DE2828754A1

DE2828754A1 - Rotierende, optische zerhackervorrichtung und verwendung derselben

Info

Publication number: DE2828754A1
Application number: DE19782828754
Authority: DE
Inventors: Douglas Copeland Clark; Colin Shaw Mcarthur
Original assignee: RJ Reynolds Tobacco Co
Current assignee: RJ Reynolds Tobacco Co
Priority date: 1977-08-02
Filing date: 1978-06-30
Publication date: 1979-02-15
Also published as: SE7807306L; JPS5428095A; CA1094366A; FR2399374B1; FR2399374A1; ZA783776B; US4118619A; GB1603752A; JPS5737437B2

Description

DR.-INQ. DIPL.-IIMG. M. SC. DIPI HHYt.. OR. DIPI .-PHYS. HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

A 42 824 b Anmelder: R.J.Reynolds Tobacco Co.

u- 163 Winston Salem N.C. 27102

27.Juni 1978 USA

Beschreibung

Rotierende, optische Zerhackervorrichtung und Verwendung derselben

Die Erfindung betrifft eine rotierende, optische Zerhackervorrichtung zur Unterteilung eines im wesentlichen kontinuierlichen Lichtstrahls in eine Vielzahl von diskreten Lichtimpulsen und zur wiederholten Führung der Lichtirapulse über eine Anzahl von Zielgebieten.

Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung dieser optischen Zerhackervorrichtung.

Systeme zum Auftrennen von Lichtstrahlen, insbesondere von Laserlichtstrahlen, sind allgemein bekannt und haben normalerweise die Form von Strahlenteilern oder enthalten solche. Solche Systeme sind zu Abtastzwecken verwendet worden (US-PS 3 910 675). Da Laser den Vorteil aufweisen, optisch kontrollierbare, konzentrierte Strahlung zu erzeugen, ist bereits vorgeschlagen worden, sie zur Perforierung von Flächengebilden zu verwenden. Eine solche Verwendung und eine entsprechende Vorrichtung sind im US-Patent 3 256 524 beschrieben. Bei den meisten bisher bekannten Laservorrichtungen,

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die einen unterbrochenen Strahl zur Erzeugung von Energieimpulsen verwenden, wird der Strahl dadurch unterbrochen, dass der Laser intern gepulst wird, wodurch man intermittierende, diskrete Energieabgaben erhält. Da Laser intern mit sehr hohen Frequenzen gepulst werden können, ist der Zeitabstand zwischen aufeinanderfolgenden Pulsen für die meisten Anwendungsbereiche ausreichend kurz. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass selbst bei den höchsten erreichbaren Pulsfrequenzen eines Lasers diese Frequenzen für manche Anwendungsbereiche nicht ausreichen. Wenn man beispielsweise in einem vorgeschobenen Flächengebilde dicht benachbarte Perforierungen erzeugen will, dann wird die Vorschubgeschwindigkeit des Flächengebildes durch die maximale Impulsrate des Lasers begrenzt. Man hat festgestellt, dass diese Abhängigkeit zu einer relativ niedrigen Grenze für die Vorschubgeschwindigkeit eines solchen Flächengebildes führt. Wenn man entsprechend den Anforderungen die Produktsionskapazitäten für perforierte Flächengebilde erhöhen muss, dann bietet sich als einzige im Augenblick mögliche Alternative an, ein Zweifachlasersystem zu verwenden, wozu man natürlich erheblich höhere Aufwendungen hinsichtlich Kosten, Raumbedarf und Personal benötigt. Ein Beispiel, bei dem industriell ein solches Bedürfnis auftritt, ist in der Tabakindustrie zu finden.

Perforiertes Papier wird bereits seit vielen Jahren zur Herstellung von Zigaretten verwendet. Anfangs hat man das Papier mit mechanischen Vorrichtungen perforiert, beispielsweise mit einer oder mehreren Nadeln, die zur Bildung eines Loches in das aus Papier bestehende Flächengebilde eingeschoben

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wurden. Obwohl man mit solchen Vorrichtungen gleichmässige und gleichmässig angeordnete Löcher erhält, sind die mechanischen Bewegungen schwerfällig und langsam. In letzter Zeit hat man Perforiervorrichtungen entwickelt, bei denen elektrische Funken oder Bogenentladungen zur Herstellung der Löcher verwendet werden. Diese Vorrichtungen erzeugen jedoch keine gleichmässigen Löcher. Ausserdem hat sich herausgestellt, dass auch diese Vorrichtungen noch zu langsam sind, um bei den neuentwickelten Hochgeschwindigkeitszigarettenautomaten, die jetzt in der Industrie verwendet werden, eingesetzt werden zu können.

Um die steigenden Anforderungen zu befriedigen, hat man bereits versucht, Laser einzusetzen, um das Papier zu perforieren. Dies hat den Vorteil, dass Laser mit hoher Geschwindigkeit arbeiten und dass der Lichtstrahl mit relativ verlässlichen optischen Systemen gesteuert werden kann. Unglücklicherweise hat es sich trotz der hohen Pulsfrequenzen der verfügbaren Laser herausgestellt, dass kommerziell keine Einheiten erhältlich sind, die mit der ausreichend hohen Geschwindigkeit arbeiten, um bei den jetzt verwendeten Papiervorschubgeschwindigkeiten, wie sie bei Zigarettenautomaten angetroffen werden, die notwendigen Perforierungen einzubringen. Ein Faktor, der den Einsatz eines gepulsten Lasers nachteilig macht, ist die Tatsache, dass der Laser nur während 50% der Gesamtarbeitszeit Licht aussendet. Während der Ausschaltperiode kann keine Perforierung vorgenommen werden. Um diesen Nachteil zu vermeiden, sind Lasersysteme entworfen worden, in denen Strahlenteiler verwendet wurden, in denen also teilweise durchlässige Spiegel

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den eintretenden Strahl in eine Vielzahl von Strahlen aufspalten. Jedoch wird bei jeder solchen Aufspaltung mittels eines teilweise durchlässigen Spiegels die Leistung der sich ergebenden Strahlen entsprechend verringert, und zwar nicht nur aufgrund der tatsächlichen Teilung, sondern auch aufgrund der in den Strahlenteilern auftretenden Strahlenverluste. Bei der Perforierung von Papier haben sich solche Strahlenteiler als nicht einsetzbar herausgestellt, denn man benötigt für alle Strahlen die gleiche Leistung, um gleichmässige Löcher herzustellen; dies ist jedoch aufgrund der Strahlenverluste in Strahlenteilern nicht erreichbar. Da ausserdem die Leistung der Strahlen bei jeder Teilung entsprechend dem Teilungsverhältnis herabgesetzt wird, ergeben sich schliesslich Strahlen mit einer relativ geringen Leistung, die in manchen Fällen nicht ausreichen, um verlässlich eine gleichmässige Perforierung zu erzeugen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Zerhackervorrichtung der eingangs erwähnten Art derart auszubilden, dass Strahlungsimpulse mit der Intensität des EingangsStrahles erzeugt und periodisch nacheinander auf eine Anzahl von Zielgebieten gerichtet werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Zerhackervorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass mehrere Zerhackerringe mit jeweils mindestens einem Segmentsatz vorgesehen sind, dass die Segmentsätze verschiedener Zerhackerringe winkelmässig gegeneinander ausgerichtet sind und jeweils in komplementär codierter Folge reflektierende und

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lichtdurchlässige Segmente aufweisen, dass optische Mittel vorgesehen sind, mit denen ein Lichtstrahl auf einen Zerhackerring gerichtet wird, von dem er je nach Winkelstellung des Zerhackerringes entweder reflektiert oder hindurchgelassen wird, dass mindestens einer der beiden dabei erzeugten Lichtstrahlen zur weiteren Unterteilung auf einen weiteren Zerhackerring gerichtet ist und dass die Zerhackerringe synchron und konzentrisch rotieren, so dass die Segmente der Zerhackerringe nacheinander in den Weg des Lichtstrahls gelangen.

Gemäss der Erfindung wird also der Strahl einer Lichtquelle, beispielsweise eines Lasers, in eine Reihe von Strahlenimpulsen unterteilt, die auf ein Ziel gerichtet werden und dabei nacheinander auf verschiedene, voneinander getrennte Zielgebiete auftreffen. Dabei kann die Lichtquelle einen kontinuierlichen Strahl aussenden, sie muss also nicht gepulst sein. Dieser Strahl wird mittels der erfindungsgemässen rotierenden Zerhackervorrichtung in Lichtimpulse unterteilt. Durch die Zerhackervorrichtung wird eine Vielzahl von Lichtwegen erzeugt, wobei diese Lichtwege durch reflektierende und lichtdurchlässige Segmente in der rotierenden Zerhackervorrichtung gebildet werden. Diese Segmente lenken den Strahl entsprechend der jeweiligen Winkelposition der Zerhackervorrichtung schrittweise in die verschiedenen Lichtwege und führen dabei den Strahl auf die verschiedenen Zielgebiete.

