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Anordnung zur optischen Abtastung von Hell-Dunkel-Markierungen Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur optischen Abtastung von Hell-Dunkel-Markierungen,
bei der ein die Markierungen tragender und ein keine Markierungen tragender Bereich
des Aufzeichnungsträgers von einer gemeinsamen Lichtquelle angestrahlt und über
ein gemeinsames optisches Abbildungssystem sowie ein den Strahlengang zerhackendes,
vorzugsweise rotierendes Blendensystem auf den beiden Bereichen getrennt zugeordnete
lichtelektrische Wandler abgebildet werden.
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Solche Anordnungen sind an sich bereits bekannt und beispielsweise
in der deutschen Auslegeschrift Nr. 1134 541 beschrieben. Dort ist ein einziges
Photoelement vorgesehen, das durch zwei Blenden wechselweise von dem durch den Aufzeichnungsträger
hindurchgetretenen Lichtstrahl einer ersten Lichtquelle und von einem Referenzlichtstrahl
beeinflußt wird. Der Referenzlichtstrahl wird aus einer zweiten Lichtquelle gespeist
oder über Spiegel von der ersten Lichtquelle abgeleitet. Der gewünschte Grauwert
wird mit Hilfe von geeigneten in den Strahlgang gebrachten Filtern erzeugt. Diese
Anordnung hat den Nachteil, daß bei ungünstigen Abtastverhältnissen keine weitgehende
Unabhängigkeit und Sicherheit gegenüber Schwankungen der Reflexion bzw. Transparenz
des Aufzeichnungsträgers und des Schwarzwertes der Aufzeichnung erzielt wird.
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Es ist ferner bekannt, eine Vergleichsgröße einstellbar fest vorzugeben,
die nicht aus der Abtastung des Oberflächenbereichs des Aufzeichnungsträgers, sondern
nach den empirischen Angaben einer Tabelle für jeden Typ von Markierungsträgern
gesondert von Hand eingestellt wird. Etwaige Helligkeitsschwankungen innerhalb des
optischen Systems oder auf dem Markierungsträger werden dabei nicht erfaßt. Bei
einer anderen bekannten Anordnung werden ohne Berücksichtigung der Grundhelligkeit
lediglich die unterschiedlichen Helligkeitswerte der Markierungen einer bestimmten
digitalen Größe zugeordnet. Es wird hierzu ein Analog-Digital-Wandler mit je einer
jedem Digitalwert zugeordneten Ansprechschwelle verwendet.
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Bei dieser Anordnung kann die sich ändernde Grundhelligkeit ebenfalls
einen Fehler im Auswertergebnis bewirken.
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Die Erfindung bezweckt, eine Anordnung der eingangs genannten Art
mit Hilfe nur geringen Aufwandes so weit zu verbessern, daß örtliche Schwankungen
der Grundhelligkeit des Markierungsträgers mit Sicherheit bei der Auswertung erfaßt
werden. Die ; Erfindung will ferner eine Schaltungsanordnung schaffen, die weitgehend
unabhängig von eventuellen Alterungserscheinungen in den verwendeten lichtelektrischen
Elementen arbeitet.
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Zur Lösung dieser Aufgabenstellung sieht die Erfindung bei einer Anordnung
der eingangs genannten Art vor, daß aus dem keine Markierungen tragenden Bereich
ein Referenzsignal abgeleitet wird, das zwischen dem aus der Hell- und dem aus der
Dunkel-Information der Markierungen gewonnenen Signal liegt (Grauton), daß ferner
das Blendensystem so ausgebildet ist, daß es aus dem Grauton einerseits und den
Markierungssignalen andererseits um 180° in der Phase verschobene Wechselspannungssignale
erzeugt, und daß zur Auswertung das aus dem zugeordneten lichtelektrischen Wandler
abgeleitete Markierungssignal und das aus dem Grauton abgeleitete Referenzsignal
einem Additionskreis zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung, je nachdem ob eine
Dunkel- oder eine Hell-Markierung abgetastet wurde, in Phase oder in Gegenphase
zum Referenzsignal liegt.
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Die erfindungsgemäßen Merkmale ermöglichen eine solche Abtastung und
Auswertung von Hell-Dunkel-Markierungen selbst noch bei sehr unterschiedlicher Beleuchtungsstärke
der Lichtquelle und bei unterschiedlichem Remissionsvermögen bzw. bei unterschiedlicher
Transparenz des Markierungsträgers. In einem Druckverfahren auf dem Markierungsträger
aufgebrachte Markierungen können selbst dann noch erfaßt werden, wenn sie sich in
ihrem Helligkeitswert gerade noch von der örtlichen Grundhelligkeit unterscheiden.
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Bei einer Anordnung, die zum Abtasten von Aufzeichnungsträgern geeignet
ist, die mehrere parallel abgetastete Markierungsspuren enthalten, sieht die Erfindung
gemäß weiterer Ausbildung vor, daß jeder Markierungsspur und dem Referenzbereich
je ein lichtelektrischer Wandler zugeordnet ist, und daß das Blendensystem abwechselnd
einerseits alle den Markierungsspuren zugeordneten Wandler zugleich und
andererseits
den dem Referenzbereich zugeordneten Wandler abdeckt. Damit wird eine gleichzeitige
Auswertung sämtlicher abzutastender Markierungsspuren ermöglicht.
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Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung kann das Referenzsignal aus
der Auswertung einer markierungsfreien (d. h. hellen) Spur von dem Aufzeichnungsträger
gewonnen werden, indem nachfolgend der Strahl optisch mittels Filter oder das aus
dem Strahl gewonnene elektrische Signal gedämpft wird. i Diese Maßnahme dient dazu,
den Pegel des Referenzbereichs in einem vorgesehenen geringen Abstand auf dem Pegel
der Dunkel-Markierungen halten zu können. Die Auslegung der Signalverstärker wird
damit vereinfacht.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels
mit Hilfe der F i g: 1 bis 3 näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt das optische Abtastsystem, F i g. 2 die elektronische
Auswertung und F i g. 3 eine Reihe von Spannungs-Zeitdiagrammen.
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Das optische Abtastsystem, das in F i g. 1 dargestellt ist, besteht
aus einer Lichtquelle 1, einem Kondensorlinsensystem 2 und aus einem optischen Abbildungssystem,
das das von einem Aufzeichnungsträger 3 reflektierte Licht der Lichtquelle 1 auf
lichtelektrische Wandler führt.
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Der Aufzeichnungsträger wird als nichttransparent angenommen, so daß
sich die Lichtquelle und das ; Abbildungssystem beide in der Figur vor dem Aufzeichnungsträger
befinden. Bei einem transparenten Aufzeichnungsträger würde sich die Lichtquelle
sinngemäß hinter dem Aufzeichnungsträger 3 befinden.
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Der gezeigte Aufzeichnungsträger weist zwei Aufzeichnungsspuren auf,
es läßt sich jedoch im Bedarfsfall eine beliebige Anzahl von Spuren anwenden. Die
Markierungen sind als Hell-Dunkel-Markierungen beispielsweise durch photographische
Schwärzung eines Filmmaterials aufgebracht oder durch Aufdruck auf das Trägermaterial
entstanden. Auch ein gelochter Aufzeichnungsträger kann, über eine kontrastierende
Hinterlegung geführt, Hell-Dunkel-Markierungen liefern. Es wird nur zwischen zwei
möglichen Markierungsarten für jede Markierungsstelle unterschieden, zwischen hell
und dunkel.
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Der Aufzeichnungsträger kann die Form einer Karte oder eines Streifens
haben, er wird entweder kontinuierlich an der Abtastposition vorbeigeschoben oder
nach dem Start-Stop-Prinzip schrittweise bewegt. Für die nachfolgende Erläuterung
kann ein feststehender Aufzeichnungsträger angenommen werden, da es hierbei nicht
auf die Aufeinanderfolge in der Abtastung mehrerer Markierungsstellen, sondern auf
die Erkennung einer einzelnen Markierung ankommt.
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Neben den beiden Markierungsspuren für die Information ist eine Spur
vorgesehen, die keine Information enthält, sondern eine durchgehende vorzugsweise
graue Färbung aufweist. Die Graufärbung ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
so gewählt, daß sie zwischen dem »Hell« der Bedeutung »keine Markierung« und dem
»Dunkel« der Bedeutung »Markierung« liegt. In der dargestellten Abtastposition liegt
in der oberen Spur keine Markierung, in der unteren Spur dagegen eine Markierung
vor.
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Das von der Lichtquelle 1 kommende Licht wird nach der Reflexion an
der Abtaststelle des Aufzeichnungsträgers von- einem optisch konvergierenden System
(Linse 4) gesammelt,. so daß in der Bildebene in umgekehrter Reihenfolge von oben
nach unten zuerst die Grauspur und dann die beiden Markierungsspuren auf den zugeordneten
der drei lichtelektrischen Wandler (Photozellen, Photowiderstände, Photodioden)
5, 6 und 7 abgebildet werden.
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Zwischen der Sammellinse 4 und den Wandlern liegt vor den Wandlern
ein Blendensystem 8, das beispielsweise als rotierende Scheibe ausgebildet ist,
die an einigen Stellen lichtdurchlässig ist. Die lichtdurchlässigen Stellen sind
so gewählt, daß immer abwechselnd einerseits die den Markierungsspuren zugeordneten
Wandler 6 und 7 gleichzeitig und andererseits der dem Graustreifen zugeordnete Wandler
5 abgedeckt sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel steht die Scheibe gerade
in einer Position, in der nur der Graustreifen auf den Wandler 5 einwirken kann,
während in einer anderen Stellung die beiden Wandler 6 und 7 beleuchtet werden.
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Die Ausgänge 9, 10 und 11 der lichtelektrischen Wandler 5, 6 und 7
werden einer Auswerteeinrichtung zugeführt, die in der F i g. 2 gezeigt ist. Die
in den Wandlern erzeugten Signale sind Wechselsignale einer Frequenz, die durch
die Umdrehungsgeschwindigkeit der Scheibe 8 bestimmt ist. Sie werden je in einem
Verstärker 12, 13 und 14 verstärkt und ergeben dann Signale, wie sie in der
F i g. 3 in den Diagrammen a, b bzw. h dargestellt sind. Die Diagramme
nach F i g. 3 stellen einen zeitlichen Ausschnitt aus der Abtastphase einer Markierungsstelle
dar und enthalten nicht die für die Erläuterung unwesentlichen Einschwingvorgänge
zu Beginn dieser Abtastphase.
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Zur Erläuterung der Auswerteschaltung wird zuerst gezeigt, wie das
Hell-Signal, das auf dem Aufzeichnungsträger 3 in der obersten Spur in der Abtastposition
liegt und im Wandler 11 in ein elektrisches Signal umgesetzt wird, als Hell-Signal
erkannt wird. Dieses Signal wird zunächst verstärkt; die Ausgangsspannung des Verstärkers
14 ist als Spannungsdiagramm a in F i g. 3 gezeigt. Mit einer Phasenverschiebung
von 180° ist in dem dem Graustreifen zugeordneten Wandler 5 ein Signal entstanden,
dessen Amplitude geringer als die von der Hell-Markierung stammende ist. Das Grau-Signal
nach Verstärkung im Verstärker 12 zeigt Spannungsdiagramm b.
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Den Verstärkern 14 bzw. 12 sind je die Serienschaltung eines Widerstandes
15 bzw. 16 und eines Kondensators 17 bzw. 18 nachgeschaltet. Die freien Pole der
Kondensatoren des dem Referenz-Graustreifen zugeordneten Verstärkungskanals und
des der Markierungsspur zugeordneten Kanals sind zusammengeführt, so daß eine Addition
der Verstärker-Ausgangsspannungen erzielt wird, deren Ergebnis in F i g. 3 im Diagramm
c gezeigt ist. Die Addition hat ein Wechselsignal der vorgegebenen Frequenz ergeben,
dessen Phasenlage gleich der des der Hell-Markierung zugeordneten Kanals ist.
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Die Amplitude dieses Wechselsignals ist gleich der Differenz der ursprünglichen
Amplituden und wird in einem nachfolgenden Verstärker 19 verstärkt. Dieser Verstärker
ist als Schaltverstärker ausgebildet und erzeugt nur Ausgangsspannungen einer festen
Amplitudengröße. Nur wenn die Eingangsspannung kleiner als Null ist, erscheint am
Ausgang ein positives Potential, im übrigen Nullpotential. Die Ausgangsspannung
dieses Verstärkers ist in Diagramm d gezeigt.
Ein gleichartiger
Verstärker 20 wandelt die Ausgangsspannung des Referenz-Kanalverstärkers 12 (Diagramm
b) ebenfalls in eine Rechteckspannung mit Einheitsamplitude um, so daß am Ausgang
dieses Verstärkers eine Impulsfolge gemäß Spannungsdiagramm e erscheint.
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Die Ausgangsspannungen der Verstärker 19 unn 20 (Diagramm d und e)
werden daraufhin einet ODER-Schaltung zugeführt, die aus Dioden 21 und 22 und einem
Widerstand 23 besteht, der einseitig auf negativem Potential liegt. Der Ausgang
dieser ODER-Schaltung ist im Diagramm f dargestellt, er weist -eine Gleichspannung
einer Einheitsamplitude auf, da die Spannungen der Diagramme d und e gegenphasig
verlaufen.
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Die Gegenphasigkeit ist ein Kriterium für die Hell-Markierung. Der
ODER-Schaltung nachgeordnet ist noch ein Integrierglied, bestehend aus einem Widerstand
24 und einem Kondensator 25, das erst nach einer Einschwingzeit einen Spannungssprung
auf einen nachgeordneten Verstärker oder Impulsformer 26 weitergibt. Die Ausgangsspannung
dieses Impulsformers zeigt Diagramm g. Sie stellt das Ausgangssignal der Schaltung
für diesen Kanal dar.
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Da der zweite Markierungskanal gleich dem beschriebenen ersten aufgebaut
ist, erübrigt es sich, die Schaltung nochmals zu beschreiben. Die Schaltelemente
dieses Kanals sind mit denselben Bezeichnungen wie die des ersten Kanals, jedoch
mit zusätzlich nachgestelltem Buchstaben a versehen. Die Ausgangsspannung des ersten
Verstärkers 13 dieses Kanals bei Abtastung einer Dunkel-Markierung zeigt Spannungsdiagramm
h, die der Additionsschaltung Diagramm i; die Ausgangsspannung des Schaltverstärkers
19 a zeigt Diagramm k, die der ODER-Schaltung Diagramm l und die Ausgangsspannung
des ganzen Kanals Diagramm m.
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Die Auswerteschaltung besteht also aus einer Additionsschaltung, deren
Ausgang je nach der abgetasteten Markierung in Phase oder in Gegenphase zu einer
Referenzspannung (Diagramm b) liegt. Ein Phasenvergleich führt daran anschließend
zu dem gewünschten Auswerteergebnis.
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Es kann auf die Anordnung des Graustreifens auf dem Aufzeichnungsträger
verzichtet werden, wenn das Referenzsignal aus einem nicht markierten Bereich des
Aufzeichnungsträgers gewonnen wird und entweder dieser markierungsfreie Streifen
über ein geeignetes optisches Dämpfungsfilter abgetastet oder der Verstärkergrad
des Verstärkers 12 so von Hand eingestellt wird, daß die gewünschte Amplitude des
Diagramms b aus dem markierungsfreien Streifen abgeleitet werden kann. Zum Zwecke
der Amplitudendämpfung kann auch vor oder hinter dem Verstärker 12 ein spezielles
Dämpfungsglied vorgesehen werden.