LIGHTING APPARATUS FOR AN ELECTRO-OPTICAL SCANNER

Abstract: 1. Lighting apparatus for electro-optical scanners for illuminating elongated flat objects by using a light source which is coaxially arranged in the interior of a cylindrical reflector, the light rays of which emerge through a longitudinal gap in the cylindrical reflector and illuminate the object strip by strip, characterized in that the cylindrical reflector (Z) exhibits a second longitudinal gap (S2) which is arranged with respect to the object (OB) and a plane reflector (P) provided in the beam path, in such a manner that the light rays (BS2) emerging from the second longitudinal gap (S2) and deflected at the plane reflector (P) coincide with the direct light rays (BS1) from the first longitudinal gap (S1) on the object (OB).

Description: Beleuchtungseinrichtung für einen elektrooptischen Abtaster Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für einen elektrooptischen Abtaster nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Beleuchtungseinrichtungen zur Erzielung gleichmässiger Helligkeit auf langgestreckten Objekten werden beispielsweise verwendet bei Kopiergeräten, bei Abtastgeräten zur optischen Zeichenerkennung bzw. Zarkierungser- kennung, bei Faksimile-, Telefax- und Bildfunk-Geräten, bei Geräten zur Zeichnungsdigltalisierung sowie bei Abtasteinrichtungen zur Erkennung von Kertigungsfehlern in Papier- oder Textilbahnen oder dergleichen. Derartigen 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 Hel- ligkeitsverlauf im Bild wiedergegeben wird. Diese Bedingungen sollen insbesondere auch dann eingehalten 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, möglichst wenig Schatten werfen. 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 Helligkeitsverlauf im Bild ergibt, die aber andererseits bei schlechtem Wirkungsgrad keine schattenfreie Ausleuchtung ermöglicht. 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. 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. durch eine Scharfeinstellung auf Unendlich bei demgegen über kleiner Entfernung zum Gegenstand gewählt. Nachteilig ist hier vor allem die Notwendigkeit einer sehr genauen Einstellung der Lampenlage in Bezug auf die Eeleuchtungsoptik. Eine andere Korrekturmöglichkeit besteht in der Einfügung von Matt- oder Streuscheiben oder dergleichen im Strahlengang, was jedoch neben dem zusätzlichen Aufwand eine Verringerung des Wirkungsgrades zur Folge hat. Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art in der Weise 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. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. 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. Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figuren 1 und 2 zeigen in perspektivischer Darstellung bzw. in schematischer sseitenansicht das Prinzip einer Beleuchtungseinrichtung, bei der die Beleuchtungsstrahlen zwischen Lichtquelle L und Objektebene OE mit durchgezogenen Linien und die Abbildungsstrahlen zwischen Objektebene OE und Bildebene BE in strichpunktier ten Linien dargestellt sind. Mit A ist die optische Achse der Abtastoptik ABO bezeichnet, die im Strahlengang zwischen Objektebene OE und Bildebene BE angeordnet ist und die das Objekt OB als Bild B in die Bildebene BE projiziert. Die Lichtquelle L besteht im dargestellten Beispiel aus einer im Inneren eines zylindrischen Lampenkolbens K angeordneten Lampenwendel W, die sich über die gesamte Länge des Lampenkolbens K erstreckt. Der Lampenkolben K befindet sich seinerseits im Inneren des Zylinderspiegels Z und ist koaxial zu dessen Achse angeordnet. Zweckmässig besteht der Zylinderspiegel Z aus zwei aufklappbaren Teilschalen, sodass die Lampe leichter eingesetzt bzw. ausgewechselt werden kann. Der Zylinderspiegel Z weist ferner einen ersten Längsspalt S1 auf, der in bezug auf die Objektebene OE so angeordnet ist, dass die durch diesen ersten L2ngs- spalt S1 austretenden Beleuchtungsstrahlen BS1 direkt auf das Objekt OB treffen. Der Zylinderspiegel Z weist darüber hinaus einen zweiten Längsspalt S2 auf, wobei 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 Beleuchtungsstahlen BS2 in der Objektebene OE mit den direkt einfallen Beleuchtungsstrahlen BSI zusammentreffen. Der Beleuchtungsstärke-Abfall zum Bildrand, der bei realen AbUildungsoptiken auftritt, kann bei Glühlampen in bekannter Weise kompensiert werden, indem die langgestreckte- Wendel in einzelne Segmente von passend gewählter Grösse und Anordnung aufgeteilt wird. Wahlweise kann auch die Breite der Langsspalte S1 und S2 zum Rand hin vergrössert werden, sodass auch unsegmentier- te Glühlampen und Leuchtstofflampen für kompensierende Beleuchtung verwendet werden können. Auf diese Weise ist eine objektiv-kompensierende schattenarme Ausleuchtung 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, 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 Faltungen 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 Aus führungsbeispiel 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, dass sie nicht mehr störend in Erscheinung treten. Das Licht muss dabei jeweils so auf das Objekt treffen, dass 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 Objektebene OE treffen. Die beiden Längsspalte S1 und S2 können durch wärmereflektierende Filter verschlossen werden, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn 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 regul2r 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 Einbauge nauigkeit der Lampe in bezug auf ihre Lage im Zylinder reduziert werden können. 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 Änderungen 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. 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 Wendelbild neben der Wendel entsteht. Dieser Einfluss der Exzentrizität stört jedoch dann nicht, wenn die Lichtaustrittsspalte S1, S2 im Zylinderspie gel Z so breit sind, dass Wendel und Wendelbild auf die gleiche abzutastende Stelle des Objekts leuchten können.

Claims: 1. Lighting apparatus for electro-optical scanners for illuminating elongated flat objects by using a light source which is coaxially arranged in the interior of a cylindrical reflector, the light rays of which emerge from the cylindrical reflector in such a way that they illuminate the object strip by strip by means of direct light rays (BS1) which coincide on the object (OB) and indirect light rays (BS2) which are deflected at a plane reflector (P), characterised in that a first longitudinal gap (S1) is provided in the cylindrical reflector (2) for the light rays (BS1) for direct illumination of the object, in that a second longitudinal gap (S2) is provided in the cylindrical reflector (Z) for the indirect light rays (BS2) which are deflected via the plane reflector (P) arranged in the beam path, in that the width of the second longitudinal gap (S2) is selected to be greater than the width of the first longitudinal gap (S1) and in that the width of the longitudinal gaps (S1, S2) in each case increases towards the two ends. 2. Lighting apparatus according to Claim 1, characterised in that the reflecting mirror layers of the cylindrical reflector (Z) and/or heat-reflecting filter layers along the two longitudinal gaps (S1, S2) are directly applied to the lateral surface of a cylindrically constructed glass tube (R) of the light source (W). 3. Lighting apparatus according to one of Claims 1 or 2, characterised in that the reflecting mirror layers of the cylindrical reflector (Z) are constructed as diffusely reflecting or as retro-reflecting layer. 4. Lighting apparatus according to one of the preceding claims, characterised in that the cylindrical reflector (Z) consists of two part-shells which are foldably joined to one another along a lateral cylinder surface line.

Inventors: DOWE, DIETMAR, HAUPT, GERHARD
Applicants: COMPUTER GESELLSCHAFT KONSTANZ MBH
Application year: 1984
Main classification: H04N1
IPC codes: G02B19, H04N1