Das Muster der Zielgebiete und die Reihenfolge, in welcher der Strahl die verschiedenen Zielgebiete erreicht, wird durch die Auswahl der Position, und der Anordnung der reflektierenden und

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der lichtdurchlässigen Segmente in der Zerhackervorrichtung bestimmt. Die Lichtimpulse können dabei quer über das Ziel laufen und dabei schrittweise eine Reihe von Zielgebieten beaufschlagen, die nebeneinander auf dem Ziel angeordnet sind. Wenn man das Ziel nun in Längsrichtung bewegt, dann treffen die Lichtimpulse nacheinander auf verschiedenen quer verlaufenden Reihen auf, die in Längsrichtung des Zieles nebeneinander angeordnet sind. Der Abstand dieser Reihen hängt von der Vorschubgeschwindigkeit.des Ziels im Verhältnis zur Zerhackergeschwindigkeit ab.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Ziel durch ein längliches Flächengebilde, beispielsweise durch einen länglichen Papierstreifen gebildet werden. Die von dem Laser erzeugten Lichtimpulse dienen dann zur Perforierung des Papierstreifens. Die dadurch erzeugten Perforierungen sind quer zur Längsrichtung des Streifens in Reihen angeordnet, wobei aufeinanderfolgende Perforationsreihen in Längsrichtung des Streifens im Abstand zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise ergeben sich längs des Papierstreifens im Abstand zueinander angeordnete Lochreihen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung trägt eine rotierende Welle eine Vielzahl von Scheiben, die mit der Welle rotieren. Jede Scheibe trägt einen oder mehrere Zerhackerringe, die konzentrisch zur Welle angeordnet sind und einen bestimmten Abstand vom Mittelpunkt der entsprechenden Scheibe aufweisen. Jeder Zerhackerring umfasst eine Anzahl von reflektierenden und lichtdurchlässigen Segmenten, die

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winkelmässig im Abstand angeordnet sind und längs des Ringumfanges alternieren. Die lichtdurchlässigen und die reflektierenden Segmente sind in den Zerhackerringen benachbarter Scheiben derart angeordnet und codiert, dass sich durch die Scheiben hindurch und zwischen diesen eine Vielzahl von optischen Wegen ergibt. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind neben den rotierenden Scheiben einer oder mehrere ortsfeste Spiegel angeordnet, die einen Teil der optischen Wege durch das Zerhackersystem bilden. Diese äusseren Spiegel wirken mit den Ringsegmenten zusammen und lenken den Strahl auf verschiedene Stellen auf der Scheibe; dabei bilden sie einen Teil der optischen Wege durch das System.

Wenn sich die Scheiben drehen, dann fällt ein kontinuierlicher, stationärer Lichtstrahl aus einer Lichtquelle, beispielsweise aus einem Laser, auf die reflektierenden und auf die lichtdurchlässigen Segmente auf einer oder auf mehreren Scheiben, wobei er abwechselnd reflektiert und hindurchgelassen wird. Der Strahl läuft zunächst längs eines Weges und dann längs eines anderen Weges durch das Zerhackersystem. Dabei wird er in eine Vielzahl von Strahlungsimpulsen aufgespalten, die dann jeweils einem entsprechenden Zielgebiet zugeführt v/erden. Durch die Drehung des Zerhackersystems folgen die Lichtimpulse einem Zielmuster, welches durch die'Anordnung der Segmente auf den Scheiben bestimmt wird. Auf diese Weise wird das Ziel wiederholt abgetastet. Dabei wird die gesamte Leistung des Strahles nacheinander jedem Zielgebiet zugeführt, so dass man die volle Leistung zur Perforierung ausnützen kann.

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Man erhält dadurch gleichraässig ausgebildete und reproduzierbare Perforierungen.

Diese Eigenschaften der erfindungsgemässen Zerhackervorrichtung machen sie geeignet zur Herstellung von Perforierungen auf Flächengebilden, insbesondere in Papierstreifen. Die Erfindung bezieht sich daher insbesondere auf eine Verwendung der Zerhackervorrichtung zur sequentiellen Beaufschlagung verschiedener Zielgebiete auf einem. Flächengebilde mit Lichtimpulsen.

Besonders vorteilhaft ist diese Zerhackervorrichtung zur Herstellung von gelochtem Papier verwendbar, welches bei der Zigarettenherstellung eingesetzt wird, beispielsweise als Filterpapier.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen Lichtstrahlzerhackers ;

Fig. 2 eine Schnittansicht längs Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf den in Fig. 1 dargestellten Zerhacker;

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Fig. 4 eine Schnittansicht längs Linie 4-4 in Fig. 2;

Fig. 4A eine Teilschnittansicht längs Linie 4A-4A in Fig. 4 zur Darstellung der Zerhackeröffnungen des in Fig. 1 gezeigten Zerhackers;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen Zerhackers;

Fig. 6 eine.Schnittansicht längs Linie 6-6 in Fig. 5;

Fig. 7 eine Schnittansicht eines dritten erfindungsgemässen Zerhackers und

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines konventionellen Strahlenteilers.

Im folgenden wird anhand der Fig. 1 bis 4A ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Chopper- und Abtastsystems, im folgenden kurz als Zerhacker bezeichnet, beschrieben. Der erfindungsgemässe Zerhacker 10 teilt einen eingehenden Energiestrahl, beispielsweise einen Lichtstrahl, in eine Vielzahl von diskreten Lichtimpulsen. In der dargestellten Vorrichtung wird der Eingangsstrahl in vier gepulste Strahlen geteilt und der besseren Anschaulichkeit wegen sind diese vier Strahlen so dargestellt ■, dass sie nacheinander an vier verschiedenen Zielgebieten erzeugt werden, die im seitlichen Abstand voneinander auf einem Ziel liegen, welches die

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Form eines Flächengebildes hat, beispielsweise eines Papiers.

Der Zerhacker 10 umfasst ein erstes und ein zweites scheibenförmiges Element 12 bzw. 14, welche beide im Abstand voneinander an einer drehbaren Spindel oder Welle 16 befestigt sind. Die beiden scheibenförmigen Elemente sind koaxial zu der Welle angeordnet und senkrecht zu dieser und verlaufen parallel zueinander. Die Welle 16 ist in geeigneten, in der Zeichnung nicht dargestellten Lagern gelagert und mit einem Antrieb 18 verbunden, beispielsweise einem Elektromotor, der die Welle mit einer vorgewählten Geschwindigkeit antreibt. Ein Lichtstrahl 20 aus einer geeignete Lichtquelle 22 wird durch die scheibenförmigen Elemente auf ausgewählte Bereiche eines Zieles 24 gelenkt; das Ziel ist im dargestellten Beispiel als beweglicher Papierstreifen dargestellt, der von dem Lichtstrahl perforiert werden soll. Zur Erleichterung der Anordnung des optischen Weges des Lichtstrahles und um zu gewährleisten, dass der Lichtstrahl das Ziel senkrecht trifft, so dass gleichmässig und genau positionierte Perforierungen erzielbar sind, ist die Achse der Welle 16 vorzugsweise gegenüber der Ebene des Zieles 24 um 45° geneigt. Aus dem Nachstehenden wird deutlich, dass auch andere winkelmässige Anordnungen verwendet werden können, dass jedoch die 45°-Neigung die einfachste Form der Erfindung darstellt und daher auch die bevorzugte Ausführungsform bildet.

Um die verschiedenen Wege zu definieren, längs welcher der Lichtstrahl 20 geführt wird, sind die drehbaren Elemente 12 und 14 mit konzentrischen Zerhackerringen versehen, wobei das

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Element 12 Zerhackerringe 26 und 28, das Element 14 einen Zerhackerring 30 tragen (Fig. 3 und 4). Jeder Zerhackerring besteht aus einer Vielzahl von Segmenten in der Form von reflektierenden Elementen und Durchgangsöffnungen. Die reflektierenden Elemente und die Durchgangsöffnungen sind längs des Umfanges des Zerhackerringes angeordnet und definieren gemeinsam den optischen Weg für den Strahl. Diese Ringe können in beliebiger Weise ausgebildet sein, normalerweise umfassen die reflektierenden Teile jedoch eine reflektierende Schicht, die ja nach Bedarf entweder auf die obere Seite, auf die untere Seite oder auf beide Seiten des scheibenförmigen Elementes aufgebracht ist, während die Durchgangsöffnungen die Form geeigneter öffnungen an den benötigten Stellen haben.

Zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung sind die reflektierenden Segmente, die also entweder auf der Ober- oder Unterseite eine reflektierende Schicht tragen, durch eine KreuzSchraffierung gekennzeichnet, die Segmente, die entweder offen oder geschlossen sein können, da sie den Lichtweg nicht beeinflussen, durch Punkte, und die Segmente, die Durchgangsöffnungen darstellen, weiss dargestellt sind.

Wie sich aus den Fig. 1, 3 und 4 ergibt, sind alle Zerhackerringe in eine gleiche Anzahl von Segmenten unterteilt, wobei die Segmente auf beiden scheibenförmigen Elementen winkelmässig miteinander ausgerichtet sind, so dass eine genaue Auswahl der Lichtwege möglich wird. Die offenen und die reflektierenden Segmente sind in jedem Zerhackerring entsprechend dem gewünschten Perforierungsmuster angeordnet. Man kann also

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sagen, dass die Segmente in einem Code vorliegen, der dem Muster entspricht, welches mit den Strahlungsimpulsen erzeugt werden soll. Da in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Strahl 20 in vier Ausgangsstrahlen geteilt werden soll, sind die Segmente der Zerhackerringe in Sätzen zu jeweils vier angeordnet, v/obei sich diese Sätze längs des Umfanges des Ringes wiederholen. Beispielsweise umfasst der innere Zerhackerring 26 auf dem Element 12 Segmente 3 2,33,34 und 35. Die Segmente 32 und 33 sind Durchgangsöffnungen und bilden gemeinsam eine einzige Durchgangsöffnung. Aus Gründen der Darstellung sind diese beiden Segmente jedoch mittels einer gedachten Linie unterteilt, so dass die Beziehung zwischen der winkelmässigen Position der Segmente auf dem Zerhackerring 26 und der winkelmässigen Position der Segmente auf dem Zerhackerring 28 deutlich wird. Die Segmente 34 und 35 auf dem Ring 26 sind reflektierend ausgebildet, d.h. jedes dieser Segmente trägt eine reflektierende Schicht. Wegen der besonderen Anordnung des Lichtweges in diesem Ausführungsbeispiel befindet sich die reflektierende Schicht der Segmente 34 und 35 auf der Unterseite des Elementes 12, wie/es in der Darstellung der Fig. bei 36 erkennt. In anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann es jedoch wünschenswert sein, die reflektierende Schicht auf die Oberseite des Elementes 12 zu verlegen, so dass im folgenden die Bezugnahme auf die reflektierende Schicht auch solche umfasst, welche die reflektierende Schicht auf der Oberseite des Elementes oder auf beiden Seiten tragen. Der Satz der Segmente 32 und 35 ist über den Umfang des Zerhackerrings 26 wiederholt, beispielsweise in Form des Satzes 32' bis 35', des Satzes 32" bis 35" usw. Jeder Segmentensatz

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bildet'eine wiederholte Gruppe von vier Lichtwegen für den Strahl 20.

In ähnlicher Weise umfasst der Zerhackerring 28 eine Vielzahl von vier Segmentsätzen, die sich über dessen Umfang erstrecken. Obwohl jeder Ring dieselbe Zahl von Sätzen umfasst, sind die Segmente im Ring 28 für jeden Satz verschieden angeordnet, sie tragen also einen anderen Code, um in geeigneter Weise mit den Segmenten auf dem Element 26 zusammenzuwirken und den Lichtweg für den Strahl 20 zu definieren. Der Ring 28 umfasst ein erstes, reflektierendes Segment 38, ein zweites, eine Durchgangsöffnung bildendes Segment 39, dritte und vierte Segmente 40 und 41, die nicht benötigt werden und die daher die Form von Durchgangsöffnungen, von reflektierenden Segmenten oder von nicht-reflektierenden, geschlossenen Segmenten haben können. Im vorliegenden Fall sind sie als Durchgangsöffnungen dargestellt, wobei gedachte Linien eingezeichnet sind, welche die einzelnen Segmente voneinander trennen. Das reflektierende Segment 38 umfasst eine reflektierende Schicht 42 auf der Oberseite des scheibenförmigen Elementes 12. Wie im Falle des Ringes 26 wiederholt sich der Segmentsatz 38 bis 41 längs des Umfanges von Ring 28, beispielsweise in Form des Segmentsatzes 38' bis 41 *.

Der von dem scheibenförmigen Element 14 getragene Zerhackerring 30 weist ebenfalls eine Vielzahl von Segmentsätzen auf, die winkelmässig mit den Segmenten auf dem scheibenförmigen Element 12 ausgerichtet sind, so dass entsprechende Segmente senkrecht ausgerichtet sind. Der Zerhackerring 30 umfasst

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einen Segmentensatz, der mit dem Bezugszeichen 44,45,46,47 gekennzeichnet ist. Diese Segmente entsprechen den Segmenten 32 bis 35 und 38 bis 41 auf dem Element 12 und arbeiten mit diesen zusammen. Wie aus den Fig. 1 bis 4 ersichtlich, ist der Code für die Segmente auf dem Ring 30 derart gewählt, dass das Segment 46 reflektierend ist und das Segment 47 eine Durchgangsöffnung darstellt, während die Segmente 44 und 45 nicht gebraucht werden. Sie können daher entweder offen oder geschlossen sein, wie sich aus dem folgenden ergibt. Auch hier wiederholt sich der Segmentsatz 44 bis 47 längs des ümfanges des Ringes 30, so dass dieser Ring weitere Sätze umfasst, wie beispielsweise den Satz 44' bis 47'.

Die optischen Wege des Zerhackers 10 v/erden durch aussen angeordnete Spiegel 50,52,54,56 vervollständigt, die mit den Zerhackerringen zusammenwirken und den Lichtstrahl 20 längs der vier oben erwähnten Lichtwege lenken. In Fig. 1 sind diese vier Lichtwege mittels Pfeilen und gestrichelten Linien angedeutet. Sie enden in Zielbereichen A,B,C und D. Im folgenden wird erläutert, wie diese Lichtwege durch die Drehung der scheibenförmigen Elemente 12 und 14 erzeugt werden.

Der von einer Lichtquelle 23, beispielsweise einem Laser, ausgehende Lichtstrahl 20 wird von einem geeigneten Ort und unter einem geeigneten Winkel auf den Zerhacker 10 gelenkt und gelangt auf den ersten Spiegel 50. Dieser ist derart orientiert, dass er den Lichtstrahl auf den Zerhackerring 26 auf dem scheibenförmigen Element 12 lenkt. In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Lichtstrahl senk-

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recht zur Bildebene in das Zerhackersystem eintreten, der Spiegel 50 ist dann gegenüber der Bildebene um 45° geneigt und lenkt den Lichtstrahl unter 90° auf das scheibenförmige Element 12 um. Je nach der Winkelstellung des Elementes 12 tritt der Lichtstrahl durch eine der offenen Segmente 32 oder 33 oder er trifft auf eines der reflektierenden Segmente 34 oder 35. Zunächst wird angenommen, dass sich das Element am Beginn des Abtastprozesses in einer ersten Winkelsteilung befindet, und zwar in einer Stellung, in welcher der Lichtstrahl mit den ersten Segmenten in den entsprechenden Segmentsätzen auf jedem scheibenförmigen Element und für jeden Zerhackerring ausgerichtet ist. Der vom Spiegel 50 reflektierte Lichtstrahl tritt dann beispielsweise durch das Segment 32 hindurch und nimmt den mit dem Bezugszeichen 60 gekennzeichneten Lichtweg. Dabei trifft er auf den Umlenkspiegel 52, der sich oberhalb des scheibenförmigen Elementes 12 befindet.

Der Spiegel 52 ist gegenüber dem Lichtweg 60 um 45° geneigt und lenkt den Lichtstrahl auf den Lichtweg 62 um, der auf die Oberseite des Zerhackerringes 28 gerichtet ist. Je nach der Winkelstellung des Elementes 12 trifft der längs dieses Weges laufende Lichtstrahl entweder auf ein reflektierendes Segment 38 oder er tritt durch ein offenes Segment 39. Wenn die Elemente 12 und 14 noch in ihrer Anfangsposition stehen, dann wird der Lichtstrahl von der Oberseite des reflektierenden Segmentes 38 reflektiert und längs des Lichtweges 64 umgelenkt. Das Licht trifft dabei auf den Umlenkspiegel 54, der das Licht längs des Lichtweges 66 auf den Bereich Λ des Zieles 24 umlenkt,

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wo er ein Loch 68 erzeugt. Da der Strahl bei diesem Vorgang weder geteilt noch anderweitig aufgespalten wird, bis er das Zielgebiet erreicht, erhält dieses die volle Lichtintensität der Lichtquelle während einer Zeitdauer, die von der Grosse der Durchgangsöffnung und von der Drehgeschwindigkeit des Zerhackers abhängt.

Wie in Fig. 1 dargestellt und auch deutlich aus den Fig. 3 und 4 zu entnehmen, haben die Zerhackerringe einen unterschiedlichen radialen Abstand von der Achse ihrer Elemente 12 bzw. 14. Die genauen radialen Abstände hängen von den Winkeln ab, unter denen die Lichtstrahlen durch die Segmente in den Zerhackerringen hindurchtreten. Ausserdem hängen sie von der Zahl der verwendeten scheibenförmigen Elemente ab, von der Zahl der pro Umdrehung dieser Elemente zu erzeugenden Impulse, der Anordnung der Lichtquelle, der Anordnung der Umlenkspiegel und dergleichen. Wie sich aus Fig. 2 ergibt, ist der Durchmesser des Zerhackerringes 30 und damit dessen radialer Abstand von der Welle 16 so reichlich bemessen, dass man den Ring senkrecht unter den inneren Zerhackerring 26 des Elementes 12 positionieren kann, wenn die Welle gegenüber der Zielfläche auf dem Flächengebilde um 45° geneigt ist. Der Durchmesser des Zerhackerringes 28 ist so ausreichend bemessen, dass der erwünschte Abstand zwischen benachbarten Zielgebieten B und C erzielbar ist. Die radiale Anordnung der Zerhackerringe, die Anordnung der Spiegel und der Winkel der Welle können so justiert werden, dass der Abstand zwischen benachbarten Zielgebieten einstellbar ist.

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Es wird bevorzugt, dass die verschiedenen Spiegel und reflektierenden Flächen einschliesslich der Flächen auf dem scheibenförmigen Element 12 einen Winkel von 45° mit der Richtung des einfallenden Lichtstrahles 20 bilden, da man auf diese Weise eine geometrisch einfache Anordnung erhält, die gewährleistet, dass der Lichtstrahl ohne Verluste durch die verschiedenen Öffnungen hindurchtritt. Ausserdem erhält man auf diese Weise an den Kanten der Durchgangsöffnungen scharfe Übergänge und führt den Zielbereichen eine maximal mögliche Energie zu. Falls dies jedoch erwünscht v/erden sollte, können die Spiegel und die reflektierenden Flächen auch unter anderen Winkeln angeordnet werden. Das Prin2ip der erfindungsgemässen Vorrichtung bleibt dadurch ungeändert.

Man sieht, dass der Lichtstrahl beim ersten Schritt in das Zielgebiet A gelenkt wird, während auf alle anderen Zielgebiete kein Licht auffällt. Da der Lichtstrahl 20 durch das Segment 32 hindurchtritt, wird kein Licht auf das scheibenförmige Element 14 reflektiert, so dass das dort angeordnete Segment 44 keinen Einfluss auf den Lichtweg hat. Wenn die Elemente 12 und 14 beispielsweise im Gegenuhr2eigersinn gedreht werden, wenn man von oben auf die Vorrichtung sieht, führt eine bestimmte Drehung der Welle 16 dazu, dass das jeweils zweite Segment eines entsprechenden Segmentsatzes der Zerhackerringe mit dem vom Spiegel 50 reflektierten Lichtstrahl zusammentrifft. Wenn sich die scheibenförmigen Elemente in dieser zweiten Winkelposition befinden, dann tritt das Licht durch das offene Segment 33 im Zerhackerring 26 und folgt dann dem Lichtweg 60, wobei es schliesslich durch den

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Spiegel 52 auf den Lichtweg 62 umgelenkt wird. Jedoch befindet sich dann das reflektierende Segment 38 nicht mehr im Lichtweg 62, so dass der Lichtstrahl durch das offene Segment 39 hindurchtreten und längs des Lichtweges 70 in das Zielgebiet B gelangen kann, wodurch eine zweite Perforierung 72 in dem Flächengebilde erzeugt wird. Auch in dieser Stellung gelangt kein Licht auf das scheibenförmige Element 14.

Bei einer weiteren Drehung der scheibenförmigen Elemente 12 und 14 in eine dritte Winkelposition wird das dritte Segment 34 des Zerhackerrings 26 in den Lichtweg 60 eingeschoben. Die reflektierende Fläche auf der Unterseite des Segmentes lenkt den Lichtstrahl nach unten längs des Lichtweges 74 um, wodurch zum ersten Mal Licht auf das scheibenförmige Element 14 gelangt. In dieser Winkelstellung gelangt kein Licht auf den Umlenkspiegel 52. Das entsprechende Segment 40 im Zerhackerring 28 kann daher entweder ein offenes oder ein geschlossenes Segment sein, da es hinsichtlich der Herstellung einer Perforierung keine Wirkung hat. Das längs des Weges 74 laufende Licht fällt auf das dritte Segment in dem korrespondierenden Satz von Segmenten auf dem Zerhackerring 30, bei dem die ersten zwei Segmente AA und 45 hinsichtlich der Herstellung von Perforierungen unwirksam sind, da während der ersten beiden Winkelstellungen der scheibenförmigen Elemente kein Licht auf sie auftrifft. Das dritte Segment 46 ist reflektierend und lenkt das Licht längs des Lichtweges 76 auf einen Spiegel 56 um, welcher seinerseits das Licht längs des Lichtweges 78 in das Zielgebit C führt, wo eine dritte Perforierung 80 ausgebildet wird.

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Bei der weiteren Drehung der scheibenförmigen Elemente 12 und 14 gelangen diese schliesslich in die vierte Winkelposition, in welcher der eintretende Lichtstrahl vom Spiegel auf das vierte Segment des Satzes gerichtet wird. Dieses vierte Segment 35 des Zerhackerringes 26 ist reflektierend und lenkt den Lichtstrahl längs des Lichtweges 74 um. Er tritt dann durch das vierte Segment 47 im Zerhackerring hindurch, welches durchbrochen ist. Der Lichtstrahl läuft damit längs des Lichtweges 82 in das Zielgebiet D und erzeugt dort eine Perforierung 84.

Die Drehung der scheibenförmigen Elemente 12 und 14 über einen Winkelbereich, der der winkelmässigen Erstreckung eines Segmentsatzes entspricht, erzeugt eine Abtastbewegung des Lichtstrahles 20, wobei Lichtimpulse in verschiedenen Zielgebieten A,B,C und D erzeugt werden, die in das flächenförmige Gebilde Perforierungen 68,72,80 und 84 einbringen. Diese Perforierungen werden nacheinander erzeugt und entsprechen einer Abtastbewegung des Lichtstrahles, die quer über das Flächengebilde 24 verläuft. Eine kontinuierliche Drehung der scheibenförmigen Elemente 12 und 14 führt zu einer Wiederholung der Abtastbewegung, wobei eine zweite quer verlaufende Perforierungsreihe auf dem Flächengebilde erzeugt wird. Der Abstand dieser zweiten Reihe von der ersten ist abhängig von der Lineargeschwindigkeit des Flächengebildes 24 in Längsrichtung. Das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit des Flächengebildes und der Drehgeschwindigkeit des Zerhackers 10 sowie der Winkel des Flächengebildes gegenüber der durch die Lichtwege 66,70,78 und 82 aufgespannten Ebene

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bestimmen den genauen Winkel der quer verlaufenden Perforierungsreihe relativ zur Kante des Flächengebildes. Um gleichmassige und kontrollierbare Ergebnisse zu erhalten, wird der Antrieb für das Flächengebilde 24 vorzugsweise entweder elektrisch oder mechanisch mittels in der Zeichnung nicht dargestellter Mittel mit dem Antrieb 18 der Welle 16 synchronisiert. Eine solche Synchronisierung kann mittels konventioneller Motorantriebe erfolgen und muss hier nicht detailliert beschrieben werden.

Die besondere Anordnung von durchbrochenen und reflektierenden Segmenten in jedem Segmentsatz demonstriert nur das Prinzip der Erfindung. In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird eine Folgeabtastung der Zielgebiete A bis D erreicht. Wenn man jedoch die Folge der reflektierenden und nicht-reflektierenden Segmente umordnet, d.h. wenn man die Codierung jeder Segmentgruppe ändert, dann kann man das Abtastmuster variieren, so dass der Lichtstrahl in jeder gewünschten Folge auf die Zielgebiete auftrifft. Das Abtastmuster kann für jeden Segmentsatz längs des Umfanges jedes scheibenförmigen Elementes wiederholt werden, falls es gewünscht wird, kann jedoch jeder Segmentsatz verschieden aufgebaut sein, wobei sich das Muster dann bei jeder vollen Umdrehung des scheibenförmigen Elements wiederholt.

Mit der Vierergruppencodierung, die anhand der Vorrichtung der Fig. 1 beschrieben worden ist, wird der kontinuierliche Strahl 20 in vier gleiche Ausgangsstrahlen aufgeteilt, wobei jeder dieser Strahlen eine Einschaltzeit hat, die einem Viertel

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eines kompletten Abtastzyklus entspricht. Das Licht läuft während der Hälfte der Zeit längs der Lichtwege 60 und 62 zum äusseren Zerhackerring 28 und die Hälfte der Zeit längs des Lichtweges 74 zum Zerhackerring 30, wobei ihn jeder der Zerhackerringe 28 und 30 wieder unterteilt, so dass insgesamt vier Ausgangsstrahlen entstehen. Die für einen vollständigen Abtastzyklus benötigte Zeit hängt von dem Winkel ab, den die vier Segmente eines Segmentsatzes überstreichen und von der Winkelgeschwindigkeit/der scheibenförmigen Elemente. Wenn alle Segmente gleich gross sind, dann hat jeder Ausgangsstrahl oder jeder Ausgangsimpuls ein Verhältnis von 1:4 zwischen Einschalt- und Ausschaltzeit. Die Vorrichtung ist jedoch nicht auf dieses Verhältnis beschränkt; Bei einer geeigneten Geometrie, beispielsweise bei Verwendung von Segmenten mit unterschiedlicher Winkelbreite und beim Vorsehen zusätzlicher Zerhackerringe,kann man eine beliebige Zahl von Ausgangsxmpulsen mit beliebigem Verhältnis zwischen Einschaltzeit und Ausschaltzeit während jedes Abtastzyklus erreichen.

Obwohl die von den Lichtimpulsen erzeugten Perforierungen in den Darstellungen rund gezeigt sind, hängt ihre genaue Form von der Grosse der von den scheibenförmigen Elementen getragenen Segmente, von der Drehgeschwindigkeit des scheibenförmigen Elemente und der Bewegungsrichtung und der Vorschubgeschwindigkeit des Flächengebildes ab. Wenn der Strahl 20 kontinuierlich ist und die Ausgangslichtimpulse jeweils ein Viertel des Abtastzyklus andauern, dann kann eine Im Verhältnis zur Drehgeschwindigkeit des Zerhackers 10 r.elativ geringe

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Vorschubgeschwindigkeit zu länglichen, schlitzförmigen Perforierungen führen.

Die Abtastgeschwindigkeit der Vorrichtung, die der Zeit entspricht, die man zur Herstellung eines einzelnen Satzes von Ausgangsimpulsen benötigt, also zur Erzeugung eines Lichtimpulses in jedem Zielgebiet A bis D, hängt nicht nur von der Drehgeschwindigkeit der Welle 16 ab, sondern auch von der winkelmässigen Ausdehnung der Segmente auf den Zerhackerringen 26,28 und 30. Wenn jedes Segment einen relativ grossen Winkelbereich überdeckt, so dass die Zahl der Segmentsätze verringert wird, die man längs des Ringumfanges anordnen kann, dann wird die Abtastrate bei einer bestimmten Drehgeschwindigkeit herabgesetzt. In ähnlicher Weise ändert eine Heraufsetzung und eine Herabsetzung der Drehgeschwindigkeit der Welle die Abtastrate. Um mechanische Probleme, die mit hohen Drehgeschwindigkeiten verbunden sind, herabzusetzen, kann es wünschenswert sein, die Zahl der Segmentsätze in den Zerhackerringen zu erhöhen, so dass man bei relativ niedrigen Drehgeschwindigkeiten der scheibenförmigen Elemente hohe Abtastraten erzielen kann.

Die Grosse der Perforierungen hängt auch vom Durchmesser des Strahles 20 und von seiner Form ab. Ausserdem hat die Grosse der Streung, die bei den verschiedenen Reflexionen auftritt, einen Einfluss auf die Form der Perforierungen. Um Streueffekte an den Grenzen der Durchbrechungen zu vermeiden, wird vorgeschlagen, die Wandoberflächen, die die Durchbrechungen begrenzen, abgewinkelt auszubilden, wie dies in Fig. 4A dar-

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gestellt ist. In dieser Figur ist ein Segment 39" dargestellt, welches eine Durchbrechung mit einander gegenüberliegenden Wandflächen 86 und 87 aufweist. Diese Wandflächen laufen im spitzen Winkel von der oberen Fläche des Segmentes weg und bilden so eine scharfe Kante an der Fläche, auf die der Lichtstrahl 20 auffällt. Diese scharfe Kante bildet eine scharfe Abschneidlinie für das einfallende Licht, wenn sich das scheibenförmige Element 14 dreht, wodurch die Streuung verringert wird. Man erhält dadurch scharf definierte Perforierungen in dem Flächengebilde 24.

Wenn man weitere Austrittslichtwege benötigt, dann kann man diese entweder dadurch erhalten, dass man weitere Zerhackerringe auf den scheibenförmigen Elementen 12 oder 14 anbringt oder dass man weitere rotierende scheibenförmige Elemente vorsieht, die dann geeignete Zerhackerringe in den richtigen Abständen von der Welle 16 tragen. Um zusätzliche Lichtwege zu schaffen, muss man die Codierung oder Anordnung innerhalb der Zerhackerringe derart ändern, dass die Zahl der Segmente in jedem Segmentsatz der Zahl der Ausgangsstrahlen ist, die pro Abtastzyklus erzeugt werden. Wenn man also sechs Ausgangsstrahlen benötigt, dann besteht jeder Satz aus sechs Segmenten, die winkelmässig angeordnet sind, wie es oben beschrieben wurde, so dass man sechs verschiedene Lichtwege für den Lichtstrahl erhält.

Obwohl dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Zerhacker eine Lichtquelle 22 zugeordnet ist, die den Lichtstrahl gegen die untere Fläche des scheibenförmigen Elementes 12 lenkt, kann

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die Lichtquelle natürlich genausogut derart angeordnet sein, dass sie den Lichtstrahl auf die obere Fläche des scheibenförmigen Elementes lenkt, beispielsweise in Richtung des Pfeiles 2O¹ in Fig. 2. In diesem Falle müsste die reflektierende Fläche der Segmente 34 und 35 auf der Oberseite der scheibenförmigen Elemente angeordnet sein; ausserdem müsste die Codierungsanordnung der reflektierenden und der durchbrochenen Segmente auf den anderen Ringen entsprechend geändert sein. Insgesamt würde die Vorrichtung aber genauso funktionieren, wie es oben beschrieben worden ist.

In den Fig. 5 und 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, welches die oben beschriebene Technik benutzt, welches jedoch eine verschiedene Anordnung der Segmentringe aufweist. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Ringe von einer Vielzahl im Abstand angeordneter, paralleler Scheiben 90 bis 94 getragen, die an einer Welle 96 befestigt sind. Diese ist in geeigneten Lagern drehbar gehalten und über einen geeigneten Motor oder Antriebsmittel 98 drehbar, Die Scheiben 90 bis 95 v/eisen einen zunehmenden Durchmesser auf, so dass die Aussenränder der Scheiben alle in einer Ebene 100 liegen, wenn die Welle 9 6 den beim Betrieb der Vorrichtung gewünschten Winkel einnimmt (Fig. 6). Diese Ebene ist vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, parallel zur Ebene des Flächengebildes 102, auf welches der Lichtstrahl 104 einer Lichtquelle, beispielsweise eines Lasers 106, gerichtet wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Welle 96 unter einem Winkel von 45° gegenüber der Ebene 100 geneigt, die Scheiben 90 bis 95 sind senkrecht zur Welle 96 angeordnet.

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so dass die Oberflächen der Scheiben einen Winkel von 45° mit der Ebene 100 einschliessen. Der eintretende Lichtstrahl lauft parallel zur Ebene 100, und jede der Scheiben trägt an ihrem Aussenrand einen Zerhackerring derart, wie er anhand des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 beschrieben worden ist.

Die Zerhackerringe 108 bis 113 (Fig. 5) sind in eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen, reflektierende Flächen und nicht benötigte Segmente unterteilt, welch letztere entweder offen oder geschlossen sein können. Diese Segmente sind im Aussenbereich der Scheiben in einer codierten Folge angeordnet, so dass sie den Lichtstrahl 104 abwechselnd durchlassen oder reflektieren und ihn dabei längs eines von mehreren zur Verfügung stehenden Lichtwegen führen. Da in diesem Ausführungsbeispiel sechs Ausgangsstrahlen erzeugt werden, benötigt man für einen Abtastzyklus einen Satz von sechs Segmenten. Auf der Scheibe 90 sind dies die Segmente 116 bis 121. Bei der Anordnung dieses Ausführungsbeispieles muss nur ein Segment in jedem Segmentsatz reflektierend sein, die* übrigen sind durchbrochen, so dass der einfallende Lichtstrahl durch die Scheibe hindurchtreten und an einer anderen Scheibe reflektiert werden kann. Beispielsweise kann das Segment 116 reflektierend ausgebildet sein. Der eintretende Lichtstrahl würde in diesem Fall an diesem Segment längs des Lichtweges 122 in ein Zielgebiet E auf dem Flächengebiet 102 geführt und würde dort eine Perforierung 124 erzeugen. Die übrigen Segmente 117 bis 121 auf Scheibe 90 sind durchbrochen. Bei der Drehung der Welle 96 im Uhrzeigersinn ermöglicht jedes dieser Segmente den Durchtritt des Lichtstrahles 104 durch

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die Scheibe. Eine Drehung der Welle über einen Winkel, der der Winkelausdehnung der Segmente 116 bis 121 entspricht, ergibt einen vollständigen Abtastzyklus; danach befindet sich der Strahl wieder in seiner Anfangsposition, wenn das zweite reflektierende Element 116' in den einfallenden Lichtstrahl 104 eintaucht. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, können vier reflektierende Segmente 116, 116', 116" und 116" längs des ümfanges der Scheibe 90 vorgesehen werden, so dass man bei jeder Umdrehung der Welle 96 auf dem Lichtweg 122 vier Lichtimpulse erhält.

Der Zerhackerring 109 auf der Scheibe 91 umfasst eine Anzahl' von Segmenten 126 bis 131, die den Segmenten 116 bis 121 auf der Scheibe 90 entsprechen und gegenüber diesen winkelmässig ausgerichtet sind. Da das Segment 126 gegenüber dem reflektierenden Segment 116 ausgerichtet ist, fällt auf dieses Segment kein Licht von der Lichtquelle 106. Wenn sich jedoch die Welle 96 soweit dreht, dass Licht durch das durchbrochene Segment 1-17 hindurchtreten kann, dann folgt der Lichtstrahl 104 dem Lichtweg 132 und fällt auf das Segment 127. Wenn dieses Segment 127 reflektierend ist, folgt der Lichtstrahl dem Lichtweg 134 in das Zielgebiet F und erzeugt auf dem Flächengebilde 102 eine Perforierung 135. Die übrigen Segmente 128 bis 131 sind durchbrochen und lassen somit den Lichtstrahl während des Restes des Abtastzyklus auf die nächste Scheibe 92 hindurchtreten. Wenn der Lichtstrahl also auf das Segment 118 auf der Scheibe 90 auffällt, tritt es. durch diese hindurch und fällt auf das Segment 128 auf Scheibe 91. Da dieses ebenfalls ein offenes Segment ist, tritt das

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Licht auch durch diese Scheibe hindurch und fällt auf das Segment 138 auf der Scheibe 92. Dieses Segment ist reflektierend und führt den Lichtstrahl längs des Lichtweges 144 in das Zielgebiet G, wo eine Perforierung 145 erzeugt wird. Da die Segmente 136 und 137 kein Licht empfangen, während der Lichtstrahl durch die über ihnen liegenden Segmente 116 und 127 abgefangen wird, können sie je nach Wunsch offen, geschlossen oder reflektierend sein, sie haben auf jeden Fall keinen Einfluss auf die Wirkung der Vorrichtung. Die Segmente 139, 140 und 141 müssen jedoch durchbrochen sein, damit die Vorrichtung richtig arbeiten kann.

Eine weitere Drehung der Welle 96 bringt den Strahl 104 in das Gebiet der Segmente 119, 129 und 139 auf den Scheiben 90, 91 bzw. 92, so dass das Licht bis zur Scheibe 93 hindurchtreten kann. Diese Scheibe trägt Segmente 146 bis 151, die winkelmässig/Sen entsprechenden Segmenten in den darüberliegenden Scheiben ausgerichtet sind. Auf diese Weise trifft der Lichtstrahl auf das Segment 149 auf, das auf seiner Oberseite reflektierend ausgebildet ist und das Licht längs des Lichtweges 154 in das Zielgebiet H auf dem Flächengebilde 102 lenkt, wo eine Perforierung 155 gebildet wird. Die Segmente 150 und 151 auf der Scheibe 93 sind durchbrochen.

Die Scheibe 94 entspricht den darüberliegenden Scheiben und trägt Segmente 156 bis 161. Auch hier ist nur eines der Segmente reflektierend, im vorliegenden Fall das Segment 160. Nur das darauffolgende Segment 161 muss durchbrochen ausgebildet sein, um dem Licht einen Durchtritt auf die letzte

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Scheibe 95 zu ermöglichen. Das Segment 160 lenkt den Lichtstrahl längs des Lichtweges 164 in das Zielgebiet I, wodurch eine Perforierung 165 erzeugt wird. Die Scheibe 95 schliesslich trägt die Segmente 166 bis 171, von denen nur das Segment 171 reflektierend ausgebildet ist, um den Lichtstrahl längs des Lichtweges 174 in das Zielgebiet J zu lenken, wodurch eine Perforierung 175 gebildet v/erden kann. Die Scheibe 9 5 braucht keine einzige Durchgangsöffnung aufzuweisen, da die vor dem Segment 171 liegenden Segmente kein Licht empfangen und das Segment 171 nur zur Reflexion des Lichtes auf das Flächengebilde dient.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, wiederholen sich auch hier die Segmentsätze längs des Umfanges der Scheibe, wobei entsprechende Segmente gegeneinander ausgerichtet sind, so dass die Drehung der Welle 96 dazu führt, dass Ausgangsstrahlen längs der Lichtwege 122,134,144,154,164 und 174 auf das Flächengebilde 102 gelangen und dieses dabei in Querrichtung abtasten. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Durchgangsöffnungen und die reflektierenden Segmente derart angeordnet, dass der Abtastvorgang vom Zielgebiet E zum Zielgebiet J verläuft. Es ist klar, dass hier Variationen möglich sind, beispielsweise durch Änderung des Drehsinns der Welle, durch eine unterschiedliche Codierung der reflektierenden Segmente oder durch andere kleinere Änderungen an der Vorrichtung. Beispielsweise werden mit Hilfe der Vorrichtung der Fig. 6 sechs Ausgangsstrahlen erzeugt. Wenn man jedem Segmentsatz auf jeder der Scheiben 90 bis 95 ein weiteres Segment hinzufügt, kann man einen weiteren Ausgangsstrahl

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erhalten. Alle diese zusätzlichen Segmente wären Durchgangsöffnungen, so dass der Strahl durch alle Scheiben hindurchgehen würde und einen Ausgangsstrahl 104' erzeugen würde. Durch die Vergrösserung der Anzahl der Scheiben auf der Welle 96 und durch eine Umordnung der Segmentsätze in der Weise, dass jeder Satz dieselbe Anzahl von Segmenten umfasst, wie Ausgangsstrahlen gewünscht werden, wobei die Segmente winkelmässig ausgerichtet und in ihrer Codierung komplementär ausgebildet sind, kann man die Eingangsenergie in eine gewünschte Anzahl von Ausgangsimpulsen aufteilen, wobei jeder Ausgangsimpuls die volle Leistung des Eingangsstrahles innerhalb einer proportionalen Zeitdauer erhält. Wenn "n" Austrittslichtwege vorgesehen sind, muss jede Scheibe "n" Segmente innerhalb eines Satzes tragen. Jedes Zielgebiet erhält dann während eines Bruchteils der Abtastperiode Energie, wobei sich dieser Bruchteil durch Multiplikation der Abtastzeitdauer mit 1/n ergibt. Die genaue Dauer jedes Lichtimpulses hängt ausserdem noch von der Grosse der öffnungen und der Drehgeschwindigkeit der Welle 96 ab.

Eine andere Abwandlung des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens ist schematisch anhand der in Fig. 7 dargestellten Vorrichtung erläutert. In dieser Vorrichtung ist eine einzige Scheibe 180 auf einer Antriebswelle 182 gelagert. Die Scheibe trägt eine Vielzahl von Zerhackerringen 184 bis 188, von denen jeder in Sätze von entsprechenden reflektierenden und durchgehenden Segmenten unterteilt ist, die winkelmässig ausgerichtet und so angeordnet sind, dass sie eine bestimmte Anzahl von Lichtwegen erzeugen. In dem dargestellten Aus-

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führungsbeispiel wirken eine Reihe von ortsfesten Spiegeln 190 bis 194 mit den Segmenten zusammen und bilden reflektierende Umlenkelemente für die Lichtwege, wobei verschiedene Spiegel zu verschiedenen Lichtwegen gehören. In diesem Ausführungsbeispiel wird der von einer Lichtquelle 198 kommende Lichtstrahl 196 auf ein reflektierendes Segment 200 auf dem Ring 184 gerichtet und von dort auf einen Spiegel 190 gelenkt. Der Spiegel lenkt seinerseits den Strahl zurück auf das reflektierende Element 202 des Ringes 185 auf der Scheibe. In der speziellen, in der Figur dargestellten Winkelposition der Scheibe 180 läuft der Lichtstrahl weiter längs des Lichtweges, der durch den Spiegel 191, das reflektierende Segment, 204 auf dem Ring 186, den Spiegel 192, das reflektierende Segment 20β auf dem Ring 187, den Spiegel 193, das reflektierende Segment 208 auf dem Ring 188 und schliesslich den Spiegel 194 vorgegeben ist. Der letzte Spiegel 194 richtet den Lichtimpuls in ein Zielgebiet K eines Flächengebildes oder eines anderen Ziels 210.

