專利名稱:光掃描裝置的制作方法
本發(fā)明涉及了一種光掃描裝置，它包括了激光器;鏡面輪或稱旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)鏡面，它受激光器的照射并可產(chǎn)生沿掃描線進(jìn)行線性掃描運(yùn)動(dòng)的掃描光點(diǎn);一接收裝置，它可將接收自掃描光點(diǎn)的光投射到光敏接收器上;還包括與所述光敏接收器相接的電子處理電路，用于產(chǎn)生響應(yīng)于所接收光量的視頻信號(hào)。
這種光掃描裝置，作為對(duì)各種光簾裝置的監(jiān)測(cè)或檢測(cè)，可用來搜尋材料網(wǎng)狀條紋的缺陷，或用于對(duì)各種圖形及編碼標(biāo)記的掃描。有如3125189，2827705，2904432或2917875號(hào)聯(lián)邦德國(guó)專利申請(qǐng)公開案中所描述的，通常是帶有條形凹面鏡而工作的這種光掃描裝置，會(huì)有這樣一種實(shí)際問題，也即即使掃描區(qū)域中所掃描的材料具有均勻的反射特性，所接收的視頻信號(hào)還會(huì)變化，特別是在掃描區(qū)域的邊緣會(huì)有所降低。
根據(jù)本發(fā)明的基本目的是提供一種如上所述類型的光掃描裝置，其中隨著所掃描材料的恒定反射特性，在電子處理電路輸出端所接收的視頻信號(hào)，于整個(gè)掃描區(qū)域均可維持恒定。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明帶有作為激光器的激光二極管，由電源經(jīng)亮度控制器對(duì)激光二極管予以亮度調(diào)制，它是以如下方式進(jìn)行的，即由光掃描系統(tǒng)所引起的視頻信號(hào)的變化，特別是在掃描光點(diǎn)位于相對(duì)掃描區(qū)域中部而言的外側(cè)時(shí)，視頻信號(hào)的衰減要予以補(bǔ)償。
再有，要具備這樣的裝置，即使由光掃描系統(tǒng)所產(chǎn)生的視頻信號(hào)的變化保留在帶有讀出地址的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中，而該存儲(chǔ)器的讀出周期要與鏡面輪或類似裝置的掃描頻率相同步;另外要將該半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的讀出數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器加到光強(qiáng)控制器的控制輸入端。作為這種結(jié)構(gòu)的結(jié)果，響應(yīng)于由所用到的光學(xué)元件而產(chǎn)生的視頻信號(hào)衰減的若干因素，特別是位于掃描區(qū)域邊緣處的，將單獨(dú)且固定地存儲(chǔ)在如RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)一類的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中，上述若干因素由于與掃描裝置相同步而從上述存儲(chǔ)器中予以連續(xù)讀出，并用于控制激光二極管。以此方式在所掃描材料的反射特性維持不變時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)所接收的視頻信號(hào)也恒定不變。
功率調(diào)制激光二極管特別適用于本發(fā)明的目的。而本發(fā)明的這種補(bǔ)償特別適于用作對(duì)材材網(wǎng)狀條紋檢查的掃描裝置。至少有1024或特別是有4096字存儲(chǔ)深度(字存儲(chǔ)容量)，以及至少為8位或特別是為12位字寬(字長(zhǎng))的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(RAM隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)尤為適用于本發(fā)明的目的。
對(duì)所接收視頻信號(hào)校正的檢測(cè)，至少應(yīng)在每一掃描中有1024或特別是有4096個(gè)圖像點(diǎn)的分辨率情況下進(jìn)行。這種視頻信號(hào)的信號(hào)圖形可以所要求的方式，通過對(duì)存儲(chǔ)器中的信息，經(jīng)計(jì)算機(jī)控制的迭代變化(調(diào)校檢測(cè)和修正)而予以調(diào)校。
