DE2165831A1 - Verfahren und Vorrichtung zum optischen Abtasten einer Probe oder Vorlage, um von dieser eine Aufzeichnung herzustellen - Google Patents

Description

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. ftlEMANN - _fi

DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C GERNHARDT /165831

MÖNCHEN HAMBURG

telefon= 395314 _{2000 HAMB u RG 5(}£9.Dezember 1971

TELEGRAMME: KARPATENT KDN1GSTRASSE 28

W. 24 933/71 12/B

Photometries, Inc. Lexington, Mass. (V.St.A.)

Verfahren und Vorrichtung zum optischen Abtasten einer Probe oder Vorlage, um von dieser eine Aufzeichnung herzustellen.

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf optisches Abtasten sowie auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum optischen Abtasten verschiedener Proben oder Vorlagen und zum Erzeugen graphiacher Aufzeichnungen von ihnen, welche Daten hinsichtlich der Dichte, der Durchlässigkeit, des Reflexionsvermögens, der Fluoreszens oder ähnlicher Charakteristiken der Probe enthalten. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein optisches elektronisches Datenverarbeitungsabtastsystem für die Anwendung bei Photomikroskopie, Mikrodichtemessung, Interferenzmikroskopie, Dunkelfeldmikroskopie, Kartenherstellung mittels durch optische Dichte dargestellter Konturen und digitaler Aufzeichnung von Daten kontinuierlich getönter Bilder.

Geräte zum optischen Abtasten und Aufzeichnen sind bisher beispielsweise für Mikrodichtemessung, photographische Photometrie, Kartenherstellung mittels durch optische Dichte dargestellten Konturen, Bildaufzeichnung andere Zwecke verwendet v/erden. Übliche Hikrodichtemesser arbeiten gewöhnlich eindimensional, wobei entlang einer einzigen Linie dor Probe abgetastet wird, i-iinige Geräte arbeiten zweidimensional mit-

209840/0981 bad original

tels eines Rasters aus parallelen Linien. Da der schwere Probenträger am Beginn und am Ende jeder Abtastseile oder Abtastlinie beschleunigt werden muss, ist die Abtastgeschwindigkeit bei solchen .Geräten begrenzt.

Um beste räumliche Auflösung und photonie trische Genauigkeit zu erzielen, wie sie beispielsweise bei einem mit Abtastung arbeitenden Mikrodichtemesser erforderlich sind, ist es notwendig, ein paraxiales optisches System zu verwenden und eine Abtastung dadurch vorzunehmen, dass die Probe zwischen der Beleuchtungsquelle und der Lichtsammeieinrichtung körperlich zu bewegen. Beleuchtungslichtkegel und Lichtsaiiinelkegel liegen üblicherweise zur Ebene der Probe symmetrisch, und das Licht muss immer aiif den gleichen Bereich an dem Photodetektor auftreffen,

Abtastvorrichtungen mit Zeilenabtastung oder Abtastung mittels rechtwinkligem Raster, die diese Art von hochqualita™ tiven graphischen Darstellungen verwenden, benötigen viel Zeit, um die Abtastung einer gesamten Probe, eines Musters oder einer Vorlage abzutasten. Mikrodichtemesser, wie sie beispielsweise in den USA-Patentschriften 3 424 534, 3 503 und 3 520 624 beschrieben sind, benötigen oftmals mehrere Stunden, um eine Karte zu erzeugen, bei der mit hoher Auflösung die Konturen durch Linien gleicher Dichte dargestellt sind. Es wird angenommen, dass der Zeitfaktor der Hauptgrund dafür ist, dass Abtasttechniksn, die optische MikrodichtemeD-ser verwenden, bisher aur jir^öugmig vun Irlikrüphuiü&räphieii nicht verwendet worden sind. Die Abtastgeschwindigkeit kann durch Verwendung eines Trommelabtasters erhöht werden, bei welchem die Vorlage oder das Muster auf einer transparenten Trommel angebracht ist, die dann gedreht wird. Die Bewegung der Trommel bzw. des optischen Systems entlang einer Bahn parallel zur Trommelachse würde eine wirksame Abtastung der gesamten Vorlage ergeben. Jedoch sind solche Vorrichtungen nicht dafür geeignet, irgendeine bedeutsame Vergrößerung in dem Ausgangsprodukt zu erhalten.

