DE1295612B - Optische Vorrichtung zur rasterweisen Abtastung eines ebenen Objekts - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Vor- schiedlichen Brechungsindices für in einer senkrichtung zur rasterweisen Abtastung eines ebenen rechten und in einer horizontalen Ebene polarisierte Objekts mit einem Linsensystem zur Umwandlung Strahlen unterschiedlich abgelenkt wird. Diese Andes von einer Lichtquelle ausgehenden, durch eine Ordnung ist jedoch zur Speicherung von Signalen auf Ablenkvorrichtung entsprechend dem gewählten 5 lichtempfindlichen Informationsträgern gedacht, wo-Raster abgelenkten, parallelen Strahlenbündels in ein bei die einzelnen Speicherstellen im größeren Abstand konvergierendes, in die Objektebene projiziertes voneinander nach Art einer Matrix angeordnet sind. Bündel oder zur Umwandlung des von einem Punkt Das Problem der oben erläuterten Umwandlung von des abzutastenden beleuchteten Objekts ausgehenden, Strahlenbündeln existiert bei dieser Anordnung nicht divergierenden Bündels in ein paralleles, auf einen io und kann durch diese auch nicht gelöst werden. Strahlendetektor projiziertes Bündel. Die Verwendung von Laserstrahlen mit ihren be-Derartige optische Vorrichtungen sind bereits bei kannten Vorzügen ist offenbar für die rasterweise Fernsehgeräten zur Sendung und zum Empfang so- Abtastung von Originalen deshalb von der Fachwelt wie ferner in Anordnungen zur photoelektrischen Re- noch nicht in Erwägung gezogen worden, weil diese produktion von Originalen bekannt. Die Feinheit der 15 hohen Qualitäten des Abtaststrahls durch die op-Abtastung ist bisher einerseits durch die Qualität tischen Abbildungsfehler der bisher verwendeten konventioneller Lichtquellen und andererseits durch Linsensysteme praktisch wieder kompensiert worden die Qualität der bisher verwendeten Linsensysteme wären.

bzw. dem noch wirtschaftlich vertretbaren Aufwand Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorfür deren Kompliziertheit begrenzt. Zwar haben ao teilhaften Eigenschaften eines Laserstrahles zur

photoelektrische Abtastsysteme, insbesondere zur rasterweisen Abtastung eines ebenen Objektes, ins-

Reproduktion von Bildern in der modernen Druck- besondere zur photoelektrischen Reproduktion von

technik, in den letzten Jahren eine rasche Entwick- Originalen, in Verbindung mit einem verhältnis-

lung erfahren, jedoch sind die mit einer qualitativ mäßig einfach aufgebauten Linsensystem auszuhochwertigen Reproduktion,verbundenen Probleme, 35 nutzen, dessen Abbildungsfehler auch bei größeren

welche insbesondere eine äußerst feine und gleich- Einfall- bzw. Austrittswinkeln der Strahlen so gering

mäßige Rasterung über verhältnismäßig große Ab- sind, daß die Feinheit, Parallelität und der mono-

tast- bzw. Bildbereiche einschließen, noch nicht chromatische Gharakter der Laserstrahlen zur

optimal gelöst. Die an sich hochentwickelte Raster- Steigerung der Reproduktionsgüte praktisch voll

technik bei Fernsehaufnahmegeräten und Empfängern 30 wirksam werden und eine gleichmäßig genaue Repro-

umfaßt nur eine verhältnismäßig grobe Rasterung, duktion von wesentlich größeren ebenen Originalen

, nämlich einige hundert Rasterlinien zur Darstellung auf ebenfalls größeren ebenen Reproduktionsflächen

eines vollständigen Bildes, und bequemerweise möglich, ist als bisher.

können sowohl die Aufnahmeröhre als auch der Ausgehend von einer optischen Vorrichtung der Bildschirm durch entsprechende Krümmungen den 35 eingangs beschriebenen Art ist die Erfindung zur konventionellen optischen Systemen angepaßt werden. Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß Für die Reproduktion von Kunstdrucken dagegen die Lichtquelle ein Laser und das Linsensystem die müssen sowohl an die Rasterung als auch an die in der einen oder in der anderen Richtung orientierte Qualität der Linsensysteme wesentlich höhere An- Ausgangshälfte eines Doppel-Gauß-Linsensystems ist. forderungen gestellt werden, wenn gute Reproduk- 40 Einem mit den optischen Grundlagen vertrauten tionen erzielt werden sollen. Insbesondere sollte das . Fachmann ist das seit vielen Jahren bekannte verwendete Raster mehrere hundert Linien je Doppel-Gauß-Linsensystem allenfalls als eine zuZentimeter Bildfläche und hunderte von individuell sammengesetzte Einheit bekannt, welche bisher abzutastenden- Elementarbereichen je Zentimeter ausschließlich für Spezialkameras von Spitzen-Bildlinie umfassen. Berücksichtigt man ferner die 45 qualität mit 35-mm-Linsen verwendet, in der photoverhältnismäßig große Fläche, die rastermäßig auf- elektrischen Reproduktionstechnik jedoch noch nie zulösen ist, und fordert man ferner, daß sowohl das als irgendwie nützlich erwogen wurde. Die Idee, von abgetastete Original als auch der Reproduktions- diesem bekannten, symmetrisch aufgebauten und bisträger eben sind, dann ergibt sich die bisher noch her, nur auf ganz spezielle Anwendungen benicht befriedigend gelöste Aufgabe einer exakten 50 schränkten Linsensystem nur die eine Hälfte zu ver-Fokussierung des von einer festen Lichtquelle aus- wenden, muß daher als eine sehr überraschende und gehenden Abtastbündels auf alle Bereiche der einfache Lösung eines Problems betrachtet werden, ebenen Objektfläche bzw. das umgekehrte Problem dem sich die Fachleute auf dem Gebiete der photoder Projektion der von möglichst punktförmigen Ob- elektrischen Reproduktionstechnik seit vielen Jahren jektbereichen ausgehenden divergierenden Bündel auf 55 gegenübersehen, zumal insbesondere für wissenschafteinen Strahlungsdetektor, wobei das Bündel auch liehe Zwecke und bei der Reproduktion von Kunstdann ohne Abbildungsfehler umgewandelt werden werken seit langem das Bedürfnis besteht, die muß, wenn es unter sehr verschiedenen Winkeln zur * Reproduktionsqualität ohne Zuhilfenahme eines optischen Achse auf das Linsensystem einfällt. unverhältnismäßig großen Aufwandes an optischen

Nun sind zwar bereits seit mehreren Jahren Laser 60 Mitteln zu verbessern.

bekannt, mit denen außerordentlich feine, parallele Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen an und kohärente Lichtbündel erzeugbar sind. Ins- zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt besondere ist eine Laserquelle in einer Anordnung Fig. 1 eine Vorrichtung zur rasterweisen Bezur gesteuerten Lichtablenkung bekannt, wobei der leuchtung eines ebenen Objekts und durch ein Polarisationsfilter polarisierte Laserstrahl 65 Fig. 2 eine Vorrichtung zur rasterweisen Abeine Kerr-Zelle passiert und je nachdem, ob diese tastung eines selbstleuchtenden oder beleuchteten Zelle elektrisch erregt ist oder nicht, durch ein nach- ebenen Objekts, geschaltetes, doppelbrechendes Prisma mit unter- Nach Fig. 1 fällt ein paralleles Strahlenbündel mit

der optischen Achse 8-9 aus einem Laser 1, z. B. einem kontinuierlich betriebenem Gaslaser mit halbkugelförmigem Hohlraum, durch eine Kollimatorlinse 10 auf einen ebenen Spiegel 2, der sowohl um die optische Achse 8-9 als auch um die dazu senkrechte Achse 6-7 drehbar ist und durch eine geeignet gewählte Änderung der Drehgeschwindigkeit sowie der Phasenbeziehungen und der Größe der Winkelauslenkungen in beiden Richtungen eine dem gewünschten Abtastraster entsprechende Bewegung des reflektierten Strahls ermöglicht. Bei dieser Abtastbewegung kann es sich um eine reihenweise Abtastung, wie sie im allgemeinen mittels einer Kathodenstrahlröhre erzielbar ist, oder auch um eine spiralförmige Abtastbewegung handeln. Das auf den Spiegel 2 einfallende parallele Bündel wird auf das optische System 3 abgelenkt, bei dem es sich um die Ausgangshälfte eines Doppel-Gauß-Linsensystems handelt, wobei die optische Achse dieses Linsensystems senkrecht auf den beiden Drehachsen des ao Spiegels 2 steht. Durch das Linsensystem 3 wird das Strahlenbündel praktisch punktförmig in die Ebene 4 projiziert, in welcher sich beispielsweise ein rasterweise zu beleuchtendes und zu reproduzierendes Transparentbild befindet. Der gestrichelt dargestellten as Linie 5 in der Ebene 4 entspricht eine Drehung des Spiegels 2 um die Achse 6-7, während eine Spiegeldrehung um die andere Achse 8-9 eine Verschiebung der Linie 5 parallel zu sich selber bewirkt.

Die Güte der praktisch punktförmigen Fokussierung eines parallelen Strahlenbündels auf eine Ebene, selbst bei verhältnismäßig großen Einfall- und Ausfallwinkeln, durch die Ausgangshälfte eines Doppel-Gauß-Linsensystems ist so hoch, daß in Verbindung mit dem verwendeten Laserstrahl beträchtliehe Verbesserungen der Reproduktion sowohl hinsichtlich der Auflösung als auch hinsichtlich der Größe der ebenen Reproduktion erzielbar sind, wobei unter Umständen für besonders hohe Anforderungen diese Anordnung noch mit bekannten Systemen zur Korrektur der Bildfeldwölbung kombiniert werden kann.

Nach F i g. 2 wird ein beleuchtetes Original in der Ebene 12 mittels einer Vorrichtung abgetastet, die aus der im Vergleich zur Anordnung nach F i g. 1 umgekehrt orientierten Hälfte 13 eines Doppel-Gauß-Linsensystems zur Umwandlung des von einem Punkt 11 der Ebene 12 ausgehenden divergierenden Bündels in ein paralleles Bündel, einem wiederum um zwei zueinander orthogonale Achsen drehbaren Spiegel 14, einem optischen System 15 zur Fokussierung des vom Spiegel 14 reflektierten, parallelen Strahlenbündels in die Blendenöffnung 16 sowie einer Photozelle 17 hinter der Blende zur Messung der Strahlenintensität besteht. In diesem Falle werden die guten optischen Eigenschaften der Ausgangshälfte eines Doppel-Gauß-Linsensystems dazu ausgenutzt, praktisch punktförmige Bereiche des beleuchteten Objekts, selbst bei sehr schrägem Einfall des von diesen Punkten ausgehenden divergierenden Bündels, stets in ein streng paralleles Austrittsbündel umzuwandeln.

Bei einer photographischen Reproduktion liegt in der Ebene 12 beispielsweise ein Transparentbild, wobei dieses Transparentbild entweder insgesamt beleuchtet wird oder aber gemäß der Vorrichtung nach F i g. 1 gleichzeitig und synchron mit der Abtastung rasterweise beleuchtet wird. In diesem Falle besteht die gesamte Anordnung aus den beiden Vorrichtungen nach den F i g. 1 und 2, wobei die beiden Ebenen 4 und 12 zusammenfallen. Das abzutastende Objekt in der Ebene 12 kann auch selbstleuchtend sein.

An das optische System IS nach F i g. 2 brauchen wohlgemerkt keine hohen Anforderungen hinsichtlich der Abbildungsgüte und insbesondere hinsichtlich einer Korrektur der Bildfeldwölbung gestellt zu werden, weil nur verhältnismäßig kleine Bildfeldwinkel auftreten.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Spiegelablenksysteme und Strahlungsdetektoren beschränkt, sondern sie kann mit allen bekannten Ablenksystemen zur Erzielung beliebiger Rastermuster sowie mit allen bekannten Typen von Strahlungsdetektoren sowie auch photographischen Emulsionen angewendet werden. Nach Bedarf kann in dem Strahlengang eine bekannte Einrichtung zur Intensitätsmodulation der Strahlung eingefügt werden. An Stelle mit einem kontinuierlich betriebenen Laser kann auch mit einem gepulsten Laser gearbeitet werden.

Die Anwendungen der Vorrichtung nach der Erfindung umfassen beispielsweise:

Die direkte Herstellung von Halbton-Druckplatten als Funktion der Steuersignale, die aus der Abtastung des Originals gewonnen werden. Belichtung von photoempfindlichem Material als Funktion von Steuersignalen, die ein Computer liefert, zur Speicherung von Informationen in graphischer Darstellung oder in Form einer photographischen Dichteverteilung. Ersatz der Kathodenstrahlröhre in der Fernsehtechnik zur Erzielung sowohl einer verbesserten Abbildungsschärfe als auch einer stärkeren Strahlintensität. Herstellung gedruckter Schaltungen, wobei direkt vom thermischen Effekt des die gewünschten Schaltungsumrisse zeichnenden Laserstrahls Gebrauch gemacht wird. Automatische Lesevorrichtungen sowie optische Prüfvorrichtungen, die auf lokale Fehler ansprechen. Insbesondere lassen sich bei Verwendung der modernen Lasermodulationstechnik größere Bandbreiten, nämlich im GHz-Bereich, erzielen, als sie irgend ein bisher bekanntes ebenes Beleuchtungssystem zu realisieren erlaubt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Optische Vorrichtung zur rasterweisen Abtastung eines ebenen Objekts mit einem Linsensystems zur Umwandlung des von einer Lichtquelle ausgehenden und durch eine Ablenkvorrichtung entsprechend dem gewählten Raster abgelenkten, parallelen Strahlenbündels in ein konvergierendes, in die Objektebene projeziertes Bündel oder zur Umwandlung des von einem Punkt des abzutastenden beleuchteten Objekts ausgehenden, divergierenden Bündels in ein paralleles, auf einen Strahlungsdetektor projiziertes Bündel, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle ein Laser und das Linsensystem die in der einen oder in der anderen Richtung orientierte Ausgangshälfte (3,13) eines Doppel-Gauß-Linsensystems ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen