DE2039440A1

DE2039440A1 - Optische Vorrichtung zur getrennten und vollstaendigen Abbildung sich lueckenlos beruehrender Rasterfelder

Info

Publication number: DE2039440A1
Application number: DE19702039440
Authority: DE
Inventors: Arthur Klemt
Original assignee: ARTHUR KLEMT KG
Current assignee: ARTHUR KLEMT KG
Priority date: 1970-08-07
Filing date: 1970-08-07
Publication date: 1972-02-10
Also published as: NL7109591A; FR2104841A1; CH527470A; GB1360828A; FR2104841B1

Description

ARTHUR KLEMT KG.
8031 Olehing, Schwalbeneck 5

Optische Vorrichtung zur getrennten und vollständigen Abbildung sich lückenlos berührender Rasterfelder

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung zur getrennten/und' vollständigen Abbildung sich lückenlos berührender Rasterfetder einer Bildfläche auf zugeordnete, sich nicht lückenlos berührende Abbildungsfeider.

Auf einer Reihe technischer Gebiete, z.B. bei der automatischen Lesung und Klassifizierung von Schriftzeichen, tritt das Problem auf, eine Bildfläche, die in gedachte, sich lückenlos berührende drei-, vier- oder sechseckige Rasterfelder aufgeteilt ist, auf optischem Wege derart auf zugeordnete lichtaufnehmende Flächen abzubilden, daß das Licht jeweils eines der gedachten Rasterfelder auf die jeweils zugeordnete lichtaufnehmende Fläche, d.h. das zugeordnete Abbildungsfeld, gelangt. Als lichtempfindliche Abbildungsfelder werden in den meisten Fällen phötoelektrische Wandler verwendet. Es muß also jedes der gedachten Rasterfelder auf einen gesonderten photoelektrischen

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Wandler abgebildet werden. Dabei entsteht die Hauptschwierigkedadurch, daß die heute verfügbaren photoelektrischen Wandler vor. hinreichend kleinen geometrischen Abnessungen im allgemeinen kreisförmige lichtempfindliche Flächen haben, deren Durchmesser erheblich kleiner ist, als der Durchmesser des photoelektrischen Wandlers als Ganzes, d.h. um die eigentliche lichtempfindliche Fläche herum befinden sich bis zur Gehäusewand des photoelektrischen Wandlers lichtunempfindliche Bereiche. Für die Nebeneinanderanordnung einer Mehrzahl von photoelektrischen Wandlern, wie sie für die Abtastung einer in gedachte Rasterfelder aufgeteilten Bildfläche erforderlich ist, sind aber die Abmessungen der Wandlergehäuse maßgebend. Demgemäß entstehen bei einer direkten Projektion des Bildes auf die nach Maßgabe der gedachten Rasterung der Bildfläche nebeneinander angeordneten photoelektrischen Wandler erhebliche Lücken, d.h. Bereiche in der Ebene der nebeneinander angeordneten Wandler, in denen das einfallende Licht nicht erfaßt wird. En ist klar, daß dies einen Unsicherheitsfaktor und eine beträchtliche Fehlerquelle für eine einwandfreie Abtastung des vorgelegten Bildes darstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

k optische Vorrichtung zu schaffen, die es gestattet, bei einer Vielzahl von sich lückenlos berührenden Rasterfeldern einer Bildfläche und einer entsprechenden Anzahl sich nicht lückenlos berührender Abbildungsfelder jeweils das gesamte von einem gedachten Rasterfeld kommende Licht auf das jeweils zugeordnete Abbildungsfeld, z.B. die lichtempfindliche Fläche eines zugeordneten photoelektrischen Wandlers, zu führen, bei der somit das auf ein Abbildungsfeld fallende Licht gleich oder proportional zu der über das zugeordnete Rasterfeld gemittelten Beieuchtungsintensität ist, im Falle von photoelektrischen Wandlern also die abgegebenen Spannungen wirklich proportional zur Intensität des von dem gesamten betreffenden Rasterfeld kommenden Lichtes sind, und die trotzdem einfach und billig herzustel-

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lon ist· ■■.-■■

■ 'Diese ,Aufgabe wird durch die Erfindung in vollem Umfang gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist hierzu eine optische Vorrichtung zur getrennten und vollständigen Abbildung sich lückenlos berührender Rasterfelder einer Bildfläche auf zugeordnete, sich nicht lückenlos berührende Abbildungsfelder·, welche gekennzeichnet ist durch einen Lichtleiterblock aus paketartig zusammengefaßten lichtleitenden Stäben, deren Anzahl mit der Anzahl der Pasterfeider Übereinstimmt, deren Querschnittsform und Anordnung an ihrem Lichteintrittsende der Rasterfeldaufteilung der abzubildenden Bildfläche entspricht, und deren Lichtaustrittsenden derart ausgebildet und angeordnet sind, daß sämtliche durch einen lichtleitenden Stab hindurchtretenden Strahlen in das zugeordnete Abbildungsfeld fallen.

In vielen Fällen' ist es zweckmäßig, wenn die Lichtaüstrittsenden der lichtleitenden Stäbe als Linsen ausgebildet

sind. · ■;■'■■■ ' -

Zur Herbeiführung parallelen Lichteinfalls in die einzelnen lichtleitenden Stäbe des Lichtleiterblocke kann .weck-.' mSBig auf der Lichteintrittsseite des Lichtleiterblocks eine für alle lichtleitenden Stäbe gemeinsame Linse angebracht sein.

Die einzelnen lichtleitenden.Stäbe können einen über ihre Länge gleichbleibenden Querschnitt haben und zur Bildung des Lichtleiterblocks in mehreren Lagen aus jeweils mehreren Stäben parallel zueinander angeordnet sein, oder sie können konisch ausgebildet und zu einem konischen Lichtleiterblock zusammengefügt sein, oder sie können gekrümmt ausgebildet sein, wobei eich die jeweils bevorzugte Auebildung u.a. nach den GrössenverhÄltniBsen von Bildfläche und Abbildungsfeldern richtet.

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Vorzugsweise bestehen die lichtleitcnden Stäbe aus Glas oder einem lichtdurchlässigen Kunststoff, wobei durch Verwendung von gefärbtem Glas oder gefärbtem lichtdurchlässigem Kunststoff gleichzeitig eine Filterwirkung erreicht werden kann.

Zweckmäßig weist jeder lichtleitende Stab eine stark reflektierende Aussenflache auf.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen weiter erläutert.

Figur 1 zeigt einen nach den Regeln der Erfindung ausgebildeten Lichtleiterblock.

Figur 2 zeigt einen Lichtleiterblock aus lichtleitenden Stäben mit einem über ihre Länge gleichbleibenden Querschnitt.

Figur 3 zeigt einen Lichtleiterblock aus konischen lichtleitenden Stäben.

Figur 4 zeigt einen Lichtleiterblock aus gekrümmten lichtleitenden Stäben.

Figur 5 zeigt einen Lichtleiterblock mit einer auf der Lichteintrittsseite angebrachten Linse.

Figur 6 veranschaulicht die Anordnung und Wirkungsweise eines Lichtleiterblocks gemäß der Erfindung in Verbindung ir.it einer in gedachte Rasterfelder aufgeteilten Bildfläche und einer entsprechenden Anzahl an Abbildungsfeidern in Form von photoelektrischen Wandlern.

Gemäß Figur 1 besteht der Lichtleiterblock 10 aus einer Mehrzahl von lichtleitenden Stäben 11, die eng aneinanderliegend paketartig zu dem Lichtleiterblock zusammengefügt sind.

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Die einzelnen lichtleitenden Stäbe können beispielsweise zu dem Block miteinander verklebt sein oder durch einen Mantel zusammengehalten werden. Jeder lichtleitende Stab 11 besteht aus einen: gut lichtleitenden Material, vorzugsweise Glas oder einem Kunststoff. Da das in einen einzelnen lichtleitenden Stab einfallende Licht möglichst vollständig durch diesen Stab hindurch geführt werden und nicht in angrenzende Stäbe abfließen soll, ist ein hohes Reflexionsvermögen der Aussenflache eines jeden'lichtleitenden Stabes anzustreben. Dies kann in ausreichendein Maße z.B. durch Polieren der Aussenflachen der einzelnen Stäbe erreicht werden. Natürlich können die Stäbe in Sonderfällen auch aussen verspiegelt werden. Die im einzelnen gewählte Ausbildung der Stäbe ist ohne wesentliche Bedeutung, solange eine gute Lichtleitfähigkeit gewährleistet und.die Möglichkeit eines Lichtverlustes in benachbarte Stäbe weitgehend ausgeschlossen ist.

Die lichtleitenden Stäbe 11 sind bei allen Ausführungsformen an ihrem Lichteintrittsende 12 so ausgebildet und angeordnet, daß das von den Berührungslinien zwischen den einzelnen Stäben gebildete Muster auf der Lichteintrittsseifce 13 des Lichtleiterblöcks 10 der gedachten Aufteilung der abzubildenden Bildfläche in Rasterfelder entspricht. Handelt'es sich beipsielsweise um eine in gedachte quadratische Rasterfelder aufgeteilte Bildfläche, so haben die einzelnen lichtleitenden Stäbe 11 ein Lichteintrittsende 12 von quadratischem Querschnitt und es sind so viel lichtieitende Stäbe zu dem Lichtleiterblock 10 vereinigt, wie die Bildfläche gedachte Rasterfelder umfaßt. Dabei braucht es sich nicht unbedingt um ein regelmäßiges Raster zu handeln; wenn beispielsweise einzelne Rasterfelder von größeren Abmessungen vorgesehen sind, z.B. der Fläche von zwei, drei oder vier der übrigen Rasterfelder entsprechend, so enthält der Lichtleiterblock IO an der gleichen Stelle einen lichtleitenden Stab entsprechend größerer Abmessungen, dessen Lichteintrittsfläche der

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Sunune der Lichteintrittsflächen von zwei, drei oder vier der anderen lichtleitenden Stäbe entspricht.

Infolge der Übereinstimmung des durch die Lichteintrittsenden der lichtleite-r.den Stäbe gebildeten Musters mit dor gedachten Aufteilung der DLidfläche in Rasterfelder tritt in jeden lichtleitenden Stab nur das von den zugeordneten Rasterfeld kommende Licht ein, dieses aber vollständig. Das Licht geht durch die einzelnen Stäbe und tritt, da ein übergang in benachbarte Stäbe durch das hohe Reflexionsvermögen der Aussenfläche der einzelnen Stäbe verhindert wird, genau a' "getrennt gemäß den von den einzelnen Rasterfeldern kommenden Lichtintensitäten an den Lichtaus^trittsenden 14 der einzelnen Stäbe wieder aus. Von dort fällt es auf die in der Figur 1 schematisch angedeuteten Abbildungsfelder 15. Es gelangt das gesamte von einem gedachten Rasteifeld kommende Licht und nur dieses auf das zugeordnete Abbildung feld. Dabei ist es durch entsprechende Ausbildung und Anordnung der Lichtaustrittsenden 14 der lichtleitenden Stäbe 11 nicht mehr erforderlich, daß sich die Abbildungsfelder 15, etwa die lichtempfindlichen Bereiche von photoelekttischen Wandlern, lükkenlos berühren. Trotzdem wird das gesamte Licht erfaßt.

Für die Ausbildung der einzelnen lichtleitenden Stäbe und deren Zusammenfügung zu dem Lichtleiterblock bestehen zahlreiche Variationsmöglichkeiten, wobei die im Einzelfall bevorzugte Ausführung instesondere durch die Größenverhältnisse von abzubildender Bildfläche, Lichtleiterblock und lichtaufnehmenden Abbildungsfeldern, z.B. den lichtempfindlichen Bereichen photoelektrischer Wandler', bestimmt wird. Drei bevorzugte Ausführungsformen sind in den Figuren 2, 3 und 4 dargestellt.

Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 haben die lichtleitenden Stäbe 11 einen über ihre Länge gleichbleibenden Querschnitt. Sie sind in mehreren, der gedachten Rasterfeldauf-

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teilung der Bildfläche entsprechenden Lagen aus jeweils mehren. Stäben parallel zueinander angeordnet. Um die volle Querschnitts fläche eines jeden lichtleitenden Stabes 11 auf dein zugeordneten Abbildungsfeld 15 abzubilden, d.h. das gesamte durch einen lichtleitenden Stab kommende Licht von dem Lichtaustrittsende auf das Abbildungsfeld zu werfen, sind die Lichtaustrittsenden 14 dor einzelnen lichtleitenden Stäbe 11 linsenförmig ausgebildet. Eine linsenförmige Ausbildung wird immer dann vorgesehen, wenn die Abbildungsfelder kleiner sind als die Querschnittsflächen der lichtleitenden Stäbe an der Lichtaustrittsseite. Die linsenförmige Ausbildung kann so sein, daß das gesamte durch den. betreffenden lichtleitenden Stab kommende Licht in der Ebene der Abbildungsfelder praktisch zu einem Punkt gebündelt ist, es genügt aber auch eine Verkleinerung auf einen solchen Durchmesser, daß jedenfalls das gesamte Licht auf das Abbildungsfeld, z.B. die lichtempfindliche Fläche eines photoelektrischen Wandlers, geworfen wird.

Bei der Ausführungsform der Figur 3 sind konische lichtleitende Stäbe 16, deren Durchmesser von dem Lichteintrittsende 12 zum Lichtaustrittsende 17 hin zunimmt, zu einem konischen Lichtleiterblock 18 zusammengefaßt. Auch hier ist durch das starke Reflexionsvermögen an den Aussenflächen der einzelnen lichtleitenden Stäbe sichergestellt, daß das in einen lichtleitenden Stab eintretende Licht ohne Verlust in benachbarte Stäbe zum Lichtaustrittsende dieses Stabes und dann zu dem betreffenden Abbildungsfeld 15 gelangt. Eine derartige Ausbildung ist beispielsweise zweckmäßig, wenn die Abbildungsfelder 15 einen größeren Flächenbedarf als die Lichteintrittsenden 12 der lichtleitenden Stäbe haben. Auch bei dieser Ausführungsform sind die Lichtaustrittsenden 17 der lichtleitenden Stäbe 16 linsenförmig ausgebildet. '

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In Sonderfällen können die liclitleitonden Stäbe natürlich auch eine sich vom Lichteintrittsonde zum Lichtaustrittsende konisch verjüngende Form haben.

Bei der Ausführungsform der Figur 4 sind gekrümmte lichtleitende Stäbe 19 zu einem Lichtleiterblock 20 zusammengefaßt. Das hohe Reflexionsvermögen der Aussenfläche der einzelnen lichtleitenden Stäbe verhindert auch hier einen Lichtverlust in die Umgebung. Infolge des fächerartigen Auseinanderlau-P fens der Stäbe können hier die Lichtaustrittsenden 21 plan sein, z.B. wenn die Abbildungsfelder 15 dieselbe Querschnittsform und Größe wie die Lichtaustrittsenden haben oder größer sind. Auch diese Ausführungsform eignet sich besonders dann, wenn der Flächenbedarf der Abbildungsfelder 15 größer als die Lichteintrittsseite des Lichtleiterblocks ist. Der Raum 22 zwischen den einzelnen lichtleitenden Stäben kann mit einem Füllmaterial ganz oder teilweise ausgefüllt sein, um einen kompakten Lichtleiterblock zu erhalten.

Un; eine saubere Abbildung der gerasterten Bildfläche auf die Lichteintrittsseite 13 des Lichtleiterblocks 10 und damit eine völlig unverfälschte Lichtführung zu den Abbil- W dungsfeidern zu gewährleisten, sollte der Strahlengang an der Lichteintrittsseite etwa parallel zur Längsachse der lichtleitenden Stäbe verlaufen. Sofern erforderlich, kann hierzu etwa gemäß Figur 5 eine Linse 23 vor dem Lichtleiterblock angebracht sein. Dies gilt für alle vorstehend erläuterten Ausführungsformen.

. Die Figur 6 veranschaulicht die Anordnung und Wirkungsweise eines Lichtleiterblocks gemäß der Erfindung an einem Beispiel aus der Klarschriftlesung. Dabei sei angenommen, daß eine Bildfläche, die in 4 χ 6 = 24 gedachte quadratische Rasterfelder unterteilt ist, auf die lichtempfindlichen Flächen von photoelektrischen Wandlern abgebildet werden soll. Der Gehäusedurchmesser üblicher, hierfür geeigneter photoelektrischer Wand-

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ler beträgt etwa 3 mm, der Durchmesser der lichtempfindlichen Fläche dagegen nur etwa 1 mim.

Die Gesamtanordnung umfaßt die Bildfläche 24, eine Linse oder ein Linsensystem 25, einen erfindungsgemäß ausgebildeten Lichtleiterblock 26 aus vierundzwanzig lichtleitenden Stäben 27 mit linsenförmig ausgebildeten Lichtaustrittsenden 28 und einer gemeinsamen Vorsatzlinse 29, sowie vierunzwanzzg hinter den Lichtaustrittsenden angeordnete photoelektrische Wandler Die Bildfläche 24 wird mittels durchfallendem Licht Über das Linsensystem 25 auf die Lichteintrittsseite des Lichtleiterblocks 26 abgebildet, wobei die Vorsatzlinse 29 die vom Linsensystem kommenden Strahlen entsprechend der Laufrichtung der lichtleitenden Stäbe 27 parallel macht.

Der Lichtleiterblock 26 selbst besteht aus licht- · leitenden Stäben 27, deren Querschnittsform und Anordnung an der Lichteintrittsseite des Blocks der gedachten Rasterung der abzubildenden Bildfläche 24 entspricht, hier also aus vierundzwanzig quadratischen Lichtleiterstäben, die in sechs Lagen von je vier Stäben angeordnet sind. Dabei ist die absolute Größe der Querschnittsflächen der lichtleitenden Stäbe 24 so gewählt, daß bei einer mit der gedachten Rasterung der Bildfläche 24 übereinstimmenden Anordnung der photoelektrischen Wandler 30 der gegenseitige Abstand der Mittellinien der lichtleitenden Stäbe 27 mit dem gegenseitigen Abstand der Mittelpunkte der lichtempfindlichen Flächen der photoelektrischen Wandler 30 übereinstimmt. Das auf die Eintrittsseite des Lichtleiterblocks 26 projizierte Licht geht, aufgeteilt auf die einzelnen lichtleitenden Stäbe 27 in genauer Übereinstimmung mit der gedachten Rasterung der Bildfläche 24, durch die lichtleitenden Stäbe und dann auf die zugeordneten photoelektrischen Wandler 30. Das Lichtaustrittsende 28 eines jeden lichtleitenden Stabes 27 ist als Sammellinse ausgebildet, so daß das ganze durch einen lichtleitenden Stab hin-

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- ίο -

durchtretende Licht auf die lichtempfindliche Fläche des zugeordneten Wandlers geworfen wird.

Durch die optische Vorrichtung gemäß der Erfindung wird somit auf einfache, betriebssichere und kostensparende Weise erreicht, daß sich lückenlos berührende Rasterfelder einer Bildfläche getrennt und vollständig auf zugeordnete sich nicht lückenlos berührende Abbildungsfelder abgebildet werden, wodurch beispielsweise bei der erläuterten Anwendung in der Klarschriftlesung sichergestellt wird, daß die von dem einem bestimmten Rasterfeld zugeordneten photoelektrischen Wandler abgegebene Spannung genau proportional zur mittleren Lichtintensität des betreffenden Rasterfeldes ist, unabhängig davon, wie die Lichtintensität auf diesem Rasterfeld verteilt ist.

Durch Verwendung von lichtleitenden Stäben aus gefärbtem Glas oder gefärbtem lichtdurchlässigem Kunststoff kann eine Anpassung an unterschiedliche Bildvorlagen, z.B. Bildflächen mit dunklen Zeichen auf hellem Grund oder hellen Zeichen auf dunklem Grund auch in Verbindung mit farbigen Schriftzeichen und/oder farbigem Grund, sowie eine Anpassung an die Farbempfind- L· lichkeit der Abbildungsfelder, z.B. der photoelektrischen Wandler, erreicht werden, ohne daß zusätzliche Filter erforderlich wären.

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Claims

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Patentansprüche

Ι, Optische Vorrichtung zur getrennten und vollständigen Abbildung sich lückenlos berührender Rasterfelder einer Bildfläche auf zugeordnete, sich nicht lückenlos berührende Abbildungsfelder, gekennzeichnet durch einen Li'chtleiterblock (10, 18, 20, 26} aus paketartig zusammengefaßten lichtleitenden Stäben (11, 16, 19, 27), deren Anzahl mit der Anzahl der Rasterfelder tibereinstimmt, deren Querschnittsform und Anordnung an ihrem Lichteintrittsende (12) der Rasterfeldaufteilung der abzubildenden Bildfläche (24, Fig. 6) entspricht, und deren Lichtaustrittsenden (14, 17, 21, 28) derart ausgebildet und angeordnet sind, daß sämtliche durch einen lichtleitenden Stab hindurchtretenden Strahlen in das zugeordnete Abbildungsfeld (15, 30) fallen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtaustrittsenden (14, 17, 28) der lichtleitenden Stäbe (11, 16, 27) als Linsen ausgebildet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Lichteintrittsseite (13) des Lichtleiterblocks (1O) eine Linse (23) angebracht ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen lichtleitenden Stäbe (11) einen ijber ihre Länge gleichbleibenden Querschnitt haben und in mehreren Lagen aus jeweils mehreren Stäben parallel aneinander liegend angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen lichtleitenden Stäbe

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(16) konisch ausgebildet und zu einem konischen Lichtleiterblock (18) zusammengefügt sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 -- 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen lichtleitenden Stäbe

(19) gekrümmt ausgebildet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtleitenden Stäbe (11, 16, 19, 27) aus Glas oder, lichtdurchlässigem Kunststoff bestehen und jeder lichtleitende Stab eine stark reflektierende Aussen-" fläche aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtleitenden Stäbe (11, 16, 19, 27) aus gefärbtem Glas oder gefärbtem lichtdurchlässigen Kunststoff bestehen.

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