DE3027769A1 - Optoelektronisches belichtungs- und abfuehlgeraet - Google Patents

Description

• Optoelektronisches Belichtungs- und AbfUhlgerä't
• Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Belichtungs- und Abfühlgerät mit optischer Linien-und/oder Punktabbildung zur berührungslosen A-btastung von graphischen - insbesondere gedruckten oder geschriebenen oder durch Perforierung oder in anderer Weise auf festen Trägern erfassen - Narkierungen durch Reflexion.
• Moderne Zentral einheiten mit hohem Integrationsgrad und grosser Leistungsfähigkeit, sowie Speicher mit hoher Kapazität fordern die Verwendung von modernen peripheren einheiten, die eine bessere Handhabung von Datenmengen mit komplizierter Erscheinungsform für die Rechner ermöglichen Dazu dienen die Peripheriegeräte für die Dateneingabe /input/, und die verschiedenen Lesegeräte, die einen wichtigen iroblemkreis der Datenverarbeitung bilden. Die bekanntesten von diesem sind die sogenannten langsamen Peri-pheriegerate, wie z.B. der Lochstreifen- und Lochkartenleser, die von Anwender zur Eingabe von konstanten, variablen oder Sonderinformationen in den Rechner verwendet werden.
• Wegen der verschiedenen Hers tellungss chwierigkeiten, die beiden perforierten Datenträgern auftreten, wird immer mehr angestrebt, Peripheriegeräte für Dateneingabe, die in der sogenannten Markierung-Abfühl-/Marksensing/-Betriebsart funktionieren und geeignet sind, z.B. entweder durch Drucken oder mit Bleistift auf üblichen Papierdatenträger aufgetragenz3 Datenzeichen abzulesen, herzustellen. Eine Sonderperiphcriefamilie bilden die komplizierten Ausführungsformen, die zum vollen Ablesen von kompletten Belegen z.3. Rechnungen geeignet sind. Diese Markierung-Abfühl-Systeme mit Erkennung der Markierungen sind die Belegleser, bei denen typisch dl:? optische, optoelektronische Verfahren verwendet wird.
• Pür diese Dateneingabeeinheiten sind verschiedene Komplexitat und Kompliziertheit charakteristisch Je nachdem, ob sie zum Ablesen von nur durch Perforierung, nur durch Markierung oder durch beide Verfahren erfassten Vatentypen geeignet sind.
• Darum sind die Qualität und Zeitgemissigkeit, die für die Empfindlichkeit, Zuverlässigkeit, Preis, Abmessungen und damit auch für die Durchsetzang bestimmend sind, bei solchen Lesern ausserordentlich wichtig.
• Der Aufbau und das Funktionsprinzipl derartiger optoelektronischer Lesergeräte lassen sich allgemein in folgender Weise beschreiben: Ein Strahlbündel, erzeugt durch ein optoelektronisches Bauelement für sichtbaren oder unsichtbaren Bereich z.B. LED-Diode, wird auf einen Datenträger, auf dem sich die Markierung befindet, gerichtet. Dann wird die Markierung mit Ililfe eines Fotodetektors, z.B. einer Fotozelle, eines Fototransistors, im allgemeinen: eines Sensors beobachtet und während der schrittweisen oder kontinuierlichen Bewegung detektiert.
• In üblicher Weise zum Beispiel: - Beim perforierten Träger werden die Unterbrechungen des durchfallenden Lichtes /Interrupt-Verfahren/ an der gegentiberliegenden Seite des Trägers detektiert /Fig.. 1/.
• - Beim Narksensing-Verfahren werden die Reflexionsänderungen vom Zeichen an der gleichen Seite des Tragers abgefühlt /Fig. 2/.
• Es ist für diese Sensorausführungen allgemein charakteristisch, dass die zur Belichtung und Detektierung verwendeten optoelektronischen Bauelemente, s.B. Strahlungsdioden, Fototransistoren usw. schon über eigene fokussierende Linsen verfügen. Diese Linsen konzentrieren von vorn herein das Lichtbündel, das beim Sensor des Lesers, entsprechend den Anwendungsbedingungen und der Funktionsweise, während der Konstruktion des Lesekopfes im verschiedenem Masse und Raumwinkel/Abschirmung durch Masken/ beschrankt wird.
• Beiider ausführlichen Untersuchung der bekannten, zur Marksensing-Betriebsart geeigneten, andeutungsweise erwähnten, optoelektronischen Detektoren kommt es aber hervor, dass ihr Auflösungsvermögen selbst bei der Verwendung einer komplizierten Elektronik weit beschrRnkt ist und sie nur zum Lesen optischer Zeichen mit maicroskopiachen Massen und Reflexion geeignet sind.
• Die verschiedenen EmfindIichkeitsanforderungen der Abtastung von unterschiedlichen optischen Markierungen lassen sich mit erheblicher Mühe erfüllen, darum sind die Ausführungen von Sensoren und Lesern vielfältig.
• Zahlreiche Probleme lassen sich vermeiden - selbst bei Geräten - wenn das Bauelement, das das Grundsignal des Gerätes erzeugt, d.h. der Sensor moderner und wirksamer gemacht wird. Das kann dadurch erreicht werden, wenn zwischen den Sender und EmpfWnger ein Element gelegt wird* das den Wirkungsgrad wesentlich verbessert. So wird eine gegebene, zur Verfügung stehende Lichtmenge besser bzwq zweckmassiger ausgenutzt Aus der DE-AS 24 36 209 /Anmelder: Computer Design Corp., Los Angeles, Calif., USA/ ist ein Kartenlesegerät bekannt, bei welchem als Element zur Erhöhung des Wirkungsgrades eine sphärische oder eine zylindrische Linse eingesetzt ist. Bei diesem Gerat sind mehrere Lichtquellen und mehrere Lichtsensoren derart angeordnet, dass sie paarweise in Gruppen, bestehend jeweils aus einer Lichtquelle und jeweils aus einem Lichtsensor, parallel zu der Achse der zylindrischen Linse und quer zur Richtung der Bewegung des Markierungaträgers, z.B. der Karte angeordnet aind, wobei zwischen den einzelnen Gruppen Blenden vorgesehen sind. - Durch diese Maßnahmen wird tatsächlich die Abfühlungssicherheit erhöht Zweck der Erfindung ist die weitere Erhöhung der Belichtung der Markierungen bzw. die Verbesserung der Abftihlsicherheit der Sensoren, wobei auch die Konstruktion des Lesekopfes vereinfacht und auch das kuflösungsvermbgen erhöht werden kann.
• Die Vereinfachung der Konstruktion besteht insbesondere darin, dass das Einfräsen der ylindrischen Linse und die Blenden zwischen den Gruppen wegbleiben können.
• Die Zielsetzung wird bei der in der Einleitung der Beschreibung angeführten Art des erfindungsgemässen optoelektronischen Belichtungs- und Abfülilgerätes dadurch erreicht, dass mindestens ein Belichtungselement und mindestens ein Lichtsensor als zusammengehöriges Elementenpaar bzw.
• zusammengehörige Elemente einer Elementengruppe im Wesentlichen parallel zu der gegenseitigen Bewegungsrichtung des Narkierungsträgers und des Abfühlkopfes angeordnet sind, oder mindestens ein Belichtungselement und mehrere Lichtsensoren, oder aber mehrere Belichtungselemente und mindestens ein Lichtsensorelement, als Mehrzeilenstruktur oder konzentrische Struktur bildend, eine Elementengruppe repräsentieren, wobei das Gerät mindestens eine derartige Elementengruppe enthält und beim Vorhandensein von mehreren derartigen Elementengruppen diese im Wesen in Querrichtng zu der gegenseitigen Bewegungsrichtung in einer Linie angeordnet sind, weiters, dass zwischen den Belichtungselementen und den zugehörigen Lichtsensoren Lichtabsperrelemente - Blenden - vorgesehen sind.
• Die genannten Blenden können in die Belichtungs-und/oder Lichtsensorelemente selbst eingebaut werden.
• Bei einer speziellen Ausführung des Ttinsensystems kann dasselbe aus einem sphärischen Linsenteil und einem Prisma bestehen.
• Weitere Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes werden anhand der beiliegenden Zeichnung naher beschrieben.
• Es zeigen: Fig. 1 und Fig. 2 bekannte Ausführungen von optoelektronischen Lichtabfühisystemen zum Abfühlen von perforierten bzw. aufgetragenen Markierungen.
• Figuren 3 bis 7 zeigen schematisch und beispielsweise mögliche Anordnungen der Erfindung gemäss.
• Die Bedeutung der Bezugszeichen in den Figuren ist wie folgt: 1 - Mechanische Fassung der Gruppen der Elemente in der Abfuhlkonstruktion /nicht unbedingt nötig/, 2 - Abschirmrippe für Lichtsensoren 3 - Lichtquelle /Infra BED-Diode/ 4 - Lichtsensor /Phototransistor/ 5 - optische Linse lzylindrische, sphärische Linse usw.
• 6 - Markierungsträger /z.B. Papierstreifen, Karte usw./ 7 - Markierung /z.B. mit Hand aufgetragene oder gedruckte Aufzeichnung, Perforation usw./ 8 - Trägerplatte /Substrat/ 9 - Strahlablenk-Prisma Wie bereits gesagt, zeigen die Figuren 1 und 2 die trivialen Lösungen, bei welchen aus der Lichtquelle 3 ausgesandter Lichtstrahl auf die bzw. durch die Markierung 7 gerichtet auf den Lichtsensor 4 geleitet wird. Auch im Falle der Fig. 1 kann eine Reflexion des Strahles verwendet werden, wenn die Lictquelle 3 und der Lichtsensor auf gleicher Seite des Markierungsträgers 6 angeordnet sind und an der entgegengesetzten Seite des Markierungsträgers eine z.B.
• geschwärzte Oberfläche beim Durchgang eines Loches - welches hier die Markierung 7 repräsentiert - durch die Strahlenbahn, die Reflexion bedeutend verändert. Im Falle der erwahnten DE-AS 24 36 209 /siehe z.B. Figuren 1, 2/ wird dazu noch eine zylindrische Linse 28 verwendet, mittels welcher die Belichtungsstärke erhöht wird, Wie bereits gesagt, sind hier die Elemente 26 und 34 der Blementenpaare in Richtung der Achse der zylindrischen Linse, quer zur Bewegungsrichtung des Markierungsträgers nebeneinander angeordnet.
• Die Figuren 3 bis 7 zeigen beispielsweise Ausführungen des Er f indungsgegenstallde s .
• In Fig. 3 ist eine Konstruktion dargestellt, in welcher in einer mechanischen Fassung 1 eine Lichtquelle 3 und ein Lichtsensor 4, durch eine Abschirmrippe 2 getrennt angeordnet sind. In der Strahlenbahn ist eine optische Linse 5, die als Kugel-, Halbkugel oder zylindrische Linse ausgebildet werden kann, eingefügt, wobei - und das ist wichtig - die gegenseitige Bewegungsrichtung der Elementengruppe und des Markierungträgers 6 parallel zu der Oberfläche der Zeichnung verläuft.
• In Fig. 4 besteht die Elementengruppe aus zwei Lichtquellen 3 und aus einem in der Mitte zwischen den Lichtquellen 3 angeordneten Lichtsensor 4. In dieser Anordnung könnten auch zwei Lichtsensoren 4 und in der Mitte eine Lichtquelle mit demselben Effekt verwendet werden.
• Auf diese Weise, falls mehrere Gruppen von Elementen verwendet werden, diese werden in einer Reihe in Richtung parallel mit der Achse der zylindrischen Linse, bzw. quer /Senkrecht/ zur Richtung der Reihe der Elemente, bzw. zur Bewegungsrichtung des Marlcierungtragers angcordnet.
• Die Verwendung von mechanischen Fassungen ist nicht unbedingt notwendig. Die Abschirmungen können in die Elemente 3 und 4 selbst eingebaut werden, so können auch dio Abschirmrippen 2 wegbleiben.
• In den auf diese Weise aufgebauten Geräten sind gemäss Fig. 3 die Lichtquellen 3 und die liclll sencsorcn 4 1n Je einer Reihe - d.h. in zwei parallolen llsl}sen - parallel zu der Achse der zylindrischen Linse 5 angeordnet, welche in diesem Fall ohne Einfressungen ausgeführt werden kann.
• Im Falle der Fig. 4 entstehen auf diese Weise drei Zeilen, von denen zwei die Lichtsensoren und eine die Lichtquellen, oder zwei die Lichtquellen und eine die Lichtsensoren enthalten.
• Mit diesem Aufbau können nicht nur bessere Belichtungen, sondern auch dichtere Anordnung der Markierungen erreicht werden.
• Die in Fig. 5 dargestellte Anordnung unterscheidet sich von der in Fig. 4 dargestellten nur darin, dass eine durchsichtige Trägerplatte 8 für die Lichtquellen 3 und Lichtsensoren 4vorgesehen ist, die auf dieselbe aufgebaut werden.
• In Fig. 6 ist eine Anordnung dargestellt, bei welcher der Strahlengang mittels eines Strahlablenk-Prismas 9 gebrochen und die Lichtquellen 5 und Lichtsensoren 4 seitlich angeordnet sind.
• Fig. 7 zeigt eine Anordnung mittels welcher punktformige Markierungen 7 ausserordentlich vorteilhaft abgefühlt werden können. Diese Anordnung kann als konzentrisch bezeichnet werden.
• Wie ersichtlich, kann durch die Vervielfachung der Lichtquellen und/oder der Lichtsensoren, sowie durch die erfindungsgemässe spezielle Anordnung derselben eine weitere Verbesserung der optoelektronischen Belichtungs- und Abfühlgerte erreicht werden.
• Die dargestellten und beschriebenen erfindungsgemässen Anordnungen wurden nur als Beispiele angeführt. FUr den Fachmann ergeben sich daraus zahlreiche Varianten, die in den Bereich der PatentansprUche, charakteristisch für die Erfindung gehören.

Claims (5)

1. Optoelektronisches Belichtungs- und Abfühlgerät PatentansprUche: Optoelektronisches Belichtungs- und Abfuhigerät mit optischer Linien- und/oder Punktabbildung zur berührungslosen Abtastung von graphischen - insbesondere gedruckten oder geschri-ebenen oder durch Perforierung oder in anderer- Weise auf -festen-Trägern erfaßten - Markierungen durch Reflexion, wobei da-s Gerät als optoelektronisches Element mindestens ein Beiichtungselement - eine Lichtquelle - und mindestens ein Lichtabfühlelement -einen Lichtsensor-- enthält, und in die Bahn des aus dem Be-lichtungselement ausgehenden, von der Markierung reflektierten-und vom Lichtabfühlelement aufgefa-ngenen Strahles ein die Bel-ichtung verbesserndes optisches Element, z.B. eine zylindrische Linse, eine Kugel- oder Halbkugelli-nse usw.

   eingefügt ist und daß das Haltermittel der optoelektronischen Elemente - der Ablesekopf - und/oder der Markierungsträger gegenseitig bewegbar angeordnet sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß mindestens ein Belichtungselement (3) und mindestens--ein Lichtabfühlelement (4) als zusammengehöriges Elementenpaar, bzw. als Elemente einer Elementengruppe im wesentlichen parallel zu der Bewegungsrichtung des Ablesekopfes oder des Markierungsträgers (6) angeordnet sind, oder mindestens ein Belichtungselement (3) und mehrere Lichtabfühlelemente (4) oder aber mindestens ein Lichtabfühlelement (4) und mehrere Belichtungselemente (3) als eine Mehrzeilenstruktur oder eine konzentrische Struktur eine Elementengruppe (Fig. 8) bilden, daß das Gerät mindestens eine derartige Gruppe von Elementen enthält, wobei im Falle von mehreren Elementengruppen diese im wesentlichen in einer Zeile quer zur Bewegungsrichtung des Markierungsträgers angeordnet sind, und daß zwischen dem Belichtungselement oder den Belichtungselementen (3) und dem zugehörigen Lichtabfühlelement oder den zugehörigen Lichtabfühlelementen (4) ein oder mehrere Lichtabsperrelemente (z.B. 2) angeordnet sind.
2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß mindestens ein Teil der Lichtabsperrelemente (2) in das Belichtungselement oder die Belichtungselemente (3) und/oder in das Lichtabfühlelement oder die Lichtabfühlelemente (4) selbst eingebaut ist.
3. 3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die einzelnen Elementengruppen eine mechanische Fassung (1) aufweisen.
4. 4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die einzelnen Elementengruppen aus mehreren parallel zu der Bewegungsrichtung des Markierungsträgers angeordneten Elementen (3, 4) bestehen.
5. 5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das die Belichtung verbessernde optische Element oder die Belichtung verbessernden optischen Elemente aus einem Kugellinsenteil (5) und einem angeschlossenen Prisma (9) bestehen.