DE1232367B

DE1232367B - Kollimatorblende zur Erzeugung kleinster Lichtflecke zum Einschreiben in optische Aufzeichnungstraeger

Info

Publication number: DE1232367B
Application number: DED42500A
Authority: DE
Inventors: Lysle D Cahill
Original assignee: Data Corp
Current assignee: Data Corp
Priority date: 1962-09-27
Filing date: 1963-09-17
Publication date: 1967-01-12
Also published as: CH432071A; US3307020A; GB983735A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

G02b

G02f

Deutsche Kl.: 42 h-38

1232367
D 42500IX a/42 h
17. September 1963
12. Januar 1967

Die Erfindung betrifft eine Kollimatorbremse zur Erzeugung kleinster Lichteffekte zum Einschreiben in optische Aufzeichnungsträger und Ablesen aus optischen Aufzeichnungsträgern, der von einer Lichtquelle Licht zufuhrbar ist.

Es ist bekannt, Daten in Form von Schwärzungen, Farbunterschieden, Dickenabmessungen od. dgl. auf Aufzeichnungsträgern aufzubringen oder von ihnen abzulesen. Sowohl für das Aufbringen als auch das Lesen der Daten kann dabei Licht verwendet werden, das auf den Aufzeichnungsträger fällt und im Fall des Aufbringens von Daten auf ihm oder in ihm Veränderungen verursacht.

Zum Lesen der so gespeicherten Daten ist es bekannt, ein Lichtbündel auf den Aufzeichnungsträger fallen zu lassen und entweder das reflektierte oder das durchgelassene Licht zu messen. Die beim Abtasten des Aufzeichnungsträgers mit einem solchen Lichtstrahl auftretende Schwankung der Lichtintensität ist dann ein Maß für die im Aufzeichnungsträger gespeicherten Daten. Als Aufzeichnungsträger kann lichtempfindliches Filmmaterial verwendet werden. Die bekannten, zum Lesen verwendeten Mikrodensimeter, die das Licht einer Lichtquelle mittels Schlitzblenden ausblenden und den Lichtstrahl, der den Aufzeichnungsträger durchdrungen hat, auf Lichtverstärker fallen lassen, besitzen bei weitem nicht das Auflösungsvermögen, das notwendig wäre, um die heute zur Verfügung stehenden Filme hoher Auflösungskraft lesen zu können. Sie können bestenfalls Flächen bis zu etwa 100 μ² auswerten. Diese Grenze ergibt sich dadurch, daß einerseits die Lichtverstärker unterhalb einer bestimmten zugeführten Lichtmenge ein untragbares Signal-Rausch-Verhältnis haben, und daß andererseits die Lichtmenge deshalb nicht beliebig gesteigert werden kann, weil sonst die Lichtenergie auf dem Aufzeichnungsträger beim Lesen bleibende Veränderungen verursachen kann. Erzeugt man die notwendige Fläche des Lichtflecks von 100 μ² ζ. B. dadurch, daß man mit Hilfe von Schlitzen einen 2 μ breiten und 50 μ langen Lichtfleck erzeugt, so können Gegenstände, die kürzer als 50 μ sind, nicht mehr zufriedenstellend aufgelöst werden. Es sind jedoch vor längerer Zeit Meßnormale für das Auflösungsvermögen eingeführt worden, welche die Abmessung von 1,6 X 8,1 μ haben. Wie ohne weiteres ersichtlich, könnten solche Auflösungsnormale von einem Lichtfleck von 100 μ² nicht aufgelöst werden.

Es ist ferner bekanntgeworden, Lichtflecke in der Größenordnung von 1 μ mit Hilfe einer Glasfaseroptik herzustellen. Ein solcher Fleck wäre an sich Kollimatorblende zur Erzeugung kleinster
Lichtflecke zum Einschreiben in optische
Aufzeichnungsträger

Anmelder:

Data Corporation, Dayton, Ohio (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. phil. G. Henkel

und Dr. rer. nat. W. D, Henkel, Patentanwälte,

München 9, Eduard-Schmid-Str. 2

Als Erfinder benannt:

