DE2342142A1

DE2342142A1 - Schaltungsanordnung zur gewinnung von signalen von fotodioden

Info

Publication number: DE2342142A1
Application number: DE19732342142
Authority: DE
Inventors: Gerhard Konstanz Dipl In Haupt
Original assignee: Computer Gesellschaft Konstanz mbH
Current assignee: Oce Document Technologies GmbH
Priority date: 1973-08-21
Filing date: 1973-08-21
Publication date: 1975-04-24
Also published as: FR2241831A1; FR2241831B3; DE2342142B2; SE7410571L; SE406129B

Description

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TELEFUNKEN COMPUTER GmbH, Konstanz

17. Juli 1973 PT-KN Whs/lo

Schaltungsanordnung zur Gewinnung von Signalen von Fotodioden

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Gewinnung von Signalen von Fotodioden.

Aufgabe der Erfindung ist die Gewinnung von Signalströmen bzw. diese darstellenden Digitalsignalen, die, insbesondere zur Verwendung als Zeichenabtastsignale, von Einflüssen wie Unterschieden der Elektronenausbeute der Dioden, Unterschieden der lichtempfindlichen Flächen, Inhomogenität der Beleuchtung ßowie Taktunregelmäßigkeiten bei getaktetem Betrieb, befreit sind. S

Diese Aufgabe stellt sich z.B. beim Betrieb einer Fotodiodenzeile mit serieller Abfrage, insbesondere bei einer bekannten Betriebsweise, bei der die einzelnen Fotodioden der Fotodiodenzeile mit Hilfe eines eingebauten Schieberegisters nacheinander auf ein bestimmtes Potential aufgeladen werden,

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beim Auftreffen von Licht die einzelnen Dioden entsprechend der Lichtmenge entladen werden und auf einer mit allen Dioden verbundenen Leitung beim nächsten Ladevorgang Stroraimpulse entstehen, deren Größe der in der Zwischenzeit auf— getroffenen Lichtmenge proportional ist.

Erfindungsgemäß ist eine Schaltungsanordnung zur Gewinnung von Signalen von Fotodioden gekennzeichnet durch eine erste Schaltung, durch die der Fotodiodenstrom um den voreingestellten Betrag des Dunkelstroms der Fotodiode vermindert wird, und eine zweite Schaltung, durch die der so erhaltene Strom proportional zu Faktoren verändert wird, die den Fotostrom der Fotodiode beeinflussen.

Insbesondere ist vorgesehen, daß die erste Schaltung einen (ersten) Digitalspeicher mit gespeicherten Dunkelstrom-Werten, einen Digital-Analogwandler und einen Summierverstärker enthält.

Vorgesehen ist ferner, daß die zweite Schaltung zwei Stufen aufweist, von denen die eine Stufe im wesentlichen zeitlich konstante und die andere Stufe zeitlich veränderliche Faktoren wirksam macht, namentlich in der Form, daß die zweite Schaltung einen (zweiten) Digitalspeicher mit gespeicherten Faktoren und einen Digitalanalog-Wandler enthält, dem der Ausgangsstrom dar ersten Schaltung als Referenz-

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strom zugeführt wird, und daß der Ausgangsstrom des Digital-Analog-Wandlers einem weiteren Digital-Analog-Wandler als Referenzstrom oder einem Analogmultiplizxerer zugeführt
wird, von dem Signalströme in einen Ausgang abgenommen werden.

Es kann vorgesehen werden, daß an den Signalstrom-Ausgang ein Analog-Digital-Wandler angeschlossen ist.

Zur Gewinnung der Inhalte der verwendeten Digitalspeicher ist dann weiterhin vorgesehen, daß der Ausgang des die
Signalströme aufnehmenden Analog-Digital-Wandlers an den
ersten Digitalspeicher zur Eingabe von Dunkelstrom-Werten angeschlossen ist, und ferner daß der Ausgang des die Signalströme aufnehmenden Analog-Digital-Wandlers an einen Vergleicher angeschlossen ist, der andererseits mit einem
Sollwertgeber zur Eingabe eines Fotostrom-Sollwertes verbunden und mit seinem Ausgang an den zweiten Digitalspei-· ehe»' zur Eingabe von Faktoren angeschlossen ist.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in Verbindung mit einer Fotodiodenzeile mit Abfrage-Schieberegister ist vorgesehen, daß ein den Schieberegister-Takt liefernder Taktgeber zugleich mit den Digitalspeichern
als Taktgeber zum Aus- und/oder Einspeichern verbunden ist.

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Wird die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in Verbindung mit einer Einrichtung zur lichtelektrischen Abtastung eines durchlaufenden Aufzeichnungsträgers verwendet, so kann vorgesehen werden, daß der Analogmultiplizierer mit einem die Laufgeschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers messenden Gerät verbunden ist. In einer solchen Anordnung können auch Mittel zur wiederholten selbsttätigen Eingabe von Werten in die Digitalspeicher vorgesehen werden.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel nochmals näher beschrieben anhand der Zeichnung, welche die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einem Blockschaltbild in Verbindung mit einer schematisch dargestellten Beleg-Leseeinrichtung darstellt.

In der Zeichnung ist 1 eine Fotodiodenzeile der eingangs genannten Art mit eingebautem Abfrage-Schieberegister. Bei einer solchen Fotodiodenzeile werden die einzelnen Fotodioden mit Hilfe eines eingebauten Schieberegisters nacheinander auf ein bestimmtes Potential aufgeladen. Beim Auftreffen von Licht werden die einzelnen Fotodioden entsprechend der Lichtmenge entladen. Auf einer mit allen Fotodioden ver bundenen Leitung entstehen beim nächsten Ladevorgang Stromimpulse, deren Größe der in der Zwischenzeit aufgetroffenen Lichtmenge proportional ist. Diese Impulse werden in einem Integrator 2 jeweils für die Abfragezeit jeder Fotodiode zu einem Strom I_ integriert«
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Dieser Strom kann folgendermaßen beschrieben werden:

¹D ^{= k} ' ¹L ^{+ 1}O

Oabei bedeutet I_n den Diodenstrom, der an den Anschlüssen zur Verfugung steht.

I_T ist das allein durch die Beleuchtung hervorgerufene Ladungsdefizit.

I_fi ist der Dunkelstrom, der durch Fehler im Kristall entsteh"-; und temperaturabhängig ist. '
k ii;>: ein Faktor, der den Strom I_T insbesondere abhängig

XJ

von folgenden Einflüssen verfälscht:

a) Unterschiede der Elektronen-Ausbeute der einzelnen Dioden

b) Unterschiede der lichtempfindlichen Fläche

c) Inhomogenität der Beleuchtung

d) Unterschiede der Integrationszeit durch nichtkonstanten Abfragetakt.

Für die Auswertung der Signale interessiert nur der Fotostrom. Dieser ist nach Obigem

¹T ^β ¹D - ¹O . (2)

L -

wobei I~ und k für jede Diode einen anderen Wert haben können, außerdem die Integrationszeit von der Abtastgeschwindigkeit abhängig sich laufend ändern kann.
Die Rechenvorschrift wird deshalb wie folgt umgeformt:

' ¹L - <*d - V · S_D · E_v .

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wobei k„ der durch die Geschwindigkeitsänderung bedingte Faktor ist. k- berücksichtigt alle anderen weiter oben genannten Einflüsse.

Zur Bildung , von 1- sind die folgenden Schaltungen vorgesehen:

In einem Digitalspeicher 3 sind sämtliche zu jeweils einer Fotodiode der Fotodiodenzeile 1 gehörenden Dunkelstrom-Werte der Fotodioden und in einem Digitalspeicher k die zu den einzelnen Fotodioden gehörigen Werte l/k- gespeichert, so, daß im Zuge der Abfrage der Fotodioden die jeweils zu ihnen gehörigen Werte gleichzeitig aus den Digitalspeichern 3 und 4 abgefragt werden können. Ein Taktgeber 51 der den Abtasttakt T der Fotodiodenzeile 1 (Schiebetakt der Schiebekette) bereitstellt, ist zum Zweck dieser synchronen Ausspeicherungen auch mit den Ausspeicherschaltungen der Digitalspeicher 3 und 4 verbunden.

Die ausgespeicherten I„-Werte werden einem Digital-Analog-Umsetzer 6 zugeführt und von diesem aus in analoger Form -I^ auf einen Summierverstärker 7 gegeben, dem andererseits der Strom I„ vom Integrator 2 zugeführt wird. Am Ausgang des Summierverstärkers 7 erscheint der Strom I_n - I_Q.

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Dieser Strom wird als Referenzstrom einem Digital-Analog-Umsetzer 8 zugeführt, welcher die Werte des l/k' -Digitalspeichers 4 empfängt. Der Ausgangsstrom eines m-Bit-Digital-Analog-Umsetzers, der nach dem Prinzip der geschalteten, gewichteten Ströme arbeitet, hat den Wert

m
n-l ₂n

wobei A. bis A die digitalen Eingänge mit steigender Ge-1 rn

wichtung bedeuten.

I -. ist der Referenzstrom, der beim normalen Betrieb eines Digital-Analog-Wandlers konstant ist.

Ersetzt man I „ durch die Differenz I_ -vj und das anref . D O

liegende Digitalwort ist l/k_D, so ist der Ausgangsstrom gleich (I₀ - I₀) . iAq.*

In einer weiteren Stufe 9 wird dieser Strom durch Multiplikation mit l/k„ in den Strom I, gemäß der Gleichung (3)i also den gewünschten Signalstrom, umgesetzt. Wenn l/k_v als Digitalwert vorliegt, ist die Stufe 9 ein weiterer Digital-Analog-Umsetzer, der l/k_v-Werte nach dem gleichen Prinzip wie der Digital-Analog-Umsetzer 8 verarbeitet, und dessen Ausgangsstrom dann der gesuchte I_T ist. Wenn l/k_v als Analogwert vorliegt, ist die Stufe 9 ein Analogmultiplxzierer, welcher die Multiplikation mit diesem Wert vornimmt.
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Der Signalstrom I_T kann als solcher ausgewertet werden,

JU

oder aber, wie in der Zeichnung dargestellt, durch einen Analog-Digital-Umsetzer 10 in Digitalform in einen Signalausgang A ausgegeben werden.

Der Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers 10 ist ferner mit dem Digitalspeicher 3 verbunden, um Ausgangswerte des Analog-Digital-Umsetzers 10 in den Digitalspeicher 3 einspeichern zu können. Dadurch wird es möglich, die benötigten !„-Werte automatisch in den Digitalspeicher 3 einzugeben.

Die (	sich	lung I_D =	^kD *	^kv	• ¹L ⁺	¹O	¹L	(4)
läßt		umformen	in	¹O	- ¹D -	^kD ·		(5)
				¹D -	¹O

und k_D » I. . k_v (6)

Nach Gleichung (5) läßt sich I_Q gewinnen, wenn 3L « 0 ist, was bei fehlender Beleuchtung der Fall ist. Wird außerdem, z.Bo durch Abtrennung vom Digitalspeicher 3t ^aer Ausgang des Digital-Analog-Umsetzers 6 auf Null gebracht und werden die Stufen 8 und 9 auf "1" gesetzt, so erscheint der Wert I_D = I_Q am Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers 10 und kann nacheinander für alle Dioden der Fotodiodenzeile 1 in den Speicher 3 eingetragen werden.

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Nach Gleichung (6) läßt sich k_ gewinnen, wenn für I_T ein ein Sollwert und für k_v der Mittelwert des erwarteten Wertbereiches angenommen wird. Die gesamte Fotodiodenzeile 1 muß während der Ermittlung gleichmäßig beleuchtet werden.

Wenn dann Abfragezyklen der Fotodiodenzeile 1 gestartet werden, kann der Wert k_n nach dem Prinzip der schrittweisen Annäherung Bit für Bit gewonnen und in den Speicher 4 gegeben werden. Dazu ist noch ein Vergleicher 11 vorgesehen, der den jeweils ermittelten Wert mit dem in einem Sollwertgeber 12 eingestellten Sollwert von I. vergleicht.

Beim ersten Schritt ist die Ausgabe eines höchstwertigen Bits vom Werte 1 aus dem Speicher k zu veranlassen (alle anderen Bits =0). Ergibt sich beim zweiten Schritt, daß dieser Wert zu groß war, wird diese 1 gelöscht. Die zweite Stelle wird danach ' zu 1 gemacht. Im dritten Schritt erfolgt die endgültige Festlegung des zweiten Bits und das dritte-wird zu 1 gemacht usw. bis zum niedrigsten Bit. Bei einer m-stelligen Darstellung von l/k_ ergibt sich nach m+1 Schritten der endgültige Wert von l/k- im Speicher.

Es sind dabei m+1 Abfragen aller Fotodioden durchzuführen, wobei schrittweise die Werte für alle Fotodioden gewonnen werden,

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. ₁₀ . 23A2U2

In der Zeichnung sind ferner noch schematisch dargestellt: eine Belegfördereinrichtung 13 in Gestalt einer rotierenden "Lesetrommel", auf die ein Beleg, von dem Zeichen maschinell zu lesen sind, vorübergehend durch Ansaugen aufgespannt wird, eine Beleuchtungseinrichtung lA und eine Optik 15, die einen Streifen der durchlaufenden Zeichenfelder auf der Fotodiodenzeile 1 abbildet. Da die Signale aus der Fotodiodenzeile Stromimpulse sind, muß der bereits genannte Integrator 2 vor dem Summierverstärker 7 eingeschaltet werden. Die im Ausgang A erscheinenden I₁. -iv^Terte werden bei dieser Anwendung einer Quantisierungs- und einer Zeichenerkennungsschaltung zugeführt.

Der Abfragetakt T für die Fotodiodenzeile 1, der auch den Digitalspeichern 3 und k zugeführt wird, kann dort auch für die Einspeichervorgänge wirksam gemacht werden. Er kann, wie durch die Verbindungsleitung t angedeutet, von der rotierenden Lesetrommel 13 abgeleitet werden, und ebenso die Einstellung eines die Drehgeschwindigkeit Va der Lesetrommel messenden Geschwindigkeitsmessers l6, der seinerlaufende
seits die/Einführung des l/k_v-Wertes in die l/k^-Multiplikations-Stufe 9 durchführt.

Bei einer solchen Anordnung besteht die Möglichkeit, im Zuge des Betriebes während Zeichenlese-Pausen die vorbeschriebene Füllung der Digitalspeicher 3 und 4 mit den I_Q-

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bzw. kpj-Werten automatisch zu wiederholen und so auch Langzeitschwankungen dieser Werte, die z.B. durch Temparaturänderungen entstehen, zu erfassen.

Für eine wiederkehrende Gewinnung des k_-Wertes kann z.B. ein mit l6 bezeichneter Prüfstreifen auf der Lesetrommel vorgesehen werden, der über die gesamte Lesehöhe gleichmäßig weiß und mindestens m Abtastspalten breit ist.

Angemerkt sei, daß der, wie oben angegeben, gewonnene I₀-Korrekturwert auch die evtl. vorhandenen Offset-Fehler der Schaltungen 8, 9» 10 enthält. I₀ soll bei dunkler Beleuchtung oder abgeblendeter Fotodiodenzexle gewonnen werden vor der Gewinnung von kp., für die der Wert I_Q benötigt wird.

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Claims

Pat entansprüche

Iy Schaltungsanordnung zur Gewinnung von Signalen von Fotodioden,

gekennzeichnet durch eine erste Schaltung (l-3i 6, 7)» durch die der Fotodiodenstrom um den voreingestellten Betrag des Dunkelstroms der Fotodiode vermindert wird, und eine zweite Schaltung (4, 8, 9)» durch die der so erhaltene Strom proportional zu Faktoren verändert wird, die den Fotostrom der Fotodiode beeinflussen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste "Schaltung einen (ersten) Digitalspeicher (3) mit gespeicherten Dunkelstrom-.Wer ten, . einen Digital-Analogwandler (6) und einen Summierverstärker (7) enthält.

3· Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung zwei

im wesentlichen

Stufen aufweist, von denen die eine Stufe (4, eiszeitlich konstante und die andere Stufe (9) zeitlich veränderliche Faktoren wirksam macht·

k. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch, gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung einen (zweiten) Digitalspeicher (4) mit gespeicherten Fak-

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toren und einen Digitalanalog-Wandler (8) enthält, dem der Ausgangsstrom der ersten Schaltung als Referenzstrom zugeführt wird, und daß der Ausgangsstrom des Digital-Analog-Wandlers (8) einem weiteren Digital-Analog-Wandler als Referenzstrom oder einem Analogmultiplizierer (9) zugeführt wird, von dem Signalströrae (I, ) in einem Ausgang abgenommen werden.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß an den Signalstrom-Ausgang ein Analog-Digital-Wandler (lO) angeschlossen ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5»

dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des die Signalströme aufnehmenden Analog-Digital-iiandlers (10) an den ersten Digitalspeicher (3) zur Eingabe von Dunkelstrom-Werten angeschlossen ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5»

dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des die Signalströme aufnehmenden Analog-Digital-Wandlers (10) an einen Vergleicher (ll) angeschlossen ist, der andererseits mit einem Sollwertgeber (12) zur Eingabe eines Fotostrom-Sollwertes verbunden und mit seinem Ausgang an den zweiten Digitalspeicher (k) zur Eingabe von Faktoren angeschlossen ist.

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8. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 2 und 4 in Verbindung mit einer Fotodiodenzeile mit Abfrageschieberegister ,

dadurch gekennzeichnet, daß ein den Schieberegister-Takt liefernder Taktgeber (5) zugleich mit den Digitalspeichern (3» ^) als Taktgeber zum Aus- und/oder Einspeichern verbunden ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch k,in Verbindung mit einer Einrichtung zur lichtelektrischen Abtastung durchlaufender Aufzeichnungsträger, dadurch gekennzeichnet, daß der Analogmultiplizierer (9) mit einem die Laufgeschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers messenden Gerät (l6) verbunden ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9,

gekennzeichnet durch Mittel (z.B. l6) zur wiederholten selbsttätigen Eingabe von Werten in die Digitalspeicher (3, 4).

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