DE3140217C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Lesen einer Vorlagenfläche gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Ein solches Gerät wird im folgenden als Lesegerät bezeichnet und ist bekannt (DE-OS 27 29 358 und US 42 00 788).

Als Lesegeräte, wie beispielsweise Faksimile-Geräte oder dergleichen, sind schon länger Geräte des Typs bekannt, wie er in Fig. 19 der Zeichnung dargestellt ist. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Vorlage, 2 eine Fluoreszenzlampe zur Beleuchtung der Vorlage, 3 ein Objektiv und 4 einen Festkörpersensor, wie beispielsweise einen CCD-Sensor. Die Vorlage 1 wird mittels der Fluoreszenzlampe 2 beleuchtet; das Bild der Vorlage wird mittels des Objektivs 3 auf dem Festkörpersensor 4 gebildet und eine Zeile der Vorlage gelesen; die Vorlage wird in Pfeilrichtung bewegt, so daß die Information auf der gesamten Vorlagenfläche nacheinander gelesen wird. In einem derartigen Gerät hat jedoch der Bildwinkel des Objektivs 3 eine obere Grenze; deshalb ist der Abstand zwischen der Vorlage 1 und dem Sensor 4 unvermeidbar groß. Dies führt zu dem Nachteil, daß das Gerät groß wird, sogar wenn ein Spiegel oder dergleichen verwendet wird, um den optischen Weg umzulenken. Ferner ist die Lichtmenge vom Randabschnitt der Vorlage relativ zu der vom Mittelabschnitt der Vorlage kleiner und ein gleichmäßiges Ausgangssignal kann nicht erhalten werden; hierdurch ist es notwendig verschiedene Korrektionsmittel vorzusehen.

Ein Lesegerät, bei dem diese Probleme gelöst sind, ist in Fig. 20 gezeigt und gehört aufgrund der DE 31 14 890 A1 zum nachveröffentlichten Stand der Technik. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, besteht das optische Abbildungssystem aus einem optischen Facettensystem, das eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Linsen und eine Vielzahl von Festkörper-Bildaufnahmeelementen bzw. Fotosensoren, die entsprechend den jeweiligen Linsen so angeordnet sind, daß jede der Teilflächen, in die die Vorlagenfläche geteilt worden ist, mittels jeweils einer Linse und eines Festkörper-Bildaufnahmeelements gelesen wird. Das Lesegerät gemäß Fig. 20 soll im folgenden beschrieben werden. In Fig. 20 bezeichnen das Bezugszeichen 5 eine Vorlage und 6₁, 6₂ und 6₃ Teilflächen der Vorlagenfläche. 7₁, 7₂ und 7₃ bezeichnen Linsen, und 8₁, 8₂ und 8₃ Bilder der Teilflächen 6₁, 6₂ bzw. 6₃. 9₁, 9₂ und 9₃ bezeichnen Fotosensoren und 10₁-1, 10₁-2, . . ., 10₁-N, 10₂-1, 10₂-2, . . ., 10₂-N, 10₃-1, 10₃-2, . . ., 10₃-N bezeichnen fotoelektrische Umsetzabschnitte jelweils für ein Bit (Stelle) der Fotosensoren 9₁, 9₂ und 9₃. Die Wirkungsweise dieses Lesegeräts ist wie folgt: Die Vorlage 5 wird in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene bewegt; die Richtung, in der die Vielzahl von Linsen 7₁, 7₂, 7₃, . . . und Fotosensoren 9₁, 9₂, 9₃, . . . angeordnet sind, ist die Hauptabtastrichtung. Die Linsen 7₁, 7₂ und 7₃ erzeugen verkleinerte Bilder 8₁, 8₂ und 8₃ der Teilflächen 6₁, 6₂ bzw. 6₃ der Vorlagenfläche, die auf den Fotosensoren 9₁, 9₂ und 9₃ abzubilden ist. Die Bilder 8₁, 8₂ und 8₃ sind umgekehrte Bilder. Deshalb ergibt sich, wenn die Ausgangssignale der entsprechenden Stellen der Fotosensoren 9₁, 9₂ und 9₃ in der Reihenfolge 10₁-1, 10₁-2, . . ., 10₁-N, 10₂-1, 10₂-2, . . ., 10₂-N, 10₃-2, . . ., 10₃-N gelesen werden, nicht die richtige Reihenfolge der abzubildenden Elemente der Vorlagenfläche. Deshalb ist es erforderlich, die Ausgangssignale der entsprechenden Stellen, beispielsweise in der Reihenfolge 10₁-N, . . ., 10₁-2, 10₁-1, 10₂-N, . . ., 10₂-2, 10₂-1, 10₃-N, . . ., 10₃-2, 10₃-1 zu entnehmen. Alternativ ist es möglich, die Ausgangssignale in der erstgenannten Reihenfolge zu entnehmen, sie in einem Speicher zwischenzuspeichern und sie dann in der richtigen Reihenfolge zu entnehmen.

Die entsprechenden Fotosensoren müssen lediglich die Bildinformation einer bestimmten Teilfläche der Vorlage lesen, um zu vermeiden, daß sie Informationen anderer Teilflächen gleichzeitig lesen, sind Lichtunterbrechungseinrichtungen 11₁, 11₂, 11₃, 11₄, . . . vorgesehen. Der Lichtstrahl von der Teilfläche 6₃ wird beispielsweise durch die Lichtunterbrechungseinrichtung 11₂ unterbrochen. Folglich ist das Ausgangssignal des Fotosensors 9 mittels dessen lediglich die Teilfläche 6₁ gelesen werden soll, unbeeinflußt durch Licht von den benachbarten Teilflächen.

