DE1205745B - Vorrichtung zur optischen Abtastung von Zeichen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

G06k

Deutsche Kl.: 43 a - 41/03

Nummer: 1205 745

Aktenzeichen: J 24971IX c/43 a

Anmeldetag: 19. Dezember 1963

Auslegetag: 25. November 1965

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Abtastung von Zeichen mittels einer Kathodenstrahlröhre, bei der der Lichtpunkt des Kathodenstrahls den Linienzügen des Zeichens mit einer durch Sinus- und Kosinusgeneratoren gesteuerten Suchkreisbewegung nachgeführt wird.

Zur optischen Abtastung von Zeichen ist es bekannt, mit einem über das Abtastfeld bewegten Lichtstrahl die Intensitätsänderungen des vom Aufzeichnungsträger reflektierten oder hindurchgelassenen Lichtes zur Zeichenerkennung auszuwerten. Die hierbei gewonnenen Signale hängen ganz entscheidend von der Art des Abtastrasters ab, und es ist deshalb zweckmäßig, einen Abtastraster zu wählen, der einen möglichst großen ausnutzbaren Informationsgehalt liefert. Ein festgelegter Abtastraster für alle möglichen abzutastenden Zeichen muß notwendig immer einen Kompromiß darstellen. Ein spezieller Raster für jedes einzelne Zeichen setzt die vorherige Erkennung des Zeichens voraus und müßte ao außerdem an die Größe und andere Besonderheiten, vor allem bei handgeschriebenen Zeichen, angepaßt werden. Aus diesem Grunde erscheint es besonders vorteilhaft, wenn die Gestalt des Zeichens selbst den Abtastraster bestimmt. Dies führt zu einer Abtast-Vorrichtung, bei der der Lichtpunkt dem Linienzug des Zeichens nachgeführt wird, um zeitabhängige Signale zu erzeugen, die für eine Zeichenerkennung auswertbar sind.

Es ist bereits durch die deutsche Patentschrift 953 474 ein Verfahren zum lichtelektrischen Abtasten von Zeichen bekannt, bei dem entsprechend der äußeren Formgebung des jeweils abgetasteten Zeichens sich ändernde elektrische Ströme oder Spannungen gebildet werden, so daß der zeitliche Verlauf der Amplitude dieser Ströme oder Spannungen eine Nachbildung der äußeren Formgebung dieses Zeichens aufweist und daß diese elektrischen Ströme oder Spannungen einem Differentiator, insbesondere einem elektrischen Zeitkonstanten-Glied, entsprechend der dort durchgeführten Differentiation Impulse erzeugen. Diese Impulse dienen nach Anzahl oder Vorzeichen oder nach Maßgabe des Zeitpunktes ihres Entstehens im Abtastintervall des Zeichens als Kriterium für das jeweils abgelesene Zeichen bei der Umwandlung in eine dem abzulesenden Zeichen entsprechende Steuer- oder Anzeigegröße.

Die Erfindung löst die Aufgabe, eine Vorrichtung zur optischen Abtastung von Zeichen mit Nachführung des Lichtpunktes einer Kathodenstrahlröhre längs den Linienzügen des Zeichens zu schaffen, die einfach im Aufbau und anpassungsfähig an alle Vorrichtung zur optischen Abtastung von
Zeichen

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,

Böblingen (Württ), Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:
Evon C. Greanias,
Chappaqua, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 31. Dezember 1962
(248 585)

Zeichengrößen und -formen ist und vorteilhaft die Gegebenheiten und Erfordernisse bei der Zeichenerkennung berücksichtigt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß Generatoren für Sinus- und Kosinusspannungen vorgesehen sind, die jeweils über einen Schalter entweder direkt oder über ein Dämpfungsglied mit einem zugeordneten Integrator verbunden sind, deren Ausgangsspannungen an die X- und Y-Ablenkeinrichtung der Kathodenstrahlröhre angeschlossen sind und daß eine lichtelektrische Vorrichtung in Abhängigkeit von dem bei der Abtastung der Zeichen reflektierten Licht eine Kippschaltung zur Betätigung der Schalter steuert.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. la den Abtastweg des Lichtpunktes,

F i g. 1 b bis 1 i Kurvenverläuf e der Spannungen an der Ablenkeinrichtung der Kathodenstrahlröhre,

F i g. 2 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 2a den Abtastweg des Lichtpunktes beim zweiten Ausführungsbeispiel,

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Fig. 3 ein ausführlicheres Blockschaltbild des pulszüge nicht verändern, sondern lediglich deren

Ausführungsbeispiels nach Fig. 1. Amplituden um einen konstanten Faktor zu reduzie-

In F i g. 1 und 2 sind zwei Ausführungsbeispiele ren. Diese Dämpfung der Grundimpulse hält an, bis eines Kurvenfolgereglers in Blockschaltbildern dar- der in die Verzögerungsvorrichtung gelangende Imgestellt, die das Prinzip der Wirkungsweise der Erfin- 5 puls an deren Ausgang erscheint, um die bistabile dung veranschaulichen. Diesen beiden Anordnungen Kippschaltung in ihren früheren Zustand zurückzusind gemeinsam zwei konstante Impulsgeneratoren stellen, das Relais 21 abzuschalten und die X- und und eine Schaltvorrichtung, die unter der Steuerung Y-Integratoren wieder mit den ungedämpften Sinusdes Auftreffens des Abstrahls auf das zu erkennende und Kosinuswellen zu verbinden. Die Verzögerungs-Zeichen die Impulsgeneratoren auswählt. Es wird io zeit der Verzögerungsvorrichtung liegt fest, und zwar nicht nur durch die wechselweise Auswahl dieser entspricht sie für die Zwecke der Beschreibung 180° Impulsquellen der Abtaststrahl in die erforderliche der Strahlzeit oder einer halben Periode des Oszilla-Zitterbewegung versetzt, sondern außerdem sorgt die tors 14. Die gedämpfte Welle wird also für 180° der relative Zeit, während welcher jeder Impulsgenerator Strahlzeit an die Integratoren 17 und 18 angekopangeschlossen ist, für die nötige Grobwanderung des 15 pelt, während die ungedämpfte Welle während einer Abtaststrahls zum Nachfahren des Zeichens. veränderlichen Zeitdauer angelegt wird, die einzig