本發(fā)明還涉及了用于所述光掃描裝置，對(duì)調(diào)制曲線予以判定和存儲(chǔ)的方法。因?yàn)樗玫降倪@種激光二極管的光強(qiáng)并非是線性地取決于所加的控制電壓，所以這種曲線的求解是一特別的問題。盡管可對(duì)光傳輸和接收系統(tǒng)中的各種實(shí)際偏差予以補(bǔ)償，但本發(fā)明還是提供了一種迭代方法，其特征在于，當(dāng)使用有著均勻的反射和透射性的掃描介質(zhì)時(shí)，一個(gè)掃描周期所接收的電信號(hào)首先存儲(chǔ)在一輔助半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中，該存儲(chǔ)器帶有可對(duì)應(yīng)所需分辨率的子部分;以所存儲(chǔ)的信號(hào)即可判定出一條調(diào)制曲線并將其存儲(chǔ)于主半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中;于是激光二極管被予以相應(yīng)地調(diào)制;接下來再次將一個(gè)掃描周期所接收的電信號(hào)存儲(chǔ)在帶有對(duì)應(yīng)所需分辨率的子部分的輔助半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中;以此所存儲(chǔ)的信號(hào)即可判定出一條經(jīng)修正的調(diào)制曲線并將其存于主半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中;激光二極管又予以調(diào)制;重復(fù)上述步驟直至該調(diào)制曲線在這種反復(fù)的迭代中實(shí)際上不再變化為止。
一般講五次迭代步驟即足以達(dá)到這樣一條調(diào)制曲線，該曲線對(duì)實(shí)際上的各種目的均可滿足。
上述調(diào)制曲線的計(jì)算如在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)較為有利。該計(jì)算機(jī)應(yīng)能夠以存儲(chǔ)在輔助半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中的信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)此調(diào)制曲線的計(jì)算，而其速度為，在上述輔助半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中，所能存儲(chǔ)的一個(gè)掃描周期約為上述光掃描裝置的每100次掃描。作為一個(gè)掃描周期，也即在0.3至1毫秒內(nèi)所進(jìn)行的連續(xù)掃描，應(yīng)能使要存儲(chǔ)在主半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中的調(diào)制曲線，在約二分之一秒內(nèi)由光掃描裝置本身予以判定。
本發(fā)明的這種迭代方法的顯著優(yōu)點(diǎn)是，它可在這種掃描裝置工作期間的特定時(shí)間間隔內(nèi)予以完成，這樣就有可能通過對(duì)此調(diào)制曲線的連續(xù)利用，而注意到由于時(shí)效或污染所引起的光傳送和接收系統(tǒng)的誤差變化。一般講通過一條經(jīng)修正的調(diào)制曲線而引致這種求解的時(shí)間間隔，相對(duì)而言要長(zhǎng)一些。
本發(fā)明將結(jié)合下文的實(shí)例，并參見附圖予以說明，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明，代表了一種光掃描裝置方框電路圖的示意圖，圖2是相對(duì)可均勻反射或透射光線的所掃描物或掃描介質(zhì)，一未經(jīng)校正的視頻信號(hào)瞬時(shí)波形，圖3是本發(fā)明功率控制的瞬時(shí)波形，也即對(duì)于激光二極管所要用到的調(diào)制曲線，它要在每一掃描周期予以重復(fù)，圖4是根據(jù)圖3的調(diào)制曲線，而予以校正的視頻信號(hào)的瞬時(shí)波形，及圖5是解釋本發(fā)明迭代方法的方框電路圖。
如圖1所見，激光二極管14經(jīng)分光鏡20，還可經(jīng)非必需的且未說明的光成像裝置，將光照射到鏡面輪13上，鏡面輪13可以所示的箭頭方向快速旋轉(zhuǎn)。正被照射的鏡面輪13的鏡面將激光束21沿條形凹面鏡的方向予以反射，后者配置在圖1投影面的稍后側(cè)?？煞瓷浼す馐?1的鏡面輪的表面位于凹面鏡22的焦點(diǎn)上。凹面鏡22以與其光軸23相平行的方向，將上述激光束沿掃描線12的方向予以反射，舉例講該掃描線是位于未予說明的材料網(wǎng)狀條紋的表面上。激光束21在與掃描線12相觸的點(diǎn)上構(gòu)成了極好的掃描光點(diǎn)11。由于鏡面輪的旋轉(zhuǎn)，上述掃描光點(diǎn)沿掃描線12箭頭f的方向進(jìn)行周期性的掃描運(yùn)動(dòng)，這樣它可以很快的順序在整個(gè)掃描區(qū)域17上進(jìn)行掃描。