Im folgenden sollen die Genauigkeitsanforderungen an ein Lesegerät betrachtet werden, das eine Vielzahl von Abbildungssystemen umfaßt, wie sie in Fig. 20 gezeigt sind. Wenn eine Linse, beispielsweise die Linse 7₁, eine Parallelexzentrizität Δ in Richtung senkrecht zur optischen Achse hat und wenn der Abbildungsmaßstab der Linse β ist, so ist die Größe der Verlagerung δ des Gesichtsfeldes auf der Vorlagenfläche, zwischen der eine Abbildungsbeziehung mit einem bestimmten Fotosensor besteht, in Richtung senkrecht zur optischen Achse durch die folgende Beziehung gegeben durch:

wobei, wenn β<0 ist, das sich ergebende Bild ein aufrechtes Bild ist, und, wenn β<0 ist, das sich ergebende Bild ein umgekehrtes Bild ist.

Die Tatsache, daß sich das Gesichtsfeld auf der Vorlagenfläche, für die eine Abbildungsbeziehung zu einem bestimmten Fotosensor besteht, in Richtung senkrecht zur optischen Achse bewegt, führt dazu, daß sich die entsprechende Beziehung zwischen den Bildern, die mittels der Fotosensoren 9₁, 9₂, 9₃, . . . erhalten werden, und der Vorlage verschiebt und die letztlich erhaltenen Bilder Auslassungen aufweisen oder sich an den Stoßstellen zwischen den Fotosensoren 9₁, 9₂, 9₃, . . . überlappen. Es ist deshalb wünschenswert, daß die Größe der Verlagerung δ des Gesichtsfeldes auf der Vorlagenfläche kleiner als ein bestimmter Wert, der in Abhängigkeit von der Größe einer Stelle des Fotosensors bestimmt wird, gemacht wird.

Nimmt man beispielsweise an, daß die Größe auf der Vorlagenfläche, die der Größe einer Stelle des Festkörpersensors entspricht, 83,3 µm × ist, so muß die Größe der Verlagerung δ des Gesichtsfeldes, damit sie auf der Vorlagenfläche kleiner als die 1/4 einer Stelle oder weniger entsprechende Erstreckung auf der Vorlagenfläche, d. h. kleiner als 20,8 µm × ist, wenn der Abbildungsmaßstab β=-0,8 (umgekehrte verkleinerte Abbildung) ist, den Wert haben:

Die Größe der Parallelexzentrizität Δ der Linse in Richtung senkrecht zur optischen Achse muß somit 11,55 µm oder weniger sein. Nimmt man in ähnlicher Weise an, daß die Erstreckung auf der Vorlagenfläche, die der Erstreckung einer Stelle des Festkörpersensors entspricht, 125 µm × ist, so muß die Verlagerung δ, damit sie kleiner als die 1/4 einer Stelle oder weniger entsprechende Erstreckung auf der Vorlagenfläche, d. h. kleiner als 31,25 µm × ist, wenn der Abbildungsmaßstab -0,8 ist, den Wert

haben. Die Größe der Parallelexzentrizität Δ der Linse muß somit 17,4 µm oder weniger sein.

Wie man aus den vorstehenden Ausführungen ersieht, muß, damit man eine genaue Bildinformation erhält, die frei von Auslassungen oder Überlappungen im Bild der Vorlage ist, die Größe der Parallelexzentrizität jeder Linse aus der Vielzahl von Linsen in Richtung senkrecht zur optischen Achse auf Werte von 10 µm bis 20 µm oder weniger verkleinert sein. Wenn die Linsen 7₁, 7₂, 7₃, . . . aus einem Material wie Glas hergestellt sind, das vergleichsweise stabil gegenüber Temperatur- und Feuchteeinwirkungen ist, müssen die Linsen jedoch einzeln hergestellt und dann eingebaut werden, wobei eine Positionseinstellung relativ zu den Fotosensoren 9₁, 9₂, 9₃, . . . mit einer hohen Geschwindigkeit von 10 µm bis 20 µm während des Einbaues erforderlich ist, die zu vielen Problemen aufgrund der großen Zahl von Linsen führt. Dies ist bei der Serienherstellung ein bedeutender negativer Faktor. Wenn jedoch die Linsen 7₁, 7₂, 7₃, . . . aus einem Kunststoffmaterial, wie beispielsweise aus Acryl, gegossen werden, und so die vielen Linsen einstückig sind, ergeben sich deutlich kleinere Schwierigkeiten bei der Positionseinstellung in bezug auf die Fotosensoren 9₁, 9₂, 9₃, . . . während des Einbaus. Da sich aber ein gießfähiges optisches Kunststoffmaterial, wie beispielsweise Acryl, in seinen Abmessungen und in seinem Brechungsindex durch die Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Temperatur und Feuchte, stark verändert, ist es schwierig, die vorher genannte Parallelexzentrizitätsgenauigkeit auf einen Wert von 10 µm bis 20 µm oder weniger zu verringern. Betrachtet man beispielsweise die Temperaturausdehnung von Acryl, so ist der Koeffizient der linearen thermischen Ausdehnung 6×10⁻⁵ cm/cm/°C. Deshalb ist die Größe der Linearausdehnung von Acryl mit einer Länge von 200 mm 480 µm, wenn man annimmt, daß sich die Temperatur um 40°C ändert, d. h. einen Temperaturbereich von 20°C ±20°C. Im Gegensatz hierzu ist der Koeffizient der thermischen Linearausdehnung von Silicium (Si) oder Glas (SiO₂), das als Substrat für die Festkörpersensoren dient, um etwa eine Größenordnung kleiner als der von Acryl. Deshalb ist die Größe der Linearausdehnung dieser Materialien bei den gleichen Bedingungen, wie sie vorstehend für Acryl betrachtet worden sind, einige +µm. Wenn Facettenlinsen unter Verwendung von Acryl einstückig ausgeführt werden, ist daher die Größe der Parallelexzentrizität der Linsen hinsichtlich der Fotosensoren maximal einige Hundert µm, so daß es schwierig ist, Acryl in der Praxis zu verwenden.

Die vorstehend anhand von Fig. 20, die dem nachveröffentlichten Stand der Technik gemäß der DE 31 14 890 A1 entspricht, dargelegten Schwierigkeiten hinsichtlich der Einhaltung der erforderlichen Positionsgenauigkeit der Vielzahl von Linsen gelten auch für das gattungsgemäße Lesegerät. Bei den beiden bekannten Lesegeräten ist das optische Abbildungssystem eines jeden Einheits-Lesesystems als Linse ausgebildet, die entweder aus Glas oder aus Kunststoff besteht. Lichtunterbrechungseinrichtungen wie die Lichtunterbrechungseinrichtungen 11₁, 11₂, 11₃, 11₄ gemäß Fig. 20 sind bei diesen bekannten Lesegeräten allerdings nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Lesegerät dahingehend weiterzubilden, daß es eine hohe Positionsgenauigkeit der optischen Abbildungssysteme auch unter sich ändernden Umgebungsbedingungen erlaubt und dadurch eine hohe Bildqualität gewährleistet. Zudem soll das Signal/Rauschverhältnis möglichst hoch sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Lesegerät gemäß Patentanspruch 1 gelöst, d. h. im wesentlichen dadurch, daß jedes optische Abbildungssystem durch eine Zonenplatte gebildet ist und daß jedes Einheits-Lesesystem eine Lichtabschirmeinrichtung aufweist, die zwischen der Zonenplatte und dem zugeordneten Fotosensor angeordnet ist und Licht abfängt, das von der Zonenplatte in Richtung zu Fotosensoren benachbarter Einheits-Lesesysteme gebeugt wird.

Die Ausbildung der optischen Abbildungssysteme als Zonenplatte ermöglicht eine einstückige Ausbildung aller oder zumindest eines großen Teils der optischen Abbildungssysteme, ohne daß - wie im Falle von Kunststofflinsen - auf durch die Umgebungsbedingungen vergleichsweise stark beeinflußbare Werkstoffe zurückgegriffen werden muß. Es ist dadurch für eine hohe Positionsgenauigkeit gesorgt, die auch bei sich ändernden Umgebungsbedingungen erhalten bleibt. Eine Verschlechterung des Signal/Rauschverhältnisses durch die Verwendung von Zonenplatten, die Licht nicht nur in einer, sondern in mehreren Ordnungen beugen, und somit Licht auch in unerwünschter Weise zu benachbarten Fotosensoren richten, ist durch die Lichtabschirmeinrichtung vorgebeugt.

Zonenplatten als optisches Abbildungssystem sind an sich bekannt (US 36 49 837). Bei einem gattungsfremden Lesegerät mit mehreren optischen Einheits-Lesesystemen, die jedoch keine optischen Abbildungssysteme aufweisen, sind Lichtabschirmeinrichtungen jeweils in einem Raum zwischen der abzubildenden Teilfläche und einem zugeordneten Fotosensor bekannt (JP 54-10 615 A).

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Obwohl die Erfindung im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert wird, bei denen Zonenplatten vom Fresnel-Typ verwendet wird, können bei der vorliegenden Erfindung auch Zonenplatten vom Gabor-Typ verwendet werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, die jedoch in den Fig. 19 und 20 Stand der Technik wiedergibt, der bereits vorstehend erläutert worden ist.

Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Lesegerätes;

Fig. 2 die Art und Weise, in der durch eine Zonenplatte hindurchgegangene und gebeugte Lichtstrahlen zu Fotosensoren gerichtet werden;

Fig. 3A eine ausschnittsweise Schnittdarstellung einer Zonenplatte;

Fig. 3B eine Draufsicht auf die Zonenplatte gemäß Fig. 3A;

Fig. 4A eine ausschnittsweise Schnittdarstellung einer weiteren Zonenplatte;

Fig. 4B eine Draufsicht auf die Zonenplatte gemäß Fig. 4A;

Fig. 5 bis 12, 13A, 13B, 14A. 14B, 15 bis 18 weitere Ausführungsbeispiele des Lesegerätes;

Fig. 19 eine perspektivische Darstellung eines Lesegerätes nach dem Stand der Technik; und

Fig. 20 Einzelheiten eines weiteren Lesegerätes nach dem Stand der Technik.

Ein Ausführungsbeispiel des Lesegerätes wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. In Fig. 1 bezeichnen das Bezugszeichen 75 eine Vorlage, die eine Vorlagenfläche aufweist und von einer nicht dargestellten Trägereinrichtung getragen wird, 76₁, 76₂ und 76₃ Teilflächen der Vorlagenfläche 78₁, 78₂ und 78₃ optische Abbildungssysteme, die als Zonenplatten ausgebildet sind, 82₁, 82₂ und 82₃ Bilder der Teilflächen 83₁, 83₂ und 83₃ Dünnfilmsensoren bzw. Fotosensoren aus amorphem Silicium oder dergleichen und 79 und 81 Substrate aus optisch transparenten Materialien, wie beispielsweise Glas. Eines der optischen Abbildungssysteme bildet zusammen mit einem zugeordneten Fotosensor jeweils ein Einheits-Lesesystem des Lesegerätes.

Die Fotosensoren sind auf dem transparenten Substrat 81 und die Zonenplatten auf dem transparenten Substrat 79 vorgesehen. Fig. 3A zeigt vergrößert eine Zonenplatte und erläutert die Art und Weise, in der ein Metallfilm 21 aus Cr auf dem transparenten Substrat 79 vorgesehen ist.

Fig. 3B zeigt die Anordnung gemäß Fig. 3A, gesehen aus der Richtung der optischen Achse 22. Wie allgemein bekannt ist, hat eine Fresnel-Zonenplatte eine Abbildungsfunktion ähnlich der einer Linse. Wenn, wie in den Fig. 3A und 3B gezeigt, ringförmige Zonen, durch die Licht hindurchgehen kann, und opake (lichtundurchlässige) ringförmige Zonen alternierend vorgesehen sind und die Abmessungen der ringförmigen Zonen mit den Radien γm, γm+1 (m=1, 2, 3, . . .) durch

gegeben sind, so hat die Fresnel-Zonenplatte eine Abbildungsfunktion ähnlich der einer Linse mit der Brennweite f. In der obigen Gleichung ist λ die Wellenlänge des Lichts. Das in erster Ordnung durch jede ringförmige Zone in Fig. 3A gebeugte Licht ergibt eine Abbildungsfunktion mit einer Brennweite f. Monochromatisches Licht oder weitgehend monochromatisches Licht wird oft in Verbindung mit Zonenplatten zur Verringerung der sogenannten chromatischen Aberration verwendet. Die Fig. 3A und 3B zeigen ein Beispiel für den Fall, in dem m=10 ist. Der opake Film 21 zur Lichtunterbrechung kann dadurch erhalten werden, daß ein Metallfilm, wie beispielsweise Cr oder dergleichen aufgedampft wird. Im folgenden soll exemplarisch der Fall betrachtet werden, daß die Brennweite f=10 mm, die Wellenlänge des Lichts λ=546,07 nm (monochromatisches Licht) und die Zahl der ringförmigen Zonen m=200 ist. In diesem Fall ist der Radius des kleinsten Kreises γ₁=0,07389 mm und der Radius der äußersten ringförmigen Zone γ₂₀₀=1,04499 m bzw. γ₁₉₉=1,020966 mm. Die Breite der äußersten ringförmigen Zone, die gegeben ist durch γ₂₀₀-γ₁₉₉, ist 2,4 µm. Der opake Film für die ringförmigen Zonen kann mittels eines Fotoätzverfahrens hergestellt werden, das aus der IC-Herstellung bekannt ist. Ferner kann eine Anzahl von Zonenplatten auf dem Substrat 79 gleichzeitig mit hoher Genauigkeit vorgesehen werden.

Die Fotosensoren 83₁, 83₂, 83₃, . . ., die aus amorphem Silicium oder dergleichen hergestellt sind, werden gleichförmig in dem gewünschten Muster auf dem transparenten Substrat 81 mittels eines Fotoätzverfahrens hergestellt, das ähnlich dem zur Bildung der Zonenplatten verwendeten ist. Damit die Positionsausrichtung der Fotosensoren 83₁, 83₂, 83₃, . . . und der Zonenplatten unterhalb von 10 µm bis 20 µm ausgeführt werden kann, kann beispielsweise ein Referenzmuster zur Positionseinstellung, das mit ein und derselben Maske erhalten wird, unter Verwendung eines Fotoätzverfahrens auf dem transparenten Substrat 81, auf dem die Fotosensoren 83₁, 83₂, 83₃, . . . vorgesehen sind, sowie auf dem transparenten Substrat 79 hergestellt werden, auf dem die Zonenplatten vorgesehen werden. Somit wird es unnötig, die einzelnen Abbildungssysteme bezüglich der einzelnen Fotosensoren einzustellen, und es kann vergleichsweise leicht eine Positionseinstellung eines einzelnen Abbildungssystems relativ zu einem einzelnen Fotosensor mit hoher Genauigkeit (beispielsweise in der Größenordnung von einigen µm oder weniger) erreicht werden. Da sowohl das Substrat der Abbildungssysteme als auch das der Fotosensoren aus einem Material wie beispielsweise Glas oder dergleichen hergestellt ist, das hervorragende Beständigkeit gegen Umgebungsbedingungen hat, und da die Substrate sowohl der Abbildungssysteme als auch der Fotosensoren aus demselben Material hergestellt sind, haben die thermische Ausdehnung der Fotosensoren und die der Abbildungssysteme denselben Wert. Deshalb ist die Positionsabweichung zwischen den Abbildungssystemen und den Fotosensoren, die sich aufgrund einer Temperaturänderung ergibt, null. Wenn Gläser verschiedener Typen mit sich geringfügig unterscheidenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten gewählt werden, kann die Positionsabweichung zwischen dem einzelnen Abbildungssystem und dem einzelnen Fotosensor so minimiert werden, daß die geforderte Genauigkeit (beispielsweise 20 µm oder weniger) aufgrund der von Temperaturänderungen herrührenden Ausdehnung bzw. Kontraktion erreicht wird.

Bei dem in den Fig. 3A und 3B gezeigten Beispiel sind lichtundurchlässige und durchlässige Gebiete alternierend in ringförmigen Zonen ausgehend vom Mittelpunkt angeordnet. Diese Anordnung wird als Zonenplatte vom Amplitudentyp bezeichnet und ist allgemein bekannt. Bei diesem Beispiel ist der kleinste Kreis lichtundurchlässig (opak). Andererseits kann jedoch der kleinste Kreis auch lichtdurchlässig sein, und von diesem ausgehend können opake und lichtdurchlässige Abschnitte alternierend nach außen angeordnet werden.

Die Zonenplatte kann auch, wie in den Fig. 4A und 4B gezeigt ist, mit einem transparenten Film 24 versehen sein, durch den die Phase alternierend um λ/2 (λ: Wellenlänge des Lichts) hinsichtlich der ringförmigen Zonen ausgehend vom Mittelpunkt erhöht wird. Eine derartige Zonenplatte läßt Licht durch ihre gesamte Fläche hindurch und wird als Zonenplatte vom Phasentyp bezeichnet und ist ebenfalls bekannt. In Fig. 4A wird angenommen, daß der Brechnungsindex des transparenten Films 24, der die Phasenabweichung erzeugt, np ist und seine Dicke dp und daß für die beiden Werte gilt (np-1) dp=λ/2 (λ: Wellenlänge des Lichts). Ein lichtundurchlässiger Film 23, der über dem durchlässigen Film 24 vorgesehen ist, ist ein Metallfilm, beispielsweise aus Cr oder dergleichen. Dieser Film hat die Aufgabe, irgendwelches von der Vorlage kommendes Streulicht dadurch zu unterbrechen, daß der Bereich außerhalb der Zonenplatte ein unwirksames Gebiet ist, das nicht zur Abbildung beiträgt.

Wenn, wie vorstehend beschrieben, die in den Fig. 3A und 3B oder 4A und 4B gezeigten Zonenplatten als Abbildungssysteme 78₁, 78₂, 78₃, . . . verwendet werden, kann ein kompaktes Lesegerät geschaffen werden, das die strengen Anforderungen an die Positionseinstellung der Fotosensoren 83₁, 83₂, 83₃, . . . und der Abbildungssysteme 78₁, 78₂, 78₃, . . . erfüllt und das für die Serienherstellung geeignet ist.

Fig. 2 zeigt den Zustand der gebeugten Lichtstrahlen, die, wenn Zonenplatten als Abbildungssysteme verwendet werden, zur Abbildung auf der Oberfläche der Fotosensoren 53₁, 53₂, 53₃ beitragen, nachdem das Licht von Teilflächen 71₁, 71₂, 71₃ in die Zonenplatten 72₁, 72₂, 72₃ eingetreten ist, und den Zustand der gebeugten Lichtstrahlen, die Störkomponenten erzeugen. Im Fall einer Zonenplatte ist das gebeugte Licht, das verwendet wird, um Teilbilder 74₁, 74₂, 74₃ zu erhalten, das in +1. Ordnung gebeugte Licht, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Das in 0. Ordnung gebeugte Licht (geradlinig hindurchgehendes Licht) sowie die in andere Ordnungen gebeugten Lichtstrahlen, d. h. das in -1. Ordnung gebeugte Licht, das in ±3. Ordnung gebeugte Licht etc. ergeben Störkomponenten auf der Bildebene, wodurch sich ein verringerter Kontrast des Bildes ergibt. Beispielsweise treten, wie in Fig. 2 gezeigt ist, diese Lichtstrahlen in benachbarte Fotosensoren als Streulicht ein; dies ist unvorteilhaft.

Bei dem hier beschriebenen Lesegerät wird die Verringerung des Kontrasts des Bildes, der sich durch in anderen Ordnungen als in +1. Ordnung gebeugtes Licht ergibt, vermieden.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind Lichtabschirmeinrichtungen in Form von Unterbrechungsplatten 80₁, 80₂, 80₃ und 80₄ vorgesehen, die die zu den Fotosensoren gerichteten, gebeugten Lichtstrahlen 86 und 87 unterbrechen. Durch die Zonenplatten werden nämlich wie in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben ist, außer dem zur Abbildung gebeugten Lichtstrahl 85 weitere gebeugte Lichtstrahlen 86 und 87 erzeugt.

In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen 77₁, 77₂, 77₃ und 77₄ zusätzliche Lichtabschirmeinrichtungen, die beispielsweise Lichtstrahlen beseitigen, die ansonsten in den Fotosensor 83₂ von anderen Teilflächen der Vorlage über andere Abbildungssysteme als das Abbildungssystem 78₂, beispielsweise über die benachbarten Abbildungssysteme 78₁ oder 78₃ eintreten würden.

Im folgenden soll die Helligkeit der in den Fig. 3A und 3B und 4A und 4B gezeigten Zonenplatten mit der einer Linse verglichen werden. Die Flächen der ringförmigen Zonen der Zonenplatte sind jeweils gleich und haben den Wert f2π. Wenn folglich die Zahl der Zonen m=200 und die Wellenlänge λ = 546,07 nm ist, und wenn f=10 mm, so ist der Radius der äußersten ringförmigen Zone γ₂₀₀=1,044 mm; deshalb ist die Blendenzahl der Zonenplatte des in den Fig. 3A und 3B gezeigten Typs f/(2γ₂₀₀)×2≅9,6 und die Blendenzahl des in den Fig. 4A und 4B gezeigten Typs f/(2γ₂₀₀)≅4,8. Hieraus erkennt man, daß die Helligkeit der Zonenplatte als Abbildungssystem gleich der einer gewöhnlichen Linse ist, wenn die Zahl der Zonen etwa 200 ist.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ist ein Lesegerät, bei dem Mittel zur Unterbrechung des Lichts, das von anderen Teilflächen als der vorgegebenen Teilfläche der Vorlage durch eine benachbarte Zonenplatte zu den Fotosensoren hindurchgeht, sowie Mittel, die die Lichtstrahlen (einschließlich des in 0. Ordnung gebeugten geradlinigen durchgehenden Lichts) unterbrechen, die in anderen Ordnungen als das zur Abbildung beitragende gebeugte Licht durch die Zonenplatten gebeugt werden, durch diskrete Einrichtungen realisiert sind. Beide Lichtabschirmeinrichtungen sind so vorgesehen, daß das Lesegerät kompakt ist und einen hohen Kontrast liefert.

Fig. 5 zeigt den Fall, daß die Lichtabschirmeinrichtungen 94₁ bis 94₄ und 97₁ bis 97₄ in Form von Einschnitten in einem Substrat 93, auf dem Zonenplatten 92₁, 92₂, 92₃ vorgesehen sind, sowie in einem Substrat 96 vorhanden sind, auf dem Fotosensoren 99₁, 99₂, 99₃ vorgesehen sind. Die beiden Substrate sind miteinander durch ein Klebemittel 95 verbunden. Alternativ können die Lichtunterbrechungs-Einschnitte lediglich in einem der beiden Substrate vorgesehen sein, wenn dessen Dicke groß genug ist. Mit 91₁ bis 91₄ sind zusätzliche Lichtabschirmeinrichtungen zum Unterbrechen des Lichts bezeichnet, das von anderen Teilflächen als der zugeordneten Teilfläche 56₁ bzw. 56₂, 56₃ der Vorlage einfallen würde. Das Ausführungsbeispiel des Lesegeräts, das in Fig. 6 gezeigt ist, zeigt den Fall, daß bei der Konstruktion gemäß Fig. 5 das Substrat der Zonenplatten nicht am Substrat der Fotosensoren mit Klebstoff befestigt ist. In Fig. 6 bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 6 ähnliche Teile. Bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist es vorzuziehen, daß der Abstand zwischen den beiden Substraten klein ist.

Bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel bezeichnen die Bezugszeichen 104, 107 und 110 ein Substrat, auf dem Zonenplatten 103₁, 103₂, 103₃ vorgesehen sind, ein Substrat, auf dem maskenartige Lichtabschirmeinrichtungen 106₂-106₄ und 109₁-109₄ in Form dünner Filme beispielsweise aufgedampfter Metallfilme) vorgesehen sind, sowie ein Substrat, auf dem Fotosensoren 112₁-112₃ vorgesehen sind. Diese drei Substrate sind miteinander durch Klebemittel 105 und 108 verbunden. 111₁, 111₂ und 111₃ sind Bilder vorgegebener Teilflächen 101₁, 101₂ und 101₃ der auf den Fotosensoren abgebildeten Vorlage. Zusätzliche plattenförmige Lichtabschirmeinrichtungen 102₁-102₄ sind Mittel zum Unterbrechen des Lichts, das ansonsten von anderen Teilflächen als der zugeordneten Teilfläche 101₁ bzw. 101₂ bzw. 101₃ der Vorlage 100 durch benachbarte Zonenplatten zu den Fotosensoren gelangen würde. Maskenartige Lichtabschirmeinrichtungen 106₁-106₄ und 109₁-109₄ sind Mittel zum Unterbrechen des in anderer Ordnung gebeugten Lichts (einschließlich der geradlinigen durchgehenden Komponente, die als in 0. Ordnung gebeugte Lichtkomponente bezeichnet wird) als das zur Abbildung verwendete Licht von dem durch die Zonenplatten gebeugten Licht. Die gegenseitige Positionseinstellung der Zonenplatten und der Lichtabschirmeinrichtungen 106₁-106₄ und 109₁-109₄ und der Fotosensoren 112₁-112₄, wenn sowohl die Zonenplatten als auch die Lichtabschirmeinrichtungen und die Fotosensoren von Dünnfilm-Elementen gebildet werden, kann dadurch ausgeführt werden, daß ein Positionierungsmuster auf einer Fotomaske, die zur Mustererzeugung verwendet wird, vorgesehen wird und dieses Muster fotogeätzt und anschließend ein Positions-Einstellvorgang durchgeführt wird, wenn die Elemente mit einem Klebstoff verbunden werden.

Das in Fig. 8 gezeigte Ausführungsbeispiel des Lesegeräts zeigt den Fall, daß bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 das Substrat, auf dem die Zonenplatten vorgesehen sind, das Substrat, die maskenartigen Lichtabschirmeinrichtungen vorgesehen sind, und das Substrat, auf dem die Fotosensoren vorgesehen sind, voneinander getrennt sind.

In den Fig. 7 und 8 können die maskenartigen Lichtabschirmeinrichtungen alternativ auf dem Substrat der Zonenplatten oder auf dem Substrat der Fotosensoren vorgesehen werden. Im Falle der Fig. 7 und 8 sind jeweils zwei Lichtunterbrechungsmasken - bezogen auf die Richtung der optischen Achse des Abbildungssystems - hintereinander angeordnet. Im allgemeinen ist die Zahl dieser Masken jedoch beliebig und ihre Anordnung kann so gewählt werden, daß der gewünschte Zweck der Lichtabschirmung ausreichend erreicht wird. Der Ausrichtfehler der plattenförmigen Lichtabschirmeinrichtungen in Richtung senkrecht zur optischen Achse kann um etwa die Größenordnung größer als der Ausrichtfehler von 10 µm bis 20 µm zwischen den Zonenplatten und den Fotosensoren sein.

Bei den vorstehend gezeigten und den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Substrate, auf denen die Zonenplatten, die Fotosensoren und die Lichtunterbrechungsmasken vorgesehen werden, nicht auf den Werkstoff Glas beschränkt. Vielmehr können irgendwelche transparenten Materialien mit einem ähnlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten wie Glas verwendet werden. Als Fotosensor können nicht nur Dünnfilmsensoren, beispielsweise aus amorphem Silicium, sondern auch andere Festkörpersensoren, wie beispielsweise CCD-Elementen verwendet werden. Die Sensoranordnung ist keineswegs auf eine eindimensionale Anordnung beschränkt. Vielmehr können auch gestaffelte Anordnungen oder gewöhnliche zweidimensionale Anordnungen verwendet werden. In diesem Fall kann die Ausbildung der Zonenplatten eine eindimensionale Ausbildung oder eine gestaffelte Ausbildung oder eine gewöhnliche zweidimensionale Ausbildung sein; die Art der Ausbildung kann entsprechend dem jeweiligen Fall gewählt werden.

Im folgenden sollen weitere Ausführungsbeispiele des Lesegerätes unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.

Die Fig. 9 bis 12 zeigen Kombinationen der relativen Positionsbeziehungen zwischen dem Substrat der Zonenplatten, dem Substrat der Fotosensoren und den Lichtabschirmeinrichtungen, die Lichtstrahlen beseitigen, die ansonsten in die Fotosensoren von einer nicht zugeordneten Zonenplatte eintreten würden.

In den Fig. 9 bis 12 bezeichnet das Bezugszeichen 26 eine Vorlage 27₁, 27₂ und 27₃ Teilflächen einer Vorlagenfläche der Vorlage, 28₁, 28₂ und 28₃ Zonenplatten, 29 ein transparentes Substrat, auf dem die Zonenplatten aufgebracht sind, 30 ein Substrat, auf dem die Fotosensoren aufgebracht sind, 31₁, 31₂, 31₃ und 31₄ Lichtabschirmeinrichtungen 32₁, 32₂ und 32₃ Fotosensoren 33₁, 33₂ und 33₃ die Bilder der Teilflächen 27₁, 27₂ bzw. 27₃.

Bei den in den Fig. 13A, 13B bis 18 gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Lichtabschirmeinrichtungen in mindestens einem der Substrate vorgesehen, auf denen die Zonenplatten bzw. die Fotosensoren vorgesehen sind. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 13A und 13B liegen die Zonenplatten 52₁, 52₂ und 52₃ auf der Seite der Vorlage 50 in bezug auf das optische transparente Substrat 53, und die Fotosensoren 57₁, 57₂ und 57₃ sind auf der von der Vorlage 50 abgewandten Seite des Substrats 55 angeordnet. Sowohl in der Fig. 13A als auch der Fig. 13B sind Lichtabschirmeinrichtungen 54₁, 54₂, 54₃, 54₄ oder 54₁′, 54₂′, 54₃′, 54₄′ in ihrer Positionsbezeichnung gezeigt und in mindestens einem der Substrate, auf denen die Zonenplatten bzw. die Fotosensoren vorgesehen sind, angeordnet. Hierdurch besteht nicht die Notwendigkeit, Lichtabschirmeinrichtungen an irgendeinem anderen Abschnitt als den transparenten Substraten 53 und 55 vorzusehen. Ferner ist ein kompakter Entwurf möglich. Mit 56₁, 56₂ und 56₃ sind die Bilder der Teilflächen 51₁, 51₂ und 51₃ bezeichnet, die durch die Zonenplatten auf den Fotosensoren entworden werden.

Die Fig. 14A und 14B zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen die Zonenplatten 52₁, 52₂, 52₃, . . . auf der von einer Vorlage 50 abgewandten Seite eines optisch transparenten Substrats 53 angeordnet sind und die Sensoren 57₁, 57₂, 57₃, . . . auf der von der Vorlage 50 abgewandten Seite eines Substrats 55 vorgesehen sind. Lichtabschirmeinrichtungen 30₁, 30₂, 30₃ bzw. 30₄ bzw. 54₁′, 54₂′, 54₃′, 54₄′ sind in der gezeigten Positionsbeziehung in mindestens einem der Substrate vorgesehen, auf denen die Zonenplatten bzw. die Fotosensoren vorgesehen sind.

Fig. 15 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Lichtabschirmeinrichtungen 54₁, 54₂, 54₃, 54₄ in dem transparenten Substrat 53 vorgesehen sind, wobei die Zonenplatten 52₁, 52₂, 52₃ auf der der Vorlage 50 zugewandten Seite des Substrats 53 liegen und wobei die Fotosensoren 57₁, 57₂, 57₃ auf der der Vorlage 50 zugewandten Seite des Substrates 55 vorgesehen sind.

Die Fig. 13A, 13B, 14A, 14B und 15 zeigen Beispiele für den Fall, daß das transparente Substrat 53, auf dem die Zonenplatten 52₁, 52₂, 52₃ vorgesehen sind, von dem Substrat 55 getrennt ist, auf dem die Fotosensoren 57₁, 57₂, 57₃ vorgesehen sind. Die Lichtabschirmeinrichtungen 54₁, 54₂, 54₃, 54₄ bzw. 54₁′, 54₂′, 54₃′, 54₄′, die durch Schraffieren in diesen Figuren dargestellt sind, können dadurch ausgeführt werden, daß Einschnitte auf derjenigen Fläche des Substrats, auf der die Zonenplatten bzw. die Fotosensoren nicht aufgebracht sind, ausgeführt werden und die Einschnitte mit einem lichtabsorbierenden Beschichtungsmaterial gefüllt werden. Wie in diesen Figuren gezeigt ist, zeichnen sich diese Einschnitte dadurch aus, daß sie nicht so tief sind, daß sie vollständig das Substrat durchsetzen, auf dem die Zonenplatten bzw. die Fotosensoren aufgebracht sind.

Fig. 16 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem Lichtabschirmeinrichtungen 61₁, 61₂, 61₃, 61₄ bzw. 61₁′, 61₂′, 61₃′, 61₄′ sowohl in einem transparenten Substrat 59, auf dem die Zonenplatten 58₁, 58₂, 58₃ vorgesehen sind, als auch in einem transparenten Substrat 62 vorhanden sind, auf dem die Fotosensoren 64₁, 64₂, 64₃ vorgesehen sind. Die Substrate 59 und 52 sind miteinander mittels eines transparenten Klebemittels 60 verbunden. Die Lichtabschirmeinrichtungen 61₁, 61₂, 61₃, 61₄ und 61₁′, 61₂′, 61₃′, 61₄′ müssen nicht unbedingt bezüglich ihrer Position an der durch Klebstoff verbundenen Oberfläche übereinstimmen. Mit 63₁, 63₂, 63₃ sind die Bilder der Teilflächen 51₁, 51₂, 51₃ bezeichnet, die auf den Fotosensoren 64₁, 64₂, 64₃ durch die Zonenplatten 58₁, 58₂, 58₃ gebildet werden.

Die Fig. 17 und 18 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen das Substrat der Abbildungssysteme 65₁, 65₂, 65₃ und das Substrat der Fotosensoren 69₁, 69₂, 69₃ identisch sind. Fig. 17 zeigt ein Beispiel, bei dem als Einschnitte ausgebildete Lichtabschirmeinrichtungen 67₁, 67₂, 67₃, 67₄ in derjenigen Oberfläche eines transparenten Substrats 66 vorhanden sind, auf der die Abbildungssysteme vorgesehen sind. Fig. 18 zeigt ein Beispiel, bei dem als Einschnitte ausgebildete Lichtabschirmeinrichtungen 70₁, 70₂, 70₃, 70₄ auf derjenigen Oberfläche eines transparenten Substrats 66 vorhanden sind, auf der die Fotosensoren vorgesehen sind. Mit 68₁, 68₂ und 68₃ sind die Bilder der Teilflächen 51₁, 51₂ und 51₃ bezeichnet, die durch die Zonenplatten 65₁, 65₂ und 65₃ auf den Fotosensoren 69₁, 69₂ und 69₃ gebildet werden.

Claims (5)

1. Gerät zum Lesen einer Vorlagenfläche, die von einer Trägereinrichtung getragen wird, mit mehreren optischen Einheits-Lesesystemen, die jeweils ein optisches Abbildungssystem und einen Fotosensor aufweisen, wobei das optische Abbildungssystem eines Einheits-Lesesystems eine zugeordnete Teilfläche der Vorlagenfläche auf dem Fotosensor des Einheits-Lesesystems abbildet, dadurch gekennzeichnet, daß jedes optische Abbildungssystem (28₁, 28₂, 28₃; 52₁, 52₂, 52₃; 58₁, 58₂, 58₃; 65₁, 65₂, 65₃; 78₁, 78₂, 78₃; 92₁, 92₂, 92₃; 103₁, 103₂, 103₃) durch eine Zonenplatte gebildet ist und daß jedes Einheits-Lesesystem eine Lichtabschirmeinrichtung 31₁, 31₂, 31₃, 31₄; 54₁, 54₂, 54₃, 54₄; 54₁′, 54₂′, 54₃′, 54₄′; 61₁, 61₂, 61₃, 61₄; 67₁, 67₂, 67₃, 67₄; 70₁, 70₂, 70₃, 70₄; 80₁, 80₂, 80₃, 80₄; 94₁, 94₂, 94₃, 94₄; 97₁, 97₂, 97₃, 97₄; 106₁, 106₂, 106₃, 106₄; 109₁, 109₂, 109₃, 109₄) aufweist, die zwischen der Zonenplatte und dem zugeordneten Fotosensor 32₁, 32₂, 32₃; 57₁, 57₂, 57₃; 64₁, 64₂, 64₃; 69₁, 69₂, 69₃, 83₁, 83₂, 83₃; 99₁, 99₂, 99₃; 112₁, 112₂, 112₃) angeordnet ist und Licht abfängt, das von der Zonenplatte in Richtung zu Fotosensoren benachbarter Einheits-Lesesysteme gebeugt wird.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonenplatten auf einem gemeinsamen Substrat (29; 53; 59; 66; 79; 93; 104) ausgebildet sind.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotosensoren auf einem gemeinsamen Substrat (30, 55; 62; 66; 81; 96; 110) ausgebildet sind.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtabschirmeinrichtungen auf einem gemeinsamen Substrat (107) ausgebildet sind.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch zusätzliche Lichtabschirmeinrichtungen (54₁, 54₂, 54₃, 54₄; 77₁, 77₂, 77₃, 77₄; 91₁, 91₂, 91₃, 91₄; 102₁, 102₂, 102₃, 102₄), die zwischen der Vorlagenfläche und den Zonenplatten angeordnet sind und Licht abfangen, das von einer der Teilflächen in Richtung zu anderen als der dieser Teilfläche zugeordneten Zonenplatten ausgeht.