DE2308167A1 - Einrichtung und verfahren zum lesen von zeichen - Google Patents

Description

3 HANNOVER, BURCKHARDTSTR. 1 TELEFON (O511) 62 84 73

Optioal Business Maohines, Inc. unserzeichen 248/9

^Dalüm 12. Februar 1973

Einrichtung und Verfahren zum Lesen von Zeichen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zum Lesen von Zeichen auf optisohem Wege, insbesondere Verbesserungen des in solchen Einrichtungen verwendeten optischen Systems.

Bestimmte bekannte Systeme, die auf optischem Wege Zeichen erkennen können, beleuchten eine ganze Zeile oder einen Absobnitt einer Seite und tasten dann jede Zeile Zeichen für Zeichen auf der Seite ab. Die relativ große beleuchtete Fläche erfordert eine Beleuchtungsquelle relativ starker Intensität. Darüber hinaus resultiert die Verwendung einer intensitätsstarken Quelle zur Beleuchtung eines relativ großen Abschnitts der Seite für einen relativ langen Zeitraum in einer übermäßigen Erwärmung der Seite. Ein wirksameis:Weg bestünde darin, lediglich einen Teil eines Zeichens zur Zeit zu beleuchten, um dadurch die maximale Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Lichtes zu erreichen.

SL/DrK/Ho .../2

309837/0796

ORIGINAL INör-cClED

2308157

Bekannte Einriebtungen zur Zeichenerkennung unter Verwendung aufeinanderfolgender Belichtung einzelner Zeichen oder Zeichenabschnitte verwenden getrennte optische Beleuchtungs- und Lesestrecken. Von beiden Strecken müssen die Textzeieben gleichzeitig in synchroner Weise abgetastet werden, so daß dasselbe Zeichen zur gleichen Zeit beleuchtet und gelesen wird. Unglücklicherweise treten dabei schwere Syncbronisationsprobieme auf. Es ist äußerst schwierig, ein einzelnes Element eines Zeichens zu beleuchten und zur gleichen Zeit dieses Element zu lesen. Um die Beleuchtung eines Zeichens, das gerade gelesen wird, sicherzustellen, ist es notwendig, eine wesentlich größere Fläche zu beleuchten als die durch das Zeichen eingenommene fläche. Dadurch ergibt sich das zuvor diskutierte die Forderung nach einer größeren Beleuchtungsfläohe einschließende Problem.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes optisches Abtastsystem zur Zeichenerkennung zu schaffen, in dem nur ein einzelnes Zeichenelement zur Zeit beleuchtet und verarbeitet wird und das die Nachteile bekannter Systeme vermeidet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Liohtstrables mit einem Querschnitt, dessen Länge in etwa der maximalen Länge eines jeden der Zeichen entspricht und dessen Breite bedeutend kleiner ist als die Breite eines jeden der Zeichen, durch eine zwischen der Einrichtung zur Erzeugung eines Lichtstrahles und den Zeichen verlaufende optisteobe Streoke, entlang welcher der Lichtstrahl

309837/0795

projiziert ist, die einen den Lichtstrahl auf die Zeichen reflektierenden Abtastspiegel umfaßt und die eine Einrichtung aufweist, die den Abtastspiegel in Rotationsbewegung um eine bestimmte Achse versetzt, so daß der Lichtstrahl die Zeichenzeile überstreicht, derart, daß aufeinanderfolgende senkrechte Teile eines Zeichens der Zeile der Reihe nach beleuchtet sind, durch eine optische Bildabtastvorricbtung und durch eine von den Zeichen ausgehende und an der Bildabtastvorrichtung endende zweite optische Strecke, die den Abtastspiegel und die erste optische Strecke umfaßt und die ferner eine Einrichtung aufweist, welche jedes beleuchtete Zeichenteil auf die optische Bildabtastvorrichtung projiziert.

Die vorliegende Erfindung verwendet also eine gemeinsame optische Strecke zur Beleuchtung des Textes und zur Projizierung des beleuchteten Zeichenelementes auf eine lineare photoempfindliche Fläche. Dadurch wird die Zahl der den bekannten Einriohtungen anhaftenden Probleme erheblich verringert. Zum Beispiel, wenn ein Abtastspiegel einen Lichtstrahl auf ein Zeichenelement projiziert und dann das beleuchtete Element direkt auf die photoetnpfindliehe Fläche abbildet, neigt die Spiegelreflexion vom Element dazu, grell zu leuchten und dadurch das Zeichen auf der photoempfindlichen Fläche zu überdecken. Wenn das Blatt jedoch relativ zu der Spiegelabtastaohse geneigt ist, neigen die projizierten Zeichenelemente dazu, sich um die optische Achse relativ zur pbotoempfindliehen Fläche schief zu legen (als Funktion der Abtaststellung). Dieses Schieflegen bewirkt, daß falsche Abschnitte des projizierten Zeichens auf den photoempfindlichen

309837/0795

Elementen der Fläche abgebildet werden, wodurch eine fehlerhafte Zeichenerkennung hervorgerufen wird.

Die vorliegende Erfindung verwendet eine gemeinsame optische Strecke für die Zeichenbeleuchtung und die Projizierung des Zeichens auf eine pbotoempfindliche Fläche, wodurch die Spiegelreflexion eliminiert wird, ohne daß die Leistungsfähigkeit der Zeichenerkennungseinrichtung beeinträchtigt wird.

Durch die vorliegende Erfindung werden die Zahl der optischen Komponenten, die Größe, die Kosten und der Wärmeverlust in dem optischen System auf ein Minimum herabgesetzt.

Erfindungsgemäß werden Probleme infolge doppelter optischer Streckensynchronisation vermieden, indem eine einzige Strecke sowohl für die Beleuchtung als auch für die Projizierung einzelner Elemente der Zeichen verwendet wird. Es ist speziell ein Laserstrahl geringer Intensität verwendbar mit einem langgestreckten elliptischen Querschnitt, der gerade ein wenig größer ist als ein senkrechtes Teil oder Element eines Zeichens, wobei der Laserstrahl über ein Prisma durch ein Linsensystem auf einen Abtastspiegel projiziert wird. Der Spiegel läßt den Strahl über jede aufeinanderfolgende Zeile einer Seite eines Schriftstückes streichen, wobei die Sohriftstückseite relativ zur Spiegelabtastachse leicht geneigt ist, um die Übertragung von Spiegelreflexen auf das optische System zu eliminieren. Der Spiegel dient weiterbin dazu, die beleuchteten Zeichen durch die Linsenanordnung auf ein lineares Feld pbotoempfindlicher Elemente zurückzuwerfen, wo der elektronische Zeichenerkennungsvorgang beginnt. Die Zeichenschiefe relativ zu der photoempfindlichen Fläche, die aus

309837/0795

der Neigung des Schriftstückblattes resultiert und die eine Punktion des Abtastwinkels ist, wird duroh Drehung der Fläche um die Achse der optischen Strecke als Punktion des Spiegelabtastwinkels kompensiert. Der theoretisch genaue Winkel der Peldrotation ist leicht verkleinert, um sicherzustellen, daß das reflektierte beleuchtete Gebiet, das selbst während des Abtastens keine Schiefe erleidet, sich stets über das gesamte PeId erstreckt. Zustäzliob wird die Lage des Brennpunktes der linse verändert als Punktion des Spiegelabtastwinkels, um die Änderung der Entfernung zwischen dem Spiegel und aufeinanderfolgenden Zeichen während des Abtastens zu kompensieren.

Die Erfindung soll nun an Hand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.
Es zeigen:

Pig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausbildungsform der erfindungsgemäßen optisohen Einrichtung, Pig. 2 eine schematisohe Darstellung der infolge einer Neigung des Sohriftstückblattes hervorgerufenen optischen Zeichenschiefe,

Pig. 3 eine schematiscbe Darstellung der Berechnung der erforderlichen Winkeldrehung des Peldes nach Pig. 1, um die optische Zeichenschiefe zu kompensieren,

Pig. 4 ein trigonometrisches Diagramm, das zeigt, wie der Peldrotationswinkel mit dem Spiegelabtastwinkel variiert,

.../6 309837/0795

Fig. 5 ein Diagramm sowohl des Abtastwinkels als auch der linsenbewegung als Funktion der Zeit, das die Linsenbewegung darstellt, die notwendig ist, um die Fokuslänge als Funktion des Abtastwinkels zu korrigieren, und

Fig. 6 eine scbematisohe Darstellung einer mechanischen Antriebsvorrichtung zur Verwendung in einer Einrichtung nach Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt eine optisohe Anordnung eines Systems zum Lesen oder Erkennen von Zeichen, die einen Niederleistungslaser zum Emittieren eines wohldefinierten Lichtstrahles aufweist. Ein solcher Laser kann ein Helium-Neon-Laser mit einer etwa 5 Milliwatt Nennleistung sein. Der Laserstrahl geht durch ein Linsensystem 11, das eine Zylinderlinse aufweist, um den gewöhnlich im Querschnitt kreisförmigen Strahl in einen im Querschnitt gestreckten elliptischen Strahl umzuwandeln. Dieser Strahl fällt dann auf das Prisma 12, von wo er in Richtung der optischen Achse A-A¹ reflektiert wird. Der reflektierte Strahl gebt dann durch eine Kondensorlinse 13 und fällt auf einen Abtastspiegel 14, der den Strahl auf die Seite 16 eines Schriftstückes reflektiert, von der Zeichen durch das System gelesen werden sollen.

Der Spiegel 14 weist eine flache reflektierende Oberfläche auf, die in rotierende Bewegung um eine Achse 17 versetzt wird, die senkrecht zur Achse A-A¹ ausgerichtet ist und in die Zeicbmmgsebene der Fig. 1 zeigt. Die Rotation des Spiegels wird bewirkt durch eine meobanisobe Antriebsvorrichtung, die weiter

.../7 309837/07 95

unten in bezug auf Fig. 6 näher beschrieben ist. Die Abtastbewegung des Spiegels 14 bewirkt, daß der reflektierte Laserstrahl jede in einer vorbestimmten Registrierstellung zum Spiegel befindliche Zeichenzeile der Schriftstückseite abtastet. Das System enthält weiterhin eine Einrichtung (nicht gezeigt) zum schrittweisen Weiterbewegen der Seite, um jede Zeichenzeile aufeinanderfolgend in Registrierstellung mit dem Abtastspiegel zu bringen, und zwar auf eine durch den Stand der Technik wohlbekannte Art und Weise, so daß jede Zeile der Reihe nach abgetastet werden kann.

Der Querschnitt des Strahls wird so gewählt, daß der abtastende beleuchtete Bereich auf der Schriftstückseite 16 ein wenig größer ist als die vorbestimmte Höhe und Breite eines vertikalen Teiles oder Elements des abzutastenden Zeichens. Für die Standard OCR-A Schrift beispielsweise weist der von der Linsenanordnung 11 emittierte und auf das Schriftstück 16 projizierte Strahl etwa eine Breite von 0,5 mm (0,020 inch) und eine Länge von 12,7 mm (0,5 inch) auf. Eine weitere Beschreibung des optimalen Strahlquerschnitts folgt weiter unten.

Genauso wie jedes Zeichenelement der Schriftstückseite beleuchtet wird, wird sein Spiegelbild durch den Spiegel 14 zurück über die Linse 13, eine weitere Linse 18 und auf die Oberfläche einer linearen Fläche 19 aus photoempfindlichen Elementen projiziert. Die Linsen 13 und 18 sind identische Linsen, die mit ihren gekrümmten Seiten aufeinanderzu zeigen, um ein fokussiertes Bild auf der Fläche 19 zu erzeugen. Das Prisma 12 ist zwischen den

.../8 309837/0795

Linsen 13 und 18 angeordnet und kann direkt an der Linse 13 befestigt oder auf andere Weise zwischen den Linsen getragen sein. Las Prisma 12 blendet einen unbedeutend kleinen Teil des reflektierten Bildes aus, da das Prisma relativ zu den Linsen 13, 18 klein ist und in dem parallelen Feldbereich zwischen den Linsen angeordnet ist, wo das reflektierte Zeichenbild relativ zerstreut ist.

Die photoempfindlichen Elemente auf der Flache 19 sind in gerader Litrij angeordnet, wobei jedes Element eine genaue Lage einnimmt. Das reflektierte Bild eines Zeiohenteils, das auf das Feld projizfert wird, erscheint als ein dunkler Bereich auf einer beleuchteten Fläohe. Das Bild erzeugt ein entsprechendes Bild elektronischer Signale. Das Signalbild wird mit anderen Bildern in einem datenverarbeitenden Gerät zu dem zu lesenden vollständigen Zeichen zusammengesetzt. Dieses Zeichen wird dann elektronisch mittels bekannter Techniken mit Standard-Zeichenanordnungen verglichen, um die Identität der abgetasteten Zeichen sicherzustellen. Hierbei sollte die Größe des Laserstrahlquerschnitts groß genug sein, um zu sichern, daß alle Feldelemente, die niobt in den dunklen Bereich des projizierten Zeichenteiles fallen, tatsäohliob im projizierten beleuchteten Bereich enthalten sind. Wenn das nioht der Fall wäre, würden jene FeIdeleraente, die nioht in den beleuchteten Bereich fallen, irrtümlicherweise das Vorhandensein eines Teiles des reflektierten Zeichenteilbildes anzeigen und wahrscheinlich einen Zustand schaffen, in dem eine Erkennung bzw. ein Lesen des Zeiohens unmöglich wird.

309837/0795 _/Q

• · »/9

Die Scbriftstüokseite 16 ist um die Achse A-A* im wesentlichen eben anstatt zylindrisch und erlaubt damit die Sohaffung eines einfaoben und kompakten Systems. Dadurch ändert sieb die Entfernung zwischen Spiegel 14 und den aufeinanderfolgend abgetasteten Zeichen mit dem Abtastwinkel. Um diese Änderung auf ein Minimum herabzusetzen, ist die Achse 17 im wesentlichen koplanar zu der longitudinalen Mittellinie der Seite 16 ausgerichtet. Der Abstand zwischen dem Spiegel und den beleuchteten Zeichen ist daher ein Minimum, wenn siob der Spiegel in der Mitte seines AbtastIntervalls befindet (d.h. in der Mitte der Seite) und ist ein Maximum, wenn siob der Spiegel am Anfang und am Ende des Intervalls befindet (d.h. an den Rändern der Seite). Die maximale Entfernung ist bedeutend geringer als diejenige, die auftreten würde, wenn die Achse 17 beispielsweise über dem Rand der Seite angeordnet wäre. Die Änderung des Abstandes zwisohen dem Spiegel und dem beleuchteten Zeichen als Funktion des Abtastwinkels muß nichtsdestoweniger kompensiert werden, um eine genaue Fokussierung eines jeden beleuchteten Zeichens auf dem pbotoempfindHoben Feld zu siobern. Daher wird die Linse 18 entlang der Achse A-A¹ als Funktion des Spiegelabtastwinkels bewegt. Die diese Bewegung bewirkende Einrichtung wird im Detail näher in Zusammenbang mit der Fig. 6 beschrieben.

Die vorangegangene Beschreibung der Anordnung nach Fig. 1 erwähnt niobt den relativen Winkel zwisohen der Ebene der Schriftstüokseite 16 und der Aobse 17. Für gewisse verhältnismäßig beschränkte Anwendungen kann dieser Winkel 0 sein, was

.../1O 309837/0796

bedeutet, daB die Aotase 17 und die Seite 16 parallel zueinander sind. Bei den meisten Anwendungen jedoch muß die Seite 16 relativ zur Aobse 17 leicht geneigt werden, damit Spiegelreflektionen von der Seite niobt das feld 19 erreichen. Speziell wenn die Aobse 17 und die Seite 16 während des Mittelabsohnitts der Spiegelabtastung parallel sind, wird der Laserstrahl direkt vom Spiegel zurück reflektiert entlang der Normallinie zwischen der Seite und dem Spiegel. Demzufolge ergeben sogar die dunkel gemachten Zeichen ein reflektiertes grelles Licht, das durch die Feldelemente von Nicbt-Zeioben-Abschnitten der Reflektion nicht unterschieden werden kann. Durch leichtes Neigen der Seite um eine zur Spiegelabtastaobse 17 senkrechte Achse (d.h. eine Aobse parallel zu einer abgetasteten Zeile) werden diese Spiegelreflektionen vermieden und wird eine zuverlässige Zeichenerkennung ermöglicht. Eine Neigung von näberungsweise 10° ist für diesen Zweck ausreichend. Dies ist leiobt durch geeignete Ausriohtung der die Sohriftstüokseite tragenden Fläobe (nicht gezeigt) erreichbar.

Ein unerwünschter Nebeneffekt der Neigung der Scbriftstüokeeite 16 relativ zur Aohse 17 ist die Schiefe des produzierten Zeiobenelementbildes relativ zur Fläche 19. Die Schiefe ändert sich als Funktion des Spiegelwinkels und ist am besten in der Fig. 2 sobematisoh dargestellt. In dieser Figur ist der Spiegel 14 so gezeichnet, wie er vom Feld 19 aus gesehen wird, wobei das projizierte Bild der geneigten Seite 16 mit der Bezugsziffer 16· versehen ist. Obwohl nur ein Zeiohenteilbild zur Zeit auf

.../11 309837/0795

das Feld projiziert wird, sind zur leichteren Darstellung des Schiefepbänomens Beleuohtungsbilder 21 bis 33 entsprechend den Positionen auf einer einzelnen abzutastenden Zeile nebeneinander dargestellt. Diese Bilder werfen licht als parallele Linien auf das Feld 19 zurüok auf Grund der Umkebrnatur des optischen Systems. Zur weiteren Darstellung des Sohiefephänotnens sei angenommen, daß die Zeichen vertikale Linien gleicher Länge auf der Seite 16 seien, wie in der Fig. 1 dargestellt ist. Wie näher weiter unten beschrieben ist, soheinen diese parallelen Linien auf Feld 19 gedreht oder sohief zu sein, und zwar in einer Richtung, die entgegengesetzt zu derjenigen auf den beleuchteten Bereichen der Sohriftstüokseite ist.

Wenn siob der Spiegel 14 in der Mitte seines Abtastintervalls befindet, beleuchtet er einen Teil eines Zeichens 27¹, das in einer etwas perspektivisch verkürzten Form auf das Feld 19 projiziert wird. Die perspektivische Verkürzung wird hervorgerufen duroh die 10°-Neigung der Seite 16 relativ zur Aohse Die Länge dee perspektivisch verkürzten Zeichenteiles kann als Xcos 10° dargestellt werden, wobei7<-die Höhe eines Druckzeichens 27* auf der Seite 16 bedeutet. Es ist wichtig, daß das Bild des Teiles des Zeichens 27* während der Projektion auf das Feld 19 keine Schiefe erleidet, weil der Teil des Zeichens 27' und die Achse 17 zueinander koplanar sind.

Auf jeder Seite der mittleren Abtaststellung wird das projizierte Zeichenbild schief gemacht (d.h. um die Aohse A-A¹ gedreht), und zwar um einen vom Abtastwinkel abhängigen Grad.

.../12 30 9 837/0795

Seber weisen die Bilder der an den entgegengesetzten Enden der abgetasteten Zeile befindlichen Zeichen 21· und 33* die größte Schiefe auf, während jedes Bild der dazwischen befindlichen Zeichen eine vom Abstand von der Kittellinie der Seite abhängige geringere Schiefe aufweist. Die Schiefe des Zeicbenbildes auf dem Feld ändert das Bildmuster der Feldelemente, die durch das projizierte Zeichen unbeleuchtet bleiben. Auf diese Weise siebt das Feld anstatt einer senkrechten Linie eine schiefe Linie, wobei die Sobiefe von dem laufenden Abtastwinkel des Spiegels abhängt. Die datenverarbeitenden Schaltkreise sind daher nicht in der Lage, die projizierten Teile oder Elemente des abgetasteten Zeichens exakt zu identifizieren. Um dieses Problem zu lösen, wird das Feld 19 synchron mit der Spiegelabtastung um die Achse A-A' gedreht. Die diese Drehung bewirkende Einrichtung ist nachfolgend in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben. Dadurob wird das Feld so positioniert, daß die Effekte der Schiefe unwirksam gemacht werden.

Die Winkelbeζiehung zwischen Spiegelabtastung und Felddrehung kann aus der vereinfachten scbematiscben Darstellung gemäß Fig. J errechnet werden. Der Spiegel 14 ist in jeder seiner beiden extremen Abtaststellungen dargestellt, aus denen er um einen Winkel - ψ relativ zu seiner mittleren Stellung gedreht worden 1st. Der resultierende Abtastwinkel ist - θ und entspricht der Winkelversobiebung zwischen dem in der Mitte liegenden Zeiohen 27 und jedem der Zeichen 21 und 33 relativ zur Spiegelaohse 17. Da der Laserstrahl stets den Spiegel entlang der Achse A-A¹

.../13 309837/0795

erreiobt (β. Pig. 1), bewirkt eine Winkeldrebung umX° duroh den Spiegel 14 um die Aobse 17 eine Änderung sowohl des Einfallwinkels als auch des Reflexionswinkels um X °. Dementsprechend ändert sieb der Abtastwinkel θ um das Doppelte des Spiegelwinkels φ, oder θ = 2 φ.

Die Linie 35 in der fig. 3 stellt ein typisobes vertikales abgetastetes Stüok auf der geneigten Seite 16 dar. Die Länge der Linie 35 beträgt, wie gezeigt, 0,15 N jjnuf/ (0,006 N LinohJ), wobei N die Zahl der pbotoempfindliehen Elemente auf der Fläche 19 bedeutet. Pur N«60 beträgt die Gesamtböbe der Abtastfläobe 9,14 mm (0,36 inoh), wobei jedes PeIdelement auf 0,15 mm (0,006 inob) der Zeichenhöhe sebaut.

Der maximale Abstand zwischen einem Abtastelement oder -teil auf der Sobriftstüokseite 16 und der Projektion des Elementes oder Teiles auf einer angenommenen Ebene parallel zur Abtastaobse 17 und die Seite 16 an einem Ende des Elementes oder Teiles schneidend kann dargestellt werden als 0,15 N sin i0⁰£mm7 (0,006 N sin 10°finch}), wie in Pig. 3 dargestellt ist. Jede der Linien 21", 27" und 33" stellt die entsprechenden Projektionen der Linien 21·, 27¹ und 33' durob Spiegel 14 dar. Jede der Lidl· en 21", 27" und 33" ist eine Punktion des Winkels Θ. Die Linie 27* weist selbstverständlich eine Sobiefe von 0° auf (d.h. 27"= 0), während eine maximale Schiefe für die Linien 21* und 33' auftritt. Das MaB der maximalen Sohiefe wird daher durob die Entfernung e dargestellt, welobe wiederum duroh

e = 0,15 H Dnmjein 10° tan θ /^

(e ο 0,006 HD-nohJsin 10° tan θ)

.../14 309837/0795

dargeetellt werden kann.

Die linsen 13, 18 der Pig. 1 sind in der Fig. 3 sohematisoh als ein Block dargestellt und reduzieren den Abstand e um einen Verkleinerungsfaktor auf eine Entfernung e¹. PUr den vorliegenden Zweok sei angenommen, daß dieser Paktor 5/6 betrage; daher ist

β¹ - § β (2)

und ist ein MaB für die Schiefe eines jeden senkrechten Zeichenteiles auf der Pläohe.

In der Pig. 3 stelltoCden maximalen Drehwinkel für das PeId 19 dar zur Kompensation der Schiefe der Zeioben 21* und 33' auf der geneigten Seite 16. Dieser Winkel wird mit Hilfe der Entfernung e¹, die auf das PeId projiziert wird, errechnet. Die Länge der geraden projizierten Zeichenteile auf der Fläche bei keiner Neigung des Blattes 16 beträgt 0,13 Nfmm](0,005 N jj.nobj ) auf Grund der Reduzierung durch das Linsensystem 13,13. Die 10°-Neigung des Blattes 16 verkürzt das Zeichen perspektivisch auf eine Länge von 0,13 NJnrai) (0,005 N [inoh] ) cos 10°. Das Feld 19 ist von der senkrechten Lage um 10° in Riohtung der optischen Aobse geneigt, um eine soharfe Fokussierung über die gesamte Länge eines Zeiohenteiles zu erhalten, woduroh die 10°-Neigung des Blattes 16 kompensiert wird; auf diese Wiese ist die Länge des Bildes auf dem Feld 19 0,13 NJmm](0,005 N|Inch]).tfL, der Winkel der Sobiefe des projizierten Zeiobenteiles, ist daher bestimmt duroh ,

^ arc sin —— 2_ (3)

Ö °

0,013 NÖnmJoos 10

( cL « aro sin - —^ 5 ) ·

0,005 NU-nob)oos 1O°

309837/0795

~'^/λ5

-.15 -

Durch Verwendung der Gleichungen (1) und (2) und Ersetzen von e¹ erhält man:

(X= aro sinJ . ⁰^ ^WsIn ¹⁰° ^{taa θ (4) b} 0,13 Nfmmjoos 10°

Durob trigonometrisch Umformung erbält man bieraus: GL= aro sin tan 10° tan θ . (5)

Wenn der maximale Wert von Θ, der von der Entfernung zwischen Spiegel H und Blatt 16 abhängt, 15° beträgt, istaungefähr 2,7°; mit anderen, Worten: wenn der Sp ie ge !winkel j) (() = 1/2 θ) sieb um einen Winkel von 7,5° ändert, muß sich das Feld um einen Winkel von 2,7° drehen, um die Schiefe des projizierten Zeichens vollständig zu kompensieren. Obgleich i<_aIs Funktion des !Dangens von 2 φ veränderlich ist, kann die Verbindung zwischen Spiegelantrieb und Feldantrieb linear sein, und zwar daher, weil die Tangensfunktion bei den zu berüoksiobtigenden kleinen Winkeln im wesentlichen linear ist. Daher kann die Beziehung zwischenA- und φ näherungsweise dargestellt werden durch cc— (tan 10°)(2φ), oder vereinfacht durob<^~ 0,352 φ.

Die Beziehung zwischen<*-(Feldwinkel) und § (Spiegelwinkel) ist in der Fig. 4 sobematisch dargestellt. Wenn φ variiert, verlängert oder verkürzt sich der Sohenkel y entsprechend, woduroboLverändert wird. Wie dargestellt, istoC = arc sin y; da y = tan 10° tan 2 φ, wirdöL = arc sin tan iO°tan 2 φ (vgl. Gleichung (5)).

Bei Drehung des Feldes 19 muß ein zusätzlicher Faktor "berücksichtigt werden. Während das auf das Feld projizierte Zeicbenteil infolge der Projektion eine Schiefe erleidet, wird der

309837/0795

.../16

Laserstrahl, der auf das Blatt 16 projiziert wird und entlang einer einzigen optischen Strecke auf das Feld zurückgeworfen wird, niobt verzerrt. Dementsprechend sorgt die Drehung des Feldes dafür, daß gewisse Feldelemente aus dem projizierten Laserstrahl herausbewegt werden. Dadurch ergibt sich die Gefahr, daß die außerhalb des Laserstrahls befindlichen Elemente abgedunkelt werden und deshalb in dem datenverarbeitenden Kreis als Abschnitte eines projizierten Zeichenteils registriert werden. Daher ist es wünschenswert, das Feld so wenig als möglich zu drehen, aber dennoch die Sobiefe des Zeiohenbildes zu kompensieren^ Für den datenverarbeitenden Kreis ist eine Toleranz von ί 1/4 in der Element-Fehlausriohtung des Feldes zulässig; d.h. wenn ein photoempfind liebes Element für das projizierte Zeichenteil eigentlich dunkel sein soll, wird eine richtige Datenverarbeitung möglich sein, wenn wenigstens 75 1° des Elementes dunkel sind. Dadurch ist eine Reduzierung des Drehwinkels des Feldes um 75 1* relativ zu dem Winkel möglich, der notwendig ist, um den Winkel der Schiefe vollständig zu kompensieren. Diese Reduzierung ist ausreichend, um das Feld innerhalb der projizierten Laserstrahl-Reflexion zu halten. Daher ist der korrigierte maximale Winkel der Felddrehung 3/4 x 2,7° = 2°. Die näherungsweise lineare Beziehung zwischen CL, und ψ wird ähnlich beeinflußt, so daß siohoL= 3/4 x 0,352 φ = 0,264 φ ergibt.

Es ist auch möglioh, den Lichtstrahl an der Linsenanordnung 11 als Funktion des Spiegelwinkels veränderlich zu drehen. Die Kompliziertheit eines sieben Weges jedoch macht die Kompensation durch eine reduzierte Felddrehung nooh erstrebenswerter.

309837/0795 .-./17

Sie Einrichtung zum Drehen und Bewegen der verschiedenen Komponenten des Systems ist sohematisob in der Fig. 6 dargestellt. Ein Motor umfaßt speziell eine Antriebswelle 41, die um ihre Aohse rotiert und an der ein Kurvensobeibenpaar 42, 43 befestigt ist.

Wenn die Kurvenscheibe 43 rotiert, bewegt sie einen Kurvensoheibenfolger 44, der an einem Ende eines waagerecht verlaufenden Armes 46 befestigt ist. Das andere Ende des Armes 46 ist an einem Tisch befestigt, der eine flache horizontale Platte 47 umfaßt, die an ihren Ecken von vier aufrechten flexiblen Beinen 48 gleicher Länge getragen wird. Die Beine 48 sind an ihren unteren Enden an einer flaoben waagerechten Untersatzfläohe 49 befestigt. Eine Halterung 50 für die Linse 18 befindet sich auf der Oberfläche der Platte 47.

Sie Beine 48 sind in Bewegungsrichtung des Armes 46 duroh die Kurvenscheibe 43 flexibel. Siese Richtung verläuft parallel zur Achse A-A¹ naob Pig. 1, so daß die Linse 18 in der Halterung 50 entlang dieser Aobse bewegt werden kann. Sie vier oberen Enden der flexiblen Beine 48 bilden ständig eine Ebene, weil alle vier Beine stets um das gleiohe Maß verbogen sind. Überdies ist diese Ebene, auf der die Platte 47 ruht, stets waagerecht, unabhängig vom Verbiegungsgrad der Beine 48. Auf diese Weise wird die Bewegung der Linse 18 entlang der Aobse A-A* ohne Neigung des duroh die Linse 18 auf das Feld 19 projiziert en Bildes bewirkt.

Sie Kurvenscheibe 42 treibt einen Kurvensoheibenfolger 51 an, der an einem Ende eines Sohwenkarmes 52 befestigt ist, der

309837/0795 "*^/18

'- 18 -

senkrecht zur Aohse 17, um die der Spiegel 14 rotiert, angeordnet ist. Das andere Ende des Sohwenkarmes 52 ist fest an einer Welle 53 angeordnet, die entlang der Aobse 17 vorgesehen und an der Rückseite des Spiegels 14 befestigt ist. Wenn die Kurvenscheibe 42 rotiert, schwenkt der Schwenkarm 52 um die Achse 17 und dreht die Welle 53, wodurch die erforderliche Abtastbewegung des Spiegels 14 hervorgerufen wird.

Ein Ende eines Verbindungsarmes 56 ist an der Welle 53 befestigt, und zwar derart, daß der Arm 56 um die Achse 17 verschwenkt, sobald die Welle 53 rotiert. Eine Stange 57 ist mit einem Ende am anderen Ende des Armes 56 angelenkrt und erstreokt sioh in einer im wesentlichen parallelen Riohtung zur optisoben Achse A-A* nach Pig. 1. Das andere Ende der Stange ist an einem Arm eines Winkelhebels 5ö atigelenkt, der in einer zur optisoben Aohse A-A¹ parallelen Ebene um eine horizontale Achse 59 schwenkbar ist. Das andere Ende des Winkelbebels 58 liegt an einem Sohenkel 61 einer Ir-förmigen Stange an; der andere Sohenkel 62 der L-fö'rmigen Stange erstreokt sich in Riohtung der optisohen Aohse A-A*. Der Sobmkel 62 ist in einem Putter oder Ähnliohem 63 gefangen, so daß er sioh niobt senkrecht zur optisoben Aobse A-A¹ bewegen, jedoch um diese Achse rotieren kann. Das entfernte Ende des Schenkels 62 ist an dem PeId 19 befestigt, das dadurch gezwungen wird, um die Aohse A-A¹ zusammen mit dem Sohenkel 62 zu rotieren.

Sobald die Antriebswelle 53 des Spiegels unter dem Einfluß der Kurvenscheibe 42 rotiert, wird die Stange 57 parallel zur Aobae A-A* bewegt. Diese Translationsbewegung bewirkt eine

309837/0795

Drehung des WinkelhebeIs 58, der das entfernte Ende des Schenkels 61 der L-förmigen Stange bebt oder senkt. Diese Bewegung wiederum bewirkt, daß der Sohenkel 62 der L-förmigen Stange das Feld 19 in Drehbewegung um die optische Aohse A-A* versetzt.

In der oben beschriebenen Art und Weise dient der Motor 40 als einzige Antriebsquelle für den Spiegel 14, Linse 18 und Feld 19. Die Anordnung der Kurvenscheiben 42 und 43 ist gewählt, um die in Verbindung mit, den Fig. 1 bis 5 beschriebene funktionelle Beziehung der angetriebenen Teile des Systems zn verwirklioben. Speziell die Kurvenscheibe 42 weist zwei oder möglichst drei Umrißabschnitte auf. In einem Abschnitt entsprechend dem AbtastIntervall für den Spiegel 14 ist der Umriß entsprechend einer Tangensfunktlon geformt, um eine lineare Liobtstrahlbewegung über die Scbriftstüokseite duroh dfe Spiegelbewegung zu erbalten. In einem zweiten Abschnitt ist die Kurvenscheibe 42 so geformt, daß eine schnelle Rückkehr des Spiegels in seine Abtastanfangsstellung gewährleistet ist. Ein dritter Abschnitt der Kurvenscheibe 42, der vorgesehen sein kann oder auch nicht, erzeugt einen Halteintervall, in dem der Spiegel in seiner AbtastanfangsstelIung (oder Abtastendstellung) für eine vorbestimmte Zeit verweilt. Die Rotationsbewegung des Feldes 19 folgt der Drehbewegung des Spiegels 14 linear.

Die Kurvenscheibe 43 ist entsprechend der in Fig. 5 graphisch dargestellten Beziehung ausgebildet, in der die Translationsbewegung der Linse 18 und die Drehbewegung des Spiegels H als Funktion der Zeit dargestellt sind. Es sei angenommen, daß

.../20 309837/0795

für die Darstellung gemäß Fig. 5 keine Verweilzeit im Spiegelabtastzyklus vorgeseben sei. Die Linse 18 bewegt sieb mit maximaler Geschwindigkeit gegen Beginn und Ende des Spiegelabtastzyklusses. In der Mitte des Abtastzyklusses ist die Gesobwin -digkeit der Linse 18 im wesentlichen 0. Da der Spiegel mit der Achse 17 über der längeren Mittellinie des Scbriftstückblattes angeordnet ist, sind die beiden Hälften des Linsenbewegungszyklusses symmetrisch, wie in der Fig. 5 dargestellt ist. Daher kann die Platte 47 zu Beginn eines AbtastIntervalls des Spiegels in ihrer Ruhestellung mit ungebeugten Beinen 48 angeordnet sein. Die Kurvenscheibe 43 ist so geformt, daß sie die Platte 47 in die Maximalstellung stößt, sobald der Abtastintervall beginnt, und die Geschwindigkeit allmählich reduziert, wenn sich der Abtastintervall dem Mittelabscbnitt nähert. Jenseits des Mittelabschnitts des Abtastzyklusses gestattet die Kurvenscheibe 43 der Platte 47 die Rückkehr in ihre Ruhestellung bei allmähliob zunehmender Geschwindigkeit. In der Kurvenscheibe 43 ist ein ausreichender Verweilabschnitt vorgesehen', um dem Spiegel die Rückkehr in seine Abtastanfangsstellung zu ermöglichen. Diese Verweilzeit im Zyklus der Linse 18 kann verlängert werden, wenn der Spiegelzyklus eine Verweilzeit enthält.

Die vorliegende Erfindung kann auch in anderen Systemen verwendet werden. Von besonderer Bedeutung ist bei der vorliegenden Erfindung die Verwendung einer gemeinsamen optischen Strecke für die Projizierung des Lichtstrahles auf eine Seite und für die Projizierung eines reflektierten Bildes eines beleuchteten

.../21 309837/0795

Zeichens auf eine pbotoempfindliobe Soblobt. Sie erfindungsgemäße Lösung erleichtert die Beleuchtung eines Zeiobenmusters zur Zeit durob Verwendung einer einfachen Abtasteinriobtung.

.../22

309837/0795

Claims (11)

1. - 22 -Patentansprüche

   Qy Einrichtung zum Lesen von in wenigstens einer Zeile angeordneten Zeichen durch der Reihe naoh erfolgendes Prüfen aufeinanderfolgender senkrechter Teile eines jeden Zeiobens, gekennzeichnet duroh eine Einrichtung (10) zur Erzeugung eines Lichtstrahles mit einem Querschnitt, dessen Länge in etwa der maximalen Länge eines Jeden der Zeioben entspricht und dessen Breite bedeutend kleiner ist als die Breite eines jeden der Zeichen,

   duroh eine zwischen der Einrichtung zur Erzeugung eines Liohtstrables und den Zeioben. verlaufende erste optisobe Strecke, entlang weloher der Lichtstrahl projiziert ist, die einen den Lichtstrahl auf die Zeichen reflektierenden Abtastspiegel (H) umfaßt und die eine Einrichtung (40) aufweist, die den Abtastspiegel (H) in Rotationsbewegung um eine bestimmte Achse (17) versetzt, so daß der Lichtstrahl die Zeiohenzeile überstreiobt, derart, daß aufeinanderfolgende senkrechte Teile eines Zeichens der Zeile der Reibe naoh beleuchtet sind,

   durob einen optischen Bildsensor (19) und duroh eine von den Zeiohen ausgehende und an dem Bildsensor (19) endende zweite optisohe Strecke, die den Abtastspiegel (H) und die erste optische Strecke umfaßt und die ferner eine Einrichtung (13» 18) aufweist, welche jedes beleuchtete Zei'obenteil auf den optischen Bildsensor (19) projiziert.

   .../23 309837/0795
2. 2. Einrichtung naoh Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeiobenzeile auf einer flachen Fläche angeordnet ist, wobei die Entfernung zwischen dem Spiegel und den einzelnen Zeichen als Funktion des Abtastwinkels des Spiegels variabel gebalten ist, und daß die Projektionseinrichtung eine Linsenanordnung umfaßt und eine Einrichtung zur Veränderung der Fokuslänge der Linsenanordnung als Funktion des Spiegelabtastwinkels, so daß jedes beleuohtete Zeioben auf den optischen Bildsensor fokussiert ist.
3. 3. Einrichtung naoh Anspruoh 2, dadurch gekennzeichnet, da θ die Ebene der flachen Fläohe unter einem kleinen spitzen Winkel relativ zur angegebenen Achse angeordnet ist, derart, daß Spiegelreflex ionen von den Zeichen entlang der zweiten optisoben Streoke eliminiert sind.
4. 4. Einrichtung naoh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse in einer Ebene angeordnet ist, die im wesentlichen senkrecht zur Ebene der genannten flachen Fläche verläuft, wobei die Achse und die flache Fläche einen Winkel von näherungsweise 10° bilden, so daß die Spiegelreflexion von den Zeichen entlang der zweiten optischen Streoke eliminiert wird, daß weiterbin eine Einrichtung zur Drehung des optischen Bildsensors um die zweite optische Strecke als Funktion dee Spiegelabtastwinkels vorgesehen ist, so daß die Schiefe der projizierten Zeichenbilder relativ zur zweiten optisohen Strekke wenigstens teilweise kompensierbar ist.

   309837/0795 *"^/24
5. 5. Einrichtung nach Anspruob 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einriohtung zum Drehen des optieoben Bildsensors eine Einrichtung umfaßt, die die Drehung begrenzt, und die dadurch sichert, daß der optische Bildsensor innerhalb der Projektion entlang der zweiten optischen Strecke auf der durch den Lichtstrahl beleuchteten flachen Fläche bleibt.
6. 6. Einriohtung nach Anepruob 5, dadurob gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Lichtstrahles einen Niederleistungslaser umfaßt und eine Einriohtung, die den Querschnitt des Licht- bzw. Laserstrahls so verformt, daß dieser in etwa der Gestalt eines senkrechten Zeichenteils angepaßt ist.
7. 7. Einriohtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeicbenzeile auf einer flaohen fläche und die angegebene Aohse in einer Ebene angeordnet ist, die im wesentlichen senkrecht zu der Ebene der flachen Fläohe -verläuft, daß die Achse und die flaobe Fläohe einen Winkel von näherungsweise 10° miteinander bilden, derart, daß Spiegelreflexionen von den Zeioben entlang der zweiten optieoben Strecke eliminiert sind, daß eine Einrichtung zum Drehen des optischen Bildsensors um die zweite optische Strecke als Funktion des Abtastwinkels des Spiegels vorgesehen ist, so daß die Sobiefe der projizierten Zeiohenbilder relativ zur zweiten optischen Streoke wenigstens teilweise kompensierbar ist.

   .../25 309837/0795
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeichen gemäß einem Standard-Schriftbild ausgebildet sind, derart, daβ jedes Zeichen innerhalb eines reohtwinkligen Bereiobes einer Standard-Höhe und -Breite angeordnet ist, und daS die Einrichtung zur Erzeugung eines Lichtstrahles einen Laser umfaßt und eine Einrichtung, die den Querschnitt des Lichtstrahls so umformt, daß dieser in der Höhe ein wenig größer ist als die oben genannte Standard-Höhe und in der Breite einen Teil der Standard-Breite ausmaobt.
9. 9. Verfahren zum Lesen von Zeichen, die in wenigstens einer Zeile auf einer flachen Fläche angeordnet sind, in Verbindung mit einer Einrichtung gemäß den vorbergebenden Ansprüohen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtstrahl bekannten Querschnitts erzeugt wird, wobei der Querschnitt eine Länge aufweist, die annähernd der Länge der Zeichen entspricht, und eine Breite, die einen kleinen Teil der Breite der Zeioben ausmacht, daß der Lichtstrahl entlang einer ersten veränderlichen Strecke projiziert wird und einzelne beleuchtete aufeinanderfolgende Zeichen der Zeile überstreiobt und daß jedes projizierte Zeiohen entlang der ersten Streoke auf einen optischen Bildsensor zurüokprojiziert wird.
10. 10. Verfahren nach Anspruoh 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der ersten Streoke mit den verschiedenen in der

    .../26 309837/0795

    Zeile beleuobteten Zeiohen verändert wird und daß die Fokuslänge der zweiten optischen Strecke als Funktion dex Länge
    der ersten optlsohen Strecke verändert wird, so daß jede
    Zeicbenprojektion auf dem optisoben Bildsensor fokussiert
    wird.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Winkel zwisohen der ersten Streoke und der ebenen
    Fläche um einen kleinen Winkel von der Senkrechten unterscheidet, so daß Spiegelreflexionen von den Zeichen entlang der zweiten Streoke eliminiert werden, und daß der optische Bildsensor um die zweite Strecke als Funktion des vom Lichtstrahl auf der ebenen Fläche überstriohenen Weges entlang
    der ersten optisohen Streoke gedreht wird, so daß die Schiefe des reflektierten Zeicbenbildes relativ zur zweiten optischen Stxeoke kompensiert wird.

    309837/0795

    Leerseite