht diffuus verstrooit en lengte en breedte van het lichtgevoelig oppervlak van desensor gelijk zijn of nagenoeg gelijk zijn, de optimale positie van desensor berekend kan worden. De hoeveelheid licht vallend op de sensorbij verplaatsing van de informatiedrager ten opzichte van de lens isnagenoeg konstant als de afstand A van de informatiedrager tot hetobjektief, de afstand B van het objektief tot het lichtgevoeligoppervlak van de sensor, de brandpuntsafstand f van het objektief en degrootte M van het lichtgevoelig oppervlak zodanig zijn gekozen datvoldaan wordt of nagenoeg voldaan wordt aan de relatie:

Het is op basis van de bovenstaande relatie mogelijk als A, M en fbekend zijn de sensorpositie B te berekenen. Deze berekende sensor-positie kan gebruikt worden als startwaarde voor de experimentele opti¬malisatie van de sensorpositie zoals boven beschreven als bijvoorbeeldeen andere sensorvorm of een het licht niet volledig diffuusverstrooiende informatiedrager wordt gebruikt.

Andere kenmerken en voordelen van de uitvinding zullen duidelijkworden uit de hierna volgende beschrijving waarbij verwezen wordt naarde bijgaande tekeningen, waarvan:

Fig. 1 schematisch een uitvoeringsvorm van een inrichting volgens deuitvinding weergeeft,

Fig. 2 de procentuele verandering van de hoeveelheid licht op de sen¬sor bij variatie van de afstand van de informatiedrager tot hetobjektief over een trajekt van 80 - 120 % van deze afstand alsfunktie van de afstand van het objektief tot de sensor in deuitvoeringsvorm van Fig. 1 weergeeft,

Fig. 3 schematisch een andere uitvoeringsvorm van een inrichtingvolgens de uitvinding weergeeft,

Fig. 4 schematisch een derde uitvoeringsvorm van een inrichtingvolgens de uitvinding weergeeft.

In Fig. 1 is schematisch een uitvoeringsvorm van een inrichtingvolgens de uitvinding weergegeven die bruikbaar is voor het meten in transmissie van de hoeveelheid verstrooid licht van een volledig dif¬fuus verstrooiende informatiedrager waarbij met behulp van eenlichtbron 1 licht op een informatiedrager 2 gefokusseerd wordt. Hiertoewordt een pinhole 3 in de omgeving van de lichtbron 1 geplaatst. Hetlicht van de zo verkregen puntbron wordt via een konvergerende lens 4op een klein oppervlak 5 van de informatiedrager 2 afgebeeld. Het vande informatiedrager 2 diffuus verstrooide licht wordt met behulp van dekonvergerende lens 6 in punt 7 afgebeeld. Een lichtgevoelige sensor 8is in de lichtweg tussen de konvergerende lens 6 en beeldpunt 7 voorhet brandpunt f van de konvergerende lens 6 geplaatst. De plaats van desensor 8 is zodanig gekozen dat bij verandering binnen enkele mm van deafstand van de informatiedrager 2 tot de konvergerende lens 6 en tot desensor 8 de hoeveelheid licht op de sensor 8 nagenoeg konstant blijft.Het gehele lichtgevoelig oppervlak van de sensor 8 valt binnen de doorde lens 6 in punt 7 samenkomende lichtbundel. Bij een afstand van deinformatiedrager 2 tot de konvergerende lens 6 van 1 cm, een brandpunts¬afstand van 8 mm, een vierkant effektief sensoroppervlak van 4 mm^ eneen lensdiameter van 50 mm is de optimale sensorpositie 7,9 mm vanaf delens 6. Bij variatie van de afstand van de informatiedrager 2 tot delens 6 van 0,8 tot 1,2 cm is de hoeveelheid licht op de sensor 8 binnen0,2 % konstant.

Bij een andere afstand van de sensor 8 tot de lens 6 in debovenstaande uitvoeringsvorm is de hoeveelheid licht bij veranderingvan de afstand van de informatiedrager 2 tot de lens 8 over een trajektvan 4 mm veel minder konstant. De procentuele verandering over dit tra¬jekt van de hoeveelheid licht op de sensor 8 als funktie van de afstandvan de lens 6 tot de sensor 8 is in Fig. 2 weergegeven. Hieruit isonder meer te zien dat als de sensor 1 mm vanaf de optimale sensor¬positie wordt verplaatst (hetzij in de richting van de lens 6, hetzijvan de lens 6 af ) de hoeveelheid licht op de sensor 8 ongeveer 12 %varieert als de afstand van de informatiedrager 2 tot de lens 6 overeen trajekt van 4 mm gevarieerd wordt.

In Fig. 3 is een andere uitvoeringsvorm weergegeven waarin deinrichting volgens de uitvinding wordt gebruikt voor het meten van dehoeveelheid verstrooid licht in reflektie van een informatiedrager 12waarbij de informatiedrager 12 zich bevindt in een baan 19 waardoor deinformatiedrager 12 langs de inrichting wordt gevoerd. De infor¬matiedrager 12 bevindt zich tijdens de meting binnen de begrenzingen 20,21 van deze baan 19 zodat de afstand tussen deinformatiedrager 12 en de lens 16 binnen de begrenzingen 20,21 van debaan 19 kan variëren.

Met behulp van een lichtbron 11 voorzien van een pinhole 13 wordteen klein gedeelte 15 van de informatiedrager 12 in oplicht belicht.

Het licht wordt hiertoe met behulp van een lens 14 in het midden van debaan 19 gefokusseerd. Bij een afstand van de informatiedrager 12 totde konvergerende lens 16 van 1 cm, een brandpuntsafstand van 10 mm, eenvierkant effektief oppervlak van de sensor 18 van 10 mm^ en een lens¬diameter van 50 mm is de sensorpositie 9,7 mm vanaf de lens 6. Bijvariatie van de afstand van de informatiedrager 12 tot de lens 16 van0,8 tot 1,2 cm is de hoeveelheid licht op de sensor 18 binnen 1 %konstant. Hierbij is de hoek tussen de optische as van hetbelichtingskanaal en de optische as van het meetkanaal 25°. Bijverplaatsing van de informatiedrager 12 uit het midden van de baan 19verplaatst de lichtvlek 15 zich ten opzichte van de optische as van hetmeetkanaal. Dit beïnvloedt de totale hoeveelheid licht op de sensor 18aanzienlijk. Om de hoeveelheid licht op de sensor 18 zo goed mogelijkkonstant te houden moet de hoek tussen de optische as van hetbelichtingskanaal en de optische as van het meetkanaal zo klein moge¬lijk zijn. Bij een zeer kleine hoek loopt men echter het risiko datspiegelend gereflekteerd licht op de sensor 18 valt. Uit metingen isgebleken dat de gevoeligheid voor variaties van de positie van deinformatiedrager 12 ten opzichte van de lens 16 bij een hoek van 25°ongeveer tien keer zo klein is als bij een hoek van 45° terwijl de kansop spiegelende reflektie bij een hoek van 25° nog gering is.

In fig. 4 is een andere uitvoeringsvorm weergegeven waarin deinrichting volgens de uitvinding wordt gebruikt voor het meten van dehoeveelheid gereflekteerd en doorgelaten verstrooid licht door eeninformatiedrager 42. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een enkelelichtbron 41 waarbij een pinhole 43 in de omgeving van de lichtbron 41is geplaatst. Het licht van de zo verkregen puntbron wordt via eenkonvergerende lens 44 op een klein oppervlak 45 van de informatiedrager42 afgebeeld door het licht te fokusseren in een punt in het midden vande baan 49 waardoor de informatiedrager 42 langs de inrichting wordtgevoerd.

In deze uitvoeringsvorm wordt gebruik gemaakt van een sensor 48 aandezelfde zijde van de informatiedrager 42 als de lichtbron 41 voor het meten van de hoeveelheid gereflekteerd licht waarbij tussen de sensor48 en de baan 49 een konvergerende lens 46 is geplaatst en een tweedesensor 50 aan de andere zijde van de informatiedrager voor het metenvan de hoeveelheid doorgelaten verstrooid licht waarbij tussen de sen¬sor 50 en de baan 49 een konvergerende lens 51 is geplaatst. De infor¬matiedrager 42 bevindt zich tijdens de meting binnen de begrenzingen52,53 van de baan zodat de afstand tussen de informatiedrager 42 en delenzen 46,51 binnen de begrenzingen 52,53 van de baan 49 kan variëren.

In deze uitvoeringsvorm is een pinhole 43 gebruikt met een diametervan 1 mm. De afstand van het midden van de baan 49 tot de lens 51bedraagt 5 mm. De afstand van het midden van de baan 49 tot de lens 46bedraagt 10 mm. De biconvexe lenzen 44,46,51 hebben alle een brandpunts¬afstand van 10 mm en een diameter van 50 mm. De sensoren hebben eeneffektief lichtgevoelig oppervlak met een grootte van 4 mm^. De afstandvan de sensor 50 tot de lens 51 bedraagt 9,2 mm. De afstand van de sen¬sor 48 tot de lens 46 bedraagt 9,9 mm. Bij variatie van de afstandenvan de informatiedrager tot de lenzen 46,51 tussen 80 en 120 % van dezeafstanden is de hoeveelheid licht op de sensoren 48,50 binnen 1 %konstant.

Deze laatste uitvoeringsvorm kan bijvoorbeeld gebruikt worden ineen elektrofotografisch apparaat waarin onder meer translucente origi¬nelen worden gekopieerd. Op grond van de met behulp van de inrichtingvolgens de uitvinding bepaalde reflektie- en transmissie-eigenschappenkan de optimale belichting voor de onderdrukking van de achtergrond opde kopie en/of het juiste kontrast, eventueel automatisch, worden gere¬geld. Het is dan mogelijk aan de hand van de gemeten hoeveelhedengereflekteerd en doorgelaten verstrooid licht te kiezen voor alleenoplichtbelichting, alleen doorlichtbelichting of een kombinatie vanbeide, waarbij de totale hoeveelheid licht en de onderlinge verhoudingvan de intensiteiten van de oplichtlampen en de doorlichtlampen kanworden gevarieerd.

In de bovenstaande uitvoeringsvormen is voor de belichting een lamp1,11,41 gebruikt samen met een pinhole 3,13,43 waarbij tussen de infor¬matiedrager 2,12,42 en de lamp 1,11,41 een konvergerende lens 4,14,44is aangebracht, waardoor het licht op de informatiedrager 2,12,42 wordtgefokusseerd. Andere lichtbronnen, zoals bijvoorbeeld licht emit¬terende diodes, lasers e.d., waarmee gefokusseerd licht op de infor¬matiedrager kan worden geprojekteerd en waarbij bij verplaatsing van de informatiedrager 2,12,42 de grootte van de lichtvlek op de infor¬matiedrager 2,12,42 konstant of nagenoeg konstant blijft, zijn ookbruikbaar. Bij gebruik in een elektrofotografisch apparaat om dehelderheid van de achtergrond van een origineel te meten is het gunstighet belichte gedeelte zo klein mogelijk te maken zodat eventueelaanwezige informatie op het origineel de meting zo min mogelijkbeïnvloedt.

Het is gebleken dat de aanwezigheid van vouwen of knikken in deinformatiedrager ongunstig is met betrekking tot de konstantheid van degemeten hoeveelheid licht in het bijzonder als in reflektie gemetenwordt. Het is gunstig gebleken de uitvoeringsvormen van de inrichtingvolgens de uitvinding zoals weergegeven in de figuren 3 en 4 zo tepositioneren dat het vlak bepaald door de optische assen van hetbelichtingskanaal en het meetkanaal loodrecht staat op detransportrichting van de informatiedrager. Bij vouwen loodrecht op detransportrichting zal dan bij het passeren van de vouw langs deinrichting een afname van het meetsignaal te zien zijn. Bij de bepalingvan de benodigde belichting om achtergrondvrije kopieën te verkrijgenwordt echter gebruik gemaakt van het maximale meetsignaal zodat derge¬lijke vouwen de werking van de inrichting niet nadelig beïnvloeden.

Claims

1 Inrichting voor het meten van door een Informatiedrager (2,12,42)verstrooid licht, omvattend - een lichtbron (1,11,41) waarmee een gedeelte van de informatiedrager(2,12,42) kan worden belicht, - een sensor (8,18,48,50) met een lichtgevoelig oppervlak, met een vande hoeveelheid op het lichtgevoelig oppervlak vallend licht afhanke¬lijk uitgangssignaal, en - een objektief (6,16,46,51), dat geplaatst is tussen de infor¬matiedrager (2,12) en de sensor (8,18,48,50), waarbij het belichte gedeelte van de informatiedrager (2,12,42) kleineris dan t gezichtsveld van de sensor (8,18,48,50), met het kenmerk, datde sensor (8,18,48,50) op een afstand achter het objektief (6,16,46,51)geplaatst is waar de hoeveelheid licht op het lichtgevoelig oppervlakvan de sensor (8,18,48,50) binnen 5 % konstant blijft bij variatie vande afstand van de informatiedrager (2,12,42) tot het objektief (6.16.46.51) over een trajekt van 80 tot 120 % van deze laatstgenoemdeafstand en de grootste lineaire afmeting L van het lichtgevoeligoppervlak van de sensor (8,18,48,50) voldoet aan:

waarbij A voor de afstand van de informatiedrager (2,12,42) tot hetobjektief (6,16,46,51), B voor de afstand van het objektief (6.16.46.51) tot het lichtgevoelig oppervlak van de sensor (8.18.48.50) , f voor de brandpuntsafstand van het objektief (6.16.46.51) en d]ens voor de werkzame diameter van het objektief (6.16.46.51) staat.

2 Inrichting volgens konklusie 1, waarbij de lengte en de breedtevan het lichtgevoelige oppervlak van de sensor (8,18,48,50) gelijk ofnagenoeg gelijk aan elkaar zijn, met het kenmerk, dat de afstand A vande informatiedrager (2,12,42) tot het objektief (6,16,46,51), de afstand B van het objektief (6,16,46,51) tot het lichtgevoeligoppervlak van de sensor (8,18,48,50), de brandpuntsafstand f van hetobjektief (6,16,46,51) en de grootte M van het lichtgevoelig oppervlakzodanig zijn gekozen dat voldaan wordt of nagenoeg voldaan wordt aan derelatie: