DE3715005A1 - Optische leseeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Leseeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Optische Leseeinrichtungen erfüllen bekanntlich den Zweck, graphische Zeichen, Bildmuster wie farbige Vorlagen oder solche mit lediglich verschiedenen Grauabstufungen als Bilder oder als Zeichen einer Schriftsprache mit nur zwei Farbstufungen (schwarz/ weiß) zu erfassen, aufzulösen, und mit der Möglich­ keit einer Rekonstruktion umzusetzen.

Üblicherweise werden dabei als optische Mittel für die Abbildung Linsen aus lichtbrechenden Materialien zu einem optischen System vereinigt, welches das Bild bzw. die graphischen Zeichen usw. auf ein photosen­ sitives Element abgebildet. Über das photosensitive Element wird die Gesamtvorlage, als das "Gesamt­ bild", aufgelöst und in elektrische Signale umge­ setzt. Die elektrischen Signale können mittels eines Analog/Digital-Wandlers in digitale Signale umge­ wandelt werden, womit die Möglichkeiten der üblichen Datenverarbeitung unter Verwendung eines Computers und Speichers gegeben sind.

Es ist zwar davon auszugehen, daß das Papier immer ein notwendiger Kommunikationsträger für graphische Zeichen usw. bleiben wird, so daß die optischen Lese­ einrichtungen und die digitale Datenerfassung der umgesetzten graphischen Zeichen als Ergänzung zu be­ trachten sind. Dabei kommt den optischen Leseein­ richtungen allerdings immer größere Bedeutung zu, weil sich die gespeicherten Daten mit Hilfe von Druckern jederzeit wieder zu den ursprünglichen graphischen Zeichen bei Bedarf rekonstruieren lassen. Ein wichtiger Anwendungsbereich sind beispielsweise Computer-Unterstützte Layout-Systeme für die Druck­ industrie.

Den geschilderten vorteilhaften Aspekten und zuneh­ menden Anwendungsbereichen stehen allerdings in der Praxis schwerwiegende Nachteile entgegen. So lassen sich bis heute mit den optischen Leseeinrichtungen nur relativ langsame Lese- bzw. Abtastgeschwindig­ keiten erzielen, so daß die Umsetzung in digitale Signale mit einem großen Zeitaufwand verbunden ist. Ein weiterer kritischer Punkt ist die Auflösung, welche bei den optischen Leseeinrichtungen noch zu wünschen übrig läßt. Eine geringe Auflösung birgt aber die Gefahr in sich, daß bei einer gewünschten Rekonstruktion der zuvor gelesenen graphischen Zei­ chen diese nicht exakt wiedergegeben werden, vor allem, wenn es sich nicht um Normzeichen, sondern um beliebige graphische Vorlagen handelt.

Eine Verbesserung der Auflösung ließe sich zwar grund­ sätzlich mit zusätzlichem optischen und elektronischen Aufwand durchführen, allerdings wird sich dabei die Lesegeschwindigkeit noch weiter verringern.

Das mechanisierte Ablesen von Vorlagen beispiels­ weise bei Beleglesern oder Telekopierern ist schon seit längerer Zeit bekannt. Dabei wird abhängig von der Problemstellung ein erheblicher unterschiedlicher Aufwand betrieben, denn der technische Schwierigkeits­ grad, ob beispielsweise ein Strichcode oder die Unterschrift auf einem Scheck mechanisch gelesen und ausgewertet werden sollen, ist naturgemäß unter­ schiedlich. Gleichwohl ist in der Praxis zu beob­ achten, daß für die Abbildung fast ausnahmslos die üblichen bekannten optischen Mittel in Form von Linsen aus lichtbrechenden Materialien bis hin zu schwierigen ausgeklügelten optischen Systemen ver­ wendet werden, wobei der jeweilige Aufwand häufig in keiner vernünftigen Relation zum erzielten Nutzen steht.

Ferner werden für die zum Lesen unverzichtbare Rela­ tivbewegung zwischen den graphischen Zeichen einer­ seits und der optischen Leseeinrichtung andererseits, also für den Lesevorschub, spezielle mechanische Sys­ teme mit großem Aufwand vorgesehen. Dies führt dann zu insgesamt sehr teuren Lesegeräten mit einem hohen Preisniveau, so daß die optische Leseeinrichtung oft der teuerste Teil einer kompletten Anlage einschließ­ lich eines Computers ist.

Schließlich bedingen die geschilderten mechanischen Konstruktionen bei der praktischen Realisierung ein erhebliches Volumen, so daß die optischen Leseein­ richtungen einen beachtlichen Platzbedarf bean­ spruchen, was sich bei den benötigten mechanischen Lesebewegungen nachteilig auswirkt.

Wenn im übrigen weiter oben die durch die Umsetzung in digitale Signale geschaffene Möglichkeit einer Datenverarbeitung erwähnt wurde, so muß auch der Aspekt berücksichtigt werden, daß sich moderne Daten­ banksysteme im täglichen Gebrauch erst dann erfolg­ reich einsetzen lassen, wenn eine problemlose Daten­ eingabe gewährleistet ist. Nach wie vor ist aber die Datenerfassung bei den optischen Leseeinrichtungen ein Engpaß, da es Schwierigkeiten bereitet, die den umgesetzten graphischen Zeichen entsprechenden Daten schnell, rationell und fehlerfrei in den Computer bzw. den Speicher zu bringen.

Mit der Erfindung soll den beschriebenen Nachteilen entgegengetreten werden, und der Erfindung liegt da­ her die Aufgabe zugrunde, eine optische Leseeinrichtung zu schaffen, die eine hohe Auflösung bei gleichzeitig hoher Lesegeschwindigkeit besitzt, und die sich gleich­ wohl durch geringen Platzbedarf auszeichnet.

Dieses Ziel erreicht die Erfindung bei der im Ober­ begriff des Anspruchs 1 genannten optischen Leseein­ richtung durch die im kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 1 angegebenen Merkmale.

Die Erfindung bedient sich eines an sich bekannten CCD-Sensors, der hier bei einer optischen Leseein­ richtung überraschend einer neuartigen und sehr vor­ teilhaften Anwendung zugeführt wird. Besonders zweck­ mäßig ist die Verwendung eines Zeilen-CCD-Sensors mit linear in einer Zeile angeordneten lichtempfind­ lichen Elementen.

Bei dem bisher vorwiegend nach Art einer Fernseh- Bildaufnahmeröhre verwendeten CCD-Sensor, der vor allem im medizinischen Bereich eingesetzt wird, han­ delt es sich bekanntlich um ein sehr kleines inte­ griertes Halbleiterbauteil, so daß sich die optische Leseeinrichtung mit geringem Platzbedarf realisieren läßt. Außerdem besitzt der CCD-Sensor eine hohe Auf­ lösung mit der Möglichkeit einer raschen Datenerfas­ sung und Datenverarbeitung, wodurch sich die eingangs geschilderten Schwierigkeiten bei optischen Leseein­ richtungen mit einfachen Mitteln beseitigen lassen. Die hohe Auflösung und der geringe Platzbedarf bzw. das geringe Gewicht führen zu einer optischen Leseein­ richtung, bei welcher die Daten sehr schnell und feh­ lerfrei einem Rechner zugeführt werden können, so daß der Engpaß bei der Datenerfassung kein Problem mehr ist und die Vorteile von Datenbanksystemen voll aus­ geschöpft werden können.

Bei einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist die nur ein geringes Volumen aufweisen­ de optische Leseeinrichtung zusammen mit einer Optik­ anordnung und gegebenenfalls mit einer Beleuchtungs­ vorrichtung so ausgebildet, daß die komplette Gesamt­ einheit lösbar in einem üblichen Drucker befestigt werden kann.

Bekannte Drucker, insbesondere die Matrixdrucker, arbeiten bereits mit einer hohen Druckgeschwindigkeit, und wenn daher beispielsweise die optische Leseein­ richtung zur Ausnutzung der Relativbewegung in X- und Y-Richtung lösbar an dem Druckerkopf oder auch an Stelle des auswechselbaren Druckerkopfes innerhalb des Druckers angeordnet wird, läßt sich in gewünschter Weise eine sehr hohe Lesegeschwindigkeit erzielen.

Dabei besteht ein weiterer Vorteil darin, daß die im Drucker bereits vorhandene Mechanik für den Lese­ vorgang ausgenutzt werden kann. Es ist also nicht mehr erforderlich, gesonderte aufwendige Mechaniken vorzusehen, vielmehr lassen sich handelsübliche Drucker ohne weiteres für die optische Leseeinrichtung verwen­ den.

In praktischen Versuchen hat sich gezeigt, daß mit ei­ nem Zeilen-CCD-Sensor extrem hohe Auflösungen in Schritt­ weiten von 0,08 mm erzielen lassen, wobei diese schon sehr hohe Auflösung durch optische Maßnahmen noch wei­ ter verbessert werden kann.

Die erzielbaren Lesegeschwindigkeiten liegen bei et­ wa 2 m/sec, je nach Typ des verwendeten Druckers, auf dessen Mechanik die Leseeinrichtung montiert werden kann. Diese sehr hohe Lesegeschwindigkeit ermöglicht eine rationelle Dateneingabe in einen Computer bzw. einen Speicher.

Ein weiterer beachtlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der Einsatz eines CCD-Sensors auch ohne größere Probleme die Erkennung von Farbinformationen ermöglicht, indem aufgrund der durch die hohe Lesege­ schwindigkeit vorgegebenen Reserve die graphischen Zeichen entweder dreifach abgetastet werden (jeweils einmal für jede Grundfarbe), oder indem gleichzeitig drei den einzelnen Grundfarben zugeordnete CCD-Sen­ soren verwendet werden.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung er­ geben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung weiter unten anhand des in der Zeichnung dargestellten Aus­ führungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht ei­ ner Leseeinrichtung,

Fig. 2 eine Darstellung zur Erläute­ rung der in senkrechten Zeilen erfolgenden Abtastung eines graphischen Zeichens,

Fig. 3 einen Drucker mit einer op­ tischen Leseeinrichtung, und

Fig. 4 eine Detaildarstellung der Anordnung der optischen Leseeinrichtung gemäß Fig. 3 innerhalb eines Druckers.

Die als Ganzes mit der Bezugsziffer 10 bezeichnete op­ tische Leseeinrichtung umfaßt einen CCD-Sensor 12, der innerhalb eines Lesekopfes 26 angeordnet ist. Ebenfalls innerhalb des Lesekopfes 26 befindet sich eine dem CCD- Sensor 12 zugeordnete Auswerteschaltung 24, die über elektrische Kabel 28 mit einer Steckerbuchse an einem Drucker (vgl. Fig. 3) verbunden ist. In die nicht dar­ gestellte Steckerbuchse kann ein Stecker eingeschoben werden, um eine Verbindung zu einem Computer herzu­ stellen. Im übrigen verlaufen die elektrischen Kabel 28 flexibel, um eine Ortsveränderung bei einer Lese­ bewegung der optischen Leseeinrichtung zu ermöglichen.

Bei dem CCD-Sensor 12 handelt es sich um ein Zeilen- CCD, dessen lichtempfindliche Elemente im Strahlen­ gang einer durch Linsen gebildeten Optikanordnung 14 liegt, die innerhalb eines Gehäusevorsatzes 22 angeordnet ist.

Am vorderen Ende des Gehäusevorsatzes ist eine Be­ leuchtungsvorrichtung 16 mit Lampen 18, 20 vorgese­ hen, um eine Papiervorlage 30 auszuleuchten, auf der sich graphische Symbole oder dergleichen befinden.

Der durch den Doppelpfeil 32 angedeutete "Blickwinkel" der Optikanordnung 14 bzw. des Zeilen-CCD-Sensors 12 umfaßt vorzugsweise in senkrechter Richtung einen Be­ reich von 2,5 Zeilen auf der Papiervorlage 30.

Die Beleuchtungsvorrichtung 16, der Gehäusevorsatz 22 und der Lesekopf 26 sind zu einer integrierten Gesamt­ einheit zusammengefaßt und bilden die komplette Lese­ einrichtung 10 mit geringen Abmessungen. Dabei kann gegebenenfalls auf die Beleuchtungsvorrichtung 16 ver­ zichtet werden, da der CCD-Sensor 12 eine sehr hohe Empfindlichkeit besitzt.

Aufgrund der linear in einer senkrechten Zeile ange­ ordneten lichtempfindlichen Elemente des Zeilen-CCD- Sensors 12 erfolgt die Abtastung gemäß der schema­ tischen Darstellung in Fig. 2. Als Beispiel ist dort das graphische Zeichen "X" gezeigt, welches in der durch den Pfeil 40 angedeuteten Leserichtung zeit­ lich nacheinander längs der gestrichelt gezeichneten senkrechten Zeilen 42 abgetastet und in elektrische Signale umgewandelt wird, die nach einer Analog/Digi­ tal-Wandlung in einem Speicher abgelegt werden können.

Fig. 3 und 4 zeigen einen mit einer optischen Leseein­ richtung 10 ausgerüsteten üblichen Drucker 34, bei dem für das Lesen die dem Drucker 34 eigene Relativbewe­ gung in X- und Y-Richtung ausgenutzt wird. Die Bewe­ gung in X-Richtung erfolgt längs einer Führungsstange 36, während die Y-Richtung durch Drehen einer Walze 38 erreicht wird, welche die Papiervorlage 30 bewegt.

Aufgrund des geringen Platzbedarfs läßt sich die op­ tische Leseeinrichtung 10 ohne weiteres in übliche serienmäßige Drucker lösbar einbauen, wobei die Be­ wegungsrichtungen des Druckers vorteilhaft zum Lesen ausgenutzt werden können. Es ist auch möglich, die optische Leseeinrichtung 10 zusätzlich an einer Farb­ bandcassette des Druckers 34 zu befestigen, so daß dieser einerseits als Drucker selbst und andererseits als optische Leseeinrichtung arbeiten kann.

Die üblichen Drucker werden von einem nicht dargestell­ ten Computer mit elektrischen Signalen angesteuert, welche Befehle wie Blanc, Papiervorschub usw. beinhalten. Diese Befehle lassen sich nun gleichermaßen auch wäh­ rend des optischen Lesens ausnutzen. Die Leserichtung und die Lesegeschwindigkeit sind dabei durch den Drucker bzw. durch die entsprechenden Geschwindigkeiten des üblichen Druckkopfes vorgegeben. Somit lassen sich bereits bestehende Drucker vorteilhaft mit einfachen Mitteln zu einer optischen Leseeinrichtung erweitern und mit ihr kombinieren. Dadurch wird eine neuartige Möglichkeit der Datenverarbeitung geschaffen.

Mit der neuen optischen Leseeinrichtung kann eine bisher nicht gegebene Rasterqualität erzielt werden, wobei als graphische Informationen Buchstaben, Zeich­ nungen, Fotos und andere mögliche Vorlagen in Betracht kommen. Die Integrierbarkeit der optischen Leseeinrich­ tung 10 in handelsübliche Farbband-Cassetten für Stan­ dard-Matrix-Drucker schafft darüber hinaus einen er­ heblichen Kostenvorteil. Die bei den bekannten Druckern üblichen Steuersignale für Blanc, Papiervorschub, Papier­ einzug usw. lassen sich dabei in vorteilhafter Wei­ se auch für das optische Lesen mittels der Leseein­ richtung verwenden.

Claims (8)

1. Optische Leseeinrichtung zum Lesen von gra­ phischen Zeichen, Bildern usw., wobei die graphischen Zeichen mittels eines Wandlers in elektrische Sig­ nale umgesetzt und in einem Speicher abgelegt wer­ den können, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler durch einen CCD-Sensor (12) (CCD = Charge-Coupled- Device) gebildet ist.

2. Optische Leseeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der CCD-Sensor (12) ein Zeilen-CCD mit linear in einer Zeile angeordneten lichtempfindlichen Elementen ist.

3. Optische Leseeinrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der CCD- Sensor (12) und die dazugehörige Auswerteschaltung (24) in einem Lesekopf (26) angeordnet sind.

4. Optische Leseeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lesekopf (26) mit einem Gehäusevorsatz (22) verbunden ist, in welchem sich eine Optikanordnung (14) befindet.

5. Optische Leseeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich an dem dem Lese­ kopf (26) abgewandten Ende des Gehäusevorsatzes (22) eine Beleuchtungsvorrichtung (16) befindet.

6. Optische Leseeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lesekopf (26), der Gehäusevorsatz (22) und die Beleuchtungsvorrichtung (16) zu einer integrierten Gesamteinheit (10) zu­ sammengefaßt sind.

7. Optische Leseeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamteinheit (10) zur lösbaren Befestigung in einem Drucker (34) aus­ gebildet ist.

8. Optische Leseeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucker (34) eine mit der optischen Leseeinrichtung (10) verbundene Steckerbuchse besitzt.