DE1223595B

DE1223595B - Abtaster fuer Zeichenerkennungsvorrichtungen

Info

Publication number: DE1223595B
Application number: DEJ23654A
Authority: DE
Inventors: Robert Cassius Treseder; Peter Betts
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1962-05-07
Filing date: 1963-05-04
Publication date: 1966-08-25
Also published as: US3235660A; GB1036094A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Deutsche Kl.:

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Nummer: 1223 595 \7?" β.4'36&^Ρ;

Aktenzeichen: J23654IXc/43*a*

Anmeldetag: 4. Mai 1963

Auslegetag: 25. August 1966

Durch die USA.-Patentschriften 3 011152 und 3 012 233 sind bereits Abtaster für das Erkennen von mit magnetischer Tinte geschriebenen oder gedruckten Zeichen, bei denen das Papier mit den magnetisierten Zeichen in einem schalenförmigen Führungskörper in Längsrichtung bewegt wird, bekannt. Bei der Anordnung nach der USA.-Patentschrift 3 011152 sind zur Abtastung auf den Umfang einer der Schalenform angepaßten rotierenden Scheibe mehrere Magnetköpfe vorgesehen, die die magnetisierten Zeichen abtasten. Bei der Anordnung gemäß der USA.-Patentschrift 3 012 233 ist ebenfalls eine rotierende Scheibe vorgesehen, auf deren Umfang sich mehrere Luftspalte befinden. Ein E-förmiger feststehender Magnetkern, an dessen äußeren Schenkeln Gleichstromerregerwicklungen vorgesehen sind, erzeugt elektrische Flüsse in den durch die Luftspalte gebildeten magnetischen Elementen. Der mittlere Schenkel trägt eine Abtastwicklung, in der Spannungen induziert werden, wenn der Umfang der Scheibe über die Zeichen hinwegbewegt wird. Beide Abtaster sind nur für das Abtasten magnetisierter Zeichen geeignet. Die wesentlich schwierigere Aufgabe der optischen Abtastung durch auf einer rotierenden Scheibe angeordneten optischen Abtasteinrichtungen ist vor der Erfindung noch nicht gelöst worden, weil die lichtstromwandelnden Elemente wegen ihres verglichen mit magnetstromwandelnden Elementen größeren Gewichts nicht einfach auf einer rotierenden Scheibe angeordnet werden können.

In der deutschen Patentschrift 1093 599 ist eine optische Abführvorrichtung, insbesondere für Lochkarten, beschrieben. Hier wird zur Ablenkung eines Lichtstrahles ein Drehspiegel verwendet, jedoch wird diese Lichtstrahlablenkung nur vollzogen, um die konstante Bewegung des Aufzeichnungsträgers zu kompensieren. Eine rasterförmige Abtastung wird durch die Anordnung gemäß der deutschen Patentschrift 1093 599 nicht bewirkt.

In dem Aufsatz »Fiber Optics Yields A New Scanner Concept« veröffentlicht in der Zeitschrift »Control Engineering«, Dezember 1961, S. 101 bis 104, ist die Anwendung einer Fiberoptik zur geometrischen Umwandlung einer zeilen- und spaltenförmigen Bildanordnung in eine kreisförmige An-Ordnung beschrieben. Bei dieser bekannten Anordnung dient die Fiberoptik dazu, mit Hilfe einer rotierenden Scheibe mit einem Schlitz die von $&n einzelnen Lichtleitern übertragenen Helligkeitswerte nacheinander abzutasten. Bei dieser bekannten An-Ordnung ist eine sehr große Zahl von Lichtleitern erforderlich, da von jedem zu erfassenden Flächen-Abtaster für Zeichenerkennungsvorrichtungen

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk,N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,

Böblingen, Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

Robert Cassius Treseder,

Peter Betts, San Jose, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 7. Mai 1962 (201225) - -

element des ganzen Bildfeldes ein Lichtleiter ausgehen muß.

Zweck der Erfindung ist es, einen optischen Abtaster zu schaffen, der neben einer hohen Abtastgeschwindigkeit eine hohe Auflösung hat und relativ einfach und billig ist.

Die Erfindung betrifft einen Abtaster für Zeichenerkennungsvorrichtungen, bei dem die Aufzeichnungsträger in einem schalenförmigen Führungskörper in Richtung der Rotationsachse einer kreisförmigen Trägerscheibe für die Abtastelemente zur zeilenweisen Abtastung geführt sind.

Eine erste Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an der Trägerscheibe angeordnete Lichtquellen und Linsensysteme einem etwa senkrecht zur Transportrichtung des Aufzeichnungsträgers bewegten Lichtpunkt erzeugen, dessen vom Aufzeichnungsträger reflektiertes Licht ein stationär angeordnetes Lichtleiterbündel in der Höhe der Rotationsachse der Trägerscheibe zur Weiterleitung an mehrere lichtelektrische Wandler auffängt.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in der rotierenden Trägerscheibe Lichtleitergruppen angeordnet sind, die das vom Aufzeichnungsträger reflektierte Licht über ein in bezug auf die Trägerscheibe mit halber Drehzahl rotierendes Wendeprisma auf stationär angeordnete Lichtleiter zur Weiterleitung an lichtelektrische Wandler überträgt.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand der Beschreibung und den nachfolgend aufgeführten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

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3 4

F i g. 1 eine Übersichtsskizze der optischen Abtast- Lampe 19 auf den abzutastenden Bereich des Doku-

einrichtang, . ments. Auf der optischen Achse des Linsenpaares 17

Fig. 2 weitere Einzelheiten der Abtasteinrichtung, und 18, die sich in Abtastzuordnung zu dem Doku-

F i g. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel der Er- ment 4 und etwa in der Mitte der Trägerscheibe 8 befindung mit einem drehbaren Umlenkprisma, 5 finden, liegen außerdem die Enden mehrerer Licht-

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung der Licht- leiter 21, bei denen es sich z. B. um Lichtfasern han-

faser-Abtastanordnung des Ausführungsbeispieles ge- dein kann. Jeder Lichtfaser 21 ist eine Photozelle .10

maß F i g. 3, zugeordnet.

F i g. 5 eine vergrößerte Darstellung des bei dem Im Betriebszustand wird das abzutastende Doku-

Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 verwendeten io ment 4 an der Trägerscheibe 8 vorbei durch den in

Lichtfaser-Summierungsverfahrens, Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Transport-

Fig. 6 eine Abwandlung des drehbaren optischen mechanismus bewegt. Während das Dokument4 an

Trägerelements gemäß Fig. 3. der Trägerscheibe 8 vorbeiläuft, wird es durch die

Ein abzutastendes Dokument wird auf einen Dokumentführung 6 so gebogen, daß bei der Be-

Transportteller gelegt und durch Transportwalzen in 15 wegung jedes Lichtlinsensystems über das Dokument

eine gebogene Dokumentführung eingeführt. Auf der auf die Lichtfaserenden fokussierte Bereich des

einer umlaufenden Trägerscheibe befinden sich sechs Dokuments gleich ist. Außerdem sind die einzelnen

optische Abtastvorrichtungen, damit in jedem Um- Lampen-, Sammellinsen- und Objektivlinsengruppen

lauf sechs optische Abtastvorgänge stattfinden kön- einander gleich, so daß die Größe und Stärke der

nen. Das vom Dokument reflektierte Licht wird 2° abtastenden Lichtpunkte einander ebenfalls gleichen,

einem öptoelektrischen Wandler, z. B. einem Sekun- Wenn sich die Trägerscheibe 8 im Uhrzeigersinne

därelektronenvervielfacher zugeführt, der ein elek- dreht, bewegt sich ein Lichtpunkt von rechts nach

irisches Ausgangssignal erzeugt, welches den ge- links über das Dokument 4 in einer Abtastbewegung,

druckten Text des in Abtastung begriffenen Doku- die etwa parallel zu den Druckzeilen verläuft. Wäh-

ments bei dessen Vorbeigang an dem rotierenden 25 rend sich der Lichtpunkt über das Dokument bewegt,

optischen Träger darstellt. wird das reflektierte Licht durch die Aufzeichnung

Fig. 1 zeigt einen Tisch 1 mit Transportrollen2 moduliert und mittels der Objektivlinsen 17 und 18 und 3, die ein Dokument 4 in einen gebogenen Form- auf die Enden der Gruppe von Lichtfasern 21 fokuskörper 5 und von dort in die gebogene Dokument- siert. Die Lichtfasern 21 nehmen Licht über einen führung 6 transportieren. Nicht in F i g. 1 gezeigt sind 3<> Winkel von 60° hinweg auf und eignen sich daher weitere Transportrollen, welche die abzutastenden für die Abtastung der ganzen Breite einer Doku-Dokumente vollständig durch die Dokumentführung mentenseite. Da jede der Lichtfasern 21 in jedem hindurch und durch den Ausgangsschlitz 7 nach Augenblick einen Teil des Dokuments sieht, der in außen transportieren. Aus Fig. 1 geht hervor, daß dem betreffenden Augenblick auf der optischen ein Dokument 4, das in die Rollen 2 und 3 hinein- 35 Achse des Objektivlinsensystems 17 und 18 liegt, bewegt wird, in dem Formkörper S eine gebogene stellt der jeweilige Ausgangsimpuls jeder Photozelle Form erhält, um in die Dokumentführung 6 hinein- 10 den von der zugeordneten Lichtfaser erfaßten zugelangen. Der Lauf eines Dokuments 4 durch die Aufzeichnungsteil dar. Auf diese Weise erzeugen Dokumentführung 6 erfolgt parallel zur Drehachse während der Abtastung des Dokuments 4 durch die der Trägerscheibe 8. Außerdem ist der von dem Do- 40 Trägerscheibe 8 die Photozellen 10 einen elektrischen kument bei seinem Durchlauf durch die Dokument- Ausgangsimpuls, der den gedruckten Inhalt des Teils führung 6 gebildete Bogen konzentrisch mit dem des Dokuments, der gerade abgetastet wird, darstellt. Bogen, den die optischen Abtastvorrichtungen (nicht Das elektrische Analogausgangssignal jedes der gezeigt) beschreiben, wenn die Trägerscheibe 8 um- Photozellen 10 kann parallel oder serienmäßig abläuft. 45 genommen werden.

Die Trägerscheibe 8 wird über die Welle 13 durch Um eine hohe Auflösung sowie ein ein Zeichen

den Motor 12 angetrieben. darstellendes Signal durch nur einen Abtastvorgang

In jedem der sechs sich über 60° erstreckenden zu erhalten, wird der auf das Dokument kondensierte optischen Abtastabschnitte, die durch die gestrichel- Lichtpunkt etwas größer als das größte abzutastende ten Linien auf der Trägerscheibe 8 abgegrenzt sind, 50 Zeichen gemacht, und die Zeichenerkennung erst ist eine optische Abtastvorrichtung enthalten, z. B. dann eingeleitet, wenn das abzutastende Zeichen ein Linsensystem, das über die optische Leitung 9 vollständig im Abtastbereich liegt. Das kann man mit einem öptoelektrischen Wandler 10 verbunden z. B. erreichen durch Überwachen des Lichtausgangs ist. Das optische Ausgangssignal der Trägerscheibe 8 der Randlichtfasern, die, wenn das abzutastende wird in dem Wandler 10 in ein elektrisches Signal 55 Zeichen vollständig im derzeitigen Abtastbereich umgewandelt. liegt, einen durch Druck nicht modulierten maxiin Fig. 2 ist das bevorzugte Ausführungsbeispiel malen Lichtausgang haben, da die Enden der Lichtder Erfindung in weiteren Einzelheiten dargestellt. fasern 21 in einer einzigen dichtgedrängten Reihe an-Die Welle 13, auf der die Trägerscheibe 8 angeordnet geordnet sind, die etwa parallel zur Drehachse der ist, wird über einen Riementrieb 14, 15, 16 von dem 60 Trägerscheibe 8 verläuft. Die Reihe der Lichtfasern Motor 12 angetrieben. muß natürlich lang genug sein, um den von den

Die Trägerscheibe 8 ist in sechs Abschnitte unter- Objektivlinsen 17 und 18 gebildeten Lichtpunkt aufteilt, die durch die optische Achse der sechs Gruppen zunehmen, damit ein ganzes Zeichen abgefühlt von Objektivlinsen 17 und 18 auf der Trägerscheibe 8 werden kann.

definiert werden. Jedem Objektivlinsenpaar 17 und 65 In der Praxis hat sich ergeben, daß ein nach der

18 ist eine Glühlampe 19 und eine Sammellinse 20 hier' beschriebenen Erfindung aufgebautes System,

zugeordnet, die ebenfalls auf der Trägerscheibe 8 an- das ein Bündel von 25 Lichtfasern und eine mit einer

geordnet sind. Die Sammellinse 20 fokussiert die Geschwindigkeit von 600 Umdr./min umlaufende

stationär. Jeder Lichtfaser 37 ist also ein bestimmter Ausgangspunkt 31 zugeordnet und damit auch ein bestimmter Punkt in den Lichtfasergruppen. Wie schon in Verbindung mit F i g. 2 erläutert worden ist, 5 können die von den Photozellen 10 gelieferten Signale entweder parallel oder serienmäßig abgenommen werden.

In F i g. 6 ist dargestellt, wie die Trägerscheibe 8 gemäß F i g. 3 abgeändert werden kann, daß sich eine

Trägerscheibe mit sechs Abschnitten verwendet, einen Punkt von 0,05 mm Größe bei Dokumenttransportgeschwindigkeiten von 25 cm/sec auflöst.

Fig. 3 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Dokumenttransportvorrichtung 6 gleicht in ihrer Wirkungsweise der von F i g. 1. Der Antrieb der Welle 13, an der die Trägerscheibe 8 angebracht ist, wird durch Zahnräder 22 und 23 und Motor 12 bewirkt. Ein fest an der Welle

13 angebrachtes Zahnrad 24 treibt das Zahnrad 25 io höhere Auflösung ergibt. Eine Linse 38 ist mit jeder im Übersetzungsverhältnis 1: 2 an. der Reihen 26, 27 und 28 der Lichtfasergruppen op-

Drei Gruppen von Lichtfasern 26, 27 und 28 tisch ausgerichtet, um das Dokument auf die Lichtenden auf dem Umfang der Trägerscheibe 8. Wie es fasern zu projizieren.

F i g. 4 deutlicher zeigt, sind die Lichtfasergruppen Wie schon erwähnt, werden die Reihen der Licht-

jeweils eng gedrängt in einer Reihe angeordnet, die 15 fasergruppen 26, 27, 28 etwas länger als die Höhe parallel zur Drehachse der Trägerscheibe 8 verläuft. der abzutastenden Zeichen gewählt, damit die Ab-Entsprechende Fasern der drei Lichtfasergruppen tastung in einem einzigen Vorgang erfolgen kann, sind so zusammengeführt, daß ihre Enden je einen Natürlich könnte das Ausführungsbeispiel von

der kreisförmig angeordneten Ausgangspunkte 31 auf F i g. 3 dadurch abgewandelt werden, daß das Wendeeiner Scheibe 30 bilden. Die Scheibe 30 enthält so 20 prisma 35 direkt auf die Scheibe 30 ausgerichtet wird, viele Ausgangspunkte 31, wie Lichtfasern in jeder so daß die Spiegel 32 und 34 und die Linse 33 under Gruppen 26, 27 und 28 enthalten sind. Die Aus- nötig wären. Ebenso kann die Zahl der Lichtleiter gangspunkte haben gleiche Abstände voneinander sowie die Zahl der Abtastabschnitte je nach den Er- und liegen auf einem Kreis mit einem Mittelpunkt auf fordernissen der betreffenden Anwendung gewählt der Drehachse der Trägerscheibe 8. Fig. 5 zeigt, wie 25 werden.

die Ausgangspunkte 31 durch Zusammenführen entsprechender Lichtfasern aus jeder der drei Gruppen gebildet werden.

In Verlängerung der Drehachse der Trägerscheibe 8 befindet sich ein erster Spiegel 32, der so geneigt ist, daß eine Abbildung der Scheibe 30 auf eine Linse 33 reflektiert wird, durch die die Abbildung der Scheibe 30 auf einen zweiten Spiegel 34 fokussiert wird. Der zweite Spiegel 34 ist so geneigt, daß das Drehzentrum der Abbildung der Scheibe 30 auf die Drehachse einer Fläche eines Wendeprismas

35 fällt, das im Zahnrad 25 gelagert ist. Die optische Achse der Linse 36 liegt auf der Drehachse des Wendeprismas 35. Die Linse 36 bildet die andere Fläche des Wendeprismas 35 auf mehreren Lichtleitern 37 ab, die kreisförmig so angeordnet sind, daß der Mittelpunkt auf der optischen Achse der Linse

36 liegt. Die Lichtleiter 37 sind in der gleichen Teilung angeordnet wie die Ausgangspunkte 31 auf der Scheibe 30. Jeder Lichtleiter 37 ist an eine zugeordnete Photozelle 10 angeschlossen.

Die Welle 13 wird über die Zahnräder 22 und 23 durch den Motor 12 angetrieben. Wegen der Übersetzung der Zahnräder 24 und 25 laufen das Zahnrad 24 und die Trägerscheibe 8 mit der zweifachen Geschwindigkeit des Zahnrades 25 um, durch welches das Wendeprisma 35 hindurchgeht. Wenn sich die Trägerscheibe 8 im Uhrzeigersinne dreht, tasten die Lichtfasergruppen 26, 27 und 28 auf dem Umfang der Trägerscheibe 8 die Zeilen auf dem Dokument von rechts nach links ab. Jede Lichtfaser tastet einen bestimmten Teil des Dokumentenbereichs ab, der vom Lichtfleck getroffen wird. Während des Umlaufs der Scheibe wird ein moduliertes Lichtsignal durch die Lichtfasern zu den Ausgangspunkten 31 auf der Scheibe 30 übertragen. Der von den Reihen von Lichtfasern gerade abgetastete Streifen wird in eine kreisförmige Anordnung von Ausgangspunkten 31 umgewandelt, die durch die Spiegel 32 und 34 auf die Fläche des Wendeprismas 35 reflektiert wird. Da sich das Wendeprisma 35 mit der halben Drehgeschwindigkeit der Ausgangsscheibe 30 dreht, ist das von der Linse 36 empfangene Bild der Scheibe 30

Claims

Patentansprüche:

1. Abtaster für Zeichenerkennungsvorrichtungen, bei dem die Aufzeichnungsträger in einem schalenförmigen Führungskörper in Richtung der Rotationsachse einer kreisförmigen Trägerscheibe für die Abtastelemente zur zeilenweisen Abtastung geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß an der Trägerscheibe (8) angeordnete Lichtquellen (19) und Linsensysteme (20) einen etwa senkrecht zur Transportrichtung des Aufzeichnungsträgers bewegten Lichtpunkt erzeugen, dessen vom Aufzeichnungsträger reflektiertes Licht ein stationär angeordnetes Lichtleiterbündel (21) in der Höhe der Rotationsachse der Trägerscheibe (8) zur Weiterleitung an mehrere lichtelektrische Wandler (10) auffängt.

2. Abtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerscheibe (8) die Lichtquellen (19) und die zugeordneten Linsensysteme (20) in solcher Anordnung aufweist, daß nach Verlassen des Lichtpunktes des einen Systems der Lichtpunkt des folgenden Systems die Abtastung der nächsten Zeile des Aufzeichnungsträgers übernimmt.

3. Abtaster nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Lichtquelle (19) weitere auf der Trägerscheibe befestigte Linsensysteme (17 und 18) zugeordnet sind, die den vom Lichtpunkt abgetasteten Bereich des Aufzeichnungsträgers auf der Eintrittsfläche des Lichtleiterbündels (21) abbilden.

4. Abtaster für Zeichenerkennungsvorrichtungen, bei dem die Aufzeichnungsträger in einem schalenförmigen Führungskörper in Richtung der Rotationsachse einer kreisförmigen Trägerscheibe für die Abtastelemente zur zeilenweisen Abtastung geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der rotierenden Trägerscheibe (8) Lichtleitergruppen (26, 27, 28) angeordnet sind, die das vom Aufzeichnungsträger (4) reflektierte Licht über ein in bezug auf die Trägerscheibe (8) mit

halber Drehzahl rotierendes Wendeprisma-,(35) auf stationär angeordnete Lichtleiter zur Weiterleitung an lichtelektrische Wandler (10) überträgt.

5. Abtaster nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter jeder Lichtleitergruppe (26, 27, 28) mit ihrem einen Ende in einer Reihe dicht nebeneinander auf der Mantelfläche der Trägerscheibe (8) in Richtung der Rotationsachse angeordnet und mit ihrem anderen Ende auf der einen Seite der Trägerscheibe

(8) auf einem Kreisbogen um die Rotationsachse gleichmäßig verteilt sind, wobei die einander zugeordneten Lichtleiter der verschiedenen Lichtleitergruppen an den auf dem Kreisbogen liegenden Enden jeweils zusammengefaßt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1093 599; USA.-Patentschriften Nr. 3 011152, 3 012233; Control Engineering, Dezember 1961, S. 101 bis 104.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen