DE3448323C2 - Photoelektrische Wandlereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine photoelektrische Wandlereinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Einrichtung ist durch die DE 32 06 620 A1 bekanntgeworden.

Eine weitere photoelektrische Wandlereinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist in der DE 31 35 740 A1 beschrieben. Bei dieser Einrichtung sind den einzelnen Gruppen von Wandlerelementen Kompensationselemente zugeordnet um unterschiedliche Umgebungseinflüsse auf die Wandlerelemente zu kompensieren.

Durch die DE-OS 28 56 540 ist es bekanntgeworden, bei einem Kopierer mit einer Leuchtstofflampe eine gleichmäßige Helligkeitsverteilung längs der Leuchtstofflampe durch veränderliche Lichtdurchlässe zu erzielen. Die veränderlichen Lichtdurchlässe bestehen dabei aus schlitzartigen Öffnungen oder aus Masken mit lichtdurchlässigen Öffnungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde mit schaltungstechnischen Mitteln und Maßnahmen die Auswirkungen einer unterschiedlichen Beleuchtung von Teilen einer abzutastenden Vorlage durch eine Leuchtstofflampe zu kompensieren.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale oder, alternativ, durch die in den kennzeichnenden Teilen der Nebenansprüche 2 oder 3 angegebenen Merkmale.

Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Diagramm einer Grundschaltung der photoelektrischen Wandlereinrichtung mit Ladungsspeicherung,

Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm einer photoelektrischen Wandleranordnung mit der in Fig. 1 gezeigten Grundschaltung,

Fig. 3 im Diagramm die Beziehung zwischen der Spannung Sw (mV) und der Anzahl der photoelektrischen Wandlerelemente (N),

Fig. 4 im Diagramm die Beleuchtungsintensität über der Längsausdehnung einer fluoreszierenden Lichtquelle.

Fig. 1 zeigt eine Grundschaltung mit Ladungsspeicherung. Wenn der Analogschalter S geschlossen ist, liegt eine Spannung V von einer Vorspannungsquelle 2 am Speicherkondensator C an.

Es wird daher die Ladung Q gespeichert. Die Kapazität und der Speicherkondensator werden beide mit dem Bezugszeichen C bezeichnet.

Q = C × V (1)

Wenn der Analogschalter S geöffnet ist, liegt eine Spannung V am Speicherkondensator C und einer Kapazität 7 (mit der Kapazität Cin) des Analogschalters S an. Ströme vom Speicherkondensator C, d. h. ein Strom Iw für weiße Fläche auf dem zu reproduzierenden Original und ein Strom Ib für schwarze Flächen auf dem zu reproduzierenden Original werden durch folgende Gleichungen ausgedrückt:

wobei Rw und Rb die Widerstandswerte sind, die erzeugt werden, wenn das photoelektrische Wandlerelement U durch eine weiße Fläche auf dem Original bzw. einer schwarzen Fläche auf dem Original entladen wird. t ist das Zeitintervall, das ab dem Beginn einer solchen Entladung verstrichen ist.

Die bei einem Lesezyklus T jeweils für eine weiße Fläche auf dem Original bzw. eine schwarze Fläche auf dem Original entladenen Ladungen Qw und Qb werden durch folgende Gleichungen ausgedrückt.

Bei einem Wert C 2 der Streukapazität SC wird eine Spannung Sw des Signals für ein weißes Original sofort, nachdem der Analogschalter S geschlossen wurde, damit ein Strom von der Streukapazität SC zum Speicherkondensator C fließt, durch folgende Gleichung ausgedrückt:

Wenn mehrere photoelektrische Wandlerelemente U 11 bis Uki verwendet werden, wie mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben wird, und deren Anzahl n ist, wird C 2 durch folgende Gleichung ausgedrückt:

Für Sw erhält man folgenden Ausdruck:

Gleichung 8, die die Beziehung zwischen n, der Anzahl der photoelektrischen Wandlerelemente und der Spannung Sw wiedergibt, ist ist Fig. 3 im Diagramm dargestellt. Wie man aus dieser Figur erkennt, fällt die Spannung Sw rasch mit steigender Anzahl photoelektrischer Wandlerelemente ab.

Entsprechend wird die Spannung Sw für ein Signal für ein schwarzes Original durch die folgende Gleichung beschrieben:

Aus dem obenstehenden ergibt sich, daß die Spannungen Sw und Sb mit wachsender Anzahl n der parallel geschalteten photoelektrischen Wandlerelemente abnimmt.

Mit Bezug auf Fig. 2 wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen photoelektrischen Wandlereinrichtung beschrieben, bei der die Anzahl der parallel geschalteten photoelektrischen Wandlerelemente verringert ist. Die photoelektrischen Wandlerelemente in den jeweiligen Gruppen U 11 bis U 1 i, U 21 bis U 2 i, . . ., Uk 1 bis Uki sind mit einem ihrer Enden jeweils an die gemeinsamen Leitungen m 1 bis mk geschaltet.

Gemäß der in Fig. 2 gezeigten Konstruktion sind eine vorbestimmte Anzahl (k × i) photoelektrischer Wandlerelemente elektrisch in eine Mehrzahl K von Gruppen unterteilt, und jede Gruppe weist Trennverstärker A 1 bis Ak und Lastwiderstände R 1 bis Rk als Signalübertragungsvorrichtungen auf.

Wenn die Schalter S 11 geöffnet werden, liegt an den an die Photodioden D 11 geschalteten Speicherkondensatoren C 11 eine Vorspannung von einer Vorspannungsquelle 2 an. Die Photodioden D 11 empfangen das vom Original reflektierte Licht und es findet eine photoelektrische Umwandlung gemäß der Menge des empfangenen Lichtes statt. In dem Speicherkondensator C 11 gespeicherte Ladung wird entsprechend einer solchen photoelektrischen Umwandlung entladen.

Bei einem Bildabtaster eines Faksimilegeräts, tasten die photoelektrischen Wandlerelemente U 11 bis Uki sukzessive ein Originalbild ab. Abtastpulse vom Schieberegister 8 werden an die Analogschalter S 11 bis Ski angelegt, die jeweils zu den Photodioden D 11 bis Dki gehören, die in einer Dimension angeordnet sind, wodurch sich sukzessive die Schalter S 11 bis Ski schließen. Anschließend werden die Speicherkondensatoren C 11 bis Cki wieder aufgeladen. Gemäß der Ladungsmenge wird an den Lastwiderständen R 1 bis Rk, die entsprechend in jeder photoelektrischen Wandlerelementgruppe vorgesehen sind, eine Spannung erzeugt, die über die Trennverstärker A 1 bis Ak an die Ausgangsklemmen 5 angelegt wird.

Die in jeder Gruppe photoelektrischer Wandlerelement jeweils vorgesehenen Trennverstärker A 1 bis Ak dienen dazu, Ströme von anderen photoelektrischen Wandlerelementgruppen fließende Ströme daran zu hindern, in seine photoelektrische Wandlergruppe einzudringen. Dadurch werden kapazitive Einflüsse auf die photoelektrischen Wandlerelementgruppen verhindert. Da die Trennverstärker A 1 bis Ak hohe Eingangsimpedanzen und niedrige Ausgangsimpedanzen haben, verhindern sie, daß elektrische Signale von der Ausgangsklemme 5 zu den jeweiligen photoelektrischen Wandlerelementen U 11 bis Uki übertragen werden.

Mit Anstieg der Anzahl k der Signalübertragungsvorrichtungen R 1 bis Rk und A 1 bis Ak bei der vorgegebenen Anzahl photoelektrischer Wandlerelementfelder, kann die Anzahl i der photoelektrischen Wandlerelemente in jeder Gruppe verringert werden (k · i < i). Daraus folgt, daß die Spannungen Sw und Sb der erfaßten Signale erhöht und Rauschkomponenten verhältnismäßig vermindert werden, wodurch das Signalrauschverhältnis stark verbessert wird.

Bei der Verwendung einer Fluoreszenzlampe als Lichtquelle zum Beleuchten des zu reproduzierenden Originals treten verschiedene Beleuchtungsintensitäten sowohl an den Endbereichen und im Mittelbereich der Lampe, wie in Fig. 4 gezeigt ist, auf. Bei großer Beleuchtungsintensität wird ein Ausgangssignal mit hohem Pegel geliefert. Es ist daher nicht möglich, Spannungen Sw und Sb der Ausgangssignale mit einem gleichmäßigen Pegel für das gesamte Feld der photoelektrischen Wandlerelemente zu erhalten.

Mit der vorliegenden Erfindung kann eine sehr effektive Lösung dieses Problems erzielt werden. Gemäß den obenstehenden Gleichungen werden die Pegel der Spannungen Sw und Sb der Ausgangssignale in jeder Gruppe photoelektrischer Wandlerelemente erhöht, wenn die Anzahl i der photoelektrischen Wandlerelemente in jeder Gruppe gesenkt wird. In diesem Zusammenhang wird die Anzahl der photoelektrischen Wandlerelemente der in den Randbereichen der Fluoreszenzlampe 11 gelegenen Gruppen, wo nur mit einer geringen Intensität beleuchtet wird, in stärkerem Umfang herabgesetzt, als die Anzahl der photoelektrischen Wandlerelemente der im Mittenbereich der Fluoreszenzlampe 11 angeordneten Gruppen. Solch ein Herabsetzen der Anzahl der Elemente kann den Abfall in der Beleuchtungsintensität kompensieren. In diesem Fall werden die Verstärkungsfaktoren der Trennverstärker A 1 bis Ak der jeweiligen Gruppen so angepaßt, daß diese gleich sind und die Widerstandswerte der Widerstände R 1 bis Rk werden ebenfalls angeglichen. Entsprechend können von allen photoelektrischen Wandlerelementen Spannungen Sw bzw. Sb der erfaßten Signale erhalten werden, die jeweils im wesentlichen gleiche Pegel haben.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen photoelektrischen Wandlereinrichtung können die Signalübertragungsvorrichtungen so ausgelegt sein, daß diese die Funktion des Angleichens der Pegel der Ausgangssignale übernehmen. Mit einer solchen Anpassung kann ein gleicher Effekt wie oben beschrieben erzielt werden. Zu diesem Zweck werden z. B. die Verstärkungsfaktoren der Trennverstärker A 1 bis Ak so gewählt, daß diese in dem Bereich kleiner Beleuchtungsintensität groß sind, während die Verstärkungsfaktoren der Trennverstärker A 1 bis Ak in dem Bereich mit großer Beleuchtungsintensität klein gewählt werden. In diesem Fall werden die Widerstandswerte der Widerstände R 1 bis Rk jeder Gruppe so angepaßt, daß diese gleich sind und die Anzahl i der photoelektrischen Wandlerelemente U 11 bis Uki in jeder Gruppe wird gleich gewählt.

Bei noch einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen photoelektrischen Wandlereinrichtung haben die Widerstände R 1 bis Rk Widerstandswerte, die in dem Bereich, wo die Beleuchtungsintensität der Lichtquelle 11 klein ist, klein sind, wohingegen die Widerstandswerte der Widerstände R 1 bis Rk in dem Bereich, wo die Beleuchtungsintensität groß ist, groß gewählt werden. In diesem Fall ist die Anzahl i der photoelektrischen Wandlerelemente U 11 bis Uki in jeder Gruppe gleich gewählt und die Verstärkungsfaktoren der Trennverstärker A 1 bis Ak jederGruppe sind so angepaßt, daß diese gleich sind.

Claims (6)

1. Photoelektrische Wandlereinrichtung mit

• - mehreren zueinander parallel angeordneten Grundschaltungen, bestehend aus jeweils einem Wandlerelement mit zwei Anschlüssen, zwischen denen eine Photodiode und ein parallel geschalteter Speicherkondensator liegt, einem in Serie hierzu liegenden Schalter zur Abfrage der im Speicherkondensator gespeicherten Information,
• - einer für alle Grundschaltungen gemeinsamen Vorspannungsquelle zur Vorspannung der Photodioden in Sperrichtung,
• - einer Einrichtung zum zeitlich aufeinanderfolgenden Schließen der Schalter jeder der Grundschaltungen, und
• - mehreren Gruppen, in denen jeweils eine Anzahl von parallel angeordneten Grundschaltungen zusammengefaßt sind, die mit einem Anschluß an der Vorspannungsquelle liegen während die anderen Anschlüsse zu je einem Ausgangsanschluß zusammengefaßt sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der in Gruppen (1 . . . k) zusammengefaßten Wandlerelemente (U 11 . . . Uki) proportional der Beleuchtungsintensität der Bereiche ist, in denen die Gruppen angeordnet sind.

2. Photoelektrische Wandlereinrichtung mit

• - mehreren zueinander parallel angeordneten Grundschaltungen, bestehend aus jeweils einem Wandlerelement mit zwei Anschlüssen, zwischen denen eine Photodiode und ein parallel geschalteter Speicherkondensator liegt, einem in Serie hierzu liegenden Schalter zur Abfrage der im Speicherkondensator gespeicherten Information,
• - einer für alle Grundschaltungen gemeinsamen Vorspannungsquelle zur Vorspannung der Photodioden in Sperrichtung,
• - einer Einrichtung zum zeitlich aufeinanderfolgenden Schließen der Schalter jeder der Grundschaltungen, und
• - mehreren Gruppen, in denen jeweils eine Anzahl von parallel angeordneten Grundschaltungen zusammengefaßt sind, die mit einem Anschluß an der Vorspannungsquelle liegen während die anderen Anschlüsse zu je einem Ausgangsanschluß zusammengefaßt sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl i der photoelektrischen Wandlerelemente (U 11 . . . Uki) in jeder Gruppe (1 . . . k) gleich groß ist und daß der Verstärkungsfaktor von Trennverstärkern (A 1 . . . Ak), von denen jeweils einer den Ausgangsleitungen (m 1; m 2; . . . mk) der Gruppen zugeordnet ist, umgekehrt proportional der Beleuchtungsintensität der Bereiche ist, in denen die Gruppen angeordnet sind.

3. Photoelektrische Wandlereinrichtung mit

• - mehreren zueinander parallel angeordneten Grundschaltungen, bestehend aus jeweils einem Wandlerelement mit zwei Anschlüssen, zwischen denen eine Photodiode und ein parallel geschalteter Speicherkondensator liegt, einem in Serie hierzu liegenden Schalter zur Abfrage der im Speicherkondensator gespeicherten Information,
• - einer für alle Grundschaltungen gemeinsamen Vorspannungsquelle zur Vorspannung der Photodioden in Sperrichtung,
• - einer Einrichtung zum zeitlich aufeinanderfolgenden Schließen der Schalter jeder der Grundschaltungen, und
• - mehreren Gruppen, in denen jeweils eine Anzahl von parallel angeordneten Grundschaltungen zusammengefaßt sind, die mit einem Anschluß an der Vorspannungsquelle liegen während die anderen Anschlüsse zu je einem Ausgangsanschluß zusammengefaßt sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl i der photoelektrischen Wandlerelemente (U 11 . . . Uki) in jeder Gruppe (1 . . . k) gleich groß ist und daß jede Gruppe (1 . . . k) einen Ladewiderstand (R 1 . . . Rk) aufweist, dessen Widerstandswert im Bereich der Gruppen mit geringer Beleuchtungsintensität kleiner ist als in denen mit großer Beleuchtungsintensität.