In F i g. 1 ist der gesteuerte Lichtpunkt einer Ka- und allein von der Richtung der nachzuzeichnenden

thodenstrahlröhre 10 durch eine geeignete Optik 11 Kurve abhängig ist.

so fokussiert, daß ein Dokument 12 belichtet und Wenn, wie in Fig. la angenommen wird, der Abdas durchgelassene oder reflektierte Licht durch eine 20 taststrahl der Kathodenstrahlröhre anfangs nahe an lichtempfindliche Vorrichtung 13 festgestellt wird. die Linie 31 herangebracht ist, kann der Strahl die Für den Augenblick seien solche Vorrichtungen, wie Linie 31 dann überqueren. Wenn für den Augenblick Amplitudenbegrenzer usw., außer acht gelassen, und die Mathematik der Integration außer acht gelassen es sei für die Zwecke der schematischen Erläuterung und angenommen wird, daß sich der Nachzeichangenommen, daß jedesmal, wenn der Abtaststrahl as nungsstrahl im Uhrzeigersinn unter dem Einfluß gedurch die Kurve oder das Zeichen unterbrochen dämpfter oder ungedämpfter, phasengesteuerter wird, dessen Umriß nachzuzeichnen ist, ein Steuer- Sinus- und Kosinuswellen aus der als Bezugspunkt impuls zur Verfügung steht. Wenn die Schaltungs- dienenden negativen X-Achse herausdreht, sieht elemente in dem in Fig. 1 gezeigten Zustand sind, man, daß der Strahl sich auf einer kreisförmigen steuert der Oszillator 14 den Sinusgenerator 15 und 30 Bahn bewegt, die je nach den Amplituden der angeden Kosinusgenerator 16 für die Erzeugung zweier schlossenen Wellen entweder einen großen oder sinusförmiger Impulszüge gleicher Amplitude, die einen kleinen Radius hat. Wenn die Linie 31 mit gegeneinander um 90° phasenverschoben sind. Diese einem Winkel von 45° schräg nach rechts aufwärts Impulse werden im X-Integrator 17 bzw. im Γ-Inte- verläuft, wie es die Zeichung zeigt, und der Strahl grator 18 integriert, deren Ausgänge an die X- und 35 durch die nichtgedämpften Wellen beeinflußt wird, Y-Ablenksteuerschaltungen der Kathodenstrahlröhre überquert die große kreisförmige Bahn 30 die Linie 10 angeschlossen sind. Aus der Integralrechnung ist 31 bei 135° der Strahlzeit und bewirkt (wie schon bekannt, daß das Integral von sin « gleich —cos α erläutert) eine Umschaltung auf die gedämpfte Welle und das Integral von cos« gleich sin« ist. Wenn die für die Strecke von 180° (von 135 bis 315°), um Ausgänge der Integratoren 17 und 18 an die Ablenk- 40 den kleinen Halbkreis 32 nachzuzeichnen. Bei 315° schaltungen der Kathodenstrahlröhre 10 angeschlos- geht die Strahlsteuerung auf die größeren Wellen sen sind, veranlassen sie den Elektronenstrahl, im über und zeichnet den Halbkreis 33 nach, der bei Uhrzeigersinn eine kreisförmige Bewegung auszu- 135° im zweiten Zyklus endet. Dieses Abwechseln führen. Ohne irgendwelche weiteren Steuerungen zwischen den großen und den kleinen Kreisen wird würde der Strahl diese kreisförmige Bewegung um 45 fortgesetzt, und der Strahl wandert entlang der Linie einen feststehenden Punkt ohne irgendeine Wände- 31, bis er auf deren Ende 31 α trifft. Wenn jetzt anrung fortsetzen, da jeder positive Teil sowohl der genommen wird, daß der Strahl die kreisförmige Sinuswelle als auch der Kosinuswelle durch einen Bahn 34 durchläuft, verhindert das Linienende eine negativen Teil gleicher Größe ausgeglichen wird. Da- Überquerung bis zu 315° der Strahlzeit. Jetzt findet her ist das integrierte Ausgangssignal der X- und 50 die Umschaltung auf den kleineren Kreis 35 statt und Y-Integratoren für je 360° gleich Null, und der hält bis 135° der Strahlzeit an, wenn die Rückschal-Strahl bewegt sich nur in seiner kreisförmigen Zitier- tung auf den großen Kreis erfolgt. Der Strahl wanbahn. Wie jedoch schon angedeutet worden ist, wird, dert nun entlang der Unterseite der Linie 31 abwärts wenn diese Kreisbahn auf das Dokument 12 fokus- und nach links, bis er auf das Linienende 31 & trifft, siert wird und eine undurchsichtige Zeichenlinie 55 Jetzt kehren die Umschaltzeiten zu dem ursprüngüberquert, ein Steuerimpuls durch die lichtelektrische liehen Schema zurück (von groß nach klein bei 135° Vorrichtung 13 erzeugt. Dieser Steuerimpuls schaltet und vqn klein nach groß bei 315° der Strahlzeit), den Zustand der bistabilen Kippschaltung 19 um und und der Strahl folgt weiter dem Umriß der Linie 31. gelangt außerdem in die Verzögerungsschaltung 20. Jetzt sei wieder auf die Mathematik des Integra-Bei dieser Umschaltung der bistabilen Kippschaltung 60 tors eingegangen. Dabei sei nochmals erwähnt, daß 19 wird das Relais 21 (tatsächlich ein elektronisches die Integratoren 17 und 18 Eingangssignale von Schaltungsäquivalent) erregt und schaltet seine Kon- sin« bzw. cos« mit einer von zwei verschiedenen takte 21a und 21 & (auch hier würde das elektro- Amplituden (von denen α die größere und b die nische Äquivalent benutzt) um, um die Eingänge des kleinere ist) empfangen. Da das Integral von a sin α Z-Integrators 17 und des Y-Integrators 18 mit dem 65 gleich — α cos α ist, ist das Ausgangssignal des Z-Inte-Sinusgenerator 15 und dem Kosinusgenerator 16 über grators gleich —α bei 0° der Strahlzeit. Da das Intedie Dämpfungsglieder 22 bzw. 23 zu verbinden, gral von α cos« gleich +a sin α ist, ist in gleicher welche die Phase und die zeitliche Steuerung der Im- Weise das Ausgangssignal des Y-Integrators 18

