DE10323193A1

DE10323193A1 - Einrichtung und Verfahren zur multispektralen Abtastung einer Farbbildvorlage

Info

Publication number: DE10323193A1
Application number: DE2003123193
Authority: DE
Inventors: Markus Dipl.-Phys. Schnitzlein; Dietmar Dipl.-Ing. Dowe
Original assignee: Oce Document Technologies GmbH
Current assignee: Oce Document Technologies GmbH
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2004-12-23
Also published as: WO2004105380A1

Abstract

Beschrieben sind eine Einrichtung (10, 100) und ein Verfahren zur multispektralen, hochauflösenden und vorlagenschonenden Abtastung einer Farbbildvorlage (12). Ein Beleuchtungsteil (14) gibt Beleuchtungslicht auf die Farbbildvorlage (12) aus. Ein Zeilensensor (29) erfasst die Intensität des an der Farbbildvorlage (12) reflektierten Beleuchtungslichtes. Der Beleuchtungsteil (14) enthält einen Spektralteil (22, 30, 60, 82), der das Beleuchtungslicht in einer vorbestimmten zeitlichen Folge nacheinander auf verschiedene Abtastwellenlängen einstellt, die so gewählt sind, dass sie das sichtbare Wellenlängenspektrum abdecken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur multispektralen Abtastung einer Farbbildvorlage.

Einrichtungen zum Abtasten von Farbbildvorlagen werden beispielsweise im Bibliothekswesen eingesetzt, um dem Benutzerkreis den Informationsgehalt sehr alter und damit wertvoller Bücher zur Kenntnis bringen, ohne die Bücher selbst ausstellen zu müssen. Hierzu werden die Bücher Seite für Seite auf optoelektronischem Wege abgetastet. Die so gewonnene Information kann dann mittels geeigneter Wiedergabesysteme genutzt werden, um die abgetastete Farbbildvorlage so zu reproduzieren, dass sie für den Benutzer vom Original möglichst nicht unterscheidbar ist.

Derzeit werden üblicherweise Abtasteinrichtungen eingesetzt, die je einen Farbauszug in den Farben Rot (R), Grün (G) und Blau (B) nach einem Verfahren erzeugen, das beispielsweise aus der Farbfernsehtechnik seit langem bekannt ist und auch als Dreibereichsverfahren bezeichnet wird. In diesen Abtasteinrichtungen werden Kameras verwendet, die keine genormten spektralen Empfindlichkeiten für die Farbauszüge R, G und B aufweisen. Bekannt sind lediglich die sogenannten CIE-Koordinaten für diese Farbauszüge. Diese Koordinaten beziehen sich auf den im Jahre 1931 definierten CIE-Farbraum, durch den drei standardisierte Primärfarben X, Y und Z festgelegt sind.

In 1 ist das CIE-Farbdiagramm von 1931 oder chromatische Diagramm gezeigt. Bei diesem Farbdiagramm liegen die zu 100% reinen Farben des Spektrums auf dem gekrümmten Teil des Randes. Ein standardisiertes weißes Licht ist durch das Kreuz in der Mitte des Farbdiagramms gekennzeichnet. In diesem CIE-Farbdiagramm kann man die sogenannten Farbpaletten definieren. Eine solche Farbpalette erhält man beispielsweise für den aus dem Stand der Technik bekannten sRGB-Farbraum durch das in 1 gezeigte Dreieck, dessen Ecken durch die drei Farben A, B und C festgelegt sind. Durch Mischen der drei Farben A, B und C können alle Farben innerhalb des Dreiecks erzeugt werden.

In Tabelle 1 sind nun beispielhaft die CIE-Koordinaten für die Farbauszüge R, G und B bei verschiedenen handelsüblichen Monitoren angegeben, die zur Farbbildwiedergabe verwendet werden. Wie der Tabelle 1 zu entnehmen ist, variieren diese Koordinaten von Monitor zu Monitor. Dies erschwert die farbrichtige Wiedergabe der Farbbildvorlage, da nicht von standardisierten Farbauszügen ausgegangen werden kann.

Tabelle 1

Ein weiteres Problem bei der farbrichtigen Wiedergabe von Farbbildvorlagen ist unter der Bezeichnung Metamerie be kannt. Metamerie bezeichnet das Phänomen, dass spektral unterschiedliche Farbreize die gleiche Farbempfindung auslösen können. Zur Erläuterung dieses Problems wird wieder auf 1 bezuggenommen. Das CIE-Farbdiagramm ist so definiert, dass zwei Farbreize, zu denen zwei gleiche Koordinaten-Tripel (x, y, z) gehören, auch die gleiche Farbempfindung hervorrufen. x und y definieren dabei gemeinsam Farbton und Farbsättigung, während z die Helligkeit festlegt. Nun wird jede Farbe, genauer gesagt, jede Farbempfindung von der gesamten spektralen Verteilung der Lichtintensität hervorgerufen, so dass man aus der spektralen Verteilung eindeutig auf das vorstehend genannte Koordinaten-Tripel (x, y, z) schließen kann. Umgekehrt ist dies jedoch nicht möglich, d.h. die gesamte spektrale Verteilung kann nicht aus dem Koordinaten-Tripel (x, y, z) gewonnen werden.

Metamerie tritt dann auf, wenn völlig unterschiedliche spektrale Verläufe gleiche Koordinaten-Tripel (x, y, z) ergeben. 2 zeigt ein Beispiel hierfür. Dort sind ein 2-Linienspektrum und ein 3-Linienspektrum dargestellt, die völlig verschieden voneinander sind. Beide Spektren ergeben aber praktisch das gleiche Koordinaten-Tripel (x, y, z). Faßt man nun diese beiden Spektren jeweils als eine Körperfarbe auf, d.h. als die Eigenschaft eines Körpers, unter bestimmter Beleuchtung eine entsprechende Farbe zu zeigen, und setzt man eine Beleuchtung mit absolut weißem Beleuchtungslicht voraus, so wären die beiden Körperfarben identisch. Ist jedoch das Beleuchtungslicht nicht absolut weiß, also farbstichig, so sind die beiden Körperfarben unterschiedlich.

Da Beleuchtungslicht ohne jeden Farbstich praktisch nicht realisierbar ist, führt das vorstehend erläuterte Metame rieproblem dazu, dass eine abgestastete Farbbildvorlage im Grunde nur dann farbrichtig reproduziert werden kann, wenn sie unter dem Licht betrachtet wird, mit dem sie bei der Abtastung auch beleuchtet worden ist. Dies ist in der Regel jedoch nicht möglich.

Um eine bessere Farbwiedergabe zu gewährleisten, wurden verschiedene Verfahren entwickelt. Eines dieser Verfahren besteht in der Festlegung der sRGB-Farbkoordinaten. Diese Farbkoordinaten engen die Toleranz der R-, G, und B-Spektralverläufe etwas ein, ohne sie jedoch absolut reproduzierbar zu machen. Ein weiteres Verfahren ist die Festlegung sogenannter ICC-Profile. Dabei wird für jedes bildwandelnde Gerät, z.B. einen Abtaster, einen Monitor oder einen Drucker, ein umfangreicher Datensatz ermittelt. Dieser Datensatz bestimmt für jede in dem RGB-Farbraum definierte Farbe eine Matrix zur Umrechnung in oder aus bestimmten Farbkoordinaten, die ein geräteunabhängiges Farbmaßsystem definieren. Diese Verfahren verbessern zwar die Farbwiedergabe. Das Metamerieproblem können sie jedoch nicht lösen.

Um das Auftreten von Metamerie zu verhindern, reicht es deshalb nicht aus, nur die drei Farbwerte R, G und B zu erfassen. Vielmehr sollte für jedes abgetastete Pixel ein ganzes Spektrum, d.h. der spektrale Verlauf der Lichtintensität erfasst werden. Hierzu wurden im Stand der Technik Abtasteinrichtungen vorgeschlagen, bei denen eine spektrale Auflösung im Abbildungsstrahlengang vorgesehen ist, also in dem Bereich, der zwischen der Farbbildvorlage und dem Lichtempfänger, z.B. einem CCD-Sensor, angeordnet ist, der das an der Farbbildvorlage reflektierte Licht empfängt. Während das an der Farbbildvorlage reflektierte Licht in dem Abbildungsstrahlengang nacheinander auf ver schiedene Abtastwellenlängen eingestellt, d.h. in seine spektralen Anteile zerlegt wird, fällt auf die Farbbildvorlage kontinuierlich das Beleuchtungslicht in seiner gesamten spektralen Breite. Während also der Lichtempfänger nacheinander die spektralen Anteile entsprechend den Farben Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett empfängt, fallen alle diese Anteile gleichzeitig auf die Farbbildvorlage. Letztere wird deshalb beispielsweise dem blau-violetten Licht, das besonders energiereich ist, deutlich länger ausgesetzt, als dies für die eigentliche Abtastung nötig ist. Dies kann zu einer Schädigung der Farbbildvorlage führen.

Eine solche Schädigung kann vermieden werden, wenn für jede Abtastwellenlänge ein eigener Lichtempfänger vorgesehen wird. Eine solche Anordnung von Lichtempfängern wird auch als Ortsmultiplex-Spektralempfänger bezeichnet. Da bei dieser Lösung alle Lichtempfänger gleichzeitig arbeiten, wird eine hohe Abtastgeschwindigkeit erreicht. Jedoch ist der technische Aufwand beträchtlich, da je Pixel eine der Anzahl der Abtastwellenlängen entsprechende Anzahl von Lichtempfängern vorgesehen werden muß.

Ein solcher Ortsmultiplex-Spektralempfänger kann als Matrixsensor ausgeführt sein, bei dem die Zahl der in einer Zeile enthaltenen Pixel die Ortsauflösung und die Zahl der in einer Spalte enthaltenen Pixel die Spektralauflösung festlegt. Die erste Zeile des Matrixsensors wird für die Ortsauflösung wie ein üblicher Zeilensensor genutzt, während die dazu senkrechten Spalten für die Spektralauflösung genutzt werden, in dem ein Polychromator für jedes Pixel der ersten Zeile das Licht in seine spektralen Anteile aufgefächert auf die diesem Pixel zugeordnete Spalte projiziert. Ein solcher Matrixsensor hat jedoch den Nach teil einer begrenzten Ortsauflösung. Außerdem ist er vergleichsweise teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung und ein Verfahren anzugeben, die eine multispektrale Abtastung einer Farbbildvorlage ermöglichen, welche die Farbbildvorlage möglichst wenig mit schädigendem Licht belastet und kostengünstig eine hohe Ortsauflösung ermöglicht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 36. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung sieht eine Spektralauflösung des Beleuchtungslichtes vor, bevor letzteres die Farbbildvorlage erreicht. Dadurch kann das Beleuchtungslicht nacheinander auf die verschiedenen, das sichtbare Wellenlängenspektrum abdeckenden Abtastwellenlängen eingestellt werden, so dass die Farbbildvorlage stets nur mit Beleuchtungslicht einer Abtastwellenlänge belastet wird. Die Lichtbelastung der Farbbildvorlage wird also auf den Vorlagenort und auf die Abtastwellenlänge eingegrenzt, die gerade ausgewertet werden. Insbesondere der energiereiche blau-violette Anteil des Beleuchtungslichtes fällt deshalb nur so lange auf die Farbbildvorlage, wie dies für die Abtastung unbedingt erforderlich ist. Dadurch wird eine Schädigung der Farbbildvorlage vermieden.

Das Einstellen der verschiedenen Abtastwellenlängen erfolgt in einer vorbestimmten zeitlichen Folge. Dadurch ist es möglich, zu den verschiedenen Abtastwellenlängen gehörende Ausgangssignale des Zeilensensors nach Art eines Zeitmultiplex-Verfahrens zeitlich gleichsam ineinander zu schachteln und effizient zu verarbeiten.

Es ist darauf hinzuweisen, dass der Begriff „Abtastwellenlänge" auch einen schmalbandigen Wellenlängenbereich umfaßt.

Da bei der Erfindung die Spektralauflösung gleichsam im Beleuchtungsstrahlengang und nicht im Abbildungsstrahlengang vorgenommen wird, ist es nicht erforderlich, in dem Abbildungsstrahlengang ein optisches Element wie ein Filter oder einen Monochromator anzuordnen. Dadurch wird die Menge an Streulicht vermindert, was zu einer verbesserten Bildqualität führt.

Die Erfindung sieht vor, das an der Farbbildvorlage reflektierte Licht durch einen Zeilensensor zu erfassen. Solche Zeilensensoren, die eine große Anzahl von Bildelementen oder Pixeln umfassen, verfügen über eine hohe Ortsauflösung und sind dabei vergleichsweise kostengünstig, insbesondere im Vergleich zu Matrixsensoren.

Die Abtastwellenlängen, auf die das Beleuchtungslicht vor Erreichen der Farbbildvorlage nacheinander eingestellt wird, sind so gewählt, dass sie das sichtbare Wellenlängenspektrum abdecken. Insbesondere ist die Zahl an Abtastwellenlängen so bemessen, wie dies für die Abdeckung des sichtbaren Spektrums erforderlich ist. In jedem Fall ist diese Zahl größer als drei und damit größer als in dem bekannten Dreibereichsverfahren.

Die Erfindung beschränkt sich demnach nicht auf die Erfassung einiger weniger Farbkenngrößen, wie z.B. der drei Farbwerte R, G, B, die mit einer Einschränkung der zur Wiedergabe der Farbbildvorlage zur Verfügung stehenden Farbpalette einhergeht. Vielmehr liefert die Erfindung für jedes Pixel das gesamte Spektrum des reflektierten Lichtes und damit den vollständigen spektralen Verlauf des Reflexionsfaktors. Anhand dieses Verlaufs kann später die Farbbildvorlage unter Einrechnung einer erst dann zu definierenden Beleuchtung wiedergegeben werden. Dadurch kann das Auftreten von Metamerie vermieden werden.

Ferner können aus dem spektralen Verlauf des Reflexionsfaktors Informationen abgeleitet werden, die bei Betrachtung der Farbbildvorlage mit bloßem Auge verborgen bleiben, wie z.B. Schreibtinten, Malfarben oder Druckfarben, die anhand ihres Reflexionsgrades unterscheidbar sind, jedoch in dem CIE-Farbdiagramm gleiche Koordinaten-Tripel (x, y, z) liefern und damit dem bloßen Auge gleich erscheinen.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird im folgenden auf die in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele bezuggenommen, die anhand spezifischer Terminologie beschrieben sind. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der Schutzumfang der Erfindung dadurch nicht eingeschränkt werden soll, da derartige Veränderungen und weitere Modifizierungen an der gezeigten Einrichtung und dem Verfahren sowie derartige weitere Anwendungen der Erfindung, wie sie darin aufgezeigt sind, als übliches derzeitiges oder künftiges Fachwissen eines zuständigen Fachmannes angesehen werden.
Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, nämlich
1 ein CIE-Farbdiagramm,
2 ein Diagramm zur Illustration des Metamerieproblems,
3 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung zur multispektralen Abtastung,
4 die spektralen Komponenten des Beleuchtungslichtes auf der Farbbildvorlage,
5 eine Prismenanordnung, die in der erfindungsgemäßen Einrichtung als Monochromator verwendbar ist,
6 eine in der Prismenanordnung nach 5 enthaltene Blende,
7 eine modifizierte Ausführungsform der in der Prismenanordnung nach 5 enthaltenen Blende,
8 ein Filterrad, das in der erfindungsgemäßen Einrichtung als Monochromator verwendbar ist,
9 ein halbzylindrisches Element, das in der erfindungsgemäßen Einrichtung als Monochromator verwendbar ist,
10 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung mit dem halbzylindrischen Element nach 9,
11 eine herkömmliche Farbprojektionseinrichtung, die eine Lichtquelleneinheit mit mehreren Lichtquellen umfasst,
12 eine Lichtquelleneinheit mit nur einer Lichtquelle im Querschnitt,
13 die Lichtquelleneinheit nach Figur 12 im Längsschnitt,
14 eine Lichtquelleneinheit mit mehreren Lichtquellen im Längsschnitt, und
15 ein Schaltbild, das die Ansteuerung der in der Lichtquelleneinheit enthaltenen Lichtquellen verdeutlicht.
In 3 ist eine Einrichtung 10 gezeigt, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. Die Einrichtung 10 dient der multispektralen Abtastung einer Farbbildvorlage 12. Die Einrichtung 10 umfaßt einen Beleuchtungsteil 14, der Beleuchtungslicht auf die Farbbildvorlage 12 ausgibt. Der Beleuchtungsteil 14 enthält eine Lichtquelle 16, einen Hohlspiegel 18, ein optisches Filter 20 und ein Beugungsgitter in Form einer Gitterfolie 22, die in einem verkippbaren Rahmen 24 gehalten ist. Die Lichtquelle 16 ist z.B. eine Xenon-Hochdrucklampe, also eine mit Xenon gefüllte Entladungslampe, bei der in einem unter hohem Druck stehenden Quarzglasrohr zwischen zwei Elektroden ein Lichtbogen brennt. Die Xenon-Hochdrucklampe gibt eine tageslichtähnliche Strahlung ab, die das gesamte sichtbare Wellenlängenspektrum abdeckt. Als Lichtquelle 16 kann jedoch auch ein anderer Lampentyp verwendet werden, z.B. eine handelsübliche Glühlampe.
Die Lichtquelle 16 ist nahe einer Brennlinie des Hohlspiegels 18 angeordnet, der als elliptisch-zylindrisches Element ausgebildet ist, d.h. als Teil eines Zylinders, dessen Grundfläche elliptisch ist. Der Hohlspiegel 18 kann jedoch auch als kreiszylindrisches Element oder parabolisch-zylindrisches Element ausgebildet sein, d.h. als Teil eines Zylinders, dessen Grundfläche kreisförmig ist, bzw, als Teil eines Zylinders, desssen Grundfläche parabolisch ist. Da die Lichtquelle 16 nahe einer Brennlinie des Hohlspiegels 18 angeordnet ist, wird das an dem Hohlspiegel 16 reflektierte Beleuchtungslicht zu einem Strahlenbündel geformt, dessen Bündelquerschnitt bezogen auf die Zeichenebene nach 3 zur Farbbildvorlage 12 hin abnimmt. Längs der Richtung, die in der Zeichenebene nach 3 liegt, hat also der Hohlspiegel 18 eine fokussierende Wirkung. In der zu dieser Richtung senkrechten Richtung hat der Hohlspiegel 18 dagegen keine fokussierende Wirkung, da er als zylindrisches Element in dieser Richtung nicht gekrümmt ist.
Das von der Lichtquelle 16 ausgegebene und an dem Hohlspiegel 18 reflektierte Beleuchtungslicht geht durch das Filter 20, das die Infrarot- und die Ultraviolettkomponente aus dem Beleuchtungslicht sperrt. Das Beleuchtungslicht tritt dann durch die in dem verkippbaren Rahmen 24 gehaltene Gitterfolie 22. Die Gitterfolie 22 bildet einen Monochromator mit dispergierender Wirkung, d.h. ein Element, welches das Beleuchtungslicht räumlich in seine spektralen Komponenten zerlegt. In 3 ist dies beispielhaft anhand von drei Strahlenbündeln ws, vi und rt dargestellt. Das Strahlenbündel ws stellt dabei das nicht dispergierte Weißlicht nullter Beugungsordnung, das Strahlenbündel rt das Rotlicht erster Beugungsordnung und das Strahlenbündel vi das Violettlicht erster Beugungsordnung dar. Die drei Strahlenbündel ws, vi und rt werden bezogen auf die Transportrichtung der Farbbildvorlage 12, die in 3 durch den Pfeil angedeutet ist, auf verschiedene Stellen der Farbbildvorlage fokussiert.
Nahe an der Farbbildvorlage 12 ist eine geschwärzte Feldblende 26 angeordnet, deren Blendenöffnung 28 den gerade beleuchteten und damit abgestasteten Teil der Farbbildvorlage 12 festlegt. Ein Zeilensensor, z.B. eine Zeilenkamera 29, erfaßt den durch die Blendenöffnung 28 tretenden und an der Farbbildvorlage 12 reflektierten Teil des Beleuchtungslichtes. Die Zeilenkamera 29 enthält einen CCD-Sensor, dessen CCD-Bildelemente in einer zur Zeichenebene nach 3 senkrechten Richtung angeordnet sind. Indem die Farbvorlage 12 in der in 3 durch den Pfeil angedeuteten Richtung bewegt wird, tastet der Zeilensensor 29 die Farbbildvorlage Zeile für Zeile ab.
In 4 ist dargestellt, wie die Gitterfolie 22 das durch sie tretende Beleuchtungslicht in seine spektralen Komponenten zerlegt. 4 entspricht einer Draufsicht auf die Farbbildvorlage 12 bei weggelassener Feldblende 26. Wie 4 zeigt, wird das von der Lichtquelle 16 ausgegebene und an dem Hohlspiegel 18 reflektierte Beleuchtungslicht, das in 4 mit ws bezeichnet ist, auf der Farbbildvorlage 12 längs der Transportrichtung gleich sam in seine spektralen Komponenten violett (vi), blau (bl), grün (gn), gelb (ge) und rot (rt) aufgefächert. Die Komponenten vi, bl, gn, ge und rt bilden dabei die Anteile erster Beugungsordnung der spektralen Zerlegung, während das Beleuchtungslicht ws als der Anteil nullter Beugungsordnung der spektralen Zerlegung aufgefasst werden kann.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die durch die Blendenöffnung 28 freiliegende Zeile der Farbbildvorlage 12 nacheinander mit dem Beleuchtungslicht der verschiedenen Abtastwellenlängen beleuchtet, indem die Gitterfolie 22 schrittweise verkippt wird. Die Gitterfolie 22 wird nämlich in dem zwischen der Lichtquelle 16 und der Farbbildvorlage 12 angeordneten Beleuchtungsstrahlengang so verkippt, dass nacheinander die in 4 gezeigten spektralen Komponenten des Beleuchtungslichtes auf die durch die Blendenöffnung 28 freiliegende Zeile der Farbbildvorlage 12 gerichtet werden. Nachdem alle vorgesehenen Abtastwellenlängen nacheinander auf die durch die Blendenöffnung 28 freiliegende Zeile der Farbbildvorlage 12 eingestellt worden sind, wird die Gitterfolie 22 wieder in ihre Ausgangsstellung gebracht und die Farbbildvorlage 12 um eine Zeile in Transportrichtung weiterbewegt. Dadurch liegt die als nächstes abzutastende Zeile der Farbbildvorlage 12 durch die Blendenöffnung 28 frei. Für diese Zeile werden dann durch Verkippen der Gitterfolie 22 wieder nacheinander die verschiedenen Abtastwellenlängen des Beleuchtungslichtes eingestellt. Auf diese Weise wird die Farbbildvorlage 12 zeilenweise und multispektral abgetastet.
Das schrittweise Verkippen der Gitterfolie 22, das Bewegen der Farbbildvorlage 12 und das Erfassen des an der Farbbildvorlage 12 reflektierten Beleuchtungslichtes durch den Zeilensensor 29 sind zeitlich aufeinander abgestimmt, d.h. synchronisiert. Hierzu ist beispielsweise für den die Gitterfolie 22 haltenden Rahmen 24 ein nicht gezeigter Schrittmotor vorgesehen, der über ein Zeilensynchronsignal des Zeilensensors 30 angesteuert, d.h. getaktet wird, und so den Rahmen 24 synchron zum Betrieb des Zeilensensors 30 verkippt. Entsprechend kann für den Transport der Farbbildvorlage 12 ein auf diese Weise getakteter Schrittmotor vorgesehen sein.
Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt also das spektrale Durchstimmen des durch die Gitterfolie 22 gebildeten Monochromators zeilenweise. Es ist jedoch ebenso möglich, die gesamte Farbbildvorlage 12 zunächst mit einer Abtastwellenlänge abzutasten, dann die Farbbildvorlage 12 in ihre Ausgangsstellung zurückzubewegen und anschließend die gesamte Farbbildvorlage 12 mit der nächsten Abtastwellenlänge abzutasten. Selbstverständlich müssen auch hier das Verkippen der Gitterfolie 22, der Transport der Farbbildvorlage 12 und der Betrieb des Zeilensensors 30 entsprechend aufeinander abgestimmt sein.
In dem in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel bildet die in dem Beleuchtungsstrahlengang angeordnete Gitterfole 22 einen Spektralteil zur multispektralen Zerlegung des Beleuchtungslichtes. Die Zerlegung des Beleuchtungslichtes erfolgt dabei über die Wellenlängenabhängigkeit des Beugungswinkels. Es ist jedoch ebenso möglich, anstelle eines Beugungsgitters ein Prisma in dem Beleuchtungsstrahlengang vorzusehen, bei dem der Brechungswinkel von der Brechzahl abhängt, die wiederum wellenlängenabhängig ist.
In 5 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, in dem der Spektralteil eine Prismenanordnung 30 umfaßt, die als subtraktiver Doppel-Allochromator bezeichnet wird. Die Wirkungsweise dieses subtraktiven Doppel-Allochromators ist in „Leitfaden der Spektro-Radiometrie", Springer-Verlag, Wolfgan Erb, 1989, Seiten 185 bis 186 beschrieben. Die Prismenanordnung 30 ist in dem Beleuchtungsstrahlengang zwischen Lichtquelle und Farbbildvorlage angeordnet, die in 5 nicht gezeigt sind.
Die Prismenanordnung 30 umfaßt, von der Lichtquelle her gesehen, einen Eintrittsspalt 31, eine erste Sammellinse 32, ein erstes Prisma 34, eine zweite Sammellinse 36, eine Blende 38, eine dritte Sammellinse 40, ein zweites Prisma 42, eine vierte Sammellinse 44 sowie einen Austrittspalt 46. Der Eintrittsspalt 31 ist in der Brennebene der ersten Sammellinse 32 angeordnet. Das von der Lichtquelle ausgegebene Beleuchtungslicht tritt durch den Eintrittsspalt 31 und wird von der ersten Sammellinse 32 auf das erste Prisma 34 gebündelt. Das erste Prisma 34 wirkt als dispergierendes Element und hat eine vorbestimmte Dispersionswirkung. Das durch das erste Prisma 34 dispergierte Beleuchtungslicht wird von der zweiten Sammellinse auf die Blende 38 gebündelt, deren Wirkungsweise später unter Bezugnahme auf 6 näher erläutert wird. Die Blende 38 hat eine Lichtdurchtrittsöffnung 48, durch die das Beleuchtungslicht auf die dritte Sammellinse 40 fällt. Die dritte Sammellinse 40 bündelt das Licht auf das zweite Prisma 42. Das zweite Prisma 42 hat eine vorbestimmte Dispersionswirkung, die der Dispersionswirkung des ersten Prismas 34 entgegengesetzt gleich ist. Das aus dem zweiten Prisma 42 austretende Beleuchtungslicht wird durch die vierte Sammellinse auf den Austrittspalt 4b gebündelt.
Ein wesentliches Merkmal der Prismenanordnung 30 besteht darin, dass die beiden Prismen 34 und 42 mit ihren entgegengesetzt gleichen Dispersionswirkungen gemeinsam mit der Blende 38 dafür sorgen, dass das durch die Prismenanordnung 30 tretende Beleuchtungslicht zwar in seiner spektralen Zusammensetzung geändert, räumlich jedoch nicht getrennt wird. Dies bedeutet, dass der Austrittsspalt 46, welcher der Blendenöffnung 28 des in 3 gezeigten Ausführungsbeispiels entspricht und beispielsweise durch die Blendenöffnung einer Feldblende gegeben ist, nicht bewegt werden muß, um das Beleuchtungslicht auf eine bestimmte Abtastwellenlänge einzustellen. Das Einstellen auf die verschiedenen Abtastwellenlängen erfolgt vielmehr über die Blende 38.
In 6 ist die Blende 38 zusammen mit dem auf die Blende 38 fallenden Beleuchtungslicht dargestellt, das durch das erste Prisma 34 räumlich in seine spektralen Anteile zerlegt wird. Das aus diesen Anteilen bestehende Spektrum ist in 6 mit dem Bezugszeichen 50 versehen. Die verschiedenen, den Abtastwellenlängen entsprechenden spektralen Anteile fallen auf nebeneinander liegende Bereiche der Blende 38, die in 6 durch die nebeneinander liegenden Rechtecke veranschaulicht sind. Die Blende 38 ist, wie in 6 durch den horizontalen Pfeil angedeutet, quer zum Beleuchtungsstrahlengang bewegbar. Dadurch kann die Lichtdurchtrittsfläche in dem Beleuchtungsstrahlengang so angeordnet werden, dass genau einer der spektralen Anteile des Beleuchtungslichtes durch sie hindurchtritt. Die Breite der Lichtdurchtrittsöffnung 48, d. h. in 6 die horizontale Abmessung, bestimmt die Bandbreite des durchgelassenen Beleuchtungslichtes. Durch die Höhe der Lichtdurchtrittsöffnung 48, d.h. in 6 die vertikale Abmessung, ist bei vorgegebener Bandbreite die durchgelassene Beleuchtungslichtmenge festgelegt.
Indem die Blende 38 quer zum Beleuchtungsstrahlengang verschoben wird, kann die Abtastwellenlänge eingestellt werden, die das auf den Austrittsspalt 46 fokussierte Beleuchtungslicht hat. Ist die Blende 38 aus dem Beleuchtungsstrahlengang entfernt, so gelangt das durch die Eintrittsblende 30 tretende Beleuchtungslicht in seiner spektralen Zusammensetzung unverändert in den Austrittsspalt 46.
Um in der Prismenanordnung 30 die verschiedenen Abtastwellen einzustellen, muß die Blende 38 hin- und herbewegt werden. Um ein solches Hin- und Herbewegen der Blende 38 zu vermeiden, kann eine in 7 gezeigte rotierende Blende 52 mit einer spiralförmigen Lichtdurchtrittsöffnung 54 verwendet werden, die nach Art einer aus dem Stand der Technik bekannten Nipkow-Scheibe arbeitet. Die Blende 52 rotiert um eine zum Beleuchtungsstrahlengang parallele Drehachse, wodurch die spiralförmige Lichtdurchtrittsöffnung 54 nacheinander durch die verschiedenen Bereiche läuft, in denen die verschiedenen spektralen Anteile des Beleuchtungslichtes 50 auf die Blende 52 fallen. Die verschiedenen Abtastwellenlängen werden so in Abhängigkeit des Drehwinkels der Blende 52 eingestellt.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen umfaßt der in dem Beleuchtungsstrahlengang angeordnete Spektralteil ein dispergierendes Element wie ein Beugungsgitter oder ein Prisma, um das Beleuchtungslicht nacheinander auf die verschiedenen Abtastwellenlängen einzustellen.
Anstelle eines solchen dispergierenden Elementes kann jedoch auch ein optisches Filter zum Einstellen der Abtastwellenlängen verwendet werden. In 8 ist ein Filterrad 60 gezeigt, das einen ringförmigen Filterabschnitt 62 hat. Der ringförmige Filterabschnitt 62 besteht aus mehreren sektorförmigen Bandpassfiltern 64 bis 78, die in Umfangsrichtung des Filterabschnitts 62 aufeinander folgen. Die Bandpassfilter 64 bis 78 sind in verschiedenen Wellenlängenbereichen lichtdurchlässig. In 8 sind die Zentralwellenlängen λ1 bis λ8 dieser verschiedenen Wellenlängenbereiche angegeben. Die Zentralwellenlängen λ1 bis λ8 legen die verschiedenen Abtastwellenlängen fest.
Das Filterrad 60 ist um seine Mittelachse 80 drehbar. Die Mittelachse 80 läuft parallel zum Beleuchtungsstrahlengang. Das Filterrad 60 ist so angeordnet, dass abhängig von seinem Drehwinkel stets nur einer der sektorförmigen Bandpassfilter 64 bis 78 in dem Beleuchtungsstrahlengang angeordnet ist. Durch das gerade in dem Beleuchtungsstrahlengang angeordnet Bandpassfilter wird also der Wellenlängenbereich des Beleuchtungslichtes, d.h. dessen Abtastwellenlänge festgelegt.
Das Filterrad 60 kann auch so ausgebildet sein, dass sich die Durchlasswellenlänge seines ringförmigen Filterabschnitts 62 in Umfangsrichtung kontinuierlich ändert.
In der erfindungsgemäßen Einrichtung verwendbare Filterräder sind z.B. in „Laser Focus World", September 1989, Seiten 113 bis 118 beschrieben.
In 9 ist ein zum Einstellen der Abtastwellenlängen bestimmtes optisches Filter in einer Seitenansicht und einer Vorderansicht gezeigt. Dieses optische Filter ist als längliches, halbzylindrisches Element 82 ausgebildet. Es besteht aus Glas und umfasst zu seiner Längsachse 84 parallele, längliche Bandpassfilter, die in Umfangsrichtung des Elements 82 nebeneinander liegen. Diese Bandpassfilter sind in 11 nicht explizit dargestellt.
Das Element 82 ist in dem Beleuchtungsstrahlengang so angeordnet, dass seine Längsachse 84 quer zum Beleuchtungsstrahlengang liegt. Das Element 82 hat an seinen beiden Längsenden je einen Wellenstummel 86 bzw. 88. Über die Wellenstummel 86, 88 ist das Element 82 um seine Längsachse 84 drehbar. Ferner hat das Element 82 an seinen beiden Längsenden jeweils ein Gegengewicht 90 bzw. 92.
In 10 ist eine Einrichtung 100 gezeigt, die mit dem in 9 gezeigten optischen Filter arbeitet. Diejenigen Komponenten der Einrichtung 100, die mit den Komponenten des in 3 gezeigten Ausführungsbeispiels übereinstimmen, sind mit den in 3 verwendeten Bezugszeichen versehen.
Die Einrichtung 100 hat in ihrem Beleuchtungsstrahlengang eine konkave Zylinderlinse 102, die so angeordnet ist, dass ihre Brennlinie mit einer der Brennlinien des elliptisch-zylindrischen Hohlspiegels 18 zusammenfällt. Die Zylinderlinse 102 formt aus dem auf sie fallenden Beleuchtungslicht ein paralleles Lichtbündel. Dieses parallele Lichtbündel fällt auf das Element 82. Durch Drehen des Elementes 82 um dessen Längsachse 84 kann wahlweise eines der an dem Element 82 vorgesehenen Bandpassfilter in den Beleuchtungsstrahlengang gebracht werden. Das gerade in den Beleuchtungsstrahlengang eingebrachte Bandpassfilter bestimmt die Abtastwellenlänge des auf die Farbbildvorlage 12 fallenden Beleuchtungslichtes. Die Abtastwellenlängen des Beleuchtungslichtes können so abhängig vom Drehwinkel des Elementes 82 eingestellt werden.
Gegenüber dem in 8 gezeigten Filterrad 60 hat das Element 82 den Vorteil, das durch seine langgestreckten Bandpassfilter bei einem noch vergleichsweise kompakten Aufbau ein langgestrecktes Beleuchtungsfeld der gewünschten Abtastwellenlänge auf der Farbbildvorlage 12 erzeugt werden kann.
Die konkave Zylinderlinse 102 sorgt dafür, dass das Beleuchtungslicht als paralleles Lichtbündel auf das Element 82 fällt. Der sich der Zylinderlinse 102 anschließende Beleuchtungsstrahlengang ist demnach telezentrisch. Dies hat den Vorteil, dass das Beleuchtungslicht stets senkrecht auf das Element 82 und damit auf die an diesem vorgesehenen Bandpassfilter fällt. Da sich die Zentralwellenlänge des Wellenlängenbereichs, in dem ein solches Bandpassfilter durchlässig ist, mit dem Einfallswinkel ändert, kann so eine unerwünschte Verschiebung der Zentralwellenlänge vermieden werden. Dies erhöht die Genauigkeit, mit der die verschiedenen Abtastwellenlängen eingestellt werden können.
In den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen umfasst der zum Einstellen der Abtastwellenlängen bestimmte Spektralteil einen Monochromator in Form eines dispergierenden Elementes, z.B. eines Beugungsgitters oder eines Prismas, bzw. in Form eines optischen Filters. Diese Monochromatoren weisen jeweils mechansch bewegte Teile wie den verkippbaren Rahmen 24, das drehbare Filterrad 60, das drehbare halbzylrindrische Element 82, die verschiebbare Blende 38 oder die drehbare Blende 52 auf.
Wird die multispektrale Abtastung in der Weise durchgeführt, dass der jeweilige Monochromator zunächst für eine Zeile der Farbbildvorlage 12 nacheinander alle Abtastwellen und anschließend für die nächste Zeile der Farbbildvorlage 12 wiederum nacheinander alle Abtastwellen einstellt, so müssen die vorstehend genannten Teile gewisse mechanische Anforderungen erfüllen, da sie vergleichsweise schnell bewegt werden, nämlich entsprechend der Zeit, die für die Beleuchtung einer Zeile der Farbbildvorlage mit einer Abtastwellenlänge benötigt wird. Diese Zeit liegt etwa zwischen 0,2 bis 1 ms. Außerdem ist zu berücksichtigen, dass die dieser Zeit entsprechende Frequenz von 1 bis 5 kHz, mit der die Teile bewegt werden, zu einer gewissen Schallbelastung führt.
Wird dagegen die multispektrale Abtastung in der Weise vorgenommen, dass zunächst für alle Zeilen der Farbbildvorlage eine Abtastwellenlänge und anschließend wiederum für alle Zeilen der Farbbildvorlage die jeweils nächste Abtastwellenlänge eingestellt wird, so ist dies mit einem erheblichen Aufwand für die Speicherung der gewonnenen Bildinformation verbunden, wenn letztere in einer elektronischen Bildverarbeitung so umsortiert werden muß, dass die auf eine jeweilige Zeile der Farbbildvorlage bezogene Farbinformation in einem zusammenhängenden Informationsblock gespeichert ist. Außerdem muß eine bis auf Bruchteile eines Pixels genaue Relativanordnung zwischen Zeilenkamera 29 und Farbbildvorlage 12 gewährleistet sein, damit die Zeilenkamera 29 bei jeder neuen Abtastung der Farbbildvorlage 12 wieder genau den Zeilen zugeordnet ist, denen er in den vorhergehenden Abtastungen zugeordnet war. Dies stellt durchaus beachtliche mechanische Anforderungen an die Abtasteinrichtung.
Die vorstehend beschriebenen Anforderungen an die Abtasteinrichtung können herabgesetzt werden, wenn der Spektralteil beim Einstellen der verschiedenen Abtastwellenlängen ohne bewegte Teile auskommt. Dies ist dann der Fall, wenn der Spektralteil eine Lichtquelleneinheit umfasst, die das Beleuchtungslicht schon in der Form ausgibt, wie es für die multispektrale Abtastung der Farbbildvorlage benötigt wird. Dies bedeutet, dass die Lichtquelleneinheit in der Lage sein sollte, in einer vorbestimmten zeitlichen Folge nacheinander die verschiedenen Abtastwellenlängen auszugeben. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass bei der erfindungsgemäßen multispektralen Abtastung so viele verschiedene Abtastwellenlängen vorgesehen sind, dass diese das sichtbare Wellenlängenspektrum abdecken. Legt man letzteres mit einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm fest, so können beispielsweise 31 verschiedene Abtastwellenlängen in einem Abstand von jeweils 10 nm vorgesehen sein.
Bei einer so großen Zahl an verschiedenen Abtastwellenlängen sind aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen nicht anwendbar. Eine solche bekannte Lösung ist in 11 gezeigt. Dort ist eine Farbbild-Projektionseinrichtung 110 dargestellt, die eine Steuerung 112, einen Bildspeicher 114, eine Farbtransformationseinheit 116, eine Lichtquelleneinheit 118 und einen schwenkbaren Projektionskopf 120 umfaßt. Die Projektionseinrichtung 110 arbeitet nach dem Dreibereichsverfahren, d.h. sie erzeugt eine Farbbildvorlage mittels des Projektionskopfes 120 aus rotem, grünem und blauem Licht. Um die Vorteile der später beschriebenen erfindungsgemäßen Lichtquelleneinheit deutlich zu machen, soll im folgenden nur die Lichtquelleneinheit 118 der bekannten Projektionseinrichtung 110 genauer beschrieben werden.
Die Lichtquelleneinheit 118 enthält eine erste Laserquelle 122 zum Ausgeben von rotem Licht, eine zweite Laserquelle 124 zum Ausgeben von grünem Licht und eine dritte Laserquelle 126 zum Ausgeben von blauem Licht. Ferner umfasst die Lichtquelleneinheit einen ersten Spiegel 128, einen zweiten Spiegel 130 und einen dritten Spiegel 132. Der der dritten Laserquelle 126 zugeordnete dritte Spiegel 132 ist als Breitbandspiegel ausgebildet, d.h. er reflektiert das auf ihn fallende Licht in einem breiten Wellenlängenbereich. Der der zweiten Laserquelle 124 zugeordnete zweite Spiegel 130 ist mit einer dichroitischen Interferenzbeschichtung versehen, die blaues Licht durchlässt und grünes Licht reflektiert. Der der ersten Laserquelle 122 zugeordnete erste Spiegel 128 ist mit einer dichroitischen Interferenzbeschichtung versehen, die rotes Licht durchläßt und das übrige Licht reflektiert.
