DE1941035A1

DE1941035A1 - Abtastvorrichtung

Info

Publication number: DE1941035A1
Application number: DE19691941035
Authority: DE
Inventors: Bernhard Case; Hell Wilfried Hermann Willi
Original assignee: CCI Aerospace Corp
Current assignee: CCI Aerospace Corp
Priority date: 1968-09-03
Filing date: 1969-08-12
Publication date: 1970-03-12
Also published as: US3544713A; FR2017233A1; GB1271394A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine aus Pestkörperelementen bestehende, elektro-optische Abtastvorrichtung, welche einen Kontakt-Abfühikopf zur Umwandlung geschriebener, getippter, gedruckter oder photographierter Daten mit Hilfe optischer Verfahren besitzt. Die dem Stand der Technik entsprechenden Abtastvorrichtungen sind in- , folge des in ihnen vorgesehenen optischen Projektionssystems ziemlich gross und schwer. Ihre Leistungsfähigkeit wird ausserdem durch den benutzten mechanischen Abtastmechanismus begrenzt. .

Zur Zeit werden für die Bildübertragung von gedruckten Wörtern oder Bildern die verschiedensten Arten von optischen Abtastvorrichtungen verwendet. In diesen Abtastvorrichtungen wird das beleuchtete Material auf ein einzelnes Ahftihlele-

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann Oppenauer Büro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT

ment optisch projiziert, und es ist eine Bewegung der Abfühle inrichtung in zwei Richtungen erforderlich.

In der vorliegenden Erfindung ist ein Kontakt-Abfühlkopf vorgesehen, der mehrere teilweise lichtdurchlässige Photoleiter enthält. Die Photoleiter können in direktem Kontakt mit der bedruckten Fläche oder in geringem Abstand davon betrieben werden. Die Beleuchtung erfolgt mit Hilfe einer Lichtquelle, die aus einer elektro-lumineszierenden Schicht auf der Rückseite der Photoleiter bestehen kann. Im Betrieb gelangt das einfallende Licht durch die Photoleiter hindurch und wird an der bedruckten Fläche reflektiert. Das reflektierte Licht durchläuft die Photoleiter ein zweites Mal und erhöht dabei den Photoleiterstrom um einen entsprechenden Betrag. Da die Menge des von der bedruckten Fläche reflektierten Lichtes eine Funktion der Datendichte ist, kann der Photoleiterstrom kontrolliert und zum Abfühlen der auf der Fläche vorhandenen Daten benutzt werden. Zur Kompensierung bei unterschiedlichen Papierarten und zum Ausgleich von Beleuchtungsintensitätsanderungen können die Signale des Abfühlkopfes von einem Bezugssignal subtrahiert werden, das von einem ähnlichen Photoleiterelement, welches auf eine weisse Fläche des gleichen Papiertyps gerichtet ist, erzeugt wird.

Bei der Verwendung der Abtastvorrichtung zum Lesen optischer Zeichen enthält der Abfühlkopf eine grosse Anzahl von Abfühlelementen, welche in Matrixförm angeordnet sind und das Bild eines Zeichens in mehrere Teilbereiche aufgliedern. Beim Abfühlen des Lichtpegels in jedem Teilbereich/ der abgetasteten Fläche werden mehrere Signals erzeugt, die mit gespeicherten Zeichenmustern verglichen werden können, um ein binäres Ausgangssignal zu erzeugen, das die Zeichen

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wiedergibt. Eine Bildabtastung kann mit einer einzelnen horizontal über die Fläche verlaufenden Reihe von Abfühlelementen durchgeführt werden, wobei diese Abfühleleinente sequentiell abgefragt werden. Dann wird die abzutastende Fläche, etwa Papier, in vertikaler Richtung bewegt, so dass der nächste Abtastbereich unter den Abfühlelementen zu liegen kommt. Es kann auch eine genügend grosse rasterförmige Elementanordnung vorgesehen werden, so dass eine ganze Zeichenzeile erfasst wird und der Papiervorschub zeilenweise erfolgen kann. Es können auch soviele Abfühlelemente verwendet werden, dass eine ganze Seite damit erfasst wird, und alle Abfühlelemente könnten elektrisch abgetastet werden, um das Bild dieser Seite wiederzugeben, wobei in diesem Fall während der Leseoperation keine mechanische Bewegung erforderlich wäre.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine aus Festkörperelementen bestehende Abtastvorrichtung zu schaffen, welche einen Kontakt-Abfühlkopf mit mehreren Abfühlelementen besitzt, wobei die Abfühlelemente aus partiell lichtdurchlässigen Photoleitern bestehen, die in direktem Kontakt mit einer bedruckten Fläche oder in deren unmittelbaren Nähe betrieben werden können. Die Erregung der Photoleiter geschieht mit Hilfe von Licht, das durch die Photoleiter hindurchtritt und von der bedruckten Fläche reflektiert wird, wobei das reflektierte Licht die Photoleiter ein zweites Mal durchdringt.

Es soll ferner eine Abtastvorrichtung geschaffen werden, welche einen Kontakt-Abfühlkopf zum Lesen bedruckter Seiten enthält, wobei die Abtastvorrichtung in unmittelbarer Nachbarschaft der bedruckten Fläche angeordnet ist und nur eine Bewegung der Fläche notwendig ist, während der Kopf in Ruhe bleibt.

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Ausserdem soll eine aus Festkörperelementen bestehende Ab- ...; tastVorrichtung geschaffen werden, welche einen Kontakt- " Lesekopf besitzt, in welchem teilweise lichtdurchlässige Photoleiter vorgesehen sind, die auf einer undurchsichtigen · bedruckten Fläche vorhandene Informationen ohne Verwendung irgendwelcher Linsen feststellen können,

Schliesslich soll ein Abfühlelement für einen optischen Zeichenleser geschaffen werden, das einen partiell lichtdurchlässigen Photoleiter benutzt, durch welchen Licht hindurchtritt und durch welchen das reflektierte Licht ebenfalls wieder hindurchdringt.

Die folgende Beschreibung und die Zeichnungen dienen zur weiteren Erläuterung dieser Erfindung.

Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 in einer vergrösserten, perspektivischen Explosionsdarstellung den Aufbau eines Abfühlelementes des ■ Ahfühlkopfes; !

Fig. 2 in einer perspektivischen, teilweise aufgeschnittenen Darstellung mehrere Abfühlelemente, die in einem einzelnen, für Ein-Zeilenabtastung vorgesehenen Abfühlkopf enthalten sind;

Fig. 3 in schematischer Form den Weg des einfallenden Lichtes durch einen partiell lichtdurchlässigen Photoleiter und den Weg des von der bedruckten Flä- \ ehe reflektierten Lichtes zurück durch den Photoleiter;

Fig. iin einer graphischen Darstellung die Photostromeigenschaften der Photoleiter;

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Lvi.t1s.-t K. V t(

Pig. 5 in schematischer Form eine einzelne Reihe von Abfühlelementen, die quer über eine Fläche oder Seite angeordnet werden können und für die Abtastung einer einzelnen Zeile sorgen;

Fig. 6 eine rasterförmige Anordnung von Abfühlelementen, wobei eine vollständige Zeichenzeile erfasst wird;

Fig. 7 einen elektrischen Kommutator für die rasterförmige Abfühlelementanordnung von Fig. 6;

Fig. 8 eine Leseschaltung für eine rasterförmige Abfühlelement anordnung der in Fig. 6 gezeigten Art, wobei ein einzelner Belastungswiderstand für jede Elementzeile benutzt wird;

Fig. 9 ein Segmentierungssystem zur Vereinfachung des Lesens bei einer einzelnen Reihe von Abfühlelementen;

Fig.10 einen vergrösserten Ausschnitt aus Fig. 9» und

Fig.11 die perspektivische Darstellung einer Dünnsehichtkonstruktion zum Verbinden der Kommutatoreinheiten mit den Sensoreleraenten von Fig. 10.

Es soll nun auf die der Erläuterung dienende Ausführungsform dieser Erfindung Bezug genommen werden. Ein vergrösserter Teil eines Sensorelementes 10 ist in Fig. 1 dargestellt. Er besteht aus einem Leiter "a" an der einen Seite des elektrolumineszierenden Materials "b" und aus einem lichtdurchlässigen Leiter "c" an der' anderen Seite des elektro-lumineszierenden Materials. Eine Schient "d" aus durchsichtigem Glas folgt auf die Schicht "C". Nach der Schicht "d" kommt ein durchsichtiger Leiter "e". Auf der anderen Seite des durch-

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sichtigen Leiters "β" befindet sieh ein teilweise lichtdurchlässiger Photoleiter "f". Ein anderer lichtdurchlässiger Leiter "g" liegt an der anderen Seite des Photoleiters "f". An den Leiter "g" schliesst sich eine Glasschicht ⁿh^M an. Einige dieser verschiedenen oben genannten Schichten können mit Hilfe der Dünnschichttechnik aufgetragen werden, um sehr kleine, kompakte Abfühlelemente aus diesen im festen Aggregatzustand befindlichen Materialien herzustellen. Werden die Leiter "a" und "c" mit Energie versorgt, dann liefert die elektro-lumineszierende Lichtquelle "b" Licht, welches durch die Glasschicht "d", durch die Leiter "e" und "g", durch den Photoleiter "f" und die Glasschicht "h" auf die abzutastende Fläche fällt. Die lichtdurchlässigen Leiter "c", "e" und "g" können aus Indiumtrioxyd, der Photoleiter "f" aus kupferdotiertem Kadmiumsulfid und das elektro-lumineszierende Material "b" aus Zinksulfid hergestellt werden.

Der in Fig. 2 dargestellte Abfühlkopf 11 beinhaltet mehrere einzelne Abfühlelemente 10', die nebeneinander angeordnet sind, wobei jedes Element aus den in Verbindung mit Fig. beschriebenen Schichten "e" bis "h" besteht. Alle Abfühlelemente 10· besitzen eine gemeinsame Glasschicht "d " und eine gemeinsame Beleuchtungsquelle 12, welche aus den im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Schichten "a", "b" und "c" aufgebaut ist. Ein Lese-Kommutatorelement 15 ist jedem Abfühlelement 10' zugeordnet und kann über die Leiter "j" mit dem Abfühlelement in Verbindung treten. Die Leiter "j" sind mit den Leitern "e" und "g" verbunden. Die Kommutatorelemente 15 befinden sich für benachbarte Abfühlelemente jeweils auf gegenüberliegenden Seiten der einzelnen Elemente. Falls es gewünscht wird, kann die Grosse der Kommutatoren verringert werden, so dass beide Leiter "e" und "g" mit den Kommutatoren 15 nur auf einer Seite der Elemente 10' in Verbindung treten. In einer alternativen Ausführungsform

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t C * B

eines Abfühlelenentes können die beiden lichtdurchlässigen Leiter ⁿe" und ^Mg" durch aufgedampfte Chromelektroden auf den gegenüberliegenden Seiten des Photoleiters "f" jedes Elementes ersetzt werden. Eine gemeinsame Sammelleitung kann für alle Elektroden auf einer Seite der Abfühlelemente vorgesehen werden, während einzelne Ausgangselektroden die Verbindung mit den gegenüberliegenden Seiten der Photoleiterelemente herstellen.

Wie in Fig. 3 dargestellt, fällt das Licht der Lichtquelle 12 durch den Photoleiter "f" hindurch und wird an der Oberfläche des Bereiches 20 reflektiert. Das reflektierte Licht gelangt auf diese Weise erneut durch„den Photoleiter "f", wobei der Photoleiterstrom um einen entsprechenden Betrag erhöht wird. Die von der Oberfläche des Bereiches reflektierte Lichtmenge stellt eine Funktion des Datendichtewertes dar und der Photoleiterstrom kann überwacht werden, um auf diese Weise die auf der bedruckten Fläche befindlichen Daten abzutasten.

Der Punkt 21 in Vig. k gibt den durch die alleinige Beleuchtung von vorne sich ergebenden Photoleiteretrom an. Der durch die Reflexion an der Oberfläche des Bereiches 20 sich ergebende grbssere Strom ist durch den Punkt 22 markiert, pa die einfallende und durch den Photoleiter hindurchtretende Lichtmenge konstant bleibt, liegt der Arbeitsbereich des Photoleiters infolge des reflektierten Lichtes zwischen den Punkten 21 und 22. Während des Betriebs wird das Signal der Abflihlelemente mit Hilfe eines Bezugssignals normalisiert. Das Bezugssignal mxtö von einem ähnlichen Photoleiter-Abfühlelement erzeugt, welches auf eine weisse Fläche des gleichen Papiertyps ausserhalb des abzutastenden Bereiches gerichtet ist. Auf diese Weise liefert ein Abfühlelement 10'

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kein Ausgaiigssignal, wenn es auf weisse Bereiche der abzutastenden Fläche stösst. Andererseits liefert es ein Ausgangssignal bei jenen Bereichen, die beispielsweise bedruckt sind.

Fig. 5 zeigt eine einzelne Reihe von Abfühleleinenten 10', -.welche nebeneinander angeordnet sind, wobei eine Seite jedes Elementes mit einer Leitung 25 verbunden ist, welche einen Belastungswiderstand 26 und eine Spannungsversorgungseinrichtung 27 enthält. Die andere Seite der Abfühlelemente 10' ist über die Leitungen 28, 29_f 30, 31 und 32 mit dem negativen Anschluss der Spannungsversorgung 27 über die Schalter 33, 34, 35, 36 und 37 eines Kommutators 15' verbunden. Werden die Kommutator-Schalter 33-37 der Reihe nach geschlossen, dann werden die Abfühlelemente 10' sequentiell mit der Spannungsversorgung 27 verbunden. Der Grad der Beleuchtung jedes der Abfühlelemente 10' bestimmt die Grosse des hindurchfliessenden Stromes bei Verbindung mit der Spannungsversorgung 27. Ferner wird dadurch die Spannung am Punkt 40 in der Leitung 25 festgelegt. Die Spannung am Punkt 40 wird einem Differentialverstärkei- 42 zugeführt. Das Bezugsabfühlelement 45 ist zwischen die Spannungsversorgung B. und einen mit Erde 4? verbundenen Belastungswiderstand 46 geschaltet. Die Spannung am Punkt 50 zwischen dem Bezugsabfühlelement 45 und dem Belastungswiderstand 46 wird über die Leitung 52 dem Verstärker 42 zugeführt. Das Signal auf der Leitung 41 wird durch das Signal auf der Leitung 52 modifiziert, so dass ein Ausgangssignal "E₀" auf der Leitung 54 von der durch die Bezugs^zahl 55 gekennzeichneten Art erzeugt wird. Ist ein Abfühlelement 10' auf unbedrucktes Papier ausgerichtet, dann wird es am stärksten beleuchtet und seine Leitfähigkeit ist am grössten, wodurch am Punkt 40 die höchstmögliche Spannung auftritt. Die Spannung am Punkt 40 nimmt in Übereinstimmung mit dem Grad reduzierter Reflexion zum Abfühlelement ab. Eine ,

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verringerte Reflexion ergibt sich dann, wenn das Abfühlelement auf eine bedruckte Stelle gerichtet ist. Die Spannung am Punkt 50 bleibt konstant, weil das Bezugsabfühlelement 45 auf eine weisse, unbedruckte Stelle der abzutastenden Fläche ausgerichtet ist. Das Verhältnis der beiden Spannungen auf den Leitungen kl und 52 ergibt das Ausgangssignal Eq. Dieses Vergleichsverfahren liefert ein grosses Schwarz— Weiss-Signalverhältnis und sorgt für eine automatische Kompensation der Reflexionsunterschiede bei verschiedenen Papierarten. Ausserdem werden Änderungen in der Intensität des einfallenden Lichtes ausgeglichen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Ausgangssignalkurve 53 einen Zustand wiedergibt, bei welchem die Schalter sequentiell in den durch die senkrechten Linien angedeuteten Intervallen geschlossen werden. Ferner ist es einzusehen, dass die Schalter nur zur schematischen Darstellung der Arbeitsweise des Kommutators vorgesehen sind. Die einzelne horizontale Reihe aus Abfühlelementen 10' in Fig. 5 arbeitet als Ein-Zeilenabtaster auf der abzutastenden Fläche. Die Abfühlelementreihe kann durch den Kommutator elektronisch abgetastet werden, wenn die abzutastende Fläche am Lesekopf vorbeigeführt wird.

In Fig. 6 ist ein Matrix-Abfühlkopf II¹ dargestellt, der eine vollständige unter dem Kopf befindliche Zeichenzeile lesen kanu. Eine periodische Bewegung der abzutastenden Fläche ist erforderlich, wobei jeweils ein Zeilenvorschub durchgeführt wird. Diese Art der Abtastung wird als Matrix-Zeichenabtastung bezeichnet und unterscheidet sich von der in Fig. 5 gezeigten Ein-Zeilenabtastung. Die Abfühlelemente 10· sind im Abfühlkopf untergebracht. Es können beispielsweise fünfzig oder mehr Abfülilelemente 10' in getrennten senkrechten Spal·· • ten 55 untergebracht werden, wobei die Spalten in horizontaler Richtung voneinander getrennt sind. In Fig. 6 sind nur jeweils fünf Abfühlelemente pro Spalte vorgesehen. Die

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Höhe jeder Abfühlelement-iteihe reicht aus, um ein Zeichen in seiner vollen Grosse und etwas mehr auf der abzutastenden Fläche zu erfassen. In Fig. 6 sind beispielsweise die Zeichen "A" und "B" mit gestrichelten Linien angedeutet. Die unterste Reihe der Abfühleleraente wird zum Festlegen des unteren Randes jed-er Zeichenzeile und zum Erzeugen eines Signals auf der Leitung 56 benutzt, welches das Vorhandensein eines Zeichens angibt. Die Leitung 56 führt zur Steuerschaltung 57. Befindet sich eine Zeichenzeile unter dem Lesekopf, dann öffnet die Steuerschaltung 57 ein Gatter 58, so dass das Signal aus dem Taktgeber 59 den Kommutator 60 betätigen kann, und zwar so wie in Ferbindung mit dem Kommutator 15' beschrieben. Die Steuerschaltung 57 betätigt ausserdem den Antriebsmotor 6l, der die Fläche oder Seite 62 jeweils nach dem beendeten Abtasten einer Zeichenzeile vorsetzt. Wenn eine Zeichenzeile sich unter dem Abfühlkopf befindet, wird die Seite angehalten und die Zeichen werden "gelesen", indem die einzelnen, mit Abfühlelementen 10' besetzten Spalten abgetastet werden. Es wird nur immer eine Spalte pro Zeiteinheit abgefragt. Die Abfragerichtung verläuft von links ns.ch rechts. Die als Beispiel angedeuteten Zeichen "A" und "B" sind beleuchtet und es sind genügend Abfühlelemente voräanden, um die verschiedenen Zeichen voneinander zu unterscheiden. Die Ausgangssignale 63 der Abfühlelemente 10' können mit den Inhalten der in der Schaltung 64 gespeicherten Felder verglichen werden, um die Identität der Zeichen zu bestimmen.

Fig. 7 zeigt den schematischen Aufbau des Kommutators 60. Das Synchronisationssignal aus dem Taktgeber 59 enthält zyei Saugspannungen (Anodenspannungen) PV. und PV₂ mit einer Phasendifferenz von 180 Grad. Die Kommutatorschaltung besteht aus mehreren Stufen (jede Stufe enthält zwei Trioden). Das zweiphasige Eingangstaktsignal PV. und PV₂ ändert den Ausgangsimpuls von Stufe zu Stufe, so wie etwa von der De-

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tektorstufe 70 zur Detektorstufe 71. Der Abgleich der Kondensatoren G., Cg usw, zwischen jeder Stufe erlaubt es, die Frequenz über einen grossen Bereich hinweg zu variieren. Der Bereich erstreckt sich etwa von IHz bis zu 1 MIIz. Im Betz'ieb wird ein positiver Startimpuls 73 zum Gatter der ersten Triode Q₁ übertragen. Dadurch wird die Triode stark leitend (hohe Stromverstärkung) und die Ausgangsspannung an der Saugelektrode (Anode) wird auf das Quellenpotential (Kathodenpotential) vermindert. Q. befindet sich also im leitenden Zustand und die zur Triode Qg übertragene Spannung beträgt praktisch null Volt. Q_n befindet sich deshalb im nichtleitenden Zustand und der Saugstrom (Anodenstrom) durch Up lädt den Kondensator C. während desjenigen Zeitintervalles auf, in welchem der Startimpuls und die Saugspannurig (Anodenspannung) vorhanden sind. Der Ausgang der Triode Q₂! der den Kondensator C. lädt, ist auch mit dem Gatter der Schalttriode Q. verbunden. Die Triode Q. vervollständigt im aktivierten Zustand die Erdschleife für die erste Spalte von Abfühlelementen, wobei eine Parallelübertragung der in dieser Spalte enthaltenen Daten erfolgt. Um den Kommutator zur zweiten Spalte von Abfühlelementen we iterz\is ehalten, sind zwei Saugspannungssignale (Anodenspannungssignale) mit einer Phasendifferenz von 180 Grad vorgesehen. Die Saugspannung (Anodenspannung) wird daher zuei'st zu allen ungeradtfahligen Detektorstufen und dann zu allen gradzahligen Stufen übertragen. Wird die Spannung an den Saugelektroden (Anoden) von Q. und Q₀ entfernt, dann wird auch die Spannung von der ersten Detektorstufe entfernt*. Die Saugspannung (Anodenspannung) wird daraufhin an die Trioden Q- und Q. gelegt und der oben beschriebene Prozess wiederholt sich infolge der auf dem Kondensator C. während des vorangegangenen Zyklus gespeicherten Ladung. Durch diese Ladung wird eine positive Spannung zum Gatter der Triode Q- übertragen. Auf diese Weise gelangt die Lesespaunung zur zweiten Detektorstufe. Es ist

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daher einzusehen, dass die Anfühlelemente 10' jeder vertikalen Spalte sequentiell durch die Schalttrioden Q. und Q„ usw. erregt werden, wobei die einzelnen Spalten und die darin enthaltenen Abfühlelemente sequentiell abgefragt werden, bis eine Zeile der abzutastenden Seite oder Fläche abgetastet ist.

Aus Fig. 8 geht hervor, dass die Signalausgangsleitungen 80 für alle vertikalen, Spalten von Abfühlelementen 10' mit den Leitungen 85 verbunden sind. Die Leitungen 85 verlaufen zwischen den Abfühlelementen der ersten Spalte und den Helastungswiderständen 81. Eine Energiequelle B. kann wahlweise über einen Schalter 82 und die Leitung 83 mit allen Lastwiderständen verbunden werden. Der Kommutator 60 stellt für jede vertikale Spalte von Abfühlelementen nacheinander und von links nach rechts vorwärtsschreitend eine Erdschleife her. Eine Diode 87 ist zwischen jedem Abfühlelement und der Ausgangsleitung 85 angeordnet. Die Dioden 87 verhindern ein Übersprechen von Abfühlelementen in anderen Spalten während der Abtastung einer bestimmten Spalte-Die Kommutator-Matrixschaltung kann daher mit Hilfe eines einzelnen Lastwiderstandes 81 nacheinander die Ausgänge von Abfühlelementen in verschiedenen vertikalen Spalten erreichen. Zur Bewegung der abzutastenden Seite oder Fläche unter dem Abfühlkopf kann irgendeine geeignete Einrichtung verwendet werden. Ebenso kann irgendeine andere Art von Kommutatorschaltung benutzt werden. Es wurde festgestellt, dass ein Durchlässigkeitsgrad des Photoleiters von hO - 50 fo eine maximale Differenz des Photoleiterstroms bewirkt, wenn eitte optisch schwarze bzw. weisse Fläche abgetastet wird» In der Praxis sind die Abfühlelemente iO¹ sehr klein und es können etwa kO - 80 Elemente pro Zentimeter aber auch bis zu etwa 400 Elemente pro Zentimeter verwendet werden. Eine Koramutatorschaltung, welche die in Verbindung mit Fig.5 beschriebene Ein-Zeilenabtastung durchführt, ist in den

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Figuren 9, 10 und 11 dargestellt. Die Schaltung besteht aus mehreren Gruppen 90 von Sensorelementen 10', die in einer geraden Reihe im Abfühlkopf 91 untergebracht sind, so dass alle Gruppen über einer auf dein Papier abzutasten*- den Zeile zu liegen kommen. Jede Elementgruppe 90 ist über die Leitung 97 zusammengeschaltet. Die Leitung 97 ist ihrerseits über eine Leitung 96 mit einer Ausgangsleitung des Schieberegisters 92 verbunden. In dieser als Beispiel gezeigten Schaltung (Fig. 9) sind 17 Sensorelemente 10' in jeder Gruppe untergebracht und über einzelne Leitungen mit dem Multiplexer 101 verbunden. Jeder Schalter der Schrittschalteinrichtung 102 des Multiplexers verbindet aufeinanderfolgend jede Leitung 100 mit der Leitung 105, welche einen gemeinsamen Belastungswiderstand 106 enthält. Die Spannung am Punkt 107 wird über die Leitung 108 abgegriffen und stellt das Ausgangsvideosignal dar. Ein aus 17 Stufen bestehendes Schieberegister 110 betätigt die Schrittschaltungseinrichtung 102. Während des Betriebes überträgt jede Leitung 96 aufeinanderfolgend eine Spannung zur Sammelleitung 97, welche eine Gruppe von Sensorelementen zusammenschaltet. Die aus 17 Elementen bestehende Gruppe von Sensorelementen wird dann durch die Schrittschalteinrichtung 102 abgetastet, mit der sie durch 17 Leitungen 'verbunden ist. Die Schieberegister 92 und 110 werden durch einen Startimpuls (Dateneingangsimpuls) auf der Leitung in Betrieb gesetzt. Der Startimpuls wird dem Schieberegister 110 über die Leitung 121 und dem Schieberegister 92 über die Leitung 130 zugeführt. Das Register 110 ist ferner mit einem Taktgeber 123 über die Leitung 122 verbunden. Im Betrieb erregt der Dateneingangsimpuls die Leitung 97 für die erste Gruppe 90 von Sensorelementen. Der Taktimpuls bewirkt, dass das Schieberegister 110 die Leitungen 111 fortschreitend ansteuert, wodurch die Schrxttschalteienrichtung 102 die 17 Leitungen 100 sequentiell mit dem Ausgang 108 verbindet. Nach Beendigung der Operation des Schieberegisters 110 wird

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ein Impuls auf der Leitung I30 in das Register 110 zurückgeführt und auch zum Schieberegister 92 übertragen, um die nächste Elementgruppe 90 zu erregen, welche dann in der gleichen Weise abgetastet wird. Es sei darauf hingewiesen, dass irgendeine beliebige Anzahl von Abfühlelementen in einer Gruppe 90 untergebracht werden kann, und dass die hier erwähnten 17 Elemente nur ein Beispiel darstellen. Ist die Abtastung einer Zeile abgeschlossen, dann werden die Elementgruppen zur nächsten Zeile weiterbewegt. Zwei Elementgruppen 90 aus Sensorelenienten sind in Fig. 10 vergrössert dargestellt. Die Sensoreleaente 10' sind über die Sammelleitung 97 zusammengeschaltet. Jedes der Abfühlelemente ist gesondert mit einer der Leitungen 100 über eine spezielle Leitung 132 verbunden. Fig. 11 zeigt in perspektivischer Form den mechanischen Aufbau des Sensorkopfes, der die Funktionen der in Fig. 10 gezeigten Schaltung ausübt. Die Sammelleittmg ist am Rand einer lichtdurchlässigen Unterlage 135 angeordnet. Die einzelnen Abfühlelemente 10' sind mit der Sammelleitung 97 verbunden. Die Sammelleitung 97 ist ihrerseits über die Leitung 96 mit einem Ausgang des Schieberegisters 92 gekoppelt. Es sind nur 7 Abfühlelemente dargestellt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass weitere 10 Abfühlelemente mit der Sammelleitung 97 verbunden sind, um eine aus 17 Abfühlelementen bestehende Elementgruppe herzustellen. Jedes Abfühlelement wird von reflektiertem Licht getroffen, das von einer Fläche, auf welcher die Unterlage 135 ruht, reflektiert wird. Die Isolierschicht 136 trennt alle Leitungen 132 von den Leitungen 100. Am Ende jeder Leitung 132 befindet sich in der Isolierung eine Öffnung zum Herstellen einer Verbindung 137, die über eine Dünnfilm-Diode von einer Leitung 132 zu einer Leitung 100 verläuft. Es sind daher alle Abfühlelemente mit Ausnahme eines einzigen in einer Gruppe von allen Leitungen 100 elektrisch isoliert

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und die Abfühlelemente 10' können längs einer Zeile, die sequentiell abgetastet werden soll, angeordnet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Schrittschaltregister, die Kommutatoren und der Taktgeber in der einschlägigen Technik bekannt sind und daher keiner weiteren Erläuterung ^bedürfen.

Die Ein-Zeilenabtastung ist für die Bildübertragung in erster Linie dann zweckmässig, wenn die abgetastete Information an derEmpfangssteile nur vervielfältigt wird. Die Vorrichtung kann beispielsweise zum Übertragen von Wörtern oder Bildern über Telefonleitungen benutzt werden, wobei an irgendeiner räumlich entfernten Stelle die.Informationen rekonstruiert werden. -Andererseits ist die in Fig. 6 gezeigte Matrix-Zeichenabtastung mehr für die Rechnereingabe geeignet, da auf diese Weise ein Zeichensignal zur Datenverarbeitungsanlage übertragen werden kann. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Kontaktabtastung ohne die Verwendung von Linsen oder optischen Systemen durchzuführen. Dies ist auf die Benutzung von partiell lichtdurchlässigen Photole'itern zurückzuführen, mit deren Hilfe Licht zur abzutastenden Fläche übertragen wird. Die Abfiihl- und Kommutatorelemente können in Gestalt sehr dünner Schichten aufgedampft werden, so dass der Abfühlkopf und der Abfrage-Kommutator auf einer einzelnen tragenden Unterlage angeordnet werden können, weLche auch die logischen Zeidienerkennungsschaltungen, falls solche verwendet werden, aufnehmen kann. Die Ausgangssignale der MatrJUx-Zeichenabtasteinrichtung können*mit den logischen Schaltuengen, in denen sie mit gespeicherten Mustern verglichen werden, kompatibel sein. Dabei wird ein binäres Ausgangssignal erzeugt, welches das erkannte Zeichen wiedergibt. Da die Speicherung von Matrixmustern in der Technik bekannt ist, wird die Einrichtung 6k als typisch für derartige Geräte angesehen. Statt eines halb-lichtdurchlässigen Photoleiters kann auch ein lichtundurchlässiger

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Photoleiter mit Löchern verwendet werden, um Licht zur abzutastenden Fläche zu übertragen, das dann zum Photoleiter reflektiert wird. Auf diese Weise ändert sich die Gesamtbeleuchtung des PhotoMters ebenfalls in Abhängigkeit von den auf der Fläche angebrachten Druckzeichen. Die genannten Materialien für die verschiedenen Komponenten der Abfühlelemente stellen nur Beispiele dar.

Obgleich die Erfindung im Zusammenhang mit dem Abtastmi von bedrucktem Material beschrieben worden ist, kann sie zur Wiedergabe eines jeden Musters oder Bildes benutzt werden, das einen sich verändernden Lichtreflektionsgrad besitzt. Auch die im Abfühllcopf befindliche Anzahl von Abfühlelementen kann, ausgehend von einem Element, nach Wunsch vergrössert werden. Ein einzelnes Abfühlelement kann beispielsweise zum Messen des Reflektionsgrades auf der Oberfläche irgendeines' Objektes benutzt werden.

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Claims

PATENTANWÄLTE LICHT, HANSMANN, HERRMANN Ms. Dr. R E I N H O LD SC HM I DT

CCI AEROSPACE CORPORATION ^»>^d™ ¹²' ^Au«^USt

Saticoy Street I6555 ihr zeichen unser zeichen Van Nuys, Kalifornien /Lü V. St. A.

Patentanmeldung; "Abtastvorrichtung"

PATENTANSPRÜCHE

i. Abtastvorrichtung zum Erfassen von Objekten mit unterschiedlichen Lichtreflexionseigenschaften auf einer Fläche, gekennzeichnet durch einen aus mehreren Abfühlelementen (lO¹) bestehenden Abfühlkopf (li, II¹)-» wobei die Abfühlelemente in einem bestimmten Muster angeordnet sind und in der Nähe der auf der Oberfläche befindlichen Objekte angebracht werden können; einen teilweise lichtdurchlässigen Photoleiter (f) in jedem dieser Abfühlelemente; Einrichtungen (a, b, c) zum Beleuchten der Photoleiter von der den Objekten gegenüberliegenden Seite aus, so dass Licht durch die Photolei ter hindurchgeschickt und von den Objekten zu den Photoleitern reflektiert werden kann, wobei sich die reflektierte Lichtmenge mit den Reflexionseigenschaften der den Photoleitern gegenüberliegenden Objekte ändert; und Einrichtungen (±5', 60) zum sequentiellen Abtasten eines Ausgangssignals jedes der Photoleiter, wobei die Menge des zu jedem der Photoleiter reflektierten Lichts bestimmt und damit eine Wiedergabe der den Elementen gegenüberliegenden Objekte erzielt wird.

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2. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- ; net, dass jeder der Photoleiter eine fortlaufende Schicht

■ aus teilweise lichtdurchlässigem und im festen Aggregatzu-

: stand befindlichem Material enthält.
3. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Photoleiter eine Schicht von im festen Aggregatzustand befindlichem Material enthält, in welcher sich Lichtdurchlassöffnungeii befinden.
4. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung aus einer Schicht elektro-lumineszierenden Materials (b) und aus Leitungsbelägen (a, c) an gegenüberliegenden Seiten der elektro— luuiineszierenden Schicht besteht, wobei die Leitungsbeläge für eine Erregung der elektro-lumineszierenden Schicht

sorgen.
5. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtasteinrichtung eine mit jedem der Photoleiter (lO¹) verbundene Lei tungs einrichtung (.28, 29, 30, 31, 32), Einrichtungen (l5^!, 60) zum sequentiellen Erregen der Leitungseinrichtungen und Einrichtungen (42) zum Messen des Photoleiterstromes in jeder der Leitungseinrichtungen, wodurch man das Ausgangssignal jedes der Elemente erhält, besitzt.
6. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Bezugsabfühlelement (45), welches einen teilweise lichtdurchlässigen und gegenüber einem ebenen Teil der Fläche ^angebrachten Photoleiter (f) enthält; Einrichtungen (a, b, c) zum Beleuchten des Bezugsabfühlelementes an der der Fläche gegenüberliegenden Seite; und Einrichtungen (4'2) zum Vergleichen des Ausgangssignals jedes der vorhandenen Abfühl-

