DE2508115A1 - Kompakter faksimileabtaster - Google Patents

Kompakter faksimileabtaster

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DE2508115A1
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AT&T Corp
Original Assignee
Western Electric Co Inc
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Description

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER ZWIRNER . HIRSCH
PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN
Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radeckestraße 43 Telefon (089) 883605/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237
Western Electric Company, Incorporated Watson I
New York, N. Y., USA
Kompakter Faksimileabtaster
Die Erfindung betrifft einen Faksimileabtaster, und insbesondere eine Vorrichtung zum Abtasten graphischer Vorlagen, um entsprechende elektrische Signale zur Übertragung auf einen geeigneten Graphikkopieempfänger zu erzeugen.
Bei ersten zur Faksimileübertragung verwendeten Abtastern wurde eine zylindrische Trommel verwendet, um welche die Vorlage gelegt wird, wie es in der US-PS 3 561 846 beschrieben ist. Die die Vorlage tragende Trommel wird gedreht, und ein photoelektrisches Element wird parallel zur Achse des sich drehenden Zylinders bewegt. Das photoelektrische Element mißt das von der Vorlage längs auf-einanderfolgender paralleler Abtastzeilen reflektierte Licht. Da jedoch mit Trommelabtastern nur einzelne Blätter
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abgetastet werden können, haben sich neuere Verbesserungen auf Faksimileabtaster für flache Vorlagen konzentriert, die sich besser zum Abtasten von Seiten in Büchern, Zeitschriften, von auf steifem Papier befestigtem Material und dergleichen eignen. Beispielsweise sind bei einem solchen Abtaster rotierende Polygonalspiegel mit einzelnen reflektierenden Oberflächen verwendet worden, um ein optisches Strahlenbündel über eine Seite zu führen und einen Bildfleck auf einen stationären Detektor zu reflektieren, um eine schnelle Abtastung von einer zur anderen Seite zu erzeugen. Wenn sich die Spiegel drehen, tastet, jede Spiegeloberfläche eine Zeile der Information ab. Eine langsame Abtastung von einem zum anderen Ende wird dadurch erreicht, daß die Vorlage in horizontaler Richtung mechanisch vorwärtsbewegt wird; siehe beispielsweise US-PS 3 523 160. Da bei solchen Systemen der Lichtfleck jedoch zum Rand der Seite abgelenkt wird, neigt er zur Defokussierung, d. h., zur Unscharfe, Verzeichnung und/oder Vergrößerung, da sich der Abstand zwischen Drehspiegel und Seite ändert. Diese Verschlechterung wird weniger schwerwiegend, wenn der Abstand zwischen der Seite und dem sich drehenden Polygonalspiegel vergrößert wird. Es ist dann jedoch auch eine Vergrößerung der Abtasterabmäße erforderlich, und somit muß ein Kompromiß zwischen einem schmalen Fleck und einem kompakten Gerät gemacht werden.
Bei anderen Vorrichtungen wird eine feststehende Weitwinkellinse
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verwendet, um eine ganze Zeile oder sogar eine vollständige Seite auf einen Detektor zu fokussieren; siehe beispielsweise US-PS 3 562 426. Jedoch ist der Abstand zwischen dem Dokument und der Linse z. T. durch die Linsengeometrie vorgegeben und liegt typischerweise im Bereich von 20 cm oder mehr. Außerdem ist es bei Verwendung einer feststehenden Weitwinkellinse schwer, die Seite derart zu beleuchten, daß weiße Bereiche an den Enden und Ecken der Seite denselben Signalwert am Detektor erzeugen, wie weiße Bereiche im Zentrum der Seite.
Der Abstand zwischen dem Dokument und einer Linse ist des weiteren durch die Größe des Detektors bestimmt. Der Faksimileabtaster kann kompakt gemacht werden, wenn der Detektor etwa dieselben Abmessungen wie eine abgetastete Zeile hat, wie es in der US-PS 3 512 129 angegeben ist. Somit besteht der Detektor aus einer linearen Reihe von Photozellen. Jedoch ist eine lineare Reihe konventioneller Photozellen, typischerweise mit 500 bis 2O00Einzelzellen und der dazugehörigen Schaltungsanordnung, schwierig und kostspielig herzustellen und zu warten, und sie würde relativ große Abmaße aufweisen.