Die Ausgangsimpulse können durch Drehung der Scheibe 180 in die verschiedenen Zielgebiete L bis P auf dem Ziel 210 gelenkt werden. Durch die Drehung der Scheibe 180 werden andere Segmentkombinationen mit den ortsfesten Spiegeln 190 bis 194 kombiniert, wodurch der reflektierende Lichtweg verändert wird. Der Ausgangsstrahl fällt immer in das Zielgebiet, das der Durchgangscffnung in dem Segmentring zugeordnet ist, welcher sich am dichtesten an der Achse der Scheibe befindet. Die Folge, in welcher die Zielgebiete durch den ■ Lichtstrahl erreicht werden, hängt von der besonderen Codierung

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der Segmente ab, während die Zahl der Ausgangsstrahlen von der Zahl der Segmente in jedem Ring abhängt, wie dies oben bereits erläutert wurde.

In jedem der bisher beschriebenen Zerhackersysteme wird der kontinuierliche Eingangsstrahl zeitlich in eine Vielzahl von Ausgangsstrahlen zerlegt. Dies wird dadurch erreicht, dass der Eingangsstrahl längs einer Vielzahl von verschiedenen Lichtwegen auf ausgewählte Zielgebiete geführt wird. Die zeitliche Aufteilung des Strahles erzeugt in jedem Zielgebiet einen Lichtimpuls mit der vollen Intensität, jedoch mit begrenzter Zeitdauer. Wenn der Eingangsstrahl in "n" Impulse unterteilt wird, dann hat jeder Ausgangsimpuls während einer Zeitdauer eine konstante Intensität, die dem Bruchteil 1/n der gesamten Abtastzyklusdauer entspricht. Wenn also der Zerhacker einen vollen Abtastzyklus über alle Zielgebiete in einer Zeit t durchführt, dann erhält jedes Zielgebiet die volle Intensität der Lichtquelle während einer Zeitdauer t/n.

Durch den erfindungsgemässen Zerhacker wird im wesentlichen das gesamte eintretende Licht auf die Zielgebiete gelenkt, obwohl an den Schaltstellen zwischen einem reflektierenden Segment und einem durchgehenden Segment einige Übergangsverluste und einige Streuverluste auftreten werden. Da der Strahldurchmesser endlich ist, kann die Bewegung einer reflektierenden Fläche in den Strahlenweg nicht augenblicklich erfolgen. Man erhält also einen allmählichen Wechsel der Richtung der Lichtimpulse, wodurch der Lichtimpuls einen schrägen Anstieg und einen schrägen Abfall aufweist. Dieser Effekt kann dadurch

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klein gehalten v/erden, dass man die seitlichen Wandbegrenzungen der Durchgangsöffnungen mit scharfen Kanten ausbildet, wie dies in Fig. 4A dargestellt ist, so dass die Übergangszeit so kurz wie möglich wird. Dadurch erreicht man einen schnellen Wechsel der Strahlintensität, die wiederum zur Herstellung gut definierter Perforierungen führt. Die entsprechenden Segmente auf verschiedenen Zerhackerringen sollten winkelmässig mit grosser Präzision ausgerichtet sein, so dass man scharfe Übergänge in den Lichtwegen erhält und eine maximale Energieübertragung in die Zielgebiete.

Wenn man die "n"-Verhältnisse der Strahlenimpulse, die durch den Zerhacker erzeugt werden, ändern will, dann kann man für jede Scheibe eine radial orientierte Maske oder einen Lichtabsorber verwenden. Dieser Absorber kann über Teile der reflektierenden Flächen oder der durchgehenden Flächen gelegt werden, so dass die längs verschiedener Lichtwege erzeugten Impulse zeitlich verkürzt werden. Ein solcher Absorber sollte jedoch nur dann eingesetzt werden, wenn man die "n"-Verhältnisse um einen kleinen Betrag ändern will. Eine solche Anordnung ist wenig günstig, wenn man grosse Änderungen der "n"-Werte xvünscht, da dann die Energie durch die Absorption verlorengeht. Wenn eine grosse Änderung der "n"-Werte gewünscht wird, sollten die Scheiben selbst geändert werden, sei es hinsichtlich der Grosse der Segmente in den Zerhackerringen, der Drehgeschwindigkeit der Scheiben, der linearen Vorschubgeschwindigkeit des Flächengebildes oder dergleichen. Die Verwendung einer Maske oder eines Absorbers hat jedoch den Vorteil, dass man kleine zeitliche Änderungen der Impulsdauer erhält.

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Obwohl Abwandlungen möglich sind, ist normalerweise die Zahl der austretenden Impulse, die man mit Hilfe der beschriebenen Zerhackersysteme erzeugen kann, um Eins grosser als die Zahl der Segmentringe. Wenn also y Segmentringe vorgesehen sind, kann man y+1 Ausgangsimpulse erhalten. In Fig. 2 erzeugen beispielsweise drei Ringe vier Impulse, in Fig» 6 sechs Ringe sieben Impulse und in Fig. 7 fünf Ringe sechs Impulse,

Obwohl im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein System angegeben wird, welches ohne Energieverlust einen Lichtstrahl in eine Vielzahl von Teilstrahlen unterteilt, kann man natürlich die erhaltenen Impulse selbst auch noch durch einen konventionellen Strahlenteiler leiten, um die Energie des Strahles weiterhin aufzuspalten. Eine solche Anordnung ist in Fig. 8 dargestellt, in xvelcher eine Vielzahl von teilweise reflektierenden Spiegeln 212 bis 219 so angeordnet sind_? dass sie einen Lichtimpuls in Form eines Lichtstrahles 220 in sieben Teile zerlegen. Wie es bekannt ist, können die teilxieise reflektierenden Spiegel einen bestimmten Anteil der einfallenden Energie reflektieren und die restliche Energie durchlassen. Der eintretende Strahl 220 wird also längs des Weges 222 teilweise reflektiert, wobei der Rest der Strahlenergie längs des Weges 224 durch den Spiegel 212 hindurchtritt. Das längs des Weges 222 geführte Licht wird in gleicher Weise durch die Spiegel 213,214 und 215 nacheinander teilweise abgelenkt, wobei Licht, welches durch den Spiegel 215 tritt, durch den Spiegel 216 abgelenkt wird. Auf diese Weise werden Lichtimpulse längs der Wege 226 bis 229 erzeugt. In ähnlicher

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Weise wird das längs des Weges 224 geführte Licht durch die Spiegel 217 und 218 teilweise abgelenkt und teilweise hindurchgelassen, wobei das durch den Spiegel 218 hindurchtretende Licht durch einen Spiegel 219 abgelenkt wird. Auf diese Weise werden Lichtwege 230 bis 232 erzeugt. Der Lichtstrahl 220 wird also in die entsprechenden Lichtwege 226 bis 232 geführt und die sich ergebenden, gleichzeitigen Ausgangsimpulse v/erden dann durch geeignete, nicht dargestellte optische Linsen geleitet, um Arbeit zu leisten, beispielsweise um ein Papier oder andere Materialien in Form eines Blattes oder Flächengebildes zu perforieren. In dieser Anordnung kann die Positionierung der Perforierungen, der Löcher oder Schlitze in dem Flächengebilde 234 sowohl durch das optische System als auch durch die Impulsfolgefrequenz des Zerhackers und die Lineargeschwindigkeit des Flächengebildes gesteuert werdenο Wieder kann man durch Synchronisierung der Zerhackerfrequenz und der Vorschubgeschwindigkeit des Flächengebildes konstante Perforationsabstände erzielen.

Bei einer bevorzugten Anwendung der vorliegenden Erfindung besteht das flächige Material, das durch einen intermittierenden Laserstrahlimpuls perforiert wird, aus einem Papier, welches in der Spitze einer Zigarette Vervrendung findet. Das perforierte Papier wird verwendet, um einen Filterpfropfen mit einer Tabakstange zu verbinden und so eine Zigarette herzustellen. Das Flächengebilde ist so breit, dass mehrere Streifen nebeneinander liegen. Diese Streifen werden durch einen Längsschnitt, der sich längs des Flächengebildes erstreckt, auseinandergeschnitten. Jeder Streifen umfasst eine

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Löcherlängsreihe und es ist daher äusserst wichtig, dass die Löcher sauber ausgebildet und im gleichen Abstand angeordnet sind.

Vorstehend ist ein neues und neuartiges Rotationszerhackersystem beschrieben worden, mit welchem ein kontinuierlicher Laserstrahl in eine Vielzahl von die volle Intensität aufweisenden, kurzen Impulsen zerlegt werden kann, die man verwenden kann, um in ausgewählten Zielgebieten in einer definierten und vorgegebenen Folge Perforationen anzubringen. Die vorbeschriebenen Vorrichtungen stellen nur bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dar; durch diese Beispiele soll der Grundgedanke der Erfindung nicht beschränkt werden. Es sind vielmehr verschiedene Abwandlungen denkbar, die ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegen.

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Claims

DR.-ING. DIPL.-ING. M. SC. DIPL.-f'HYsi. OR. DlP'-.-PMYS. HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART A 42 824 b Anmelder: R.J.Reynolds Tobacco Co. u - 163 Winston Salem N.C. 27102 27.Juni 1978 USA Patentansprüche :

1. Rotierende, optische Zerhackervorrichtung zur Unterteilung eines im wesentlichen kontinuierlichen Lichtstrahls in eine Vielzahl von diskreten Lichtimpulsen und zur wiederholten Führung der Lichtimpulse über eine Anzahl von Zielgebieten, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zerhackerringe (26,28,30; 108 bis 113; 184 bis 188) mit jeweils mindestens einem Segmentsatz (32 bis 35, 38 bis 41, 44 bis 47; 116 bis 121, 126 bis 131, 136 bis 141, 146 bis 151, 156 bis 161, 166 bis 171; 200, 202, 204, 206, 208) vorgesehen sind, dass die Segmentsätze verschiedener Zerhackerringe winkelmässig gegeneinander ausgerichtet sind und jeweils in komplementär codierter Folge reflektierende und lichtdurchlässige Segmente aufweisen, dass optische Mittel (22,50; 106; 198) vorgesehen sind, mit denen ein Lichtstrahl auf einen Zerhackerring gerichtet wird, von dem er je nach Winkelstellung des Zerhackerringes entweder reflektiert oder hindurchgelassen wird, dass mindestens einer der dabei erzeugten Lichtstrahlen zur weiteren Unterteilung auf einen weiteren Zerhackerring gerichtet ist und dass die Zerhackerringe synchron und konzentrisch rotieren, so dass die Segmente der Zerhackerringe nacheinander in den Weg des Lichtstrahles gelangen.

2. .Zerhackervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (32 bis 35, 38 bis 41, 44

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bis 47; 116 bis 121, 126 bis 131, 136 bis 141, 146 bis 151, 156 bis 161, 166 bis 171; 200, 202, 204, 206, 208) in den Segmentsätzen derart angeordnet sind, dass der Lichtstrahl beim Drehen der Zerhackerringe (26,28,30; 108 bis 113; 184 bis 188) nacheinander verschiedene Lichtv/ege (60,62,64,66; 6O,62,7O;74,76,87; 74,82; 122, 134,144,154,164,174) durchläuft, so dass er in eine Anzahl von diskreten Lichtimpulsen zerlegt wird, die im wesentlichen dieselbe Intensität haben wie der in die Zerhackervorrichtung eintretende Lichtstrahl.

3. Zerhackervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Segmentsatz η Segmente (32 bis 35, 38 bis 41, 44 bis 47; 116 bis 121, 126 bis 131, 136 bis 141, 146 bis 151, 156 bis 161, 166 bis 171; 200, 202, 204, 206, 208) umfasst und dass die verschiedenartigen Segmente in den verschiedenen Zerhackerringen (26,28,30; 108, 109, 110, 111, 112, 113; 184, 185,186,187,188) so komplementär angeordnet sind, dass η verschiedene Lichtwege (60,62,64,66; 60,62,70; 74,76,78;74,82; 122,134,144,154,164,174) entstehen.

4. Zerhackervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass n-1 Zerhackerringe (26,28,30;108 bis 113; 184 bis 188) vorgesehen sind.

5. Zerhackervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Anzahl von konzentrischen, im Abstand zueinander angeordneten

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Scheiben (12,14; 90 bis 95) aufweist, von denen jede mindestens einen Zerhackerring (26,28,30; 108 bis 113) trägt.

6. Zerhackervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Zerhackerringen (26,28,30; 184 bis 188) ortsfeste optische Umlenkmittel (52,54,56; 190 bis 194) zugeordnet sind, welche die von den Zerhackerringen reflektierten und/ oder durchgelassenen Strahlen auf das entsprechende Zielgebiet (A,B,C,D; K,L,M,N,0,P) bzw. auf einen weiteren Zerhackerring (28; 185 bis 188) richten.

7. Zerhackervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zerhackerring (108 bis 113) den von ihm reflektierten Teil des Lichtes auf ein bestimmtes Zielgebiet (E,F,G,H,I,J) richtet.

8. Zerhackervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie η Scheiben (90 bis 95) aufweist und dass jede Scheibe einen Zerhackerring (108 bis 113) trägt.

9. Zerhackervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Scheiben

(12) zwei konzentrische Zerhackerringe (26,28J. trägt.

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10. Zerhackervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Scheibe (12) mit zwei konzentrischen Zerhackerringen (26,28) und eine Scheibe (14) mit einem Zerhackerring (30) aufweist, dass der eintretende Lichtstrahl auf den inneren Zerhackerring (26) der ersten Scheibe (12) gerichtet ist, dass das von diesem reflektierte Licht über einen ortsfesten Spiegel

(52) auf den äusseren Zerhackerring (28) der ersten Scheibe (12) und das durchgelassene Licht auf den Zerhackerring (30) der zv/eiten Scheibe (14) gerichtet ist und dass die von dem äusseren Zerhackerring (28) der ersten Scheibe (12) und vom Zerhackerring (30) der zweiten Scheibe (14) erzeugten Lichtimpulse gegebenenfalls über ortsfeste Spiegel (54,56) in verschiedene Zielgebiete (A,B,C,D,) gerichtet sind.

11. Zerhackervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Segmentsatz vier Segmente (32 bis 35; 38 bis 41; 44 bis 47) umfasst.

12. Zerhackervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine drehbare Scheibe

(180) aufweist, die eine Vielzahl von konzentrischen Zerhackerringen (184 bis 188) trägt, und dass ortsfeste optische Umlenkmittel (190 bis 194) vorgesehen sind, die das von einem Zerhackerring reflektierte oder das von ihm durchgelassene Licht auf einen benachbarten Zerhackerring lenken.

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13. Zerhackervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zerhackerring (26,28,30; 108 bis 113; 184 bis 188) mindestens zwei Segmentsätze enthält.

14. Zerhackervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Segmente (32 bis 35, 38 bis 41, 44 bis 47; 116 bis 121, 126 bis 131, 136 bis 141, 146 bis 151, 156 bis 161, 166 bis 171; 200, 202, 204, 206, 208) die gleiche Winkelausdehnung aufweisen, so dass sich die Dauer eines Lichtimpulses bei η Segmenten pro Segmentsatz und bei einer Durchlaufzeit t pro Segmentsatz zu t/n ergibt.

15. Zerhackervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Segmentsatz mindestens ein reflektierendes und mindestens ein lichtdurchlässiges Segment aufweist und dass gegebenenfalls vorhandene, nie in den Lichtv/eg gelangende Segmente wahlweise reflektierend, absorbierend oder durchlässig ausgebildet sind.

16. Verwendung der Zerhackervorrichtung der Ansprüche 1 bis 15 zur sequentiellen Beaufschlagung verschiedener Zielgebiete auf einem Flächengebilde mit Lichtimpulsen.

17. Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehgeschwindigkeit der Zerhackervorrichtung mit einer linearen Vorschubgeschwindigkeit des Flächen-

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gebildes synchronisiert ist, so dass die Lichtimpulse nacheinander in Zielgebiete fallen, die in nebeneinanderliegenden, im wesentlichen quer zur Vorschubrichtung verlaufenden Reihen liegen.

18. Verwendung nach den Ansprüchen 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle ein Laser ist, dessen Intensität so gewählt ist, dass die Lichtimpulse beim Auftreffen auf das Flächengebilde dieses perforieren.

19. Verwendung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde aus Papier besteht.

20. Verwendung nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das perforierte Flächengebilde zur Herstellung von Zigaretten benutzt wird.

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