DE2106274A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Auswer tung auf einem Aufzeichnungsträger in Form von Oberflachendeformationen gespeicherter Bildinformationen - Google Patents

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Patentanwälte Dipl.-Ing. R Teickmann, · 21 06 2

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber __

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Verfahren und Vorrichtung zur Auswertung auf einem Aufzeichnungsträger in Form von Oberflächendeformationen gespeicherter Bildinformationen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Auswertung auf einem Aufzeichnungsträger in Form von Oberflächendeformationen gespeicherter Bildinformationen, die mit einer periodischen Trägerwelle und einem modulierenden Signal gebildet sind. Die Erfindung ist insbesondere bei der thermoplastischen Xerographie anwendbar.

Bei der thermoplastischen Xerographie, die erstmals von Gundlach und Claus in "Journal of Photographic Science and Engineering", Jan/Febr. 1963, beschrieben ist, wird ein zu reproduzierendes Bild in Form von Oberflächendeformationen auf der Oberfläche eines thermoplastischen Isolierstoffs aufgezeichnet. Wie bei der bekannten Xerographie wird die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers hierzu zunächst gleichmäßig aufgeladen und dann mit einem Lichtbild eines Originals bestrahlt, wodurch die Ladung in bildmäßiger Verteilung selektiv abgeleitet wird. Bei der thermoplastischen Xerographie wird das latente elektrostatische Bild in einfacher Weise durch Erwärmung oder ErveLchung des thermoplastischen Materials entwickelt, so daß es entsprechend der Verteilung des Bildes deformiert wird. Bei der Reliefbild-

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erzeugung wird das elektrostatische latente Bild auf der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers erzeugt, während dieser einen gehärteten oder kalten Zustand hat. Bei Erwärmung deformiert sich die Oberfläche nur bei Ladungsdichteunterschieden zwische: Bildflächenteilen und nicht zum Bild gehörenden Flächenteilen. Bei der Mattierungsbilderzeugung wird das latente elektrostatische Bild auf einer vorher erweichten oder erwärmten Aufzeichnungsfläche erzeugt.. Bei diesem Verfahren wird das Deformationsmuster des latenten Bildes einer sehr großen Anzahl regellos gestreuter Vertiefungen (Rauschen) überlagert. Da das Originalbild dieses regellose Rauschen mehr oder weniger moduliert, muß beim Mattierungsverfahren eine geringe Eingangsfrequenz verwendet v/erden, weshalb es zur Aufzeichnung kontinuierlich getönter oder halbgetönter Bilder geeignet ist. Es hat sich auch gezeigt, daß die Frequenzeigenschaften der Mattierungsbilderzeugung und der Reliefbilderzeugung wesentlich verbessert v/erden können, wenn das Originalbild derart optisch gerastert wird, daß das auf der Aufzeichnungsfläche erzeugte Phasenbild eine periodische Trägerwelle und ein modulierendes Signal aufweist, welches die Originalinforrnationen enthält. Durch Anpassung der Folgefrequenz der periodischen Trägerwelle an die hydrodynamische Resonanzfrequenz des thermoplastischen Films können die Frequenzeigenschaften der Bilderzeugung weiter verbessert werden. Die Wirkung der optischen Rasterung in Anwendung bei der thermoplastischen Xerographie ist eingehender in einem Aufsatz von Urbach in der Ausgabe Sept./Okt. I966 des "Journal of Photographic Science and Engineering" sowie in der US-Patentschrift 3 436 21 β beschrieben.

Unabhängig von dem jeweils angewendeten Bilderzeugungsverfahren wird bei allen Arten der thermoplastischen bzw. Deformationsxerographie ein Phasenbild auf der Aufzeichnungsflähe erzeugt. Ein Phasenbild absorbiert kein Licht, es bewirkt lediglich eine Umlenkung des Lichtes entweder durch Beugung oder durch Brechung. Wegen dieser Eigenschaft ist es extrem schwierig, ein Phasenbild mit dem bloßen Auge oder mit den meisten üblichen

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Auswertevorrichtungen auszuwerten, da diese sowie das Auge nur die Bildintensität auswerten. Von Suzuki u.a. wurde in der Ausgabe Juli 1964 von "Applied Optics" eine theoretische Behandlung der Wiederherstellung von Phasenbildern durchgeführt, insbesondere von Phasenbildern der thermoplastischen Xerographie. Suzuki schlägt vor, stark kohärentes Licht auf ein gerastertes Phasenbild zu leiten und dann das gebeugte Licht durch eine Projektionsoptik zu führen. iCin Demodulationsfilter, das in der hinteren Brennebene der Optik angeordnet ist, trennt die Bildinformationen von dem Trägersignal, indem das Trägersignal nicht durchgelassen wird, während die Bildinformationen zur Abbildungsebene der Optik durchgelassen werden. Das von Suzuki vorgeschlagene Filter besteht in ein- j| fächer Weise aus einer undurchsichtigen Maske, die mit einer Öffnung versehen ist, welche auf das Licht einer der ersten Beugungsordnungen der gerasterten Frequenz zentriert und so klein ist, daß alle anderen Spektren nicht durchgelassen werden. Dieses Filter ist zwar einfach auszuführen, es ist jedoch auch relativ unwirksam, da es nur einen relativ geringen Anteil des Gesamtlichts durchläßt. Dies bedeutet, daß die Intensität des wiederhergestellten Signals gleichfalls relativ schwach ist, so daß ein solches Verfahren zur Auswertung insbesondere bei hoher Betriebsgescliwinc.igke it von Lesevorrichtungen unpraktisch ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Ver- ' fahren zur Auswertung von Bildinformationen sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung zu schaffen, wodurch insbesondere die Wiedergabe von Deformationsbildern in der thermoplastischen Xerographie verbessert wird.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß eine ebene Lichtwellenfront auf die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers gerichtet wird, daß das am Aufzeichnungsträger gebeugte Licht durch eine Projektionsoptik geleitet wird, die die gebeugten Lichtstrahlen in ihrer Brennebene punktförmig abbildet, und