Erfindungsgemäß ist ein kompakter Abtaster für flache Seiten zur Faksimileübertragung mit einem Detektor versehen, für welchen ein lineares ladungsträgergekoppeltes Bildempfangselement (im folgenden mit CCD bezeichnet, der üblicherweise verwendeten Abkür-
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zung für charge coupled device) verwendet wird. Das CCD führt
eine Lichtfeststellung und eine von einer zur anderen Seite
reichende elektronische Abtastung einer einzelnen Zeile aus,
die im folgenden als Ab astzeile bezeichnet wird. Das Bildempfangselement ist beträchtlich kleiner als die Breite der Seite. Kompaktheit des Abtasters wird dadurch erreicht, daß der Strahlengang
zwischen Abtastzeile und CCD gefaltet wird. Das abzutastende Dokument wird mit der abzutastenden Seite nach unten auf eine horizontale Glasplatte gelegt. Ein beweglicher Wagen unterhalb der Glasplatte wird verwendet, um eine Abtastung aufeinanderfolgender paralleler Zeilen zu ermöglichen, die vom einen zum anderen Ende der Seite in gleichem Abstand angeordnet sind. Der Wagen
trägt das lineare CCD, eine Linse zur Fokussierung eines Bildes einer Abtastzeile der Seite auf das CCD, eine Anordnung langer, schmaler Spiegel zur Faltung des Strahlengangs des Lichtbündels zwischen der Abtastzeile und der Linse und eine rohrförmige Lampe zur Beleuchtung der Abtastzeile. Mit der beschriebenen Vorrichtung kann die Abtastung einer ganzen Seite innerhalb von 4 Sekunden bis mehreren Minuten durchgeführt werden, was von der zur Übertragung verfügbaren Bandbreite abhängt,
In der- Zeichnung zsigan;
Fig. 1 sir* teilweise schematisches Diagramm des Abtasters für
flache Vorlagen mit der Darstellung der zugeordneten
elektronischen Steuerungs- und Detektorschaltungsanordnung;
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Fig. 2 eine Schrägansicht, teilweise in zerlegtem Zustand, eines erfindungsgemäßen kompakten Abtasters für flache Vorlagen mit einem beweglichen Wagen;
Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 in Fig. 2, in welcher eine detailierte Ansicht eines Teiles des beweglichen Wagens dargestellt ist; und
Fig. 4 ein Funktionsblockdiagramm der zur Steuerung eines CCD verwendeten Logikschaltungsanordnung.
Erfindung und Zeichnung werden anhand eines im Betrieb befindlichen Abtasters für flache Vorlagen beschrieben. Selbstverständlich sind die angegebenen Abmessungen und speziellen Parameter lediglich als Beispiel aufzufassen.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 folgt eine Beschreibung des Aufbaus und der Wirkungsweise eines kompakten Faksimxleabtasters 10 zur Abtastung eines Dokumentes 11, das mit seiner abzutastenden Oberfläche nach unten auf einer transparenten (beispielsweise aus Glas hergestellten) Platte 12 aufliegt (Fig. 2). Die transparente Platte definiert die ungefähre Voriagenbildebene des Dokumentes. Eine Abtastanordnung oder ein Wagen 13 bewegt sich unterhalb der zu kopierenden Vorlage und trägt
(a) Lampen 14 zur Beleuchtung eines Teils öer zu kopierenden Vorlage oder einer Abtastzeile 16,
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(b) einen Detektor 17 zur Aufnahme eines Bildes der Abtastzeile,
(c) eine Linse 15 zur Fokussierung des Bildes der Abtastzeile auf den Detektor, und
(d) mehrere stabförmige Spiegel 18a - d (Fig. 3) zum Falten des Strahlengangs zwischen Abtastzeile und Linse.
Die Abtastanordnung bewegt sich mit gleichförmiger Geschwindigkeit in Längsrichtung der Vorlage, so daß aufeinanderfolgende parallele Zeilen, die vom einen bis zum anderen Ende der Vorlage in gleichem Abstand angeordnet sind, abgetastet werden können, während die abgetastete Zeile immer auf den Detektor fokussiert bleibt.
Im Sinne der Erfindung ist ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Verwendung eines linearen ladungsträgergekoppelten Bildempfangselementes (CCD) 17 zur Feststellung der sich entsprechend einer Abtastzeile auf der abzutastenden Vorlage ändernden Lichtintensität und zur Erzeugung eines analogen elektrischen Signals, das repräsentativ für das längs der Abtastzeile von der Seite reflektierte Licht ist. Das CCD vereint somit eine Lichtfeststellung und eine elektronische Abtastung über der Breite des Dokumentes. Obwohl sie nicht notwendigerweise einen Teil dieser Beschreibung bilden, sei bezüglich Theorie und Arbeitsweise der CCD's auf The Bell System Technical Journal, Vol. 49, S. 587 - 600 (19 70) hingewiesen. Grundsätzlich speichert ein CCD Minoritätsträger (oder deren NichtVorhandensein) in einem räumlich definierten Potentialminimum an der Oberfläche
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eines homogenen Halbleiters und bewegt diese Ladung entlang der Oberfläche durch Verschieben des Potentialminimums. Die Ladungsmenge, die proportional zur Lichtintensität ist, wird dann an irgendeiner Stelle festgestellt. Ein lineares CCD mit einer Anzahl von Potentialminima oder Elementen kann verwendet werden, um eine ganze horizontale Zeile aufeinmal abzutasten. Eine mechanische Bewegung kann verwendet werden, um die abgetastete Zeile jederzeit so vorzurücken oder zu verschieben, daß eine Reihe in gleichem Abstand angeordneter paralleler Zeilen über die Länge der Vorlage oder des Dokumentes abgetastet wird, um ^as gesamte Bildfeld zu kodieren, wobei es analog einem hoch auflösenden Bereichsabtaster gemacht wird. Die Anzahl der das CCD aufweisenden Elemente ist begrenzt durch
(a) die minimale Zahl von Elementen, die für eine hohe Auflösung erwünscht ist, und
(b) die durch den begrenzten Ladungsträgerübertragungswirkungsgrad erlaubte maximale Zahl von Elementen, die durch die Bauelementetechnologie verwirklicht werden kann und über welche die Elementezahl nicht erhöht werden kann, ohne einen Verlust an Bildqualität hinzunehmen. Typischerweise kann die Zahl der Elemente in einem erfindungsgemäß verwendeten linearen CCD im Bereich von 750 bis 2 500 liegen.
Für Erlauterungszwecke weist der Detektor 17 ein doppelleitungsgesteuertes lineares Bildempfangselement auf, wie es im Journal
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of Vacuum Science and Technology, 1972, Vol. 9, S. 1166 - 1181 dargestellt ist. Dieser Detektor verwendet ein vier-phasiges lineares CCD mit 1500 Elementen, wie es ausführlicher in der US-PS 3 761 744 beschrieben ist. Bei der Konfiguration dieses Detektors werden die durch Licht erzeugten Ladungsträger in zentralen Verarmungszonen zusammengefaßt und gleichzeitig seitlich in zwei gegen Licht abgeschirmte Schieberegister übertragen, von denen je eines auf jeder Seite der zentralen Zone angeordnet ist. Die Ladungen werden dann seriell in jedes Register und längs der beiden Register parallel zu einem gemeinsamen Ausgang geschoben.
Der Abtaster tastet 2000 Zeilen entlang einer Seite von 22 χ 28 cm ab - insgesamt 3 Millionen Bildelemente von einer Abmessung von 0,14 mm χ 0,14 mm auf dem Original. Der Abtaster kann leicht zur Abtastung einer Seite von 2 2 χ 36 cm modifiziert werden. Dies wird dadurch erreicht, daß die Glasplatte 12 und die vom Wagen durchlaufene Distanz entsprechend größer wird. Die Nenngeschwindigkeit, mit welcher Zeilen abgetastet werden, beträgt etwa 160 Zeilen/Sekunde , was eine Abtastzeit von 12,5 Sekunden für eine Seite von 22 χ 28 cm erforderlich macht, wenn 160 kHz Videobandbreite zur Übertragung zu einem entfernt liegenden Empfangsgerät (nicht dargestellt) verwendet werden. Die Abtastgeschwindigkeit kann durch eine einfache Einstellung auf 4 Sekunden/Seite erhöht oder auf einige Minuten pro Seite verringert werden, um eine Anpassung an unterschiedliche Übertragungsbandbreite zu ermöglichen.