Lysle D. Cahill, Dayton, Ohio (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 27. September 1962
(226 543)

genügend klein. Diesem Verfahren haftet jedoch der Nachteil an, daß der Wirkungsgrad der Glasfasern bei solchen Durchmessern sehr klein ist und diese Fasern nicht genügend Lichtenergie übertragen können, um die Lichtverstärker auf ein gewünschtes Signal-Rausch-Verhältnis zu bringen. Außerdem tritt bei der Glasfaseroptik das Licht aus der Austrittsoberfläche längs der Einfallswinkel aus, wodurch das Licht gestreut wird. Zum Ausleuchten der Aufzeichnungsträger ist es jedoch unbedingt notwendig, Lichtflecke dieser Größenordnung zu erzeugen, bei denen die Lichtverteilung im gesamten Lichtfleck gleich ist und bei dem die Lichtdichte in Richtung auf die Lichtfleckränder nicht abfällt.

Mit den bekannten Vorrichtungen und Verfahren lassen sich demnach die hohen Auflösungsvermögen bekannter Aufzeichnungsträger weder beim Einspeichern noch beim Lesen von Daten ausnutzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der auf einem Aufzeichnungsträger

609 757/156

Daten in extrem hoher Dichte eingespeichert oder aus diesem wieder abgelesen werden können.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch Verwendung einer Kollimatorblende der eingangs erwähnten Art erreicht, welche aus einem trichterartigen Rohr besteht, auf das eine an sich bekannte Beschichtung aufgebracht ist, die für kurzwelliges Licht eine hohe und für langwelliges Licht eine geringe Reflexionskonstante hat, und das sich von der Licht-Eintrittsöffnung zur Licht-Austrittsöffnung hin stetig verjüngt und in einem Kapillarabschnitt ausläuft, in welchem die Wandstärke des Rohrs zur Licht-Austrittsöffnung hin ebenfalls stetig abnimmt.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kollimatorblende ist es möglich, einen scharf begrenzten Bereich in der Größenordnung von 1 μ Durchmesser auszuleuchten, wobei die Lichtdichte im ganzen Bereich konstant ist. Außerdem ist es mit einer derartigen Kollimatorblende möglich, Daten zu lesen, auch wenn die Unterschiede in der Schwärzungsdichte od. dgl. im Aufzeichnungsträger drei logarithmische Einheiten ausmachen. Es wird dabei jede unerwünschte Erhitzung der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers vermieden, da das verwendete Licht auf kürzere Wellenlängen beschränkt ist.

Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung kann das Rohr der Kollimatorblende aus Glas bestehen. Mail hat es damit in der Hand, auf besonders vorteilhafte Weise die Kollimationsblenden im Herstellungsprozeß ziehen zu können und erhält dadurch einen Bauteil mit günstigen Brechungseigenschaften.

Man vermeidet Streuungen, wenn die Beschichtung im Bereich des Kapillarabschnitts stärker als an den übrigen Bereichen des Rohrs ist.

Gewünschtenfalls kann der erfindungsgemäßen Kollimatorblende eine an sich bekannte Optik, z. B. eine Mikroskoplinse, nachgeschaltet werden, die den von der Kollimatorlinse erzeugten Lichtfleck auf größenordnungsmäßig 1 μ verkleinert. Diese Anordnung ergibt besonders deshalb Vorteile, weil man hier ohne weiteres den aus der Kollimationslinse austretenden Lichtstrahl genau in der Mitte richten kann, so daß keine Randverluste auftreten.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines die erfindungsgemäße Kollimatorblende verwendenden optischen Systems,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine Kollimatorblende mit den Merkmalen der Erfindung und

F i g. 3 einen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Filmspeicher in starker Vergrößerung.

In F i g. 1 ist das optische Projektionssystem allgemein mit 10 und das elektrooptische Lesesystem der Vorrichtung allgemein mit 11 bezeichnet. Das Projektionssystem 10 weist eine Wolfram- oder dergleichen Lichtquelle 12 auf, die mit Hilfe bekannter optischer Einrichtungen auf eine Kollimatorblende 13 abgebildet wird. Das von der Lichtquelle 12 durch die Kollimatorblende 13 hindurchgeleitete Licht wird mittels eines Mikroskopobjektivs 14 auf einen Aufzeichnungsträger 15 geworfen, der beispielsweise aus lichtempfindlichem Material bzw. Filmen unterschiedlicher Art bestehen kann, welche Licht hindurchzulassen vermögen.