gleich Null bei 0° der Strahlzeit. Hierdurch wird die frühere Behauptung erhärtet, daß der Bezugsnullpunkt für den Strahl auf der negativen X-Achse liegt. Bei 90° der Strahlzeit ist das integrierte Ausgangssignal des Integrators 17 wieder ~a cos», aber cos α ist jetzt gleich Null, so daß die X-Verschiebung gleich Null ist. Die Y-Verschiebung ist α sin β oder α für sina=l, wenn a=90°. Daher liegt der Strahl bei 90° der Strahlzeit auf der F-Y-Achse bei einem

die Strecke2a-2b. Wenn, wie in dem ausgewählten Beispiel, die nachzuzeichnende Linie eine Neigung von 45° hat, ist die Differenz in der X-Verschiebung für jeden Strahlzyklus gleich 2(a—b)cosß, wo β 5 der Winkel zwischen der Linie und der positiven X-Achse ist. Demenstprechend ist die Änderung in der Y-Verschiebung gleich 2 (<z— b) sin ß. Da bei 45° der Sinus und der Kosinus gleich sind, sind die Äiy· derungen in der X- und der Y-Verschiebung gleich.

positiven Wert von Y=a, wodurch die obenerwähnte io Daraus folgt, daß die Y-Verschiebungskurve dieselbe Drehung im Uhrzeigersinn substantiiert wird. Natur- Neigung haben müßte wie die X-Kurve.
lieh könnten auch andere Drehrichtungen und Null- Fig. If stellt die Eingangsspannungen zum

bezugspunkte bewirkt werden durch Austausch der F-Integrator 18 (F i g. 1) dar und verwendet die glei- X- und Y-Ablenkschaltungsverbindungen oder durch dien Übereinkünfte bezüglich gestrichelter und aus-Umkehrung des Vorzeichens eines der Eingangs- 15 gezogener Linien wie F i g. 1 b.
anschlüsse. Auch die Wahl der Optik würde die F i g. 1 g stellt die integrierte Ausgangsspannung

Bezugsachse so beeinflussen. Für die Zwecke dieser des F-Integrators dar und damit die F-Verschiebung vereinfachten Beschreibung der schematischen Wir- des Strahls der Kathodenstrahlröhre. Wie man sieht, kungsweise wird jedoch die oben festgelegte Überein- hat die Kurve von F i g. 1 g die gleiche allgemeine kunft benutzt, nämlich die Drehung im Uhrzeiger- 20 Form wie die von Fig. Ic, und die Linie 100 hat die sinn aus der negativen X-Achse als Bezugspunkt gleiche Neigung wie die Linie 101 (F i g. 1 c), und heraus. zwar stellen diese Linien die Bewegung der Mitte des

Bei Benutzung der vorstehenden Übereinkünfte Abtastkreises dar.

schaltet der die obere Schräge der Linie 31 in Daß die Abtastbahnen zu jedem Zeitpunkt kreis-

F i g. 1 a nachzeichnende Strahl von der ungedämpf- 25 förmig sind, läßt sich aus einer Gegenüberstellung ten Welle zur gedämpften Welle bei 135° der Strahl- der Fig. Ib und If ersehen. Zu jedem Zeitpunkt zeit um und bewirkt die umgekehrte Umschaltung _wi_rd der Strahl entweder durch —α cos« und a sin« 180° später bei 315° der Strahlzeit. Diese Umschal- oder durch — b cos« und b sin« gesteuert wegen der tung ist in Fig. Ib graphisch dargestellt, wo die dem gleichzeitigen Dämpfung und Entdämpfung beider X-Integrator 17 zugeführte Sinuswelle als durch- 30 Generatorimpulszüge. Die Bewegung des Strahls entgehende Linie und die abgetrennte Welle gestrichelt lang des abgetasteten Zeichens wird beschrieben dargestellt sind. Wie man sieht, hat die a-sin-«-Welle durch die zitierte Gleichung und ist eine Funktion bis 135°, während in derselben Zeit die ö-sin- der relativen Amplituden der beiden Impulszüge. «-Welle mit der kleineren Amplitude gestrichelt ist. Wäre α gleich b, würde keine Wanderung stattfinden, Welle mit der kleineren Amplitude gestrichelt ist. 35 da der Strahl unterbrochen einen Kreis mit fest-Von 135 bis 315° ist es umgekehrt, und zwar sind stehendem Durchmesser nachzeichnen würde. Wäre

b gleich Null, würde es keine Nachzeichnungsstrecke kleinen Durchmessers geben, und der Strahl würde eine Folge tangential gelegener großer Halbkreise 40 nachzeichnen, wobei ein Strahlstillstand von 180° der Zeit entspräche, die dem Strahl für das Nachzeichnen des kleinen Kreises zur Verfügung stünde. Zwischen diesen Grenzen (a-b=a und a-b-0) liegt eine optimale Wahl, die in Verbindung mit dem Auszugeführt wird. Wie man sieht, ist das X-Potential 45 führungsbeispiel der Schaltung noch besprochen allgemein im Steigen begriffen, wie man es für eine wird.

