DE2935487C2

DE2935487C2 - Optische Abtastvorrichtung

Info

Publication number: DE2935487C2
Application number: DE2935487A
Authority: DE
Inventors: William Allen Kettering Ohio Monette
Original assignee: Mead Corp
Current assignee: Mead Corp
Priority date: 1978-10-10
Filing date: 1979-09-03
Publication date: 1982-05-13
Also published as: FR2438853A1; DE2935487A1; BR7906501A; SU933004A3; IT1119213B; BE879316A; IL57977A; CH643975A5; US4216378A; FR2438853B1; GB2035619B; GB2035619A; NL7906443A; IL57977A0; IT7968942A0; CA1121733A; SE7908334L; JPS5552019A

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Abtastvorrichtung zur Erzeugung eines die Bilddichte eines ebenen Objektes zeilenweise repräsentierenden elektrischen Signals unter Verwendung eines Strahlablenker, wobei die Abtastposition mittels eines Bezugsgitters nach Art eines Regelkreises beeinflußt wird.

Kopiergeräte, Vervielfältigungsgeräte und andere Arten von Geräten zur Dokumentverarbeitung erfordern eine Einrichtung zum optischen Abtasten eines Bildes auf einem Originaldokument und zum Lenken des von dem Bild reflektierten Lichts zu einer Bildverarbeitungsanordnung, beispielsweise einer Gruppe lichtempfindlicher elektrischer Wandler oder einer lichtempfindlichen Trommel, wie sie gewöhnlich bei der xerographischen Vervielfältigung benutzt wird. Zum Abtasten eines ebenen Dokuments kann dieses auf einen sich bewegenden Träger gelegt und an einer Abtaststation vorbeibewegt werden. Eine ortsfeste Abtastoptik an der Abtaststation tastet dann das sich bewegende Dokument ab. Eine solche Anordnung begrenzt jedoch die Abtastgeschwindigkeit, da diese von der Geschwindigkeit abhängt, mit der sie das Dokument an der Abtaststation vorbeibewegt Außerdem ist die Dokumenttransportvorrichtung räumlich ziemlich umfangreich.

Ein anderes Abtastverfahren besteht darin, das Dokument auf eine lichtdurchlässige Dokumentträgerplatte aufzulegen und mittels eines Drehspiegels abzutasten, der ein Teil einer im übrigen ortsfesten optischen Abtastvorrichtung ist Wenn das Dokument eben gehalten wird und der Spiegel mit konstanter Winkelgeschwindigkeit gedreht wird, ist die Abtastgeschwindigkeit längs des Dokuments ungleichmäßig. Zum Eliminieren dieser Ungleichmäßigkeit kann eine gekrümmte, lichtdurchlässige Dokumentträgerplatte verwendet werden, wobei der Drehspiegel im wesentlichen im Krümmungsmittelpunkt der Platte angebracht ist Bei einer solchen Anordnung ergibt eine gleHimäßi ge Drehgeschwindigkeit des Spiegels eine gleichmäßige Geschwindigkeit der Abtastung des Dokuments.

Eine gekrümmte Dokumentträgerplatte kann jedoch aus mehreren Gründen unerwünscht sein. Es kann notwendig sein, ein Dokument abzutasten, das auf ein unbiegsames Trägermaterial aufgedruckt ist so daß das Uokument nicht ohne weiteres in die gekrümmte Form der Trägerplatte verformt werden kann. Beispielsweise können auch Bücher mit fester Bindung nicht ohne weiteres gebogen werden. Es kann auch erwünscht sein, ein Dokument abzutasten, dessen Transport zu und von der Abtastvorrichtung mit Hilfe einer Fördervorrichtung, beispielsweise einem Förderband, erfolgt Das Förderband bildet einen im wesentlichen ebenen Dokumentträger, und es ist erwünscht, das Dokument abzutasten, ohne es vom Band wegzunehmen.

Eine andere Lösung zum Abtasten eines auf einem ebenen Dokumentträger angebrachten Dokuments besteht in der Verwendung einer relativ komplizierten Steuerkurvenanordnung, mit der ein Spiegel in der Abtastoptik mit ungleichförmiger Winkelgeschwindigkeit gedreht wird Die Drehgeschwindigkeit des Spiegels wird so variiert daß eine gleichmäßige Geschwindigkeit der Abtastung des Dokuments erzielt wird. Diese bekannte Abtastvorrichtung arbeitet jedoch nur so genau wie die Kurvensteueranordnung.

Es ist eine optische Abtastvorrichtung der eingangs angegebenen Art bekannt, bei der ein Regelkreis vorgesehen ist, der dafür sorgt, daß durch die abgetasteten Schriftzeilen eines Dokumentes die Ablenkung des Abtaststrahls so becnflußt wird, daß jede Abtastlinie möglichst exakt entlang den Schriftzeilen verläuft Durch diesen Regelkreis wird gewährleistet, daß eine bestimmte Abtastposition während des Abtastvorganges entlang einer Abtastlinie konstant gehalten wird. Durch diese bekannte Anordnung kann jedoch nicht das Problem gelöst werden, die an den Bildrändern auftretenden Verzerrungen zu kompensieren. Es ist ferner eine optische Aufzeichnungsvorrichtung bekannt, bei der mittels eines optischen Bezugsgitters die Position eines von zwei Ablenkspiegeln festgestellt wird, um die wesentlich langsamere Bewegung des anderen Spiegels zu synchronisieren. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß die Kissenverzeichnung des aufgezeichneten Bildes kompensiert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine optische Abtastvorrichtung zur Erzeugung eines die Bilddichte eines ebenen Objektes zeilenweise repräsentierenden elektrischen Signals unter Verwendung eines Strahlablenker so auszugestalten, daß durch exakt geregelte Bewegungsgeschwindigkeit des Strahlablenker optische Verzerrungen an den Bildrändern vermieden werden, insbesondere wenn eine ebene Dokumentträgerplatte verwendet wird.

Diese Aufgabe wird durch eine optische Abtastvorrichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst, die gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, ist, daß die Regelung auf den Antrieb des als Drehspiegel

ausgebildeten Strahlablenker zwecks gleichförmiger Bewegung der Abtastposition wirkt.

Die erfindungsgemäße optische Abtastvorrichtung enthält vorzugsweise eine ebene Dokumentträgerplatte. Das Bezugsgitter ist aus einer Vielzahl von Positionsanzeigemarken gebildet. Ein elektrooptischen Wandler gibt ein elektrisches Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Stärke des auf ihn auftreffenden Lichts ab. Zum Beleuchten des Bildes auf dem Dokument und zum Beleuchten des Bezugsgitters sind to Beleuchtungseinrichtungen vorgesehen. Ein Bildprozessor empfängt das von dem Bild auf dem Dokument reflektierte Licht. Eine Schwenkvorrichtung mit einem Drehspiegel lenkt das von Punkten längs der Abtastlinie auf dem Dokument reflektierte Licht zu einem Bildprozessor, und sie lenkt das von dem Bezugsgitter reflektierte Licht zum elektrooptischen Wandler. An einen Komparator wird ein Bezugssignal angelegt, und der Komparator vergleicht das Ausgangssignal des elektrooptischen Wandlers mit dem Bezugssignal zur Erzeugung eines Spiegelpositions-Regelsignals. Eine Antriebsvorrichtung dreht den Spiegel in Abhängigkeit von dem Spiegelpositions-Regelsignal, wodurch das Bild von dem Bildprozessor mit einer Abtastgeschwindigkeit längs der Abtastlinie abgetastet wird, die von dem Bezugssignal gesteuert wird. Das Bezugssignal ist so bemessen, daß die Abtastgeschwindigkeit während der Abtastung des Bildes im wesentlichen konstant ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der optischen Abtastvorrichtung und

F i g. 2 ein elektrisches Schaltbild einer anderen Ausführungsform des Regelkreises.

Eine Ausführungsform der nach der Erfindung ausgebildeten optischen Abtastvorrichtung ist in F i g. 1 schematisch dargestellt. Eine in einer Abtastebene angebrachte Dokumentträgerplatte enthält eine licht- -to durchlässige Platte 10, die aus Glas oder einem anderen geeigneten Materia! hergestellt ist. Das an aufeinanderfolgenden Punkten längs Abtastlinien 12 abzutastende Dokument wird mit seiner Vorderseite nach unten auf die Platte 10 gelegt, so daß das Bild auf dem Dokument von Lampen 14 beleuchtet wird, die mit spiegelnden Reflektoren 16 zusammenwirken. Angrenzend an die Platte 10 ist ein Bezugsgitter 18 angebracht, das mehrere Positionsanzeigemarken 20 definiert. Die Marken können aus Benugslinien oder Bezugsmarkie- so rungen bestehen, die gleichmäßig längs des Bezugsgitters in einer parallel zu den Abtastlinien 12 verlaufenden Richtung angeordnet sind.

Ein photoelektrischer Wandler 22 enthält einen Bezugswandler, beispielsweise eine lichtempfindliche Diode 24, und einen Abtastwandler mit lichtempfindlichen Dioden 26. Jede der Dioden 24 und 26 liefert in Abhängigkeit von der Stärke des auf sie auftreffenden Lichts ein elektrisches Ausgangssignal. Ls sei bemerkt, daß jede Diode (in nicht dargestellter Weise) elektrisch so vorgespannt ist, daß sie ein solches elektrisches Ausgangssignal abgeben kann. Die Dioden 26 sind gleichmäßig längs einer Diodenträgerschiene 24 angeordnet, wobei jede der Dioden einer der Abtastlinien 12 entspricht. Die Dioden 26 empfangen über eine Schwenkvorrichtung 30 das von dem Bild auf dem Dokument reflektierte licht. Die Dioden 26 wirken somit als Bildprozessor, der die Bilddichte des abgetasteten Dokuments in elektrische Signale umwandelt, die zu einer weiteren Verarbeitungselektronik für die Steuerung einer Druckvorrichtung, beispielsweise eines Tintenstrahldruckers oder eines anderen Faksimiledruckers übertragen werden. Es sei jedoch bemerkt, daß anstelle der Dioden 26 auch ein ganz anderer Bildprozessor, beispielsweise eine rotierende, lichtempfindliche Trommel, verwendet werden kann, was im Rahmen der Erfindung ohne weiteres möglich ist

Die Schwenkoptik 30 enthält einen Drehspiegel 32, der um eine Welle 34 gedreht werden kann. Das Drehen des Spiegels 32 bewirkt, daß von aufeinanderfolgenden Punkten längs Abtastzeilen 12 reflektiertes Licht über Linsen 36 und 38 gegen die Dioden 26 gelenkt wird. Außerdem bewirkt das Drehen des Spiegels 32 das Lenken des von aufeinanderfolgenden Abtastpunkten längs der Abtastlinie 21 reflektierten Lichts zur Diode 24. Die Ausgangsimpulse der Diode 24 entsprechen daher in ihrer Frequenz der Geschwindigkeit, mit der der Abtastvorgang längs der Abtastlinien 12 auf dem Dokument und auf dem Bezugsgiticr 18 erfolgt Wie zuvor erwähnt wurde, ist es ganz besonders wünschenswert, wenn der Abtastvorgang mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Geschwindigkeit vor sich geht Der den Motor 38 enthaltende Antrieb muß daher den Spiegel 32 mit einer nichtgleichmäßigen Winkelgeschwindigkeit drehen, damit das Abtasten mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit erzielt wird. Der Motor 38 wird von einem Spiegelpositions-Steuersignal an der Leitung 40 gesteuert.

Eine Leitung 42 liefert ein Bezugsabtastsignal, das eine im wesentlichen gleichmäßige Folgefrequenz hat. Eine ein Antivalenz-Glied 44 und einen Servoverstärker 46 enthaltende Komparatorvorrichtung führt einen Phasenvergleich mit dem vom Vorverstärker 48 zugeführten Ausgangssignal der Bezugsdiode 24 durch, und sie stellt das Spiegelpositions-Steuersignal an der Leitung 40 so ein, daß das Abtasten des Bildes auf dem von der Platte 10 gehaltenen Dokument mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Abtastgeschwindigkeit erfolgt. Es ist zwar ein Phasenvergleichsvorgang dargestellt, doch können natürlich auch andere Arten von Komparatorvorrichtungen zur Erzeugung eines Spiegelpositicns-Steuersignals an der Leitung 40 benutzt werden. Wenn für den Phasenvergleich eine Rückkopplungssteuerschleife mit einem Antivalenzglied benutzt wird, sollte das Ausgangssignal des Vorverstärkers 48 ein Tastverhältnis haben, das im wesentlichen 50% beträgt. Außerdem sollte auch das Bezugsabtastsignal an der Leitung 42 bei einer solchen Vorrichtung das Tastverhältnis 50% haben. Damit die Diode 24 ein Ausgangssignal mit dem Tastverhältnis 50% erzeugt, besteht das Bezugsgitter 18 aus abwechselnden schwurzen und weißen Streifen mit gleicher Breite.

Es wird nun auf F i g. 2 Bezug genommen, in der eine andere Ausführungsform der Rückkopplungssteuerschleife dargestellt ist. In der Ausführungsform von Fi g. 2 enthält der Phasenkomparator eine Zähleinrichtung 50, die in Abhängigkeit von dem an der Leitung 52 über ein NAND-Glied 54 zugeführten Bezugsabtastsignal und von dem an der Leitung 56 über ein NAND-Glied 54 zugeführten Ausgangssignal des Bezugswandlers arbeitet.

Wenn die NAND-Glieder 54 und 58 mit Hilfe eines Signals mit hohen- Signalwert an der Leitung 60 freigegeben sind, schaltet die Zähleinrichtung 50 ihren Zählerstand in einer ersten Zählrichtung nach Empfang eines Imoulses des Bezuesabtastsienals an der Leitune

52 fort, während sie ihren Zählerstand beim Empfang eines Ausgangsimpulses des Bezugswandlers an der Leitung 56 in einer zweiten Zählrichtung fortschaltet. Die Zähleinrichtung 50 enthält drei integrierte Schaltungen des Typs 74LS193, die zur Bildung eines 12-Bit-Binärzählersin Kaskade geschaltet sind.

Die Zähleinrichtung 50 wird anfänglich mit einem Nennzählerstand, beispielsweise mit 100 000 000 000, geladen, indem dieser Zählerstand an die Leitungen 62 angelegt wird und die Leitung 64 erregt wird. Dies kann mit Hilfe einer herkömmlichen Schaltanordnung, oder miltels eines Mikroprozessors erfolgen, falls dies erwünscht ist. Der Stand der Zähleinrichtung 50 entspricht dem Strom, der dem Molor 38 über den Servoverstärker 46 zugeführt werden soll. Demnach ist ein Digital-Analog-Umsetzer 66 vorgesehen, der abhängig von dem Zählerstand der Zähleinrichtung 50 arbeitet und ein analoges Ausgangssignal abgibt, das mit diesem Zählerstand in Beziehung steht.

Nach dem Laden der Zähleinrichtung 5U bewirkt der Empfang eines Impulses des Bezugsabtastsignals an der Leitung 52 die Vergrößerung des Standes der Zähleinrichtung, wodurch der dem Motor 38 zugeführte Strom vergrößert wird; dies hat zur Folge, daß die Drehung des Spiegels 32 beschleunigt wird. Der empfangene Impuls an der Leitung 56 aus dem Bezugswandler hat eine Verkleinerung des Zählerstandes der Zähleinrichtung 50 zur Folge, so daß der dem Motor 38 zugeführte Strom reduziert wird und die Drehgeschwindigkeit des Spiegels 32 verlangsamt wird. Wenn die Servoregelschleife exakt phasenstarr arbeitet, werden die Impulse an den Leitungen 52 und 56 der Zähleinrichtung 50 gleichzeitig zugeführt, was zur Folge hat, daß sich der Stand der Zähleinrichtung nicht ändert.

