DE2000514A1

DE2000514A1 - Schaltungsanordnung fuer eine Abtastvorrichtung insbesondere fuer Faksimile-Einrichtungen

Info

Publication number: DE2000514A1
Application number: DE19702000514
Authority: DE
Inventors: Shuey David R
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1969-01-08
Filing date: 1970-01-07
Publication date: 1970-09-03
Also published as: GB1265034A; DE2000514B2

Description

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Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22

XEROX CORPORATION, Rochester, N.Y. 14603, V.St.A.

Schaltungsanordnung für eine Abtastvorrichtung insbesondere für Faksimile-Einrichtungen

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine Abtastvorrichtung zur Erzeugung einer Folge elektrischer Signale aus dem lichtmuster eines abgetasteten Bildes insbesondere für Faksimile-Einrichtungen.

In Faksimile-Einrichtungen werden Sendeempfänger verwendet, mit denen Videoinformationen über einen Übertragungskanal ausgesendet oder empfangen werden können. Die heutigen Sendeempfänger arbeiten meist mit synchron rotierenden Abtastköpfen, die mit Abtast- und Schreibwandlern auf ihrem Umfang versehen sind. Arbeitet der Sendeempfänger als Sender, bo tastet er die graphischen Informationen eines Schriftstückes optisch ab und wandelt sie in elektrische Signale um. Die elektrischen Videoinformationen werden über einen Übertragungskanal zu einem Empfänger übertragen. Dort werden sie auf den Schreibkopf geführt, der die graphischen Informationen auf einem Kopieblatt reproduziert·

Die gegenwärtig verwendeten Abtastvorriohtungen der Faksimilesender erfordern ein Abtastelement, beispielsweise eine Po-■tovervielfaoherröhre oder Fotozelle, auf die daa abzutastende SohriftstÜck reflektiert wird. Dieses Abtastelement erzeugt

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elektrische analoge Signale aus dem auftreffenden, am Bild reflektierten Licht mit einer der Lichtintensität proportionalen Größe innerhalb seines Empfindlichkeitsapektrumso Eine unerwünschte Eigenschaft des Abtastelementes und der zugehörigen Schaltungen besteht darin, daß keine ausreichende Unterscheidung zwischen der einen relativ dunklen Hintergrund und der die gedruckte Information eines Schriftstückes darstellenden Lichtmodulation getroffen werden kann·. Das Vorhandensein eines dunklen Hintergrundes ist beispielsweise bei farbigem Papier der Falle In anderen Fällen können die zu übermittelnden Schriftstücke einen weißen Hintergrund mit farbigen Teilen haben, wobei die gedruckten Informationen auf den weißen und den farbigen Teilen vorhanden sinde Bei der Übertragung der Schriftstücke wird der dunklere Hintergrund als "schwarz" reproduziert, so daß dadurch in diesen Teilen ein Informationsverlust auftritt»

Zur Vermeidung dieses Problems wurden bereits Anordnungen vorgeschlagen, die eine Einstellung der den Kontrast beeinflussenden elektronischen Parameter vorsehen und damit eine weiße Kopie der dunkleren Hintergrundteile eines abgetasteten Schriftstückes ermögliohen_e Dadurch können insbesondere bei nahezu übereinstimmender Tönungsdichte der gedruckten Informationen und des dunkleren Hintergrundes jedoch auch Informationsverluste auftreten. Ferner ist dabei die dauernde Überwachung durch eine Bedienungsperson erforderlich, die die Faksimile-Einrichtung für jedes übertragene Schriftstück besonders einstellte

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend aufgezeigten Nachteile bei der Abtastung zu vermeiden· Eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zeichnet sich zur Lösung dieser Aufgabe gemäß der Erfindung aua durch ein entsprechend der Lichtintensität eines jeweils abgetasteten Bildpunktes ein elektrisches Signal erzeugendes Abtastelement,

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dem ein Verstärker mit automatischer Verstärkungsregelung nachgeschaltet ist, die in einem Rückkopplungszweig einstellbar isto

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben Es zeigen:

Figd die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und Fig.2, 3 und 4 graphische Darstellungen der Arbeitsweise der in Fig_o1 gezeigten Schaltungsanordnung!.

In Figoi ist die in einem Faksimilesender zu verwendende erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dargestellt. Das von der Oberfläche eines abgetasteten Schriftstückes reflektierte Licht wird auf die Basis einer lichtempfindlichen Halbleiteranordnung 10 fokussiert. Die Kollektorelektrode dieser Anordnung ist mit einer Spannungsquelle V verbunden, die Emitterelektrode liegt über einen Widerstand 12 an Erde. Die Arbeitsweise der Anordnung 10 kann mit der eines Emitterfolgers verglichen werden« Das auf den ersten PN-Übergang fallende Licht kann als ein der Emitter-Basis-Verbindung des Transistorverstärkers zugefügtes Signal angesehen werden. Das Ausgangssignal am Emitter der Anordnung 10 wird dem nicht invertierenden Eingang eines Signalverstärkers 20 über die Leitung 22 züge- % führt. Der Verstärker 20 ist als Block dargestellt, da er viele mögliche Ausführungsformen haben kann und besondere Einzelheiten zum Verständnis seiner Arbeitsweise nicht erforderlich sinde Der Kondensator 23 dient zur Frequenzkompensation und verhindert eine Instabilität des Verstärkers« Das Ausgangssignal des Verstärkers 20 wird über den Widerstand 26 seinem invertierenden Eingang 24 zugeführt_o Ein Feldeffekt-Transistor 30 mit einer Drain-Elektrode 32, einer Gate-Elektrode 34 und einer Source-Elektrode 36 ist über die Leitung 24 an den invertierenden Eingang des Verstärkers 20 angeschlossen. Die Source-Elektrode 36 liegt an 3;Jrde. Die Verstärkung eines Üig-

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nalverstärkers ist:

Rf
^G2O ⁼ ~ Rl

wobei Rf die Impedanz des Rückkopplungsweges des Verstärkers 20 und Ri die Impedanz am invertierenden Eingang des Verstärkers 20 ist. Daher gilt für die Verstärkung der dargestellten Schaltung

wobei Rpg der Widerstandswert des Widerstandes 26 und R™ die effektive Impedanz zwischen der Drain-Elektrode und der Souroe-Elektrode des Peldeffekt-Transistors 30 ist* Der Wert R-P₁₀ wird durch die an der Gate-Elektrode 34 liegende Spannung

in noch zu beschreibender Weise gesteuert»

Das Ausgangssignal des Verstärkers 20 wird über den Widerstand 40 auf die Leitung 42 und einen Kondensator 44 gegeben. Die Ausgangsleitung 42 ist mit dem Modulator des Faksimilesenders verbunden. Der Kondensator 44 dient zur wechselstrommäßigen Kopplung des Verstärkerausgangssignals auf die Basis des Transistors 60 über die Pegeleinstellungsschaltung oder Restorerschaltung 50. Diese besteht aus der Diode 52, dem Widerstand 54, dem Potentiometer 56 und dem Widerstand 58. Der Emitter des Transistors 60 ist direkt mit dem Emitter des Transistors 62 verbunden. Der Kollektor des Transistors 60 ist über die Parallelschaltung eines Kondensators 64 und eines Widerstandes 66 an Erde geschaltet. Ferner ist er mit der Gate-Elektrode 34 des Feldeffekt-Transistors 30 über die Leitung 70 verbunden. Die Basis des Transistors 60 ist mit dem Emitter des Transistors 72 verbunden, dessen Kollektor an die Basis des Transistors 74 angeschaltet ist. Der Kollektor des Transistors 74 ist mit dem Emitter der Transistoren 60 und 62 über den Widerstand 76 verbunden, während der Emitter des Transistors 74 mit seiner Basi3 über den Widerstand 78 und den Emittern der

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Transistoren 60 und 62 über den Widerstand 80 verbunden ist. Die Transistoren 62 und 72 erhalten eine Basisvorspannung über einen aus den Widerstanden 82 und 84 gebildeten Spannungsteiler.

Beim Betrieb der Schaltungsanordnung trifft das vom abgetasteten Schriftstück reflektierte Licht auf die Basiselektrode der Halbleiteranordnung 10· An dieser Stelle ist eine Beschreibung der Eigenschaften des mit dieser Anordnung erzeugten Signals vorteilhaft. Wie in Fig.2 dargestellt ist, sind die Signalpegel derart gewählt, daß das am Btärksten positive Λ Ausgangssignal der Halbleiteranordnung 10 einem weißen Hintergrund des Schriftstückes entspricht, während das am stärksten negative Ausgangssignal einem schwarzen Informationspunkt des Schriftstückes entspricht. Zwischenwerte des Hintergrundes von beispielsweise grauer Tönung entsprechen Ausgangssignalpegeln zwischen dein weißen und dem schwarzen Wert. Die Bezeichnungen Vt₁₁,-, und V_R werden im folgenden nooh erläutert. Als Beispiele für zusätzliche von der Schriftstückinformation abweichende Einflüsse, die die lichtausbeute der Halbleiteranordnung beeinträchtigen können, seien Lampenalterung und Linsenverschmutzung genannt·

Die am Emitter der Halbleiteranordnung 10 auftretende Spannung ™ ist direkt proportional mit der an der Basis entwickelten Lichtintensität und mit dieser in Phase. Die Emitterspannung wird dem nicht invertierenden Eingang des Signalverstärkers 20 über die Leitung 22 zugeführt. Das Ausgangssignal des Verstärkers wird auf den invertierenden Eingang über die Leitung 24 und den Widerstand 26 zurückgeführt und ferner über den Widerstand 40 dem Kondensator 44 zugeführt. Die Gleiohspannungskomponente des am Ausgang des Verstärkers 20 erscheinendtn Signals, die mit dem Kondensator 44 abgetrennt wird, wird mit der Restorer-Sohaltung 50 wieder hergestellt, die aus der Parallelschaltung der Diode 52 mit dem Widerstand 54 sowie

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dem Potentiometer 56 und dem Widerstand 58 besteht. Die Restorer-Schaltung bestimmt durch Einstellung des Potentiometers 56 den am stärksten negativen Pegelwert VV, des den schwarzen Informationspunkten des abgetasteten Schriftstücks entsprechenden Signals. Das Auagangssignal der Restorer-Schaltung wird der Basis des Transistors 60 zugeführt· Die Transistoren 60 und 62 sind als Differentialverstärker geschaltet und erzeugen eine Spannung am Kollektor des Transistors 60, die proportional der Differenz der Spannung an der Basis des Transistors 60 und der Bezugsspannung an der Basis des Transistors 62 ist, die durch den Spannungsteiler der Widerstände 82 und 84 erzeugt wird· Die an die Basis des Transistors 62 angeschaltete Bezugsspannung bestimmt den am stärksten positiven Pegelwert V_RE_, des Verstärkerausgangssignals. Ist das Signal an der Basis des Transistors 60 größer als das an der Basis des Transistors 62 und ist die Differenz kleiner als ein Volt, so wird der Transistor 60 leitend, und der Kondensator 64 lädt sich über den Widerstand 80 auf. Der am Kollektor des Transistors 60 auftretende negative Spannungsanstieg wird mit dem Kondensator 64, der mit der Gate-Elektrode 34 des Feldeffekt-Transistors 30 verbunden iat, integriert. Die in Pig.3 dargestellten Eigenschaften des Transistors 30 sind derart, daß der Widerstand R™ zwischen der Gate-Elektrode und der Source-Elektrode ansteigt, wenn das der Gate-Elektrode zugeführte Signal negativer wird. Daher nimmt mit negativ ansteigender Kondensatorspannung dieser Widerstand zu und verrin·- gert den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 20„ Die Verstärkung des Verstärkers 20 wird somit derart automatisch gesteuert, daß ein Signalimpuls konstanter Amplitude am Verstärkerausgang erzeugt wird» Die Amplitude des Impulses ist ungefähr gleioh der Differenz der Werte V_REF und V_R.

Der Transistor 12 begrenzt die Basisspannung des Transistors 60 derart, daß sie die der Basis des Transistors 62 zugeführte Bezugsspannung nioht zu weit übersteigt, woduroh eine Insta-

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bilität erzeugt werden könnte. Der Transistor 72 ist derart vorgespannt, daß er leitend wird, wenn die Differenz der Basisspannungen größer als 1 Volt ist«. Der Transistor 74 wird· gleichzeitig mit dem Transistor 72 leitend und ermöglicht eine Aufladung des Kondensators 64 über die Widerstände 76 und 80, so daß sich die Ladegeschwindigkeit erhöht.

Ist die.an der Basis des Transistors 60 auftretende Spannung geringer als die Bezugsspannung an der Basis des Transistors 62, so wird der Transistor 60 gesperrt, und der Transistor entlädt sich über dem Widerstand 66. Dieser Abfall der negativen Spannung wird der Gate-Elektrode 34 des Peldeffekt-Tran-3istors 30 zugeführt, wodurch der Drain-Source-V/id erstand verringert und der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 20 erhöht wird« Die am Ausgang des Verstärkers 20 erscheinende Spannung wird daher auf einer Amplitude gehalten, die gleich der Differenz V_REF - V_R ist.

Das Verständnis der vorstehend beschriebenen Vorgänge wird durch Pige4 erleichtert, die die Verstärkungssteuerung durch die Signale der Halbleiteranordnung 10 darstellte

Die analogen Ausgangssignale der Halbleiteranordnung 10 sind in idealer Weise als Impulse dargestellt. Die Änderung des Signalpegels von a nach b entspricht der Abtastung eines schwaiv zen Bildpunktes nach einem vorhergehenden weißen Bildpunkt. Die Änderung des Signalpegels von b nach ο entspricht der Abtastung eines weiße λ Bildpunktes nach einem vorhergehenden schwarzen Informationsbildpunkt· Die Änderung des Signalpegels ron d nach e entspricht der Abtastung eines Zwischenpegelwertes, beispielsweise eines grauen oder farbigen Hintergrundpunktes nach einem vorhergehenden schwarzen Bildpunkt, wobei die automatische Verstärkungsregelung zur Wirkung kommt. Das Graupegelsignal wird der Basis des Transistors 60 zugeführt und ist kleiner als V_REF , so daß die Verstärkung des Verstärkers 20 in be-

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schriebener Weise zunimmt. Der Impulspegel e wird auf den Pegel f bzw. den Weißpegelwert gebracht, der dem gestrichelten Impulsteil entspricht« In der Figur ist diese Pegeländerung ohne Zeitverzögerung dargestellt, die in der Praxis jedoch auftreten kann.

Wird der Signalpegel von g nach h geändert, was der Abtastung eines Hintergrundpunktes entspricht, der heller ist als durch den Wert ν_ηΈ1Έ, angegeben und auf einen schwarzen Informationspunkt folgt, so kommt die automatische Verstärkungsregelung wieder zur Wirkung. Dies entspricht einem Zustand, in dem die an der Basis des Transistors 60 auftretende Spannung größer als Vt₅-C₇, ist, so daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 20 verringert wird. Der Impulspegel h wird auf den Pegel i bzwe den Weißpegelwert gebracht, was durch den gestrichelten Teil des Impulses dargestellt ist»

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eine Unterscheidung zwischen Informationspunkten und Hintergrundpunkten eines abgetasteten Schriftstückes möglich ist, auch wenn Grautöne vorhanden sind ο Die Schaltung erhöht die Signalamplitude des Abtastsignals derart, daß bei dunkleren Hintergrundteilen eines Schriftstückes eine weiße Kopie erzeugt wird· Ein Schriftstückteil, der heller als der eingestellte Weißpegelwert ist, bewirkt eine Verringerung des Abtaetsignals, so daß eine Kopie mit gleichmäßigem Hintergrund erzeugt wird.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, dem Fachmann sind jedoch ohne Abweichung vom Grundgedanken der Erfindung zahlreiche andere Ausführungsformen möglich, beispielsweise zur Anpassung an andere Betriebsbedingungen.

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Claims

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Patentansprüche

* Schaltungsanordnung für eine Abtastvorrichtung aur Erzeugung einer Folge elektrischer Signale aus dem Lichtmuster eine3 abgetasteten Bildes insbesondere für Faksimile-Einrichtungen, gekennzeichnet durch ein entsprechend der Lichtintensität eines jeweils abgetasteten Bildpunktes ein elektrisches Signal erzeugendes Abtastelement (10), dem ein Verstärker (20) mit automatischer Verstärkungsregelung nachgeschaltet ist, die in einem Rückkopplungszweig (30, 70) einstellbar ist.

2· Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Rückkopplungszweig eine mit dem Ausgang des Verstärkers (20) verbundene Schaltung (50)'zur Bestimmung des maximalen Pegelwertes einer Polarität des elektrischen Signals, eine Vergleioherschaltung (60, 62) zum Vergleich des maximalen Pegelwertes mit einem Bezugspotential und ein mit der Vergleicherschaltung (60, 62) gesteuerter Signalgenerator (64) zur Erzeugung einer Steuerspannung für das die Verstärkung regelnde Schaltelement (30) in Reihe geschaltet sind·

3· Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator (64) ein zwischen den Ausgang der Vergleioherschaltung (60, 62) und das die Verstärkung regelnde Schaltelement (30) geschalteter Kondensator (64) ist, der mit dem durch die Vergleichersohaltung (60, 62) gelieferten Fehlersignal einer Polarität geladen wird·

4· Schaltungsanordnung nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß mit der Vergleiohersohaltung (60, 62) Schalterelemente (72, 74) verbunden sind, die die Ladegesohwindigkeit des Kondensators (64) ändern, wenn das Eingangssignal • der Vergleiohersohaltung (60, 62) größer als ein vorbestimmter Wert ist.

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5· Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (64) durch Fehlersignale der anderen Polarität entladen wird.

6_e Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleicherschaltung (60, 62) aus zwei Transistoren (60, 62) mit verbundenen Emittern besteht, und daß der Kollektor des ersten Transistors (60) mit dem Kondensator (64), die Basis des ersten Transistors (60) mit dem Ausgang der Schaltung (50) zur Bestimmung des maximalen Pegelwertes und die Basis des zweiten Transistors (62) mit einem den vorbestimmten Wert bestimmenden Bezugspotential verbunden ist₀

7β Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sohalterelemente (72, 74) aus einem zwischen die Basen de3 ersten und zweiten Transistors (60, 62) geschalteten dritten Transistor (72J und einem zwischen diesen und die Emitter des ersten und zweiten Transistors (60, 62) geschalteten vierten Transistor (74) bestehen.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das die Verstärkung regelnde Schaltelement ein Feldeffekt-Transistor ist, dessen Drain-Elektrode (32) mit einem Eingang (24) des Verstärkers (20) und dessen Gate-Elektrode (34) mit dem Signalgenerator (64) verbunden ist*

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