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elemente (iO¹) mit dem Ausgangesignal des Bezugselementes, um die zu jedem der Abftlhlelemente refbktierte Lichtmenge zu bestimmen. « .
7. Abtastvorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Leitungseinrichtungen (28-32), die die Abtasteinrich-, tungen mit den Photoleitern (f) des Bezugsabi'ühlelementes (k5) und mit denen der vorhandenen Abfühlelemente (lO¹) verbinden, Einrichtungen (15'» 60) zum Erregen der Leitungseinrichtung des Bezugselementes und zum sequentiellen Erregen der Leitungseinrichtungen der vorhandenen Abfühlelemente, Einrichtungen (kl, 52) zum Abfühlen des Photostromes jeder der Leitungseinrichtungen, um ein Ausgangssignal von jedem der Elemente und vom Bezugselement zu erhalten, und Einrichtungen besitzen, welche die Ausgangssignale erhalten und den Unterschied im Photoleitstrom zwischen jedem der verschiedenen Elemente und dem Bezugselement feststellen.
8. Abtastvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (15¹» 60) zum sequentiellen Erregen Schaltungen (Q₁I Q₂» Q-» Q^) *"*" jedes der vorhandenen Abfühlelemente enthalten, wobei die Schaltungen auf einem bestimmten Impuls in einer Impulskette ansprechen.
9. Abtastvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeich- *net, dass die Abfühlelemente (iO¹) in einer über die Fläche verlaufenden Reihe oder Zeile angeordnet sind.
10. Abtastvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Abfühlelemente (iO¹) mit einer gemeinsamen Ausgangsleitung (25) verbunden sind, welche einen gemeinsamen Belastungswiderstand (26) enthält.

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11. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfühlelemente (lO¹) in mehreren senkrechten "Spalten" (55) angeordnet sind, wobei die Höhe der Spalten der Höhe eines Musters entspricht, das durch die auf der Fläche befindlichen Obejekte oder durch das auf der Fläche befindliche Material gebildet wird, und wobei diese Spalten in einer über die Fläche verlaufenden Reihe räumlich voneinander getrennt angeordnet sind, so dass eine Zeile des Musters abgetastet werden kann.
12. Abtastvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtasteinrichtungen das Ausgangssignal aller Elemente (lO¹) einer einzelnen Spalte (55) gleichzeitig erhalten.
13. Abtastvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere AT) fühl elemente (lO¹) aus verschiedenen Spalten (55) mit einer geraeinsamen Ausgangsleitung, welche einen gemeinsamen Belastungswiderstand enthält, verbunden sind.
14. Abtastvorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Speichermatrix (6k) zum Aufnehmen der Ausgangssignale der AbfUhleleraente (lO¹) und zum Wiedergeben des Musters durch Vergleich des Ausgangssignals mit den Speicherbildern der Matrix.
15. Abtastvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elementreihe in Gruppen (90) unterteilt ist, wobei die Abtasteinrichtungen die Ausgangssignale der Elemente in jeder Gruppe sequentiell erfassen und sequentiell von einer Gruppe zur nächsten schalten.

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16. Abtastvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente jeder Gruppe durch einen einzelnen Verbinder (97) zusammengeschaltet sind; die Abtasteinrichtungen eine Kommutatoreinrichtung (101) enthalten, welche gesondert mit den Elementen in jeder Gruppe (9.0) durch einzelne Verbindungsleitungen (lOO) gekoppelt ist; und Elementzuführungen (132) für eine Verbindung zwischen dem . einzelnen Element und einer Verbindungsleitung sorgen.
17. Abtastvorrichtung nach Anspruch l6, gekennzeichnet durch eine fortlaufende Isolierfolie (136) zwischen den Verbindungsleitungen (ioo) und den Elementzuführungen (132), wobei Öffnungen in der Folie den Anschluss (137) des Endes jeder Elementzuführung zu einer anderen Verbindungsleitung ermöglichen.
18. Abfühlelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch lichtdurchlässige Leiterschicliten (e, g) auf gegenüberliegenden Seiten des Photoleiters (f), um eine Erregung des Photoleiters zu ermöglichen.
19. Abfühlelement nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Glasschicht (h) zwischen der abzutastenden Fläche und der Leiterschicht (g), die der Fläche, am nächsten ist.
20. Abfühlelement nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Glasschicht (d) zwischen der Beleuchtungseinrichtung (a, b, c) und der Leiterschicht (e), die der Beleuchtungseinrichtung am nächsten ist.
21. Abfühlelement nach Anspruch 5> .gekennzeichnet durch Einrichtungen (27)1 welche mit den Leitereinrichtungen verbunden sind und eine Spannung an den Photoleiter legen; und Messeinrichtungen (42), welche Einrichtungen zum Messen des durch den Photoleiter fliessenden Stromes enthalten.

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