Wenn am Ende des Abtastvorgangs der Spiegel 32 in seine Anfangsschwenkposition zurückgeführt werden soll, kann in die Zähleinrichtung 50 eine Binärzahl geladen werden, die kleiner als 100 000 000 000 ist (was einen negativen Stromwert anzeigt). Die Drehrichtung des Motors wird daher umgekehrt, und eine Bezugsimpulsfolge mit höherer Frequenz kann an die Regelschleife angelegt werden, damit sich der Spiegel 32 schnell in seine Anfangsposition zurückdreht, falls dies erwünscht ist. Die Zähleinrichtung 50 wird dann durch Anlegen eines Signals an die Leitung 66 gelöscht, und ein für den nächsten Abtastvorgang geeigneter Zählerstand wird in die Zähleinrichtung 50 geladen.

Es sei bemerkt, daß auch eine andere Komparatoran- ί Ordnung als die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Phasenkomparatoren in einer nach der Erfindung ausgebildeten Servoregelanordnung angewendet werden kann. Beispielsweise können die Leitungen 52 und 54 in Fig. 2 jeweils an einen eigenen Binärzähler

ίο angeschlossen werden. Der Zählerstand dieser Binärzähler würde daher die Lage der abgetasteten Punkte und die gewünschte Lage der abzutastenden Punkte anzeigen. Die Zählerstände der zwei Zähler könnten beispielsweise mittels einer herkömmlichen binären

Ii Siibtrahierschaltung verglichen werden, und die Differenz der Zählerstände könnte über einen Digital-Analog-Umsetzer an einen Regelstromverstärker angelegt werden, der das Drehen des Motors 38 steuert F.ine solche Komparatoranordnung vergleicht im Prinzip die

>o Sollabtastposition mit der Istabtastposition, und sie stellt den Motorsteuerstrom entsprechend ein Die Ausführungsformen von Fig. I und 2 vergleichen dagegen die Istabtastgeschwindigkeit mit der Sollabtastgeschwindigkeit für die Erzeugung des Spiegelposi-

2i tions-Steuersignals. In jedem Fall wird der Abtastspiegel mit einer solchen Geschwindigkeit gedreht, daß sich eine gleichmäßige Abtastung des Dokuments ergibt.

In manchen Fällen kann es erwünscht sein, ein Dokument mit ungleichmäßiger Geschwindigkeit abzu-

W tasten. Die von den Abtastwandlern erzeugten e'ektrischen Signale können beispielsweise zur Steuerung des Betriebs eines Tintenstrahldruckers oder einer anderen Druckeinrichtung benutzt werden, die mit ungleichmäßiger Geschwindigkeit druckt. Von der Druckersteuerlogik kann ein nichtgleichmäßiges Bezugsabtastsignal erzeugt werden, so daß die Abtastung durch die erfindungsgemäße Abtastvorrichtung mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die mit der Geschwindigkeit synchronisiert ist. mit der die Druckeinrichtung arbeitet.

Die Erfindung ist zwar im Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben worden, doch ist für den Fachmann offensichtlich, daß im Rahmen der Erfindung Abwandlungen und Änderungen möglich sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optische Abtastvorrichtung zur Erzeugung eines die Bilddichte eines ebenen Objektes zeilenweise repräsentierenden elektrischen Signals unter Verwendung eines Strahlablenker*, wobei die Abtastposition mittels eines Bezugsgitters nach Art eines Regelkreises beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung auf den Antrieb des als Drehspiegel ausgebildeten Strahlablenker^ zwecks gleichförmiger Bewegung der Abtastposition wirkt

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugsgitter in der Abtastebene angeordnet ist und die Gitterlinien senkrecht zur Abtastrichtung verlaufen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegelantrieb durch Differenzsignale gesteuert wird, die sich einerseits aus vorgegebenen Sollsignalen und andererseits aus durch Abladung des Bezugsgitters entstehenden Positionsprüfsignaien ergeben.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollsignale und die Positionsprüfsignale ein Tastverhältnis von 50% haben und daß der Regelkreis einen Phasenkomparator mit einem Antivalenzglied enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis eine Zähleinrichtung für die Sollsignale und für die Positionsprüfsignale enthält.

6. VorrichtL ng nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die flächenhafte Objektabtastung mehrere in einer Linie angeordnete Abtastwandler vorgesehen sin-L