DE9209070U1 - Vorrichtung zum zeilenweisen optischen Erfassen der Hell-Dunkel-Verteilung von Dokumenten und deren Umwandlung in entsprechende elektrische Signale, Weiterverarbeitung und Speicherung auf elektronischen Datenträgern - Google Patents

Description

Stand der Technik

Um die immense Menge an Dokumenten zu bewältigen, mit denen Betriebe, Behörden oder Institute täglich umzugehen haben, wird seit vielen Jahren erfolgreich die Mikroverfilmung der Dokumente, also die Speicherung auf chemischem Film, eingesetzt.

Durch die Verkleinerung der Originale bis zum Faktor 1:50 und die thematische oder organisatorische Zusammenfassung mehrerer Dokumente auf den verschiedensten Mikrofilmformaten vereinfacht sich die Archivierung und der Umgang mit den Dokumenten ganz erheblich. Es stehen Systeme zur Verfugung, die den Zugriff auf bestimmte Dokumente durch geeignete Indexierungs- und Suchsysteme bei entsprechend organisierter Ablage im Vergleich zu einem Archiv aus Originaldokumenten sehr erleichtern. Auch die Vervielfältigung, die Verteilung und damit die Verfügbarkeit der Informationen an verschiedenen Stellen wird durch die Mikroverfilmung beschleunigt. Generell kann gesagt werden, daß sich der wesentliche Vorteil der Mikroverfilmung aus der Übertragung der originalen Information auf einen Träger ergibt, der den Umgang mit der Information selbst sehr vereinfacht.

Ein noch größerer Vorteil bei der Bewältigung von großen Datenmengen stellt sich ein, wenn statt des chemischen Films elektromagnetische, elektro-optische oder andere elektronische Spei- i chermedien eingesetzt werden. Durch den erheblichen Preisrück- J _sgang im Bereich elektronischer Datenspeicher wird die Archivie- .] rung auch von bildmäßigen Datenbeständen zu einer konkurrenzfähigen Alternative zur Mikroverfilmung.

Dazu müssen jedoch zunächst aus der örtlichen Helligkeitsverteilung eines Dokuments entsprechende elektrische Signale erzeugt ■werden. Die hierbei entstehenden Daten werden, gemeinsam mit den izur Rekonstruktion eines Bildes erforderlichen Steuersignalen, auf elektronischen Datenträgern abgelegt. Dabei empfiehlt es sich, die Datenmenge durch geeignete Algorithmen auf einen Bruchteil des ursprünglichen Umfangs zu reduzieren. Derartige Komprimierungsmethoden werden seit Jahren mit Erfolg im Telefax-Verkehr angewendet. Durch die sehr kurzen Zugriffszeiten bei elektronischen Medien ist es sehr vorteilhaft, statt mit den Original-Dokumenten, nur noch mit deren abgespeicherten Datenbeständen umzugehen. Darüberhinaus bietet es sich geradezu an, auf diese Datenbestände die im EDV-Bereich bekannten Datenbankanwendungen wie ^Sortierungen oder Suchen nach verschiedenen Kriterien anzuwenden. Auch nehmen Verfahren der optischen Zeichenerkennung (OCR) sowie Strichcodeerkennung einen immer breiteren Raum ein.

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum zeilenweisen optischen Erfassen der Hell-Dunkel-Verteilung eines oder mehrerer Dokumente und deren Umwandlung in entsprechende elektrische Signale, Weiterverarbeitung und Speicherung auf Datenträgern der elektronischen Datenverarbeitung.

Der Informationsgehalt von Dokumenten wird im Allgemeinen durch unterschiedliche optische Remissionsdichten von Informationsträgern, also i.A. Papier, und der Information selbst (Druckerschwärze, Tusche, Tinte usw.) repräsentiert.

Vorgang, aus diesen optischen Dichteunterschieden durch ge- _s—f" eignete optisch-elektronische Wandler zeilenweise zuzuordnende "&idiagr; elektrische Signale zu erzeugen, wird allgemein mit dem englischsprachigen Ausdruck "scannen" belegt. Analog dazu werden entsprechenden Geräte als "Scanner" bezeichnet.

Die hier beschriebene Vorrichtung kann als Scan-Arbeitsplatz (Scan-Workstation) bezeichnet werden, da sie durch den Einsatz einer Gesamtsteuerung vollkommen autonom, ohne zusätzliche Steuergeräte, Scannen, Digitalisieren, Verarbeiten, Darstellen und Abspeichern kann.

Hierzu v/erden Dokumente einzeln oder als Stapel in eine dem Paiipierformat anzupassende Einlegemulde gelegt. Das Gerät zieht nun ^?die einzelnen Blätter (im Falle eines Stapels nacheinander) durch ein Transport- und Blatttrennsystem ein. Dieses Einzugssystem besteht aus einer Voreinzugsrolle, die sich, angetrieben durch eine Servo-Mechanik, selbstständig auf den Papierstapel absenkt sobald ein optoelektronischer Sensor das Vorhandensein mindestens eines Blattes in der Einlegemulde erfaßt hat. Sobald das Gerät zum Scannen bereit ist, schaltet eine Magnetkupplung den Hauptantrieb auf die Voreinzugsrolle. Diese zieht das oberste Blatt vom Stapel und befördert es zu einem im Achsabstand veränderbaren Rollenpaar. Da nicht sichergestellt werden kann, daß die Voreinzugsrolle tatsächlich nur ein Blatt eingezogen hat, ist dieses RoI-lenpaar so gestaltet, daß versehentlich miteingezogene Blätter zurückgehalten werden. Dies wird dadurch erreicht, daß der Achsabstand beider Rollen zueinander justierbar, und so eingestellt ist, daß die Durchlasshöhe zwischen beiden Rollen geringer ist, als die Dicke zweier Blätter. Darüberhinaus läuft die untere Rolle entgegen der Bewegungsrichtung der Blätter, wodurch weitere Blätter zurückgeworfen werden.

Um die Verarbeitung unterschiedlicher Papierstärken, die gemischt in einem Stapel vorliegen, zu erleichtern, wird das Einzugssystem elektronisch überwacht. Wird nach einer definierten Zeitspanne nach Einschalten der Magnetkupplung am Ausgang des Rollenpaars kein Blatt registriert, so wird über eine Servomechanik der Abstand der Rollen relativ zur vorgewählten Grundeinstellung so lange in kleinen Schritten vergrößert, bis das Blatt den Spalt zwischen beiden Rollen ungehindert passieren kann. Nach Durchlauf dieses Blattes wird die Grundeinstellung wieder eingenommen.

Nach Passieren des Voreinzugs- und Vereinzeiungsbexeicbs erreicht das Blatt ein Walzensystem, das den eigentlichen/ in der Geschwindigkeit definierten, Transport zum Scannen übernimmt.

Sobald das Blatt von diesen Walzen erfaßt ist, wird durch Abschalten der Magnetkupplung der Antrieb von der Voreinzugsrolle genommen, so daß das Blatt nun frei und ungebremst durch das Walzensystem laufen kann. Das Walzensystem besteht aus zwei im Abstand zueinander festen Walzenpaaren, wobei die jeweils untere Walze fest gelagert und angetrieben ist, die obere jedoch senkrecht zur Bewegungsrichtung des Papiers frei beweglich gelagert ist. Ein entsprechender Andruck sorgt für sicheren Papiertrans-_L port. (Der Antrieb der Walzen erfolgt so, daß das zweite Walzen- .'z~'~'P^aa:c durch unterschiedliche Untersetzung des Hauptantriebs eine "-"= -geringfügig höhere Umdrehungszahl aufweist als das erste V7alzenpaar). Zwischen den beiden Walzenpaaren durchläuft das Blatt eine Führungsleiste, die durch zwei spaltförmige Ausbrüche den Blick auf Vorder- und Rückseite des durchlaufenden Dokuments freigibt.

Eine geeignete Lampenanordnung beleuchtet durch diese Spalte hindurch einen Streifen des Blattes so, daß nach Durchlauf des Blattes dessen gesamte Fläche beleuchtet wurde.

Bei der Ausleuchtung des streifenförmigen Ausschnitts kommt es darauf an, das ausgesandte Licht einer Lampe möglichst optimal auf diese Fläche zu konzentrieren. Beim vorliegenden Gerät wird dies dadurch erreicht, daß das von einer Lampe mit möglichst punktförmiger Leuchtquelle ausgehende Licht durch einen in einer Ebene gekrümmten Spiegel auf den Spalt reflektiert wild. Dabei ist die Krümmung des Spiegels so gewählt, daß sie den Ausschnitt aus einer Ellipse darstellt, in deren erstem Brennpunkt die Lichtquelle, im zweiten die zu beleuchtende Spaltblende liegt.

Dieser Anordnung liegt die Überlegung zugrunde, daß alle von einem Brennpunkt einer Ellipse ausgehenden Strahlen in den anderen Brennpunkt reflektiert werden.

Da der eingesetzte Spiegel nur in einer Ebenen gekiümmt ist, (entsprechend einer Zylinderlinse), ergibt sich in dei Ebene des zweiten Brennpunktes ein schmales Lichtband.

Die Anordnung ist insofern optimiert, daß die Lampe mit einer aufeinander abgestimmten Kombination aus Hohlspiegel und Kondensorlinse versehen ist, um einen möglichst großen Raumvinkel des 'abgestrahlten Lichts zur Beleuchtung heranzuziehen.

Ein über dem Spalt angeordnetes Objektiv bildet das durchlaufende Dokument auf einem optoelektronischen Bildwandler ai>. Dieser besteht aus einer großen Anzahl senkrecht zur Bewegungsrichtung des Papiers angeordneter lichtempfindlicher Elemente. Nach dem Stand der Technik kommen hier sogenannte Charge-Coupled-Devices, im Folgenden kurz CCD-Zeile genannt, zum Einsatz. Bezüglich deren Wirkungsweise steht genügend Fachliteratur zu Terfügung. Diese CCD-Zeilen tasten das durchlaufende Bild des Dokuments

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zeilenweise ab und liefern eine elektrische Signalfolge, die der Hell-Dunkel—Verteilung des Dokuments zuzuordnen ist. Aus der Anzahl der einzelnen Bildelemente pro Längeneinheit ergibt sich unter Berücksichtigung des Abbildungsmaßstabs die erzielbare (horizontale) Auflösung senkrecht zur Bewegungsrichtung- Analog dazu ergibt sich aus der Frequenz des periodischen Auslesens der einzelnen Zeilen unter v/eiterer Berücksichtigung der Transportgeschwindigkeit die vertikale Auflösung.

Da aus physikalischen Gründen die spektrale Empfindlichkeit einer CCD-Zeile nicht der des menschlichen Auges entspricht, muß diese mit einem optischen Farbfilter korrigiert werden. Hiermit wird erreicht, daß eine dem natürlichen Helligkeitsempfinden des menschlichen Auges entsprechender Signalverlauf erzeugt wird.

Bei Dokumenten mit farbigem Hintergrund und Schrift kann es zweckmäßig sein, solche Filter zu benutzen, die den Kontrast zwischen Hintergrund und Schrift verbessern. Bei der hier vorliegenden Vorrichtung können die verschiedenen Filter über Servoantrieb in den optischen Weg eingeschwenkt werden.

Die Einheit, bestehend aus Objektiv und CCD-Zeile, im Folgenden "Kamera" genannt, ist auf einem Schlitten montiert, der in Richtung der optischen Achse auf einer Linearführung beweglich und motorisch angetrieben gelagert ist. Durch Verändern des Äbstandes zwischen Kamera und Dokument kann der Abbildungsmaßstab kontinuierlich verändert werden.

Dies macht jedoch ebenfalls eine Anpassung des Abstands zwischen Objektiv und CCD-Zeile nach den optischen Gesetzmäßigkeiten erforderlich. Zu diesem Zweck wird die Lage des Objektivs relativ zur CCD-Zeile durch Abtasten einer nach optischen Berechnungen gekrümmten Steuerkurve und mechanische übertragung nachgeführt.

Nach Verlassen des Scanbereiches durchläuft das Dokument eine Transportstrecke, um von einem weiteren Walzensystem erneut erfaßt zu werden. Dieser (horizontale) Papiertransport erfolgt zwischen einer Anzahl parallel in Transportrichtung verlaufender Flachriemen und einer Andruckplatte. Die hier verwendeten Materialien sind so aufeinander abgestimmt, daß die Reibung zwischen Flachriemen und Papier sehr groß, zwischen Papier und Andruckplatte jedoch gering ist. Dies gewährt einen zuverlässigen Papiertransport. Darüberhinaus ist die Oberfläche der Andruckplatte so strukturiert, daß Adhäsionseffekte zwischen Papier und Andruckplatte weitgehend vermieden werden.

Der Abstand zwischen den Walzensystemen ist so gewählt, daß das größte zu verwendende Papierformat das erste Walzensystem schon verlassen hat, bevor es vom zweiten erfasst wird.

Innerhalb des zweiten Walzensystems, das weitgehend identisch mit dem ersten ist, durchläuft das Dokument wiederum eine Führungsleiste, die einen streifenförmigen Einblick auf Vorder- und Rückseite des Dokumentes freigibt. Ein geeignetes Lampensystem beleuchtet durch diesen Spalt das durchlaufende Dokument. Der im Spalt sichtbare Streifen wird über um ca. 45° geneigte

Spiegel seitlich aus dem Bereich des Papiertransportes herausreflektiert. Über einen zweiten Umlenkspiegel fällt das Strahlenbündel auf ein Objektiv, das das vorbeilaufende Dokument in der Filmebene einer Fließbild-Mikrofilm-Kamera abbildet. Je ,nach Anordnung der Kamera und gewählter Objektivbrennweite kann entweder nur eine Seite der Dokumente (Simplex-Verfahren) oder Vorder- und Rückseite gleichzeitig (Duplex-Verfahren) formatfülilend abgebildet v/erden. Nach dem Prinzip einer Fließbildkamera wird das Filmmaterial synchron mit der Bewegung des zu verfilmenden Originals (unter Berücksichtigung des Abbildungsfaktors) mitgeführt. Die Dosierung der Belichtung erfolgt einerseits durch Leistungsführung der beleuchtenden Lampe, andererseits durch Variation der Breite einer im Strahlengang befindlichen Spaltblende.

Der Scanner ist bezüglich des optischen Aufbaus bezogen auf die Ebene des einlaufenden Dokuments symmetrisch aufgebaut. Dies ermöglicht, sowohl beim (elektronischen) Scannen wie auch bei der Mikroverfilmung beide Seiten des Dokuments gleichzeitig zu erfassen. Wegen des Problems des "Durchscheinens" bei Beleuchtung sehr dünner Dokumente, kann die Position der abgebildeten Spalte von Vorder- und Rückseite in Laufrichtung der Blätter geringfügig gegeneinander versetzt sein.

Nach der Mikroverfilmung werden die Blätter wieder von einem Transportsystem übernommen. Über eine Umlenkrolle müssen die Blätter zunächst aus der horizontalen in eine vertikale Bewegungsrichtung gelenkt werden. Den Transport in vertikaler Richtung übernimmt eine Kombination aus Flach- und Rundriemen. Die am Beginn und Ende der vertikalen Transportstrecke eingesetzten Umlenkrollen sind so gestaltet, daß sie entsprechend der Anzahl der verwendeten Flachriemen ballig ausgeformte Zonen aufweisen. Außerhalb dieser Zonen sind die Rollen zylindrisch geformt, wobei der Durchmesser der zylindrischen Abschnitte dem maximalen Durchmesser der balligen Teile entspricht. Im Scheitelpunkt der balligen Form verläuft eine urnlaufende Nut, in der ein Rundriemen zwischen beiden Umlenkrollen geführt wird. Die Tiefe der Nut ist so bemessen, daß sie gleich oder geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des Rundriemens. Nach Verlassen der oberen Umlenkrolle wird der nun wieder vorwiegend horizontale Weitertransport von einem System übernommen, das, wie bereits beschrieben, aus Flachriemen und Andruckplatte besteht. Nach Durchlaufen dieser Strecke fallen die Dokumente in eine dem Papierformat anzupassende Ablegemulde.

Aus organisatorischen Gründen kann es erforderlich sein, das Dokument beim Durchlaufen des Gerätes mit einer Kennzeichnung zu versehen. Zu diesem Zweck ist an geeigneter Stelle eine Vorrichtung angeordnet. Diese Kennzeichnung wird zusätzlich elektronisch gespeichert und mit den beim "Scannen" entstandenen Daten verknüpft, um ein Ordnungskriterium bei der elektronischen Dokumentenverwaltung zu erhalten.

Das Gerät ist horizontal in zwei Funktionsblöcke geteilt. Während der untere Teil im Wesentlichen eine tragende Funktion hat (Untergestell), beinhaltet der obere Teil alle zur Bedienung

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des Gerätes erforderlichen Elemente. Beide Einheiten sind über drei Gewindespindeln miteinander verbunden. Während die Gewindespindeln mit dem oberen Teil fest verschraubt sind, lagern sie im Untergestell in drehbar gelagerten, gemeinsam synchron angetriebenen Muttern. Durch Drehen dieser Muttern ergibt sich eine !der Gewindesteigung entsprechende, axiale Verschiebung der Gefwindespindeln bezüglich der Muttern, und damit die Möglichkeit der Höhenverstellung des Oberteils. Dies ist aus Gründen der Erigonomie besonders zu erwähnen. Die drei Gewindespirideln sind in lihrer Verteilung so angeordnet, daß eventuelle Bodenunebenheiten und damit verbundene Kräfteverlagerungen, möglichst ohne Einfluß auf die im Aufbau des Oberteils vorhandenen Kräfteverteilungen !bleiben.

Claims (1)

1. Schutz anspräche

   1. Vorrichtung zum zeilenweisen optischen Erfassen der HeIl-Dunkel-Verteilung eines oder mehrerer Dokumente,

   «dadurch gekennzeichnet,

   tdaß die Erfassung, Digitalisierung, Verarbeitung, Darstellung und Abspeicherung durch Einsatz eines integrierten SRechnersystemes autonom innerhalb der Geräteeinheii erfolgen * kann.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1

   dadurch gekennzeichnet,

   daß das Gerät über eine oder mehrere Schnittstellen verfügt, über die eine Übertragung von Steuersignalen oder Biiüinformationen von oder zu einem externen Rechnersystem erfolgen kann.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2

   dadurch gekennzeichnet,

   daß die Papiereinzugsmechanik selbstständig das Vorhandensein von zu scannenden Dokumenten erkennt und die Voreinzugsrolle in Abhängigkeit davon auf den Dokumentenstapel senkt bzw. anhebt.

   Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3

   dadurch gekennzeichnet,

   daß der Papiereinzug einen Sensor beinhaltet _f der Fehlfunktionen bei Verwendung von zu dicken Vorlagen r-egistriert und die mechanische Voreinstellung des Rollenabsta-nds soweit korrigiert, daß diese dickeren Blätter eingezogen v/erden können.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstellenden

   dadurch gekennzeichnet,

   daß der Papiertransport in vornehmlich horizontaler Richtung durch mehrere parallel verlaufende Flachriemen erfolgt, gegen die das Papier mittels einer planen, reibungsarmen Andrückplatte gedrückt wird.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden

   dadurch gekennzeichnet,

   daß die Umlenkung der Dokumente und der Papiertransport in vertikaler Richtung durch eine Kombination aus Flachriemen, Rundriemen und speziell gestalteten Umlenkrollen erfolgt.

   Dabei wird eine Anzahl von parallel verlaufenden Flachriemen über ein Paar von Umlenkrollen geführt, die im Bereich der Flachriemen einen balligen Oberflächenverlauf aufweisen. Außerhalb der balligen Bereiche sind die Rollen zylindrisch geformt. Im Scheitelpunkt der balligen Zonen besitzen die Rollen eine umlaufende Nut, in der entsprechend viele Rundriemen zwischen beiden Rollen geführt werden. Die Tiefe der Nuten ist gleich oder kleiner als der Durchmesser der Rundriemen. Flachriemen und Rundriemen verlaufen in direktem Kontakt zueinander, so daß ein dazwischen eingeführtes Dokument sicher in vertikaler Richtung transportiert wird.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden

   dadurch gekennzeichnet,

   daß durch eine Beleuchtungsanordnung, hei der zur Erzeugung eines schmalen streifenförmigen Lichtbandes ein in einer Ebene gekrümmter Reflektor verwendet wird, dessen Oberflächenkrümmung dem Ausschnitt aus einer Ellipse entspricht, in deren erstem Brennpunkt die Leuchtquelle liegt, in deren zweitem Brennpunkt das zu beleuchtende Dokument liegt. Bei nur geringem Abstand der beiden Brennpunkte kann aus praktischen Gründen auch eine der Ellipsenform angenäherte Kreisform Vorwendung finden.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden

   dadurch gekennzeichnet,

   daß eine als "Kamera" bezeichnete Einheit aus Objektiv und dem elektro-optischem Wandler auf einem linear in Richtung der optischen Achse beweglich und motorisch angetriebenen Schlitten montiert ist, so daß eine stufenlose Veränderung des Abbildungsmaßstabes möglich ist. Im weiteren erfolgt die erforderliche Nachführung des Abstandes zwischen Objektiv und elektro-optischem Wandler durch mechanisches Abtasten einer nach optischen Berechnungen geformten Steuerkurve.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden

   dadurch gekennzeichnet,

   daß eine Filterwechselmechanik mit Servoantrieb im Strahlengang vor der Kamera angeordnet ist.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden

   dadurch gekennzeichnet,

   daß an geeigneter Stelle der Papierführung eine Vorrichtung zum Kennzeichnen der durchlaufenden Dokumente angeordnet ist.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden

   dadurch gekennzeichnet,

   daß das Gerät im Interesse von ergonomischen Belangen horizontal in zwei Funktionsblöcke geteilt ist. Dabei kommt dem unteren Teil eine tragende Funktion zu, während der obere Teil alle zur Bedienung des Geräts erforderlichen Elemente enthält. Beide Blöcke sind über drei Gewindespindeln miteinander verbunden, die mit dem oberen Teil fest verschraubt, beim unteren Teil jedoch in gemeinsam und synchron angetriebenen Muttern lagern. Durch Drehen der Muttern ergibt sich eine der Gewindesteigung entsprechende axiale Verschiebung - der Gewindespindel bezüglich der Muttern ,und damit ., eine. Höhenverstellbarkeit, .'des oberen Bedienteils^gegenüber -,dem Untergestell-. "