DE2342142C3 - Anordnung zum zeilenweisen Abtasten von Mustern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum zeilenweisen Abtasten von Mustern mit Hilfe einer Zeile von Fotodioden, die während des Abtastvorganges mindestens einmal seriell abgefragt werden und dabei einen Fotostrom an einen Integrator abgeben, dessen Ausgangssignal zur Gewinnung eines kompensierten Signals umgeformt wird.

Für die optische Abtastung sind Fotodiodenzeilen bekannt, bei denen die einzelnen Fotodioden mit Hilfe eines eingebauten Schieberegisters nacheinander auf ein bestimmtes Potential aufgeladen werden. Beim Auftreffen von Licht werden die einzelnen Fotodioden entsprechend der aufgetretenen Lichtmenge entladen. Auf einer mit allen Fotodioden verbundenen Leitung entstehen beim nächsten Ladevorgang Stromimpulse, deren Größe der in der Zwischenzeit aufgetroffenen Lichtmenge proportional ist.

Die einzelnen Fotodioden auch solcher Fotodiodenzeilen zeigen Exemplarstreuungen in den elektrischen Werten, die bei dem Bauelement Fotodiode als solche bekannt sind. So weisen sie Unterschiede in der Elektronenausbeute, der Größe der lichtempfindlichen Flächen usw. auf und haben insbesondere einen unterschiedlichen, auch temperaturabhängigen Dunkelsiromanteil. Ein und dasselbe Abtastereignis wird also im allgemeinen bei den einzelnen Fotodioden einer Zeile zu unterschiedlichen Fotoströmen führen.

Wenn darüber hinaus, was im allgemeinen angenommen werden kann, die Fotodiodenzeile über das eingebaute Schieberegister in regelmäßigen Abfrageintervallen abgefragt wird, kann ein weiterer Fehler auftreten, der auf der Inkonstanz der Abfrageintervalle beruht

All diese Störungsursachen führen zu Signalverfälschungen, die unter Umständen eine spätere Auswertung der Abtastsignale wesentlich erschweren. Man denke in diesem Zusammenhang beispielsweise an die Verwendung einer derartigen Abtastanordnung in einem Gerät zur automatischen Erkennung von Schriftzeichen, bei dem der zu lesende Aufzeichnungsträger mit großer, jedoch nicht immer konstanter Geschwindigkeit an der Abtasteinheit vorbeigeführt wird. Unterschiedliche Qualität und Reflexionseigenschaften des zu lesenden Aufzeichnungsträgers sind systematisch bedingt und deshalb nicht auszuschalten. Weitere Signalverfälschungen bei der Umsetzung des optischen Signals in ein elektrisches Signal können daher nicht in Kauf genommen werden.

Aufgabe der Erfindung ist daher, die Gewinnung von korrigierten Signalen aus den Fotoströmen der einzelnen Fotodioden, die insbesondere als Zeichenabtastsignale, von Einflüssen wie Unterschieden der Elektronenausbeute der Fotodioden, Unterschieden der lichtempfindlichen Flächen, Inhomogenität der Beleuchtung sowie Taktunregelmäßigkeiten bei getaktetem Betrieb, befreit sind.

6s Bei einer Anordnung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 genannten Merkmale. Diese Lösung berücksichtigt die Tatsache,

daß die Dunkelsiromwerie und die anderen, den Fotostrom verfälschenden Faktoren typische Exemplarstreuungen aufweisen. Die Anordnung ist daher so aufgebaut, daß diese Werte für eine Korrektur des Fotostromes zum Zeitpunkt der Abfrage jeder Fotodiode individuell bereitgestellt werden. Von besonderem Vorteil dabei ist die digitale Speicherung dieser Werte, die es ermöglicht, diese Werte immer wieder neu vorzugeben und damit auch Largzeitänderungen auf einfache Weise zu berücksichtigen. Dies gilt um so mehr, als es ohne weiteres möglich ist, diese Werte stets neu in Abtastpausen zu bilden, wie Weiterbildurgen der Erfindung zeigen, die in Unteransprüchen gekennzeichnet sind.

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 näher beschrieben an Hand 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 mit eingebautem Abfrage-Schieberegister. Bei einer solchen Fotodiodenzeile werden die einzelnen Fo'odioden mit Hilfe eines eingebauten Schieberegisters nacheinan der auf ein bestimmtes Potential aufgeladen. Beim Auftreffen von Licht werden die einzelnen Fotodioden entsprechend der Lichtmenge entladen. Auf einer mit allen Fotodioden verbundenen 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 Id integriert.

Dieser Strom kann folgendermaßen beschrieben werden:

I₁, = k- I₁ + /„ (Ii

Dabei bedeutet In den Diodenstrom, der an den Anschlüssen zur Verfügung steht. Il ist das allein durch die Beleuchtung hervorgerufene Ladungsdefizit, /o ist der Dunkelstrom, der durch Fehler im Kristall entsteht und temperaturabhängig ist. k ist ein Faktor, der den Strom //- insbesondere abhängig 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

wobei /o 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:

(3)

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

ίο Zur Bildung von Ii 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 4 die zu den einzelnen Fotodioden gehörigen Werte MkD 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 5. der den

Abtasttakt T der Fotodiodenzeile 1 (Schiebetakt der Schiebekelte) bereitsten·., ist zum Zweck dieser synchronen Ausspeicherungen auch mit den Ausspeicherschaltungen der Digitalspeicher 3 und 4 verbunden.

« Die ausgespeicherten Yo-Werte werden einem Digital-Analog-Umsetzer 6 zugeführt und von diesem aus in analoger Form — /0 auf einen Summierverstärker 7 gegeben, dem andererseits der Strom /ovom Integrator 2 zugeführt wird. Am Ausgang des Summierverstärkers

)c 7 erscheint der Strom Id- /0.

Dieser Strom wird als Referenzstrom einem Digital-Analog-Umsetzer 8 zugeführt, welcher die Werte des 1/Jtß-Digitalspeichers 4 empfängt. Der Ausgangsstrom eines m-Bit-Digital-Analog-Umsetzers, der nach dem

3s Prinzip der geschalteten, gewichteten Ströme arbeitet, hat den Wert

/ y ^An

wobei A\ bis Am die digitalen Eingänge mit steigender Gewichtung bedeuten.

/resist der Referenzstrom, der beim normalen Betrieb eines Digital-Analog-Wandlers konstant ist. Ersetzt

4s man Ικΐ durch die Differenz Id-h und das anliegende Digitalwort ist \/ki>, so ist der Ausgangsstrom gleich (In-In) \/ka

In einer weiteren Stufe 9 wird dieser Strom durch Multiplikation mit Mkv in den Strom Il gemäß der

so Gleichung (3), also den gewünschten Signalstrom, umgesetzt. Wenn 1/λν als Digitalwert vorliegt, ist die Stufe 9 ein weiterer Digital-Analog-Umsetzer, der 1/^v-Werte nach dem gleichen Prinzip wie der Digital-Analog-Umsetzer 8 verarbeitet und dessen Ausgangsstrom dann der gesuchte Il ist. Wenn \lkv als Analogwert vorliegt, ist die Stufe 9 ein Analogmultiplizierer, welcher die Multiplikation mit diesem Wert vornimmt.
Der Signalstrom /;. kann als solcher ausgewertet werden 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

fts Ausgangswerte des Analog-Digital-Umsetzers 10 in den Digitalspeicher 3 einspeichern zu können. Dadurch wird es möglich, die benötigten /0-Werte automatisch in deti Digitalspeicher 3 einzugeben.

Z5

142

Die Gleichung

^D ⁼ *B

läßt sich umformen in

"O

*D = Η

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

Nach Gleichung (6) läßt sich ko gewinnen, wenn für Il ein ein Sollwert und für kv 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 MkD nach dem Prinzip der schrittweisen Annäherung Bit für Bit gewonnen und in den Speicher 4 gegeben werden. Dazu ist noch Vergleicher 11 vorgesehen, der den jeweils ermittelten Wert mit dem in einem Sollwertgeber 12 eingestellten Sollwert von Il vergleicht.

Beim ersten Schritt ist die Ausgabe eines höchstwertigen Bits vom Werte 1 aus dem Speicher 4 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 /n-stelligen Darstellung von MkD ergibt sich nach m+1 Schritten der endgültige Wert von 1/Jtoim Speicher.

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

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 14 und eine Optik 15, die einen Streifen der

ίο durchlaufenden Zeichenfelder auf der Fotodiodenzeile 1 abbildet. Da die Signale aus der Fotodiodenzeile 1 Stromimpulse sind, muß der bereits genannte Integrator 2 vor dem Summierverstärker 7 eingeschaltet werden. Die im Ausgang A erscheinenden Il- Werte werden bei dieser Anwendung einer Quantisierungs- und einer Zeichenerkennungsschaltung zugeführt.

Der Abfragetakt Tfür die Fotodiodenzeile 1, der auch den Digitalspeichern 3 und 4 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 16, der seinerseits die laufende Einführung des 1/Av-Wertes in die Ι/λν-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 /0- bzw. kD-Werten automatisch zu wiederholen und so auch Langzeitschwankungen dieser Werte, die z. B. durch Temperaturänderungen entstehen, zu erfassen.

Für eine wiederkehrende Gewinnung des kD-Wertes kann z. B. ein mit 16 bezeichneter Prüfstreifen auf der Lesetrommel 13 vorgesehen werden, der über die gesamte Lesehöhe gleichmäßig weiß und mindestens m Abtastspalten breit ist.

Angemerkt sei, daß der, wie oben angegeben, gewonnene /o-Korrekturwert auch die eventuell vorhandenen Nullablage-Fehler der Schaltungen 8, 9, 10 enthält /0 soll bei dunkler Beleuchtung oder abgeblendeter Fotodiodenzeile gewonnen werden vor der Gewinnung von Jto, für die der Wert /0 benötigt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   23

   t. Anordnung zum zeilenwsisen optischen Abtajten von Mustern mit Hilfe einer Zeile von Fotodioden, die während des Abtasivorganges mindestens einmal seriell abgefragt werden und dabei einen Fotostrom an einen Integrator abgeben, dessen Ausgangssignal zur Gewinnung eines kompensierten Signals umgeformt wird, gekennzeichnet durch einen auf der Ausgangsseite des Integrators (2) angeordneten Summierverstärker (7) zum Vermindern des Signals (Id) um einen Dunkelstromanteil, an dessen zweiten Signaleingang über einen ersten Digital-Analog-Umsetzer (6) ein erster Digitalspeicher (3) angeschlossen ist, in dem die Dunkelstromwerte (h) der Fotodioden (1) gespeichert sind, und durch einen zweiten Digitalspeicher (4), in dem Exemplarstreuungen der Fotodioden berücksichtigende Faktoren (kr>) gespeichert sind, der an einen zweiten Digital-Analog-Umsetzer (8) angeschlossen ist, dem das Ausgangssignal (Id- h) des Summierverstärken! als Referenzsignal zugeführt wird und an dessen Ausgang ein kompensiertes Signal abgegeben wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleichen von systematisch bedingten Schwankungen der Integrationszeit des Fotcstromes durch Inkonstanz eines Abfragetaktes an den zweiten Digital-Analog-Umsetzer (8) ein Analogmultiplizierer (9) angeschlossen ist, dem einerseits das insoweit bereits kompensierte Signal als Referenzsignal und weiterhin ein auf die Länge des tatsächlichen Abtastintervalls bezogenes Signal

   zugeführt wird und an dessen Ausgang das vollständig kompensierte Signal abgegeben wird.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Signalausgang des Analogmultiplizierers (9) ein Analog-Digital-Umsetzer (10) angeschlossen ist.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers (10) an den ersten Digitalspeicher (3) zur Eingabe von Dunkelstromwerten (/0) angeschlossen ist.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers (10) an einen Vergleicher (11) angeschlossen ist, der andererseits mit einem Sollwertgeber (12) zur Eingabe eines Fotostromsollwertes verbunden und mit seinem Ausgang an den zweiten Digitalspeicher (4) zur Eingabe von Exemplarstreuungen der Fotodioden berücksichtigenden Faktoren (Icd) angeschlossen ist
6. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in Verbindung mit einer Fotodiodenzeile mit Abfrageschieberegister, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Schieberegistertakt liefernder Taktgeber (5) zugleich mit den Digitalspeichern (3, 4) als Taktgeber zum Aus- und/oder Einspeichern verbunden ist.
7. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 in Verbindung mit einer Einrichtung zur lichtelektrischen Abtastung durchlaufender Aufzeichnungsträger, dadurch gekennzeichnet, daß der Analogmultiplizierer (9) mit einem die Laufgeschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers messenden Gerät (16) verbunden ist.