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daß die projezierten Lichtstrahlen in der Brennebene durch ein räumliches Filter geleitet werden, welches das gesamte Bild der nullten Beugungsordnung entsprechend der Trägerwellenfrequenz und zumindest einer weiteren BeugungsOrdnung entsprechend der Trägerwellenfrequenz durchläßt.

Eine optische Lesevorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Weiterbildung des Erfindungsgedankens derart ausgebildet, daß der Aufzeichnungsträger in einer Haltevorrichtung so angeordnet ist, daß seine Bestrahlung mit kohärentem Licht dessen Beugung entsprechend der Trägerwellenfrequenz zur Folge hat, daß eine Projektionsoptik zur Abbildung der gebeugten Lichtstrahlen als Punkte in ihrer Brennebene vorgesehen ist und daß ein räumliches Filter in der Brennebene angeordnet ist, welches aus einer relativ dünnen und undurchsichtigen Maske mit einer zentralen Öffnung, deren Größe das gesamte Licht der nullten BeugungsOrdnung durchläßt, und zumindest einer weiteren öffnung besteht, die bezüglich eines abgebildeten Punktes einer anderen BeugungsOrdnung zentrierbar ist und deren Größe die modulierten Seitenbänder der Bildinformationen durchläßt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand in den Figuren dargestellter Ausfuhrungsbeispiele beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische und perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung einer Aufzeichnung, die zur Verwendung in einer Anordnung gemäß Fig. 1 geeignet ist,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf eine weitere AusführungsSDrm der Erfindung,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Erfindung und

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Fig. 5 eine Blockdarstellung für den Ablauf der Auswertung des wiederhergestellten Bildes in der Bildebene der in Fig. 1 gezeigten Anordnung.

Bei der thermoplastischen Xerographie wird die Oberfläche eines erweichbaren, isolierenden Aufzeichnungsmaterials elektrostatisch mit einem Bild versehen, dann wird das Aufzeichnungsmaterial bis zu einem Punkt erweicht, bei dem Oberflächenrunzelungen in bildmäßiger Verteilung entstehen. Hierzu kann jedes beliebige Verfahren angewendet werden, jedoch wird vorzugsweise ein fotoleitfähiger Aufzeichnungsträger verwendet, auf dem die Bildinformationen entsprechend der üblichen Xerographie gespeichert werden. Es hat sich gezeigt, daß viele thermoplastische Stoffe fotoleitfähig gemacht werden können, indem in einfacher Weise ein fotoleltfähiges Material in einem thermoplastischen Harz dispergiert oder kopolymerisiert wird. Ein weiteres übliches Verfahren besteht darin, ein plastisches Polymer mit einem Komplexmittel zu vermischen, so daß ein fotoleitfähiger Komplexstoff entsteht, beispielsweise kann das Polymer von Phenolformaldehyd mit 2,4,7-Trinitrofluorenon oder mit anderen geeigneten Lewis-Säuren zusammengebracht werden. Typische geeignete fotoleitfähige Stoffe sind anorganische Stoffe wie Selen, Kadmiumselenid, Kadmiumsulfid, Zinksulfid, Zinkselenid, Zinkoxid, Bleioxid, Bleisulfid, Quecksilbersulfid, Antimonsulfid, Quecksilberoxid, Indiumtrisulfid, Titandioxid, Arsensulfid, Galliumtriselenid, Zinkkadmiumsulfid, Bleijodid, Bleiselenid, Bleitellurid, Galliumtellurid, Quecksilberselenid und das Jodid, Sulfid, Selenid und Telluride von Wismut, Aluminium und Molybdän sowie organische Fotoleiter, insbesondere zusammengesetzt mit geringen Mengen geeigneter Lewis-Säuren. Typische organische Fotoleiter sind 1,4-Dicyanonaphthalin; Anthracen; 3-Benzyliden-Aminocarbazolj 2,5-Bis (p-aminophenyl-1)-1,3,4-oxidiazolj Vinylcarbazol; 2,4-Diphenylchinazolinj 1-Methyl-2-(2', 4· -dihydroxy-methylen-phenol)-benziraidazol und substituierte sowie nicht-substituierte Phthalocyanine und Chinacridone,

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Das in den Figuren dargestellte Verfahren wird im folgenden für einen fotoleitfähigen thermoplastischen Aufzeichnungsträger beschrieben, es kann jedoch in gleicher Weise auch mit nichtfotoleitfähigen Isolierstoffen durchgeführt werden, auf denen das elektrostatische Ladungsmuster beispielsweise durch Elektronenstrahlaufzeichnung, elektrostatische Entladungsaufzeichnung, Ladungsübertragung o.a. erzeugt wird. In ähnlicher Weise kann auch eine aus einer Komponente bestehende Schicht eines thermoplastischen Isolierstoffs verwendet v/erden, wenn der thermoplastische Stoff in "bekannter Weise auf eine fotoleitfähige Unterlage aufgebracht oder mit ihr in Kontakt gehalten wird, so daß er die auf die thermoplastische Fläche aufgebrachte Ladungsmenge steuern kann. Da die meisten thermoplastischen Aufzeichnungsträger die Form dünner Filme haben, ist es günstig, den thermoplastischen Film als Schicht auf eine relativ starre und leitfähige Unterlage aufzubringen, wodurch seine Verwerfung während der Erweichung bei der Bildentwicklung vermieden wird. Aluminium, Messing, Kupfer und wärmebeständige Polymere wie Polycarbonate und Polyurethane mit dünnen, transparenten und leitfähigen Schichten wie z.B. Zinnoxid o.a. können als leitfähige Unterlagen verwendet werden.

Eine Vorrichtung zur Aufzeichnung von Informationen auf einen fotoleitfähigen und thermoplastischen Isolierstoff ist in Fig. 2 dargestellt. Ein Band aus fotoleitfähigem, thermoplastischem Material der vorstehend beschriebenen Art wird von einer Vorratsrolle 11 auf eine Aufwickelrolle 12 geführt. Das Band bewegt sich auf einem vorbestimmten Weg an verschiedenen Verfahrens Stationen vorbei, wenn die Aufwickelrolle in der dargestellten Pfeilrichtung mit einem Kotor 13 gedreht wird.

Die erste Verfahrensstation ist die Ladestation A, an der eine gleichmäßige Ladung auf die Oberfläche des thermoplastischen Bandes mittels einer Corona-Entladungsvorrichtung 14 aufgebracht wird, die von der in der US-Patentschrift 2 836 725 beschriebenen Art ist. Die Entladungsvorrichtung ist nahe

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- 7 der Oberfläche des Bandes angeordnet und verläuft horizontal

über das Band. Beim Betrieb der Anordnung wird das Band über eine geerdete Elektrode 16 geführt, die Entladungsvorrichtung wird mit einer Spannungsquelle 15 gespeist, so daß auf die gesamte Oberfläche des Bandes eine gleichmäßige Ladung aufgebracht wird.

Die nächstfolgende Station in Richtung der Bandbewegung ist eine Belichtungsstation B, an der ein Projektor 17 mit einer Quelle aktivierenden Lichtes angeordnet ist. Der Projektor wirft Licht durch ein Originalbild 20, das aufgezeichnet werden soll, sowie durch eine Optik 21 auf die gleichmäßig geladene. Oberfläche des Bandes, so daß deren Ladung in bildmäßiger Verteilung abgeleitet wird. Bevor das Lichtbild jedoch die Ladungen ableiten kann, wird das projizierte Licht zunächst durch einen optischen Raster 22 geführt, der nahe und parallel der Oberfläche des Bandes angeordnet ist. Es kann jede geeignete optische Rasterungsvorrichtung verwendet werden, vorzugsweise wird ein solcher Raster verwendet, der mit zueinander parallelen, undurchsichtigen Bereichen versehen ist, deren Polgefrequenz ein elektrostatisches Muster auf der Oberfläche des fotoleitfähigen Bandes erzeugt, dessen Frequenz innerhalb des hydrodynamischen Resonanzbereiches des Plastikmaterials liegt. Für die Praxis hat sich erwiesen, daß die

bis Frequenz des Rasters ungefähr in einem Bereich der 1,5- 2,7 fachen Dicke der thermoplastischen Schicht liegen soll. Hat diese Dicke jedoch einen Wert von weniger als 2 Mikron, so soll die Frequenz des Rasters vorzugsweise im Bereich der ca. 1,5- bis 5-fachen Dicke der Schicht liegen.

Wird in vorstehend beschriebener Weise ein Bild auf dem Plastikfilm erzeugt, so ergibt sich ein latentes elektrostatisches Bild, das die Originalinformationen einem Bild der periodischen Rasterung überlagert. Bei Erweichung des Films wird eine periodische oder sinusförmige Trägerwelle auf der Oberfläche des Films erzeugt, die entsprechend den Originalinformationen amplitudenmoduliert ist. Entspricht

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beispielsweise die Deformationsmodulation einem Originalbild mit gleichmäßigem Hintergrund, so hat die sinusförmige Trägerwelle eine konstante Amplitude. Das modulierende Signal erzeugt jedoch eine Änderung der Amplitude <3er Trägerwelle entsprechend den Änderungen der optischen Dichte des Originalbildes.

