Verfahren und Vorrichtung zur kontrastabhängigen selbsttätigen Steuerung der Belichtung bei einem Kopiergerät Die Erfindung betriffty ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontrastabhängigen selbsttätigen Steue rung der Belichtung bei einem Kopiergerät.
Es ist bekannt, beim Kopierprozess die Belichtung in Abhängigkeit vom Kontrast des zu kopierenden Negativs zu steuern. Die kontrastabhängige Steuerung hat gegenüber der Steuerung mittels einer integral ge messenen durchschnittlichen Negativdichte den wesent lichen Vorteil, dass auch bei extremen Kontrastverhält nissen eine tonwertrichtige Wiedergabe erfolgt, d. h. dass bei vollautomatischer Steuerung der Belichtung keine Korrekturfaktoren vom Bedienungspersonal berück sichtigt werden müssen.
Es ist weiterhin bei Kopiergeräten mit Zusatz belichtungseinrichtungen zur Gradationsbeeinflussung bekannt, durch punktweise Abtastung des Negativs den Kontrast zu ermitteln und den so ermittelten Wert zur selbsttätigen Steuerung der Zusatzbelichtung zu ver wenden.
Bei den bekannten Einrichtungen zur kontrast abhängigen Steuerung der Zusatzbelichtung bleiben jedoch diejenigen Fälle unberücksichtigt, in denen der Logarithmus des Wertes KN des Negativkontrastes kleiner ist als der kleinste Kopierumfang (KUP).;" des Papiers bzw. grösser ist als der grösste Kopierumfang (KUP)mat.
Da der Kontrastumfang im Negativ aber 1 G KN G 200 sein kann und auf der anderen Seite der Kopier umfang des Papiers KUp durch Zusatzbelichtung nur im Bereich etwa log 6 G KUp G log 50 verändert wer den kann, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Belichtungssteuerung zu finden, das bei allen erwähnten Kontrastverhältnissen eine optimale Ausnutzung des Kopierumfanges des Papiers gestattet.
Erfindungsgemäss wird zur Lösung dieser Aufgabe ein Verfahren zur kontrastabhängigen selbsttätigen Steuerung der Belichtung bei Kopiergeräten vorge schlagen, nach dem in den Fällen, in denen der Loga rithmus des Wertes KN für den Kontrast des Negativs kleiner ist als der Kopierumfang KUp des lichtempfind lichen Papiers ohne Zusatzbelichtung, und in den Fällen,
in denen der Logarithmus des Wertes KN grösser ist als der Kopierumfang KUp mit maximaler Zusatzbe lichtung belichtet und die Hauptbelichtung in Abhängig keit vom Kontrast KN des Negativs und der Leucht- dichte des hellsten Bildpunktes (BN).a., gesteuert wird, während in den Fällen, in denen der Logarithmus des Wertes KN des Kontrastes des Negativs innerhalb des Kopierumfanges KUp liegt, die Hauptbelichtung in Ab hängigkeit von der Leuchtdichte des hellsten Bildpunktes (BN)m:
" und die Zusatzbelichtung in Abhängigkeit vom Logarithmus des Wertes KN für den Kontrast des Negativs gesteuert wird, wobei die Hauptbelichtungs zeit durch nachfolgende Formel bestimmt wird:
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worin C eine sich aus der Objektivblendenöffnung a und aus dem Abbildungsmassstab ss ergebende Konstante (C --_ 4a2 - ss2), (HP)."" die maximal mögliche Belich tung des Papiers, d. h. diejenige Belichtung, bei der im Bereich der Schatten noch ein Schwärzungsunter- schied feststellbar ist,
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den Wert KN für den Kontrast des Negativs und KUp (H,) den Kopierumfang, d. h.
den ausnutzbaren Belich tungsumfang des Papiers, als Funktion der Zusatzbe lichtung H, bedeuten, während C eine Konstante dar stellt, deren Grösse so gewählt ist, dass in den Fällen, in denen log KN > KUp ist, die Zeichnung in den Lichtern weniger unterdrückt wird als die Zeichnung in den Schatten. Die Konstante C ist zweckmässig kleiner als 1, vorzugsweise 0,75.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die Vorrich tung zu dessen Durchführung werden nachstehend an hand der Zeichnungen beispielsweise erläutert. In den Zeichnungen zeigt: Fig. 1 Positivschwärzungskurven, Fig. 2 ein Schaubild, das die Zusammenhänge zwi schen log KN und tH bzw.
log KN und t7 in den Bereichen 1, 1I und<B>111</B> zeigt, Fig. 3 die optimale Ausnutzung der Positivschwär- zungskurve in den Bereichen I, 1I und<B>111</B> gemäss Fig. 2, Fig. 4 schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Steuerung der Haupt- und Zusatzbelichtung, Fig. 5 schematisch eine für die Abtastung des Nega- tivs geeignete Vorrichtung,
Fig. 6a und 6b die relativen Stellungen der optischen Keile gemäss Fig. 5 bei Beginn und am Ende der Mes sung, Fig. 7 schematisch eine Vorrichtung zur Vergrösse rung der Abtastfläche ohne Verfälschung des. Mess- ergebnisses, und Fig. 8 eine Darstellung der möglichen Vergrösse rung der Abtastfläche mit der Vorrichtung gemäss Fig. 7.
Zur Lösung der Gleichung
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ist die Kenntnis der Werte von (Bx)n.", und (BN)mi" er forderlich, die durch eine später zu beschreibende opti sche Abtasteinrichtung ermittelt und einem photoelek trischen Empfänger zugeführt wird. Die Zusatzbelichtung HZ wird mit Hilfe des aus (BN)ma,, und (Bx).in gewon nenen Wertes für KN gesteuert und der Kopierumfang des Positivpapiers dem Kontrast des Negativs Kx weit gehendst angepasst.
Für die Zusatzbelichtung gilt beispielsweise der Zusammenhang
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wobei HL <I>=</I> EL <I>-</I> t, und (HL),"@" = EL ' (tz)max# Die Gleichung 2 charakterisiert die Verhältnisse, die bei Gradationsbeugung eines harten Papiers durch unterschwellige Zusatzbelichtung vorliegen, wobei (H,)",;
" die maximale Zusatzbelichtung ist, bei der die stärkste Beugung (flachste Gradation), also der grösste Kopierumfang des Positiv-Papiers (KUp),n"X eintritt und (KUr)",i" der geringste Kopierumfang (steilste Grada- tion) ohne Zusatzbelichtung ist (siehe Fig. 1). Allgemein muss die Bedingung gelten, dass
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ist, die nur innerhalb bestimmter Grenzen erfüllbar ist.
Der Kopierumfang KUP lässt sich mit Gleichung 2 als Funktion der Zusatzbelichtung HL wie folgt darstellen:
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Die zu kopierenden Negativ-Kontraste liegen etwa im Bereich
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Die durch Zusatzbelichtung erreichbaren Kopier umfang-Änderungen des Positiv-Papiers liegen dagegen im Bereich
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(Die numerischen Werte entsprechen etwa den in der Praxis auftretenden Grenzwerten.) Der mögliche Kontrastumfang des Negativs ist damit grösser als der durch Zusatzbelichtung veränder bare Kopierumfang des Positivpapiers.
Damit ergeben sich in bezug auf die Anpassung des Negativ-Kontrastes Kx an den Kopierumfang KUf, des Positivpapiers drei Bereiche.
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Zusatzbelichtung HZ = t, = 0 (gem. Gleichg. 2) Kopierumfang KUP = (KUr)",i" (gem. Gleichg. 3) Hauptbelichtung
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Durch die so geregelten Zusatz- und Hauptbelich tungen wird bewirkt,
dass in allen Bereichen des Nega tivkontrastes eine optische Ausnützung der Schwärzungs- kurve des Positivs erfolgt, und zwar in den Bereichen I und III durch die vom Kontrast des Negativs abhängige Hauptbelichtung bei konstanter Zu satzbelichtung und im Bereich 1I durch die konstante Hauptbelichtung bei kontrastabhängiger Zusatzbelichtung (bezogen auf (BN)max = const. und (HP)","" - const.).
In Fig. 2 ist ein Schaubild dargestellt, das die Zu sammenhänge zwischen log KN und tH bzw. log KN und t,, in den Bereichen I, 1I, III zeigt, während das Schau bild gemäss Fig. 3 die optimale Ausnutzung der Positiv schwärzungskurve in den angeführten Bereichen erken nen lässt.
Die Konstante<B>C</B> ist mit dem Wert 0,75 so ge wählt, dass für KUr = (KUP),i" und (BN)n,in = (BN)mix, d. h. KN - 1, die Belichtung (BN).", . th im Punkt D der Schwärzungskurve liegt (siehe Fig. 3), gemäss der aus Gleichung 1 ableitbaren Beziehung.
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Der schematische Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Steuerung der Haupt- und Zusatzbelichtung ist in der Fig. 4 dargestellt.
Das auszumessende Negativ 1 wird von einer Glüh lampe 2 beleuchtet und mit Hilfe einer optischen Ab tasteinrichtung 3, deren Aufbau später beschrieben wird, derart abgetastet, dass in einer bestimmten Zeiteinheit alle bildwichtigen Punkte mit den partiellen Leucht- dichten im Bereich (BN)",;n BN-(BN),",,x erfasst und einem photoelektrischen Empfänger 4 zugeführt werden. Diesem sind elektrische Mittel zur Lösung der Glei chungen für tH und t. nachgeordnet.
Die Gleichung für tii wird dabei als logarithmische Gleichung verarbeitet log tH = lag C + (C'-1) log (BN)." - C log (BN).in C' KUY (HZ), (Gleichg. 1') so dass nur mit additiven und subtraktiven Grössen ge arbeitet werden muss, die mit konstanten Koeffizienten behaftet sind.
Die für die Ermittlung von t, zu ver arbeitende Gleichung lautet:
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Aus den zur Ermittlung von tH und t, zu lösenden Gleichungen ergibt sich eine gemeinsame Verarbeitung der abgetasteten Spannungsimpulse bis zur Ermittlung von U-log (BN).dx und U-log (BN),n;
". Damit können die erforderlichen Logarithmierungen sowie die Extrem- wertfindung und ihre Speicherung in einem beiden Gleichungen gemeinsamen Funktionsblock R1 durch geführt werden. Dieser Funktionsblock kann dadurch vereinfacht werden, dass ein photoelektrischer Emp fänger mit logarithmischer Kennlinie, z.
B. ein Si- Element, in Leerlaufschaltung (UL-log BN) Verwen dung findet.
Da log (BN,),"dx und log (BN)mi" gemäss den Glei chungen 1' und 2' unter Hinzufügung von Koeffizienten unterschiedlich verarbeitet werden müssen, ergibt sich nach dem Funktionsblock R1 eine Verzweigung in zwei Funktionsblocks R2 und R3, von denen R2 die Haupt belichtungszeit tH und R3 die Zusatzbelichtungszeit t.,. liefert.
Im Funktionsblock R2 erfolgt nach der logarith mischen Addition bzw. Subtraktion der einzelnen Glie der gemäss Gleichung 1' eine Antilogarithmierung und schliesslich eine Spannungszeittransformation, um den Wert für tH zu gewinnen.
Der Funktionsblock R3 beinhaltet im wesentlichen elektrische Mittel zur Bildung eines Spannungsimpulses U-log (BN),n"x log (BN)mi" elektrische Mittel zur Lö sung der Gleichung 2' zwecks Ermittlung eines Span nungsimpulses U-HZ bzw.
t, und nachgeordnete elek trische Mittel zur Spannungszeittransformation. Weiter hin enthält der Funktionsblock R3 elektrische Mittel zur Bildung von Spannungsimpulsen U-KUP (HZ), die dem Funktionsblock R2 zwecks additiver Verarbeitung zu geführt werden. Die elektrischen Mittel zur Bildung der verschie denen Spannungsimpulse sind solche an sich bekannter Art und werden deshalb im einzelnen nicht erläutert.
Die für tn und t. ermittelten Werte werden von der Steuereinrichtung abgerufen, wenn das Negativ 1 sich in Kopierstellung befindet, wobei in an sich bekannter Weise durch entsprechende Relais entweder die Lampe 5 für die Hauptbelichtung bzw. die Lampe 6 für die Zusatzbelichtung ein- und ausgeschaltet oder in deren Strahlengängen befindliche Verschlüsse betätigt werden. Das Projektionsobjektiv ist im Schema gemäss Fig. 4 mit 7 und die Papierebene mit 8 bezeichnet, während 9 einen teildurchlässigen Spiegel zur Einspiegelung des Zusatzlichtes in den Kopierstrahlengang kennzeichnet.
Die Fig. 5 zeigt eine für die Abtastung des Negativs besonders geeignete Einrichtung.
Sie besteht im wesentlichen aus zwei optischen Keilen 10 und 10', die gleiche Keilwinkel aufweisen und die mit konstanter, aber unterschiedlicher Winkel- geschwindigkeit gleichsinnig um die optische Achse 0-0 rotieren und zwischen dem photoelektrischen Empfänger 4 und dem abzutastenden Negativ 1 angeordnet sind. Vom photoelektrischen Empfänger 4 aus gesehen ist den optischen Keilen 10 und 10' eine Lochblende 12 vor- und eine Zylinderlinse 11 nachgeordnet. Die Be leuchtung des abzutastenden Negativs 1 erfolgt mittels der Lampe 2 und einer Bildfeldkondensorlinse 13.
Der Antrieb der beiden optischen Keile 10, 10' erfolgt mittels eines nicht dargestellten Motors über z. B. miteinander gekuppelte Zahnräder 14 und 15, die an den in der Zeichnung nur angedeuteten Keilfassungen 16, 17 an greifen.
In der in Fig. 5 dargestellten Lage der beiden opti schen Keile bilden diese eine Platte, und es ist vom photoelektrischen Empfänger 4 aus gesehen für ein durch die Lochblende 12 begrenztes schmales Strahlen bündel keine Ablenkung vorhanden.
Bei der Rotation der beiden optischen Keile in der vorher beschriebenen Weise entsteht als Ablenk- figur in einer zur optischen Achse 0-0 senkrechten Ebene, beispielsweise in der durch die Planfläche der Zylinderlinse 11 gebildeten Ebene E, eine Kreisspirale, wobei die Liniensteigung dieser Spirale bei vorgegebe nem Keilwinkel von der Differenz der Winkelgeschwin digkeiten der beiden Keile dco = oilo- )lo" sowie dem Abstand a der beiden Keile zueinander und dem Ab stand e zur Planfläche der Zylinderlinse 11 abhängt.
Mit diesem Parameter ist es möglich, die Linien steigung gleich dem Durchmesser des Abtastbündels zu wählen, so dass jeder Bildpunkt in der Ebene E über strichen wird.
Die Zylinderlinse 11 bewirkt eine Angleichung der Ablenkfigur an das im allgemeinen übliche Rechteck format der zu kopierenden Negative, indem diese bei Anpassung an die senkrechte Ausdehnung des Negativs die Abtastfigur in der Waagerechten streckt bzw. bei Anpassung an die waagerechte Ausdehnung des Nega- tivs die Senkrechte zusammendrängt, so dass aus einer Kreisspirale eine Ellipsenspirale gebildet wird.
Die Ab tastfigur muss dabei stets innerhalb der Bildfläche des Negativs liegen, da andernfalls Signale von der das Bildfeld begrenzenden Maske registriert werden, die das Messergebnis verfälschen, indem z. B. der Wert für (BN)",i" nicht vom Negativ, sondern von der Begren zungsmaske geliefert wird.
Durch die konstante Differenz der Winkelgeschwin digkeiten beider Keile ist bei dauernd umlaufenden Keilen gesichert, dass die Startstellung cp - 180 (siehe Fig. 6a) zum Messbeginn (Plattenbildung) innerhalb einer bestimmten Zeiteinheit periodisch wiederkehrt.
Um diese Stellung, die den Beginn eines jeden Ab tastzyklus darstellt, für den Messvorgang bei ständig umlaufenden Keilen zu erfassen, sind beispielsweise auf den Keilfassungen 16, 17 Kontakte P, P' angeordnet, die mit entsprechenden nicht dargestellten ortsfesten Gegenkontakten in Berührung kommen und im Moment der 180 -Stellung der beiden Keile den Messstromkreis schliessen.
Es wird nunmehr vom abtastenden Strahl auf der Negativfläche, beginnend auf der optischen Achse 0-0, eine Abtastfigur entsprechend einer Ellipsen- spirale beschrieben und sämtliche partielle Leucht- dichten im Bereich (BN)min G BN G (BN)max werden vom photoelektrischen Empfänger 4 zeitlich nachein ander registriert.
Beim Erreichen einer Maximalablenkung, bei der der relative Drehwinkelunterschied einen Grenzwert auf weist (siehe Fig. 6b), und die Abtastfigur noch inner halb der Negativfläche liegt, z. B. bei überstreichen eines Punktes F, wird durch einen weiteren auf der Keilfassung 16 befindlichen Kontakt P" eine Verbin dung zwischen P und P" bewirkt und der Messvorgang beendet. Mit der vorstehend beschriebenen Anordnung lassen sich etwa 80 % der Negativflächen abtasten.
Eine Vergrösserung der Abtastfläche ohne Verfälschung des Messergebnisses lässt sich dadurch erreichen, dass senk recht zur Negativebene Spiegel 18 angeordnet werden, die gleichzeitig die Negativmaskenbegrenzung darstellen (Fig. 7). Die dadurch mögliche Vergrösserung der Ab tastfläche zeigt Fig. B.
Die zweimalige Abtastung der in der Fig. 8 durch senkrecht schraffierte Kreisabschnitte gekennzeichneten Negativflächen ist dabei ohne Ein fluss auf das Messergebnis, da ja - wie vorher beschrie ben - dem photoelektrischen Empfänger Einrichtungen zur elektrischen Selektion von (BN),;" und BNmaa nach geordnet sind.
Der besondere Vorteil der beschriebenen optischen Abtasteinrichtung ist darin zu sehen, dass einmal der Aufwand relativ niedrig ist und zum andern während des Messzyklus keine Massenbeschleunigungen erforder lich sind.