Das optische Lesesystem 11 weist ein Mikroskopobjektiv 16 auf, welches das durch den Aufzeichnungsträger 15 hindurchgelangende Licht auf einen Photoverstärker 17 abbildet.

In F i g. 2 ist die Kollimatorblende 13 in stark vergrößertem Maßstab dargestellt. Sie hat in gewisser Hinsicht mit den bekannten Subkutannadeln Ähnlichkeit, da sie eine rohrförmige Konstruktion aufweist, die sich von einer großen Eintrittsöffnung 18

ίο am einen Ende bis zu einer kleinen Austrittsöffnung 19 am anderen Ende verjüngt. Die Kollimatorblende 13 besitzt gewissermaßen ein trichterförmiges Aussehen und besteht aus einem sich leicht verjüngenden Rohr 20, das sich von einer nahe der Eintrittsöffnung 18 liegenden Stelle aus bis zu einer Stelle 21 verjüngt, an welcher die einwärts verlaufende Verjüngung weniger ausgeprägt ist. Von der Stelle 21 bis zu einer nahe der Austrittsöffnung 19 gelegenen Stelle verjüngt sich das Rohr 20 nur noch wenig und bildet

so einen länglichen Kapillarabschnitt 22, der mit einer an der Austrittsöffnung 19 endenden Zentralbohrung 23 versehen ist, wobei jedoch zu beachten ist, daß die Wandstärke des Rohrs 20 von der Stelle 21 bis zur Austrittsöffnung 19 abnimmt. Obgleich sich der Durchmesser der Zentralbohrung 23 des Kapillarabschnitts 22 von der Stelle 21 bis zur Austrittsöffnung 19 verringert, erfolgt diese Verringerung nicht plötzlich, sondern ist über die Gesamtlänge des Kapillarabschnitts 22 hinweg verteilt. Oberhalb der Stelle 21 hat das Rohr 20 einen erweiterten Eintrittsabschnitt 24 mit einem freien Innenraum 25, dessen Durchmesser sich von einer nahe der Eintrittsöffnung 18 gelegenen Stelle bis zur Stelle 21 verkleinert. Die Verjüngung des Innenraums 25 und des Eintrittsabschnitts 24 ist dabei größer als diejenige des Kapillarabschnitts 22.

Die Kollimatorblende 13 besteht vorzugsweise aus einer Glasrohre, obgleich auch anderes Material verwendet werden kann. Der Durchmesser der Eintrittsöffnung 18 ist von den Bündelungseigenschaften des vorgebündelten Lichts bzw. der Lichtquelle 12 gemäß F i g. 1 abhängig. Er muß einerseits so groß sein, daß die Öffnung möglichst viel der von der vorgebündelten Lichtquelle 12 abgegebenen Strahlung aufzunehmen vermag, darf andererseits aber nicht so groß sein, daß das Rohr 20 von seinem der Eintrittsöffnung 18 zugewandten Ende bis zur Stelle 21 übermäßig stark verjüngt werden muß, da eine derartige Verjüngung erhöhte Lichtverluste durch das Rohr 20 hindurch hervorrufen würde. Bei Verwendung der bekannten vorgebündelten Wolfram-Lichtquellen kann das zur Herstellung der Kollimatorblende 13 benutzte Glasrohr 20 an der Eintrittsöffnung 18 einen Außendurchmesser von 7 mm und einen Innendurchmesser von etwa 4 mm besitzen und in Richtung auf sein anderes Ende durch Ziehen oder dergleichen Behandlung auf einen Innendurchmesser von etwa 0,025 mm an der Austrittsöffnung 19 verformt sein.

Die Außenfläche des Rohrs 20 weist eine Beschichtung 26 mit selektiven Reflexionseigenschaften auf, die aus einem Material solcher Stärke besteht, daß sie ein hohes Reflexionsvermögen für Licht kurzer Wellenlänge, jedoch ein niedriges Reflexionsvermögen für Licht langer Wellenlänge besitzt. Aus diesem Grund wird kurzwelliges Licht des sichtbaren Spektrums innerhalb der Kollimatorblende 13 durch die Beschichtung 26 reflektiert und wieder zurückreflektiert,

Claims

5 6

während langwellige Lichtstrahlen des Rot- und In- bzw. Flecken mit einem Durchmesser von etwa 0,5 frarotbereichs durch die Beschichtung 26 hindurch- bis 1 μ in einen sensibilisierten Speicher eingeschriegelassen und nicht mehr in die Kollimatorblende 13 ben werden. Wenn diese Punkte gemäß F i g. 3 mit zurückgeworfen werden. Die Beschichtung 26 kann einem Mittenabstand von 2 μ voneinander entfernt aus Aluminium, Nickel, Chrom, Platin, Silber, rost- 5 angeordnet sind, können sie mit Hilfe des Aufnahmefreiem Stahl oder dergleichen Material bestehen, wel- bzw. Ablesesystems 11 leicht aufgelöst bzw. herausches die gewünschten Reflexionseigenschaften be- gelesen werden. Ein derartiger Mittenabstand von 2 μ sitzt, und ist normalerweise über die Gesamtlänge der entspricht aber einer Speicherdichte von 500 Daten-Kollimatorblende 13 hinweg gleichmäßig stark auf- elementen/mm oder insgesamt 250 000 Datenelemengebracht. Nahe der Austrittsöffnung 19 verdichtet io ten/mm². Bei einer Dichte von drei logarithmischen sich die Beschichtung 26 jedoch, um eine bei 27 an- Einheiten, die in Stufen von 0,1 abgelesen werden gedeutete größere Dicke zu gewährleisten, was jedoch können, können also 30 Werte bzw. 7,5 · 10⁶ Datenin F i g. 2 nicht zum Ausdruck gebracht werden kann. elemente/mm² gespeichert werden.
Dieser verdickte Bereich 27 der Beschichtung 26 Wenn nur zehn Dichtenwerte verwendet werden, macht den neben der Austrittsöffnung 19 liegenden 15 so stellt jeder Punkt eine Dezimalzahl dar und wäre Bereich des Rohres 20 vollständig lichtundurchlässig, leicht herauslesbar. In diesem Fall würde die Speiso daß das aus der Austrittsöffnung 19 austretende cherdichte 2,5 · 10⁵ Dezimalzahlen/mm² betragen. Licht im undurchlässigen Bereich 27 nicht durch die Jede andere Basis gewährleistet eine entsprechende Wand des Rohres 20 hindurchdiffundiert, wodurch Speicherdichte.

sonst kein scharf begrenztes Strahlenbündel erzeugt 20 Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufzeichwerden könnte. nen von Daten in großer Dichte und zum Heraus-

Das von der Lichtquelle 12 kommende Strahlen- bzw. Ablesen derartig dicht gespeicherter Daten bündel 28 tritt durch das Rohr 20 der Kollimator- kann außerdem als verbessertes Mikrodensitometer blende 13 hindurch und trifft auf die Beschichtung verwendet werden, um äußerst genaue Dichtenab-26, welche die langwellige Strahlung, wie in F i g. 2 25 lesungen zu ermöglichen. Die Anwendung der Kollibei 29 angedeutet, hindurchläßt und die kurzwellige matorblende 13 schaltet nicht nur die sich aus der Strahlung im Innern des Rohrs 20 hin- und herreflek- Verwendung der Spaltkonstruktionen, wie sie bei den tiert. Auf diese Weise wird das kurzwellige Licht in- bekannten Mikrodensitometern benötigt werden, erfolge des Langrohreffekts des Kapillarabschnitts 22 gebenden Fehler aus, sondern die Fähigkeit des Progebündelt. An der Austrittsöffnung 19 tritt ein außer- 30 jektionssystems 10, einen Lichtfleck mit einem Durchgewöhnlich helles Lichtbündel aus, das durch die die messer von 1 μ zu erzeugen, verleiht dem Aufnahme-Austrittsöfmung umgebende undurchsichtige Be- system die Fähigkeit, eine genaue Dichtenablesung schichtung 26 scharf begrenzt wird. Dieses Lichtbün- nur eines winzigen Bereichs der der Auswertung del ist praktisch frei von langwelliger Rot- und Infra- unterzogenen Probe vorzunehmen. Eine genaue Ausrotstrahlung, so daß die Strahlungsenergie, welche 35 wertung der Dichte eines Probenabschnitts mit einem ein Erhitzen des Aufzeichnungsträgers 15 zur Folge Durchmesser von 1 μ war bisher praktisch nicht möghaben könnte, beseitigt ist. Das aus der Austritts- lieh, da die bisher bekannten Densitometer nicht in öffnung 19 austretende Licht mit einem Strahlen- der Lage sind, eine genaue Auswertung einer derart durchmesser von etwa 0,025 mm kann daher mit kleinen Fläche vorzunehmen.
Hilfe des Mikroskopobjektivs 14, welches die Größe 40 Eine weitere von zahlreichen weiteren Funktionen, der Blendenöffnung optisch von 0,025 mm auf 1 μ für welche sich die erfindungsgemäße Vorrichtung Durchmesser reduziert, auf einem Aufzeichnungsträ- zum Aufzeichnen von Daten in großer Dichte und ger 15 abgebildet werden. Dieses Bündel tritt nur zum Heraus- bzw. Ablesen derartig dicht gespeicherdurch die Mitte des Mikroskopobjektivs 14 hindurch ter Daten eignet, besteht in der Ausmessung und An- und trifft nicht auf seine Gesamtfläche auf, so daß 45 zeige winziger Abstände auf einer Luftaufnahme oder nur die Mitte des Objektivs 14 für Abbildungszwecke dergleichen Darstellung. Wenn der Aufzeichnungsausgenutzt wird und Lichtverluste am Objektivrand träger 15 eine Luftaufnahme od. dgl. ist, aus welcher ausgeschaltet werden. Der Lichtfleck besitzt eine bestimmte Strecken abgemessen werden sollen, kann solche Intensität, daß er Dichtenwerte beschrifteter der Betrachter die auf der Aufnahme befindliche Dar-Aufzeichnungsträger bis zu einer Dichte von drei 50 stellung durch ein Teleskopokular betrachten. Wählogarithmischen Einheiten mit Hilfe herkömmlicher rend er die Darstellung vor sich hat, vermag der Photoempfänger abzulesen vermag, und beschädigt Beobachter nunmehr einen Lichtfleck mit einem normale photographische Filme nicht. Obgleich der Durchmesser von 1 μ auf die Darstellung zu projiauf dem Aufzeichnungsträger 15 erzeugte Lichtpunkt zieren und eine Ablesung zu erzeugen, indem er den kreisförmig ist, kann er ersichtlicherweise auch jede 55 Lichtpunkt zwischen auf dem Bild befindlichen Punkbeliebige andere Form haben. ten bewegt.

Das aus der Kollimatorblende 13 austretende kolli- Patentansprüche:
mierte Licht macht es erforderlich, daß das Mikroskopobjektiv 14 unter einem bestimmten Winkel zur 1. Kollimatorblende zur Erzeugung kleinster Kollimatorblende 13 ausgerichtet wird, wenn das 60 Lichtflecke zum Einschreiben in optische Auf-Licht durch das Objektiv 14 gebündelt übertragen zeichnungsträger und Ablesen aus optischen werden soll. Falls das Mikroskopobjektiv 14 gering- Aufzeichnungsträgern, der von einer Lichtquelle fügig von dieser notwendigen Winkellage gegenüber Licht zuführbar ist, gekennzeichnet durch der Kollimatorblende 13 verstellt wird, tritt kern Licht die Vereinigung folgender Merkmale, daß sie aus von der Kollimatorblende 13 durch das Objektiv 14 65 einem trichterartigen Rohr (20) besteht, auf das zum Aufzeichnungsträger 15 hindurch. erne an sich bekannte Beschichtung (26) aufge-

Gemäß F i g. 3 kann mit Hilfe des Projektions- bracht ist, die für kurzwelliges Licht eine hohe

systems 10 beispielsweise eine Anzahl von Punkten und für langwelliges Licht eine geringe Re-

flexionskonstante hat, und das sich von der Licht-Eintrittsöffnung (18) zur Licht-Austrittsöffnung (19) hin stetig verjüngt und in einem Kapillarabschnitt (22) ausläuft, in welchem die Wandstärke des Rohrs zur Licht-Austrittsöffnung hin ebenfalls stetig abnimmt.

2. Kollimatorblende nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus Glas besteht.

3. Kollimatorblende nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (26) im Bereich des Kapillarabschnitts (22) stärker als an den übrigen Bereichen des Rohrs (13) ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 757/156 1.67 © Bundesdruckerei Berlin