DE102004014541B3

DE102004014541B3 - Optisches System zur Erzeugung eines Beleuchtungsstreifens

Info

Publication number: DE102004014541B3
Application number: DE102004014541A
Authority: DE
Inventors: Bernd Stöber
Original assignee: Koenig and Bauer AG
Current assignee: Koenig and Bauer AG
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2024-03-24
Also published as: WO2005093395A1; EP1730500A1; ATE366924T1; EP1730500B1; US7682040B2; US20070188722A1; DE502005001025D1; CN1957247B; CN1957247A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches System zur Erzeugung eines beleuchteten Gebildes mit einer Länge auf einer Oberfläche eines relativ zum Gebilde bewegten Materials, wobei zumindest ein Teil der Oberfläche des Materials reflektiv ist, wobei eine Beleuchtungseinrichtung mit mehreren zeilenförmig nebeneinander in einem Abstand von der Oberfläche des Materials angeordneten Lichtquellen Licht zur Erzeugung des Gebildes emittiert, wobei eine Erfassungseinrichtung mit mindestens einem in einem Abstand von der Oberfläche des Materials angeordneten Detektor von der Oberfläche des Materials remittiertes Licht erfasst, wobei das Gebilde als ein Beleuchtungsstreifen mit einer sich auf der Oberfläche des Materials orthogonal zur Länge erstreckenden Breite ausgebildet ist, wobei der Beleuchtungsstreifen außerhalb eines im direkten oder im umgelenkten Strahlengang liegenden Brennpunktes des von den Lichtquellen emittierten Lichts angeordnet ist, wobei die Beleuchtungseinrichtung aus mehreren aneinander gereihten Modulen jeweils mit mehreren nebeneinander angeordneten Lichtquellen besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System zur Erzeugung eines Beleuchtungsstreifens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2.
Die Anwendung besteht vorrangig in der Bildaufnahme von im Wertdruck verarbeitetem Material zur industriellen Bildverarbeitung, wobei das optische System in einer Druckmaschine, vorzugsweise in einer Rotationsdruckmaschine, insbesondere in einer in einem Offsetdruckverfahren, in einem Stahlstichverfahren, in einem Siebdruckverfahren oder in einem Heißprägeverfahren druckenden Druckmaschine, Verwendung findet.

Durch die EP 0 762 174 A2 ist eine Vorrichtung zur linienförmigen Beleuchtung von Blattgut, wie z.B. Banknoten oder Wertpapieren, bekannt, wobei ein zylindrischer Spiegel mit zwei Spiegelsegmenten vorgesehen ist, wobei die Spiegelsegmente eine elliptische, zwei Fokuslinien aufweisende Grundfläche ausbilden, wobei die Breite der Spiegelsegmente größer oder gleich der Breite des Blattguts gewählt ist, wobei in der ersten Fokuslinie das von einer Transportvorrichtung senkrecht zu dieser Fokuslinie transportierte Blattgut und in der zweiten Fokuslinie eine Kaltlichtquelle, z.B. eine Reihe von Leuchtdioden (LED's), angeordnet ist, wobei ein Detektor, z.B. ein CCD-Array oder einzeln oder in Gruppen angeordnete Photodioden, das vom Blattgut remittierte Licht erfasst und in Signale zur Bearbeitung in einer Bearbeitungsanlage umwandelt.

Durch die US 4,972,093 ist ein Inspektionssystem bekannt, wobei ein bewegter Prüfling von einer impulsartig angesteuerten Leuchtdiodenanordnung mit einem zwischen 20 ms und 200 ms dauernden Lichtblitz beaufschlagt wird und eine Flächenkamera ein Bild von dem gesamten Prüfling aufnimmt.

Durch die JP 2002-142082 A ist ein Bildlesegerät in Form eines Flachbettscanners bekannt, wobei eine langgestreckte, mehrere voneinander beabstandet angeordnete LED's mit verschiedenen Farbtönen aufweisende Beleuchtungseinrichtung durch eine Reflektion ihres unter einem großen Raumwinkel emittierten Lichtes an zwei beidseitig einer optischen Achse angeordnete konkave Spiegelflächen an einem auf einer transparenten, farblosen Auflagefläche ruhenden zu scannenden Medium, z.B. einem Buch, einen Beleuchtungsstreifen erzeugt, wobei die Beleuchtungseinrichtung samt ihren Spiegelflächen in einem Abstand unterhalb der Auflagefläche angeordnet sind, wobei das von den Spiegelflächen reflektierte Licht jeweils in Form zueinander parallel ausgerichteter Lichtstrahlen im Bereich des Beleuchtungsstreifens schiefwinklig auf die Unterseite der Auflagefläche trifft, wobei ein zumindest die Beleuchtungseinrichtung, eine Sammellinse und einen CCD-Sensor aufweisendes optisches System unterhalb der Auflagefläche und parallel zu ihr in einer die Längsrichtung der Beleuchtungseinrichtung kreuzenden Richtung linear bewegbar ist, wobei die Sammellinse das vom zu scannenden Medium entlang der optischen Achse remittierte Licht bündelt und der CCD-Sensor das von der Sammellinse gebündelte Licht erfasst und in ein elektrisches Signal zur Weiterverarbeitung in einem Computer umwandelt.

Durch die JP 6-291939 A ist ein Bildleser bekannt, der mittels zweier Wirkflächen einen Raumwinkel einer LED-Zeile symmetrisch einschränkt, wobei der von der LED-Zeile erzeugte Beleuchtungsstreifen außerhalb des Brennpunkts liegt und für eine Ausführungsform eine Linse in der Umgebung des Zentralstrahlengangs der LED-Zeile vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches System zur Erzeugung eines Beleuchtungsstreifens zu schaffen, wobei in einer vom Brennpunkt unabhängigen Anordnung der Beleuchtungsstreifen mit einer homogenen, großen Beleuchtungsstärke beaufschlagbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 oder 2 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass das Material, auf dessen Oberfläche das Gebilde zu erzeugen ist, nicht in einem im direkten oder im umgelenkten Strahlengang liegenden Brennpunkt des von den Lichtquellen emittierten Lichtes angeordnet sein muss, um das Gebilde in einer ausreichenden Beleuchtungsstärke erscheinen zu lassen. Eine vom Brennpunkt unabhängige Anordnung des Gebildes relativ zum optischen System ist vorteilhaft, weil dann auf eine exakte Maßhaltigkeit bezüglich des Abstandes zwischen dem Gebilde und der Beleuchtungseinrichtung verzichtet werden kann. Das vorgeschlagene optische System ist demnach zum beleuchteten Material abstandstolerant. Außerdem ist zwischen Bauelementen des optischen Systems, die durch eine Verschmutzung, z.B. durch Staub und Abrieb, in ihrer Funktion beeinträchtigt werden können, und dem Material, insbesondere auch zu einer das Material bewegenden Transporteinrichtung, ein ausreichender Abstand vorgesehen, der das optische System und das Material unter den gegebenen Betriebsbedingungen in einer Druckmaschine dauerhaft und zuverlässig außerhalb eines Berührungskontaktes belässt und das optische System vorzugsweise außerhalb der Reichweite der vom bewegten Material aufgewirbelten Schmutzpartikel anordnet.

