DE1774619A1 - Optische Abtasteinrichtung fuer Aufzeichnungstraeger - Google Patents

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Getelhchaft mbH

Böblingen, 26. Juli 1968 sa-sch

Anmelderin:

Amtl. Aktenzeichen:

Aktenz. der Anmelderin:

International Business Machines Corporation, Armonk, N. Y. 10 504

Neuanmeldung

Docket RO 966 004

Optische Abtasteinrichtung für Aufzeichnungsträger

Die Erfindung betrifft eine optische Abtasteinrichtung für Aufzeichnungsträger, bestehend aus einer Lichtquelle und einem mit dieser zusammenwirkenden Photoelement, dessen durch Markierungen des Aufzeichnungsträgers beeinflußter Strom nach Verstärkung und Kombination mit einem Taktimpuls beim Vorliegen einer Markierung ein Ausgangs signal liefert.

Bei bekannten Abtasteinrichtungen dieser Art ist es meist schwierig, ein günstiges Signal-Rausch-Verhältnis zu erzielen, und es sind besondere Maßnahmen erforderlich, um zu erreichen, daß auch geringere und mitunter wechselnde Unterschiede in der Transparenz oder dem Reflexionsvermögen zwischen einer Aufzeichnung in Form einer Lochung oder einer Markierung und dem sie umgebenden Bereich mit Sicherheit erkannt werden. Auch sind die in diesen Einrichtungen verwendeten Lichtquellen dauernd

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in Betrieb. Dadurch bedingt ist eine starke Abnutzung der Lichtquellen und eine unerwünschte Wärmeentwicklung, die sich beispielsweise durch Schwärzungen an den Glaskolben und durch Staubansammlungen störend bemerkbar macht*

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abtasteinrichtung der genannten Art anw zugeben, bei welcher das Signal-Rausch-Verhältnis wesentlich verbessert

ist, und bei der gleichzeitig starke Abnutzungserscheinungen vermieden und störende Erwärmungseffekte beseitigt sind.

Gemäß der Erfindung wird dies erreicht durch ein Photoelement, dessen Schaltverzögerungszeit mit abnehmender Intensität des es beaufschlagenden Lichts zunimmt, und durch eine im Impulsbetrieb arbeitende Lichtquelle, deren Einschaltdauer kürzer ist als die Schaltverzögerungszeit des Photo- £ elements bei geringer Lichtintensität.

Ein besonderer Vorteil wird dabei dadurch erreicht, daß die Lichtquelle durch eine Licht emittierende Galliumarsenid-Diode und das Photoelement durch einen Silizium-Phototransistor gebildet wird. Der besondere Vorteil dieser Kombination von Lichtquelle und Photoelement besteht dabei darin, daß das von der GaAs-Diode emittierte Licht mit einer Wellenlänge von etwa 8000 A gerade im Bereich höchster Empfindlichkeit des Si-Phototransistors liegt.

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In vorteilhafter Weise beträgt die Lichtimpulsdauer der Lichtquelle etwa ein Hundertstel der Verweilzeit einer Markierung des Aufzeichnungsträgers in einer Indexposition. Zum Zwecke einer zweiten Kontrollabtastung können in vorteilhafter Weise im zeitlichen Abstand von etwa einem Zehntel der Verweilzeit der Markierung in der Indexposition zwei Lichtimpulse von je einem Hundertstel der Dauer der Verweilzeit vorgesehen sein.

Eine vorteilhafte Ausfuhrungsform der Erfindung ist so ausgebildet, daß zur Erzeugung der die Lichtimpulse steuernden,elektrischen Impulse monostabile Multivibratoren bestimmter Erregungszeit vorgesehen sind, deren Ausgänge über eine ODER-Schaltung und Treiberschaltungen mit den Licht emittierenden Dioden verbunden sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein mit der Fördereinrichtung des Aufzeichnungsträgers verbundener, optischer Taktgeber vorgesehen ist, durch dessen Impulse die monostabilen Multivibratoren während der Verweilzeit einer Markierung in einer Indexposition erregt werden, und daß die über die ODER-Schaltung zusammengeführten Ausgänge der monostabilen Multivibratoren mit den über Verstärker geleiteten Ausgängen der Photoelemente zur Bildung eines Abtastsignals in UND-Schaltungen kombiniert sind. In vorteilhafter Weise besteht dabei jeder der Photoelementverstärker aus einer Differenzstufe, einer von dieser beeinflußten Emitterfolge stufe und einem nachgeschalteten Schalttransistor.

Die Erfindung wird anhand eines durch die Zeichnungen erläuterten Aus-

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führungsbeispieles beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Abtasteinrichtung in einer zur Abtastung

von Lochkarten geeigneten Ausbildung, in schematischer Darstellung,

Fig. 2 das Schaltbild eines Treibers einer Licht emittierenden Diode,

Fig. 3 das Schaltbild eines Phototransistor-Verstärkers,

Fig. 4 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Schalt -

verzögerungszeit des Phototransistors mit der Lichtintensität, zeigt,

Fig. 5 ein Zeitdiagramm für die Verweilzeit eines gestanzten Loches

in einer Indexstelle und die beiden während dieser Zeit auftretenden Abtastimpulse,

Fig. 6a ein Zeitdiagramm, das die Erregerimpulse für die Licht emittierenden Dioden darstellt,

Fig. 6b ein Zeitdiagramm, das den Ausgangsstrom eines Phototransistors bei der Abtastung einer Lochung zeigt und

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Fig, 6c ein Zeitdiagramm, das den Ausgangs strom des Phototransistors während der Abtastzeit beim Fehlen einer Lochung anzeigt. Der Maßstab des Ausgangsstromes ist dabei gegenüber Fig. 6b stark vergrößert.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungs gemäß en Einrichtung enthält eine Reihe von Lichtquellen 10, deren Anzahl und Abstände ™ den Daten-Indexpositionen der als Aufzeichnungsträger dienenden Lochkarte 15 entsprechen. Auf der anderen Seite der Kartenbahn ist eine entsprechende Anzahl von Phototransistoren 20 angeordnet. Die Lichtquellen 10 bestehen aus Licht emittierenden Galliumarsenid-Dioden. Diese Dioden emittieren Licht in einem engen, einige hundert Angström breiten Band, dessen Mitte bei einer Wellenlänge von ungefähr 9000A liegt. Bei dieser Wellenlänge arbeiten die Silizium-Phototransistoren 20 bei nahezu 90 % ihrer Spitzenempfindlichkeit. Diese spektrale Übereinstimmung bleibt im wesentlichen A konstant, wenn die Temperatur und der Strom in den Licht emittierenden Dioden 10 variieren.

Die Lochkarten 15 werden durch die Transportrollen 25 zwischen den Lichtquellen 10 und den Phototransistoren 20 hindurchgeführt. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Karten mit einer solchen Geschwindigkeit gefördert, daß die Verweilzeit für eine Markierung in einer Indexposition etwa eine Millisekunde beträgt. Synchron mit der Bewegung der

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Karten 15 wird der photoelektrische Taktgeber 30 angetrieben, der durch die Lochscheibe 31, die Lichtquelle 32 und das photoempfindliche Element 33 gebildet wird. Die vom Taktgeber 30 abgegebenen Impulse dienen zur Erzeugung von Impulsen mit je zehn Mikrosekunden Dauer, die in einem Zeitpunkt auftreten, an welchem eine einwandfreie Lochung der Karte bei einer Kartengeschwindigkeit von ungefähr 2, 2 m/sec. mit ihrer Mittellinie etwa 0, 13 mm neben der Mittellinie des Strahlenganges liegt. Das Ausgangs signal des Photoelementes 33 liegt am Verstärker 34, dessen Ausgang den monostabilen Multivibrator 35 steuert. Der vom mono stabilen Multivibrator 35 erzeugte Impuls hat eine Dauer von 10 Mikrosekunden. Der Ausgang des Verstärkers 34 ist ferner mit dem mono stabilen Multivibrator 36 verbunden, dessen Ausgangsimpuls eine Dauer von 100 Mikrosekunden hat. Der Ausgang des Multivibrators 36 ist über den Inverter 37 mit dem monostabilen Multivibrator 38 verbunden. Der vom monostabilen Multivibrator 38 erzeugte Impuls besitzt eine Dauer von 10 Mikrosekunden. Die Ausgänge der Multivibratoren 35 und 38 sind über die ODER-Schaltung 45 mit den Treiberschaltungen 50 verbunden.

Die Lichtquellen 10 werden nur während eines Zeitintervalls eingeschaltet, in welchem Abtastimpulse von der ODER-Schaltung 45 auftreten. Der hauptsächliche Grund für den Impulsbetrieb der Lichtquellen 10 bestellt darin, daß eine wesentliche Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses erzielt wirä. Das Signal-Rausch-Verhältnis kann definiert werden als durch einen Photo-

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transistor 20 fließender Strom bei Abtastung einer Lochung, verglichen mit dem Strom beim Fehlen einer Lochung, d. h. , wenn der Phototransistor 20 von der Lichtquelle 10 durch die Karte 15 abgeschirmt wird. Aus Fig. 4 ist zu ersehen, daß die Schaltverzögerungszeit Vz des Phototransistors wesentlich ansteigt, wenn die Lichtintensität k abnimmt. Diese Erscheinung wird in der Weise ausgenützt, daß die Lichtquellen 10 mit Impulsen beaufschlagt werden, deren Dauer kleiner ist als die Schaltverzögerungszeit der Phototransistoren 20 bei einem Lichtpegel, der dann auftritt, wenn eine Karte 15 den Phototransistor 20 von der Lichtquelle 10 abschirmt. Diese Schaltverzögerungszeit bei niedrigem Lichtpegel beträgt etwa 30 MikroSekunden. Der Strom im Phototransistor 20 erreicht beim Vorliegen einer Lochung ungefähr 930μ,Α während eines Abtastimpulses von 10 MikroSekunden Dauer. Wenn jedoch keine Lochung vorhanden ist, beträgt der durch den Phototransistor 20 fließende Strom nur ungefähr 0, 9 XtA während derselben Abtastzeit. Das ergibt ein Signal-Rausch-Verhältnis von ungefähr 1 030. Zusätzlich zu dem verbesserten Signal-Rausch-Verhältnis wird die Lebensdauer der Lichtquellen 10 wesentlich erhöht, da diese Lichtquellen nur ungefähr während 2 % einer Zykluszeit, d. h. während 20 Mikrosekunden von 1000 Mikrosekunden in Tätigkeit sind.

Die Treiberschaltungen 50 können jeweils eine oder mehrere Lichtquellen versorgen. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel ist für jede Lichtquelle 10 ein Treiber 50 vorgesehen. Die Treiberschaltung 50 ist in Fig. 2 im einzelnen dargestellt. Da die von der Einrichtung erzeugten Abtastimpulse als positive

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Impulse dargestellt sind und zum. Betrieb der Treiberschaltungen 50 negative Impulse erforderlich sind, ist zwischen der dargestellten logischen Schaltung und der Treiberschaltung 50 noch ein Inverter anzuordnen, oder es muß eine negative Impulse erzeugende, logische Schaltung verwendet werden. Der Abtastimpuls schwankt zwischen 0 und -12 Volt. Wenn die Spannung an der Basis des Transistors Tl 0 Volt beträgt, ist der Transistors Tl leitend. Seine Kollektor spannung beträgt dabei etwa 0, 1 Volt, so daß der Transistor T2 gesperrt ist. Beim Auftreten eines Abtastimpulses wechselt die Eingangs-Spannung auf -12 Volt und sperrt den Transistor Tl. Infolgedessen steigt die Kollektor spannung von Tl und macht T2 leitend. Die Licht emittierende Diode 10 liegt im Kollektorkreis von T2 und wird daher erregt, wenn T2 leitend wird. Werden die Licht emittierenden'Dioden 10 mit ungefähr 100 Milliampere betrieben, so ist die Stabilität des Treiber Stroms am günstigsten, wenn die Anzahl der im Kollektorkreis liegenden Dioden 10 vier oder weniger beträgt.

Die Ausgänge der Phototransistoren 20 sind mit Verstärkern 60 verbunden, deren Ausgänge wiederum den logischen UND-Schaltungen 6ji^ puj^führt sind. Die UND-Schaltungen 65 werden durch über die ODER-Schaltung £5 zugeleitete Abtastimpulse vorbereitet. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel werden somit durch die beiden, von den monostabilen Multivibratoren 35 und 38 erzeugten Impulse die Lochungen zur Erhöhung der Betriebssicherheit zweimal abgetastet.

Die Verstärker 60 können die'übliche Bauweise aufweisen. Ein besonders ge-

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eigneter Verstärker ist in Fig. 3 im einzelnen dargestellt. Sein Eingang besteht im wesentlichen aus einer Differentialstufe, die durch die Transistoren T3 und T4 gebildet wird. Die Basis von T4 ist geerdet und das vom Phototransistor 20 kommende Eingangssignal liegt an der Basis von T3. Der Kollektor des Transistors T4 ist mit der Basis des Transistors T5 verbunden. Der Transistor T5 liegt in einer Emitterfolgeschaltung. Sein Emitter ist mit der

Basis des Schalttransistors T6 verbunden, von dessen Kollektor die Ausgangs- ~

Spannung abgenommen wird.

Ist beim Abtasten einer Karte keine Lochung vorhanden, so führt T3 sehr wenig Strom, während der meiste Strom durch den gemeinsamen Emitterwiderständ Rl durch T4 fließt. Unter dieser Bedingung ist das Kollektorpotential von T4 niedrig, und infolgedessen ist auch das Emitterpotential von T5 niedrig. Damit ist der Transistor T6 leitend und sein Ausgang ist annähernd auf Erdpotential. Der Verstärker 60, hat, wie in Fig. 6b dargestellt, einen M

Sfchwellwert von 100 u A, der weit über den Ö.9AA liegt, die wie in Fig. 6c äargestellt, durch das Piiötoelemerit 20 fließen, wenn keine Lochung vorliegt.

Vorliegen einer Lochuhg führt der zugeordnete Phototransistor 20 einen maximalen Ström. intföXgedeBsen fließt durch T3 mehr Strom, was zur Folge Hat, dafl der Transistor T4 weniger Strpm führt. Dadurch steigt dessen >KaBektorpötential und damit auch das Emitterpotential des Transistprs T5, se -c--Ii der Transistor T6 gesperrt wird. Das Kollektorpptential des gesperrten

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Transistors T6 geht dabei auf ungefähr -12 Volt entsprechend der zugeführten Spannung, und damit geht auch die Aus gangs spannung von ungefähr 0 auf -12 Volt. Damit die Schaltung mit der in Fig. 1 dargestellten Anordnung vereinbar wird, ist es auch hier erforderlich, daß die Ausgangsspannung invertiert wird oder daß eine negative logische Schaltung verwendet wird.

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Claims (7)

Patentansprüche

1. Optische Abtasteinrichtung für Aufzeichnungsträger, bestehend aus einer Lichtquelle und einem mit dieser zusammenwirkenden Photoelement, dessen durch Markierungen des Aufzeichnungsträgers beeinflußter Strom nach Verstärkung und Kombination mit einem Taktimpuls beim Vorliegen einer Markierung ein Aus gang s signal liefert, gekennzeichnet durch ein Photoelement (20), dessen Schaltverzöge rungs zeit (Vz) mit abnehmender Intensität (k) des es beaufschlagenden Lichts zunimmt und durch eine im Impulsbetrieb arbeitende Lichtquelle (10), deren Einschaltdauer kürzer ist als die Schaltverzögerungszeit des Photoelements (20) bei geringer Lichtintensität.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (10) durch eine Licht emittierende Galliumarsenid-Diode und das Photoelement (20) durch einen Silizium-Phototransistor gebildet wird.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die Lichtimpulsdauer der Lichtquelle (10) etwa ein Hundertstel der Verweilzeit einer Markierung des Aufzeichnungsträgers (15) in einer Indexposition beträgt.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im zeitlichen Abstand von etwa einem Zehntel der Verweilzeit einer Markierung in einer Indexposition zwei Lichtimpulse von je einem Hundertstel

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- 12 der Dauer der Verweilzeit vorgesehen sind.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der die Lichtimpulse steuernden, elektrischen Impulse monostabile Multivibratoren (35, 38) bestimmter Erregungszeit vorgesehen sind, deren Ausgänge über eine ODER-Schaltung (45) und Treiberschaltungen

. (50) mit den Licht emittierenden Dioden (10) verbunden sind.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Fördereinrichtung (25) des Aufzeichnungsträgers (15) verbundener, optischer Taktgeber (31bis 33) vorgesehen ist, durch dessen Impulse die monostabilen Multivibratoren (35, 38) während der Verweilzeit einer Markierung in einer Indexposition erregt werden, und daß die über die ODER-Schaltung (45) zusammengeführten Ausgänge der monostabilen Multivibratoren mit den über Verstärker (60) geleiteten Ausgängen der Photoelemente

, (20) zur Bildung eines Abtastsignals in UND-Schaltungen (65) kombiniert sind.

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Photoelementverstärker (60) aus einer Differenzstufe (T3, T4), einer von dieser beeinflußten Emitterfolger stufe (T5) und einem nachgeschalteten Schalttransistor (T6) gebildet wird.

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L e e r s e i t e