Grobwanderung des Strahles nach oben und rechts Nun folgen einige Betrachtungen zu dem Vorgang,

erwarten würde, solange er der Oberseite der Linie daß der Abtaststrahl auf das Linienende 31a trifft 31 in Fig. Ib folgt. Diese positive Grobbewegung und beginnt, die Unterseite der Linie 31 nachzuin der X-Richtung läßt sich qualitativ aus der 50 zeichnen. Wenn der große kreisförmige Abtastpfad Fig. Ib ersehen, wo die Bereiche unter den positi- über das Linienende hinausgeht, trifft er erst bei ven Teilen der Wellen größer als die unter den nega- 315° der Strahlzeit auf die Linie, um eine Umschaltiven Teilen der angeschlossenen Wellen sind. Da die tung auf den kleinen Kreis zu bewirken. Dieser VorIntegration eine Bereichsaddition ist, folgt daraus, gang ist in durchgehenden Linien für die ersten 315° daß die Summe der Bereiche einen stets steigenden 55 der Zykluszeit in Fig. Id und lh dargestellt. Wäh-Wert X erzeugen muß. Dies ist der in F i g. 1 c dar- _rend dieser Zeit führt die X- und F-Verschiebung gestellte Effekt, wo der positive Trend der Z-Span- keine Grobbewegung aus, wie aus einem Vergleich nung leicht zu erkennen ist. Die tatsächliche Neigung zwischen den Verschiebungskurven von F i g. 1 e und der Kurve von F i g. 1 c ist zwar wichtig für den Er- 1 i hervorgeht. Wenn jedoch die Umschaltung zu den folg eines Kurvenfolgereglers, aber bei der äugen- 60 gedämpften Wellen bei 315° beginnt, beginnen die blicklichen qualitativen Analyse nicht wesentlich. Integratoren, ihre während der Nachzeichnung in Wenn man die Bewegung des nachzeichnenden positiver Richtung aufgelaufenen Spannungen zu verStrahls analysiert, erkennt man, daß der unge- mindern und erzeugen die in F i g. 1 e und 1 i dargedämpfte Kreis den Durchmesser la und der ge- stellten Spannungsverläufe. Diese Kurven haben dämpfte den Durchmesser 2 b haben. Daher bewegt 65 negative Neigungen 102 und 103, die im Betrag den sich für je 360° der Strahlzeit der Strahl entlang positiven Neigungen 100 und 101 in F i g. 1 c und 1 g jeder geraden Zeichenlinie um die Differenz zwi- gleichen. Diese negativen Neigungen der Verschieschen den beiden Durchmessern weiter, nämlich um bungskurven stellen die Grobbewegung des- Strahls

α sin« gestrichelt und b sin« ausgezogen. Dieselbe Übereinkunft wird in F i g. 1 f verwendet, die die Eingangswelle α cos« und b cos« zum F-Integrator 18 darstellt.

Bei den in F i g. 1 b gezeigten und oben erläuterten Eingangsspannungen zum X-Integrator 17 entsteht die in Fig. Ic gezeigte integrierte Ausgangswelle, die den X-Ablenkplatten der Kathodenstrahlröhre

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nach links unten bei Verringerung sowohl der X- als Abtaststrahl der Kathodenstrahlröhre 51 belichtet auch der Y-Verschiebung dar. Dieser Abtastvorgang wird. Wie in F i g. 1 sind wieder Einzelheiten, wie wird bis zum Erreichen des unteren Linienendes z. B. Verstärker, Amplitudenbeschneider usw., zur fortgesetzt, und die Schaltzeiten kehren dann zu dem Vereinfachung weggelassen worden. Die Impulsursprünglichen Zustand zurück. 5 längen-Rückstelleinheit 48 α wird für eine stabile

Obwohl die Vorgänge beim Nachzeichnen einer Arbeitsweise benötigt, wenn das Nachführen einunter 45° geneigten geraden Linie eingehend erläu- geleitet wird, und sie wird weiter unten noch ertert worden sind, dürfte es klar sein, daß Innenkur- läutert.

ven, Außenkurven, Innenecken und Außenecken Da das Anlegen einer positven Sinuswelle an den

gleich gut nachgezeichnet werden können. Die Ge- io X-Integrator gleichzeitig mit dem Anlegen einer

schwindigkeit der Weiterbewegung und die resultie- positiven Kosinuswelle an den F-Integrator erfolgt,

rende Auflösung der folgenden Vorgänge sowie die werden die jeweiligen Ausgangswellen —cos« der

Genauigkeit, mit der der Strahl das Linienmuster Ablenkschaltung und +sin <x der Y- Ablenkschaltung

nachzeichnet, lassen sich steuern durch Einstellung wie im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 zugeführt,

der relativen Größe der Abtastkreise sowie der abso- 15 Das hat eine Bewegung des Strahls im Uhrzeiger-

luten Größe des größeren Abtastkreises. Wenn z. B. sinn zur Folge. Wenn der Strahl auf die nachzu-

die Weiterbewegung zu schnell erfolgt und die Auf- zeichnende Linie auftrifft und die Umschaltung zu

lösung zu grob ist, könnte der Abtastkreis die Wie- den negativen Wellen eintritt, schaltet der Strahl-

dereintrittswinkel an den Seiten einer Ziffer 8 über- geschwindigkeitsvektor um 180° um, und der Strahl

brücken und die Erkennungsschaltungen fälschlich 20 kehrt um, bewegt sich aber weiter im Uhrzeigersinn,

dazu veranlassen, diese als Ziffer 0 zu erkennen. Da, Diese abwechselnde Steuerung des Abtaststrahls er-

wie schon erwähnt wurde, eine feine Auflösung not- zeugt eine Spur, wie z. B. die in F i g. 2 a dargestellte,

wendigerweise eine geringere Wanderungsgeschwin- wo die mit ungeraden Ziffern bezeichneten Halbwel-

digkeit zur Folge hat, verlängert sich natürlich die len 61, 63, 65 bis 71 durch die positiven und die mit

Zeit für das Abtasten eines gegebenen Zeichens. 25 geraden Ziffern bezeichneten Halbwellen 62, 64, 66,

Daher wird zweckmäßigerweise eine höhere Weiter- 68, 70 durch die negativen Wellen gesteuert werden,

bewegungsgeschwindigkeit mit gröberer Auflösung Wenn man für diese letztgenannte Schaltungsanord-

mit einem weiteren, zusätzlichen Abtastvorgang ver- nung die Wellenformanalyse gleich der in F i g. 1 b

wendet, um alle Identifizierungsgeschwindigkeiten zu bis 1 i gezeigten aufbauen müßte, würde man die

lösen. 30 Parallelität der Wirkungsweise deutlich sehen. Wie

In der vorstehenden Erläuterung wurde der im ersten Ausführungsbeispiel kann das zweite Ausextreme Zustand erwähnt, wenn die Amplitude (b) führungsbeispiel verschiedene Amplituden in den der gedämpften Eingangswellen gleich Null ist und positiven und negativen Wellen haben. Wenn eine der Abtaststrahl eine Folge von tangential gelagerten der Wellen (z. B. die negative) auf die Amplitude Halbkreisen mit einer Verweilzeit von 180° nach- 35 Null reduziert würde, wäre der Folgevorgang gleich zeichnet, wobei die Verweilzeit auftritt, während der dem des ersten Ausführungsbeispiels bei Herab-Strahl einen kleinen Kreis mit dem Durchmesser setzen der Amplitude seines kleinen Kreises auf Null. Null nachzeichnet. Eine weitere Schaltung zum in dem in F i g. 2 a gezeigten Fall befinden sich Durchführen einer solchen Abtastfolge ist in Fig. 2 die Mitten des Abtastkreises stets nahe dem Rand dargestellt. Dort werden, wie in Fig. 1, zwei Impuls- 40 der Linie. Die Nachzeichnung ist instabil, wenn die quellen abwechselnd an die X- und Y-Integratoren Mitte des Kreises zu weit vom Linienrand entfernt angeschlossen, deren Proportionen jeweils gesteuert ist, wie es der Fall sein kann, wenn der Nachzeichwerden durch das Auftreffen des Abtaststrahls auf nungsvorgang eingeleitet wird. Das hat zur Folge, das abgetastete Zeichen. An Stelle zweier verschie- daß die Mitte des nächsten Kreises dann zu tief dener Wellenamplituden (wie in Fig. 1) verwendet 45 innerhalb der Linie liegt. Um dieser Schwierigkeit das Ausführungsbeispiel von Fig. 2 positive und abzuhelfen, ist die Impulslängen-Rückstelleinheit negative Sinus- und Kosinusgeneratoren 40, 41, 42 48 a vorgesehen, um die Komplementkippstufe 48 und 43, die durch einen gemeinsamen Oszillator 39 immer dann rückzustellen, wenn die Dauer des phasengesteuert werden und jeweils Wellen gleicher Schwarz-Signals etwa 60° des Abtastkreises überAmplitude, aber mit den durch die trigonometrischen 50 schreitet. Immer wenn ein tangentiales oder fast tan-AufSchriften bezeichneten Phasenverhältnissen erzeu- gentiales Auftreffen erfolgt ist und die Mitte des gen. Die Sinuswellenfunktionen sind über, eine Über- Kreises sich tief in der Linie befindet, veranlaßt also tragungsschaltung mit dem X-Integrator 44 gekop- der lange Schwarz-Impuls, der dann vom Photoverpelt, während die Kosinuswellenfunktionen mit dem vielfacher geliefert wird, weil der Strahl innerhalb F-Integrator 45 über eine ebensolche Übertragungs- 55 der Linie bleibt, die Impulslängen-Rückstelleinheit schaltung gekoppelt sind, die schematisch durch die 48 a, die Komplementkippstufe 48 etwa 60° nach Umschaltkontakte 46 α und 46 δ eines Relais 46 dar- dem fast tangentialen Auf treffen umzuschalten. Ingestellt ist, obwohl natürlich tatsächlich ihr elektro- folge der Umschaltung der Kippstufe 48 zu diesem nisches Äquivalent benutzt wurde. Die Übertragungs- Zeitpunkt verlagert sich die Mitte des nächsten Kreischaltung bewirkt die abwechselnde Verbindung der 60 ses zum Linienrand hin. Infolge dieser Bewegung gepositiven und negativen Sinus- bzw. Kosinusgenera- langt die Mitte der halbkreisförmigen Wellen wieder toren an die jeweiligen Integratoren immer dann (im nahe an den Linienrand heran, wo die stabile NachGegensatz zu der Anordnung von F i g. 1), wenn der zeichnung vor sich gehen kann, wie es oben beschrie-Strahl die nachzuzeichnende Linie überquert. Die ben worden ist.

funktioneile Verknüpfung ist in Fig. 2 durch die 65 Die oben in Verbindung mit dem vereinfachten

Verbindung der Photovervielfacherröhre47 mit der Funktionsdiagramm von Fig. 1 beschriebenen und

Komplementkippstufe 48 dargestellt, wobei die in Fig. Ib bis Ii graphisch analysierten Funktionen

Röhre 47 das Zeichen 50 so sieht, wie es durch den werden vorzugsweise durch eine in F i g. 3 darge-

stellte elektronische Schaltungsanordnung ausgeführt. Hier erzeugt, wie in Fig. 1, die Kathodenstrahlröhre

210 einen gesteuerten Lichtpunkt auf dem Schirm der Röhre, und dieser Punkt wird durch die Linse

211 hindurch auf der Oberfläche des Dokuments 213 abgebildet, das die nachzuzeichnenden und zu erkennenden Zeichen enthält. Ein solches Zeichen ist bei 213 α dargestellt. Das Dokument 213 ist in einer lichtdichten Kammer enthalten und wird nur durch den Lichtpunkt der Kathodenstrahlröhre belichtet. Das von dem Dokument 213 aus in den Photovervielfacher 214 hinreflektierte Licht nimmt also an Intensität ab und zu, während sich der Lichtpunkt in das Zeichen hinein und aus ihm heraus bewegt. Diese Differenz in der Lichtintensität wird im Verstärker 216 verstärkt, dessen Ausgangssignal der Amplitudenbegrenzer 217 so steuert, daß er ein Ausgangssignal mit konstanter Amplitude und feststehender Zeitdauer nur dann erzeugt, wenn das reflektierte Licht von »hell« auf »dunkel« überwechselt. Ein solcher Wechsel bedeutet, daß der Lichtpunkt sich aus einem weißen Hintergrundbereich in den schwarzen Bereich eines Zeichens bewegt hat und wird nachstehend als Auftreffen bezeichnet.

Die Strahlablenkung in der Kathodenstrahlröhre 210 wird in bekannter Weise gesteuert entsprechend den durch die Addierverstärker 208 und 209 erzeugten Spannungen. Diesen Verstärkern werden an den Klemmen 208 a und 209 a Suchpotentiale durch nicht gezeigte Mittel zugeführt, um zunächst den Abtaststrahl nahe an das Zeichen zu bringen, damit das Nachzeichnen der Kurven beginnen kann. Diese Suchpotentiale könnten z. B. durch zwei Sägezahngeneratoren erzeugt werden, deren phasengesteuerte Ausgangssignale eine Rasterabtastung bewirken. Die Potentiale könnten aber auch durch manuell gesteuerte Potentiometer geliefert werden, um den Strahl einzustellen. Da der Suchvorgang nicht in den Rahmen der Erfindung fällt, werden die Addierverstärker 208 und 209 nur gezeigt, um zu lehren, wo und wie die Suchpotentiale eingeführt werden können. Bei der Kurvenfolgeoperation wird angenommen, daß an die Klemmen 208 α und 209 a feststehende Spannungen gelegt werden, und daher sind die Verstärker 208 und 209 lediglich als herkömmliche Leistungsverstärker wirksam.

Die Ausgangsspannung für die Kathodenstrahlbewegung liefert der Oszillator 200, der eine sinusförmige Spannung nahezu konstanter Frequenz erzeugt. Diese Sinusspannung wird um 10° positiv phasenverschoben in dem Phasenschieber 201 und um 100° positiv phasenverschoben durch den Phasenschieber 202. Daher weisen die Ausgangsspannungen der Phasenschieber eine Phasendifferenz von 90° auf und definieren so Sinus- und Kosinuswellen. Daher seien willkürlich der Ausgang des Phasenschiebers 202 als Sinus- und der des Phasenschiebers 201 als Kosinuswelle bezeichnet. Die beiden Phasenverschiebungen mit der Differenz von 90° werden verwendet, um die Schwierigkeit, eine Phasenverschiebung von genau 90° in einem einzigen Schiebevorgang zu erreichen, zu beseitigen.

Die Sinus- und Kosinusspannungen aus den Phasenschiebern 202 bzw. 201 durchlaufen normalerweise die Dämpfungsglieder 203 und 205 ohne Veränderung ihrer Amplitude. Erst wenn diese Dämpfungsglieder ein Steuerpotential von einer monostabilen Kippschaltung 219 empfangen, dämpfen sie die ihnen zugeführten Signale. Die Sinus- und die Kosinuswellen werden in Integratoren 204 bzw. 206 integriert, und es entstehen Wellen von —cos α bzw. +sin α, wie oben erläutert. Weil der Strahl sich im Gegensinn des Uhrzeigers drehen soll (entgegengesetzt zu der Richtung der Strahldrehung in Fig. 1), wird die — cos-a-Welle durch den Inverter 207 umgekehrt zu +cos α. Wenn nun +cos α in den Addierverstärker 208 und +sin α in den Verstärker 209 eingegeben werden, erzeugt die Kathodenstrahlröhre 210 eine kreisförmige Strahlbahn, deren Durchmesser proportional der Amplitude der Grundwelle ist.

Da der Abtaststrahl zunächst nahe an das Zeichen

is 213 a herangebracht worden ist, trifft die kreisförmige Strahlbahn an irgendeinem Punkt ihres Weges den schwarzen Bereich des Zeichens. Das dadurch erzeugte und im Verstärker 216 verstärkte Ausgangssignal des Photovervielfachers 214 veranlaßt den Begrenzer 217 zur Erzeugung eines Ausgangsimpulses, der durch die UND-Schaltung 218 weitergeleitet wird und die monostabile Kippschaltung 219 anstößt. Die Kippschaltung 219 hat die Eigenschaft, daß sie, nachdem sie durch einen Impuls

as erregt worden ist, einen Ausgangsimpuls von feststehender Dauer und Amplitude erzeugt, der vom Erregerimpuls unabhängig ist. Die Kippschaltung219 ist so ausgelegt, daß ihr Ausgangsimpuls während 180° der Strahlzeit bestehenbleibt. Für die Dauer des Ausgangsimpulses der Kippschaltung 219 werden die Dämpfungsglieder 203 und 205 so gesteuert, daß sie die ihnen zugeführten Sinus- bzw. Kosinusspannungen dämpfen. Bei diesen Dämpfungsgliedern handelt es sich praktisch um Verstärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor, deren Verstärkungsfaktoren durch das Vorliegen oder Fehlen des durch den Ausgangsimpuls der monostabilen Kippschaltung 219 eingestellten Potentials auf zwei verschiedene Werte eingestellt werden. Wenn die Dämpfungsglieder 203 und 205 durch die Kippschaltung 219 erregt werden, bewirken sie den kleinen halbkreisförmigen Abtastvorgang, der bereits beschrieben wurde. Mit dem Ende des Ausgangsimpulses der Kippschaltung 219 kehren die Dämpfungsglieder in ihren Anfangszustand zurück und bewirken die große kreisförmige Abtastung, bis das nächste Auftreffen erfolgt.

Normalerweise hat der kleine halbkreisförmige Abtastvorgang im Zusammenwirken mit der Linse 211 eine solche Größe, daß der kleine Halbkreis vollständig innerhalb des schwarzen Bereichs einer Zeichenlinie nachgezeichnet wird. Infolge von Unvollkommenheiten in der Druckgüte und der Liniendicke kann es jedoch vorkommen, daß der kleine Abtasthalbkreis aus einer Zeichenlinie heraus- und wieder in sie eintritt. Daher wird als Sicherheitsmaßnahme durch das Ende des Ausgangsimpulses der monostabilen Kippschaltung 219 die monostabile Kippschaltung 221 angestoßen, dessen Ausgangssignal über den Inverter 222 die Vorbereitungsspannung von der UND-Schaltung 218 abtrennt, um zu verhindern, daß durch einen falschen Impuls aus dem Begrenzer 217 die Kippschaltung 219 vorzeitig wieder angestoßen wird. Die Dauer des Im-

pulses der monostabilen Kippschaltung 221 (30° bezüglich der Strahlzeit) stellt sicher, daß der Strahl aus der Linie austritt und seine große kreisförmige Abtastbahn wieder aufnimmt, ohne daß die Gefahr

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besteht, daß die Kippschaltung 219 erneut angestoßen wird.

Die zusätzliche Klemme 218 a der UND-Schaltung 218 empfängt normalerweise während des Kurvenfolgevorgangs eine Spannung, damit das Tor die Impulse aus dem Begrenzer 217 durchlassen kann. Wenn an dieser Klemme keine Spannung auftritt, werden die · Impulse des Begrenzers blockiert, und die Kurvenfolgeoperation kann nicht weitergehen, da der Strahl dann seine große kreisförmige Bahn beibehält. Diese Klemme 218 α gewährleistet eine effektive Strahlabdunkelung, die durch Gittersteuerung an der Kathodenstrahlröhre nicht zu erreichen wäre. Bei Verwendung einer Gittersteuerung könnte die Photovervielfacherröhre 214 nicht ein regelrechtes Auftreffen von der konventionellen Dunkelsteuerung des Kathodenstrahls unterscheiden. Die Klemme 218 a dient dem weiteren Zweck, jederzeit einen gesteuerten Strom des Kurvenfolgevorgangs zu liefern. Durch Abschalten der an dieser Klemme ao liegenden Spannung werden die Integratoren ununterbrochen mit sin α und cos χ voller Amplitude gespeist und sammeln daher keine zusätzliche Ladung an. Der Strahl verweilt daher bei der kreisförmigen Zitterbewegung des größeren Kreises. Die Arretierwirkung über die Klemme 218 α ist dann nützlich, wenn der Strahl von Zeichen zu Zeichen bewegt werden soll, um vorzeitige, falsche Kurvenfolgeversuche zu verhindern, während der Strahl durch ein Zeichen hindurch zum nächsten wandert.

Da der Kurvenfolgeregler in erster Linie konstruiert ist, um zeitlich veränderliche Spannungen zur Analyse durch Erkennungsschaltungen zu liefern, deren Zweck es ist, das nachgezeichnete Zeichen zu identifizieren, sind die Filter 246 und 247 vorgesehen.

Diese Filter empfangen die durch die Integratoren 206 und 204 (über den Inverter 207) erzeugten Spannungen und sind so abgestimmt, daß sie nur deren langsam sich verändernden Komponenten durchlassen. Daher liefern die Klemmen 246 a und 247 a Spannungen, die die X- und Y-Strahlverschiebungen als Funktion der Zeit darstellen und erzeugen tatsächlich, wenn sie an ein Oszilloskop angeschlossen werden, eine Anzeige, die das nachgezeichnete Zeichen wiedergibt. Diese zeitlich veränderlichen X- und Y-Spannungen werden analsiert, um die Erkennung zu erreichen.

Wie schon erwähnt, ist die Auflösung der Abtastkreise proportional der Größe des Zeichens. In den Schaltungen von F i g. 3 ist schematisch eine Steuerschaltung 250 für die Größe der Abtastkreise dargestellt, die den Oszillator 200 steuert. Die Arbeitsweise dieser Schaltung ist folgendermaßen: Der Kurvenfolgeregler führt zunächst eine erste Wanderung um das Zeichen herum aus, und während dieser Zeit werden die maximalen Spannungsausschläge an der Klemme 247 a als +V_ymax und — V_ymax gespeichert. Die Differenz dieser Spannungen ist ein Maß für die Zeichenhöhe. Da große Zeichen eine geringere Auflösung erfordern, erzeugt eine große Differenz zwischen den beiden Maximalspannungen einen Anstieg der Amplitude der Ausgangsspannung des Oszillators 200 und eine kleine Differenz eine kleinere Amplitude dieser Spannung. Diese Amplitudeneinstellung des Oszillators 200 erfolgt am Ende der ersten Wanderung um das Zeichen herum und ist für alle nachfolgenden Wanderungen maßgebend.

Obwohl in Fig.3 keine der vollautomatischen Steuerungen für die Reihenfolgesteuerung der Operationen, die für ein vollautomatisches Seitenlesegerät nötig sind, dargestellt sind, dürfte es klar sein, daß neben der Möglichkeit, den Strahl durch das Anlegen geeigneter Spannungen an die Klemmen 208 a und 209 a grob zu bewegen und durch das Ausgangssignal der Begrenzerschaltung 217 einen Übergang von einem weißen zu einem schwarzen Bereich festzustellen, der Strahl der Kathodenstrahlröhre auf jede Stelle des Schirms durch herkömmliche Rasterabtastschaltungen eingestellt werden kann und daß während dieses Abtastvorganges das erste Auftreffen auf einen schwarzen Bereich festgestellt werden kann, um so die Suche zu beenden und den Kurvenfolgevorgang einzuleiten. Da das integrierte Ausgangssignal der Integratoren, wenn diese als Eingangssignale Sinus- und Kosinusspannungen konstanter Amplitude empfangen, stets über eine beliebige ganze Zahl von Zyklen hinweg gleich Null ist, sind auch die X- und Γ-Strahlverschiebungen durch die Integratorausgangssignale gleich Null, wenn der Strahl einzig und allein durch die über die Klemmen 208 α und 209 a den Addierverstärkern zugeführte Suchpotentiale bewegt wird. Wenn daher der Kurvenfolgevorgang mit X und Y (aus den Integratoren) gleich Null beginnt, so bedeutet dies, daß der Strahl einmal ganz um das Zeichen herumgewandert ist, wenn diese Verschiebungen wieder den Wert Null erreichen. Mit den gezeigten Schaltungen werden also die Grundsignale erzeugt und Steuerungen ausgeübt, die es ermöglichen, die Anordnung bis zur vollautomatischen Steuerung zu erweitern. Da die Erfindung nur auf die neuartige Servosteuerung des Abtaststrahls und zur Erzeugung veränderlicher Spannungen zur Darstellung der Zeichenform beschränkt ist, ist die Erweiterung dieser Schaltungen für automatische Steuerungen absichtlich weggelassen worden, um die Einfachheit der Servoschaltungen nicht zu komplizieren.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur optischen Abtastung von Zeichen mittels einer Kathodenstrahlröhre, bei der der Lichtpunkt des Kathodenstrahls den Linienzügen des Zeichens mit einer durch Sinus- und Kosinusgeneratoren gesteuerten Suchkreisbewegung nachgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Sinus- und Kosinusgeneratoren (15, 16) jeweils über einen Schalter (21a, 21 b) entweder direkt oder über ein Dämpfungsglied (22,23) mit einem zugeordneten Integrator (17,18) verbunden sind, deren Ausgangsspannungen an die X- und F-Ablenkeinrichtung der Kathodenstrahlröhre (10) angeschlossen sind und daß eine lichtelektrische Vorrichtung (13) in Abhängigkeit von dem bei der Abtastung der Zeichen reflektierten Licht eine Kippschaltung (19) zur Betätigung der Schalter (21a, 21 δ) steuert.

2. Vorrichtung zur optischen Abtastung von Zeichen mittels einer Kathodenstrahlröhre, bei der der Lichtpunkt des Kathodenstrahls den Linienzügen des Zeichens mit einer durch Sinus- und Kosinusgeneratoren gesteuerten Suchkreisbewegung nachgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Generatoren für eine positive und

negative Sinusspannung (40, 41) sowie für eine positive und negative Kosinusspannung (42, 43) vorgesehen und Schalter (46 a, 46 b) angeordnet sind, die entweder die positiven oder die negativen Sinus- und Kosinusspannungen über je einen zugeordneten Integrator (44,45) an die X- und y-Ablenkeinrichtung der Kathodenstrahlröhre (51) anlegen und daß eine lichtelektrische Vorrichtung (47) in Abhängigkeit von dem bei der Abtastung der Zeichen reflektierten Licht eine Kippschaltung (48) zur Betätigung der Schalter (46 a, 46 b) steuert.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oszillator (200) die Sinus- und Kosinusspannungen mittels Phasenschieber (201, 202) erzeugt.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinus- und Kosinusspannung je über ein Dämpfungs

glied (203,205) geführt sind, deren Dämpfung unter Wirkung der von der lichtelektrischen Vorrichtung (214) gesteuerten monostabilen Kippschaltung (219) ein- und ausgeschaltet wird, wobei die von der monostabilen Kippschaltung gelieferten Impulse eine Impulsdauer einer halben Periode der Sinus- bzw. Kosinusspannung besitzen.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannungen der Integratoren (204,206) Filtern (246,247) zugeführt sind, die Spannungen zur Auswertung in Erkennungsschaltungen liefern.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 312 707;
Computers and Automation, August 1962, S. 17 bis 19.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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