DE1219711B

DE1219711B - Lens wheel arrangement

Info

Publication number: DE1219711B
Application number: DES89722A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Winfried Piepenbrink
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1964-02-27
Filing date: 1964-02-27
Publication date: 1966-06-23

Description

Linsenradanordnung Die Erfindung betrifft eine Linsenradanordnung mit einem umlaufenden Linsenrad, durch welches periodisch nacheinander Flächenelemente längs einer geraden Linie und eine im Inneren des Linsenrades angeordnetes Objekt aufeinander abgebildet werden.Lens wheel arrangement The invention relates to a lens wheel arrangement with a rotating lens wheel, through which surface elements periodically one after the other along a straight line and an object arranged inside the lens wheel can be mapped onto one another.

Es sind photoelektrische Abtastvorrichtungen bekannt, bei denen eine gerade Linie periodisch punktweise mittels eines rotierenden Linsenrades abgetastet wird. Ein solches Linsenrad besteht im wesentlichen aus einer zvlindrischen Trommel, in deren Mantelfläche Linsen in regelmäßigen Abständen eingesetzt sind. Die punktweise Abtastung der Linie kann auf verschiedene Weise erfolgen. Es kann im Inneren des Linsenrades eine Lichtquelle sitzen, die von jeweils einer der Linsen etwa in der Ebene der abzutastenden Linie abgebildet wird. Wenn das Linsen rad rotiert, wandert der Lichtpunkt, der durch die Abbildung der Lichtquelle entsteht, längs diescr Linie. Das von einer dort vorgesehenen Oberfläche, insbesondere einer senkrecht zu der Abtastlinie durchlaufenden Materialbahn. zurückgeworfene oder durchgelassene Licht wird von einem jhotoelektrischen Empfänger erfaßt und gibt z. B. ein Signal, wenn der Lichtpunkt über einen Ficck oder ein Loch in der OTatcrialbahn hinwegstreicht. Wcnn das von der einen Linse des Linsenrades erzeugte Lichtquellenbild einmal über die Abtastlinie hinweggewandert ist, erscheint am Anfang der Abtastlinie ein Bild, welches von der nächsten Linse des Linsenrades erzeugt wird, und dicses bewegt sich bei weiterer Drehung des Linsenrades ebenfalls iiber die Abtastlinie. Man erhält so einen periodisch über die Abtastlinie streichenden Lichtpunkt und bei durchlaufendem bandförmigem blaterial eine zeilenweise Abtastung des Materials. Photoelectric scanning devices are known in which one straight line periodically scanned point by point by means of a rotating lens wheel will. Such a lens wheel essentially consists of a cylindrical drum, Lenses are inserted at regular intervals in the outer surface of which. The point by point The line can be scanned in a number of ways. It can be inside the The lens wheel has a light source, each one of the lenses roughly in the Plane of the line to be scanned is mapped. When the lens wheel rotates, it wanders the point of light created by the imaging of the light source along this line. That from a surface provided there, in particular one perpendicular to the Scan line moving material web. reflected or transmitted light is detected by a photoelectric receiver and gives z. B. a signal if the point of light sweeps over a fick or a hole in the oatcrial orbit. Once over the light source image generated by one lens of the lens wheel the scan line has moved away, an image appears at the beginning of the scan line, which is produced by the next lens of the lens wheel, and this moves with further rotation of the lens wheel also over the scan line. You get such a point of light sweeping periodically over the scan line and when passing through strip-shaped sheet material a line-by-line scan of the material.

Tm Inneren des Linsenrades kann aber auch ein photoelektrischer Empfänger angeordnet sein, und eine Linse des Linsenrades bildet ein Flächenelement auf der abzutastenden Linie auf den Empfänger ab.A photoelectric receiver can also be used inside the lens wheel be arranged, and a lens of the lens wheel forms a surface element on the line to be scanned on the receiver.

EVenn das Linsenrad rotiert, tastet der photoelektrische Empfänger erst über die eine Linse und dann über die nächstc Linse usw. die Linse periodisch ab.EWhen the lens wheel rotates, the photoelectric receiver scans first through one lens and then through the next lens, etc., the lens periodically away.

Eine durchlaufende Materialbahn kann auf cliesc NVcise zeilenweise abgetastet werden. Sie wird dabei längs der abzutastenden Linie möglichst gleichmäßig ausgeleuchtet. Man Laun dann Signale beim Aufretten on Oberflächenfehlern erhalten, Abtastvorrichtungen dieser Art sind aber auch für andere Zwecke brauchbar, beispielsweise zur Planimetrierung unregelmäßig geformter Strukturen, zur Lage oder Breitenmessung u. dgl. A continuous web of material can be read line by line on cliesc NVcise are scanned. It becomes as uniform as possible along the line to be scanned illuminated. Man laun then receive signals when rescuing surface defects, Scanning devices of this type can also be used for other purposes, for example for leveling irregularly shaped structures, for position or width measurement and the like

Auf Linsenradanordnungen für solche oder ähnliche Zwecke mit einem umlaufenden Linsenrad, durch welches periodisch nacheinander Flächenelemente längs einer geraden Linie und ein im Inneren des Linsenrades angeordnetes Objekt aufeinander abgebildet werden, bezieht sich die vorliegende Erfindung. On lens wheel assemblies for such or similar purposes with a revolving lens wheel, through which surface elements periodically one after the other longitudinally a straight line and an object arranged inside the lens wheel on top of each other the present invention relates.

Bei üblichen Linsenradanordnungen sitzt das besagte Objekt (Lichtquelle oder photoelektrischer Empfänger bzw. dessen Bild) im Zentrum des Linsenrades, und das rcelle Bild des Objektes beschreibt einen Kreisbogen. NVenn auf dicsc Weise eine gerade, z. B. in der Ebene einer zu kontrollierenden Materialbahn liegende Linie abgetastet werden soll, ergibt sich, daß die Lichtquelle nur in zwei Punkten scharf auf der Linie abgebildet wird oder nur zwei Punkte der Linie scharf auf den photoelektrischen Empfänger abgebildet werden. Während des übrigen Teils der Abtastbewegung ist die Abbildung mehr oder weniger unscharf. Das ist besonders problematisch bei großen Abtastbreiten. Es sind daher bei der Fehlerkontrolle von Papierbögen, wo es auf eine möglichst scharfe Abbildung bei relativ großen Breiten ankommt, schon mehrere Linsenräder vorgesehen worden, die jedes nur einen Teil der gesamten Abtastbreite erfassen. Das ist jedoch kompliziert und aufwendig. In the case of conventional lens wheel arrangements, the object in question (light source or photoelectric receiver or its image) in the center of the lens wheel, and the real picture of the object describes an arc of a circle. NVenn in the same way one straight, e.g. B. lying in the plane of a material web to be controlled Line is to be scanned, it follows that the light source is only in two points is shown in focus on the line or only two points of the line are in focus on the photoelectric receiver are mapped. During the remainder of the scanning movement the image is more or less blurred. This is particularly problematic with large scanning widths. It is therefore in the error control of sheets of paper, where it depends on the sharpest possible image with relatively large widths, yes several lens wheels have been provided, each only part of the total scanning width capture. However, this is complicated and time-consuming.

Man hat bei mit Polygon- oder Schwingspiegeln arbeitenden Anordnungen das Problem dadurch zu lösen gesucht, daß man die abzutastende Linie entsprechend der Schärfeebene der Abbildung gekrümmt hat. Vliese ATethode ist aber in vielen Fällen nicht anwendbar, z. B. bei der zeilenweisen Ablastung durch laufender Materialbahnen quer zur Durchlau frichtung des Gutes. Solche Bahnen kann man praktisch nicht quer zu ihrer Bewegungsrichtung krüminen. You have arrangements that work with polygonal or oscillating mirrors sought to solve the problem by adjusting the line to be scanned accordingly the plane of focus of the image has curved. Fleece ATethode is in many Cases not applicable, e.g. B. in the line-by-line load through running webs of material across the through direction of the goods. You can practically not cross such tracks to their direction of movement.

Dcr Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem Linsen rad eine scharfe Abbildung über die gesamte Breite der abgetasteten geraden Linie hinweg zu erzielen. Erfindungsgcmäß wird das dadurch cr- reicht dal3 das Objekt oder sein Bild derart gegenüber dem Zentrum des Linsen rades von der besagten geraden Linie weg versetzt angeordnet ist, das dann auf Grund der geometrischen Beziehungen und der bekannten Abbildungsgesetze auf der gesamten Länge der abzutastenden Linie eine befriedigende Abbildung des Objektes auf die Ebene der Linie erfolgt. The invention is based on the object with a lens wheel sharp image across the full width of the straight line scanned to achieve. According to the invention, this is that's enough Object or its image in such a way opposite the center of the lens wheel of the said straight line is offset away, which is then due to the geometric Relationships and the known mapping laws over the entire length of the to be scanned Line a satisfactory mapping of the object on the plane of the line takes place.