Das von der dritten Laserquelle 126 ausgegebene Licht wird an dem dritten Spiegel 132 reflektiert, geht durch den zweiten Spiegel 130 und wird an dem ersten Spiegel 128 in einen Lichtleiter 134 reflektiert. Das von der zweiten Laserquelle 124 ausgegebene Licht wird an dem zweiten Spiegel 130 und anschließend an dem ersten Spiegel 128 ebenfalls in den Lichtleiter 134 reflektiert. Das von der ersten Laserquelle 122 ausgegebene Licht tritt durch den ersten Spiegel 128 in den Lichtleiter 134. Auf diese Weise wird das von den Laserquellen 122, 124 und 126 ausgegebene Licht in den Lichtleiter 134 eingekoppelt, durch den es dem Projektionskopf 120 zugeführt wird, der die Farbbildvorlage mit dem Licht abtastet.
Um mit der in 11 gezeigten Abtasteinrichtung 110 eine multispektrale Abtastung im Sinne der Erfindung vor nehmen zu können, müsste eine Vielzahl von den Spiegeln 128, 130, 132 entsprechenden Spiegel vorgesehen werden, um die Vielzahl von Abtastwellenlängen einzustellen. Dies wäre mit einem erheblichen technischen Aufwand insbesondere hinsichtlich der zu verwendenden Interferenzbeschichtungen verbunden. Außerdem würde durch die Vielzahl der benötigten Spiegel eine erhebliche Lichtstreuung und damit ein die Abtastung erschwerender Lichtverlust auftreten.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die 12 bis 15 eine Lichtquelleneinheit nach der Erfindung beschrieben, welche die vorstehend erläuterten Nachteile vermeidet. Diese Lichtquelleneinheit arbeitet mit einer Zylinderoptik und mehreren im wesentlichen monochromatischen Lichtquellen, die entlang einer Brennlinie der Zylinderoptik angeordnet sind und das Beleuchtungslicht der verschiedenen Abtastwellenlängen ausgeben.
In den 12 und 13 ist die prinzipielle Funktionsweise der Lichtquelleneinheit für nur eine einzige Lichtquelle anhand eines Querschnitts bzw. Längsschnitts erläutert. Die Zylinderoptik ist in diesem Fall ein kreiszylindrischer, ein elliptisch-zylindrischer oder ein parabolisch-zylindrischer Hohlspiegel 140. Wie ein Vergleich der 12 und 13 zeigt, hat der Hohlspiegel 140 eine anisotop fokussierende Wirkung. So wird in der Ebene quer zur Längsachse des Hohlspiegels 140, welche die Krümmungsrichtung des Hohlspiegels 140 enthält und senkrecht zur Brennlinie f liegt, das von einer Lichtquelle 142 auf den Hohlspiegel 140 ausgegebene Licht fokussiert, da der Hohlspiegel 140 in der genannten Ebene eine kreiszylindrische, elliptisch-zylindrische oder parabolisch-zylindrische Form hat, wie in 12 gezeigt ist. Liegt die Lichtquelle 140 auf der Brennlinie f des Hohlspiegels 140, so wird das von der Lichtquelle 140 ausgegebene Beleuchtungslicht in diesem Fall zu einem parallelen Lichtbündel geformt.
In der zu der vorstehend genannten Ebene senkrechten Ebene hat dagegen der Hohlspiegel 140 keine fokussierende Wirkung, wie aus 13 hervorgeht. In dieser Ebene ist nämlich der Hohlspiegel 140 nicht gekrümmt. Wie in 13 gezeigt, wird in dieser Ebene das von der Lichtquelle 142 auf den Hohlspiegel 140 ausgegebene Beleuchtungslicht zerstreut. Dieser Umstand wird bei der erfindungsgemäßen Lichtquelleneinheit genutzt, um das von mehreren Lichtquellen ausgegebene Beleuchtungslicht gleichsam geometrisch zu durchmischen, wie in 14 gezeigt ist.
14 zeigt einen Längsschnitt entsprechend 13. Um die Darstellung zu vereinfachen, ist in 14 die Funktionsweise der Lichtquelleneinheit nur für drei verschiedene Abtastwellenlängen erläutert, nämlich für rotes Beleuchtungslicht, das durch die durchgezogenen Pfeile dargestellt ist, grünes Beleuchtungslicht, das durch die gestrichelten Pfeile angedeutet ist, und blaues Beleuchtungslicht, das durch die gepunkteten Pfeile angedeutet ist. Für jede Abtastwellenlänge sind in 14 zwei Lichtquellen vorgesehen, nämlich für das rote Licht zwei Lichtquellen 142R, für das grüne Licht zwei Lichtquellen 152G und für das blaue Licht zwei Lichtquellen 142B.
Entsprechend 13, sind die Lichtquellen 142R, 142G und 142B entlang der parallel zur Zylinderachse des Hohlspiegels 140 verlaufenden Brennlinie angeordnet. Wie die Darstellung nach 14 deutlich macht, wird durch die erfindungsgemäße Anordnung der Lichtquellen 142R, 142G und 142B entlang der Brennlinie des Hohlspiegels 140 ein Beleuchtungsfeld erzeugt, das in der die genannte Brennlinie enthaltenden Ebene mit zunehmendem Abstand von dem Hohlspiegel 140 aufgeweitet wird, während es entsprechend 12 in der dazu senkrechten Ebene eine konstante Abmessung hat. Dadurch wird ein langgestrecktes, näherungsweise rechteckiges Beleuchtungsfeld erzeugt, mit dem eine Zeile der Farbbildvorlage effizient beleuchtet werden kann.
Dieses Beleuchtungsfeld ist hinsichtlich der in ihm enthaltenen Abtastwellenlängen geometrisch durchmischt. Für diese geometrische Durchmischung ist es von Vorteil, wenn die Lichtquelleneinheit mehrere Lichtquellensätze enthält, die jeweils für jede Abtastwellenlänge eine Lichtquelle umfassen, und dass diese Lichtquellensätze nebeneinander entlang der Brennlinie des Zylinderspiegels 140 angeordnet sind. In 14 sind zwei Lichtquellensätze gezeigt, die jeweils aus drei Lichtquellen bestehen, nämlich die Lichtquellen 142R, 142G und 142B. Durch die Lichtquellensätze wird eine Lichtquellenanordnung geschaffen, in der die verschiedenen Abtastwellenlängen von direkt nebeneinanderliegenden Lichtquellen ausgegeben werden. Dies begünstigt die geometrische Durchmischung des Beleuchtungslichtes.
Anstelle des zylindrischen Hohlspiegels 140 kann auch eine konvexe Zylinderlinse verwendet werden. In diesem Fall sind die Lichtquellen 142R, 142G und 142B auf der anderen Seite der Zylinderoptik angeordnet, als dies in den 12 bis 14 gezeigt ist.
15 dient der Erläuterung, wie die unterschiedlichen Lichtquellen 142R, 142G und 142B angesteuert werden, damit das Beleuchtungslicht in einer vorbestimmten zeitlichen Folge nacheinander auf die verschiedenen Abtastwellenlängen eingestellt wird. So sind die vier in 18 gezeigten Lichtquellen 142R, die das rote Beleuchtungslicht aus senden, an eine gemeinsame Speiseleitung 144R angeschlossen. Entsprechend sind die vier Lichtquellen 142G, die das grüne Beleuchtungslicht ausgeben, an eine gemeinsame Speiseleitung 144G und die vier Lichtquellen 142B, die das blaue Beleuchtungslicht ausgeben, an eine gemeinsame Speiseleitung 144B angeschlossen. Über einen Schalter 146 können die Speiseleitungen 144R, 144G und 144B nacheinander mit einer nicht gezeigten Stromquelle verbunden werden. Ist der Schalter 146 auf die Speiseleitung 144R geschaltet, so gibt die Lichtquelleneinheit über die Lichtquelle 142R rotes Beleuchtungslicht aus. Entsprechend gibt die Lichtquelleneinheit grünes bzw. blaues Beleuchtungslicht aus, wenn der Schalter 146 auf die Speiseleitung 142G bzw. 142B geschaltet ist. Die Schaltfolge des Schalters 146 bestimmt demnach die zeitliche Folge, in der die verschiedenen Abtastwellenlängen nacheinander eingestellt werden.
Als Lichtquellen der vorstehend beschriebenen Lichtquelleneinheit können beispielsweise Leuchtdioden, kurz LED, oder Laserdioden, kurz LD, verwendet werden. Diese stellen schnell umschaltbare schmalbandige Lichtquellen dar, die im wesentlichen monochromatisches Beleuchtungslicht abgeben. Es können jedoch auch andere schmalbandige, schnell umschaltbare Lichtquellen eingesetzt werden.
In den 14 und 15 sind der einfacheren Darstellung wegen lediglich drei Abtastwellenlängen vorgesehen. Für eine multispektrale Abtastung im Sinne der Erfindung sind jedoch mehr als drei Abtastwellenlängen erforderlich, um das sichtbare Wellenlängenspektrum abzudecken.
In dem zuletzt beschriebenene Ausführungsbeispiel umfasst der die verschiedenen Abtastwellenlängen einstellende Spektralteil die auf ihre unterschiedlichen Lichtquellen umschaltbare Lichtquelleneinheit und kommt deshalb ohne bewegliche Teile aus.
Obgleich in den Zeichnungen und in der vorhergehenden Beschreibung bevorzugte Ausführungsbeispiele aufgezeigt und detailliert beschrieben sind, sollte dies als rein beispielhaft und die Erfindung nicht einschränkend angesehen werden. Es wird darauf hingewiesen, dass nur die bevorzugten Ausführungsbeispiele dargestellt und beschrieben sind und sämtliche Veränderungen und Modifizierungen, die im derzeitigen und künftigen Schutzumfang der Erfindung liegen, geschützt werden sollen.

10: Einrichtung
12: Farbbildvorlage
14: Beleuchtungsteil
16: Lichtquelle
18: Hohlspiegel
20: sperrendes Element
22: Gitterfolie
24: Rahmen
26: Feldblende
28: Blendenöffnung
29: Zeilenkamera
30: Prismenanordnung
31: Eintrittsspalt
32: erste Sammellinse
34: erstes Prisma
36: zweite Sammellinse
38: Blende
40: dritte Sammellinse
42: zweites Prisma
44: vierte Sammellinse
46: Austrittsspalt
48: Lichtdurchtrittsöffnung
50: Spektrum
52: Blende
54: Lichtdurchtrittsöffnung
60: Filterrad
62: ringförmiger Filterabschnitt
64, 66, 68, 70,
72, 74, 76, 78: sektorförmige Bandpaßfilter
80: Mittelachse
82: halbzylindrisches Element
84: Längsachse
86, 88: Wellenstummel
90, 92: Gegengewichte
100: Einrichtung
102: Zylinderlinse
110: herkömmliche Abtasteinrichtung
112: Steuerung
114: Bildspeicher
116: Farbtransformationseinheit
118: Lichtquelleneinheit
120: Projektionskopf
122: erste Laserquelle
124: zweite Laserquelle
126: dritte Laserquelle
128: erster Spiegel
130: zweiter Spiegel
132: dritter Spiegel
134: Lichtleiter
140: Zylinderoptik
142, 142R, 142G,
142B: Lichtquellen
144R, 144G, 144B: Speiseleitungen
146: Schalter
rt: rot
g: gelb
gn: grün
bl: blau
vi: violett
ws: weiß
f: Brennlinie

Claims

Einrichtung (10, 100) zur multispektralen Abtastung einer Farbbildvorlage (12), umfassend einen Beleuchtungsteil (14) zum Ausgeben von Beleuchtungslicht auf die Farbbildvorlage (12) und einen Zeilensensor (29) zum Erfassen der Intensität des an der Farbbildvorlage (12) reflektierten Beleuchtungslichtes, wobei der Beleuchtungsteil (14) einen Spektralteil (22, 30, 60, 82) enthält, der das Beleuchtungslicht in einer vorbestimmten zeitlichen Folge nacheinander auf verschiedene Abtastwellenlängen einstellt, die so gewählt sind, dass sie das sichtbare Wellenlängenspektrum abdecken.
Einrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beleuchtungsteil (14) eine Lichtquelle (16) enthält, die Beleuchtungslicht über das gesamte sichtbare Wellenlängenspektrum ausgibt, und der Spektralteil ein Monochromator (22, 30, 60, 82) ist, der in einem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Lichtquelle (16) und der Farbbildvorlage (12) angeordnet und so ansteuerbar ist, dass er das Beleuchtungslicht in der vorbestimmten zeitlichen Folge nacheinander auf die verschiedenen Abtastwellenlängen einstellt.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Monochromator ein optisches Filter (60, 82) ist.
Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter ein Element (60) mit einem ringförmigen Filterabschnitt (62) ist, dessen Durchlasswellenlänge sich in Umfangsrichtung ändert, und das Element (60) um seine zum Beleuchtungsstrahlengang parallele Mittelachse (80) drehbar und so angeordnet ist, dass sich der Teil des Filterabschnitts (62), der in dem Beleuchtungsstrahlengang angeordnet ist, mit dem Drehwinkel ändert.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Durchlasswellenlänge des Filterabschnitts in Umfangsrichtung kontinuierlich ändert.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterabschnitt (62) in Umfangsrichtung aufeinander folgende sektorförmige Bandpassfilter (64, 66, 68, 70, 72, 74, 76, 78) umfasst, die in verschiedenen Wellenlängenbereichen durchlässig sind, die jeweils eine der verschiedenen Abtastwellenlängen als Zentralwellenlänge (λ1 bis λ8) enthalten.
Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter ein Element (82) mit einem länglichen, halbzylindrischen Filterabschnitt ist, dessen Durchlaßwellenlänge sich in Umfangsrichtung quer zur Längsachse des Filterabschnitts ändert, und das Element (82) um seine zum Beleuchtungsstrahlengang senkrechte Längsachse (84) drehbar und so angeordnet ist, dass sich der Teil des Filterabschnitts, der in dem Beleuchtungsstrahlengang angeordnet ist, mit dem Drehwinkel ändert.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Durchlasswellenlänge in Umfangsrichtung des Filterabschnitts kontinuierlich ändert.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterabschnitt in Umfangsrichtung nebeinanderliegende, zur Längsachse parallele, längliche Bandpaßfilter umfasst die in verschiedenen Wellenlängenbereichen durchlässig sind, die jeweils eine der verschiedenen Abtastwellenlängen als Zentralwellenlänge enthalten.
Einrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Monochromator ein dispergierendes Element (22, 30) ist.
Einrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das dispergierende Element ein flächiges Beugungsgitter (22) ist, das in dem Beleuchtungsstrahlengang angeordnet und zum Einstellen der verschiedenen Abtastwellenlängen verkippbar ist, und der Beleuchtungsteil (14) eine Feldblende (26) enthält, die nahe an der Farbbildvorlage (12) angeordnet ist und den beleuchteten Teil der Farbbildvorlage (12) festlegt.
Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Beugungsgitter (22) eine Folie ist, die in einem verkippbaren Rahmen (24) angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das dispergierende Element eine Prismenanordnung (30) ist.
Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das dispergierende Element ein erstes Prisma (34) mit einer vorgegebenen Dispersionswirkung, eine Blende (38, 52), die eine Lichtdurchtrittsöffnung (48, 54) hat und zum Einstellen der verschiedenen Abtastwellenlängen bewegbar ist, und ein zweites Prisma (42) mit einer der vorgegebenen Dispersionswirkung entgegengesetzt gleichen Dispersionswirkung umfasst, die in dieser Reihenfolge von der Lichtquelle her angeordnet sind.
Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtdurchtrittsöffnung (48) länglich ist und dass die Blende (38) quer zur Längsausdehnung der Lichtdurchtrittsöffnung (48) und zum Beleuchtungsstrahlengang verschiebbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtdurchtrittsöffnung (54) spiralförmig ist und die Blende (52) um eine zum Beleuchtungsstrahlengang parallele Drehachse drehbar ist.
Einrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichtquelle (16) und dem Monochromator (22) ein Infrarotlicht und Ultraviolettlicht sperrendes Element (20) angeordnet ist.
Einrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichtquelle (16) und dem Monochromator (82) ein optisches Element (102) angeordnet ist, welches das einfallende Beleuchtungslicht zu einem parallelen Lichtbündel formt.
Einrichtung (10, 100) nach einem der Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Beleuchtungsteil (14) ein längliches Beleuchtungsfeld auf der Farbbildvorlage (12) erzeugt, das eine gesamte, dem Zeilensensor (29) zugeordnete Zeile der Farbbildvorlage (12) beleuchtet.
Einrichtung (10, 100) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Beleuchtungsteil (14) einen kreiszylindrischen, einen elliptisch-zylindrischen oder einen parabolisch-zylindrischen Hohlspiegel (18) enthält und die Lichtquelle (16) nahe einer Brennlinie des Hohlspiegels (18) angeordnet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Monochromator (22, 30, 60, 82) zunächst für eine Zeile der Farbbildvorlage (12) nacheinander alle Abtastwellenlängen und anschließend für die jeweils nächste Zeile der Farbbildvorlage (12) nacheinander alle Abtastwellenlängen einstellt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Monochromator (22, 30, 60, 82) zunächst für alle Zeilen der Farbbildvorlage (12) eine Abtastwellenlänge und anschließend für alle Zeilen der Farb bildvorlage (12) die jeweils nächste Abtastwellenlänge einstellt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Beleuchtungsteil (14) zum Antreiben des Monochromators (22, 30, 60, 82) einen Schrittmotor enthält, der über ein Zeilensynchronsignal des Zeilensensors (30) angesteuert wird.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spektralteil eine Lichtquelleneinheit enthält, die für jede Abtastwellenlänge mindestens eine im wesentlichen monochromatische Lichtquelle (142R, 142G, 142B) hat, die Beleuchtungslicht dieser Abtastwellenlänge ausgibt.
Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Spektralteil eine Zylinderoptik (140) enthält und die Lichtquellen (142R, 142G, 142B) entlang einer Brennlinie (f) der Zylinderoptik (140) angeordnet sind.
Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderoptik eine kreiszylindrische, eine elliptisch-zylindrische oder eine parabolisch-zylindrische Linse ist, die zwischen den Lichtquellen (142R, 142G, 142B) und der Farbbildvorlage (12) angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderoptik ein kreiszylindrischer, ein elliptischzylindrischer oder ein parabolisch-zylindrischer Spiegel (140) ist und die Lichtquellen (142R, 142G, 142B) zwischen der Zylinderoptik (140) und der Farbbildvorlage (12) angeordnet sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Spektralteil mehrere Lichtquellensätze enthält, die jeweils für jede Abtastwellenlänge eine Lichtquelle (142R, 142G, 142B) umfassen, und die Lichtquellensätze nebeneinander entlang einer Brennlinie (f) der Zylinderoptik (140) angeordnet sind.
Einrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die der jeweils gleichen Abtastwellenlänge zugeordneten Lichtquellen (142R, 142G, 142B) an eine gemeinsame Speiseleitung (144R, 144G, 144B) angeschlossen und über die Speiseleitung (144R, 144G, 144B) gleichzeitig ansteuerbar sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelleneinheit zunächst für eine Zeile der Farbbildvorlage (12) nacheinander alle Abtastwellenlängen und anschließend für die jeweils nächste Zeile Farbbildvorlage (12) nacheinander alle Abtastwellenlängen ausgibt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelleneinheit zunächst für alle Zeilen der Farbbildvorlage (12) eine Abtastwellenlänge und anschließend für alle Zeilen der Farb bildvorlage (12) die jeweils nächste Abtastwellenlänge ausgibt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (142R, 142G, 142B) Leuchtdioden sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (142R, 142G, 142B) Laserdioden sind.
Einrichtung (10, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastwellenlängen das sichtbare Wellenlängenspektrum in einem Bereich von 400 nm bis 700 nm abdecken.
Einrichtung (10, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Abtastwellenlängen 10 nm beträgt.
Verfahren zur multispektralen Abtastung einer Farbbildvorlage (12), bei dem Beleuchtungslicht mittels eines Beleuchtungsteils (14) auf die Farbbildvorlage (12) ausgegeben wird und die Intensität des an der Farbbildvorlage (12) reflektierten Beleuchtungslichtes mittels eines Zeilensensors erfasst wird, wobei mittels eines in dem Beleuchtungsteil (14) vorgesehenen Spektralteils das Beleuchtungslicht in einer vorbestimmten zeitlichen Folge nacheinander auf verschiedene Abtastwellenlängen eingestellt wird, die so gewählt sind, dass sie das sichtbare Wellenlängenspektrum abdecken.
Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungslicht mittels einer im Beleuchtungsteil (14) vorgesehenen Lichtquelle über das gesamte sichtbare Wellenlängenspektrum ausgegeben wird und als Spektralteil ein Monochromator (22, 30, 60, 82) verwendet wird, der in einem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Lichtquelle (16) und der Farbbildvorlage (12) angeordnet und so ansteuerbar ist, dass er das Beleuchtungslicht in der vorbestimmten zeitlichen Folge nacheinander auf die verschiedenen Abtastwellenlängen einstellt.
Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass als Spektralteil eine Lichtquelleneinheit verwendet wird, die für jede Abtastwellenlänge mindestens eine im wesentlichen monochromatische Lichtquelle (142R, 142G, 142B) hat, die Beleuchtungslicht dieser Abtastwellenlänge ausgibt.