由未予說明的材料網(wǎng)狀條紋所反射的掃描光點(diǎn)11的光射到分光鏡20上，部分沿著與激光束21相同的光路。這一所接收的光由分光鏡20反射到光敏接收器24上，一電子處理電路25與后者相接。代表了由掃描光點(diǎn)11所反射的光強(qiáng)的視頻信號(hào)即產(chǎn)生于電子處理電路25的輸出端26上。
在上述光掃描裝置隨透射光而工作時(shí)，可以將如光導(dǎo)桿28配置在所掃描的網(wǎng)狀類物體(舉例而言)之后，掃描線12即形成于該物體上。光敏接收器24′配置在光導(dǎo)桿28的一側(cè)或兩側(cè)，前者則經(jīng)電子處理電路25′連接至輸出端26′上。光導(dǎo)桿28應(yīng)配置成使它檢拾在特定角度上由所掃描物而反射的光。這樣該光掃描裝置即配備了各種所需要的實(shí)際接收裝置，用以接收由所掃描物反射的光或透射過該物體的光。要確保的僅是上述反射或透射光需沿著掃描線12的每一點(diǎn)抵達(dá)光敏接收器24，24′上。
如果一種材料位于沿掃描線12的掃描區(qū)域17中，則它將以相同方式在所有點(diǎn)上進(jìn)行反射，或者在沒有材料的情況下，則會(huì)在一個(gè)掃描周期中，也即從圖1的掃描區(qū)域17的底部至頂部的單次掃描期間，于相應(yīng)的電子處理電路25或25′的輸出端26或26′上，出現(xiàn)如圖2的視頻信號(hào)。圖2中垂直方向代表光強(qiáng)，水平方向表示時(shí)間?？梢钥闯鲈谑褂糜兄R面輪13，條形凹面鏡22和可選擇的光導(dǎo)桿28的特定光傳送和接收系統(tǒng)時(shí)，其視頻信號(hào)將沿負(fù)方向從最小值Imin增至最大值Imax，然后又降至較小的中間值Iz上。因此，在沿掃描線12的所有點(diǎn)處，即使材料網(wǎng)狀條紋有著完全相同的反射特性，從而可于各點(diǎn)有著同樣的反射或透射特性(除所透射光束的不規(guī)則變化)，依然會(huì)在輸出端26處出現(xiàn)不恒定的視頻信號(hào)，這是人們所不希望的，因此要對(duì)材料網(wǎng)狀條紋的非規(guī)則反射特性予以模擬。
基于這一原因，本發(fā)明的激光二極管14經(jīng)光強(qiáng)控制器15接至電源16上，此電源連至交流電源?？刂破?5有一控制輸入端27，它經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器19由主半導(dǎo)體存儲(chǔ)器18控制。虛線28表示主半導(dǎo)體存儲(chǔ)器18與鏡面輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相同步，而后者決定了掃描頻率。
根據(jù)本發(fā)明，與圖2的視頻信號(hào)波形成反比的控制信號(hào)，存儲(chǔ)在主半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中，從而經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器19控制上述控制器15，并于同樣的掃描周期期間使激光二極管14接收有如圖3的調(diào)制電壓。在視頻信號(hào)處于最小的起始刻，激光二極管14接收最大的能量。而在視頻信號(hào)呈現(xiàn)無調(diào)制的最大值時(shí)，其反饋能量最小。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)激光二極管14光強(qiáng)的這種控制，其結(jié)果可在輸出端26或26′處，最終得到有如圖4所示的經(jīng)校正的視頻信號(hào)，以期在沿掃描線12于材料網(wǎng)狀條紋不同點(diǎn)處具有恒定的反射或透射特性。上述視頻信號(hào)，以和掃描線區(qū)域中的反射或透射特性大致相同的方式處于恒定狀態(tài)。掃描光點(diǎn)11處的傳送光束的不規(guī)則性(這是因光學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)在缺陷造成的)，也可以上述方式予以全部補(bǔ)償。
當(dāng)主半導(dǎo)體存儲(chǔ)器18有至少1024，或特定在4096字的存儲(chǔ)深度(字存儲(chǔ)容量)，及至少8位或特定在12位的字寬(字長(zhǎng))時(shí)，則對(duì)于本發(fā)明的諸種用途已然足夠了。其讀出地址和讀出周期與掃描頻率相同步。
舉例講，所接收的視頻信號(hào)的校正檢測(cè)，應(yīng)具有每次掃描至少有1024(及特定而言4096)個(gè)圖像點(diǎn)的分辨率。視頻信號(hào)的信號(hào)圖形通過計(jì)算機(jī)控制的存儲(chǔ)信息的迭代變化(校正檢測(cè)及修正)，而予以校正。
圖5所示的電路框圖的配置，用于在主半導(dǎo)體存儲(chǔ)器18中產(chǎn)生并存儲(chǔ)圖3的調(diào)制曲線。其相同的標(biāo)號(hào)代表了前述附圖中的相同部件。
為形成這一調(diào)制曲線，在掃描線12的區(qū)域中，可以配置具有均勻反射或透射特性的材料也可以不配置。
現(xiàn)在將該光掃描裝置置于工作狀態(tài)，也即接通激光二極管14，使鏡面輪13旋轉(zhuǎn)。輸出端26或26′接至模-數(shù)轉(zhuǎn)換器29，該轉(zhuǎn)換器連有接至其輸出端的輔助半導(dǎo)體存儲(chǔ)器30(以RAM Ⅱ的形式，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)。一個(gè)信號(hào)掃描周期的若干信號(hào)現(xiàn)存于輔助半導(dǎo)體存儲(chǔ)器30中。之后與半導(dǎo)體存儲(chǔ)器18，30相接的計(jì)算機(jī)將計(jì)算上述的調(diào)制曲線，該曲線是由存儲(chǔ)在輔助半導(dǎo)體存儲(chǔ)器30中的若干信號(hào)所導(dǎo)出的，接著計(jì)算機(jī)將此曲線讀入主半導(dǎo)體存儲(chǔ)器18中(RAMⅠ)。主半導(dǎo)體存儲(chǔ)器18將根據(jù)所存儲(chǔ)的調(diào)制曲線，對(duì)激光二極管14予以調(diào)制。由于所加電壓和由激光二極管14傳送的光之間存在著非線性，所以正在進(jìn)行的激光二極管14的光強(qiáng)調(diào)制，并不可能對(duì)光學(xué)傳送和接收系統(tǒng)的全部缺陷予以補(bǔ)償。有鑒于此，在輔助半導(dǎo)體存儲(chǔ)器30中要再次存儲(chǔ)一個(gè)掃描周期或稱一次掃描，然而因已進(jìn)行了光強(qiáng)調(diào)制，所以所接收的信號(hào)與要求的恒值間的偏差明顯減小。計(jì)算機(jī)31接著將上述偏差從輔助半導(dǎo)體存儲(chǔ)器30中讀出，并適當(dāng)?shù)匦拚鎯?chǔ)于主半導(dǎo)體存儲(chǔ)器18中的調(diào)制曲線。
隨著存儲(chǔ)于輔助半導(dǎo)體存儲(chǔ)器30中的接收信號(hào)，上述的迭代可接續(xù)性地在幾次步驟中連續(xù)進(jìn)行，直至上述接收信號(hào)最后實(shí)際上完全相同。至此迭代過程可予停止，而存儲(chǔ)于主半導(dǎo)體存儲(chǔ)器18中的調(diào)制曲線完全補(bǔ)償了所用到的光學(xué)系統(tǒng)的全部缺陷。
在上述掃描裝置工作過程中，會(huì)發(fā)生機(jī)構(gòu)的光學(xué)缺陷有所變化，如因時(shí)效或污染等引起的，而主半導(dǎo)體存儲(chǔ)器18中的調(diào)制曲線可在任何時(shí)刻通過重復(fù)上述迭代過程而予以修正。
最后應(yīng)指出，光學(xué)系統(tǒng)的各種缺陷所帶來的視頻信號(hào)的改變應(yīng)歸因于下述原因1.隨著對(duì)全部反射鏡面的照射，對(duì)應(yīng)掃描端部光強(qiáng)的減弱，基本上是由于激光二極管14的高斯光分布造成的。
2.光的損耗是因光導(dǎo)桿中的傳送損耗(可參見聯(lián)邦德國(guó)2508366號(hào)公開專利申請(qǐng)案)。
3.光強(qiáng)的損耗是由于各種光學(xué)元件的不同一性。
4.光強(qiáng)的損耗是由于各光學(xué)元件上入射角的不同，特別是分光鏡上的。
另外還應(yīng)指出，視頻信號(hào)可以如下方式予以濾波，也即對(duì)應(yīng)掃描頻率的低通濾波，而高頻的材料誤差對(duì)光強(qiáng)控制沒有任何影響。
權(quán)利要求