Unter »befriedigende« Abbildung ist dabei zu verstehen. daß das Objekt auf der Ebene nicht im optischen Sinn scharf abgebildet wird. Die erfindungsgemäß Anordnung ist jedoch den bekannten Anordmengen dadurch überlegen, daß der Abstand zwischen Objekt und Linse mit zunehmendem Winkel gegenüber senkrechter Inzidenz (Winkel = 0) abnimmt. während der Abstand zwischen Linse und Bild bei zunehmendem Winkel zunimmt. Insofern wird näherungsweise die bekannte Linsencleichung erfüllt, da zur Erzielung einer Abbildung bei abnehmender Geeenstandsweite die Bildweite zunimmt. "Satisfactory" mapping is to be understood here. that the object is not shown sharp in the optical sense on the plane. According to the invention However, arrangement is superior to the known arrangement quantities in that the distance between object and lens with increasing angle versus perpendicular incidence (Angle = 0) decreases. while the distance between the lens and the image increases Angle increases. In this respect, the well-known lens equation is approximately fulfilled, because the image distance is used to achieve an image with decreasing viewing distance increases.

Bei einer Drehung des Linsenrades verändert sich dann der Abstand zwischen Objekt und wirksamer Linse und damit auch nach bekannten Gesetzen der optischen Abbildung der Bildabstand. When the lens wheel is rotated, the distance then changes between the object and the effective lens and thus also according to the known laws of optics Figure the image distance.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schcmatisch dargestellt und im folgenden beschrieben: F i g. 1 veranschaulicht die NVirkungsweise der Er-Erfindung; Fig. 2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Fehlerkontrolle von durchlaufenden Materialbahnen im Durchlicht. bei welcher durch das Linsenrad ein wandernder Lichtpunkt erzeugt wird; F i g. 3 zeigt eine Linsenradanordnung mit einer Photozelle; F i g. 4 zeigt eine Linsenradanordnung, bei welcher im Inneren des Linsenrades und exzentrisch zu diesem sowohl eine Lichtquelle zur Erzeugung eines wandernden Lichtpunktes als auch eine Photozelle zur Erfassung des von dem Lichtpunkt reflektierten Lichts angeordnet ist. Some embodiments of the invention are in the drawings Schcmatically shown and described below: F i g. 1 illustrates the Operation of the He invention; Fig. 2 shows schematically an inventive Device for error control of continuous material webs in transmitted light. in which a wandering point of light is generated by the lens wheel; F i g. 3 shows a lens wheel assembly with a photocell; F i g. 4 shows a lens wheel arrangement, in which both a light source inside the lens wheel and eccentric to it to generate a moving point of light as well as a photocell for detection of the light reflected from the light point is arranged.

In F i g. 1 ist die hintere Hauptebene der Linsen oder Objektive 10 in der Entfernung r von der Rotationsachse 11 des Linsen rades 12 angeordnet. Das abzubildende Objekt 13 sitzt in einem Abstand d gegen die Rotationsachse 11 von der Abtastlinie 14 weg versetzt im Inneren des Linsenrades. Ist qj der Drehwinkel des Linsenrades, dann ändert sich der Abstand a<p zwischen Objekt 13 und Hauptebene des Cbjektivs 10 nach der Beziehung afp = llr2 + 2rdcosq + dZ. In Fig. 1 is the principal rear plane of the lenses or objectives 10 at the distance r from the axis of rotation 11 of the lens wheel 12 arranged. The object 13 to be imaged is seated at a distance d from the axis of rotation 11 offset from scan line 14 inside the lens wheel. Is qj the angle of rotation of the lens wheel, then the distance a <p between object 13 and main plane changes of the lens 10 according to the relationship afp = llr2 + 2rdcosq + dZ.

Entsprechend ändert sich auch der Bildabstand ezr', in welchem das Objektiv 13 scharf abgebildet wird. Je kleiner der Abstand Objekt 13-Objektiv 10 wird, desto größer wird am,'. Bei geeigneter Wahl von d im Verhältnis zu dem senkrechten Abstand aO' der Abtastlinie 14 vom Linsenrad kann man erreichen, daß das Objekt bei allen praktisch interessierenden Winkeln(p befriedigend auf der Linie 14 abgebildet wird und umgekehrt. The image distance ezr 'in which the Lens 13 is shown in focus. The smaller the distance between object 13 and objective 10 becomes, the greater becomes on, '. With a suitable choice of d in relation to the perpendicular Distance aO 'of the scan line 14 from the lens wheel can be achieved that the object at all angles of practical interest (p shown satisfactorily on line 14 will and vice versa.

F i g. 2 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung bei der Abtastung einer durchlaufenden Materialbahn 15 im Durchlicht. Im Inneren des Linsenrades 16 ist exzentrisch eine - Lichtquelle 17 angeordnet. Beim Umlauf des Linsenrades 16 streicht dann ein Lichtpunkt periodisch über die Materialbahn 15. Hat diese an einer Stelle ein Loch, dann tritt Licht hindurch. F i g. 2 shows the arrangement according to the invention when scanning a continuous web of material 15 in transmitted light. Inside the lens wheel 16 is eccentric a - light source 17 is arranged. When the lens wheel 16 revolves, it then strikes Light point periodically over the material web 15. If this has a hole at one point, then light comes through.

F i g. 3 zeigt ein Linsenrad 21 mit Linsen 22, das um eine Achse 23 rotiert. Außermittig im Abstand d von der Achse 23 ist eine Blende 24 mit einem engen Loch oder Spalt 24' vorgesehen. Hinter der Blende 24 sitzt eine Photozelle 25. Das Loch 2A' wird infolge der außermittigen Lage bei allen Winkellagen des Rades 21 befriedigend in einer abzutastenden Ebene abgebildet und umgekehrt. F i g. 3 shows a lens wheel 21 with lenses 22 rotating about an axis 23 rotates. Eccentrically at a distance d from the axis 23 is a diaphragm 24 with a narrow hole or gap 24 'provided. A photocell is located behind the screen 24 25. The hole 2A 'is due to the off-center position in all angular positions of the wheel 21 mapped satisfactorily in a plane to be scanned and vice versa.

Fig.4 zeigt eine Anordnune, bei welcher durch ein L.insenrad 26 zugleich eine Lichtquelle 27 in einer abzutastenden Ebene abgebildet wird und ein wandernder Lichtfleck entsteht und außerdem der Lichtfleck auf eine Lochblende 28 abgebildet wird. so daß das von dem abgetasteten Material am Ort des Lichtflecks reflektierte Licht durch die Lochblende 25 hindurch auf eine Photozelle 29 fällt. Zu diesem Zweck ist auf der Achse 30 des Linsenrades 26 ein geneigter teildurchlässiger Spiegel 31 angeordnet. Die Lichtquelle 27 sitzt hier auf der Achse 30, jedoch fällt das Licht nicht direkt von der Lichtquelle 27 auf die Linsen 32 des Linsen rades 26, sondern über den Spiegel31, so daß als eigentliche Lichtquelle das virtuelle Bild der Lichtquelle 27 fungiert, welches sich zur Achse 30 versetzt am Ort der Blende 28 befindet. 4 shows an arrangement in which a lens wheel 26 at the same time a light source 27 is imaged in a plane to be scanned and a wandering one Light spot is created and, in addition, the light spot is imaged onto a perforated diaphragm 28 will. so that it reflected from the scanned material at the location of the light spot Light falls through the perforated diaphragm 25 onto a photocell 29. To this end is on the axis 30 of the lens wheel 26 an inclined partially transparent mirror 31 arranged. The light source 27 sits here on the axis 30, but that does not apply Light not directly from the light source 27 on the lenses 32 of the lens wheel 26, but via the mirror31, so that the actual light source is the virtual image the light source 27 acts, which is offset to the axis 30 at the location of the diaphragm 28 is located.

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß der Einfluß von Fremdlicht ausgcschaltet ist, weil in jedem Augenblick nur das Flächenelement beobachtet wird, das über das Linsenrad 26 auch beleuchtet wird. This arrangement has the advantage that the influence of extraneous light is eliminated is because at any moment only the surface element is observed that is via the Lens wheel 26 is also illuminated.

Der hier genannte Vorteil von Autokollimationsvorrichtungen ist bekannt. The advantage of autocollimation devices mentioned here is known.

Claims

Claims: 1. Lens wheel arrangement with a rotating lens wheel, by which surface elements periodically one after the other along a straight line and a light-emitting or light-receiving one arranged in the interior of the lens wheel Objects are mapped onto one another, which indicates that the object is opposite the center of the lens wheel away from said straight line in this way is arranged offset that then due to the geometric relationships and the known mapping laws over the entire length of the line to be scanned satisfactory mapping of the object takes place on the plane of the line.

2. lens wheel arrangement according to claim I, characterized in that the object consists of a light source and a photoelectric receiver, which are mapped onto one another through a partially transparent mirror.

Printed publications considered: German Patent No. 1 175 67S; U.S. Patent No. 2,570,9SS; ATM Blatt J 035-2, p. T 92 (July 1933).