Vorzugsweise wird eine gleichzeitige Einwirkung der Originalinformationen und der Rasterung durchgeführt, da der Modulationsgrad dann gegenüber einer nacheinander erfolgenden Einwirkung besser 4^s"t· ^s kann jedoch jedes geeignete Verfahren angewendet werden, mit dem ein Muster erzeugt wird, dessen Oberflächendeformationen eine periodische oder sinusförmige Trägerwelle mit einer Wiederholungsfrequenz ungefähr entsprechend der Resonanzfrequenz des thermoplastischen Materials und einer Amplitudenmodulation durch die Originalinformationen enthalten, die aufgezeichnet und gespeichert werdensollen.

Nachdem das gerasterte Ladungsmuster auf der fotoleitfähigen Aufzeichnungsfläche erzeugt ist, wird das Band unter einem elektrischen Wi-derstandsheizer 23 vorbeigeführt, der das thermoplastische Material erweicht oder leicht über die eine Deformation infolge des Ladungsfeldes des latenten Bildes bewirkende Temperaturschwelle erwärmt. Anstelle einer Heizvorrichtung können auch Behandlungen mit Lösungsflüssigkeit oder Lösungsdampf durchgeführt werden, um das Plastikband zu erweichen und damit eine Deformation entsprechend dem latenten Bild zu ermöglichen_o Das deformierte Band wird dann über mehrere Führungsrollen 24 und 25 geführt, die eine Kühlungsschleife ausreichender Länge bilden, so daß es in seinen normalen harten Zustand zurückgelangt. Dann wird es auf die Aufwickelrolle 12 aufgewickelt, bis ein Auswerten bzw. Lesen der gespeicherten Informationen gewünscht ist.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Lesen bzw. Wiederherstellen der gespeicherten Informationen ist in Fig. 1 dargestellt. Das entwickelte thermoplastische

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Material 10 wird in der Bildebene direkt vor einer Lichtquelle 30 angeordnet. Die Lichtquelle hat ein Gehäuse 29, das eine Quelle für stark kohärentes Licht enthält, beispielsweise einen Laser. Ferner ist eine Sammellinse 31 vorgesehen, die das ebene Licht auf die Rückseite des transparenten Bandes richtet. Die ebene Wellenfront des gesammelten Lichtes fällt durch den entwickelten thermoplastischen Film in einer zur Bildebene senkrechten Richtung, und das Licht wird durch die mit dem Signal modulierten Oberflächendeformationen gebeugt. Das gebeugte Licht wird dann durch eine Projektionsoptik 35 geleitet, mit der das räumliche Spektrum der augezeichneten Oberflächendeformation als eine Reihe von Punkten in der hinteren * Brennebene dargestellt wird. Wie von Suzuki in dem oben genannten Aufsatz ausgeführt wird, kann das Originalbild wieder hergestellt werden, indem das gebeugte Licht in der Brennebene der Auswerteoptik räumlich gefiltert wird. Das von Suzuki vorgeschlagene Filter besteht aus einer undurchsichtigen Maske mit einer einzigen Öffnung, die auf eine der ersten Beugungsordnungen entsprechend der periodischen Trägerfrequenz zentriert werden kann und alle anderen Frequenzen nicht durchläßt. Wie bereits ausgeführt, hat eine solche Anordnung einen relativ geringen Wirkungsgrad, da der größte Teil der Lichtenergie infolge der Filterung niemals die Auswerteebene erreicht. Die Intensität des wiederhergestellten Bildes ist also relativ gering. I

Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wird ein Filter 40 verwendet, das mehrere gebeugte Lichtstrahlen durchläßt und damit dem Auswertungsbild eine relativ hohe Energie gibt. Das Filter 40 besteht aus einer dünnen, undurchsichtigen Maske mit einer zentralen Öffnung 41 und zwei weiteren öffnungen Wenn die Maske in der hinteren Brennebene der Optik 35 in der in Fig. 1 gezeigten Weise angeordnet ist, liegen die beiden äußeren Öffnungen 42 und die mittlere öffnung 41 auf einer gemeinsamen Mittellinie 46, die durch die optische Achse des Auswertesystems verläuft und senkrecht zur Richtung der Trägerwellenrasterung 45 liegt. Die mittlere Öffnung hat eine Größe,

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die gleich oder etwas geringer ist als die Größe der sogenannten "Airy-Scheibe" des Lichtes der nullten BeugungsOrdnung.

Die beiden äußeren Öffnungen 42 sind auf die Lichtflecke weiterer BeugungsOrdnungen zentriert, die der Trägerwellenfrequenz zugeordnet sind. Es kann jede BeugungsOrdnung hierzu verwendet werden, vorzugsweise sind die äußeren Öffnungen 42 jedoch auf die Lichtflecke zentriert, die den beiden ersten BeugungsOrdnungen zugeordnet sind, wobei ihre Größe ausreichend bemessen ist, um die Modulationsseitenbänder, die den Originalinformationen entsprechen, durchzulassen. Die beiden äußeren Öffnungen sind bei einer solchen Zentrierung auf die beiden ersten Beugungsordnungen symmetrisch zur mittleren Öffnung angeordnet, wie es in Fig. 1 dargestellt ist.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist eine Phasenplatte 41 in der mittleren Öffnung so angeordnet, daß sie in dem Lichtstrahl nullter BeugungsOrdnung liegt. Die Phasenplatte ist optisch so präpariert, daß sie das durch die mittlere Öffnung fallende Licht um ca. 1/4 Wellenlänge verzögert, so daß eine Interferenz zwischen den gebeugten Lichtstrahlen der Auswerteebene des Systems entsteht, wodurch das wiederhergestellte Bild verbessert wird. Die Phasenplatte ist in einer Anordnung in der mittleren Öffnung dargestellt, dem Fachmann ist es jedoch geläufig, diese Platte auch in einer der anderen Öffnungen vorzusehen, solange sie das durch die Öffnung fallende Licht gegenüber dem jeweils anderen Beugungslichtstrahl verzögert. Dem Fachmann ist ferner geläufig, daß als Verzögerungselement nicht nur eine sogenannte Phasenplatte, sondern jede Anordnung, die eine Lichtverzögerung bewirkt, verwendet werden kann. Solche Anordnungen sind beispielsweise Prismen, flüssige Medien, sogenannte Rotare oder auch optisch aktive Stoffe wie Zuckerkristalle o.a..

Das in der Auswerteebene des Systems erzeugte BiH besteht aus verschiedenen Komponenten. Die erste ist eine Hintergrundkomponente, die aus dem nichtgebeugten Licht (Airy-Scheibe)

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erzeugt ist und durch die mittlere öffnung nullter Ordnung fällte Die zweite Komponente besteht aus dem Licht, das durch die beiden Öffnungen der beiden ersten BeugungsOrdnungen fällt. Jeder dieser Strahlen enthält die Eingangsinformationen, jedoch wirken sie in der Auswerteebene so aufeinander ein, daß die Erscheinung eines sinusförmig sich ändernden Musters entsteht, welches eine vergrößerte Wiedergabe der Trägerwellenfrequenz ist und dessen Amplitude eine räumlich modulierte Funktion der eingegebenen Informationen ist. Diese Wiedergabe der Phasenfrequenz wird erzeugt, wenn eine ebene Lichtwellenfront in zwei Strahlen gebeugt und dann in der dargestellten Weise rekombiniert wird. Weitere Einzelheiten dieser Erscheinung finden sich in einem Aufsatz von Jenkins and White in "Fundamentals of Optics", ab Seite 234. Eine dritte, jedoch relativ schwache Komponente ist in dem Auswertungsbild vorhanden, sie wird durch die Wechselwirkung zwischen der eingegebenen Modulation und der Trägerwellenfrequenz erzeugt. Diese letzte Komponente kann jedoch für die meisten praktischen Anwendungsfälle infolge ihrer geringen Intensität vernachlässigt werden«

Da das Auswertungsbild aus mehreren unterschiedlichen Komponenten besteht, ist es wesentlich lieller als das mit einem Filter mit einer einzigen Öffnung erzeugte Bild. Das nach der Erfindung erzeugte Bild hat ferner eine sinusförmige Änderung seiner Intensität, die sich in Form von Spitzenwerten äußert, welche parallel zu dem Trägerwellenraster 45 verlaufen. Sie haben zwar eine geringe visuelle Ablenkung, jedoch sind sie von Vorteil, wenn das Auswertungsbild mit einer automatischen elektrischen Abtastvorrichtung gelesen werden soll» Sie dienen dann als elektrischer Träger, dessen Modulation die Originalinformationen enthält.

Das in der Auswertungsebene erzeugte Bild ist daher eine amplitudenmodulierte Trägerwelle, die sich in idealer Weise für eine elektrische Abtastung eignet und insbesondere eine solche Abtastung ermöglicht, bei der ein lichtempfindliches

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Auswerteelement eine Signalspannung erzeugt, die proportional der Intensität des abgetasteten Bildes ist. Durch geeignete Filterungsverfahren kann ein Ausgangssignal der Abtastung in einfacher Weise abgeleitet werden, das die folgende Form, hat:

O(t) = K £~ll(t) cos (ft) + M(t)· sin (f t) J *

Hierbei ist K eine Konstante, die von der jeweiligen fotoelektrischen Abtastvorrichtung abhängt und linear proportional den Rasterfrequenzdeformationen der Aufzeichnungsfläche ist, M(t)ündM(t) die modulierten Spektren, die jeweils linear proportional der Modulation mit den Originalinformationen sind, cos(ft) die Trägerwellenfrequenz, ausgedrückt mit der Rasterungsfrequenz und sin(f_t) die analoge quadratische Komponente.