1.光掃描裝置，包括了激光器，鏡面輪或稱旋轉(zhuǎn)及擺動(dòng)鏡面，它由激光器予以照射并產(chǎn)生掃描光點(diǎn)，該光點(diǎn)沿掃描線進(jìn)行線性掃描運(yùn)動(dòng)；接收機(jī)構(gòu)，它可將由掃描光點(diǎn)產(chǎn)生的光投射到光敏接收器上；還包括與所述光敏接收器相接的電子處理電路，該電路用于產(chǎn)生視頻信號(hào)，此視頻信號(hào)對(duì)應(yīng)由所述掃描光點(diǎn)所接收的光量，其特征在于激光二極管(14)用作激光器，此激光二極管，通過電源(16)經(jīng)光強(qiáng)控制器(15)，根據(jù)一條調(diào)制曲線(圖3)以下述方式對(duì)其光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制，即對(duì)光掃描系統(tǒng)和/或接收系統(tǒng)所產(chǎn)生的視頻信號(hào)的各種變化，特別是當(dāng)掃描光點(diǎn)(11)接近掃描區(qū)域(17)邊緣時(shí)的視頻信號(hào)的衰減進(jìn)行補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的光掃描裝置，其特征在于由光掃描系統(tǒng)產(chǎn)生的視頻信號(hào)中的變化，作為一條調(diào)制曲線保存在一個(gè)主半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(18)中，該存儲(chǔ)器的讀出地址和讀出周期與鏡面輪(13)或類似裝置的掃描頻率相同步;上述半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(18)的讀出數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)-模轉(zhuǎn)換器(19)加到光強(qiáng)控制器(15)的控制輸入端。
3.判定并存儲(chǔ)權(quán)利要求
2光掃描裝置的調(diào)制曲線的方法，其特征為在使用具有均勻反射或透射特性的掃描介質(zhì)時(shí)，一個(gè)掃描周期所接收的電信號(hào)首先存儲(chǔ)于一輔助半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(30)中，該存儲(chǔ)器有著與所要求分辨率相對(duì)應(yīng)的子部分;之后根據(jù)所存儲(chǔ)的信號(hào)判定出一條調(diào)制曲線并將其存儲(chǔ)于主存儲(chǔ)器(18)中;所述激光二極管(14)予以相應(yīng)的調(diào)制;接著再次將一個(gè)掃描周期所接收的電信號(hào)，存儲(chǔ)于帶有與所要求分辨率相對(duì)應(yīng)的子部分的輔助半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(30)中;于是由所存儲(chǔ)的信號(hào)可判定出一條經(jīng)修正的調(diào)制曲線并將其存儲(chǔ)于主半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(18)中;所述激光二極管(14)又進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)制;重復(fù)上述步驟直至所述調(diào)制曲線在所重復(fù)的迭代中實(shí)際上不再變化為止。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2的光掃描裝置或根據(jù)權(quán)利要求
3的方法，其特征在于所述的主半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(18)和所述的輔助半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(30)具有的存儲(chǔ)單元在1024和8192個(gè)之間，特定而言約為4000個(gè)存儲(chǔ)單元。
專利摘要
一種光掃描裝置，具有激光二極管(14)，它照射一反射裝置(13，22)。光接收裝置(20，28)拾取由所掃描物反射或透射的光，并將其導(dǎo)引到光敏接收器(24，24′)上，電子處理電路(25，25′)與所述光敏接收器相接。電子處理電路傳送響應(yīng)于所接收光量的視頻信號(hào)。所用的激光二極管(14)經(jīng)光強(qiáng)控制器(15)予以光強(qiáng)調(diào)制。以此方式在掃描和接收系統(tǒng)中，因與系統(tǒng)相關(guān)的無規(guī)律變化所引起的，在掃描方向中視頻信號(hào)的衰減可予以補(bǔ)償。
文檔編號(hào)G01N21/88GK87100617SQ87100617
公開日1987年8月19日 申請(qǐng)日期1987年2月5日
發(fā)明者福爾科·米克洛韋特, 克勞斯·奧斯特塔格 申請(qǐng)人:歐文·西克電子光學(xué)儀器公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan