DE1524385B2 - Zeichenabtaster - Google Patents

Description

solche mit PN-Übergang, so bringt die Gegeneinanderschaltung einen weiteren, in der Herstellung liegenden Vorteil mit sich. An Stelle einer externen Verdrahtung individueller Elemente, läßt sich dann nämlich die Serienschaltung in integrierter Form bei entsprechender Anbringung isolierender Zonen in den beiden die PN-Übergänge bildenden Schichten erzeugen.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung an Hand der in F i g. 1 bis 7 gezeigten verschiedenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform eines photoleitenden Wandlerelementes, bei dem eine Anzahl photoleitender Körper einstückig zusammengesetzt sind. Bei dieser Ausführungsform ist eine P-leitende Schicht auf einer Oberfläche eines stangenförmigen N-leitenden Halbleitermaterials aufgebracht. Die P-Schicht ist durch Isolierschichten 5 in eine Anzahl Teilkörper getrennt, und die N-Halbleiterschicht ist ebenfalls in eine Anzahl Teilkörper unterteilt, und zwar durch Isolierschichten S", welche zwischen den aneinanderliegenden Isolierschichten S der P-Halbleiterschicht liegen. Demgemäß besteht dieses Wandlerelement aus einer Anzahl geteilter photoleitender Körper, die durch die P-Schichten und die N-Schichten selbst in Serie geschaltet sind. Dabei sind die in Durchlaßrichtung vorgespannten PN-Übergänge abwechselnd angeordnet. Da der Widerstand eines in Durchlaßrichtung vorgespannten PN-Übergangs auf einem sehr kleinen Wert gehalten ist, arbeiten derartige Übergänge als elektrische Leiter. Eine Spannungsquelle läßt sich entweder an die Leitung Wi oder an die Leitung Wi anschließen, wobei auch eine Wechselspannungsquelle verwendet werden kann.

F i g. 2a und 2b zeigen eine weitere Ausführungsform eines photoleitenden Elements, bei der eine Anzahl photoleitender Körper Di, Di, Eh... mittels eines geeigneten Leitermaterials A, etwa Metallot oder Silberpaste, zu einer zusammenhängenden Anordnung miteinander verbunden sind. Jeder Körper Di, Di, Di... umfaßt ein Stück eines N-leitenden Halbleitermaterials, auf dessen beide Oberflächen eine P-leitende Schicht in einer Dicke von einigen Mikron aufgetragen ist, um einen PN-Übergang zu schaffen. Die P-Schicht jedes Körpers ist in Längsrichtung des Elements in zwei Bereiche unterteilt, wobei sich eine Isolierschicht 5 in Querrichtung erstreckt. Die einzelnen Körper Di, Di, Di... lassen sich durch Zerschneiden eines langen, dünnen Stabes gemäß F i g. 2c herstellen. Ein derartiger Stab wird in der Weise hergestellt, daß eine P-leitende Schicht auf allen Oberflächen eines langen und dünnen, N-leitenden Siliziumstabes aufgebracht wird.

F i g. 3a bis 3d zeigen einige Ausführungsformen eines Zeichenabtasters mit einer Anzahl photoleitender Wandlerelemente, die gemäß den F i g. 1 oder 2 aufgebaut sind. Bei der in F i g. 3a dargestellten Ausführungsform ist eine Anzahl photoleitender Wandlerelemente derart angeordnet, daß sie eine flache, lichtempfindliche Tafel bilden. Die betreffenden Elemente sind durch die Leitungen IVi 1 bis Wu und Wn bis Wn parallel geschaltet. Wird beispielsweise ein Zeichen / auf die Elemente nach F i g. 3a derart projiziert, daß es in einer vertikalen Richtung die Elemente kreuzt, so läßt sich die Anwesenheit dieses Zeichens feststellen.

F i g. 3b und 3c zeigen weitere Ausführungsformen, bei denen verschiedene Zusammenschaltungen mit der Anordnung nach F i g. 3a verwendet sind. Der schraffierte Teil jedes Körpers D entspricht einer N-leitenden Schicht, der weiße Teil einer P-leitenden Schicht.

Gemäß F i g. 3b ist jedes Element einer horizontalen Zeile aus einer Anzahl photoleitender Körper zusammengesetzt, die durch Leitungen Wi miteinander verbunden sind, so daß diese Körper abwechselnd in Durchlaßrichtung und in Sperrichtung vorgespannt sind. Jede zweite Leitung Wi einer Zeile ist ferner über eine Leitung VV4 mit der entsprechenden Leitung Wi der nächsten Zeile verbunden. Die Körper Di 1, D21..., D61 oder Di 7, Dn ..., Döt, die an den beiden Enden oder einzelnen Zeilen liegen, sind parallel über Leitungen Ww, Wi2...und VKn bzw. Wn, Wn..., Wn mit einem gemeinsamen Leiter Wi bzw. Wi verbunden. Die Entfernung zwischen den einzelnen Körpern ist zur besseren Erläuterung der Anordnung der Körper in der Figur sehr groß dargestellt. Tatsächlich sind die Körper in passender Entfernung so angeordnet, wie es den abzutastenden Zeichen entspricht.

Der Zeichenabtaster nach F i g. 3b kann die Anwesenheit von Zeichen feststellen, deren Breite größer ist als der Abstand zwischen zwei in horizontaler Richtung nebeneinanderliegenden photoleitenden Körpern D. Hat das Zeichen eine geringere Breite als dieser Abstand, so ist der Nachweis eines derartigen Zeichens nur dann möglich, wenn es auf einen der in Sperrichtung vorgespannten Körper projiziert wird. Da die in Durchlaßrichtung vorgespannten Körper immer einen niedrigeren Widerstand haben, selbst wenn sie nicht beleuchtet sind, ist es nicht möglich, ein Zeichen nachzuweisen, wenn dieses zufällig auf einen der in Durchlaßrichtung vorgespannten Körper fällt. Die Vorrichtung nach F i g. 3b ermöglicht daher den Nachweis von Zeichen einer Breite, die größer ist als der Abstand zweier in horizontaler Richtung aneinandergrenzender und in vertikaler Richtung sich erstreckender photoleitender Körper. Die Vorrichtung kann ferner ein Zeichen auf Diagonallinien feststellen, wenn dieses sich über sämtliche horizontalen Zeilen der photoleitenden Körper erstreckt und wenigstens zwei Körper in den betreffenden Zeilen überdeckt. Die Polarität der Vorspannung und die Lage des Bildes in horizontaler Richtung hat keinen Einfluß auf den Nachweis eines derartigen Zeichens.

F i g. 3c zeigt eine weitere Anordnung mehrerer zusammengeschalteter photoleitender Körper. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die auf Diagonalen liegenden Körper durch Leitungen Wi in Serie geschaltet. Wie in F i g. 3b sind die Körper abwechselnd in Durchlaßrichtung und in Sperrichtung vorgespannt. Daher ist es auch bei dieser Ausführungsform möglich, Zeichen nachzuweisen, die sich in vertikaler Richtung erstrekken, solange sie eine Breite haben, die größer ist als der Abstand zwischen zwei in horizontaler Richtung aneinandergrenzenden Körpern. Der Nachweis von Zeichen, die sich in Diagonalrichtung erstrecken, ist jedoch auf den Fall begrenzt, daß das Zeichen wenigstens drei Körper bedeckt. Der Grund hierfür liegt darin, daß bei Zeichen, deren Breite geringer ist als der Abstand zwischen drei aneinandergrenzenden Körpern in der horizontalen Richtung, die Möglichkeit besteht, daß das Zeichen lediglich in Durchlaßrichtung vorgespannte Körper bedeckt, die durch dieselben Leitungen Wi verbunden sind.

F i g. 3d zeigt eine weitere Anordnung von photoleitenden Körpern, bei der die Körper durch Leitungen Wi in jeder zweiten Linie in schräger Richtung verbunden sind. In diesem Fall muß ein Zeichen, um nachweisbar zu sein, eine solche Breite haben, daß es zwei Körper in horizontaler Richtung und drei Körper in schrä-

ger Richtung bedeckt.

F i g. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Zeichenlesevorrichtung, bei der photoelektrische Wandlerelemente nach F i g. 1 verwendet sind. Die Funktion einer derartigen Anordnung ist ähnlich wie die der Ausführungsform nach F i g. 3a.

F i g. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung, bei der die Schaltung der F i g. 3b in integrierter Form zusammengefaßt ist. Dabei ist eine flache N-leitende Halbleiterscheibe vorgesehen, auf der eine P-leitende Schicht gebildet ist. Die P-Schicht ist in zahlreiche Teilbereiche unterteilt, und zwar durch Isolierschichten S, die sich in vertikalen und horizontalen Richtungen erstrecken, wie in der Figur dargestellt ist. Andererseits ist die N-Schicht ebenfalls in zahlreiche Teilbereiche unterteilt, und zwar durch die Isolierschichten S", die abwechselnd mit den Isolierschichten S angeordnet sind und sich ebenfalls in vertikalen und horizontalen Richtungen erstrecken. Die Isolierschichten 5 und S können so hergestellt werden, daß sie sich in schräger Richtung erstrecken. Bei F i g. 5 sind die Elektroden zur Zuführung einer Vorspannung mit CEh und CDt bezeichnet. Zwischen diesen Elektroden CDi und CDi ist eine Reihe von Strompfaden vorhanden. Ein Schnitt durch einen einzelnen solchen Strompfad ist in F i g. 1 gezeigt. Demgemäß sind abwechselnd in Durchlaßrichtung und in Sperrichtung vorgespannte PN-Übergängei hintereinandergeschaltet. Die in den F i g. 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen lassen sich mit beliebiger Polarität der Vorspannung oder auch mit Wechselspannung betreiben.

F i g. 6 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform eines Zeichenabtasters nach F i g. 2, wobei eine Anzahl von Körpern D aus N-leitendem Halbleitermaterial vorgesehen sind, die jeweils mit einer P-leitenden Schicht versehen sind. Die P-leitende Schicht jedes Teiles D ist durch Isolierschichten S in vier Teile geteilt, die sich auf beiden Seiten des Körpers in diagonalen Richtungen erstrecken, und jedes Teil ist mit den angrenzenden Teilen durch elektrisch leitende Verbindungsmaterialien A verbunden, so daß eine optische Zeichenabtastebene entsteht.

F i g. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Zeichenabtasters, bei dem acht photoleitende Körper in zwei parallelen Zonen Zi und Zi angeordnet sind. Die vier Körper in der Zone Zi sind entgegengesetzt zu den vier änderen Körpern in der Zone Zi vorgespannt. Wird nun eine positive Vorspannung angelegt, so sind sämtliche Körper in der Zone Zi in Sperrichtung vorgespannte, die Körper in der Zone Zi dagegen in Durchlaßrichtung. Beim Anlegen einer negativen Vorspannung hingegen sind die Körper in der Zone Zi in Durchlaßrichtung vorgespannt und die Körper in der Zone Zi in Sperrichtung. Da die photoleitenden Körper lediglich dann auf Licht ansprechen, wenn sie in Sperrichtung vorgespannt sind, ist von den Zonen Zi und Zi immer nur jeweils eine aktiv. Demnach ist es bei dem Beispiel nach F i g. 7 möglich, die Zonen durch Ändern der Polarität der Vorspannung auszuwählen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Zeichenabtaster mit einer Fläche, auf die das Bild eines zu erkennenden Zeichens projiziert wird und die in mehrere lichtempfindliche Zonen unterteilt ist, wobei jede Zone ein Elektrodenpaar und ein zwischen den Elektroden eingeschaltetes photoleitendes Wandlerelement umfaßt, dessen Ausgangssignal von dem auftreffenden Zeichenbild abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Wandlerelement aus einer Reihenschaltung mehrerer photoleitender Körper (D) besteht, von denen einige in Sperrichtung und die übrigen in Durchlaßrichtung vorgespannt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der photoleitende Körper (D) mindestens einen PN-Übergang enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mehrere zwischen den Elektroden parallel geschaltete Wandlerelemente, die so angeordnet sind, daß sie eine ein optisches Bildprojizierende Ebene bilden.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen länglichen und schmalen Halbleiterkörper eines ersten Leitfähigkeitstyps (N) mit einer auf seiner Oberfläche aufgebrachten Schicht des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps (P), wobei die Halbleiterkörper und die Schicht in Längsrichtung durch mehrere erste bzw. zweite Isolierschichten (S, S) derart in mehrere Abschnitte unterteilt sind, daß die zweiten Isolierschichten abwechselnd zwischen den ersten Isolierschichten liegen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder photoleitende Körper (D) aus einem Halbleitermaterial eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer auf seiner einen Fläche aufgebrachten Schicht des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps besteht und die photoleitenden Körper über ein elektrisch leitendes Klebematerial (A) aneinander befestigt sind, wobei die Schicht jedes photoleitenden Körpers durch mindestens eine Isolierschicht in mindestens zwei Abschnitte unterteilt ist und so zwischen benachbarten Klebematerialstellen jeweils mindestens einen PN-Übergang bildet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein photoleitender Körper (D) eines Wandlerelements mit mindestens einem photoleitenden Körper des benachbarten Wandlerelements verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch mindestens eine photoleitende Wandlereinrichtung in Form einer flachen Halbleiterplatte eines ersten Leitfähigkeitstyps, die durch mehrere einander kreuzende erste Isolierschichten in mehrere Abschnitte unterteilt und mit einer Schicht des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps versehen ist, die durch mehrere einander kreuzende zweite Isolierschichten ebenfalls in mehrere Abschnitte unterteilt ist, wobei die zweiten Isolierschichten mit den ersten Isolierschichten abwechseln.

Die Erfindung betrifft einen Zeichenabtaster nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem derartigen, aus der USA.-Patentschrift 3160 854 bekannten Zeichenabtaster sind mehrere voneinander isolierte streifenförmige Zonen zueinander parallel geschaltet, die dann, wenn ein Zeichen bzw. ein Teil davon auf sie projiziert wird, jeweils für sich ein Ausgangssignal erzeugen. Die Größe der Ausgangssignale hängt dabei von der durch das Zeichen

ίο abgedeckten Fläche der einzelnen Zonen ab, ohne daß die genaue Lage des Zeichens relativ zu den einzelnen Zonen bestimmbar ist.

Bei den bekannten Zeichenabtastern, zu denen auch der nach der genannten USA.-Patentschrift gehört, besteht ferner grundsätzlich folgendes Problem. Bestehen die lichtempfindlichen Zonen durchgehend aus einem fotoleitenden Material, dessen Lichtempfindlichkeit hoch ist, so ist bei den bisher bekannten Materialien, wie Cadmiumsulfid und Cadmiumselenid, die Ansprechgeschwindigkeit verhältnismäßig gering, wodurch die Abtastgeschwindigkeit auf etwa einige 100 Hz begrenzt wird. Wird andererseits für das Wandlerelement ein photoleitender Körper mit einem PN-Übergang, d. h. also eine Solarzelle, eine Photodiode oder ein Phototransistor, verwendet, so sind zwar hohe Ansprech- und Abtastgeschwindigkeiten erreichbar; dagegen hängt bei solchen Elementen die Empfindlichkeit stark vom Verhältnis Lichtstrom/Dunkelstrom ab, so daß das Auflösungsvermögen bei kontrastarmen Zeichen oft nicht mehr ausreicht.

Aus der deutschen Patentschrift 4 75 612 ist ferner eine Abtastvorrichtung bekannt, bei der das photoleitende Wandlerelement aus einer Reihe von in Serie geschalteten einzelnen lichtempfindlichen Bauelementen besteht. Werden nun für die einzelnen lichtempfindlichen Bauelemente Einrichtungen mit einer Kennlinie verwendet, gemäß der das Nutzsignal (etwa der Dunkelstrom) gegenüber dem nicht gewünschten Signal (etwa dem Lichtstrom) aus allen übrigen Bauelementen dominiert, so wird auf Grund der Serienschaltung ein Wandlerelement erzeugt, bei dem das obenerwähnte generelle Problem des Auflösungsvermögens erheblich verringert ist. Andererseits besteht auch bei der genannten deutschen Patentschrift die Tatsache, daß das aus der Serienschaltung einzelner lichtempfindlicher Bauelemente bestehende Wandlerelement nicht imstande ist, die genaue Lage des abzutastenden Zeichens relativ zu dem Wandlerelement zu lokalisieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zeichenabtaster zu schaffen, bei dem einzelne Abtastbereiche der jeweiligen Wandlerelemente jeweils für sich wirksam gemacht werden können, ohne den gesamten Schaltungsaufwand wesentlich zu erhöhen. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt nach der Lehre des Anspruchs 1.

Die Erfindung ist vor allem zur Abtastung verhältnismäßig kleiner Zeichen, insbesondere Schriftzeichen, von Vorteil. In derartigen Fällen verbietet sich infolge der geringen Dimensionen normalerweise — falls keine aufwendige Optik zur Vergrößerung der Zeichen erforderlich werden soll — die Zerlegung der einzelnen Wandlerelemente in mehrere Teile, deren Serienschaltung wegen des günstigeren Auflösungsvermögens grundsätzlich erwünscht wäre. Der räumliche Nachteil der Aufteilung der einzelnen Wandlerelemente wird jedoch dadurch wettgemacht, daß durch die Gegeneinanderschaltung eine Lokalisierung der Zeichen innerhalb der Wandlerelemente möglich wird.

Handelt es sich bei den photoleitenden Körpern um