Ein von der Beleuchtungseinrichtung beleuchteter Beleuchtungsstreifen mit einer sich auf der Oberfläche des Materials orthogonal zu seiner Länge erstreckenden Breite, d.h. ein zweidimensionales, flächiges Gebilde, hat gegenüber einem auf einen Brennpunkt fokussierten linienförmigen, d.h. nur eindimensionalen, beleuchteten Gebilde den Vorteil, dass das beleuchtete Gebilde für eine zur Oberfläche des zumindest in Teilen reflektivem Materials unter einem Reflexionswinkel angeordnete Erfassungseinrichtung zur Erfassung des von der Oberfläche des Materials remittierten Lichtes auch bei einer reliefartigen Ausgestaltung der Oberfläche des Materials zuverlässig als eine virtuelle zeilenförmige Beleuchtungseinrichtung erscheint, weil aufgrund der Breite des Beleuchtungsstreifens sichergestellt ist, dass eine an der Oberfläche des Materials vorhandene Querschnittsfläche eines Erfassungswinkels der Erfassungseinrichtung, in welchem die Erfassungseinrichtung remittiertes Licht zu erfassen vermag, zumindest einen Teil einer sich über die Breite des Beleuchtungsstreifens erstreckenden Querschnittsfläche des von der Beleuchtungseinrichtung emittierten Lichtestrahlenbündels erfasst. Bei einer Vorrichtung, die Material nur linienförmig beleuchtet, besteht die Gefahr, dass das fokussierte Strahlenbündel von einer reliefartigen Oberfläche des Materials außerhalb des Erfassungswinkels der Erfassungseinrichtung reflektiert wird und folglich nicht erfasst werden kann. Im Gegensatz dazu ist das vorgeschlagene optische System auch für eine Bildaufnahme von Material mit einer diffus reflektierenden Oberfläche gut geeignet. Selbst bei einem Material mit einer reliefartigen Oberfläche tritt kaum eine Schattenwirkung auf.

Beim vorgeschlagenen optischen System ist dessen Beleuchtungseinrichtung vorzugsweise in Modulen, d.h. in eigenständigen Funktionseinheiten, aufgebaut, was den Vorteil hat, dass eine Zeilenlänge der zeilenförmigen Beleuchtungseinrichtung ohne teure Sonderanfertigung durch einfaches Aneinanderreihen von vorgefertigten, vorzugsweise funktionsgleichen Modulen in der benötigten Anzahl an die Breite des zu beleuchtenden Materials oder zumindest an die Länge des Beleuchtungsstreifens adaptierbar ist. Gleichfalls können auch wahlweise zielgerichtet die Lichtquellen nur in denjenigen Modulen aktiviert werden, die zur Beleuchtung der Breite des zu beleuchtenden Materials oder zumindest der Länge des Beleuchtungsstreifens benötigt werden, was beim Aufbau und beim Betrieb des optischen System für dessen Wirtschaftlichkeit von Vorteil ist.

Die Verwendung von mehreren Lichtquellen je Modul hat den Vorteil, dass sich in der Praxis unvermeidbare Unterschiede in dem von den Lichtquellen abgestrahlten Licht, z.B. in dessen Wellenlänge, durch Mischung der Strahlenbündel von benachbarten Lichtquellen vergleichmäßigen und das von der Beleuchtungseinrichtung insgesamt abgestrahlte Licht in seinen optischen Eigenschaften homogenisieren. Wenn in jedem Modul vorzugsweise mehrere Gruppen von Lichtquellen angeordnet sind, wobei sich die den Gruppen zugeordneten Lichtquellen in ihren optischen Eigenschaften unterscheiden, z.B. in der Farbe des von den Lichtquellen einer jeden Gruppe ausgestrahlten Lichtes, können die einzelnen Gruppen von Lichtquellen applikationsabhängig, z.B. nach der Farbe des Lichtes, ausgewählt und angesteuert werden.

Das vorgeschlagene optische System hat den Vorteil, dass es einen unter Umständen eine große Länge von z.B. über einen Meter aufweisenden Beleuchtungsstreifen durch eine gleichmäßige, bedarfsgerechte Lichtverteilung mit einer homogenen, ausreichend großen Beleuchtungsstärke beaufschlagt und durch seinen modularen, wenig störanfälligen Aufbau auf einfache Weise an die jeweiligen Erfordernisse in einer Druckmaschine anpassbar ist. Da das zu beleuchtende Material nicht in einem Brennpunkt der Beleuchtungseinrichtung anzuordnen ist, entfällt auch die Notwendigkeit für eine exakte Ausrichtung des senkrechten Abstandes der Lichtquellen zur Oberfläche des Materials sowie eine Überwachung dieses Abstandes während des laufenden Einsatzes des optischen Systems, was die Handhabung des optischen Systems Vorort in einem Industriebetrieb erheblich vereinfacht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine Oberfläche eines bewegten Materials mit einem Beleuchtungsstreifen in einer Draufsicht;
2 eine schematische Darstellung des optischen Systems;
3 eine einzelne Lichtquelle der Beleuchtungseinrichtung;
4 eine zeilenförmige Anordnung von Lichtquellen auf einer gemeinsamen Platine;
5 eine Strahlenbündelung mit einem ersten Spiegel;
6 eine Strahlenbündelung mit einem ersten Spiegel längs zur Länge des Beleuchtungsstreifens;
7 eine Umlenkung des Strahlenbündels aus einem zentralen Bereich der Lichtquelle mit einem zweiten Spiegel;
8 eine Umlenkung des Strahlenbündels aus einem zentralen Bereich der Lichtquelle mit einem zweiten Spiegel, wobei die Strahlung längs zur Länge des Beleuchtungsstreifens stärker gebündelt ist als längs zu dessen Breite;
9 eine Bündelung der Strahlung aus einem zentralen Bereich der Lichtquelle mit einer Konvexlinse;
10 eine Bündelung der Strahlung aus einem zentralen Bereich der Lichtquelle mit einer Konvexlinse, wobei die Strahlung längs zur Länge des Beleuchtungsstreifens stärker gebündelt ist als längs zu dessen Breite;
11 eine zumindest teilweise Überlagerung der Strahlung von zwei benachbarten Lichtquellen;
12 eine Seitenansicht des optischen Systems;
13 eine mit Lichtquellen bestückte Platine auf einem von einem Kühlmedium durchströmten Träger;
14 einen in zwei entgegengesetzten Richtungen von einem Kühlmedium durchströmten Träger;
15 einen Träger mit einer Kühlung mit zwei Peltierelementen;
16 eine Darstellung des Zeitverhaltens der Zeilenkamera und das der Lichtquellen.
In einer Druckmaschine, vorzugsweise in einer Rotationsdruckmaschine, insbesondere in einer in einem Offsetdruckverfahren druckenden Druckmaschine, wird ein in der 1 dargestelltes Material 03 mit einer Oberfläche 02 in einer durch einen Pfeil angedeuteten Bewegungsrichtung 04 bewegt. Die Bewegung erfolgt durch eine, z.B. in oder an der Druckmaschine angeordnete, hier nicht dargestellte Transporteinrichtung, wobei die Bewegung des Materials 03 während des Betriebes des nachfolgend noch näher beschriebenen optischen Systems vorzugsweise in nur einer einzigen Bewegungsrichtung 04 erfolgt, und zwar vorzugsweise linear. Das Material 03 ist vorzugsweise ebenflächig und flach, z.B. als ein Bogen 03 oder als eine Materialbahn 03, ausgebildet. Das Material 03 ist insbesondere als ein z.B. aus Papier bestehender Bedruckstoff 03 ausbildet, z.B. als ein Wertpapier 03 oder als eine Banknote 03. Die Oberfläche 02 des Materials 03 kann ein Relief oder eine sonstige aus der Oberfläche 02 herausragende oder in die Oberfläche 02 als eine Vertiefung eingeprägte Struktur aufweisen, wobei eine Höhe oder Tiefe des Reliefs bzw. der Struktur im Vergleich zu einer Breite B03 des Materials 03 sehr klein ist. Zumindest ein Teil der Oberfläche 02 des Materials 03 ist z.B. durch Auftragung eines reflektiven Werkstoffs, z.B. eines Lackes, oder einer Folie, durch Einbringung eines Fensterfadens oder einer anderen vorzugsweise metallischen Applikation in das Material 03, reflektiv ausgebildet.
Eine in der 2 nur symbolhaft dargestellte Beleuchtungseinrichtung 06 erzeugt auf der Oberfläche 02 des Materials 03 ein beleuchtetes Gebilde 01 in Form eines Beleuchtungsstreifens 01 mit einer Länge L01 und einer Breite B01 (1), wobei sich die Breite B01 auf der Oberfläche 02 des Materials 03 orthogonal zur Länge L01 erstreckt. Die Breite B01 des Beleuchtungsstreifens 01 ist vorzugsweise in die Bewegungsrichtung 04 des Materials 03 gerichtet, wohingegen die Länge L01 des Beleuchtungsstreifens 01 vorzugsweise parallel zur Breite B03 des Materials 03 gerichtet ist und sich über Teile der Breite B03 des Materials 03 oder über dessen gesamte Breite B03 erstrecken kann. Die Breite B01 des Beleuchtungsstreifens 01 beträgt vorzugsweise 3 mm, insbesondere mindestens 8 mm. Die Bewegungsrichtung 04 des Materials 03 ist somit vorzugsweise zumindest im Wesentlichen parallel zur Breite B01 des Beleuchtungsstreifens 01 gerichtet, wobei die Bewegungsrichtung 04 des Materials 03 innerhalb der von der Länge L01 und der Breite B01 des Beleuchtungsstreifens 01 aufgespannten Ebene liegt. Das Material 03 ist zumindest im Bereich des Beleuchtungsstreifens 01 nicht gewölbt.
Die Beleuchtungseinrichtung 06 weist mehrere zeilenförmig nebeneinander angeordnete Lichtquellen 07 auf, sodass die gesamte Beleuchtungseinrichtung 06 zeilenförmig ausgebildet ist. Die zeilenförmig angeordneten Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung 06 sind vorzugsweise parallel zur Länge L01 des Beleuchtungsstreifens 01 angeordnet. Die Lichtquellen 07 haben zur Oberfläche 02 des Materials 03 jeweils einen Abstand A07, wobei der Abstand A07 vorzugsweise zwischen 30 mm und 200 mm, insbesondere zwischen 80 mm und 140 mm beträgt. Der Abstand A07 der Lichtquellen 07 steht vorzugsweise jeweils lotrecht auf der Oberfläche 02 des Materials 03. Alle Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung 06 sind vorzugsweise gleichartig ausgebildet, z.B. als helle, Lichtestarke Leuchtdioden 07 oder als Laserdioden 07. In der Beleuchtungseinrichtung 06 können auch Gruppen von jeweils mehreren zeilenförmig nebeneinander angeordneten Lichtquellen 07 vorgesehen sein, wobei sich die einzelnen Gruppen von Lichtquellen 07 in ihren optischen Eigenschaften, z.B. in der Wellenlänge, des von ihnen emittierten Lichtes unterscheiden. So kann z.B. eine Gruppe von Lichtquellen 07 weißes Licht emittieren, wohingegen eine andere Gruppe von Lichtquellen 07 monochromes Licht emittiert. Es kann vorgesehen sein, dass eine mit der Beleuchtungseinrichtung 06 verbundene Steuereinrichtung 23 die Gruppen von Lichtquellen 07 applikationsabhängig, z.B. in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Oberfläche 02 des Materials 03 nach der Farbe des Lichtes, ausgewählt und einzeln ansteuert. So kann die Steuereinrichtung 23 eine Gruppe von Lichtquellen 07 auch unabhängig von mindestens einer anderen Gruppe von Lichtquellen 07 in ihrer Helligkeit und/oder Leuchtdauer ansteuern. Der Beleuchtungsstreifen 01 ist außerhalb eines im direkten oder im umgelenkten Strahlengang liegenden Brennpunktes des von den Lichtquellen 07 emittierten Lichtes angeordnet.
Die Beleuchtungseinrichtung 06 besteht z.B. aus mehreren zeilenförmig aneinander gereihten Modulen M61 bis M65 (12) jeweils mit mehreren zeilenförmig nebeneinander angeordneten Lichtquellen 07, wobei eine Trennfuge 26 zwischen zwei benachbarten Modulen M61 bis M65 vorzugsweise schräg zur Länge L01 des Beleuchtungsstreifens 01 angeordnet ist. Die einzelnen Module M61 bis M65 der Beleuchtungseinrichtung 06 können z.B. funktionsgleich ausgebildet sein. So kann z.B. eine der Breite B03 des zu beleuchtenden Materials 03 entsprechende Zeilenlänge der aus mehreren aneinander gereihten Modulen M61 bis M65 zusammengesetzten Beleuchtungseinrichtung 06 durch ein Einschalten von den zeilenförmig angeordneten Lichtquellen 07 der betroffenen Module M61 bis M65 aktiviert werden oder es kann eine der Länge L01 des Beleuchtungsstreifens 01 entsprechende Zeilenlänge der aus mehreren aneinander gereihten Modulen M61 bis M65 zusammengesetzten Beleuchtungseinrichtung 06 durch ein Einschalten von den zeilenförmig angeordneten Lichtquellen 07 der betroffenen Module M61 bis M65 aktiviert werden.
3 zeigt in einer nur zweidimensionalen Darstellung eine einzelne Lichtquelle 07 der Beleuchtungseinrichtung 06. Die Lichtquelle 07 emittiert ihr Licht in einen Raumwinkel ω, wobei der Raumwinkel ω eine aus einer Kugel ausgeschnittene Fläche AK, also eine Kugeloberfläche AK, bis zur Größe einer Halbkugel aufspannt.
4 zeigt mehrere, z.B. vier der in der 3 gezeigten Lichtquellen 07 zeilenförmig nebeneinander auf einer gemeinsamen Platine 21 angeordnet. Vorzugsweise ist die zu den jeweiligen Lichtquellen 07 gehörende Stromquelle 22 auf derselben Platine 21 angeordnet. Die Stromquelle 22 ist vorzugsweise als eine Konstantstromquelle 22, insbesondere als eine steuerbare Konstantstromquelle 22, ausgebildet.
Das optische System umfasst – wie es der 2 entnehmbar ist – auch eine Erfassungseinrichtung 08 mit mindestens einem in einem Abstand A09 von der Oberfläche 02 des Materials 03 angeordneten Detektor 09, wobei der Detektor 09 von der Oberfläche 02 des Materials 03 remittiertes Licht erfasst. Die Erfassungseinrichtung 08 ist z.B. als eine Kamera 08, vorzugsweise eine Zeilenkamera 08, insbesondere eine Farbzeilenkamera 08, ausgebildet. Auch die Erfassungseinrichtung 08 kann zeilenförmig mehrere nebeneinander angeordnete Detektoren 09 aufweisen, wobei die zeilenförmig angeordneten Detektoren 09 vorzugsweise parallel zur Länge L01 des Beleuchtungsstreifens 01 angeordnet sind. Der Detektor 09 der Erfassungseinrichtung 08 kann z.B. als ein CCD-Array 09 oder als eine Gruppe von Photodioden 09 ausgebildet sein. Der Detektor 09 der Erfassungseinrichtung 08 wandelt das erfasste remittierte Licht in ein elektrisches Signal um und führt das elektrische Signal zu seiner Auswertung einer mit der Erfassungseinrichtung 08 verbundenen Bildverarbeitungseinrichtung 24 zu.
5 zeigt, dass in dem optischen System den Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung 06 mindestens ein erster Spiegel 11 mit mindestens einer längs zur Länge L01 und/oder zur Breite B01 des Beleuchtungsstreifens 01 gerichteten Wirkfläche 12 zugeordnet ist, wobei die Wirkfläche 12 des ersten Spiegels 11 das in den Raumwinkel ω emittierte Licht von mindestens einer der Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung 06 auf eine kleinere erste Hüllfläche AH1 als die zu dem Raumwinkel ω gehörende Kugelfläche AK einschränkt. Die Wirkfläche 12 des ersten Spiegels 11 kann plan oder konkav ausgebildet sein. Dabei kann die mindestens eine längs zur Länge L01 des Beleuchtungsstreifens 01 gerichtete Wirkfläche 12 des ersten Spiegels 11 das in den Raumwinkel ω emittierte Licht von mindestens einer der Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung 06 stärker auf eine kleinere zweite Hüllfläche AH2 einschränken als die mindestens eine längs zur Breite B01 des Beleuchtungsstreifens 01 gerichtete Wirkfläche 12 dieses ersten Spiegels 11, wie es die 6 im Vergleich zur Strahlenbündelung gemäß der 5 zeigt. Vorzugsweise weist mindestens eine Lichtquelle 07 der Beleuchtungseinrichtung 06 einen ersten Spiegel 11 mit mindestens zwei zu einem von der Lichtquelle 07 emittierten Zentralstrahl 13 symmetrischen Wirkflächen 12 auf.
Zur Umlenkung der von mindestens einer der Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung 06 in einem den Zentralstrahl 13 umgebenden zentralen Bereich 14 emittierten Strahlung kann, wie in den 7 und 8 dargestellt, z.B. ein zweiter Spiegel 16 vorgesehen sein, wobei dessen mindestens eine Wirkfläche 17 in dem den Strahlengang des Zentralstrahls 13 umgebenden zentralen Bereich 14 innerhalb des Raumwinkels ω des von der Lichtquelle 07 emittierten Lichtes angeordnet ist, wobei die Wirkfläche 17 des zweiten Spiegels 16 das von mindestens einer der Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung 06 emittierte Licht gegen mindestens eine längs zur Länge L01 und/oder zur Breite B01 des Beleuchtungsstreifens 01 gerichtete Wirkfläche 12 des ersten Spiegels 11 umlenkt. Dabei kann die von der Lichtquelle 07 emittierte Strahlung vorzugsweise längs zur Länge L01 des Beleuchtungsstreifens 01 stärker gebündelt werden als die Strahlung längs zu dessen Breite B01. Auch die Wirkfläche 17 des zweiten Spiegels 16 kann plan oder konkav ausgebildet sein. Die dem zentralen Bereich 14 zuzuordnende, von den jeweiligen Lichtquellen 07 emittierte Strahlung ist in den 7 bis 10 jeweils mit durchgängigen Pfeillinien angedeutet, wohingegen von den Lichtquellen 07 in ihrem jeweiligen Raumwinkel ω peripher emittierte Strahlung mit gestrichelten Pfeillinien angedeutet ist.
Alternativ kann gleichfalls zur Umlenkung der von mindestens einer der Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung 06 in einem den Zentralstrahl 13 umgebenden zentralen Bereich 14 emittierten Strahlung gemäß den 9 und 10 mindestens eine Linse 18, insbesondere eine bikonvexe Linse 18, in dem den Strahlengang des Zentralstrahls 13 umgebenden zentralen Bereich 14 innerhalb des Raumwinkels ω des von mindestens einer der Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung 06 emittierten Lichtes angeordnet sein, wobei zwischen der Lichtquelle 07 und einem Zentrum Z18 der Linse 18 ein Abstand A18 besteht, wobei der Abstand A18 vorzugsweise geringer als die Hälfte des Abstandes A07 zwischen der Lichtquelle 07 und der Oberfläche 02 des Materials 03 ist. Dabei kann die Linse 18 nicht rotationssymmetrisch ausgebildet sein, um die von der Lichtquelle 07 emittierte Strahlung vorzugsweise längs zur Länge L01 des Beleuchtungsstreifens 01 stärker zu bündeln als längs zu dessen Breite B01.
Die 11 zeigt, dass die Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung 06 vorzugsweise derart angeordnet sind, dass sich die jeweiligen Raumwinkel ω oder zumindest die Hüllflächen AH1; AH2 des von mindestens zwei benachbarten Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung 06 emittierten Lichtes zumindest in einem den Beleuchtungsstreifen 01 beleuchtenden Teilbereich 19 überlagern. Diese Überlagerung ist insbesondere auch dann vorgesehen, wenn die beteiligten benachbarten Lichtquellen 07 in zwei benachbarten Modulen M61 bis M65 angeordnet sind. Aus der 11 ist auch ersichtlich, dass an jeder einzelnen Lichtquelle 07 der Beleuchtungseinrichtung 06 jeweils ein erster Spiegel 11 mit mindestens einer Wirkfläche 12, vorzugsweise mit zwei zueinander symmetrischen Wirkflächen 12, zumindest längs zur Breite B01 des Beleuchtungsstreifens 01 vorgesehen sein kann. Des Weiteren kann die Oberfläche 02 des Materials 03 einen Streukörper, d.h. einen Licht streuenden Körper, aufweisen, z.B. ein Lentikular oder eine Prismenfolie, wobei der Streukörper das im Beleuchtungsstreifen 01 auf die Oberfläche 02 des Materials 03 aufgestrahlte Licht vorzugsweise nur oder zumindest ganz überwiegend längs zur Länge L01 des Beleuchtungsstreifens 01 remittiert.
12 zeigt eine Ansicht des optischen Systems in einer lotrecht zur Bewegungsrichtung 04 des Materials 03 stehenden Ebene. Die Beleuchtungseinrichtung 06 und der auf der Oberfläche 02 des Materials 03 beleuchtete Beleuchtungsstreifen 01 sind im Abstand A07 parallel zueinander angeordnet, jedoch kann eine Erstreckung der Beleuchtungseinrichtung 06, d.h. ihre Länge B06, größer sein als die Länge L01 des Beleuchtungsstreifens 01 oder als die Breite B03 des Materials 03. Die Beleuchtungseinrichtung 06 ist in mehrere Module M61 bis M65 aufgeteilt, d.h. in diesem Beispiel in fünf zeilenförmig nebeneinander angeordnet Module M61 bis M65, wobei die in jedem Modul M61 bis M65 angeordneten Lichtquellen 07 jeweils Licht zum Beleuchtungsstreifen 01 emittieren. Das vom Beleuchtungsstreifen 01 remittierte Licht wird von dem im Abstand A09 von der Oberfläche 02 des Materials 03 angeordneten Detektor 09 der Erfassungseinrichtung 08 innerhalb eines sich längs zur Länge L01 des Beleuchtungsstreifens 01 öffnenden, räumlichen Erfassungswinkels α erfasst, wobei der Erfassungswinkel α in diesem Beispiel derart bemessen ist, das er das vom Beleuchtungsstreifen 01 remittierte Licht über die gesamte Länge L01 des Beleuchtungsstreifens 01 erfasst. Der Erfassungswinkel α bildet an der Oberfläche 02 des Materials 03 eine Querschnittsfläche aus, sodass der Erfassungswinkel α zumindest einen Teil einer sich über die Breite B01 des Beleuchtungsstreifens 01 erstreckenden Querschnittsfläche des von der Beleuchtungseinrichtung 06 emittierten Lichtestrahlenbündels erfasst. Die vom Erfassungswinkel α erfasste Querschnittsfläche ist vorzugsweise zumindest so groß wie die auf der Oberfläche 02 des Materials 03 durch die Länge L01 und Breite B01 des Beleuchtungsstreifens 01 aufgespannte Fläche.
Die Qualität eines mit der Erfassungseinrichtung 08 durch Erfassung des vom Beleuchtungsstreifen 01 remittierten Lichtes aufgenommenen Bildes ist maßgeblich davon abhängig, dass die Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung 06 Licht konstanter Lichtstärke emittieren. Denn Schwankungen in der Lichtstärke des von den Lichtquellen 07 emittierten Lichtes führen in der Erfassungseinrichtung 08 bezüglich des der Bildverarbeitungseinrichtung 24 zugeführten Signals zu demselben Ergebnis wie Änderungen in der Beschaffenheit der Oberfläche 02 des angestrahlten Materials 03, sodass in der Bildverarbeitungseinrichtung 24 die Ursachen einer Signaländerung nicht unterschieden werden können. Unter diesen Umständen lassen sich aus einer in der Bildverarbeitungseinrichtung 24 vorgenommenen Bildauswertung keine verlässlichen Aussagen über die Beschaffenheit der Oberfläche 02 des angestrahlten Materials 03 gewinnen.
Abhilfe bieten hier Maßnahmen, die die Lichtstärke des von den Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung 06 emittierten Lichtes konstant halten. Die in der Beleuchtungseinrichtung 06 verwendeten Lichtquellen 07 sind vorzugsweise als lichtstarke Leuchtdioden 07 oder Laserdioden 07 ausgebildet, deren Lichtstärke temperaturabhängig ist. Im Folgenden werden zur Erzielung einer konstanten Lichtstärke Maßnahmen zur Temperaturstabilisierung der auf dem Träger 21 angeordneten Lichtquellen 07 beschrieben. Der Vorteil der vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass die thermische Last der Lichtquellen 07 direkt am Entstehungsort abgeführt wird, wodurch sich kurze Regelzeiten erreichen lassen.
Die Lichtquellen 07 sind vorzugsweise auf einer mit weiteren elektronischen Bauelementen bestückbaren und mit Leiterbahnen versehenen Platine 21 angeordnet. Der Halbleiter der Leuchtdioden 07 oder Laserdioden 07 steht vorzugsweise in direktem Berührungskontakt mit der Platine 21, die z.B. als MCPCB (metal core printed circuit board) oder als eine Platine 21 mit einem Kern aus Aluminium ausgebildet ist und an ihrer die Leuchtdioden 07 oder Laserdioden 07 tragenden Montageseite 32 zur Ausbildung eines möglichst geringen Wärmeübergangswiderstandes nur eine sehr dünne Auflage auf ihrem wärmeleitenden Untergrund aufweist.
13 zeigt eine Platine 21 mit mehreren darauf zeilenförmig angeordneten Lichtquellen 07, wobei die Platine 21 ihrerseits auf einem Träger 27 angeordnet ist, wobei der Träger 27 vorzugsweise in seinem Inneren vorzugsweise unterhalb der zeilenförmigen Anordnung der Lichtquellen 07 mindestens einen Kanal 28 aufweist, wobei ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmedium, z.B. Wasser oder Luft, den Kanal 28 durchströmt. Vorzugsweise stirnseitig am Träger 27 sind zur Zuführung und Abführung des Kühlmediums eine mit einem Vorlauf verbundene Öffnung 29 und eine mit einem Rücklauf verbundene Öffnung 31 vorgesehen, wobei das Kühlmedium den Träger 27 z.B. geradlinig durchströmt. 14 zeigt einen Träger 27, den das Kühlmedium in zwei einander entgegengesetzten Richtungen durchströmt, wodurch im Träger 27 ein entlang der zeilenförmigen Anordnung der Lichtquellen 07 ausgeglichenes Temperaturprofil erreicht wird. Dazu kann der Kanal 28 an einem Ende des Trägers 27 um 180° umgelenkt sein.
Eine nicht dargestellte Regeleinrichtung kann die Temperatur des Kühlmediums am Vorlauf und die durch den Kanal 28 strömende Durchflussmenge konstant halten. Alternativ kann die Regeleinrichtung auch eine Differenz zwischen der Temperatur des Kühlmediums am Vorlauf und der Temperatur des Kühlmediums am Rücklauf konstant halten. Dabei ist weniger die absolute Temperatur des Kühlmediums von Bedeutung, sondern vielmehr, dass eine für die Lichtquellen 07 maximal zulässige Temperatur, die sich aus den Wärmeübergangswiderständen der beteiligten Werkstoffe ergibt, nicht überschritten wird, was von der Regeleinrichtung durch eine Überwachung der Temperatur und einen darauf reagierenden Regelungseingriff verhindert wird. Wenn ein in seiner Temperatur oder Durchflussmenge regelbares Kühlmedium nicht zur Verfügung steht, kann die Kühlung der Lichtquellen 07 auch über ein externes, nicht mit der Platine 21 verbundenes Kühlgerät (nicht dargestellt) erfolgen.
Eine Alternative zur Verwendung eines strömenden Kühlmediums zeigt die 15. Die mit den Lichtquellen 07 bestückte Platine 21 ist auf einem Träger 27 angeordnet, wobei der Träger 27 seinerseits auf mindestens einem Peltierelement 33, vorzugsweise aber mehreren Peltierelementen 33, angeordnet ist, wobei die Peltierelemente 33 jeweils mit einem vom Träger 27 thermisch getrennten Kühlkörper 34 verbunden sind. Eine notwendige Temperaturmessung zur Regelung des mindestens einen Peltierelements 33 durch eine nicht dargestellte elektronische Regeleinrichtung wird direkt an dem Träger 27 durch einen an diesem angebrachten Temperatursensor 36 vorgenommen. Bei schwankender Umgebungstemperatur schwankt dann nur die Temperatur des Kühlkörpers 34, nicht aber die Temperatur der auf der Platine 21 angeordneten Lichtquellen 07. Die elektronische Regeleinrichtung kann in der mit der Beleuchtungseinrichtung 06 verbundenen Steuereinrichtung 23 integriert sein.
Da die Bewegung des bewegten Materials 03 in einer Druckmaschine oder einer ein Druckerzeugnis weiter verarbeitenden Maschine mit einer Geschwindigkeit von mehreren Metern pro Sekunde erfolgt, z.B. 3 m/s oder mehr, wobei z.B. in einer Bogendruckmaschine 15.000 oder auch mehr Bogen 03 pro Stunde bedruckt und durch die Druckmaschine transportiert werden, ist das optische System derart auszulegen, dass von dem bewegten Material 03 eine brauchbare Bildaufnahme möglich ist. Dabei ist zu beachten, dass sich bei einer als eine Zeilenkamera 08 ausgebildeten Erfassungseinrichtung 08 die erfasste Menge des von der Oberfläche 02 des bewegten Materials 03 remittierten Lichtes in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des bewegten Materials 03 ändert. Dadurch ändert sich auch die Helligkeit der Bildaufnahme. Bei größeren Geschwindigkeitsänderungen, wie sie in den genannten Maschinen üblicherweise auftreten, kann die Bildaufnahme unbrauchbar werden.
Statt die Bildaufnahme der Zeilenkamera 08 mit einem Encoder mit der Geschwindigkeit des bewegten Materials 03 zu synchronisieren, wird vorgeschlagen, eine Einschaltdauer t3 einer einzelnen Lichtquelle 07 oder einer Gruppe von Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung 06, die von einer von der Steuereinrichtung 23 gesteuerten Stromquelle 22, insbesondere einer Konstantstromquelle 22, angesteuert werden, mit einer Triggerung, d.h. einer Belichtungsdauer t1 der Zeilenkamera 08 zu synchronisieren, sodass die Oberfläche 02 des bewegten Materials 03 unabhängig von der Geschwindigkeit des bewegten Materials 03 immer mit der gleichen Lichtmenge beleuchtet wird. Dadurch ergibt sich eine konstante Helligkeit für das von der Zeilenkamera 08 aufgenommene Bild über einen weiten Bereich der Geschwindigkeit des bewegten Materials 03.
Vorzugsweise sind – wie bereits beschrieben – in der Beleuchtungseinrichtung 06 mehrere Gruppen von Lichtquellen 07 vorgesehen, denen jeweils mindestens eine Stromquelle 22, insbesondere eine Konstantstromquelle 22, zugeordnet ist. Die Einschaltzeiten t3 der Lichtquellen 07 werden von der mit der Beleuchtungseinrichtung 06 verbundenen Steuereinrichtung 23 z.B. gruppenweise oder auch einzeln unabhängig voneinander von den jeweiligen Stromquellen 22 angesteuert, sodass sich über die Länge der vorzugsweise zeilenförmig angeordneten Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung 06 ein Lichtmengenprofil einstellen lässt. Die Einstellung eines Lichtmengenprofils vorzugsweise längs zur Länge L01 des Beleuchtungsstreifens 01 hat den Vorteil, dass Transmissionsverluste durch eine nicht dargestellte Optik der Zeilenkamera 08 ausgeglichen werden können.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass ein z.B. mit der Steuereinrichtung 23 verbundener Lichtsensor 37 die abgestrahlte Lichtmenge der Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung 06 misst, um anhand des Messsignals des Lichtsensors 37 die Einschaltdauer t3 der von den Stromquellen 22 mit der Steuereinrichtung 23 gesteuerten Lichtquellen 07 z.B. an ein Degradationsverhalten der Lichtquellen 07 anzupassen und mit der Ansteuerung der Lichtquellen 07 z.B. eine mit ihrer Alterung nachlassende Abstrahlung in ihrer Lichtmenge zu kompensieren. Auch kann die Steuereinrichtung 23 die Einschaltdauer t3 der Lichtquellen 07 an unterschiedliche optische Eigenschaften des zu beleuchtenden Materials 03 automatisch anpassen.
16 zeigt das Zeitverhalten der Zeilenkamera 08 und das der Lichtquellen 07. Die Zeilenkamera 08 wird gemäß dem oberen, ersten Zeitverlauf zu einem bestimmten Zeitpunkt eingeschaltet, sodass zu diesem Zeitpunkt die Belichtungsdauer t1 der Zeilenkamera 08 beginnt. Nach Ablauf der Belichtungsdauer t1 folgt unmittelbar eine von der Geschwindigkeit des bewegten Materials 03 abhängige Auszeit t2 zwischen zwei aufeinander folgenden, benachbarten Bildzeilen der Zeilenkamera 08. Zumindest eine in Abhängigkeit von der Steuerung der Zeilenkamera 08 getriggerte Lichtquelle 07 wird gemäß dem mittleren, zweiten Zeitverlauf in der 16 von der von der Steuereinrichtung 23 gesteuerten Stromquelle 22 gleichzeitig mit der Belichtungsdauer t1 der Zeilenkamera 08 angesteuert, wobei nach einer Verzögerungszeit t4 für die Einschaltung der Lichtquelle 07, d.h. eine physikalisch bedingte Zeit bis zum Beginn ihrer Lichtemission, diese Lichtquelle 07 dann für die Einschaltdauer t3 eingeschaltet bleibt, wobei eine Summe bestehend aus der Verzögerungszeit t4 und der Einschaltdauer t3 vorzugsweise geringer bemessen ist als die Belichtungsdauer t1 der Zeilenkamera 08. Das Zeitverhalten für die Zeilenkamera 08 und die Lichtquellen 07 wiederholt sich periodisch in der zuvor beschriebenen festen Korrelation. Nur als Vergleich zu der in ihrer Einschaltdauer t3 getriggerten Lichtquelle 07 ist in dem unteren, dritten Zeitverlauf der 16 das Zeitverhalten der Einschaltdauer t5 für eine Konstantlichtquelle dargestellt.

01: Gebilde, Beleuchtungsstreifen
02: Oberfläche
03: Material, Bogen, Materialbahn, Bedruckstoff, Wertpapier, Banknote
04: Bewegungsrichtung
05
06: Beleuchtungseinrichtung
07: Lichtquelle, Leuchtdiode, Laserdiode
08: Erfassungseinrichtung, Kamera, Zeilenkamera, Farbzeilenkamera
09: Detektor, CCD-Array, Photodiode
10
11: Spiegel, erster
12: Wirkfläche
13: Zentralstrahl
14: zentraler Bereich
15
16: Spiegel, zweiter
17: Wirkfläche
18: Linse
19: Teilbereich
20
21: Platine
22: Stromquelle, Konstantstromquelle
23: Steuereinrichtung
24: Bildverarbeitungseinrichtung
25
26: Trennfuge
27: Träger
28: Kanal
29: Öffnung
30
31: Öffnung
32: Montageseite
33: Peltierelement
34: Kühlkörper
35
36: Temperatursensor
37: Lichtsensor
A07: Abstand
A09: Abstand
A18: Abstand
B01: Breite
B03: Breite
B06: Länge
L01: Länge
Z18: Zentrum
AH1: Hüllfläche, erste
AH2: Hüllfläche, zweite
AK: Fläche, Kugeloberfläche
M61: Modul
M62: Modul
M63: Modul
M64: Modul
M65: Modul
t1: Belichtungsdauer
t2: Auszeit
t3: Einschaltdauer
t4: Verzögerungszeit
t5: Einschaltdauer
α: Erfassungswinkel
ω: Raumwinkel

Claims

Optisches System zur Erzeugung eines Beleuchtungsstreifens (01) auf einer Oberfläche (02) eines Materials (03), wobei zumindest ein Teil der Oberfläche (02) des Materials (03) reflektiv ist, wobei eine Relativbewegung zwischen der Oberfläche (02) des Materials (03) und dem Beleuchtungsstreifen (01) vorgesehen ist, wobei eine Beleuchtungseinrichtung (06) mit mehreren zeilenförmig nebeneinander in einem Abstand (A07) von der Oberfläche (02) des Materials (03) angeordneten, ihr Licht jeweils in einen Raumwinkel (ω) emittierenden Lichtquellen (07) Licht zur Erzeugung des Beleuchtungsstreifens (01) emittiert, wobei eine Erfassungseinrichtung (08) mit mindestens einem in einem Abstand (A09) von der Oberfläche (02) des Materials (03) angeordneten Detektor (09) von der Oberfläche (02) des Materials (03) remittiertes Licht erfasst, wobei der Beleuchtungsstreifen (01) mit einer sich auf der Oberfläche (02) des Materials (03) orthogonal zu seiner Länge (L01) erstreckenden Breite (B01) ausgebildet ist, wobei der Beleuchtungsstreifen (01) außerhalb eines im Strahlengang liegenden Brennpunktes des von den Lichtquellen (07) emittierten Lichtes angeordnet ist, wobei mindestens ein erster Spiegel (11) mit mindestens einer längs zur Länge (L01) und/oder zur Breite (B01) des Beleuchtungsstreifens (01) gerichteten Wirkfläche (12) vorgesehen ist, wobei die Wirkfläche (12) des ersten Spiegels (11) das in den Raumwinkel (ω) emittierte Licht von mindestens einer der Lichtquellen (07) der Beleuchtungseinrichtung (06) auf eine kleinere erste Hüllfläche (AH1) als die zu dem Raumwinkel (ω) gehörende Kugelfläche (AK) einschränkt, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Spiegel (16) mit mindestens einer Wirkfläche (17) in einem den Strahlengang des Zentralstrahls (13) umgebenden zentralen Bereich (14) innerhalb des Raumwinkels (ω) des von mindestens einer der Lichtquellen (07) der Beleuchtungseinrichtung (06) emittierten Lichtes angeordnet ist, wobei die Wirkfläche (17) des zweiten Spiegels (16) das von mindestens einer der Lichtquellen (07) der Beleuchtungseinrichtung (06) emittierte Licht zunächst gegen mindestens eine längs zur Länge (L01) und/oder zur Breite (B01) des Beleuchtungsstreifens (01) gerichtete Wirkfläche (12) des ersten Spiegels (11) und dann mit der Wirkfläche (12) des ersten Spiegels (11) zum Beleuchtungsstreifen (01) umlenkt.
Optisches System zur Erzeugung eines Beleuchtungsstreifens (01) auf einer Oberfläche (02) eines Materials (03), wobei zumindest ein Teil der Oberfläche (02) des Materials (03) reflektiv ist, wobei eine Relativbewegung zwischen der Oberfläche (02) des Materials (03) und dem Beleuchtungsstreifen (01) vorgesehen ist, wobei eine Beleuchtungseinrichtung (06) mit mehreren zeilenförmig nebeneinander in einem Abstand (A07) von der Oberfläche (02) des Materials (03) angeordneten, ihr Licht jeweils in einen Raumwinkel (ω) emittierenden Lichtquellen (07) Licht zur Erzeugung des Beleuchtungsstreifens (01) emittiert, wobei eine Erfassungseinrichtung (08) mit mindestens einem in einem Abstand (A09) von der Oberfläche (02) des Materials (03) angeordneten Detektor (09) von der Oberfläche (02) des Materials (03) remittiertes Licht erfasst, wobei der Beleuchtungsstreifen (01) mit einer sich auf der Oberfläche (02) des Materials (03) orthogonal zu seiner Länge (L01) erstreckenden Breite (B01) ausgebildet ist, wobei der Beleuchtungsstreifen (01) außerhalb eines im Strahlengang liegenden Brennpunktes des von den Lichtquellen (07) emittierten Lichtes angeordnet ist, wobei mindestens ein erster Spiegel (11) mit mindestens einer längs zur Länge (L01) und/oder zur Breite (B01) des Beleuchtungsstreifens (01) gerichteten Wirkfläche (12) vorgesehen ist, wobei die Wirkfläche (12) des ersten Spiegels (11) das in den Raumwinkel (ω) emittierte Licht von mindestens einer der Lichtquellen (07) der Beleuchtungseinrichtung (06) auf eine kleinere erste Hüllfläche (AH1) als die zu dem Raumwinkel (ω) gehörende Kugelfläche (AK) einschränkt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Linse (18) in einem den Strahlengang des Zentralstrahls (13) umgebenden zentralen Bereich (14) innerhalb des Raumwinkels (ω) des von mindestens einer der Lichtquellen (07) der Beleuchtungseinrichtung (06) emittierten Lichtes angeordnet ist, wobei die Linse (18) zumindest einen Teil des von mindestens einer der Lichtquellen (07) in den Raumwinkel (ω) emittierten, von der Wirkfläche (12) des ersten Spiegels (11) nicht auf den Beleuchtungsstreifen (01) umgelenkten Lichtes bündelt.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (03) relativ zum Beleuchtungsstreifen (01) in Bewegung ist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Lichtquelle (07) emittierte Strahlung längs zur Länge (L01) des Beleuchtungsstreifens (01) stärker gebündelt ist als die Strahlung längs zu dessen Breite (B01).
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (06) aus mehreren aneinander gereihten Modulen (M61 bis M65) jeweils mit mehreren nebeneinander angeordneten Lichtquellen (07) besteht.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Lichtquellen (07) in verschiedene Gruppen eingeteilt sind.
Optisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (23) vorgesehen ist, wobei die Steuereinrichtung (23) eine Gruppe von Lichtquellen (07) unabhängig von mindestens einer anderen Gruppe von Lichtquellen (07) in ihrer Helligkeit und/oder Leuchtdauer ansteuert.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zeilenförmig angeordneten Lichtquellen (07) der Beleuchtungseinrichtung (06) parallel zur Länge (L01) des Beleuchtungsstreifens (01) angeordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (03) in nur einer Bewegungsrichtung (04) in Bewegung ist.
Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (03) linear bewegt ist.
Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung (04) des Materials (03) im Wesentlichen parallel zur Breite (B01) des Beleuchtungsstreifens (01) gerichtet ist.
Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung (04) des Materials (03) innerhalb der von der Länge (L01) und der Breite (B01) des Beleuchtungsstreifens (01) aufgespannten Ebene liegt.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (03) zumindest im Bereich des Beleuchtungsstreifens (01) nicht gewölbt ist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (03) ebenflächig ausgebildet ist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (03) flach ausgebildet ist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (03) als ein Bogen (03) ausgebildet ist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (03) als eine Materialbahn (03) ausgebildet ist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (03) als ein Bedruckstoff (03) ausgebildet ist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (03) aus Papier besteht.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (03) als ein Wertpapier (03) oder als eine Banknote (03) ausgebildet ist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (02) des Materials (03) ein Relief oder eine sonstige aus der Oberfläche (02) herausragende oder in die Oberfläche (02) als eine Vertiefung eingeprägte Struktur aufweist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (02) des Materials (03) einen Streukörper aufweist.
Optisches System nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Streukörper das im Beleuchtungsstreifen (01) auf die Oberfläche (02) des Materials (03) aufgestrahlte Licht nur längs zur Länge (L01) des Beleuchtungsstreifens (01) remittiert.
Optisches System nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Streukörper als ein Lentikular oder eine Prismenfolie ausgebildet ist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B01) des Beleuchtungsstreifens (01) mindestens 3 mm beträgt.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B01) des Beleuchtungsstreifens (01) mindestens 8 mm beträgt.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A07) von der Oberfläche (02) des Materials (03) zu den Lichtquellen (07) jeweils zwischen 30 mm und 200 mm beträgt.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A07) von der Oberfläche (02) des Materials (03) zu den Lichtquellen (07) jeweils zwischen 80 mm und 140 mm beträgt.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A07) zu den Lichtquellen (07) jeweils lotrecht auf der Oberfläche (02) des Materials (03) steht.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Lichtquellen (07) der Beleuchtungseinrichtung (06) gleichartig ausgebildet sind.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (07) der Beleuchtungseinrichtung (06) als Leuchtdioden (07) oder als Laserdioden (07) ausgebildet sind.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (07) der Beleuchtungseinrichtung (06) monochromes Licht emittieren.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Raumwinkel (ω) eine aus einer Kugel ausgeschnittene Fläche (AK) bis zur Größe einer Halbkugel aufspannt.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine längs zur Länge (L01) des Beleuchtungsstreifens (01) gerichtete Wirkfläche (12) des ersten Spiegels (11) das in den Raumwinkel (ω) emittierte Licht von mindestens einer der Lichtquellen (07) der Beleuchtungseinrichtung (06) stärker auf eine kleinere zweite Hüllfläche (AH2) einschränkt als die mindestens eine längs zur Breite (B01) des Beleuchtungsstreifens (01) gerichtete Wirkfläche (12) des ersten Spiegels (11).
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lichtquelle (07) der Beleuchtungseinrichtung (06) einen ersten Spiegel (11) mit mindestens zwei zu einem von der Lichtquelle (07) emittierten Zentralstrahl (13) symmetrischen Wirkflächen (12) aufweist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkfläche (12) des ersten Spiegels (11) plan oder konkav ausgebildet ist.
Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkfläche (17) des zweiten Spiegels (16) plan oder konkav ausgebildet ist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder einzelnen Lichtquelle (07) der Beleuchtungseinrichtung (06) jeweils ein erster Spiegel (11) mit mindestens einer Wirkfläche (12) zumindest längs zur Breite (B01) des Beleuchtungsstreifens (01) vorgesehen ist.
Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (18) als eine bikonvexe Linse (18) ausgebildet ist.
Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichtquelle (07) und einem Zentrum (Z18) der Linse (18) ein Abstand (A18) besteht, wobei der Abstand (A18) geringer als die Hälfte des Abstandes (A07) zwischen der Lichtquelle (07) und der Oberfläche (02) des Materials (03) ist.
Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (18) nicht rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die jeweiligen Raumwinkel (ω) oder zumindest die Hüllflächen (AH1; AH2) des von mindestens zwei benachbarten Lichtquellen (07) der Beleuchtungseinrichtung (06) emittierten Lichtes zumindest in einem den Beleuchtungsstreifen (01) beleuchtenden Teilbereich (19) überlagern.
Optisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die jeweiligen Raumwinkel (ω) oder zumindest die Hüllflächen (AH1; AH2) des von mindestens zwei benachbarten, in zwei benachbarten Modulen (M61 bis M65) angeordneten Lichtquellen (07) emittierten Lichtes zumindest in ihrem den Beleuchtungsstreifen (01) beleuchtenden Teilbereich (19) überlagern.
Optisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennfuge (26) zwischen zwei benachbarten Modulen (M61 bis M65) schräg zur Länge (L01) des Beleuchtungsstreifens (01) angeordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (M61 bis M65) der Beleuchtungseinrichtung (06) funktionsgleich ausgebildet sind.
Optisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine einer Breite (B03) des zu beleuchtenden Materials (03) entsprechende Zeilenlänge der aus mehreren aneinander gereihten Modulen (M61 bis M65) zusammengesetzten Beleuchtungseinrichtung (06) durch ein Einschalten von den zeilenförmig angeordneten Lichtquellen (07) der betroffenen Module (M61 bis M65) aktiviert ist.
Optisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Länge (L01) des Beleuchtungsstreifens (01) entsprechende Zeilenlänge der aus mehreren aneinander gereihten Modulen (M61 bis M65) zusammengesetzten Beleuchtungseinrichtung (06) durch ein Einschalten von den zeilenförmig angeordneten Lichtquellen (07) der betroffenen Module (M61 bis M65) aktiviert ist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (07) auf einer von einem Kühlmedium gekühlten Platine (21) angeordnet sind.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (07) und ihre jeweilige Stromquelle (22) auf derselben Platine (21) angeordnet sind.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (08) zeilenförmig mehrere nebeneinander angeordnete Detektoren (09) aufweist.
Optisches System nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (08) mit zeilenförmig angeordneten Detektoren (09) parallel zur Länge (L01) des Beleuchtungsstreifens (01) angeordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (08) einen räumlichen Erfassungswinkel (α) mit einer an der Oberfläche (02) des Materials (03) vorhandenen Querschnittsfläche aufweist, wobei der Erfassungswinkel (α) zumindest einen Teil einer sich über die Breite (B01) des Beleuchtungsstreifens (01) erstreckenden Querschnittsfläche des von der Beleuchtungseinrichtung (06) emittierten Lichtestrahlenbündels erfasst.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (08) als eine Kamera (08) ausgebildet ist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (08) als eine Zeilenkamera (08) ausgebildet ist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (09) der Erfassungseinrichtung (08) als ein CCD-Array (09) oder als eine Gruppe von Photodioden (09) ausgebildet ist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (09) der Erfassungseinrichtung (08) das erfasste remittierte Licht in ein elektrisches Signal umwandelt und das elektrische Signal einer Bildverarbeitungseinrichtung (24) zuführt.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2 zur Verwendung in einer Druckmaschine.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2 zur Verwendung in einer Rotationsdruckmaschine.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2 zur Verwendung in einer in einem Offsetdruckverfahren, in einem Stahlstichverfahren, in einem Siebdruckverfahren oder in einem Heißprägeverfahren druckenden Druckmaschine.