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Der Strahlengang von einem einzigen Punkt der Abtastzeile 16 zum Bild dieses Punktes auf der Oberfläche des CCD 17 weist ein konisches Strahlenbündel zwischen dem Punkt der Abtastzeile und der Linse 15 und ein zweites konisches Strahlenbündel zwischen der Linse 15 und dem Bild des Punktes auf der Oberfläche des CCD auf. Die Gesamtheit alier solcher von der Abtastzeile ausgehenden und die Linsenapertur passierenden Strahlenbündel besitzt ein Raumvolumen, das relativ flach und dünn ist und das an keinem Punkt dicker als die Linsenöffnung ist. Gleichermaßen besitzt die Gesamtheit aller die Linsenöffnung passierenden und auf die lichtempfindliche Zone des CCD auftreffenden Strahlenbündel ein Raumvolumen, das relativ flach und dünn ist und an keinem Punkt dicker als die Linsenöffnung ist. Durch Verwendung relativ langer und schmaler Spiegel zur Faltung des Strahlengangs zwischen der Abtastzeile und der Linsenöffnung und möglicherweise durch Verwendung von Spiegeln zur Faltung des Strahlengangs zwischen der Linse und dem Detektor können die maximalen Abmessungen des Wagens relativ klein gemacht werden. Somit wird ebenfalls erfindungsgemäß der Strahlengang mittels mehrerer (z. B. vier) an ihrer vorderen Oberfläche relativ langer und schmaler Spiegel 18a - d gefaltet, die zur Raum- und Gewichtseinsparung vorzugsweise abnehmende Länge aufweisen und auf die Linse 15 gerichtet sind, um die Abtastzeile 16 auf das lineare CCD 17 zu fokussieren. Die gesamte Optik, die Beleuchtungslampe IU und drei Elektronikschaltungskarten oder -module, sind voil-
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ständig in der Abtastanordnung 13 enthalten, welche ein beweglicher und geschlossener Wagen bildet. In diesem Beispiel hat der Wagen die Abmessungen 8 cm (Höhe) χ 23 cm (Breite) χ 11 cm (Länge); die vier Spiegel haben etwa folgende Abmessungen:
18a : 1 cm (Breite) χ 17 cm (Länge) 18b : 0,7 cm (Breite) χ 13 cm (Länge) 18c : 1,5 cm (Breite) χ 8 cm (Länge) 18d : 2 cm (Breite) χ 4 cm (Länge).
Der Wagen wird mit Hilfe von Rollen 2 4 durch ein Paar Schienen 29 getragen und längs der Schienen mittels eines Servomotorantriebssystems 23 verschoben, um eine Abtastung von einem zum anderen Ende zu erreichen. Der gesamte Abtaster ist untergebracht in einem Kasten 20 der Abmessung 10 cm (Höhe) χ 25 cm (Breite) χ 43 cm (Länge) mit einem Glasfenster 11 der Abmessung 22 cm χ 28 cm auf der Oberseite.
Außerhalb des Abtastergehäuses befindet sich ein Hilfsgehäuse (nicht dargestellt) mit Abmessungen beispielsweise von 10 cm (Höhe) χ 25 cm (Breite) χ 12 cm (Länge), in welchem alle notwendigen Stromversorgungen (nicht dargestellt), ein mit einer Kerbe versehenes Tiefpassfilter 80 zur genauen Konditionierung des Videosignals und verschiedene Verbindungen zu entfernt angeordneten Steuerungen und Signaleinrichtungen untergebracht sind. Das Hilfsgehäuse kann entweder am Steckkontakt 2 5 als Ansteckeinheit mit dem Abtasterhauptgehäuse verbunden sein oder sich vom Hauptge-
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häuse entfernt befinden, wobei ein Vielfachleitungskabel verwendet wird.
1. Mechanische Einzelheiten
Der Wagen wird im Abtastergehäuse mit Hilfe eines Satzes dreifach gelagerter Rollen 24 geführt, um eine glatte Rollbewegung (y) vorzusehen mit im wesentlichen keinem Seitenspiel (A ),
Ji
Prallen (Λ ), Gefälle (Λθ ) oder Schlingern (Δ θ ). Die Bewegung des Wagens wird durch eine Achter-Kabelschleife 22 gesteuert, die durch einen Servomotor 2 3 mit Wagenpositionsabtastung angetrieben wird. Das Kabel ist am Wagen an zwei Seiten befestigt, um das Spiel in Abtastrichtung (A ) und eine Wagenversetzung (Αθ ) einzuschränken. Die Kabelantriebsrolle weist ein Gewinde auf und ist vom Kabel umschlungen, um ein Gleiten zu verhindern. Die Wagenpositionsableseeinrichtung besteht aus einem (nicht dargestellten) Potentiometer mit mehreren Umdrehungen, das an der Rollenwelle befestigt ist und eine lineare Eins-zuEins-Beziehung zwischen Potentiometerwiderstand und y-Position des Wagens erzeugt. Die Rollen-Potentiometer-Welle wird durch einen einen Permanentmagneten aufweisenden Miniaturgleichstromservomotor 23 getrieben, und zwar über einen Schneckengetriebesatz und eine Rutschkupplung. Die Rutschkupplung verhindert eine Beschädigung sowohl des Antriebsmechanismus als auch des Wagens für den Fall, daß die Wagenbewegung unbeabsichtigt blockiert wird. Der Schneckengetriebesatz schafft eine kompakte, minimales
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Spiel aufweisende Getriebeanordnung, um eine hohe Motorgeschwindigkeit (6000 Upm)auf die relativ niedrige Rollengeschwindigkeit (30 Upm) während des Abtastens zu reduzieren. Die minimale Durchlaufzeit beträgt etwa 4 Sekunden, ist durch die Servomotorstromversorgungskapazität begrenzt und wird hauptsächlich zum Zurückziehen verwendet.
2. Optik
Eine f/4-Vergrößerungslinse mit einer Brennweite von 28 mm dient in geeigneter Weise als abbildende Linse 15. Das 1500 Elemente umfassende CCD 17 ist 24 mm lang und befindet sich in der Bildebene. Die Länge des Strahlengangs zwischen einer 22 cm langen Abtastzeile 16 und der Linse beträgt etwa 28 cm. Wie jedoch oben bereits beschrieben worden ist, ist der optische Weg gefaltet, um die Höhe des Abtasters für flache Vorlagen zu reduzieren, die andernfalls erforderlich wäre, um einen 28 cm langen Strahlengang zu ermöglichen. Bei dieser Ausführungsform wird der Strahlengang mittels H Spiegeln 18a - d gefaltet, welches eine Verkleinerung der Abtastvorrichtung oder des Wagens 13 auf eine Höhe von 8 cm ermöglicht. Natürlich kann durch eine andere Anordnung der Spiegel oder durch die Verwendung zusätzlicher Spiegel eine weitere Höhenreduzierung des Wagens 13 und des Abtastergehäuses 20 erzielt werden. Alternative Mittel, welche zum Falten des Strahlengangs eine andere Zahl Spiegel als die in Fig. 3 gezeigte verwenden, können leicht vorgesehen werden. Auch können fokussie-
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rende Spiegel verwendet werden, um, falls gewünscht, die Linse 15 zu eliminieren.
Die Spiegel werden geeigneterweise mit einer Laserstrahlenausrichtanordnung ausgerichtet und am Wagenrahmen 13 befestigt. Das lineare CCD 17 wird an einer Halterung 30 befestigt, die von einem Halter 31 (Fig. 3) getragen wird. Kleinere Ausrichtfehler können durch Verschieben der Halterung 30 im Halter 31 korrigiert werden.
Die abzubildende Abtastzeile 16 wird durch eine warmweiße Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe IH beleuchtet. Die Lampe hat einen Durchmesser von 8 mm und ist in eine U-Fcrm gebogen. Die Lampe wird angeregt durch eine 1000 V-Gleichstrcra-Energiequelle (nicht dargestellt) mit einem variablen Ballastwiderstand, der (durch ein in einer Steuerelektronik 70 erzeugtes Lampensteuerungssignal) von 20 k/L auf 160 k_TL umschaltbar ist. Eine Gleichstromenergiequelle wird bevorzugt, da sie das Flackern verringert, das gewöhnlich bei Stromversorgungen auftritt, die mit 60 oder 50 Hz betrieben werden. Die Lampe ist selbststartend und läuft normalerweise leer mit einem Erregerstrom von 3,5 mA und einer
Lichtstärke von 0,6 mW/cm an der Vorlage. Während des Rücklauf- und Abtastzyklus wird ein Hochspannungstransistor in den Schaltkreis geschaltet und ein Serienwiderstand von 1H0 k_TL kurzgeschlossen; dies schaltet die Lampe auf eine hohe Inten-
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2 sität bei einer· Licht-stärke von 3,2 mW/cm und einem Strom von 20 HiA ein.
Es wird eine (nicht dargestellte) Abschirmung verwendet, damit lediglich solches Licht in den geschlossenen Teil des Wagens 13 eintreten kann, das von der Abtastzeile reflektiert worden ist. Direktes Licht von der Fluoreszenzlampe und von der Unterseite der horizontalen Glasplatte reflektiertes Licht kann nicht in den Wagen eindringen.
Durch teilweises Maskieren der fluoreszenten Lampe in der Nähe der Mitte der Abtastzeile kann die Beleuchtung des mittleren Teils der Abtastzeile unter diejenige an den Enden der Abtastzeile vorhandene Beleuchtung derart abgesenkt werden, daß weiße Bereiche an den Enden der Abtastzeile denselben Signalpegel vom CCD erzeugen, wie in der Mitte der Abtastzeile gelegene weiße Bereiche.
3. Elektronische Schaltungen
Die Hauptschaltungen werden günstigerweise auf vier Schaltungskarten oder Schaltungsmodulen aufgebaut: einem Logikmodul 40, einem Treibemodul 50, einem Vorverstärkermodul 60 und einem Steuerungsmodul 70. Alle Karten oder Module haben eine Abmessung von etwa 5 cm χ 7,5 cm. Die ersten drei Module sind im Wagen 13 angeordnet. Die vom einen zum anderen Ende reichende Bewegung ■
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des Wagens durch den Servomotor erlaubt ein Abtasten aufeinanderfolgender paralleler Zeilen über die Länge der Seite. Die Verbindung der Schaltungskarten und der Lampe mit äußeren Stromversorgungen wird mittels eines Kabels 2 6 hergestellt, das an Steckanschlüssen 25 und 2 8 angeschlossen ist.
Es werden nun Funktion und Arbeitsweise der einzelnen Module beschrieben, wie sie in einer Betriebsversion eines erfindungsgemäß aufgebauten kompakten Abtasters für flache Seiten verwendet werden. Einzelheiten der einzelnen Schaltungen sind für Fachleute leicht ersichtlich und werden deshalb weggelassen.
(a) Logikschaltungsmodul
Das CCD-Logikmodul 40 ist ausschließlich mit digitaler TTL-Elektronik (transistor-transistor-logic) aufgebaut. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist dessen Funktion aufgeteilt in einen Hochfrequenztakt 41, vier sich überlappende Phasentaktgeneratoren ^* 1 "fu^ 1^ zum sequentiellen Vorspannen der Abtastschaltungsanordnung auf dem CCD 17, eine Phasenstart-Stop-Steuerung 43, einen Binärzähler 44 zum Zählen der Zahl der Taktpaare (4-Phasen/ 2-Bildelemente), und einen Dekodiererabschnitt 45 zum Starten und Stoppen bestimmter Ereignisse, wie Bildaustastung, Horizontalsynchronisationsimpuls (horiz. sync), Parallel-zu-Serien-Obertragungstorsteuerung (^5) und Bildspeichertorsteuerung (<fcg) bei geeigneten ZeitSteuerungsfolgen, die auf dem Zählstand des
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-Ib-
Binärzählers basieren. Die folgende Tabelle erläutert diese Ereignisse bei entsprechenden Taktzählständen.
TABELLE CCD-Treiberimpuls-ZeitSteuerungsfolge
Zählstand Ereignisse
0 (JL - Φu Laufen 768 Austastimpulse gehen hoch (-^-H)
1024 ÖL - ÖL Halten an bei den jeweiligen Phasen (L, H, H, L) Parallel-zu-Serien-Tor (P5) —*H
1025 Bildspeicherimpuls ($g) ""^L
102 7 &s~*L
horizontaler Synchronisationsimpuls ^-^L 1028 Rückstellimpuls ein - stellt Zähler auf 0 zurück
(Zyklus beginnt von neuem)
JD1 - <3L Laufen
Austastimpuls ■—» L
6
horizontaler Synchronisations impuls =—>H
Anmerkung: Jeder Zählstand entspricht der Übertragung von zwei Bxldelementen für das 1500-Elemente-CCD.
Da die gesamte Zeitsteuerung auf den Hochfrequenztakt bezogen ist,
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kann eine Änderung in der Abtastgeschwindigkeit leicht durch eine einzige Einstellung der Taktfrequenz erreicht werden. Falls ein extrem stabiler Betrieb erforderlich ist, kann die Taktfrequenz von einem Kristalloszillator abgeleitet werden. Für den Fall einer Bildübertragung auf einem sehr schnellen synchronisierten digitalen Kanal kann der Hochfrequenztakt mit dem Kanaltakt phasenstarr gekoppelt werden.
(b) Treiberschaltungsmodul
Da es sich bei dem CCD um ein MOS-Cinetall-oxide-semiconductor, d. h. Metall-Oxid-Halbleiter)Bauelement handelt, sind dessen Treibsignalpegel im allgemeinen nicht kompatibel mit den TTL-Signalpegeln des Logikschaltungsmoduls. Um maximale Ladungsübertragungswirkungsgrade und mininaa.le Dunkelströme zu erreichen, müssen die meisten dieser Pegel $.. - (F~ einzeln abgestimmt werden, und zwar sowohl im Hoch- wie auch im Niedrig-Zustand. Es sind Gleichstromvorspannpegel an Eingangstor, Eingangsdiode, Ausgangstor und Ausgangsdiode am CCD vorfanden, die ebenfalls optimiert werden müssen. Alle diese Funktionen werden durch den Trexbergrenzglachenmodul 50 ausgeführt. Die Treiberverstärker für die vier Taktphasen sind pnp-npn-Komplementärverstärker, die ein Ausgangssignal von 30 V in einen 200 pF-Kondensator mit einer Anstiegs- und einer Abfallzeit von etwa 20 Nanosekunden liefern können. Die Perioden der Taktimpulse betragen etwa 5 Mikrosekunden.
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(c) Vorverstärkerschaltungsmodul
Das Vorverstärkerschaltungsmodul 60 dient zur Verstärkung des relativ schwachen Stroms, der am Ausgangsanschluß des seriell Iadungsübertragenden CCD ankommt. Das Eingangssignal von der CCD-Ausgangsdiode ist als Wechselstromsignal kondensatorgekoppelt, um Probleme zu vermeiden, die bei kleinen Signalen (kleiner als 10 mV an 2 MXl) auftreten, die einer großen Gleichstromvorspannung überlagert sind. Aufgrund der Wechselstromkopplung müssen die Gleichstromwerte wieder gespeichert werden, um eine Bildtreue zu ergeben. Dies wird bewirkt, während der horizontalen (Seite-zu-Seite) Rückführzeit, wenn der Signalausgangspegel auf den Hintergrundrauschpegel reduziert ist.
(d) Steuerlogikmodul »
Der Steuermodul 70 steuert die Bewegung des Servomotorantriebs 2 3 zur Abtastung vom einen zum anderen Zr.de. Dieser Modul erzeugt auch Vertikalsynchronisationssignale (vert, sync.) für externe Steuerungen und Synchronisation. Der Modul bewirkt auch ein Hellerwerden der Beleuchtungslampe IU während des Abtastens (normalerweise befindet sich die Lampe im Leerlauf auf niedriger Intensität, wie oben erwähnt worden ist, zur Verlängerung der Lebensdauer, der Wärmereduzierung und um ein rasches Einschalten auf volle Intensität sicherzustellen).
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Eine Abtastung des Dokumentes wird ausgelöst durch Betätigung eines Abtastschalters 71, der in geeigneter Weise an einem Ende des Abtastergehäuses 20 befestigt ist, wie in Fig. 2 dargestellt ist.
Der Abtaster weist zwei Betriebsarten auf. Bei jedem kurzzeitigen Kontakt des Abtastdrucktastensehalters 71 führt der Wagen seinen Zyklus einmal durch. Wenn jedoch der Abtastschalter geschlossen gehalten wird, kann der Wagen dieselbe Seite wiederholt abtasten, und zwar zum Zweck des Einsteilens und erstmaligen Einrichtens und zur Erzeugung mehrerer Kopien. Es kann auch ein Wagenpositionsvoreinstellschalter verwendet werden, um den Wagen in eine justierbare Voreinstellungsposition zu bewegen.
Auf das Schließen des Abtastschalters durch die Bedienungsperson nach dem Auflegen des zu kopierenden oder zu übermittelnden Dokumentes beginnt der Abtaster zunächst mit einem 4 Sekunden dauernden Rücklaufzyklus (einem schnellen Übergang vom unteren zum oberen Ende der Seite). Diese Zeit könnte verwendet werden, um das abzutastende Dokument "in Augenschein zu nehmen", um eine Möglichkeit zur Voreinstellung des Videopegels und der Verstärkungssteuerungen und zum Analysieren des räumlichen Inhalts des Dokumentes zu schaffen. Diese Merkmale sind jedoch bei dem beschriebenen Modell nicht vorgesehen. Die Längsposition des Abtastwagens kann auch in einer externen Steuerungsart verarbeitet
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werden für Anwendungen wie Adressierung mit wahlfreiem Zugriff. Die Abtastlinearität ist besser als 1 %.
H. Tiefpassfilter mit Einkerbung
Das (im Hilfsgehäuse untergebrachte) Tiefpassfilter mit Einkerbung 80 (LPN;von low pass notch) wird auf der Ausgangsseite des Videovorverstärkers verwendet, um das Nichtvideo-Taktsignal, das (nominell bei etwa 185 kHz) am oberen Ende des Videodurchlaßbandes "durchschlägt", und auch Hochfrequenzrauschen außerhalb des Videodurchlaßbandes auszufiltern. Um das Durchschlagen des Taktes vom CCD auszuschalten, ohne zu viel von der Videobandbreite zu verlieren, wird die Einkerbungsfrequenz auf die Taktfrequenz eingestellt. Tiefpassfilter mit Einkerbung sind ausführlich an anderer Stelle beschrieben und bilden keinen Teil der Erfindung; siehe Bell Laboratories Record, Vol. 51, April 19 73, S. 104 - 111.
5. Arbeitsweise
Der Abtaster kann verbunden werden mit verschiedenen Empfängern, wie einer LasermikroaufZeichnungsvorrichtung, wie sie in der US-PS 3 720 78H beschrieben ist. Der Abtaster ist auch mit einer Speicheranzeigeeinheit (Tektronics Typ 611) verbunden worden. Der Abtaster erzeugt eine ausreichende Auflösung, um eine mit Maschine beschriebene Seite zur Anzeige auf einem dieser Anzeigesystem abzutasten.
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Es sind Berechnungen über die mit diesem Abtaster erhältliche Auflösung durchgeführt worden. Diese zeigen, daß eine Schrifttype der Art 6 pt spartan mittel auflösbar ist (mit einer mittleren Abmessung der Kleinbuchstaben von 0,8 χ 0,8 mm).
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Claims (3)

  1. BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER
    ZWIRNER · HIRSCH o r n ο ι ι c
    ZOUo I Id
    PATENTANWALT? "■■': MÜNCHEN UND WIESBADEN
    Postadresse München: Patentcons-jii S München 60 RadeckestraBe 43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patertconsul! 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237
    Western Electric Company, Incorporated Watson I
    New York, N. Y., USA
    Pat entansprüche
    lj Kompakter Faksimileabtaster für flache Vorlagen mit Ca) einem Gehäuse;
    (b) einer auf dem Gehäuse angeordneten transparenten Platte als Vorlagenhalter, die die ungefähre Vorlagenbildebene bestimmt;
    (c) einer innerhalb des Gehäuses und unterhalb der transparenten Platte bewegbar angeordneten Abtastanordnung mit (el) wenigstens einer Lichtquelle zur Beleuchtung wenigstens eines Teils der Vorlagebildebene,
    (c2) einem Detektor zum Feststellen von Intensitätsänderungen des an der Vorlagenbildebene reflektierten Abtastlichtes, und
    (c3) einem optischen System zur Fokussierung des von der Abtastzeile reflektierten Lichtes auf den Detektor;
    (d) einer Verschiebeeinrichtung zum mechanischen Verschieben der Abtastanordnung parallel zur Vorlagebildebene und
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    senkrecht zur Abtastzeile, um eine zeilenweise Bildabtastung zu erhalten; und
    (e) einer elektrischen Schaltungsanordnung zum sequentiellen Auslesen einer jeden vom Detektor aufgenommenen Abtastzeile durch Bildung eines elektrischen Signals, das die Intensitätsänderungen des von der Vorlagebildebene an aufeinanderfolgenden Abtastzeilen reflektierten Lichtes darstellt;
    dadurch gekennzeichnet ,
    (1) daß der Detektor ein mit elektrischen Kontakten versehenes lineares, ladungsträgergekoppeltes Bildempfangselement (17) zur elektronischen Abtastung der gesamten Abtastzeile (16) aufweist, und
    (2) daß das optische System mehrere lange, schmale Spiegel (18a - d) zum Falten des Strahlengangs zwischen Abtastzeile (16) und Bildempfangselement (17) aufweist.
  2. 2. Abtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildempfangselement (17) 750 bis 2 500 Speicherelemente aufweist, und daß die elektrischen Kontakte derart ausgelegt sind, daß eine Abtastung erzeugbar ist, die von einer zur anderen Seite der abzutastenden Zeile reicht.
  3. 3. Abtaster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrische Schaltungsanordnung aufweist r
    - 3 509835/0755
    (I) eine Logikschaltungsanordnung zum sequentiellen Auslesen der Intensitätsänderungen des auf das Bildempfangselement auffallenden Lichtes,
    (II) eine Grenzflächenscnaltungsancrdnung zwischen der Logikschaltungsanordnung und dem Bildempfangselement zur Erzeugung von Signalwerten a die mit dem Bildempfangselement kompatibel sind5 und zur Vorspannung ausgewählter Elektroden auf dem Bildempfangselement, und
    (III) eine Verstärkerschaltungsanordnung zur Verstärkung der durch das Bildempfangselement erzeugten Signale und zur Erzeugung analoger Werte der Intensität des auf das Bildempfangs element auftreffenden Lichtes.
    50983Ö/Ü7 5B
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