BAD ORIGINAL

209840/0961

_ J) —

Ein Zweck der vorliegenden Erfindung "besteht darin, Verbesserungen bei optischen Abtasttechniken und -vorrichtungen vorzusehen, und insbesondere besteht ein Zweck der Erfindung darin, ein Vorfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mittels denen mit hoher Geschwindigkeit und mit hoher Auflösung einer Vorlage, beispielsweise einen Mikroskop-Objektträger, ein ,photographisch aufgezeichnetes Bild od.dgl,, optisch abgetastet werden kann, um die Dichte, die Durchlässigkeit oder da^ Reflexionsvermögen der Probe oder Vorlage zu messen und in vernünftiger Zeit eine graphische Aufzeichnung davon zu erzeugen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum optischen Abtasten einer Probe oder Vorlage, beispielsweise eines Mikroskop-Objektträgers, eines photographisch aufgezeichneten Bildes od. dgl., um davon eine graphische Aufzeichnung zu erzeugen. Dieses Verfahren umfasst das spiralförmige Abtasten der Probe oder Vorlage mittels eines Lichtstrahles, der gemäss gewissen optischen Charakteristiken der Probe oder Vorlage moduliert wird, das Umwandeln des modulierten Lichtstrahles in elektrische Signale und das Aufzeichnen dieser Signale. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die elektrischen Signale in sichtbare Aufzeichnungssignale umgewandelt und spiralförmigaufgetragen, um eine graphische Aufzeichnung der Eigenschaften der Probe ©der Vorlage zu erzeugen.

Die Erfindung umfasst auch eine optische Abtastvorrichtung mit einem drehbaren 'Träger für die Probe oder Vorlage und mit wenigstens einem drehbaren Aufzeichnungsträger. Die Träger sind zusammengekoppelt und werden mit einer identischen und gleichmässigen Geschwindigkeit angetrieben. Ein Lichtstrahl tastet die Vorlage auf dem sich drehenden Vorlageträger spiralförmig ab und erzeugt modulierte optische Signale, und eine elektronische Schaltung wandelt die optischen Signale in elektronische Signale um, die ihrerseits einen Aufzeichnungsstift betätigen, der in arbeitsmässiger Zuordnung zu dem Aufzeichnungsträger angeordnet ist. Mittels eines

209840/0901 bad original

Unterschiedes oder Differentials in der Bewegungsgeschwind ig™ keit des Abtaststrahles und des Aufzeichnungsstiftes wird eine Vergrösserung erhalten. Die elektrischen Signale werden elektronisch verarbeitet, um das Kontrast- und Kantenansprechen zu ändern und weiterhin die Beziehung zwischen der Eigenschaft der Probe oder Vorlage und der ihr entsprechenden graphischen Aufzeichnung zu steuern. Die Erfindung mnfasst auch eine Faksimile-Aufzeichnungsvorrichtung, in welcher der Aufzeichnungsstift schnell und sauber eine hohe Auflösung des. Bildes elektrisch erzeugt.

fe Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert«

Fig. 1 ist eine schaubildliche Ansicht einer optischen

Abtastvorrichtung gemäss der Erfindung. Fig. 2 ist eine Draufsicht des Proben- oder Vorlageträgers und des Aufzeichnungsträgers der Vorrichtung gemäss Fig. 1.

Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm der Steuereinrichtung für die Vorrichtung gemäss der Erfindung. Fig. 4 ist eine Ansicht einer vergrösserten kontinuierlich getönten Aufzeichnung, die mittels der Vorrichtung' gemäss der Erfindung von einem phctographischen Bild erzeugt ist.
P Fig. 5 ist eine Ansicht einer anderen Aufzeichnung, die

von dem gleichen photographischen Bild hergestellt ist und mit Konturlinien aufgetragen X3t, welone dem kontinuierlich getönten Untergrund überlagert sind.

Fig. 6 ist eine Ansicht einer anderen Aufzeichnung, bei der überlagerte Konturlinien als künstlich er-

zeugte Räder verwendet werden.

Fig. 7 ist ein Blockdiagramm der Signalverarbeitungsund Steuereinrichtung.

Gemäss den Fig. 1 bis 3 ist die optische Abtastvorrichtung allgemein um einen Schlitten 10 herumgebildet, dor zur

BAD ORiGfNAL

209840/0981

waagerechten längsbewegung beispielsweise mittels Gleitführungen 12 und 14 angebracht ist, die an einem Gehäuse 15 befestigt sind und mit zwei parallelen, sich in Längsrichtung erstreckenden Nuten oder Kugelbuchsen 16 und 18 im Eingriff stehen, die in der Unterseite des Schlittens 10 gebildet sind. Der Schlitten 10 weist eine nach unten ragende Verlängerung 20 auf, die mit einer kreisförmigen Gewinde.öffnung 22 versehen ist, durch welche sich eine Leitspindel 24 in Gewindeeingriff hindurcherstreckt, die von einem Schlittenantriebsmotor 26 gedreht wird, welcher über ein GesGhwindigkeitsänderungsgetriebe 28 wirkt. Die Betätigung des Motors 26 bewirkt die Drehung der Leitspindel 24» die ihrerseits bewirkt, dass der Schlitten 10 sich entlang der Führungen 12 und 14 bewegt. Bei der dargestellten Ausführungsform verläuft die Bewegung während eines Abtast- und Aufzeichnungsvorganges gemäss den Pig. 1 bis 3 von rechts nach links. Die Vorschubgeschwindigkeit des Schlittens 10 wird durch Einstellung an dem Geschwindigkeitsänderungsgetriebe 28 wahlweise gesteuert, wodurch wiederum die Vergrösserung gesteuert wird, welche von der Vorrichtung erzeugt wird, wie es nachstehend noch erläutert wird.

Die Leitspindel 24 ist an ihrem gemäss Fig. 3 rechten Ende ausserdem antriebsmässig mit einem mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Rückziehmotor 30 verbunden, der dazu verwendet wird, den Schlitten 10 nach Beendigung eines Abtastkreislaufes in eine Ausgangsstellung zurückzuführen. Codiervorrichtungen zur Grob- und Peineinstellung des Schlittens 10 sind vorgesehen, um die Ausgangsstellung des Schlittens 10 automatisch abzufühlen. Die Codiervorrichtung für die Grobeinstellung des Schlittens 10 umfasst einen von der Schlittenverlängerung 20 getragenen Schalterkontakt 32, der Schalterkontakte 34 schliessen kann. Die Codiervorrichtung für die Peineinstellung des Schlittens umfasst einen von der Leitspindel 24 getragenen Schalterkontakt 36, der Schalterkontakte 38 und 40 schliessen kann. Diese Codiervorrichtungen schaffen zusammen

BAD ORIGINAL

209840/0961

eine automatische Ausrichtung in Längsrichtung zwischen der optischen Achse und der Drehachse des Vorlagenträgers ι was eine notwendige Voraussetzung für den Beginn einer Abtastung ist.

Auf dem Schlitten 10 sind ein Vorlagenträger 42 und ein Aufzeichnungsträger 44 drehbar angebracht. Die beiden drehbaren Träger 42, 44 sind so zusammengekoppelt, dass sie sich mit der gleichen konstanten Winkelgeschwindigkeit drehen, und die ist bei der dargestellten Ausführungsform mittels eines Antriebsmotors 46 erzielt, der mit dem Aufzeichnungsträger 44 gekuppelt ist, welcher seinerseits mit dem Vorlagenträger 42

™ mittels eines biegsamen Riemens 48 antriebsmässig verbunden ist, der mit beiden Drehträgern im Eingriff steht.

Der Vorlagenträger 42 ist mit einem durchsichtigen zentralen Teil 50 versehen, der typisch eine kreisförmige Glasscheibe ist und der eine Vorlage 52, beispielsweise einen Mikroskop-Objektträger, ein photographisches Transparent od. dgl., abstützen kann. Die Scheibe 50 ist in einem ringförmigen Rahmen 54 angebracht, der an dem Schlitten 10 mittels Präzisionskugellagern (nicht dargestellt) drehbar abgestützt ist. Die Vorlage 52' kann in der Mitte der Scheibe 50 mittels Klammern, Band oder anderen Befestigungsmitteln festgelegt werden, um mittels eines von einer Lampe 58 kommenden Lichtstrahle 56 abgetastet zu werden, der durch eine Sammellinse 60, eine einstellbare Blende 62, eine Kondensatorlinse 64, die Scheibe 50, die Vorlage 52, eine Objektivlinse 66 und eine einstellbare Abtastöffnung 68 hindurch zu einer Lichtdetektoreinrichtung 70, beispielsweise einer Lichtvervielfachungsröhre, gelangt.

Die optischen Bauteile 58 bis 64 sind unter dem Schlitten 10 und in dem Gehäuse 15 in ortsfester Stellung angebracht, während die optischen Bauteile 66 bis 70 an einem Arm 71 (Fig. 1) angebracht sind, der an dem Gehäuse 15 befestigt ist und sich über den Schlitten 10 erstreckt. Eine Betrachtungslupe 69 kann an dem Arm 71 zwecks Fokussierung, Ausrichtung

BAD ORIGINAL

209840/0961

u. dgl. vorgesehen sein.

Es ist zu verstehen, dass, wenn der Vorlagenträger 42 sich mit der Vorlage 52 dreht und wenn der Schlitten 10 sich entlang der Führungen 12 und 14 bewegt, die Vorlage 52 durch den Lichtstrahl 56 spiralförmig abgetastet wird, wobei der Lichtstrahl 56 ortsfest verbleibt. Wenn die Vorlage 52 abgetastet wird, wird der Lichtstrahl 56 durch Änderungen der Dichte der Vorlage 52 moduliert, wodurch wiederum die elektrischen Ausgangssignale des Lichtdetektors 70 moduliert werden. Diese modulierten elektrischen Signale werden dazu verwendet, die Aufzeichnung auf dem Aufzeichnungsmedium auf dem Aufzeichnungsträger 44 zu steuern, wie es nachstehend im einzelnen beschrieben wird.

Der Aufzeichnungsträger 44 ist bei der .dargesteilten Ausführungsforin eine ebene kreisförmige Platte, deren G-rösse derjenigen des Vorlagenträgers 42 entspricht, wobei jedoch bei diesem Beispiel der Träger 44 aus leitendem Metall, wie Aluminium, besteht, um einen Teil eines Faksimile-Aufzeichnungssystems zu bilden. Der Träger 44 v/ird dazu verwendet, ein Aufzeichnungsmedium abzustützen, beispielsweise ein Faksimile-Aufzeichnungspapier 72, welches typisch kreisförmig ist und welches auf dem Aufzeichnungsträger 44 mittels Randklammern 73 od. dgl. festgelegt werden kann, die einen elektrischen Kontakt zwischen dem geerdeten Aluminiumträger 44 und der elektrisch leitenden Oberfläche des Faksimile-Aufzeichnungspapiers 72 gewährleisten.

Über den Aufzeichnungsträger 44 erstreckt sich ein Arm 74, der an seinem äusseren freien Ende einen schwenkbar angebrachten elektrischen Aufzeichnungsstift 76 trägt, welcher nach unten gegen das auf dem Träger 44 befindliche Faksimile-Aufzeichnungspapier 72 gerichtet ist. Der Stift 76 tritt in innige Berührung mit dem Faksimile-Papier 72, welches auf dem Aufzeichnungsträger 44 befestigt und elektrisch geerdet ist. Der Aufzeichnungsstift 76 erzeugt, wenn er erregt wird, durch Ohmsche Erhitzung der Oberfläche des Faksimile-Papiers 72

2 09 8 4 0/0961 bad

eine Markierung auf diesem, und der Charakter der Markierung wird durch das elektrische Potential gesteuert, welches zwischen dem Stift 76 und dem Papier 72 angelegt ist und welches seinerseits in Übereinstimmung mit den Modulationen des die Vorlage 52 abtastenden Lichtstrahles 56 moduliert und verarbeitet wird. Es können auch andere Markierungseinrichtungen, die auf elektrische Signale ansprechen, verwendet werden.

Der den Aufzeichnungsstift 76 tragende Arm 74 ist antriebsmässig mit einer Leitspindel 80 verbunden (Pig. 3), die mittels eines Ausschreibe-Antriebsmotors 82 angetrieben wird, der an dem Schlitten 10 angebracht ist, um den Arm 74 derart zu bewegen, dass die Spitze des Stiftes 76 eine radiale Bahn mit Bezug auf den Aufzeichnungsträger 44 durchläuft. Durch die Bewegung wird ein spiralförmiger Aufzeichnungspfad mit Bezug auf das Aufzeichnungsmedium 72 erzeugt, der dem spiralförmigen Abtastpfad an dem Vorlagenträger 42 entspricht. Die Leitspindel 80 ist weiterhin mit einem mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Rückführmotbr 84 verbunden, der dazu dient, den Stift 76 am Ende eines Aufzeichnungskreislaufes schnell in die Ausgangsstellung zurückzuführen.

