DE3605286A1 - Kontaktbild-sensorzeile - Google Patents
Kontaktbild-sensorzeileInfo
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- H03M1/12—Analogue/digital converters
- H03M1/1205—Multiplexed conversion systems
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- H03M1/12—Analogue/digital converters
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kontaktbild-Sensorzeile zum
Lesen einer optischen Information mit einer Reihe von
lichtelektrischen Sensoren und einer nachgeschalteten Signalaufbereitungsschaltung
mit einem A/D-Wandler für jeden
Sensor.
Kontaktbildsensorzeilen ermöglichen das Lesen einer optischen
Information, eines Textes oder einer Graphik, das
Wandeln in eine analoge elektrische Information, die anschließende
Wandlung in eine digitale elektrische Information
und damit das Sortieren und Speichern der Information.
Die digital geordnete und gespeicherte Information
kann dann in bekannter Weise für alle Formen der Bildverarbeitung
und Bildwiedergabe (z. B. Fernkopierer, Bildschirmwiedergabe)
nutzbar gemacht werden.
Bisher wurde dieses Problem durch Zeilensensoren mit Vorschub
senkrecht zur Zeilenachse gemäß den folgenden Funktionsprinzipien
gelöst:
- a) durch Abbildung einer Vorlage mit einer Verkleinerungsoptik auf CCD-Zeilen mit einer Länge von z. B. 22,5 mm. Nachteile sind dabei die geringe Schärfentiefe des Abbildungsstrahlenganges, dadurch extreme Justieranforderungen an das Gerät und hoher Raumbedarf für den Strahlengang.
- b) durch 1 : 1-Abbildung mittels Grin (gradient index)-Faseroptiken auf eine Anordnung von CCD-Zeilen mit jeweils etwa 6 cm Länge. Dabei ergeben sich folgende Nachteile: Die CCD's müssen mit möglichst großer Länge und damit großer Fläche hergestellt werden, um die Vorteile des CCD-Prinzips nutzen zu können. Durch das Schieben der elektrischen Ladungen in den CCD's über Distanzen von 6 cm entstehen jedoch hohe Ladungsverluste. Außerdem können CCD-Chips mit einer derart großen Fläche (z. B. 65 × 5 mm2 = 325 mm2) nicht in absehbarer Zeit mit genügend hoher Ausbeute, d. h. zu vertretbaren Preisen hergestellt werden, zumal es keine Möglichkeit der Ausbeuteverbesserung durch Einbau von Redundanzen gibt.
- c) durch 1 : 1-Abbildung mittels Grinfaseroptiken auf Sensorzeilen aus einem Photoleitermaterial, z. B. a-Si:H. Die bisher verwendeten Sensorzeilen bestehen aus einer linearen Anordnung von Photoleiterzellen z. B. auf der Basis von a-Si:H, mit 8, 12 oder 16 Bildpunkten/mm und einer Anordnung von Auslese- und Signalaufbereitungselementen. Die Auslese- und Signalaufbereitungselemente sind in monokristalliner Technik ausgeführt.
- Für die Ansteuerung der einzelnen Sensoren und die Signalaufbereitung
werden die beiden folgenden Prinzipien
angewandt:
Auslesen nach dem Vidiconprinzip (siehe Fig. 1).
Messung der Spannung an der lichtempfindlichen Zelle (siehe Fig. 2). - Bei beiden Prinzipien wird mit Hilfe eines Schieberegisters 1 seriell jeder einzelne Sensor 2, 3, 4 angesteuert. Ein einzelner, einem Bildpunkt zugeordneter Sensor stellt eine Stromquelle mit lichtelektrischem Wandler 2 a, 3 a, 4 a und Parallelkapazität dar. Bei der Anordnung mit der Auslesung nach dem Vidiconprinzip (Fig. 1) ist eine Elektrode E allen lichtempfindlichen Sensoren 2, 3, 4 gemeinsam. Durch das Schließen eines Schalters 5, 6, 7 nach einer Integrationszeit wird der entsprechende Sensor 2, 3, 4 in den Ausgangszustand zurückgesetzt. Der Strom, der in der gemeinsamen Elektrode E fließt, ist ein Maß für die vom entsprechenden Sensor absorbierte Lichtmenge. Danach beginnt durch Öffnen des Schalters 5, 6, 7 die nächste Integrationsphase des Sensors 2, 3, 4. Durch die Parallelschaltung aller Wandler 2 a, 3 a, 4 a wegen der gemeinsamen Elektrode E ist dem jeweils ausgelesenen Wandler 2 a, 3 a, 4 a eine große Kapazität 8, 9, 10 parallel zugeordnet. Es erfolgt eine kapazitive Signalteilung, die eine sehr hohe Nachverstärkung erfordert. Hierdurch wird ein schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis erzielt.
- Günstiger sind die Verhältnisse bei dem Prinzip der
Messung der Spannung an den einzelnen lichtempfindlichen
Sensoren 2, 3, 4 (analoge Signalaufbereitung).
Mit Hilfe des Schieberegisters 1 wird gemäß Fig. 2
der Entladezustand eines Sensors 2, 3, 4 nach der Integrationszeit
an den gemeinsamen Signalausgang von
Verstärkern 11, 12, 13, von denen für jeden Sensor 2,
3, 4 (Bildpunkt) jeweils einer vorhanden ist, weitergegeben.
Sobald der Verstärker 11, 12, 13 des nächsten
lichtempfindlichen Sensors 2, 3, 4 an den Ausgang angeschaltet
wird, erfolgt die Rücksetzung des vorhergehenden
Sensors in den Ausgangszustand und es beginnt
eine neue Integrationsphase. Während dieser Zeit ändert
sich die Spannung entsprechend
t: Integrationszeit
i: Strom im Sensor (proportional zur Beleuchtungsstärke)
C: Kapazität des Sensors plus der sonstigen Komponenten wie Verbindungsleitungen und Eingangskapazität des Verstärkers (Kapazitäten 8, 9, 10)
U o : Anfangsspannung. - Die Größe des Signalhubs ist neben der Beleuchtungsstärke und der Integrationszeit in starkem Maße von der Kapazität C abhängig. Wie aus der obigen Gleichung ersichtlich ist, wird der Signalhub mit geringerer Kapazität bei sonst unveränderten Parametern größer. Ein Ziel bei der Entwicklung einer Sensorzeile muß also die Minimierung der den einzelnen Sensoren parallel geschalteten Zusatzkapazitäten sein, die durch Leiterbahnen, Kontaktflächen, Eingang zur Signalauswertung, usw. verursacht werden.
Die Fig. 3 zeigt für eine Kontaktbild-Sensorzeile der in
der Fig. 1 oder 2 beschriebenen Art den Verlauf der
Spannung an den Kondensatoren 8, 9, 10 usw.. Die Kondensatoren
8, 9, 10 werden im Zeitpunkt t 0 auf eine Anfangsspannung
U 1 aufgeladen und im Zeitpunkt t 1, dem Beginn
eines Integrationsintervalles, das ein Meßintervall darstellt,
entladen. Die Steilheit des Abfalles der Kondensatorspannung
hängt dabei von der Beleuchtungsstärke des
Sensors ab. Im Zeitpunkt ti erfolgt dann eine Erfassung
der Kondensatorspannung, die ein Maß für die Beleuchtungsstärke
des Sensors ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Kontaktbild-Sensorzeile
der eingangs genannten Art bei einer direkten
digitalen Auswertung des Sensorsignales mit einem einzigen
Komparator je Bildpunkt ein Maximum an Auflösung des
Signales durch optimale Ausnutzung der Integrationszeit
zu erzielen.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Analog/Digital-Wandler einen einzigen Komparator pro Sensor
für die Sensorspannung und eine Referenzspannung aufweist,
daß Mittel zur stufenweisen Umschaltung der Referenzspannung
bis zum Erreichen der Sensorspannung vorhanden
sind, und daß der Komparator bei jeder Umschaltung
der Referenzspannung einem Zähler einen Zählimpuls zuführt.
