DE2305669A1 - Abtaster fuer streifencodierte information - Google Patents

Description

Aktenzeichen der Anmelderin: SA 971 047

Abtaster für streifencodierte Information

Die Erfindung betrifft einen Abtaster für streifencodierte Information mittels einer Quelle, insbesondere einer Lichtquelle, zur wenigstens teilweisen Bestrahlung des die Informationsstreifen tragenden Aufzeichnungsträgers und eines Empfängers, insbesondere eines Lichtempfängers, zur Aufnahme wenigstens eines Teil der vom Aufzeichnungsträger remittierten oder reflektierten Strahlung nach Patent (Patentanmeldung P 22 54 863).

Im Hauptpatent (Patentanmeldung P 22 54 863) wird bereits eine mit vorzugsweise lichtempfindlichen Elementen bestückte, in Sektoren eingeteilte Anordnung vorgeschlagen, wobei die Sektoren keulenähnliche Form aufweisen. Es hat sich nun gezeigt, daß der Form der Sektoren bezüglich des Signal/Rausch-Verhältnisses große Bedeutung zukommt. Dieses Verhältnis kann dadurch günstig beeinflußt werden, daß den Sektoren eine Form gegeben wird, die eine

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weniger genaue Zentrierung des Abtastgerätes über den abzutastenden Informationsstreifen erfordert und trotzdem eine verhältnismäßig, große Nutzfläche der Sektoren ergibt. Die vorliegende Erfindung hat es sich zum Ziel gesetzt, diese Aufgabe zu lösen.

Die Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß die Quelle stationär angeordnet ist, und der Empfänger in Sektoren angeordnete Empfangselemente aufweist, und daß die Sektoren durch Umrißlinien begrenzt sind, die sich in von der Mitte des Lichtempfängers entfernten Punkten schneiden. Diese Lösung, die natürlich in verschiedenen geometrischen Formen verwirklicht werden kann, bewirkt, wie in der detaillierten Beschreibung noch gezeigt werden wird, ein erstaunliches Ansteigen des Signal/Rausch-Verhältnisses gegenüber der im Hauptpatent vorgeschlagenen keulenförmigen Anordnung=

Weitere Merkmale der Erfindung, insbesondere verschiedenartige Gestaltungen, können den Patentansprüchen entnommen werden; Einzelheiten diverser Äusführungsbeispiele können der nachfolgenden Beschreibung mit den zugehörigen Zeichnungen entnommen werden. ,

Es zeigen:

Fign. 1 und 2 graphische Darstellungen von zwei Formen optischer Streifencodierung;

Fig. 3 die Anwendung einer rotierenden länglichen

Blende in einem optischen Abtaster;

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Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild eines elektro

nischen Streifencode-Abtasters ;

Fign. 5 und 6 eine photoempfindliche Einheit ;

Fig. 7 einen Vergleich verschiedener Konfigurationen von photo

empfindlichen Sektorpaaren ;

Fign. 8 bis 10 Ausführungsbeispiele von Sektorpaaren ; Fign. 11 bis 15 graphische Darstellungen von mit erfindungsgemäss

ausgebildeten photoempfindlichen Sektorpaaren erhaltenen Ausgangs Signalen.

In den Figuren 1 und 2 sind zwei Beispiele der Streifencodierui.g gezeigt, für welche das erfindungsgemässe Abtastgerät entwickelt wurde, das Gerät eignet sich jedoch für fast alle, wenn nicht alle anderen Anordnungen von Streifencodierungen, da Fachleute die hier erklärten Gedanken leicht der jeweils vorliegenden Streifencodierung anpassen können.

Fig. 1 zeigt das grundlegende Prinzip der Streifencodierung entsprechend der retrospektiven Pulsmodulation (RPM), wie in der deutschen Auslege schrift 2 120 096 beschrieben. Information in Form einer 12-stelligen Binärzahl, 101000101011, wird nach diesem allgemeinen Beispiel codiert. Eine Reihe paralleler Linien 39 bis 52 ist zur Umwandlung in einen Zug schmaler elektrischer Impulse durch einen optischen Abtaster nach der Erfindung angeordnet. Die Information ist in Zeitintervallen enthalten, deren Dauer proportional ist zum Abstand der Linien 39 bis

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zueinander. Einer Startlinie 39 folgt in einem vorgegebenen Abstand eine Bezugslinie 40 zur Einleitung der retrospektiven Codierung. Die erste Informationslinie 41 folgt der Bezugslinie 40 in einem Abstand, der im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen der Startlinie 39 und der Bezugslinie 40 ist und stellt beispielsweise eine binäre Eins dar. Die folgende Linie 42 bezeichnet eine binäre Null durch Wahl eines doppelt so grossen Abstandes der Linie 42 von der vorhergehenden Linie 41, wie diese von der Bezugslinie 40 hat. Die Information ist also in den Abständen zwischen den Linien enthalten. Dies ist ein Beispiel für die Datenmanifestation in der binären RPM-Codierung,w°der unmittelbar vorhergehende Abstand im Abstand der betrachteten Stelle reflektiert wird.

In Fig. 2 werden die gleichen binären Daten durch die Uebergänge zwischen stark kontrastierenden schwarzen und weissen Bereichen dargestellt. Ein erfindungsgemässer Abtaster wird über diese wertdarstellenden Uebergänge der Streifencodierung von einem Punkt vor der Vorderkante 39' zu einem Punkt hinter der letztei Kante 52' geführt. Ein elektrisches Signal wird an jedem Uebergang von Schwarz nach Weiss und Weiss nach Schwarz entwickelt. Vorzugsweise erfolgt in jedem Fall ein Differenzierungsprozess. Jeder Differentialimpuls ist in Bezug auf die Daten bei dieser Co die rungs form wertdarstellend, wogegen abwechselnde Impulse im Grundbeispiel nicht vorhanden sind. Dieser Unterschied ist von direkter Bedeutung bei der Erhöhung der

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Dächte ά&τ «codierten Daten und bei der Ausschaltung überflüssiger Ixnspiflse im Datensignal, die stören können. Bei der Anordnung, in Twekäusr itte Uebergänge wertdarstellend sind, muss ein Abstand von einem Bit zwischen die Zeichen gelegt werden, um den letzten dunklen Bitraum vom «rsten dunklen Bitraum des nachfolgenden Zeichens zu

ig. 3 .zeigt das Grtmdproblem. Drei Streifen 54, 56 und 58 in typischer Konfiguration sind auf einem Dokument aufgezeichnet. Eine Blendenplfitte ©0 hat eine länglich rechteckige Oeffnung 62; sie bildet den Grundteil des Abtastgerätes. Die Oeffnung 62 ist der Grosse der ab- »oiuhlenden Streifen angepasst. In dieser Figur wird angenommen, dass die optische Pupille und die Blendenöffnung identisch sind. Eine optiscbe Vergrö&serung oder Verkleinderung kann natürlich im optischen System des Gerätes enthalten sein. Mit der Platte 60 wird in t&eeer Darstellung die Pupille besser von den Streifen abgehoben, und sie ist relativ zu den Streifen 54 bis 58 schräg dargestellt, um die Schwierigkeit bei konventionellen Geräten zu betonen. Die Blendenplatte wird mit einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit wesentlich schneller gedreht, als die Abtastung erfolgt. Bei einer solchen Anordnung gibt es zwei um 180 versetzte Winkel je Umdrehung, bei welchen die Oeffnung in derselben Längsrichtung steht wie der Streifen 54. Umgebungslicht passiert in allen Winkelstellungen , ausser, wenn die Blendenöffnung über einem Streifen zentriert ist.

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Die in Fig. 4 dargestellte photoempfindliehe Einheit 9fl ist eine allgemeine Illustration einer im wesentlichen kreisförmigen Photozellenanordnung mit 16 gleichen Sektoren A, B, ... G, H und a, b... g, h, die auf einem Substrat auf konventionelle Weise niedergelegt sind. Die Fabrikation solcher Einheiten wird als bekannt vorausgesetzt und daher ■nicht naher beschrieben. Alle Sektoren haben eine geineinsame Elektrode, die mit einem Bezugspotential verbunden ist, in dieser Illustration als Erdpotential dargestellt. Die Sektoren sind voneinander isoliert und in

diametral-kolliniearen Paaren zusammengefasst,, wie z.B. Aa, Bb Hh.

Die Sektorpaare sind mit einer Paarivvahls ehaltung 92 und mit einem Lage-Detektor 94 verbunden. Die Sektorpaare werden sequentiell gewählt, z.B. zu Beginn einer Abtastoperation, und der Lage-Detektor 94 bestimmt, welches Paar das wenigste Licht bei Zentrierung über eine Markierung · empfängt (oder das meiste Licht bei Zentrierung über einem Zwischenraum), weil dadurch dasjenige Sektorpaar angezeigt wird, welches am besten auf die Markierungen ausgerichtet ist. Her Lage-Detektor fixiert dann den ' Paar wählschalter auf dieses spezielle Paar für die restliche Abtastung, und die dem Lichteinfall proportionalen Signale werden an die Ausgangsklemmen 96 und 98 geliefert. . - ..._-.

Das Konstruktionsdiagramm einer in Sektoren unterteilten photo empfindli ehen Einheit, wie es im Hauptpatent (Patentanmeldung P 22 54 863) gezeigt ist, ist in Fig. 5 dargestellt. Die Einheit 100 umfasst 32 in

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Winkeln von ungefähr 11 15' angeordnete Sektoren. In dieser Anordnung befindet sich auch eine photo empfindliche Mitteleinheit U, die von allen anderen Abschnitten A bis H bzw. a bis h isoliert ist. Bin Sektorpaar Aa und der Mittclabschnitt U sind von der übrigen Anordnung getrennt in Fig. 6 gezeigt. Die Sektorpaare werden elektronisch im Zeitmultiplexbetrieb betrieben, so dass sich ein Abtaster ergibt, der sehr ähnlich· wie mechanische Abtaster arbeitet.

Elektronische Schaltungen und Komponentengruppen für digitale Datenverarbeitung bringen in den meisten Fällen Ersparnisse für binäre Rechenoperationen. Daher werden in den zu beschreibenden Anlagen 32 Sektoren oder 16 Sektorpaare vorgesehen. Die Anzahl der Sektoren und Sektorpaare kann natürlich nach Bedarf gewählt werden. In der Konfiguration der in Sektoren unterteilten Photozelleneinheit der Fig. 5 sind 32 Sektoren in einem Winkel von 11 15' gegeneinander geneigt. Der Radius R des Zentralabschnittes U ist halb so gross wie der Mindestabstand D für die RPM-Codierung. '

Fig. 7 zeigt eine Reihe schwarzer Streifen 611 bis 616, welche die" binäre Zahl 1000000001 in RPM-Streifencodierung darstellen. Fig. 7(a) zeigt ein Sektorpaar Aa der in Fig. 5 gezeigten Anordnung in einer Ausrichtung, in welcher zwei Sektorpaare +5, 625 von der Nullinie ausgerichtet sind . Eines der beiden Sektorpaare wird für die Abtastung aus-

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gewählt. Während der ganze Blattbereich des gewählten Sektorpaares über dem weissen abzutastenden Raum in Zwischenwinkeln steht, decken nur etwa 85% des äusseren Sektorbereiches den weissen Raum ab, wo zwei Sektorpaare im wesentlichen gleich ausgericht et sind ; die übrigen 15% des äusseren Sektorbereiches fühlen Schwarz anstatt Weiss ab. ""·

Die photo empfindliche Anordnung ist bei den meisten Abtastoperationen aller Wahrscheinlichkeit nach im Streifencodemuster winkelig willkürlich orientiert. Somit wird-ein bestimmter Prozentsatz der schmälsten weissen Zwischenräume und der schmälsten schwarzen Streifen im allgemeinen von einem Sektorpaar mit weniger als 100% des möglichen maximalen Photozellensignales abgetastet. Da das Gerät die Differenz zwischen schwarzen Streifen und weissen Zwischenräumen erkennen soll, erreicht der Abtaster mit den Sektoren, wie sie in Fig. 7(a) gezeigt sind, in seiner Zuverlässigkeit nicht die gewünschten Werte.

Fig. 7(b) zeigte eine Sektorkonfiguration, mit der in jedem Fall das Maximum von 100% des Photo zellensignales erreicht wird, wenn sie über der vertikalen Bezugslinie ausgerichtet ist. Der Spitzenwinkel 2 Θ beträgt 22, 5 und der Sektorbereich ist ein Maximum. Diese spezielle Anordnung lässt sich jedoch in einer in Segmente unterteilten Photozellenanordnung wegen der geometrischen Ueberlappung praktisch nicht verwirklichen.

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Aenderungen an der Basis eines jeden Sektors schalten jedoch die Ueberlappung auf Kosten der Fläche aus. Diese Sektorkonfiguration für eine volle "Stern"-Anordnung ist in Fig. 7(c) gezeigt. Aus dieser Figur ist zu entnehmen, dass ein volles Photozellensignal vorhanden ist im Bereich von i 5, 625 , in welchem ein gegebenes Sektorpaar arbeitet. Eine Illustration dieser Sternanordnung zeigt P^-1Ig. 8.

Verschiedene Variationen dieses Grundschemas sind möglich. In Fig. 7(d) ist eine in Segmente unterteilte Sektoranordnung gezeigt, die sich dem Idealsektor der Fig. 7(b) zur Erzeugung eines grösseren Signales nähert. Der Klarheit halber ist diese Version in Fig. 9 gezeigt. Jede photoempfindliche Sektoreinheit umfasst einen peripheren, diamantförmigen Sektor 631 und zwei Basisbereiche 632, 633 von im wesentlichen dreieckiger Form. ■

Die peripheren, diamantförmigen Sektoren werden wie in den oben beschriebenen Anordnungen geschaltet. Die Dreiecksbereiche an der Basis werden von benachbarten Sektoren untereinander geteilt und werden ausser Phase mit den peripheren, diamantförmigen Sektoren geschaltet. Es sind zwar mehr Schaltvorgänge erforderlich, es steht jedoch auch ein grösserer Bereich zur Absorption von Störungen zur Verfügung, die durch dunkle Schmutzflecke und dergl. in den weissen Bereichen und helle Fehlstellen in den schwarzen Streifen hervorgerufen werden.

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Die Grundform der Anordnung lässt sich leicht dadurch modifizieren, dass man die Basis der Sektoren mehr oder weniger abschrägt. EinBeispiel der Abschrägung oder Abstumpfung ist in Fig. 7(e) gezeigt, das eine Halbsternanordnung ergibt, die in Fig. 10 gezeigt ist. Diese Anordnung erzeugt andere elektrische Impulszüge und wird später beschrieben. ·

Die Flächen der verschiedenen Sektorkonfigurationen als Funktion de& Radius R des Mittelabschnittes U sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt. . .

• - Fläche einschl.

Konfiguration Fläche des Sektorpaares Mittelabschnitt U

Fig. 7(a) . 15. 44 R² 18. 58 R²

Fig. 7(b) 19.22 R² . 22.36 R²

Fig. 7(c) 10.04 R² 13. 18 R²

Fig. 7(d) 13, 60 R² 16.74 R²

Fig. 7(e) 5.13 R² . 8.27 R²

In Fig. 11 sind die Wellenzüge miteinander verglichen, welche durch Drehen der Sektorpaare erzeugt werden, deren Mittelabschnitte auf einen schmalen, weissen Spalt ausgerichtet sind. Die Kurve stellt die Wellenform der Daisy-Konfiguration-der Fig. 7(a) dar, während die Kurven 642 und 644 die Wellenformen für die Stern-

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konfiguration (Fig. 7(c) bzw. die Halbsternkonfiguration (Fig. 7(e)) darstellen. Der Orientierungswinkel ist auf der Abszisse aufgezeichnet und auf der Ordinate das Verhältnis der belichteten Blattfläche F, ,

bei

zur Gesamtblattfläche F . Besonders zu beachten sind die voll

ges

belichteten Bereiche während des aktiven Winkels von ^ 5, 625 für beide Sternkonfigurationen. Die Daisy-Konfiguration beginnt mit einem Verlust des belichteten Bereiches nach - 3 Drehung.

Fig. 12 zeigt die Aenderung der belichteten Blattfläche, während die Daisy-Konfiguration über einen schmalen weissen Spalt in unterschiedlichen Ausrichtungswinkeln abgetastet wird. Die Kurven 650, 652 und stellen die Orientierungswinkel von 0,3 und 5, 625 von der Vertikalen gegen die Versetzung in willkürlichen Einheiten von der Mitte des weissen Abstandes als Abszissen dar. Es ist zu beachten, dass der Maximalbereich abnimmt von 100%, während der Orientierungswinkel zunimmt, und dass die Kurven bei der Linie des 50%-Bereiches aufgrund der Blattsymmetrie identische Werte aufweisen.

Fig. 13 zeigt einen ähnlichen Kurvensatz für die Sternkonfiguration. Die Kurven 660, 662 und 664 stellen die Orientierungswinkel 0°, 3° und 5, 625 dar. Der 100%-Bereich wird für alle Orientierungen erreicht. Bei i 5, 625 ist die Kurve aufgrund der Symmetrie ein perfektes Dreieck. Die Anstiege dieser Kurven ändern sich weniger drastisch als bei der Daisy-Konfiguration und erleichtern so die elektronische Anstiegserkennung. 309835/0872

ν,

F. ig. 14 zeigt den Satz der Kurven 670, 672 und 674 für die Halbsternvariante. Von besonderem Interesse ist die ungewöhnliche Kurve 674, die durch die Halbsternkonfiguration im Uebergangswinkel von 5, 625 erzeugt wird. Die Doppelinflektion an der 50%-Linie ist bei bestimmten Anwendungen nützlich für die Uebergangserkennung, da bei nur geringer Aendertmg des Ausrichtungswinkels hier eine drastische Anstiegsänderung auftritt.

Fig. 15 zeigt einen Satz von Bereichsverschiebungskurven 680, 682 und für die in Fig. 7(d) gezeigte segmentierte Blattanordnung; Die Anstiege der Kurve ändern sich nur geringfügig mit zunehmendem Orientierungswinkel. Die Kurve für - 5, 625 ist aufgrund der Symmetrie dreieckig.

Die Sternkonfiguration bietet eindeutige Vorteile. Bei einem Orientierungswinkel von ί 5, 625 ist das in einer schmalen weissen Spalte erzeugte maximale Signal konstant und vom Winkel unabhängig ; das Gegenteil gilt für das in einem fichmalen schwarzen Streifen erzeugte minimale Signal. Diese Tatsache kann bei der Konstruktion der elektronischen Wahlschaltung für die Sektorpaare und für eine Codestreifenerkennungsschaltung ausgenutzt werden, die mit automatischer Schwellenwerterkennung ähnlich arbeitet, wie in der USA-Patentschrift Nr. 3, 599, 151 beschrieben. In der Sternanordnung gibt es immer mindestens ein Sektor-

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paar, welches das vorgegebene Maximalsignal beim Ueberstreichen eines weissen Zwischenraumes liefert. Entsprechende Schwellenwerteinstellung lässt sofort die Sektorpaax*e ausser Betracht, die weniger gut orientiert sind.

Mit der vorliegenden Anordnung soll das Abtastgerät weniger empfindlich für Schmutzflecken in weissen Bereichen und Fehlerstellen in schwarzen Bereichen gestaltet werden. Wenn einmal ein Sektorpaar der Sternanordnung innerhalb von - 5, 625 gewählt wurde, kann gesagt werden, dass im Moment des grössten Signales 100% der gesamten Blattfläche im weissen Z\vischenraum liegen. Damit haben Schmutzflecken die geringste Möglichkeit, ein signifikantes Signal hervorzubringen. Die Umkehrung gilt für die Abtastung eines schmalen schwarzen Streifens.

Durch Vergleich der Kurven der Fig. 12 mit denen der Fig. 13 und ist zu erkennen, dass die Sternanordnung Wellenformen mit gleichmassigerem Anstieg erzeugt. Diese Tatsache vereinfacht die Konstruktion einer Anstiegserkennungsschaltung. Der Doppelinflektionspunkt in Fig. kann in manchen Fällen für die Erkennung des Uebergangs zwischen Sektorpaaren vorteilhaft sein, da sich der Anstieg so drastisch bei nur geringer Aenderurig des Orientierungswinkels ändert.

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Obwohl als Beispiel scharfe Spitzenwinkel gezeigt und beschrieben wurden, können natürlich auch abgestumpfte und/oder abgerundete Spitzen in Betracht gezogen werden.

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Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Abtaster für streifencodierte Information mittels einer Quelle, insbesondere einer Lichtquelle, zur wenigstens teil weisen Bestrahlung des die Informationsstreifen tragenden Aufzeichnungsträgers und eines Empfängers, insbesondere eines Lichtempfängers, zur Aufnahme wenigstens eines Teils der vom Aufzeichnungsträger remittierten oder reflektierten Strahlung nach Patent (Patentanmeldung P 22 54 863), da durch gekennzeichnet, daß die Quelle stationär angeordnet ist, und der Empfänger (100) in Sektoren (A ... H; a ... h) angeordnete Empfangselemente aufweist, und daß die Sektoren (A ... H; a ... h) durch Umrißlinien begrenzt sind, die sich in von der Mitte (U) des Lichtempfängers entfernten Punkten schneiden.
2. 2. Abtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umrißlinien der Sektoren (A ... H; a ... h) von einem Kreis ausgehen, dessen Radius (r.) wenigstens angenähert der halben Entfernung (r₂) der Schnittpunkte der Umrißlinien von der Mitte (U) des Empfängers (100) entspricht.
3. 3. Abtaster nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektoren im wesentlichen dreieckige Form haben (Fig. 10).
4. 4. Abtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektoren rhombische Form haben und sich von der Mitte (U)

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   nach außen erstrecken (Fig. 8).
5. 5. Abtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umrißlinien der Sektoren (A ... H; a ... h) jeweils einen Winkel 2Θ einschließen, wobei Θ = 36O°/2n und η die Anzahl der Sektoren ist.
6. 6. Abtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ümrißlinien der Sektoren (A ... H; a ... h) Tangenten an einen in ihrer Mitte (U) angeordneten Kreis sind, dessen Durchmesser (2R) wenigstens angenähert gleich dem Mindestabstand (D) zwischen benachbarten Codestreifen (613, 614) ist (Fig. 9).

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