Die Modulation M(t) oder M(t) können separat mit synchronen Auswerteverfahren erhalten werden. Im allgemeinen ist jedoch die Modulation M(t) die aus dem Signal 0(t) gewünschte Komponente. Ein Verfahren zur Ableitung dieses Modulationsanteils ist in Fig. 5 als Blockdarstellung gezeigt. Das modulierte Signal wird erst einem Vervielfacher 60 zugeführt, in dem es mit dem Ausgangssignal eines lokalen Oszillators 61 gemischt wird. Das von dem Oszillator dem Vervielfacher zugeführte Signal lit die Form

B cos (fg"t)

die von derselben Frequenz und Phase der Trägerkomponente cos(f_t) ist, so di
folgende Form hat:

cos(f_t) ist, so daß das Ausgangssignal des Vervielfadters

ρ Λ

V(t) = KBM(t) cos (fgt)t + ICM (t) B sin (fgtl cos (f_gt)

= 1/2 KBM (t) /"1 + cos 2(f_Qt)__7 + 1/2°KBM (t) sin 2 (f_fit)

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das Signal durch ein Tiefpaßfilter 62 geführt wird, so ergibt sich die modulierte Komponente des Signals M(t) als wiederhergestelltes Signal und die unerwünschten Komponenten M(t) cos 2(f_gt) und M (t) sin 2(f_fit) werden ausgefiltert. Das Ausgangssignal des Systems ist im Bereich des Originalsignals und der Amplitude der Oberflächendeformationen linear, ferner hat es eine Form, die wesentlich geringere Anforderungen an die Lesezeit und den Leistungsbedarf stellt.

Mit einer Auswerteanordnung der vorstehend beschriebenen Art wurde ein Test durchgeführt und ein mit einem Bild versehener Aufzeichnungsträger ausgewertet, um die Vorteile des erfindungs- I gemäßen Filterungsverfahrens darzustellen. Ein Aufzeichnungsträger wurde mit einem transparenten thermoplastischen Film hergestellt und so mit einem Bild versehen, daß die Bildinformationen eine sinusförmige Trägerwelle modulierten, deren Frequenz bekannt war. Das Bild wurde mit einem durchlässigen Sinuswellenmuster auf einer Glasunterlage erzeugt und bestand aus drei Grauschritten unterschiedlicher Dichte. Sinuswellenmuster dieser Art sind kommerziell von der Eastman Kodak Company, Rochester, New York, erhältlich. Die Anordnung enthält eine Metallblechmaske aus Aluminium mit ca. 1,6mm Stärke, die. in der hinteren Brennebene einer Projektionsoptik angeordnet ist. Die Maske hatte drei öffnungen, von denen eine auf die ^j optische Achse des Systems zentriert war, während die beiden anderen auf die ersten beiden Beugungspunkte der Trägerwellen— frequenz zentrierbar waren. Eine dünne, parallele Glasplatte (Phasenplatte), die die Lichtenergie um ca. 1/4 Wellenlänge verzögert, wurde in der mittleren Öffnung angeordnet. Diese wurde so eingestellt, daß etwas weniger als die Airy-Scheibe der primären Lichtmenge der ersten BeugungsOrdnung durchgelassen wurde. In der Bild- oder Auswerteebene des Systems wurde ein Polaroidfilm von 10 χ 13 cm Größe angeordnet und zur Aufzeichnung der ausgewerteten Bilder verwendet.

Das Licht einer kohärenten Lichtquelle wurde gesammelt und dann auf die mit einem Bild versehene und gerastere Oberfläche

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des" AufZeichnungsträgers gerichtet, wo es gebeugt wurde. Das gebeugte Licht wurde dann durch eine Projektionsoptik geleitet und in deren hinterer Brennebene gefiltert, wozu das erfindungsgemäße räumliche Filter verwendet wurde. Die Phasenplatte wurde so gedreht, daß das durch die mittlere Öffnung fallende Licht um 1/4 Wellenlänge verzögert wurde. Das ausgewertete Bild wurde auf einen normalen Polaroid P.N.-Film aufgezeichnet. Es wurden mehrere Bilder mit unterschiedlicher Belichtungszeit erzeugt. Zur Auswertung der Ergebnisse wurden die mittlere Öffnung und eine der weiteren Öffnungen abgedeckt, dann wurden dieselben Belichtungsschritte mit einer Einzelöffnung wiederholt. Bei Vergleich der beiden Ergebnisgruppen zeigte sich, dase bei Verwendung eines Filters 40 nach nur einer Sekunde Belichtungszeit mehr Graustufen unterscheidbar waren als nach einer Belichtungszeit von zehn Sekunden bei Verwendung einer Filteranordnung mit einer Öffnung.

Die Auswertungsbilder der beiden Ergebnisgruppen wurden in ähnlicher Weise verglichen, indem eine Reihe Mikrodensitometerspuren auf ihnen erzeugt wurde. Hier zeigte sich wiederum deutlich, daß das Filter 40 ein Signal nach einer Bestrahlungszeit von einer Sekunde erzeugte, welches bei teilweiser Abschirmung des Filters unabhängig von der Bestrahlungszeit nicht erzeugt wurde.

Während des Testverfahrens wurde festgestellt, daß die Phasenplatte auch weggelassen werden konnte, ohne das Auswertungsbild merklich zu beeinträchtigen, wenn der Abstand der optischen Achse so eingestellt war, daß entweder die Bildebene oder die Auswerteebene etwas gegenüber der Maske verschoben war. Fig. 3 zeigt ein Auswertesystem in einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei dem die Phasenplatte 44 der in Fig, 1 gezeigten Art nicht vorhanden ist. Eine Quelle 30 für gesammeltes Licht, die der bereits beschriebenen ähnlich ist, ist in dem Optikgehäuse 70 koaxial angeordnet. Das Gehäuse hat eine Lagerung 71 mit offenem Ende, in der die verschiedenen Auswertekomponenten angeordnet sind. Am linken Ende des Gehäuses ist eine Vorrichtung

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Claims (16)

1. zur Halterung des mit einem Bild versehenen thermoplastischen Aufzeichnungsträgers 10 vorgesehen, dessen deformierte Oberfläche senkrecht zur optischen Achse angeordnet ist. Der AufzeichnunGsträger ist so angeordnet, daß gesammeltes Licht von der Beleuchtungsquelle auf die deformierte Oberfläche auftritt, und entsprechend der Trägerwellenfrequenz gebeugt wird. Das gebeugte Licht wird dann durch eine aus einer Optik und einem Filter bestehende Anordnung 80 geleitet und auf einen Auswerteschirm 72 geführt, der am anderen, rechten Ende des Gehäuses angeordnet ist. Die Optik 35 und das räumliche Filter 40 sind in fester Anordnung zueinander auf einem beweglichen Schlitten 81 vorgesehen, der horizontal in Richtung der Längsachse des * Systems beweglich ist. Das räumliche Filter 40, das ähnlich dem bereits beschriebenen ausgeführt ist, demoduliert die amplitudenmodu-rlierte Trägerwelle und erzeugt ein Auswertesignal hoher Intensität in der Auswerteebene 72.

   längliche Öffnung ist in der Seitenwand des Gehäuses vorgesehen, und ein Spindelantrieb 82, der mit dem Schlitten verbunden ist, ist durch diese Öffnung hindurchgeführt. Eine Spindel S3 ist außerhalb des Gehäuses in einem Lagerblock 84 gelagert, ihr Gewindeteil 85 greift in den Gewindeteil des Schlittenantriebs 82 ein. Durch Drehen einer Rändelschraube an einem Ende der Spindel wird der Schlitten im Gehäuse verstellt, wodurch die Optik und das Filter gleichfalls relativ zur Bildebene oder Abtastebene des Systems verschoben werden. Auf diese Weise können die optischen Elemente so eingestellt werden, daß sich eine optimale Auswertung ohne Verwendung einer Phasenplatte o.a. ergibt.

   Es sei ferner darauf hingewiesen, daß es nicht erforderlich ist, eine lichtdurchlässige thermoplastische Aufzeichnungsfläche zu verwenden, sondern daß auch reflexionsfähige Aufzeichnungsträger vorgesehen sein können. Fig. 4 zeigt eine entsprechende Auswertevorrichtung. Eine Quelle 30 für gesammeltes Licht ist außerhalb der optischen Achse des optischen Auswertesystems angeordnet. Ihr Licht wird auf einen Strahlenteiler 90 geleitet,

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   der es in eine Richtung normal zur deformierten Oberfläche des thermoplastischen Aufzeichnungsträger umlenkt. Das gebeugte Licht, das von der Bildfläche reflektiert wird, gelangt durch den Strahlenteiler hindurch auf eine Projektionsoptik 35. Das mit der Optik 35 projizierte Licht wird in beschriebener Weise mit einem Filter 40 räumlich gefiltert, und das dadurch erzeugte Ausgangssignal wird in der Auswerteebene 50 wiedergegeben. Ein Hochgeschwindigkeitsabtaster 91> der eine Signalspannung proportional den abgetasteten Informationen liefert, ist hirter der Auswerteebene angeordnet und führt eine schnelle Abtastbewegung aus, bei der das ausgewertete Bild aufgezeichnet v/erden kann. Das Aus gangs signal kann dann dsmoduliert und die" · Originalinformation ähnlich wie bereits beschrieben wieder hergestellt werden.

   Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern daß alle im Rahmen der folgenden Ansprüche möglichen Ausführungen und Weiterbildungen durch den Grundgedanken der Erfindung erfaßt werden.

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   Patentansprüche

   IΛ.JVerfahren zur Auswertung auf einem Aufzeichnungsträger in Form von Oberflächendeformationen gespeicherter Bildinformationen, die mit einer periodischen Trägerwelle und einem modulierenden Signal gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine ebene Lichtwellenfront auf die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers (10) gerichtet wird, daß das am Aufzeichnungsträger (10) gebeugte Licht durch eine Projektionsoptik (35) geleitet wird, die die gebeugten Lichtstrahlen in ihrer Brennebene punktförmig abbildet, und daß die projizierten Lichtstrahlen in der Brennebene durch ein räumliches Filter <( (40) geleitet werden, welches das gesamte Licht der nullten BeugungsOrdnung entsprechend der Trägerwellenfrequenz und zumindest einer weiteren BeugungsOrdnung entsprechend der Trägerwellenfrequenz durchläßt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem durch das Filter (40) durchgelassene Licht erzeugte Signal abgetastet und in eine Signalspannung umgesetzt wird und daß die Trägerwellenfrequenzkomponente der Signalspannung aus der mit der Trägerwellenfrequenz auftre.-tenden Interferenzfrequenz der nullten BeugungsOrdnung und der durchgelassenen BeugungsOrdnung elektrisch demoduliert * wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Länge einer der räumlich gefilterten Beugungsordnungen verzögert wird, um eine Interferenz zwischen den gebeugten Lichtstrahlen in der Auswerteebene (50) der Projektionsoptik (35) zu erzeugen.
4. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsträger (10) in einer Haltevorrichtung so angeordnet ist, daß seine Bestrahlung mit kohärentem Licht dessen Beugung entsprechend der Trägerwellenfrequenz zur

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   Folge hat, daß eine Projektionsoptik (35) zur Abbildung der gebeugten Lichtstrahlen als Punkte in ihrer Brennebene vorgesehen ist und daß ein räumliches Filter (Ao) in der Brennebene angeordnet ist, welches aus einer relativ dünnen und undurchsichtigen Maske (43) mit einer zentralen Öffnung (41), deren Größe das gesamte Licht der nullten BeugungsOrdnung durchläßt, und zumindest einer v/eiteren Öffnung (42) besteht, die bezüglich eines abgebildeten Punktes einer anderen Beugungsordnung zentrierbar ist und deren Größe die modulierten Seitenbänder der Bildinformationen durchläßt.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Öffnung (42) auf die erste BeugungsOrdnung entsprechend der Trägerwellenfrequenz zentriert ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtverzögerungsanordnung (44) vorgesehen ist, die die Länge des optischen Weges einer der durch die Maske (43) durchgelassen BeugungsOrdnungen ändert.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, da-durch gekennzeichnet, daß die Lichtverzögerungsanordnung (44) in der mittleron Öffnung

   (41) der Maske (43) angeordnet ist und die optische Länge der nullten BeugungsOrdnung relativ zu den anderen Beugungsordnungen ändert.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß außer der mittleren Öffnung (41) zwei weitere Öffnungen

   (42) vorgesehen sind, die von der mittleren Öffnung (41) gleichen Abstand haben und mit ihr auf einer durch die Ebene der Maske (43) verlaufenden Linie angeordnet sind.
9. 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung (30) zur Leitung einer ebenen Lichtwellenfront auf die deformierte Oberfläche des Aufzeichnungsträgers (10) vorgesehen ist, so daß das Licht an der Oberfläche entsprechend der Trägerwellenfrequenz gebeugt wird.

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10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Öffnung (41) der Maske (43) e1;was kleiner als die Airy-Scheibe des Lichtes der nullten iseugungs Ordnung ist.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das räumliche Filter (4θ) außer der mittleren Öffnung (41) zwei weitere Öffnungen (42) aufweist, die die ersten beiden Beugungsordnungen entsprechend dar Trägerwellenfrequenz durchlassen, während die mittlere Öffnung (41) praktisch die gesamte Airy-Scheibe der nullten BeugungsOrdnung durchläßt.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 9» 10 oder 11, dadurch gekennzeich- J net, daß eine Vorrichtung (44) zur Änderung des optischen Weges eines der gebeugten Lichtstrahlen relativ zu den anderen gebeugten Lichtstrahlen vorgesehen ist, um eine Interferenz der gebeugten Lichtstrahlen in der Auswerteebene (50) der Projektionsoptik (35) zu erzeugen.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (44) zur Änderung des optischen Weges eine Viertelwellenlängen-Phasenplatte ist.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske (43) außer der mittleren Öffnung (41) zwei äußere Öffnungen (42) aufweist, die von der mittleren Öffnung (41) * gleichen Abstand haben und m4.t ihr auf einer gemeinsamen Linie in der Ebene der Maske (43) liegen, die senkrecht zur Richtung der periodischen Trägerwelle verläuft.
15. 15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswertevorrichtung (91) zur Auswertung des durch das räumliche Filter (4θ) durchgelassenen Bildes in der Auswerteebene (50) der Projektionsoptik (35) " ' vorgesehen ist.

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16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertevorrichtung (91) eine Abtastvorrichtung ist, die eine elektrische Signalspannung proportional der jeweiligen Intensität des Bildes in der Auswerteebene (50) liefert und einem Demodulator zuführt, der die Trägerwellenfrequenzkomponente der Signalspannung, die der Interferenzfrequenz der nullten BeugungsOrdnung und der durchgelassenen BeugungsOrdnungen entsprechend der Trägerwellenfrequenz entspricht, demoduliert*

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