Dabei erfolgt mit einem einzigen Komparator eine
schrittweise Annäherung der Sensorspannung von einem Anfangswert
der Referenzspannung aus. Die Anzahl der für
die Erreichung der Sensorspannung erforderlichen Schritte
ist dabei ein Maß für die Beleuchtungsstärke. Eine entsprechende
Impulsanzahl wird im Zähler gespeichert, so
daß der Zählerstand die Beleuchtungsstärke wiedergibt.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Fig. 4 und 5
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 4 eine graphische Darstellung zur Erläuterung
des Erfindungsgedankens, und
Fig. 5 die wesentlichen Teile einer Kontaktbild-Sensorzeile
nach der Erfindung.
Für das beschriebene Ausführungsbeispiel ist davon ausgegangen,
daß 13 Graustufen für die digitale Wandlung des
Sensorsignales vorgesehen sind. In der Fig. 4 ist eine
Vielzahl von Verläufen a bis m des Sensorsignales dargestellt.
In einem Zeitpunkt tA, der bei dem Beispiel um
den Wert 13 × Δ t vor dem Zeitpunkt ti liegt, wird eine
Komparatorspannung stufenweise von einem Anfangswert, der
gleich der Anfangsspannung U 1 des Sensorsignales ist, abgesenkt.
Die Anzahl der Stufen, die die Komparatorspannung
durchläuft, bis sie die Sensorspannung erreicht, ist
ein Maß für die Beleuchtungsstärke des Sensors. Bei jeder
Stufe der Komparatorspannung wird einem Zähler ein Zählimpuls
zugeführt, so daß der Zählerinhalt beim Erreichen
der Sensorspannung ein Maß für die Beleuchtungsstärke
ist.
Fällt beispielsweise die Sensorspannung entsprechend der
Geraden e ab, so durchläuft die Komparatorspannung vom
Zeitpunkt tA ab fünf Stufen, so daß einem Zähler fünf
Zählimpulse zugeführt werden. Die Anzahl der dem Zähler
zugeführten Zählimpulse variiert dabei zwischen 0 und 13
entsprechend den 13 gewählten Graustufen. Der Zählerstand
wird während der nachfolgenden Integrationsperiode seriell
abgefragt. Die Variation der Spannung für die Komparatorschwelle
kann in positiver und in negativer Richtung
erfolgen, d. h., daß sich die Vergleichsspannung der Sensorspannung
in positiver oder negativer Richtung nähern
kann.
Bei der beschriebenen Digitalisierung entsteht bei
gleichmäßiger Unterteilung der Referenzspannung des Komparators
eine Nichtlinearität zwischen Beleuchtungsstärke
und Ausgangssignal, da für jede Stufe eine andere Integrationszeit
gilt. So fällt z. B. die Sensorspannung im
Falle der Geraden e nach dem Erreichen dieser Geraden
durch die Referenzspannung noch etwas weiter ab. Die dadurch
hervorgerufene Nichtlinearität macht sich besonders
bei höherer Auflösung und einem kleinen Verhältnis von
Integrationszeit und Detektionszeit störend bemerkbar.
Eine Linearisierung kann durch nichtlineare Änderung der
Vergleichsspannung von Detektionsinterval zu Detektionsintervall
erfolgen.
Die Fig. 5 zeigt schematisch zwei Sensoren 14, 15, die
den Sensoren 2, 3, 4 entsprechen. Die Ausgangsspannungen
der Sensoren 14, 15 sind Komparatoren 16, 17 zugeführt,
deren zweite Eingänge gemeinsam an einer Spannung Uref
liegen, die von einem festen Teiler 18 erzeugt wird. Die
Spannung Uref wird demgemäß in der geschilderten Weise
stufenweise reduziert. Jedem der Sensoren 14, 15 ist je
ein Zähler 19, 20 zugeordnet. Die Zähler 19, 20 werden
über UND-Gatter 21, 22 angesteuert, deren eine Eingänge
an den Ausgängen der Komparatoren 16, 17 und deren andere
Eingänge an einem Zählerimpulsgenerator 23 liegen.
Immer dann, wenn die Spannung Uref die Sensorspannung
noch nicht erreicht hat, wird beim Absenken der Spannung
Uref ein Zählimpuls über das jeweilige UND-Gatter 21, 22
auf den nachgeschalteten Zähler 19, 20 weitergegeben.
Die Oberspannung U 0 des Teilers 18 ist einstellbar. Durch
Variation dieser Oberspannung U 0 kann eine Anpassung des
Aussteuerbereiches an die jeweiligen Beleuchtungsstärken
auf den lichtelektrischen Wandlern erfolgen.
Aus der Fig. 5 ergibt sich, daß die Wandlung der Spannung
der Sensoren 14, 15 in n Graustufen mittels jeweils
eines einzigen Komparators 16, 17 pro Sensor 14, 15 erfolgt.
Der Komparatorausgang steuert eine Torschaltung
für Zählimpulse, die in einem Zähler 19, 20 gespeichert
werden. Der jeweilige Zählerstand ist demgemäß ein Maß
für die Beleuchtungsstärke. Die Umschaltung der Referenzspannung
Uref kann zweckmäßigerweise in etwa gleichen
Zeitabständen Δ t erfolgen. Zur Linearisierung können die
Schaltsprünge der Referenzspannung Uref unterschiedliche
Amplituden haben. Durch Variation der Oberspannung U 0,
aus der durch feste Teile die Referenzspannung Uref gewonnen
wird, kann eine Anpassung an den Beleuchtungsstärkeumfang
durchgeführt werden.
Claims (5)
1. Kontaktbild-Sensorzeile zum Lesen einer optischen Information
mit einer Reihe von lichtelektrischen Sensoren
(14, 15) und einer nachgeschalteten Signalaufbereitungsschaltung
(16 bis 22) mit einem Analog/Digital-Wandler
(16, 19, 21; 17, 20, 22) für jeden Sensor (14, 15),
dadurch gekennzeichnet, daß der
Analog/Digital-Wandler (16, 19, 21; 17, 20, 22) einen
einzigen Komparator (16, 17) pro Sensor (14, 15) für die
Sensorspannung und eine Referenzspannung (Uref) aufweist,
daß Mittel (18) zur stufenweisen Umschaltung der Referenzspannung
(Uref) bis zum Erreichen der Sensorspannung
vorhanden sind, und daß der Komparator (16, 17) bei jeder
Umschaltung der Referenzspannung (Uref) einem Zähler (19,
20) einen Zählimpuls zuführt.
2. Kontaktbild-Sensorzeile nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Umschaltung
der Referenzspannung (Uref) ein fester Teiler
(18) vorhanden ist.
3. Kontaktbild-Sensorzeile nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Oberspannung
(U 0) des Teilers (18) einstellbar ist.
4. Kontaktbild-Sensorzeile nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Referenzspannung (Uref) in etwa gleichen Zeitabständen
(Δ t) umgeschaltet wird.
5. Kontaktbild-Sensorzeile nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß
die einzelnen Spannungssprünge der Referenzspannung
(Uref) unterschiedliche Amplituden aufweisen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863605286 DE3605286A1 (de) | 1986-02-19 | 1986-02-19 | Kontaktbild-sensorzeile |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863605286 DE3605286A1 (de) | 1986-02-19 | 1986-02-19 | Kontaktbild-sensorzeile |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3605286A1 true DE3605286A1 (de) | 1987-08-20 |
Family
ID=6294462
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863605286 Withdrawn DE3605286A1 (de) | 1986-02-19 | 1986-02-19 | Kontaktbild-sensorzeile |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3605286A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2641432A1 (fr) * | 1988-12-30 | 1990-07-06 | Thomson Csf | Dispositif integre d'acquisition et de traitement d'images |
DE4113594A1 (de) * | 1991-04-25 | 1992-11-12 | Josef Kirmeier | Scanner-kamera mit digitaler signalausgabe und fokussierungssystem, vorgesehen als teil einer druckschriften-kopiervorrichtung |
-
1986
- 1986-02-19 DE DE19863605286 patent/DE3605286A1/de not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2641432A1 (fr) * | 1988-12-30 | 1990-07-06 | Thomson Csf | Dispositif integre d'acquisition et de traitement d'images |
DE4113594A1 (de) * | 1991-04-25 | 1992-11-12 | Josef Kirmeier | Scanner-kamera mit digitaler signalausgabe und fokussierungssystem, vorgesehen als teil einer druckschriften-kopiervorrichtung |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8120 | Willingness to grant licenses paragraph 23 | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |