DE2353299A1 - Kompensationsschaltung - Google Patents
KompensationsschaltungInfo
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Description
Aktenzeichen der Anmelderin: RO 972 016
!Compensations schaltung
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Kompensation
von Empfindlichkeitsänderungen und BeleuchtungsSchwankungen von
Photodioden in einer Abtastvorrichtung und insbesondere eine Schaltungsanordnung, bei der Schwankungen in der Empfindlichkeit
und Ausleuchtung der Photodioden der Abtastvorrichtung während
einer Betriebspause gesammelt und abgespeichert werden, worauf die so abgespeicherte Information während des Betriebes zur
Korrektur der Videoinformation benutzt werden kann.
Die Erfindung eignet sich besonders bei Datenerfassungssystemen,
in denen eine selbstabtastende Photodiodenanordnung zur Abtastung
großer Bereiche oder vollständiger Dokumente benutzt wird. Die
durch die Photodiodenanordnung erzeugte Videoinformation wird ~
dann durch Informationserkennungs- oder Wiedergabeeinrichtungen
weiterverarbeitet. Das Arbeiten von Erkennungs- und Wiedergabeeinrichtungen hängt u.a. auch von der Gültigkeit der Videoinformation
ab. Auf Schwankungen der Empfindlichkeit und der Ausleuchtung der Photodiode zurückgehende Amplitudenfehler der Videoinformatiori
können bis zu + 8% betragen und sind in aiesem Maße unzulässig.
Ein Hochleistungssystem zur Erkennung und Wiedergabe von Viäeoinformation erfordert, daß für die durch eine selbstabtastende Photodiodenanordnung erzeugte Information eine Kompen-
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in der Empfindlichkeit der Photodiode oder der Ausleuchtungsschwankungen
kompensiert.
Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß ein Empfindlichkeitsprofil der eine selbstabtastende Photodiodenanordnung
bildenden Photodioden während einer Betriebspause oder eines Schreibvorganges gesammelt wird. Dieses Empfindlichkeitsprofil
wird in digitaler Form abgespeichert und dann im Betrieb von seiner digitalen Form in eine Analogform umgewandelt
und zur Korrektur des Videoinformationssignals benutzt, um damit Unterschiede in den Empfindlichkeiten der Photodiode und der
Ausleuchtung zu kompensieren.
Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Dabei zeigt
Fig. 1 schematisch ein Blockschaltbild einer Ausführungs
form der Erfindung;
Fig. 2 ein Impulsdiagramm der Signale während des Schrei
bens und
Fig. 3 ein Impulsdiagramm der Signale während des Betriebs.
Das in Figur 1 dargestellte Abtastsystem enthält zwei Lichtquellen
1O und 11 mit ihren zugeordneten.Reflektoren 12 und 13 zum Ausleuchten
eines Dokumentes 14, das sich relativ zu den Lichtquellen bewegt. Das von dem Dokument 14 reflektierte Licht wird über eine
Sammellinse 20 auf die Photodiodenanordnung 25 gerichtet. Die hier benutzten Lichtquellen, optischen Systeme und Vorrichtungen
zum Bewegen des Dokumentes sind für die vorliegende Erfindung nicht von wesentlicher Bedeutung und sind daher nur schematisch dargestellt.
Das Dokument 11 könnte selbst stationär sein und die Photodiodenanordnung 25 könnte für die Abtastung bewegt werden,
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sation vorgesehen wird.
Bisher bekannte Verfahren zur dynamischen Kompensation von Schwankungen
in der Empfindlichkeit von Photodioden liefern keineKompensation
für Beleuchtungsschwankungen und benötigen relativ genaue Analogschaltungen für das gesamte Kompensationssystem. Die
vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung insoweit dar, daß
sie eine Kompensation für Schwankungen der Empfindlichkeit der
Photodioden und auch für BeleuehtungsSchwankungen liefert und mit
wesentlich weniger auf wendigen digitalen Schaltungen für einzelne
Teile des Kompensationssystems auskommt. Das Prinzip der Erfin- ·
dung unterscheidet sich grundsätzlich von bisher bekannten Kompensationssystemen,
indem gemäß der Erfindung zunächst ein Kompensationsprofil des Äbtastsystems gesammelt und abgespeichert wird.
Im Betrieb wird das abgespeicherte Kompensationssignal abgerufen ,
und dynamisch einer Korrekturschaltung synchron mit der Zufuhr des
unkompensierten serialen Videoinformationssignals zugeführt. Ein bekanntes dynamisches Kompensationssystem verwendet eine zusatzliehe
Lichtquelle zur Erzeugung des Kompensationssignals gleichzeitig mit der Erzeugung des unkompensierten Videoinformationssignals.
Die beiden Signale werden getrennt und anschließend
einer Korrekturschaltung zugeführt. Man sieht daher, daß die Arbeitsweisen der beiden Einrichtungen grundsätzlich verschieden
sind. Außerdem kann gemäß der vorliegenden Erfindung das Kompensationsprofil periodisch auf den neuesten Stand gebracht werden,
um jede Verschiebung der Schwankungen der Empfindlichkeit der
Photodiode und der Ausleuchtung zu korrigieren. Änderungen in den
Schwankungen der Ausleuchtung kommen von der Alterung oder dem
Auswechseln der Lichtquelle.
Aufgabe der Erfindung ist es .also, eine wesentlich verbesserte
Kompensationsschaltung für ein Abtastsystem mit einer Lichtquelle und einer selbstabtastenden Photodiodenanordnung zu schaffen, die
sowohl Schwankungen in der Empfindlichkeit der Photodiode, als
auch der Ausleuchtung kompensiert, damit eine genaue Kompensation
liefert, relativ billig ist und ein Auswandern der Schwankungen
RO 972 016 ' "Χ ' , AÄÄ ■
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Die Photodiodenaxiordnung 25 ist eine selbstabtastende Anordnung
wie sie im Handel erhältlich ist. Selbstabtastende Photodiodenanordnungen benötigen eine Takt- und Abtasts teuer stufe 26, die
einen Startimpuls an die Diodenanordnung 25 über eine Leitung 27 abgibt sowie Taktimpulse über Leitung 28 liefert. Der Taktgenerator
kann entweder von außen gesteuert werden, oder aber freischwingend sein. Seine Taktfrequenz wird dabei entsprechend der
gewünschten Abtast- oder Bitfrequenz gewählt. Die-Abtastung wird
durch einen mit einem Taktimpuls zusammenfallenden Startimpuls
eingeleitet. Das Serienausgangssignal der Photodiodenanordnung tritt auf der Leitung 29 auf. Man kann hier beispielsweise noch
einen gesonderten Verstärker benutzen, der nicht dargestellt ist, oder der Verstärker könnte zusammen mit der Photodiodenanordnung
in integrierter Schaltung hergestellt sein.
Die Photodioden der selbstabtastenden Photodiodenanordnung 25 arbeiten mit Ladungsspeicherung. Dabei arbeitet die Anordnung bei
Ladungsspeicherung in der Weise, daß bei Abtastung der Anordnung jede Diode nacheinander adressiert und über die gemeinsame Videoleitung
auf eine Einheitsspannung aufgeladen wird. Während der Abtastperiode werden die Dioden durch den vom auffallenden Licht
erzeugten Photostrom entladen. Die Ladung, die zur Wiederherstellung der Nennspannung auf jeder Diode nacheinander erforderlich
ist, ist gleichzeitig das Videoausgangssignal.
Das Empfindlichkeitsprofil wird während eines Schreibvorganges gesammelt, wenn die Anordnung 25 einen Standardhintergrund oder
Weißpegel abtastet, der die Form eines Dokumentes oder einer Auflageplatte haben kann. Das serielle Ausgangssignal der Photodiödenanordnung
bei Abtastung eines Standardhintergrundes oder eines Weißpegels ist in Figur 2 bei A gezeigt. Die Unterschiede
in den Ladungen, die erforderlich sind, um die Dioden wieder auf ihre Nennspannung zu bringen, sind auf Nichtgleichförmigkeit in
der Empfindlichkeit und Ausleuchtung der Dioden zurückzuführen. Diese Schwankungen sind als Pegel anzusehen, die am Ausgang des
Integrators 30 auftreten, der, gesteuert durch die Taktsignale
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von der Takt- und Abtaststeuerstufe 26, das von der Photodiodenanordnung
25 kommende serielle Videosignal integriert. Das durch den Impulszug B in Figur 2 dargestellte Empfindlichkeitsprofil
wird in digitale Form umgewandelt. Um jedoch die Auflösung des Änalog-Digitalwandlers 40 ausnutzen zu können, wird nur der Teil
des Signals, der durch die Empfindlichkeitsschwankung und Ausleuchtung sSchwankung beeinträchtigt wird, in digitale Form überführt.
Dieser Teil des Signals wird dadurch isoliert, daß man das
Ausgangssignal des Integrators 30 über eine Leitung 31 einem
Differentialverstärker 35 zuführt. Aus der Spannungsquelle 32 wird ferner ein feststehender Graupegel Vg über Leitung 33 dem
Differentialverstärker 35 zugeführt. Im Differentialverstärker 35
wird der feststehende Graupegel Vg vom Ausgangssignal des Integrators 30 abgezogen. Das während des Schreibvorganges vom Integrator
30 kommende Signal ist ein Signal Vjw von der weißen Oberfläche
mit der Reflexionsfähigkeit Rw, wobei j sich auf die jte
Photodiode und w auf die weiße Oberfläche derReflexion bezieht.
Das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 35 wird über Leitung
36 dem Änalog-Digitalwandler 40 zugeführt und ist als Impulsfolge
G in Figur 2 gezeigt. In diesem Beispiel .setzt der Änalog-Digitalwandler 4O das vom Differentiälverstärker 35 kommende
Signal auf vier binäre Bitpegel um. Der Differenzwert, der
durch die vier Bits dargestellt ist, stellt ein Nichtgleichförmigkeitsprofil
dar. Die am Ausgang des Änalog-Digitalwandlers 40
auftretende digitale Information wird über logische UND-Torschaltungen
47, gesteuert durch Signale von der Schreibsteuerlogik 46
und der Speichersteuerschaltung 48, in den Speicher 50 eingespeichert.
Die Schreibsteuerlogik 46 erhält ein Schreibsignäl
über Leitung 45 und Äbtast-, Start- und Taktsignale von der Takt- und Abtaststeuerstufe 26. Die von den UND-Torschaltungen 47 durchgelassenen
digitalen Daten werden, gesteuert durch die Speichersteuerung 48, in den Speicher 50 eingegeben. Die Speichersteuerung 48 synchronisiert das Einspeichern und Auslesen der Daten
vom Speicher 50 mit dem Abtasten der Photodiodenänordnung 25. Somit
nimmt also die Speichersteuerung 48 Takt- und Abtaststartsi-
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gnale von der Takt- und Abtaststeuerstufe 26 auf.
Die digitalen Ausgangssignale des Speichers 50 werden einem Digital-Änalogumwanäler
55 zugeleitet. Das Äusgangssignal des Digital-Änalogwandlers 55 ist ein Analogsignal, das zusammen mit dem
festen Graupegel Vg von der Spannungsquelle 32 dem Summierverstärker
60 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Summierverstärkers 6O ist in Zeile B in Figur 2 gezeigt und wird über Leitung
61 dem Differentialverstärker 65 und einer Divisionsschaltung 70 zugeführt. Das Äusgangssignal des Differentialverstärkers 65
liegt ebenfalls an der Division.sschaltung 70. Man muß darauf hinweisen,
daß die eben beschriebenen logischen Schaltkreise von üblicher Bauart sind,-so daß deren Einzelbeschreibung hier nicht
für erforderlich gehalten wird. Der Speicher 50 kann von beliebiger Ausführungsform sein und.könnte beispielsweise als Schieberegister
aufgebaut sein, bei dem das Einspeichern und Auslesen von Daten durch die Speichersteuerung 48 gesteuert wird. Die
Divisionsschaltung 70 kann an sich bekannter Bauart sein, vorzugsweise soll hier jedoch eine Schaltung verwendet werden, wie
sie in der US-Patentschrift 3 626 O92 vom 7. Dezember 1971 für einen Videoverstärker für optische Abtaster beschrieben ist. Die
Division wird in der Weise durchgeführt, daß die Signale zunächst in logarithmische Form umgewandelt und dann die logarithmischen
Darstellungen mit Hilfe eines Differentialverstärkers voneinander
subtrahiert werden.
Im Schreibbetrieb werden die digitalen Daten aus dem Speicher 50
ausgespeichert und an den Digital-Analogumwaridler 55 übertragen. Das vom Digital-Analogumwandler 55 kommende Signal wird dem
Summierverstärker 60 zugeführt, dessen Ausgangssignal das gleiche ist, wie es bei B in Figur 2 dargestellt ist. Dieses Signal wird
dem Differentialverstärker 65 und der Divisions schaltung 70 zugeleitet.
Der Differentialverstärker 65 subtrahiert die vom Integrator 30 und vom Summierverstärker 60 kommenden Signale voneinander.
Im Schreibbetrieb sind diese Signale die gleichen. Wie man jedoch sofort erkennt r findet die Kompensation während des eigent-
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lichen Betriebs statt'. Es muß darauf hingewiesen werden, daß eben
im Betrieb keine digitalen Daten in den Speicher 50 eingespeichert
werden, daß aber die Kompensationsdaten ständig aus dem Speicher 50 synchron mit der Abtastung der Photodiodenanordnung 25 ausgelesen
werden.
Die Ausgangssignale der Photodiodenanordnung 25 und des Integrators
30 sind im Betrieb durch die Impulsfolgen A bzw. B in Figur
3 dargestellt. Der Signalpegel jeder Photodiode hängt von der
Ladung ab, die erforderlich ist, um die Diode wieder auf ihre Nennspannung aufzuladen. Somit ist das Äusgangssignal des Integrators
30 das unkompensierte, serielle Videoinformationssignal
Vjx, das sich aus der Abtastung einer Fläche mit dem Reflexionsfaktor
Rx und einem Kontrast Cx ergibt, der irgendwo zwischen weiß und schwarz liegt, wobei j die j te Photodiode darstellt und χ
den Betriebszustand kennzeichnet. Während des Betriebszustands liefert die Steuerlogik 26 kein Signal zum Entsperren der UND-Torschaltungen
27. Obgleich also das unkorapensierte Videoinformationssignal
am Differentialverstärker 35 anliegt und dessen Äusgangssignal durch den Analog-Digitalumwandler 40 umgewandelt
wird, wird die daraus entstehende digitale Information nicht im Speicher 50 eingespeichert. Die aus dem Speicher 5O ausgelesenen
digitalen Daten werden jedoch, gesteuert durch die Speichersteuerung 48, im Digital-Analogwandler 55 in ein Analogsignal umgewandelt.
Der Suinmierverstärker 60 liefert das bei G in Figur 3
gezeigte Signal. Dies ist das Empfindlichkeitskompensationssignal, das dem Differentialverstärker 65 zugeleitet wird und ist das
gleiche Signal wie bei B in Figur 2. .Das Ausgangssignal des
Differentialverstärkers 65 wird im Betrieb durch den Impulszug bei D in Figur 3 dargestellt und entspricht Vjw-Vjx. Dieses Ausgangssignal
wird dann durch das Äusgangssignal Vjw des Summierverstärkers
geteilt. Diese Division wird durch die Divisionsschaltung 70 durchgeführt und das Ausgangssignal der Divisionsschaltung 70 ist das kompensierte serielle Videoinformationssignal,
wie es an der Ausgangsklemme 75 aufcritt und bei E in
Figur 3 gezeigt ist. Dieses kompensierte, serielle Videoinforma-
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tionssignal ist ein Analogsignal und wird dann zu einer Auswerteeinrichtung
abgegeben. Eine Auswerteeinrichtung kann beispielsweise eine Schwellwertschaltung für eine Quantisierung des Videokontras
tsignals für schwarz-weiß oder mehrfache Graupegel enthalten, kann ein Erkennungs-, Wiedergabe- oder Verarbeitungssystem
sein und stellt keinen Teil der vorliegenden Erfindung dar.
Aus der vorangegangenen Beschreibung ersieht man, daß im Schreibbetrieb
die serielle Videoinformation, von der Photodiodenanordnung
25 kommend, zur Bildung eines Kompensationssignals benutzt wird, das in digitaler Form abgespeichert wird. Dieses Kompensationssignal
wird dann während des Betriebs aus dem Speicher abgerufen und kompensiert die Empfindlichkeits- und Ausleuchtungsschwankungen
für Photodiode und Beleuchtung im unkorr!gierten,
seriellen Videoinformationssignal. Der Empfindlichkeitsfaktor wird dadurch ausgeschaltet, daß die verschiedenen Empfindlichkeiten
herausdividiert werden.
Der Signalpegel ist Vjx = K.SjRx, wobei Sj die Empfindlichkeit der
jten Photodiode und k ein Proportionalitätsfaktor ist. In gleicher
Weise ist der Signalpegel Vjw = k.SjRw, wobei Sj die Empfindlichkeit der jten Photodiode und k eine Proportionalitätskonstante
ist Der Kontrast ist Cx - YJ^zZi*- kSjRw-kSjRx = Rw-Rx Di
ist. Der Kontrast xst Cx - vjw kSjRw Rw * Diese
Formel gilt unter der Annahme, daß die von der, Anordnung abgegebenen
vollständigen Schwarzpegel in vernachlässigbarer Weise durch Leckströme der Photodiode beeinflußt sind. Es sollte darauf
hingewiesen werden, daß die Äusführungsform der Erfindung noch dahingehend erweitert werden kann, daß eine Ungleichförmigkeit
durch Leckströme dadurch kompensiert werden kann, daß man den Ausdruck für den Kontrast abwandelt zu Cx = ~—^r-. In diesem Fall
JKW-IvD
gäbe es einen zweiten Schreibvorgang, währenddessen die Photodiodenanordnung
25 einen Schwarzpegel abtasten würde und ein Ungleichförmigkeitsprofil
für schwarz und auch für weiß eingespeichert würde. Es sollte ferner darauf hingewiesen werden, daß ein
analoges Schieberegister statt dem Speicher 50 und den Analog-Digitalbzw.
Digital-Analogwandlern 40 bzw. 50 verwendet werden könnte.
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Claims (9)
- PA TE HTA N S P R Ü G H ESchaltungsanordnung zur Kompensation von Empfindlichkeitsänderungen und BeleuchtungsSchwankungen von Photodioden einer Abtastvorrichtung, die ein Videoausgangssignal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel (30, 32, 35, 40) zur Erzeugung eines Empfindlichkeitsprofilsignals für die Photodioden der Abtastvorrichtung (25) und Speichermittel (50) zum Einspeichern dieses Profilsignals vorgesehen sind, wobei dieses Profilsignal bei Erzeugung eines Videoausgangssignals der Photodiodenanordnung ausspeicherbar ist und daß Korrekturschaltmittel (60, 65, 70, 32) vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von dem ausgespeicherten Profilsignal und dem Videoausgangssignal ein korrigiertes Videoausgangssignal (E in Figur 3) zu erzeugen in der Lage sind,
- 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 r dadurch gekennzeichnet, daß das Empfindlichkeitsprofilsignal während einer vorbestimmten Betriebsart einspeicherbar ist.
- 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Empfindlichkeitsprofilsignals ein Integrator (30) mit der Abtastvorrichtung (25) zur Integration des Videbausgangssignals dieser Vorrichtung verbunden ist, weiches sich aus der Abtastung einer Fläche mit bekanntem Reflexionsfaktor ergibt und daß zur Digitalisierung des Ausgangssignals des Integrators (30) ein Analog-Digitalwandler (40) vorgesehen ist.
- 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeicherung des Empfindlichkeitsprofils in die Speichereinrichtung (50) über eine Speichersteuerschaltung (48) selektiv steuerbar ist.ro 972 016 409826/0684
- 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Subtraktion eines vorbestimmten Bezugswertes (Vg) von dem Ausgangssignal des Integrators (30) ein Differentialverstärker (35) vorgesehen ist.
- 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerschaltung für die Einspeicherung des vom Integrator gelieferten, digitalisierten Empfindlichkeitsprofilsignals zwischen dem Analog-Digitalwandler (40) und dem Speicher (50) mehrere UND-Torschaltungen (47) eingeschaltet sind, die durch die Speichersteuerschaltung (48) selektiv betätigbar sind.
- 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Speichermittel ein digitaler Speicher (50) dient.
- 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur des unkompensierten Video-Ausgangssignals eine Subtrahierschaltung (65) vorgesehen ist, mit deren Hilfe das unkorrigierte Video-Ausgangssignal von dem Empfindlichkeitsprofilsignal subtrahierbar ist und daß eine Divisionsschaltung (70) vorhanden ist, die der Division des Ausgangssignals der Subtrahierschaltung (65) durch das Empfindlichkeitsprofilsignal zur Ermittlung des korrigierten Video-Ausgangssignals dient.
- 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Subtrahierschaltung (65) ein Differentialverstärker dient.R0 972 °16 409826/0684Leerseite
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