DE2516961A1 - Signalkorrektur bei fehlender geschwindigkeitslinearitaet - Google Patents

Description

Priorität vom 17. April 107^;! in USA, Ser.No J16I . 72h

Dio Erfindung botrifft civF U.n?nri.rioron eines nichtlinnarcn NncTirioht n-PXiinnls, flössen Nichtlinonritä L -ich von einer nichtlinoaren mooTaaniscb^n Boi^egung des S3*stems ableitet, von vclnhem es abgciloitot ist.

Die Erfindung richtet sich nllgnmoln nuf das Entfernen der NichtllnpprVb". I von cinoni Nnchrichtensifcnnl , welches von einer Vorrichtung nb^e.1oitei ist, dio eine mechanische BnwGf^mg ver-T:ondnt, woloho die oin Steuersignal mit denselben nichtlinonren Charokteri-stiken vcrwonrlondn Nichtlinearität hervorruft, wobei diese nichtlinearen Charnkteristika bzw. Eigenschaften von einer aus sich zueinander bewegenden Teilen abgeleiteten Art von Bewegung^signal abgeleitet sind.

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Postjchedt: Frankfurt/Main 67ί3-ίΟ2 Bank: Dresdner Bank AG, Wiesbaden, Konto-Nr. 276807

COPY

Dip Erfindung richtet sich auch auf einen speziellen Analogteiler für diesen Zweck. Dieser analoge Vervielfacher/Teiler ist in seiner bevorzugten Form eine Transistorbrücke mit einem betrieblichen Verstärkerausgang.

Die Erfindung ist besonders nützlich bei Leseoinrichtungen für optische Zeichen, Schrifttypen oder Buchstaben, kann aber auch bei anderen Arten von Vorrichtungen verwendet werden, bei denen ein Nachrichtensignal von einem sich bewegenden System abgeleitet wird, in welchem die Koordination zwischen einem "Abschnitt" einer durch die Bewegung erhaltenen Information nicht linear ist. Bei der Leseeinrichtung optischer Zeichen sind Photoabtaster bzw. -aufnehmer linear Seite an Seite angeordnet, um aufeinanderfolgende "Abschnitte" oder Bänder zu prüfen, die sich in einer Richtung über ein Zeichen oder Schrifttyp erstrecken. Eine Abtastbewegung bewegt die Photοaufnehmer quer zu der das Zeichen tragenden Oberfläche entlang einem Abtastpfad, und eine weitere Bewegung kann notwendig sein, um den gesamten zu prüfenden Bereich durch nachfolgende benachbarte Abtastx^ege über jenen Bereich abzudekken. Bei einer bevorzugten Ausführungsform nimmt man aufeinanderfolgende vertikale Abschnitte über Zeichen, wie der Aufnehmer entlang einer Linie bewegt wird, und das das Zeichen tragende Papier wird relativ zum Aufnehmer stufenweise je-

um
weils/eine Linie bewegt, wenn die jeweilige Linie beendet ist.

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Zeitempfindlichkeitserscheinungen darstellende typische Photoaufnehmer sind Übertrager, die "selbstabtastende" Phot odiodenanordnungen bzw. -gruppierungen genannt sind. Diese Gruppierungen integrieren Licht zwischen Abtastintervallen, da lichterzeugter Strom die Sperrschichtkapnzität der Photodiode lädt. Deshalb ist die Empfindlichkeitsfunktion proportional zur Abtast-Intervallzeit,

Insbesondere bei Leseeinrichtungen für optische Zeichen unter Verwendung der selbstabtastenden Photodiodengruppierungen ruft die nichtgleichmäßige Bewegung mit ungleichmäßigen Abtastzeitperioden hervor, daa= ähnliche Signale anders erscheinen. Das Erfordernis linearer Bewegung kann der Konstruktion mechanischer Systeme erhebliche Kosten zufügen, nämlich wegen der Kosten der Systeme für gleichmäßigen Antrieb.

Das nichtlineare Videoausgangssignal einer selbstabtastenden Photodiodengruppicrung ist ein spezieller Fall einer Art Problem, welches Nichtlinearität in den Ausgang der Photοaufnehmerschaltungen wegen der nichtgleichmäßigen Geschwindigkeit der Abtastbewegung des Aufnehmers einführen kann. Die Erfindung beabsichtigt die »Schaffung einer Einrichtung zum Entfernen der Nichtlinearität von solchen Signalen unabhängig vom speziellen Grund. Die Erfindung richtet sich auf ein verbessertes Systemmittel, welches eine mechanische Bewegung in dem System mit nichtgleichmäßiger e-

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. If. _

schwindigkeit gestattet. Tatsächlich beabsichtigt das System nur, daß die Bewegung des Systems wiederholbar und analysierbar oder simulierbar ist, wodurch eine Kompensation für die fehlenden Linearitäten derart vorgesehen werden kann, daß der Ausgang das Äquivalent eines Signals ist, welches unter Bedingungen gleichmäßiger Bewegung erzeugt ist.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Systeme, bei denen eine nichtlineare mechanische Geschwindigkeit eine Fäschung bzw. einen Fehler eines vom itbertrager erfaßten Effektes wegen der Eigenschaft des Übertragers oder seiner zugeordneten Schaltung hervorruft. In einem solchen System sorgt die Erfindung für eine Anlage zum Korrigieren des nichtlinearen Signalausgangs des Übertragers zum Linearen hin. Die Haupteinrichtung, um diesen Effekt zu gewährleisten, ist ein analoger Vervielfacher/Teilor mit einem ersten Eingang für das vom nichtlinearon Übertrager rrfaßte Signal und einem zweiten Eingang für ein Steuersignal, derart, daß ein dem nichtlinearen Effekt auf dem vom Übertrager erfaßten Signal proportionales Steuersignal dem Effekt der fehlenden Linearität entgegenwirkt und einen im allgemeinen linearen Ausgang hervorruft. Es sind Einrichtungen vorgesehen, um ein Bewegungssignal von der nichtlinearen Bewegung abzuleiten. Eine Einrichtung zur Umwandlung eines solchen Bewegungssignals zu einem Steuersignal im allgemeinen derselben nichtlinearen Form wie das

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TJbertragorsignal und die Anwendung dieses nichtlinearon S torior signals auf den zweiten Eingang des analogen ^vervielfachers/TpiLers sind auch vorgesehen.

Die Erfindung· betrifft auch eine spezielle Form einer analogen Teiler/Vervielfachorsohaltung. Diese Schaltung besteht aus vier Transistordementen, die an zwei i?ognnüberliogonden Anschlüssen Emitter zu Emitter verbunden sind sowie an dein anderen zwei, ent^ogonffosotztcn Anschlüssen eine Kollrktor-Kollektorvorbindung haben. Die Eingänge eines Betricbsverstärkors sind entsprechend dnn kollektor verbundenen entgegengesetzten .Anschlüssen angeschlossen, und dor i3:->tri ebsvor^tfirkor ist mit oinem Spannungseingang über abf-ogi iohono T.^Tidar stände zu Ή^ποη Eingangs ans chlüsson versehen. Ein Ausgang des Botricbsvprstrirkers ist zurück an die» Basis eines der Transistoren angeschlossen. ' Stromquellen sind an jedem der anderen Emitter verbundenen entgegengesetzten Anschlüssen und gesteuerte Spannungseingänge an den Basen Jodes der anderen Transistoren angeschlossen. Die gesteuerten Spannungseingänge können Spannungsteiler oder nichtaktive Eingänge rein.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwondungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen:

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Fig·. 1 ein schematisches Blockdiagramm des Zeicheneingangsteiles des Losers einer optischen Zeichenerkennungsanlage mit den Merkmalen der Erfindung,

Fig. 2 eine sehr schematische perspektivische Ansicht einer relativen Stellung und de? Betriebes von Teilen eines bevorzugten Abtastkopfes, der gemäß der Erfindung verwendet werden kann,

Fig. 3 eine Kurve des Iteziproken von Geschwindigkeit gegen Stellung des Abtastkopfes unter Darstellung einer repräsentativen Bewegung des Mechanismus,

Fig. h eine Kurve auf einer sehr vergrößerten Zeitskala unter Darstellung des Verhältnis30s zwischen kleinen Abtastperioden und der konstanten Zeit der Frage der PhotoauCnehmor,

Fig. 5 ein schomatisches Blockdiagramm eines Teils der Fig. unter Darstellung von Signa!verhältnissen,

Fig. 6 eine Gruppe zueinander bezogener Kurven, die zur Fig. gehören und alle dieselbe Zeitskala verwenden,

Fig. 7 ein Schaltdiagramm der Basisschaltung eies Analogtellers, der in Fig. 5 gezeigt ist und auch als Analogverviolfacher dienen kann und über das S3rstem der Fig. 1 hinaus Verwendungsmöglichkeiten hat, und

Fig. 8 ein Schaltdiagramm der Schaltung der Fig. 4, die für spezielle Anwendung auf eine Ausführungsform des Systems der Fig. 1 und 5 modifiziert ist.

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Gemäß Fig. 1 zeigt das schema tische Blockdiagramm elektronische und andere Bestandteile auf zwei gedruckten Schaltkarten, oder unmittelbar diesen zugeordnet, die jeweils durch die Kästen 10 und 12 mit gestrichelten Linien dargestellt sind. Der Kasten 10 enthält den Aufbau, primär die optischen und elektronischen Bestandteile, welcher dom "Le.sekopf" oder Zeicheneingang des Systems zugeordnet ist. Mehr Ein^oihaiten der Funktionsteile des Lesekopfes sind in Fig. 2 gezeigt und werden weiter unten beschrieben. Der Kasten 12 stellt primär die Abtastelektronik dar, die auf den Ausgang aus dem Abtastkopf arbeiten, zum Verarbeiten von aus dem Lesekopf abgeleiteten Signalen und zum Zurückführen derselben zu Steuerzwecken.

Der Lesekopf 10 leitet seinen Eingang von Zeichen ab, die durch eine Photoaufnehmergruppierung "\h gelesen sind, die vorzugsweise ein 64-Element derselben Abtastphotodiodengruppierung in dem System ist, welches dargestellt ist, könnte aber auch jede Zahl irgendeiner anderen Art von integrierenden Photοaufnehmervorrichtungen mit geeigneten Optiken sein. Nur einige der Signalkanäle oder -leiter 16 sind schematisdi dargestellt, es versteht sich aber, daß jeder Phot ο aufnehmer einen separaten Kanal parallel zu jedem anderen Aufnehmer darstellt und seinen eigenen separaten Kanal zu den Kopfschaltungen 18 erfordert. Insofern, als die parallelen hereinkommenden Videosignale betroffen sind, welche einen Hell- oder Dunkelbereich darstellen, sorgen die Kopfschalt-

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kreise für die Umwandlung der Spannung von den parallelen Photoaufnelamern in eine zeitvervielfachte Reihenfolge von Mustersignien. Diese Signa.e stellen das Licht dar, welches von den Photοaufnehmern an der Stelle eines speziellen "Abschnittes" eines Zeichens erfaßt sind, oder in den Räumen zwischen den Zeichen. Die Probenahme findet unter der Steuerung eines Startimpulses statt, der vom Ausgang eines optischen Kodiergerätes 20 abgeleitet ist, welches auf ein Muster von Markierungen auf dem Aufbau anspricht, relativ zu welchem sich der Abtastkopf bewegt. Lampen 21 sind auch körperlich in dem Lesekopf 10 gehaltert, und die Lampen 21 werden dazu verwendet, konstante Beleuchtungsniveaus auf den von den Photoaufnehmern 14 zu prüfenden Bereichen vorzusehen.

Das optische Kodiergerät läßt bei der gezeigten Ausführungsform seinen Ausgang durch das Kopfschaltungsbrett 18 und von doa?t durch den Kanal 22 herausgehen, der als Kodiergerätausgang bezeichnet ist. Der Kanal 22 bietet sein Signalmuster sowohl dem Anfangsleitungsdetektor 24 als auch dem 0,127 mm-(5 mil )-Zeitgeberdetektor 2.6 an, die jeweils mit Elektroniken versehen sind, die logisch auf diejenigen Signale ansprechen, welche den Anfang einer Leitung, d.h. Zeile, bzw. eines Zeitgebers, identifizieren. Der Anfangszeilensignalausgang BL wird verwendet, um eine Abtastfolge einer Zeile zu starten} das 5 Mil - Taktgebersignal wird verwendet, um

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diejenigen Signale zu erzeugen, welche das Schalten von einem Photoaufnehmer-"abschnitt" zum nächsten "Abschnitt" über die Reihe steuert. Das auf Leitung 28 zurückgeführte Startsignal wird von dem 0,127 mm-Taktgeber abgeleitet, befindet sich aber zum Systemzeitgebor synchron. Die auf der Karte bzw. dem Diagrammblatt 12 zurückgeführten φ -und pf-Signale, welche über die Leitungen 30a und 30b gehen, laufen kontinuierlich vom Systemzeitgeber. Diese Signale sind zweckmäßig in Phase eingestellt und werden sonst zur Verwendung in dem Zeitgebertreiberteil der Kopfschaltungen durch Zeitgeberzwischentreibar 32 verarbeitet. Das Startsignal auf Leitung 28 triggert auch einen Schrot-(shot) Multivibrator 3^1, der gemäß dor nachfolgenden Beschreibung einen Sägezahngenerator zurücksetzt, dessen Ausgang auf die Mustor- und Halteschaltung 38 arbeitet, der sein Mustersignal von der Leitung ^;!'\ hinein Zweig der Startsignalleitung 28, fblcitet. Der Abtast- _unri Haltoschaltkreis 38 erzeugt einen Spannunfj-Bnusgang, der auf den Analogteiler h2 gegeben wirr' , reicher seinerseits auf den Analog-Vidcoausgang arbeite (., den sorienvervielf ältigten Signalaitsgang von den Kopfschaltungcn 18, um das Linearisieren dieses Signale zu gewährleisten, wie unten beschrieben wird. Der innere gestrichelte Kasten h■'(■ soi der Videokompensationsschaltkreis.

Dns kompensierte Videosignal in seiner Serionform wird dann vom Ausgang des Analog-toilers h2 zum Zoichonanalysatortßil hhn des I^stoms geführt, der auch durch den gc-

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strichelten Kasten kha gezeigt ist. Das Videosignal wird auch zu einer zeitvervielfältigten Spitzendetektorschaltung Ί-6 geführt, die puch durch Signale aus einer Segmentzeitgebersteuerung gesteuert ist, welche das Startsignal von der Leitung 28 und dem Systemzeitgeber (hier ein 1,66 MHz-Zeitgeber) verwendet, um Zeitgebersignale zu erzeugen, die in wirksamer Weise die hereinkommende Serieninformation des Videosignals in parallele und separat gespeicherte Bits weißer Spitzeninformation in einem Puffer oder Kurzzeitmemory gruppe umwandelt. Die gespeicherte xireiße Information wird ihrerseits von den Zeichenanalysatorkomponenten nach einer 1-Bifcverzögerung in der Verzögerungsschaltung 50 verwendet. Zunächst wird ein Widerstandsteiler-Schwellwertsetzen dauernd gemäß dem schwarzen Niveau durch die Komponenteneinrichtung $K zurückeingestellt, welche das schwarze Niveau von dem kompensierten Videosignal überwacht, Ausgänge vom iiiderstandsteiler 52 werden wiederum durch Vergleicher-Digitalisierer 56 mit dem kompensierten Videosignal verglichen, nachdem es durch das Verzögerungsnetz 58 einer 1-Bit-Verzögerung unterworfen worden ist. Der Ausgang dieser Stufe ist ein 2-Bit-Gr8iycode, der seinerseits der Eingang in ein komplexes Zeichenanalysatorsystem 59 ist. Ein 64-Zeitgeberburst-(Färbsynchronimpuls)-signal wird auch zur Teilnahme ai der Analyse eingegeben. Der Videoausgang ist bezüglich des Zeichens korrigiert und für die Endzeichen-Identifi-

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kationsarbeiten, die hier nicht betrachtet zu werden brauchen.

Gemäß Fig. 2 kann man jetzt zu einer Betrachtung des räumlichen Aufbaues zurückkehren, der zur Erzeugung von Video- und anderen Signalen verwendet wird. Es gibt verschiedene im Handel erhältliche Photodiodenanordnungen, die für Pestkörperanordnungen von sehr kleinen, in der Leitung eingebauten Photοaufnehmern sorgen. Die Photodiodenanordnung Ik gemäß einer bevorzugten Anordnung, ist so ausgerichtet, daß sie sich vertikal oder nach oben und nach unten über Zeichen (gewöhnlich alpha/numerisch) erstreckt , die in normaler Lesefolge, beispielsweise über eine gedruckte Seite, gelesen werden. Der Photodiodenanordnung 14 zugeordnet sowie ausgewählt und angeordnet zur Lokalisierung eines Bildes einer ausgewählten "Abschnitts^M-¥eite über die Diodenanordnung ist eine Linseneinrichtung 62. Die Linse 62 wird von einem bewegbaren, nicht gezeigten ¥agen geeigneter Gestalt gehaltert, der schematisch durch den Kasten 6k gezeigt ist. Die gedruckte Schaltkarte 18 ist Teil des Wagens oder Schlittens 6k, wie es das Zeitgeber-Kodiergerät 20 ist. Auf dem Wagen 6k sind in fester Stellung auch Lampen 21 gehaltert. Die Linsen 66, die auch auf dem Wagen 6k gehaltert sind, sind Kondensorlinsen, die so angeordnet sind, daß sie Licht von den Lampen 21 entlang einer etwas größeren Linie fokussieren als der Abschnitt unter Prüfung durch die Photodioden in der Anordnung oder Gruppierung Ik. Der Wagen 6k wird als Ganzes über eine Zeile von Zei-

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chen durch herkömmliche bekannte Vorrichtung bewegt, wobei diese Bewegung es ermöglicht, daß nacheinander vertikale Abschnitte über den Zeichen genommen werden können. Die parallelen gestrichelten Linien 68 stellen die Höhe des Abtastpfades in der vertikalen oder Zeichenhöhegröße dar.

Mit dem Wagen 6h bewegt sich auch ein an diesem angebrachtes Zeitgeberkodiergerät 20. Das Bild zeigt, wie schematisch die Zahl "8" geprüft wird. Bei der Darstellung des Zeitgeberkodiergerätes in anderer Stellung relativ zum Kodiorstab 70 wurden einige Kunstgriffe verwendet. Der Teil des Zeitgeberstabes JO, der in Kooperation mit dem Zeitgeberkodiergerät 20 dargestellt ist, würd< an der Kante eines Blattes auftreten, bevor die Zeichen gelesen werden

sollen. Fast über seine ganze Länge jedoch und insbesondere über alle Teile, während der das Lesen stattfindet, hat der Zeitgeberstab gleichmäßig im Abstand angeordnete, opaque und transparente 0,127 mm - (5 mil)-Streifen 72 in der gezeigten Ausführungsform. Deshalb kann eine gewisse Erlaubnis für Fig. 2 als zusammengesetzte Ansicht gegeben werden, welche das Zeitgeberkodiergerät in Stellung vor Beginn des Lesens zeigt. Wenn genau für einen Bereich abgebildet würde, in welchem das Zeichenlesen stattfindet, würde man nur die gleichmäßigen 0,127 mm-Streifen. in dem Zeitgeberber«ichs-72-Teil des Zeitgeberstabes sehen, der weggelassen worden ist,

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Gemäß Fig. 2 dürfte zu Beginn des Zeitgeberstabes 70 die Anfangszeilenmarkierung 7^ viel breiter sein als di:? einzelnen Zeitgebermarkierungen des Zeitgeberberoichs 72, und sie wird von einem großen freien Raum, welcher Horn Zeitgeberboroich 72 vorgeht, gefolgt. Der Zeitgobcrstab 70 ist bei dieser .^usführungsform stationär, und da ρ Zeitgoberkodiergerät 20 bewegt sich mit dom Wagen 64 über die Zeile der Zeichen. Der Zeitgobcrbereieh 72 ist abwechselnd transparent und opak, so daß das Zeitgeberkodiergerät 20, welches in vorteilhafter T'eife aus einer Lichtquelle auf einer Seite des Zeitgeberstabes JO und einer Photodiode auf der anderen Seite des ZeitgeberstabeP besteht, sehr einfach und stabil bzw. kompakt sein kann, ob on." ο auch preiswert und dennoch ein sehr genaues Rechteckwellensignal erzeugt.

Für den Fachmann ist es selbstverständlich angenehm, daß sich das Papier ebenfalls bewegen kann und der Wagen stationär sein kann. Bei den meisten Beispielen wird die praktische Lösung die gemäß Darstellung sein, aber die Erfindung ist auch anwendbar, wenn einer umgekehrte Bewegungen puppucht oder selbst eine Bewegungskombination benutzt. Selbstverständlich bewegt .<;ich bei dor dargestellten Au3-führungsform die T/agenhaltorung periodisch, vorzugsweise stufenweise in vertikaler Richtung, um eine Folgeprüfung sukzessiver Druckzeilen zu gestatten. Auch dieses spezielle Bewegungsmuster ist für die Erfindung nicht notwendig, es

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ist aber bevorzugt und wurde in gebauten Vorrichtungen benutzt.

Die spezielle Eigenschaft des bei einer gegebenen Anwendung benutzten Antriebs ist zwar nicht von besonderer Bedeutung, hier versteht man aber das Problem am besten durch ein spezielles Beispiel, ohne daß man bei diesem zu sehr in die Einzelheiton geht. Bei einem praktischen System wird die lineare Abtastbewegung im Kopfwagen 6k durch einen Mechanismus mitgeteilt, dor als Scothjoch bekannt ist. Dieser Mechanismus ergibt eine nichtgleichmäßige Geschwindigkeit des Wagens über die abgetastete Zeile. Speziell kann die Bewegung als eine lineare Projektion einer Kreishälfte einer einfachen harmonischen Bewegung derart verstanden werden, daß die Geschwindigkeit in der Mitte der Zeilenabtastung maximal ist und an jedem Ende erheblich kleiner ist. Fig. 3 stellt eine · Kurve reziproker Geschwindigkeit gegen die Abtaststellung entlang einer abgetasteten Zeile dar und sorgt deshalb für eine Kurve 7^> die in der Mitte durchhängt, mit der Anzeige, daß es weniger Zeit pro Längeneinheit in der Mitte der Zeile als an ihren Enden braucht. Den Effekt desselben sieht man in Fig. k_% in der eine sehr vergrößerte Kurve von Spannung gegen Zeit gezeigt ist, wobei die gezeigten Teile nur ein sehr kleiner Teil der betreffenden Spannungskurve des Videomisch-Mehrfachausgang» signals 76a, 76b sind , welches an einen mechanischen Abtaststart - 7^m, 76η auftritt, die bei jedem entlang der

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Zeile genommenen Abschnitt in einer mechanischen Abtastmitto auftreten. Mit kurzen Worten findet insbesondere bei einer selbstabtastenden Gruppierung die Videoabtastung oder der Abschnitt in einer konstanten Zeitperiode statt. Der Trigger für den Beginn der Abschnittszeifeebung tritt bei veränderlichen I_ntervallen auf, welche durch die Zeitgebermarkierungen in dem Zeitgeberbereich bestimmt sind. Die Zeitgebermarkierungen sind gleichmäßige, sich abwechselnde transparente und opake 0,127 mm-Streifen (5 mil Strips), Jedoch hängt die Geschwindigkeit, mit der sie von dem Kodiergerät erfaßt werden, von der Bewegungsgeschwindigkeit des Wagens 6h bei der Abtaststellung, die sie dann einnimmt, ab. Somit erkennt man, daß die Intervalle 78a und 78b an einem Ende der Abtastung langer als die Intervalle 78 m und 78 η in der Mitte der Abtastung sind, obwohl die Periode des Videosignals 76 konstant bleibt. Daraus folgt, daß einzelne Photodiodensignale in den Videosignalgemischen über die Zeilenabtastung für dieselbe Zeitperiode bei anderen Zeitintervallen wieder auftreten bzw. sich wiederholen. Die Größe der Videosignale 76 ist proportional zu den unterschiedlichen Zeitintervallen. Somit ist die Größe der Signale bei 76a, b grosser als die Größe der Signale bei 76m, n.

Die einzelnen Photodioden in der Photoaufnehmevorrichtung lh integrieren Licht von einem Abschnitt zum nächsten. In den

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selbstabtastenden Photodiodengruppierungen fließt durch. Licht erzeugter Diodenstrom in die Sperrschichtkapazität jeder Diode zwischen Abschnitten, und die sich ergebende Spannung wird abgenommen und vervielfacht. Unter Bedingungen konstanter Beleuchtung ist der Gruppie rung svi de ο ausgang proportional zur Zeit zwischen Abschnitten, die variabel ist, wie wir in den Fig. 3 und k gesehen haben.

Die Videokompensationsschaltung kk der Fig. 1 gemäß der Erfindung ist so ausgebildet, daß sie in wirksamer Weise diese Zeitempfindlichkeit dadurch entfernt, daß sie das Videosignal in einer analogen Teilerschaltung k2 verarbeitet. Der Teiler 42 wird durch eine Spannung gesteuert, die wie das Videosignal auch auf das Abtastintervall anspricht.

Allgemein gesprochen tritt die Notwendigkeit für die Verarbeitung des Videosignals insbesondere dann auf, wenn erstens die Abtastintervalle erheblich variieren und zweitens die Hintergrundbeleuchtungsniveaus für viele Abschnitte als Schwellwertbezug gespeichert werden müssen. Die erste Bedingung tritt in dem betrachteten Aufbau wegen ihrer festen Größe (Abstand)-Zeitgebung und der ungleichmäßigen relativen Bewegung zwischen der Gruppierung der Photodiode 14 auf dem Wagen 6k und dem abgetasteten Objekt auf. In diesem Pali ist das Abtastintervall 78 (z.B. 78a, 78b - 78m, 78n) umgekehrt proportional zu der relativen Geschwindigkeit. Ein weißes Speicherelement,

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welches zum Digitalisieren der KontrastschwelIe verwendet wird, verliert äie Genauigkeit, wenn es für viele Abschnitte der Nachricht mit hohem Kontrast (schwarz) unterworfen wird, ohne daß das Videosignal verarbeitet wird.

Gemäß Fig. 5 wird ein Abtast impuls auf Leitung *40 verwendet, um zeitweilig ein Analoggntter in dor Abtast-Sp ei ehe rschaltung 38 zu schließen. Gleichzeitig hiermit beginnt ein in Fig. 6 (a) gezeigter START-Impuls eine Abtastfolge in der Gruppierung. Dio Hinterkante dieses Abtastimpulses beginnt einen kxirzen T-öschimpuls, der in Fig. 6 (b) gezeigt ist, um einen integrierenden Kondensator im Sägezahngenerator 36 zu cntlnd.cn. Ein konstanter Ladestrom fließ <■ sonst wHhrond der Zeitporiode Ts durch diesen Kondensator. Folglich nteigt, wie man in Fig. 6 (c) sieht, din SügezahnkondensptorFpannurg linear auf einen Endwert bei einer Abtastzeit an, die sehr dicht proportional zu Ts ist. Dieser Endwert wird zu jeder Abtastzeit dem Abtast-- und Haltekondensator geboten.

Die beschriebenen Schaltungen sind herkömmliche Schaltungen. Beispielsweise ist ein Schrot- bzw. Abschießgerät (Shot) in Schiffsform erhältlich, z.B. Nr. 7*1123 von einer Anzahl Lieferanten einschließlich Tmcas-Instrumonts Corporation. TIi^ nndcren Stromkreise sind in verschiedenen Liyiteraturstollen gezeigt, z.B. einer Zeitschrift von Notional Semi-Conductor Corporation mit dom Titel "Linearanwendungen" vom Februar 1973,

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wo ein Abtaster mit Haltekreis beschrieben ist, der für diese Anwendung bei S.^N 31-12 zweckmäßig ist. Die gleiche Veröffentlichung beschreibt einen Sägezahngenerator, der dort als Rückstollintegrator bei p. (auf Seite) AN 31-2 beschrieben ist.

Unter der Annahme eines sich gleichmäßig verändernden Ts über viele Abtastzyklen ergibt sich eine gleichmäßig verändernde Stcuerspannung Ec, wie in Fig. 6 (d) gezeigt ist, deren Größe proportional das lokale Abtastintervall darstellt. Mathomatisch könnte das Videosignal ausgedrückt werden als:

e = kLTs,

ν '

wo L die anfallende Beleuchtung darstellt und k eine Konstante ist. Die Steuerspannung ist näherungsweise:

Ec - mTs,

wo m eine Schaltkreiskonstante ist. Die Analogteilerübertragungsfunktion ist:

e_v OC kLTs (X kL

m ^ mm wm »mi mm ^ mm ^" ^Wt^aaaM^WaMW^WM "™ jir -~r ι ι in mi ] τ

Ec m ts m

wo <X eine andere Schaltungskonstante ist. Diese Formel zeigt

-en
das Entfernen von Ts als ein Effekt auf dem Spannurg· steiler-

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ausgang und zeigt nur die Proportionalität zur Beleuchtung L· Es sei bemerkt, daß andere Effekte auf das Gruppierungsvideosignal, wie z.B. Empfindlichkeitsveränderungen von Diode zu Diode usw., hier a3s für diese Schaltung irrelevant unbeachtet bleiben,

Fig. 7 zeigt die Grundanalog-Vervielfacher/Teilerschaltung, 'die vorzugsweise als Analogteiler k2 der Fig. 1 und 5 benutzt wird«

Das Videosignal aus der Photodiodengruppierung muß in der Amplitude über einen Bereich von etwa 2 bis 1 gesteuert werden. Es iat erwünscht, einen möglichst preiswerten Analogteiler mit einer Numeratorbandbreite von 2MHz-Minimum, 2 $ Genauigkeit über den Bereich und auf den Ausgang bezogene Vorspannungen-vorzusehen. Dieser Stromkreis wird unten analysiert, um zu zeigen, daß er in einer ersten Näherung den geforderten Ausgang liefert. Der Schaltkreis erfordert einen Betriebsverstärker 80. Vier identische Transistoren 82, 84, 86 und 88 mit großem hfe sind brückenverbunden, wobei Emitter und Kollektoren zusammen verbunden sind an den Verbindungen 90, 92, 9k und 96, und die Eingangsanschlüsse des Betriebsverstärkers 80 jeweils an den Verbindungen 90 und 92 verbunden sind. Der Ausgang e des Betriebsverstärkers 80 wird zurück durch einen Reihenwiderstand 98 zur Basis des Transistors 88 geführt, mit einer Verbindung zur Erde über den Widerstand 100 zwischen der Basis des Transistors 88 und dem Widerstand 98. Stromquellen 102 und 104

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- Vf -

sind an den Verbindungen 9k bzw. 96 vorgesehen. Ein Eingangsanschluß 106 nimmt die Eingangsspannung V auf und bringt sie über gleiche Widerstände 108 und 110 zu den Anschlüssen des Betriebsverstärkers 80. Getrennte Spannungssignale e*, e_ und e„ können an den Anschlüssen 112, 114 bzw, 116 für die entsprechenden Basen der Transistoren 82, 84 und 86 sein. Ein idealer Betriebsverstärker mit 0-Verschiebung ruft gleiche Ströme durch passende Widerstände R 108 und 110 hervor. Die hib der Transistoren wird als proportional zu dem Reziproken des Kollektorstromes angenommen. Diese bringt das negative Rückkopplungsnetz des Betriebsverstärkers unter Steuerung der Stromquellen I und I_B 102 und 104. Ein LM-318-Betriebsverstärker, kombiniert mit einem CA-3046 und einem integrierten Transistorkreis sorgt für eine exzellente VBE-Fassung und Verstärkungsbandbreite als repräsentative Komponenten. Die folgende Ableitung zeigt das Verhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangssignalen.

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tv

Ableitung unten basiert auf don folien'? pn Annahmen:

/·» \ τ _=T .LT = T 4- T fL"\ T — - Λ ^f*- " 3)

W ¹C ¹I ^{+ X}3 ^I2 ⁺ H ^{(4) J}3 - 2 2 hib_n

₂,Ki_bA . (S)X₄^ ₊If₁Z^

= A ·· ( I "* 2) 2 2 hib_A

Unter Kombination von (i) mit (2) über (5) '·

hi . (^eQ/k - ^e3)_ ^A .. (^el - ^e2) ₊ % . (l/k ^- 2 hib_B ΊΓ 2 hib_A ⁺ "Τ"⁺ 2 hib

^7^ ^el - ^e2 = ^eo/k - ^e3 ^{K J} hib. hib_{n hibA} - B-

" x_B

(10) (^el - ^)¹A , (^ea/k - ^)¹B (_{Kombiniert wird} (₇), (8) und (9) u u

(11) e_o/k . e₃ .

Das Einstellen der V^^-Versetzung bzv;. Verschiebung λ'οη 86 und vrürdG einen zu Q gehenden Ausgang TTiertrnsnangsfunktion lautet dann:

einen zu Q gehenden Ausgang e„ gestatten. Die gewünschte

I_B

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Aus diesem Ausdruck erkennt man, daß der Stromkreis als ein volles XY Vervielfacher/Teilerelement verwendet

Z
xirerden kann.

Fig. 8 zeigt die Schaltung der Fdg. 7 mit speziellen Modifikationen zur Ermöglichung der Verwendung als ein Teiler, um die gegebenen Erfordernisse zu erfüllen.

Eine Hälfte eines 7^7 Stück-Bdriebsverstärkers 118 wird zur Erzeugung der I^-Stromquelle verwendet. Hier ist eingeschlossen der Betriebsverstärker 118, Erdwiderstand und Eingangswider=tand 122 zwischen dem Verstärkereingangsanschluß und der Steuerquellc E_. Der ¥iderstand 124 in Reihe mit IN 91^-Diode 126, welche die Basisemittereigenschaften der Transistoren kompensiert, welche I_ß tf" E„ macht, vervollständigt den Eingang, der zum Anschluß 96 durch den Widerstand 128 geführt wird«

Das Potentiometer 130 wird auf einen konstanten Ausgang eingestellt, wie E variiert wird. Das Potentiometer

wird so eingestellt, daß der Ausgang 0 ist, wenn e.. = -1 Volt bei dieser Anwendung. Hierdurch wird das gewünschte Niveauschieben des Eingangssignals geschaffen, und der Ausgang schwenkt dann von 0 zu positiv.

Kollektorströme müssen unten^etwa 1 Milliampere (mA) niit dem CA 3Oh6 gehalten werden, oder die Genauigkeit ver-

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schlechtert sich erheblich. Ein bis zwei Prozent, durch Viderstandsanpassung begrenzt, kann man normalerweise erreichen. Die Bandbreite leidet unteiyfeehr niedrigen Werten von E-, da die Transistoren bei niedrigen Kollektorströmen in F. niedrig sind.

Der Fachmann versteht, daß die andere Hälfte des 7^7-

Stückchens ebenso benutzt werden könnte, um einen Stromkreis ähnlich einem solcher* der für I_ß sorgt, in Fig. 8 vorzusehen, für einen ähnlichen Eingang zu dem I aufnehmenden Anschluß 9^» und zwar für einen anderen unipolaren Zählereingang. Durch das 7^7-Stück könnte eine Bandbreite auf 1 MHZ oder weniger begrenzt werden.

Die speziellen gezeigten Bestandteile zeigai eine praktische A_usgestaltung, diese ist aber nicht auf die gezeigten Bestandteile beschränkt.

* (chip)

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   AnIη ff e_f boi welcher cine niohtlinoare mechani?che Geschwindigkeit einen Fehler eines im Übertrager erfaßten Effektes infolge der ^igenschaft dns Übe7^t:ragers oder seines zugeordneten Scha tkroiros erzeugt, wobei in dsm System ein nichtlinearer Signalausgnng fies Übertragers zu einem linearen Ausgang hin korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Analog-Vervielfacher/Teiler einen ersten Eingang für das nichtlineare, im Übertrager erfaßte Signal sowie einen zweiten Eingang für ein Steuersignal derart aufweist, daß ein Steuersignal, welches proportional dem nichtlinearen Effekt des im übertrager erfaßten SignaLs ist, dem Effekt der fehlenden Linearität entgegenarbeitet und einen im allgemeinen linearen Ausgang erzeugt, eine Einrichtung ein Bewegungssignal von der nichtlinearen Geschwindigkeit ableitet und eine Einrichtung dieses Bewegungssignal in ein Steuersignal im allgemeinen derselben nichtlinearen Form wie das Übertragersignal umwandelt und das nichtlineare Steuersignal auf den zweiten Eingang des analogen Verviolfacher/Teilers aufbringt.

   2. Anlage nach Anspruch 1, insbesondere zur Korrektur eines Videosignales zum Linearen hin, dadurch gekennzeichnet, daß ein Photoaufnahmegerät und ein Abtastmechanismus zu^r Erzeugung einer relativen Bewegung zwischen

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   dom Photoau fnohmor tine' einer Oberfläche vorgesehen sind, die durch die ReI ativbewegung abgetastet wi rd, die Gepchwiniigknit des Abtastmechanismus nicht linear ü und einen nichtlinoaron Videosignalausgang von dein Photoaufnehmor hervorruft, der analoge Vervißlfacter/Toilor einen ersten Eingang für das nichtlineare Videosignal und ekien zweitei Eingang für ein Steuersignal derart aufweist, daß das Steuersignal proportional dem nichtlinearen Effekt auf dem Videosignal mit diesem zusammenwirkt, um den Effekt der fehlenden Linearität zu löschen ml einen im allgemeinen linearen Videoausgang zu erzeugen, eine Abtasteinrichtung für die nichtlineare Geschwindigkeit der Treibereinrichtung und Ableitung eines Bewegungssignals vorgesehen ist, welches entsprechend der Geschwindigkeit nichtlineare Eigenschaften hat, und daß eine Uniform- bzw. Umwandlungseinrichtung für die Veränderung des Bewegungssignals in ein Steuersignal vorgesehen ist, welches von dem zweiten Eingang des analogen Verviolfacher/TeLlers als ein Steuersignal verwendet waricn kann.

   3· Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtasbmechanismus den Photoaufnehmor entlang einem fortgelegten Abtastpfad bewegt und ein Abtastelement der Einrichtung zur Erfassung niohtlinearor Geschwindigkeit zur selben Zeit ontlrmg einem parallelen Pfad bewegt und eine Skaleneinrichtung Elemente vorsieht, die von der Abtasteinrichtung abgetastet werden können, und die Skaleneinrichtung in

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   regelmäßigen Intervallen entlang dem parallelen Pfad angeordnet ist, gegenüber welchem sich die Abtasteinrichtung bewegt.

   h. Anlage nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung ein photoabtastendes Gerät und die Skaleneinrichtung sichtbare Skalenmarkierungen sind, bei -regelmäßigen Abständen entlang dem Pfad, welchem das photo-(jmpfindliche Element folgt.

   5· Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis h, insbesondere zur Korrektur eines Videosignals zur Linearität hin, dadurch gtkxmnzei nhni, daC nino Gruppierung von Photoaufnahmevorrichtungen und ein Abtastpchaltkreis vorgesehen sind für das Abtasten in einer bestimmten Folge quer über die Gruppierung der Photoaufnahmevorrichtungen zur Erzeugung eines Videosignal.ρ, welches aus einer periodischen Abtastung der Photoaufnahmevorri chtungen in der Gruppierung ent sprechen! den' "Abschnitten" entlang clnrm Abtastpfad besteht, ein Mochnnisimis die relative Brvrgung zwischen der Gruppierung und oinrr vnn der rolnfiven Bewegung abgetasteten Oberfläche erzeugt, wobei die Geschwindigkeit dos Abtastmechanismus nicht linear ist und ein nichtlineares Videosignal hervorruft, oin analoger VorvieJfachor/Toiler einen ersten Eingang für das nichtlinoarc Video .signal und einen zweiten Eingang für ein Steuersignal, derart aufweist, daß oin Steuorl proportional zu dem nichtlinearon Videosignal! mit

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   . Vl- .

   dom.Video signal zusammenwirkt, ui pinen im allgemeinen linearen Videoausgnng zu erzeugen, eine separate Photor-ensoroinrichtung zur Abtastung der Bewegung dos Systems Photoaufnahme- bzw. Abtasteinrichtungen aufweist, die mit einer Linoarskala zusammenwirken und ρ ο nn^cordn^t r,ind, daß die Linoarakala und die photoenrpfindlinht» Einrichtung sich auf. den beweglichen Teilen entlang dem Abtastpfad befinden, wobei durch die nichtlinon.ro Geschwindigkeit der Bewegung zwischen den zwei eingeführte fehlende Linoaritäton in einem Signal erfaßbar sind, welches von der Photosensoroinrichtung erzeugt wird, und daß ein Wandler zum Umwandeln der fehlenden Linearität en in das Bc>;o?iungssignal vorgesehen ist, um das vorgenannte Steuersignal zu erzeugen, welches auf den zweiten Anschluß des analogen Veryielfachers/Teilers aufgebracht wird.

   6. Anlage nach Anspruch ^i dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppierung .der Photoaufnohmevorrichtungon eine selbstabtactendc Gruppierung ist.

   7· Anlage nach Anspruch 51 dadurch gekonnzeichnet, daß die der separaten Photosensoreinrichtung zugeordnete Linear- ' skala.zur Abtastung der Bewegung mit abwechselnden hellen und dunklen Taktgeber (bzw. Zeitgeber)-Stabstreifen gleichförmiger Breite verschen ist, um die separate Photosensoreinrichtung ein Rechteckwellcntaktgebersystem erzeugen zu lassen.

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   8. An.1 ago nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß eine FestkÖrpcrphotodiode als die separate Photosensoreinrichtung in Kombination mit einer gegenüberliegenden Lichtquelle verwendet wird, die auf entgogengesetzten Seiten des Taktgeberstabes angeordnet ist, und die Taktgeberstabstreifen abwechselnd opak zum Anhalten und transparent zum Durchlassen des Lichtes aus der Lichtquelle zur photodiode ausgebildet sind.

   9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 biρ 8, dadurch gekennzeichnet, daß der analoge Vervielfacher/Teilerschaltkreis vier Transistorelemente aufweist, die in Emitter-Emitterschaltung an zwei entgegengesetzten Anschlüssen und in Kollektor-Kollektorschaltung von z^Tei anderen entgegengesetzten Anschlüssen verbunden sind, die Eingänge eines Betriebsverstärkers" jeweils an entgegengesetzten Kollektoranschlüssen verbunden sind, mit einem Spannungseingang über abgeglichene Widerstände zu den Eingangsanschlüssen, wobei die Ausgänge des Betriebsverstärkers zur Basis eines der Transistoren zurück angeschlossen ist, Stromquellen an jedem der entsprechenden Emitteranschlüsse angeschlossen sind und gesteuerte Spannungseingänge zu den Basen jedes anderen Transistors vorgesehen sind.

   10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Transistorbasen über einen Widerstand an Erde lifgt und ein Reihenwiderstand zwischen der Basis und ihrer Span-

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   nungsquelle zugegeben ist.

   11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein odor mehrere Spnnmmgsquellon einstellbar ist/sind,

   12. Anlage nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromeingang einen Betriebsverstärker verwendet, auf welchen der Eingang einer ausgewählten Steuerspannung gegeben wird, um als Teiler (Divisor) des Spannungseingangen als ein Dividend zu wirken.

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