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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kamera mit einer Strobe-Blitz-Beleuchtung
zum Erfassen eines Bildes eines Objekts, und auf ein Dokumentenabtastsystem
und ein Verfahren zum Verwenden einer derartigen Kamera, um ein
Bild eines Dokuments zu erfassen.
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In
den letzten Jahren wurden Dokumentenscanner bzw. -abtaster alltäglich. Obwohl
diese gut funktionieren und relativ kostengünstig sind, nimmt ein Dokumentenscanner
ein beträchtliches
Maß an knappem
Schreibtischplatz ein.
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Ein
Beispiel eines Dokumentenabtastsystems des Standes der Technik ist
in der
US 5,416,609 offenbart,
bei der ein gebogenes Dokument unter Verwendung eines sich bewegenden
Linien-Sensors abgebildet werden kann, der eine quer zu der Biegung
eines Dokuments verlaufende Linie abbildet.
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Die
Verwendung einer Kamera, um ein Photo eines Dokuments zu machen,
das aus Text und/oder Bildern besteht, bietet eine Möglichkeit,
dem Problem von verschwendetem Schreibtischplatz zu begegnen. Bei
der herkömmlichen
Film- oder elektronischen Photographie kann eine Person durch einen Bildsucher
blicken, um die Kamera auf ein Objekt zu richten. Wenn das Objekt
ein Dokument ist, z. B. ein Dokument, das auf einem Schreibtisch
in einem Büro liegt,
das durch Umgebungslicht von Fenstern und Oberlichtbeleuchtung beleuchtet
wird, ist es gewöhnlich
notwendig, eine zusätzliche
Lichtquelle zu verwenden, z. B. einen herkömmlichen elektronischen Blitz,
der mit einem mechanischen Verschluss oder einer elektronischen
Erfassung des Bildes synchronisiert ist. Oft muss eine Person aufstehen,
sich über das
Dokument beugen und anschließend
das Photo machen, wobei in diesem Fall der Körper der Person Umgebungslicht
behindern kann, wodurch die Verwendung eines Blitzes sogar dann
erforderlich wird, wenn das Umgebungslicht hell ist.
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Ein
derartiger Blitz verringert die Belichtungszeit und trägt somit
dazu bei, ein Kamerawackeln oder eine andere relative Bewegung zwischen der
Kamera und einem Objekt in einer Objektebene der Kamera zu verringern
oder im Wesentlichen zu eliminieren, insbesondere dann, wenn die
Kamera in der Hand zu halten ist. Auch liefert ein Blitz Licht mit einer
bekannten Farbtemperatur, um ein Bild zu erzeugen, das eine echte
Farbe hat. Wenn ein Photo von einem Objekt mit einer leuchtenden
oder glänzenden
Oberfläche
gemacht werden soll, so kann Umgebungslicht in bestimmten Winkeln
von der Oberfläche
abreflektiert werden und das Bild des Dokuments selbst überfluten.
In diesem Fall kann ein Blitz eine ausreichende Beleuchtung liefern,
um derartige Streureflexionen zu überwinden, so dass das Dokument
korrekt abgebildet werden kann.
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Obwohl
herkömmliche
Blitzeinheiten bei der Überwindung
dieser Probleme effektiv sind, kann ein heller Lichtblitz von einer
derartigen Einheit in der Nähe
befindliche Personen erschrecken oder belästigen. Auch wenn eine Person
teilweise direkt von einem derartigen Blitz abgeschirmt ist, beispielsweise durch
eine Bürokabine,
ist das Auge sehr empfindlich in Bezug auf jegliches plötzliches
Aufflackern bzw. Aufblitzen von Licht. Aus diesem Grund wird es
in vielen Umgebungen, insbesondere in einer Büroumgebung, wo Andere durch
einen Blitz gestört
werden könnten,
allgemein als inakzeptabel angesehen, eine herkömmliche Blitzbeleuchtung zu
verwenden.
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Ein
Beispiel eines Abbildungssystems zum Erfassen überlappender Bilder eines Golfschlägers, der
einen Golfball schlägt,
ist in der
US 4,713,686 offenbart.
Bei diesem Abbildungssystem wird über ein 30stel einer Sekunde
eine Serie von 10 Lichtpulsen erzeugt. Alle Pulse werden in einem
Videorahmen erfasst, um 10 überlappende
Bilder des Golfschlägers und
des Balles zu erzeugen.
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Ein
Beispiel einer Lichtquelle zum Erzeugen einer stroboskopischen Beleuchtung
ist in der
US 4,580,201 offenbart.
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Digitalkameraprodukte
werden auf vielen Gebieten der Standbild- und Bewegungsphotographie üblich, und
folglich werden sie immer kostengünstiger. Jedoch werden derartige
Kameras immer noch fast ausschließlich zum Photographieren von Menschen
oder Orten verwendet und müssen
erst noch an eine Nutzung bei Büroabbildungsanwendungen
angepasst werden. Ein Grund dafür
besteht darin, dass die meisten elektronischen Kameras, die normalerweise
zweidimensionale CCD-Arrays verwenden, eine unzureichende Auflösung aufweisen, um
eine ganze Seite der Größe A4 mit
300 Punkten pro Zoll, dem Minimum, das man herkömmlicherweise für notwendig
hält, um
eine Reproduktion einer einigermaßen hohen Qualität zu erzeugen,
abzubilden. Obwohl bei elektronischen Kameras CCDs mit höherer Auflösung erhältlich sind,
sind sie für
ein Büroabbildungsprodukt
für den
Massenmarkt viel zu teuer.
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Folglich
finden Kameras mit Blitzzusätzen und
elektronische Kameras in einer Büroumgebung keine
breite Verwendung anstelle von Dokumentenscannern.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine zweckmäßige und
relativ unauffällige
Kamera mit Blitzbeleuchtung, ein Dokumentenabtastsystem und ein
Verfahren zum Verwenden einer derartigen Kamera, um ein Bild eines
Dokuments zu erfassen, zu liefern.
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Dementsprechend
liefert die Erfindung eine Kamera, die eine Bilderfassungseinrichtung,
eine Objektivlinse mit einem Gesichtsfeld, um eine optische Strahlung
von einer Objektebene auf die Bilderfassungseinrichtung abzubilden,
einen Strobe-Flash zum Beleuchten der Objektebene, eine Elektronikpulsschaltungsanordnung
und eine Schließeinrichtung
zum Steuern der Erfassung eines oder mehrerer Bilder durch die Bilderfassungseinrichtung
umfasst, wobei jedes Bild unter Verwendung einer Beleuchtung von
zumindest einem Puls des Strobe-Flashs erfasst wird, dadurch gekennzeichnet,
dass die Elektronikpulsschaltungsanordnung dahingehend wirksam ist,
den Strobe-Flash mit einer Rate zu pulsen, die ausreichend schnell
ist, so dass die Beleuchtung einem Benutzer der Kamera aufgrund
der Trägheit der
Sehempfindung im Wesentlichen stetig erscheint, wobei die Elektronikpulsschaltungsanordnung
dazu angeordnet ist, die wahrgenommene Intensität der stetigen Beleuchtung
vor der Erfassung des Bildes stufenförmig zu erhöhen und/oder die Intensität nach der
Erfassung des Bildes stufenförmig
zu senken, wobei die stufenförmige
Erhöhung
und/oder das stufenförmige
Senken der wahrgenommenen Intensität der stetigen Beleuchtung über zumindest
0,25 Sekunden erfolgt, und dadurch, dass die Schließeinrichtung
mit dem Strobe-Flash synchronisiert ist, so dass die Bilder unter
Verwendung einer Beleuchtung von lediglich Manchen der Pulsen erfasst
werden, so dass das oder jedes Bild mit einer Rate erfasst wird; die
im Wesentlichen unter der Rate liegt, mit der der Strobe-Flash gepulst
wird.
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Da
der gepulste Strobe-Blitz ein kontinuierliches Licht zu sein scheint,
kann die Beleuchtung viel unauffälliger
sein als ein einziger Blitz, der mit der Schließeinrichtung synchronisiert
ist. Die Beleuchtung kann somit nicht störender sein, als wenn jemand
ein Licht, z. B. eine Schreibtischlampe, ein- und anschließend ausschaltet.
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Die
Bilderfassungseinrichtung kann ein photographischer Film oder zumindest
ein Array eines elektronischen Detektors sein, z. B. ein zweidimensionales
CCD-Array. Bei den meisten Anwendungen ist aufgrund der höheren Sensitivität bei niedrigen Lichtpegeln
bevorzugt, dass die Bilderfassungseinrichtung ein Detektorarray
ist. Dies ermöglicht
eine Verringerung der Strobe-Blitz-Energie im Vergleich zu derjenigen,
die bei vielen Arten von photographischen Filmen benötigt wird.
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Die
Schließeinrichtung
kann im Fall eines photographischen Films ein mechanischer Verschluss
sein. Wenn ein Detektorarray verwendet wird, besteht kein Erfordernis
eines mechanischen Verschlusses, und eine Schaltungsanordnung an dem
Detektorarray, oder eine Schaltungsanordnung, die demselben zugeordnet
ist, kann verwendet werden, um ein elektronisches Signal, das für Lichtpegel an
dem Detektorarray repräsentativ
ist, zu erfassen und anschließend
tormäßig auszusteuern.
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Ein
elektronischer „Verschluss" hat selbstverständlich keine
beweglichen Teile, und somit kann ein Detektorarray im Prinzip in
der Lage sein, Daten, die repräsentativ
für Bilder
sind, mit einer Rate zu sammeln, die mit der Strobe-Blitz-Rate vergleichbar ist.
Die Erfindung betrifft Standbildphotographie und nicht Bewegungsphotographie.
Auch wenn eine elektronische Kamera in der Lage wäre, Daten,
die sich auf eine Anzahl von Standbildern beziehen, in rascher Abfolge
zu sammeln, besteht in der Standbildphotographie kein Erfordernis
oder Wunsch, derartige überschüssige oder
flüchtige
Bilder beizubehalten, und somit ist die Anzahl von Bildern, die
tatsächlich
verwendet werden, beträchtlich
geringer als die Anzahl von Strobe-Blitzen. Der Begriff „erfasst" bezieht sich gemäß seiner
Verwendung in dem vorliegenden Dokument somit auf erfasste Bilder,
die mehr sind als nur vorübergehend
erfasst, sondern die wie bei der Standbildphotographie verwendet
oder beibehalten werden können.
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Die
Wahrnehmung einer stetigen Beleuchtung kann erzielt werden, wenn
die Pulsrate des Strobe-Blitzes weniger als 50 Hz beträgt. Manche
herkömmlichen
Standbildkameras, sogar diejenigen mit mechanischen Verschlüssen, sind
in der Lage, pro Sekunde bis zu etwa fünf Standphotographien aufzunehmen.
Eine Definition einer Bilderfassungsrate, die wesentlich unter der
Strobe-Blitz-Rate liegt, wäre
somit die, dass die Strobe-Blitz-Rate zumindest das Zehnfache der
Bilderfassungsrate beträgt.
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Bei
vielen Anwendungen muss jedoch lediglich ein Bild erfasst werden.
Damit die Beleuchtung unauffällig
ist, ist es vorzuziehen, dass die Beleuchtung zumindest etwa eine
Sekunde lang stetig ist. Für Strobe-Pulse
von zumindest 50 Hz ist es somit bevorzugt, dass die Strobe-Blitz-Rate
zumindest das 50fache der Bilderfassungsrate beträgt.
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Die
Beleuchtung kann weniger auffällig
gemacht werden, wenn die Pulsschaltungsanordnung dahingehend angeordnet
ist, die wahrgenommene Intensität
der stetigen Beleuchtung vor der Erfassung des Bildes stufenförmig zu
erhöhen
und/oder die Intensität
nach der Erfassung des Bildes stufenförmig zu senken. Bezogen auf
die menschliche Wahrnehmung der Auffälligkeit der Beleuchtung liefert
das stufenförmige
Erhöhen
der Intensität
einen größeren Nutzen
als das stufenförmige
Senken der Intensität, am
stärksten
bevorzugt ist jedoch, dass die Intensität der Beleuchtung sowohl stufenförmig erhöht als auch stufenförmig gesenkt
wird.
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Vorzugsweise
erfolgt das stufenförmige
Erhöhen
und/oder das stufenförmige
Senken der wahrgenommenen Intensität der stetigen Beleuchtung über zumindest
0,25 Sekunden.
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Somit
kann die Kamera eine Einrichtung umfassen, mittels derer die Beleuchtung
gedämpft
bzw. gedimmt werden kann. Eine derartige Einrichtung kann eine Elektrische-Energie-Speicherschaltung umfassen,
die eine Ladung bis zu einer Maximalgrenze speichert. Dann kann
eine Schaltungsanordnung vorgesehen sein, die zumindest einen Teil
der gespeicherten Energie vor einem Blitzlichtlampenpuls auf steuerbare
Weise entlädt.
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Oft
ist es wünschenswert,
elektrische Leistung einzusparen, beispielsweise wenn die elektronische
Schaltungsanordnung der Kamera durch eine wiederaufladbare Batterie
betrieben wird. Dies begrenzt die Dauer der stetigen Beleuchtung
und ebenso die Zeitdauer für
jegliches stufenförmige
Erhö hen/Senken
der Beleuchtung. Vorzugsweise erfolgt das stufenförmige Erhöhen und/oder
das stufenförmige
Senken der wahrgenommenen Intensität der stetigen Beleuchtung über weniger
als eine Sekunde.
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Wenn
die Bilderfassungseinrichtung ein Elektronischer-Detektor-Array ist, kann die Schließeinrichtung
eine elektronische Steuerungsschaltungsanordnung umfassen, um das
Erfassen eines Bildes durch das Detektorarray mit dem Strobe-Blitz zu
synchronisieren.
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Bei
Dokumentenabbildungsanwendungen ist es bevorzugt, kostengünstige Detektorarrays
zu verwenden. Jedoch weisen diese eine unzureichende Auflösung auf,
um eine A4-Seite mit 300 dpi zu erfassen. Somit kann die Kamera
ein Betätigungsglied umfassen,
um das Gesichtsfeld der Objektivlinse in der Objektebene abzutasten,
während
die Steuerungsschaltungsanordnung Bilder unterschiedlicher Gesichtsfelder
erfasst. In diesem Fall kann der Strobe-Blitz dazu verwendet werden,
jegliche relative Bewegung zwischen der Objektebene und der Kamera effektiv
einzufrieren bzw. festzuhalten. Somit besteht kein Erfordernis,
dass das Betätigungsglied
die Bewegung anhält,
wenn ein Bild erfasst werden soll, und somit kann das Betätigungsglied
das Gesichtsfeld der Objektivlinse kontinuierlich, d. h. ohne anzuhalten,
abtasten, während
die Steuerungsschaltungsanordnung Bilder unterschiedlicher Gesichtsfelder
erfasst. Dies vereinfacht die Steuerung des Betätigungsglieds und ermöglicht ein
schnelleres Erfassen mehrerer Bilder hintereinander.
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Die
Kamera kann eine in der Hand zu haltende Kamera sein, wobei der
Strobe-Blitz in diesem Fall dazu beträgt, die Auswirkung jegliches
Kamerawackelns zu verringern oder zu eliminieren.
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Jedoch
bezieht sich das bevorzugte Ausführungsbeispiel
der Erfindung auf ein Dokumentenabtastsystem, das eine Kamera mit
einem oben beschriebenen Betätigungsglied
umfasst, und mit einer Halterung, mittels derer die Kamera positioniert
werden kann, um einen Abschnitt eines Dokuments in der Objektebene
auf den Detektor abzubilden. Die Halterung kann ein Ständer sein,
der auf einer Arbeitsoberfläche,
z. B. einem Büroschreibtisch,
aufliegt oder an dieser befestigt werden kann.
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Das
Betätigungsglied
ist dann dahingehend wirksam, das Gesichtsfeld der Objektivlinse
abzutasten, während
die Steuerungsschaltungsanordnung Bilder unterschiedlicher Abschnitte
des Dokuments erfasst. Dies ermöglicht,
dass eine relativ niedrige Auflösung,
jedoch ein kostengünstiges
Detektorarray verwendet wird, um ein zusammengesetztes Bild eines
Dokuments zu erstellen. Somit kann das System eine Einrichtung umfassen,
mittels derer Bilder, die von benachbarten oder überlappenden Gesichtsfeldern
erfasst werden, zu einem zusammengesetzten Bild der benachbarten
oder überlappenden
Felder zusammengefügt
werden können.
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Ebenfalls
gemäß der Erfindung
ist ein Verfahren zum Abbilden eines Dokuments unter Verwendung
einer Kamera mit einem Betätigungsglied, wie
oben beschrieben, vorgesehen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren
folgende Schritte umfasst:
- a) Richten der Kamera
auf ein Dokument in der Objektebene derart, dass ein Abschnitt des
Dokuments in das Gesichtsfeld fällt;
und
- b) Verwenden des Betätigungsglieds,
um das Gesichtsfeld der Objektivlinse abzutasten, während die
Steuerungsschaltungsanordnung Bilder unterschiedlicher Abschnitte
des Dokuments erfasst.
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Ferner
liefert die Erfindung ein Verfahren zum Abtasten eines Dokuments
unter Verwendung eines Dokumentenabtastsystems unter Verwendung einer
Kamera mit einem Betätigungsglied
und einer Halterung, wie oben beschrieben, dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- c)
Anbringen der Kamera, um einen Abschnitt eines Dokuments in der
Objektebene auf den Detektor abzubilden; und
- d) Verwenden des Betätigungsglieds,
um das Gesichtsfeld der Objektivlinse abzutasten, während die
Steuerungsschaltungsanordnung Bilder unterschiedlicher Abschnitte
des Dokuments erfasst.
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Die
Erfindung wird nun lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
beschrieben, von denen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Kamera und eines Dokumentenabbildungssystems
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist;
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2 eine
perspektivische Ansicht einer Kamera und eines Dokumentenabbildungssystems
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist;
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3 eine
schematische Ansicht, im Querschnitt, der Kamera und des Dokumentenabbildungssystems
der 2 ist;
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4 eine
Auftragung der Intensität
von einer Strobe-Blitzlichtlampe-Einheit
für eine
Kamera gemäß der Erfindung
ist, die eine stufenförmige
Erhöhung
der Intensität
gefolgt von einer konstanten Intensität und anschließend einer
stufenförmigen
Senkung der Intensität
zeigt;
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5 ein
Diagramm einer Schaltung zum Pulsen der Strobe-Blitzlichtlampe mit
einer konstanten Beleuchtung ist;
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6 eine
Auftragung von Signalverläufen in
dem Schaltungsdiagramm der 6 ist;
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7 ein
Diagramm einer Schaltung zum Pulsen des Strobe-Blitzes mit einer
konstanten oder einer variablen Intensität ist; und
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8 eine
Auftragung von Signalverläufen in
der Schaltung der 7 ist.
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1 zeigt
ein Dokumentenabbildungssystem 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das eine Kamera 2 und eine Kamerasteuerungseinheit 4 umfasst,
die dazu angeordnet sind, ein auf einer Arbeitsoberfläche 8 liegendes
Dokument 6 abzubilden. Die Kamera kann in der Hand zu haltend
sein, ist der Zweckmäßigkeit
halber jedoch auf einem Pfosten 9 angebracht, der an einer
Kante 12 der Arbeitsoberfläche 8 befestigt ist.
Das Dokument ist üblicherweise
ein Dokument der Größe A5, A4
oder A3, beispielsweise ein bedrucktes Blatt Papier, ein offenes
Buch oder eine Photographie.
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Die
Kamera umfasst eine Objektivlinse 14 und eine Strobe-Blitz-Einheit 16,
die beide auf das Dokument 6 gerichtet sind. Die Linse 14 weist
ein Gesichtsfeld 18 auf, das weit genug ist, so dass die
Linse eine optische Strahlung 17 empfangen kann, um das
ganze Dokument 6 auf einmal abzubilden. Die Strobe-Blitz-Einheit
projiziert sichtbares Licht 19 über einen Bereich 15,
der weit genug ist, so dass das Dokument gleichmäßig beleuchtet wird. Wie nachstehend
ausführlicher
erläutert
wird, umfasst die Kamera eine Bilderfassungseinrichtung, vorzugsweise
einen elektronischen Detektor (siehe 3, Bezugszeichen 52),
und die Strobe-Blitz-Einheit 16 wird mit einer Rate gepulst,
die ausreichend schnell ist, so dass die Beleuchtung dem menschlichen
Auge als stetig erscheint.
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Während eines
Pulses des Strobe-Blitzes erfasst der Detektor 52 ein Bild
des Dokuments und sendet ein elektronisches Signal, das Daten umfasst, die
für das
Bild repräsentativ
sind, entlang eines mehradrigen Verbindungskabels 22 an
die Kamerasteuerungseinheit 4.
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Optional
kann die Kamera das Dokument mit mehr als einem Puls beleuchten,
wenn die Lichtpegel an der Bilderfassungseinrichtung zu niedrig
sind, um eine akzeptable Belichtung aufzubauen. Mehrere Strobe-Blitze
können
ebenfalls nützlich
sein, wenn für
eine erhöhte
Feldtiefe eine geringere Blende benötigt wird.
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Die
Kamera 2 und die Strobe-Blitz-Einheit 16 können entweder
durch eine (nicht gezeigte) wiederaufladbare Batterie oder von einer
Netzelektrizität über eine
Anschlussleitung 23 betrieben werden.
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2 und 4 zeigen
ein zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung 101, bei dem identische Merkmale wie in 1 markiert
sind und ähnliche Merkmale
mit Bezugszeichen markiert sind, die um 100 inkrementiert
sind.
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Die
Kamera 102 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel
darin, dass das Linsengesichtsfeld 118 und der beleuchtete
Bereich 115 schmäler
sind und lediglich in der Lage sind, etwa 1/12 des Dokuments 6 abzubilden.
Ein Betätigungsglied 24 ist
somit zwischen der Kamera 102 und dem Pfosten 110 vorgesehen.
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Das
Betätigungsglied 24 weist
zwei Bewegungsfreiheitsgrade 26, 30 auf, von denen
einer, 26, um eine horizontale Achse 28 vorliegt
und der andere, 30, um eine vertikale Achse 32 vorliegt.
Die horizontale Achse verläuft
etwa quer zu einer optischen Achse 34 der Linse 114.
Die Bewegungsfreiheitsgrade 26, 30 ermöglichen,
dass die Kamera 102 bewegt wird, so dass die Strobe-Blitz-Einheit 116 und
die Linse 114 nacheinander alle Bereiche des Dokuments 6 beleuchten
bzw. abbilden können.
Die Bewegungsfreiheitsgrade 26, 30 müssen nicht
orthogonal sein, allgemein ist es jedoch zweckmäßig, wenn dies der Fall ist.
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Das
Betätigungsglied
weist eine untere Platte 36 und eine obere Platte 38 auf,
wobei die untere Platte auf dem Pfosten 110 befestigt ist
und die obere Platte an der Kamera 102 befestigt ist. Die
Kamera kann entweder dauerhaft an dem Betätigungsglied 24 befestigt
sein, oder die Kamera kann auf abnehmbare Weise befestigt sein,
insbesondere wenn die Kamera 102 auf abnehmbare Weise an
dem Betätigungsglied 24 befestigt
ist und getrennt von dem Betätigungsglied 24 als
in der Hand zu haltende Kamera verwendet werden kann.
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Ein
flexibler Balg 40 erstreckt sich zwischen der unteren Platte 36 und
der oberen Platte 38. In dem Balg verborgen ist ein Horizontalachsen-Drehmechanismus 42 und
ein Vertikalachsen-Drehmechanismus 44, von denen jeder
durch einen kleinen elektrischen Motor 46, 48 angetrieben
werden kann. Die durch den Horizontalachsen-Drehmechanismus 42 bewirkte
maximale Neigung beträgt
etwa ±30°, und der
durch den Vertikalachsen-Drehmechanismus 44 bewirkte maximale
Schwenk beträgt
etwa ±45°.
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Die
Steuerung 4, 104 kann eine zweckgebundene Steuerung
sein, ist jedoch vorzugsweise ein Personal-Computer mit einer Steuerungskarte
und einer Software zum Steuern der Kamera 2, 102 und, im
Fall des zweiten Ausführungsbeispiels 101,
auch der Bewegung des Betätigungsglieds 24.
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Optional
kann das Betätigungsglied 24 manuelle
Steuerungen 50 aufweisen, mittels derer die Neigung und
der Schwenk eingestellt werden können.
Beispielsweise können
die manuellen Steuerungen 50 dazu verwendet werden, die
Kamera 102 vor einer automatischen Steuerung des Schwenks
und der Neigung durch die Steuerung 104 auf dem abzubildenden
Dokument 6 in etwa mittig anzuordnen.
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Zusätzlich dazu,
dass sie die Orientierung der Kamera 102 steuert, fungiert
die Steuerung 104 als Schließeinrichtung, um Daten, die
für ein
Bild an dem Array 52 repräsentativ sind, von einem zweidimensionalen
Detektorarray 52 herauszusteuern. Diese Daten werden über das
mehradrige Kabel 122 und eine elektrische Verbindung 51 durch
das Betätigungsglied 24 und
die Kamera 102 an die Steuerung 104 geleitet. über das
mehradrige Kabel 122 und eine elektrische Verbindung 53 durch
das Betätigungsglied 24 und
die Kamera 102 steuert die Steuerung auch die Zeitgebung,
und optional auch die Intensität,
von Lichtpulsen von der Strobe-Blitz-Einheit 116.
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Allgemein
weist die Kamera 2, 102 eine Linse 14, 114 auf,
die entweder manuell oder automatisch mit einer Feldtiefe fokussiert 57 werden
kann, die ausreichend ist, um ein Objekt, z. B. ein Dokument, das
in einem schiefen Winkel der optischen Achse 34 der Kamera
präsentiert
wird, abzubilden. In diesem Sinne befindet sich ein abzubildendes
Objekt in der „Objektebene", wenn es sich in
der Schärfentiefe
der Linse befindet.
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Nun
wird auf 4 Bezug genommen. Wie oben erwähnt wurde,
ist die Rate, mit der die Strobe-Blitz-Einheit Lichtpulse 55 erzeugt,
ausreichend hoch, so dass die Beleuchtung 19, 119 dem
menschlichen Auge als stetig erscheint. In der Praxis sollte die
Pulsrate zumindest etwa 50 Hz betragen. Oberhalb 100 Hz kann ein
Aufflackern nicht wahrgenommen werden, und somit liegt kein Nutzen
für die Wahrnehmung
einer stetigen Beleuchtung vor, wohingegen die Intensität jedes
Lichtpulses verringert ist.
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Bei
beiden Ausführungsbeispielen 1, 101 der Erfindung
wird die Strobe-Blitz-Einheit 16, 116 mit einer
Rate gepulst 55, die zwischen 50 Hz und 75 Hz liegen kann,
bei einer Intensität
innerhalb einer Hüllkurve 54,
die sich über
0,38 Sekunden von etwa 40% einer maximalen Intensität IM zu der maximalen Intensität IM stufenförmig
erhöht 45,
ist dann eine Sekunde lang bei der Intensität IM konstant 47 und
sinkt dann über
weitere 0,38 Sekunden stufenförmig
bis auf etwa 40% der maximalen Intensität IM ab 49.
Im Idealfall erstrecken sich die Rampen sanft bis nahe einer Nullbeleuchtung.
In der Praxis ist dies mit einer Blitzlichtlampe, die eine gewisse
Minimalspannung braucht, um zu funktionieren, schwer zu erreichen. Die
Rampen 45, 49 dienen trotzdem dazu, Streulicht von
dem Strobe unauffälliger
zu machen.
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Optional
kann die Frequenz der Blitzlichtlampenpulse von einer relativ niedrigen
Rate ansteigen, wenn die Blitzlichtlampenpulsintensität zunimmt, und/oder
sie fällt
von einer relativ hohen Rate ab, wenn die Blitzlichtlampenpulsintensität abnimmt. Dies
verstärkt
die Wahrnehmung, dass die durchschnittliche Leistung der Blitzlichtlampe
sanft von und/oder zu einer Intensität von durchschnittlich Null stufenförmig verändert wird.
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Während zumindest
eines der Pulse 55, wenn die Intensität konstant ist, erfasst die
Kamera 2, 102 ein Bild zumindest eines Abschnitts
des Dokuments 6.
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In
dem Fall des zweiten Ausführungsbeispiels, 101,
kann die Phase der konstanten Beleuchtung 47 auf etwa 10
Sekunden verlängert
werden, um der Kamera Zeit zu geben, (sich) über das ganze Dokument 6 zu
schwenken und zu neigen und eine Anzahl von Bildern zu erfassen
und an die Steuereinheit 104 zu senden. Anschließend wird
eine Software in der Steuereinheit dazu verwendet, übereinstimmende
Merkmale in benachbarten Bildbereichen 118 zu identifizieren,
so dass jedes Bild in ein zusammengesetztes Bild des Dokuments 6 eingefügt werden kann.
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Die
elektronische Schaltungsanordnung zum Treiben der Strobe-Blitz-Einheit 16, 116 ist
vorzugsweise in der Blitzeinheit 16, 116 eingehäust und
wird nun unter Bezugnahme auf 5, 6 und 7 ausführlich beschrieben. 5 zeigt eine
Schaltungsanordnung 60, die eine konstante gepulste Beleuchtung
von einer Strobe-Lampe 61, beispielsweise des Typs, der
von EG&G Heimann
Optoelectronics GmbH als Teil Nr. DGS 5903 vertrieben wird, erzeugt.
Diese Strobe-Lampe 61 weist eine Xenon-Blitzröhre auf,
die in der Lage ist, einen gepulsten Blitz sichtbaren Lichts mit
einer Pulsbreite von weniger als 80 μs mit einer Energie von etwa
1 J pro Puls und mit einer Wiederholungsrate von zumindest 50 Hz
zu erzeugen. In dem Fall, dass eine ausreichende Beleuchtung geliefert
wird, um eine reflektierte Blendung auf einem glänzenden Dokument zu überwinden,
ist bevorzugt, dass die Pulsbreite 20 μs bis 30 μs beträgt. Dieser Beleuchtungspegel
ist für Detektorarrays
angemessen, wenn die Kamera jedoch einen photographischen Film aufweist,
kann je nach der Empfindlichkeit des Films eine Energie eines höheren Pulses
nötig sein.
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Bei
1 J pro Puls und bei einer Wiederholungsrate von 75 Hz beträgt die durchschnittliche Leistungsausgabe
der Strobe-Blitz-Einheit
75 W, was nicht so hoch ist, dass jegliches Streulicht unweigerlich
eine Störung
darstellt. Bei diesem Leistungspegel wird Streulicht auf dieselbe
Weise wahrgenommen wie wenn eine helle Schreibtischlampe eingeschaltet
und nach einer merklichen, jedoch kurzen Zeit wieder ausgeschaltet
wird.
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Die
Schaltung 60 empfängt
50 Hz einer Wechselstromnetzleistung 200 bei 240 V Effektivspannung.
Eine 10 Ampere aufweisende Antistoß-Sicherung 62 schützt einen
Vollweggleichrichter 63, der gleichgerichtete Spannungspulse 59 (VR) bei 100 Hz, wie in 6 gezeigt
ist, an eine Eingangsbetriebsspannungsleitung liefert, die mit einer
Eingangsbetriebsspannungsleitung 10 verbunden ist, die
mit der Anode eines Thyristors 64 verbunden ist. Der Thyristor
weist ein Gatter 65 auf, das mit einer Sekundärwicklung 66 eines
Trennsignaltransformators 67 verdrahtet ist. Die Sekundärwicklung
steht in einem Verhältnis
von 1:1 Windungen zu einer Primärwicklung 68,
die mit einem Signaleingang TRIG_C verbunden ist. 6 zeigt
auf schematische Weise eine Serie von dreißig Triggerladepulsen 69,
die an einen Eingang TRIG_C 70 angelegt werden können, um
den Thyristor 64 tormäßig zu steuern.
Die Triggerladepulse weisen jeweils eine Breite von 10 μs und eine
Periode von 100 μs
auf und dauern 3 ms, was ausreichend lange dafür ist, dass der Thyristor 64 während eines
ansteigenden Halbzyklus der gleichgerichteten Spannung in einen
leitfähigen
Modus versetzt wird. Die Triggerladepulse können durch den Computer 4, 104 erzeugt
und entlang des Kabels 22, 122 an die Schaltungsanordnung 60 geliefert werden.
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Somit
fungiert der Thyristor 64 als „Ladungsgatter", und das Thyristorgatter 65 und
der Transformator 65 fungieren als „Ladungstrigger" für den Thyristor 64.
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Wenn
der Thyristor 64 tormäßig gesteuert wird,
fließt
Strom von der Thyristoranode über
einen 50 W-Stromgrenzenleistungswiderstand 71 von
47 Ω zu
einer Ausgangsbetriebsspannungsleitung 20, um einen mit
einer gemeinsamen Leitung 73 verbundenen 15 μF-Speicherkondensator 72 von
einer Seite des Vollweggleichrichters 63 aufzuladen. der
Strom baut eine Ladespannung 58 (VC) über den
Ladekondensator 72 auf.
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Da
die Serie von Triggerladepulsen 69 einen Zeitraum von mehr
als einem halben Zyklus der Maxima der gleichgerichteten Spannung
VR 59 andauert, erstrecken sich
die Triggerladepulse immer über ein
ansteigendes Minimum der gleichgerichteten Spannung 59.
Nachdem der Thyristor 64 leitfähig geworden ist, bleibt er
leitfähig,
bis die Ladespannungsdifferenz über
den Thyristor unter etwa 5 V abfällt, nahe
der Spitze der gleichgerichteten Spannung, die etwa 350 V beträgt.
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Somit
muss der Start der Triggerladepulse 69 nicht mit einem
Nulldurchgang des Wechselstromeingangs 200 synchronisiert
werden. Der Stromgrenzenwiderstand 71 begrenzt den maximalen
Strom, der durch den Thyristor 64 geliefert werden kann,
um den Thyristor vor den andernfalls sehr hohen Strömen zu schützen, die
fließen
würden, wenn
das Laden in der Nähe
einer Spitze des gleichgerichteten Leistungseingangs 59 begonnen
würde.
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In
dem Speicherkondensator 72 gespeicherter Strom wird im
Anschluss an einen Trigger-Blitz-Puls 75 dazu verwendet,
die Blitzlichtlampe 61 zu pulsen. Ein Ableitungswiderstand 74 von
68 kΩ ist
parallel zu dem Speicherkondensator 72 verdrahtet, so dass
sich der Speicherkondensator 72 in dem Fall, dass die Blitzlichtlampe 61 nicht
dahingehend ausgelöst
wird, zu pulsen, über
einige wenige Sekunden entladen kann.
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Der
Trigger-Blitz-Puls 75 wird über einen Signaleingang TRIG_F 76 an
eine ein Windungsverhältniss
von 1:1 aufweisende Primärwicklung 77 eines
Signaltransformators 78 angelegt. Bei einer Sekundärwicklung 79 des
Transformators 78 ist ein Ende der Wicklung durch einen
1 kΩ-Widerstand
verdrahtet, und das andere Ende der Wicklung ist mit einem Gatter 80 eines
bidirektionalen Thyristors 81 verdrahtet.
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Wenn
der bidirektionale Transistor 81 durch einen Trigger-Blitz-Puls 75 tormäßig gesteuert
wird, fließt
plötzlich
ein Strom von einem 100 nF-Kondensator 82, der mit einem
Knoten 83 verbunden ist, der bei der Hälfte der Ladespannung 58 zwischen
einem Paar von 82 kΩ-Widerständen 84,
die über
den Ladekondensator 72 verbunden sind, gehalten wird. Dieser
Strom wird durch eine Primärwicklung 85 eines Signaltransformators 86 gezogen,
die als Triggerspule für
die Blitzlichtlampe 61 fungiert. Ein Ende einer Sekundärwicklung 87 dieses
Signaltransformators 86 ist über die gemeinsame Leitung 73 mit
einem Ende der Blitzlichtlampe 61 verbunden. Das andere Ende
der Sekundärwicklung
ist mit einer Glasummantelung 89 der Blitzlichtlampe 61 verdrahtet.
Die Primär- und die Sekundärwicklung 85, 87 weisen
ein Windungsverhältnis
von 1:36 auf. Aufgrund dessen und aufgrund des sehr begrenzten Stromes,
der aufgrund der Verbindung mit der nicht-leitenden Blitzlichtlampenummantelung 69 in
der Sekundärwicklung 87 fließen mag,
steigt die Spannung über
die Sekundärwicklung
und somit an der Blitzröhrenglasummantelung
auf etwa 4.000 Volt an. Diese hohe Spannung löst einen Durchschlag in dem
Xenon-Gas in der Blitzlichtlampe 61 aus, der dann mit einem Lichtpuls,
der etwa 30 μs
andauert, blitzt, während sich
der Ladekondensator 72 entlädt.
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Der
bidirektionale Thyristor 81 und der Transformator 86 fungieren
somit als „Blitzgatter", und das Gatter 80 des
bidirektionalen Transistors und der Transformator 78 fungieren
als „Blitz-Trigger" für den bidirektionalen
Transistor 81 und den Transformator 86.
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Die
Funktionsweise der Schaltung 60 kann unter Bezugnahme auf 6 verstanden
werden. Der Ladezyklus ist nicht mit dem Netzanschlusszyklus synchronisiert.
Zuerst liegt zwischen dem Trigger-Blitz-Puls 75 und einem
nachfolgenden Triggerladepuls 69 eine Verzögerung 90 vor,
um zu ermöglichen,
dass die Blitzlichtlampe 61 ausgelöscht wird, während dessen
die Impedanz der Blitzlichtlampe 61 ansteigt, während sich
ionisierte Xenon-Atome wieder vereinigen. Eng beabstandete Triggerladepulse 69 ermöglichen,
dass sich der Ladekondensator 72 auflädt, wenn die gleichgerichtete
Spannung VR 59 die Ladespannung
VC 58 übersteigt. Die durch den Stromgrenzenwiderstand 71 und
den Ladekondensator 72 dargestellte Zeitkonstante beträgt weniger als
1 ms, was ausreichend klein dafür
ist, dass der Ladekondensator in einem Zyklus (d. h. einem Maximum)
der gleichgerichteten Spannung VR 59 vollständig geladen
werden kann. Während
die gleichgerichteten Maxima bei 100 Hz auftreten, während die Blitzlichtlampenpulse
bei 75 Hz auftreten, liegen 1,5 Maxima pro Blitzlichtlampenpuls
vor, was mehr als ausreichend ist, um den Ladekondensator 72 vollständig zu
laden, ob der Ladungszyklus nun mit dem Netzanschlusszyklus synchronisiert
ist oder nicht.
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7 zeigt
eine zweite Schaltung 160, die in der Lage ist, die Blitzlichtlampenpulse
auf dämpfbare Weise
zu steuern. Komponenten in einem oberen Abschnitt 92 der
Schaltung, die eine ähnliche
Funktion erfüllen
wie die der Schaltung 60 der 5, sind mit
Bezugszeichen markiert, die um 100 inkrementiert sind.
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Zwischen
dem oberen Abschnitt 92 des Schaltungsdiagramms und der
Schaltung der 5 gibt es zwei Hauptunterschiede.
Erstens liegt kein Stromgrenzenwiderstand vor, um einen Strom von der
Anode des Thyristors 164 zu begrenzen. Dadurch wird eine
relativ teure Komponente eliminiert, und dies verbessert außerdem die
Gesamteffizienz der Schaltung 160. Um hohe anfängliche
Ladeströme
zu vermeiden, wird ein Laden des Ladekondensators 172 mit
dem Netzanschlusszyklus synchronisiert, so dass das Laden beginnt,
wenn die gleichgerichtete Spannung 159 Null oder nahe Null
ist und ansteigt. Der untere Abschnitt 93 des Schaltungsdiagramms
besteht somit aus einem herkömmlichen Nulldurchgangsdetektor,
dessen Funktionsweise für Fachleute
offensichtlich ist und deshalb nicht näher beschrieben wird. Die Nulldurchgangsschaltung 93 weist
einen Optoisolator 94 auf, der als Ausgangssignal ein Nulldurchgangssignal
ZCROSS 188 liefert. Das Nulldurchgangssignal wird entlang
des Verbindungskabels 22, 122 dem Computer 4, 104 zugeführt, der
anschließend
eine Serie von dreißig
Triggerladepulsen 169 erzeugt, wie in 8 schematisch
gezeigt ist, die anschließend
an den Triggerladeeingang 170 angelegt werden. Die dreißig Ladungspulse
weisen jeweils eine Breite von 10 μs und eine Periode von 100 μs auf, was
ausreichend dafür ist,
dass der Thyristor 164 während des anfänglichen Anstiegs
der gleichgerichteten Spannung VR leitfähig gemacht
wird. Der Thyristor bleibt anschließend leitfähig, bis die Ladespannungsdifferenz über den
Thyristor unter etwa 5 V abfällt,
nahe der Spitze der gleichgerichteten Spannung, die etwa 350 V beträgt.
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Der
zweite Hauptunterschied besteht darin, dass der obere Abschnitt 92 der
Schaltung einen Triggerentladeeingang TRIG_D 95 aufweist,
der von dem Computer 4, 104 einen Triggerentladepuls 91 einer
Dauer von 10 μs
empfängt.
Der Triggerentladeeingang 95 ist mit der Primärspule 96 eines
Signaltransformators 97 verdrahtet. Die Sekundärspule 98 ist
mit dem Gatter 103 eines „Entlade"-Thyristors 99 verdrahtet.
Die Anode des Entladethyristors ist mit einem 67 Ω-Ableitungswiderstand 100 in
Reihe geschaltet. Der Thyristor 99 und der Ableitungswiderstand 100 sind über den
Ladekondensator 172 parallel geschaltet, so dass, wenn
der Thyristor 99 durch den Triggerentladepuls 91 tormäßig gesteuert
wird, ein in dem Ladekondensator 172 gespeicherter Strom
entladen wird. Da der Triggerentladepuls 91 kommt, nachdem
der Ladekondensator 172 seine volle Spannung von etwa 350
V erreicht hat, besteht kein Bedarf daran, dass zusätzliche
Triggerentladepulse den Entladethyristor 99 leitfähig machen. Nachdem
der Entladethyristor 99 leitfähig gemacht wurde, bleibt er
leitfähig,
bis der Ladekondensator 172 vollständig entladen ist.
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Wie
in 8 gezeigt ist, kann die in dem Ladekondensator 172 gespeicherte
Energie somit verringert werden, nachdem das Laden des Kondensators 172 seinen
vollständigen
Wert erreicht hat, indem ein entsprechender Zeitraum 190 abgewartet wird,
anschließend
ein Triggerentladepuls 91 an den Triggerentladeeingang 95 angelegt
wird, so dass nach einem weiteren Zeitraum 191 die Ladespannung
VC 158 auf einen niedrigeren Wert 192 gesunken
ist.
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Diese
Verringerung der gespeicherten Energie ist proportional, wie lange
vor dem Abfeuern der Blitzlichtlampe 161 diese Energie
abgeleitet wird. Wenn das Intervall, während dessen diese Energie abgeleitet
wird, über
den Verlauf mehrerer Blitze hinweg monoton verringert wird, würde man
eine allmähliche
Zunahme an Helligkeit wahrnehmen. Dadurch, dass dieses Ableitintervall
stetig gehalten wird oder dass diese Ableitschaltung mehrere Blitze
lang überhaupt
nicht ausgelöst
wird, wird die Beleuchtung als stetig wahrgenommen. Dadurch, dass
das Ableitintervall dann allmählich
erhöht
wird, könnte
die Beleuchtungshelligkeit dann stufenförmig gesenkt werden. Der Widerstandswert
des Ableitwiderstands 100 kann so gewählt sein, dass es möglich ist,
den Ladekondensator 172 vor dem nächsten Trigger-Blitz-Puls 175 im
Wesentlichen zu entladen, wie durch die gestrichelte Linie 201 angegeben
ist. Bei dem vorliegenden Beispiel ist die Blitzlichtlampe 161 eine
herkömmliche
Xenon-Blitzlichtlampe,
die bei zwischen 225 V und 350 V arbeiten kann. Die in dem Ladekondensator 172 gespeicherte
Energie wird durch ½ CV2 wiedergegeben, so dass die Intensität der Blitzlichtlampenblitze
auf etwa 40% der maximalen Intensität verringert werden kann.
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Somit
kann die in dem Ladekondensator 172 gespeicherte Energie
durch Anlegen eines Triggerentladepulses 91 an den Triggerentladeeingang 95 gesteuert
werden, um die Intensität
oder die Blitzlichtlampe 161 um ein konstantes Maß zu dämpfen oder
stufenförmig
zu erhöhen
oder zu senken, wie in 4 veranschaulicht ist.
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Bei
der Schaltung 160 führen
die Synchronisation eines Ladens mit der Netzanschlussfrequenz und
das Erfordernis eines Ableitintervalls 191 zu einer Blitzlichtlampenpulsrate,
die dieselbe ist wie die Netzanschlussfrequenz, hier 50 Hz.
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Die
Schaltungsanordnung 60 der 5 und die
Strobe-Blitz-Puls-Erzeugungsschaltungsanordnung 92 der 7 sind
aufgrund der hohen Ströme, die
an die Blitzlichtlampe 61, 161 geliefert werden, vorzugsweise
eng mit der Strobe-Blitz-Einheit 16, 116 kombiniert.
Eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen der eine niedrige Spannung
aufweisenden Steuersignale TRIG_C, TRIG_D und TRIG_F ist vorzugsweise
ein Bestandteil einer getrennten Steuerungseinheit, z. B. des Computers 4, 104.
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Somit
liefert die Erfindung eine zweckmäßige und relativ unauffällige Kamera,
insbesondere eine elektronische Kamera, ein Dokumentenabtastsystem
und ein Verfahren zum Verwenden einer Kamera, um ein Bild eines
Dokuments zu erfassen. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung 1 kann
ein Dokumentenbild bei einer Auflösung, die durch die Anzahl
von Pixeln an einem Detektorarray definiert ist, auf einmal erfasst
werden. Wenn über eine
A4-Seite eine Auflösung
von 300 dpi erforderlich ist, dann kann der Detektor 8 Millionen
Pixel erfordern. Ein billigeres Detektorarray mit einer niedrigeren
Auflösung,
z. B. ein herkömmliches
Videokamera-Detektorarray mit einer VGA-Auflösung, kann dazu verwendet werden,
dieselbe Bildauflösung
zu erreichen, wenn das Dokumentenabbildungssystems ein Betätigungsglied
und eine Steuerung umfasst, mittels derer eine Mehrzahl benachbarter
Bilder erfasst und anschließend
kombiniert werden können, um
ein zusammengesetztes Bild des Dokuments zu liefern.
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Die
stetige Strobe-Blitz-Beleuchtung ist unauffällig und ermöglicht,
eine korrekte Farbbalance zu erzielen sowie den Blendungseffekt
von einem Dokument mit einer glänzenden
Oberfläche
zu verringern oder im Wesentlichen zu eliminieren.