Das Prinzip der spiralförmigen Abtastung ist wie folgt. Zu Beginn einer -Abtastung werden sowohl das dem Vorlagenträger 42 zugeordnete optische System als auch der Stift.76 an dem Aufzeichnungsträger 44 über den betreffenden Drehachsen der beiden Träger 42, 44 zentriert. Ein genaues und automatisches I'ortschaiten des Vorlagenträgers 42 wird mittels der Codiervorrichtung erzielt, die oben beschrieben worden ist. Wenn die Abtastung beginnt, wird der Aufzeichnungsstift 76 von dem Motor 82 mit Bezug auf das optische System des Vorlagenträgers 42 differentiell angetrieben. Wenn beide mit der gleichen Geschwindigkeit angetrieben werden, ergibt sich eine Vergrönserung von 1:1. Wenn das Stiftsystem und das optische System mit Geschwindigkeitsverhältnissen von 1:5» 1:10, 1:20, 1:100 oder 1:1000 angetrieben werden, ergibt sich eine Vergrösserung von 5 bzw. 10, 20, 100, 1000. Die Aufzeichnung wird durch Mo-

BAD ORIGINAL

209840/0961

dulieren der an den _JS.ufzeichnungsstift 76 angelegten Spannung als eine Funktion des LichtverYielfachungsausganges erzielt, v/as wiederum eine Punktion der Dichte, der Durchlässigkeit od. dgl. der·Vorlage 52 ist.

Bei der dargestellten Vorrichtung sind die beiden Drehträger 42, 44 und die einrichtung für den Aufzeichnungsstift 76 an dem gemeinsamen bewegbaren Schlitten 10 angebracht. Der Schlitten 10 wird mit irgendeiner einer Mehrzahl von Geschwindigkeiten mittels des Motors 26 linear angetrieben, wobei die Geschwindigkeitsauswahl durch das Getriebe 28 gesteuert wird, wie es oben angegeben worden ist. Der Aufzeichnungsstift 76 wird von dem Motor 82 mit einer einzigen Geschwindigkeit angetrieben und er ist mit dem Schlitten 10 körperlich verbunden. Durch diese Ausführung wird zwischen dem Abtastsystem und dem Aufzeichnungssystem eine Bewegung mit Geschwindigkeitodifferential erzielt und die Vergroaserung erzeugt. Die Geschwindigkeitsunterschiede und die Vergröss.erung werden durch die relativen radialen Bewegungsverhältnisse des Stiftes 76, der mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben wird, und des Schlittens 10 gesteuert, der mit einer variablen und auswählbaren Geschwindigkeit angetrieben wird. Es ist oben erwähnt worden, dass der Schlitten 10 mit verschiedenen unterschiedlichen Geschwindigkeitsverhältnissen angetrieben werden kann, jedoch kann ein kontinuierlich oder stufenlos änderbarer Antrieb für den Schlitten 10 vorgesehen werden, um ein Zoom-System mit einem Bereich von 1:1 bis mehr als 1:1000 zu schaffen.

Dem den Aufzeichnungsstift 76 tragenden Arm 74 sind zwei Grenzschalter 86 und 88 zugeordnet, die gewöhnlich beide geschlossen sind und von denen der Schalter 86 das Ende der Abtastung für den Stiftarm 74 bestimmt, während der Schalter 88 die Grenze der Rückführung des Armes 74 zur Mitte bestimmt. Wenn der Arm 74 sich während eines Aufzeichnungskreislaufs ' nach links bewegt, betätigt er den Schalter 86 am Ende des Kreislaufs, wodurch der Antriebsmotor 82 entregt und der Rück-

BAD ORIGINAL

209840/0961

führmotor 84 erregt wird. Wenn der Arm umkehrt und sich, nach rechts bewegt, betätigt er den Schalter 88, sobald er eine mittlere Stellung oder Ausgangsstellung erreicht, woraufhin der Rückführmotor 84 entregt wird.

Die Punktionsschaltung für die Vorrichtung umfasst allgemein elektronische Steuerungen für die Stiftaufzeichnung und elektrische Steuerungen zum JJetätigen des Schlittens 10, der Träger 42, 44 und für die Bewegung des Aufzeichnungsstiftes 76. Die elektronischen Bauteile, welche das Arbeiten des Stiftes 76 steuern, umfassen einen Vorverstärker 90, dessen fc Eingang der Ausgang des Lichtdetektors 70 ist und der dazu dient, die von dem Lichtdetektor 70 im Ansprechen auf Dichteänderungen oder ähnliche änderungen in der Vorlage 52 erzeugtsn Signale zu verstärken und das Signal an die £)ingangsanforderungen des logarithniischen Verstärkers anzupassen.

Der Ausgang des Vorverstärkers 90 wird in einen logarithmischen Verstärker 92 geführt, der einen Ausgang hat, dessen Spannung mit den Durchlässigkeitscharakteristiken der Vorlage 52 logarithmisch in Beziehung steht und demgemäss eine · lineare Punktion der Dichte der Vorlage 52 ist. Der Ausgang des logarithmischen Verstärkers 92 wird einer Summiere^richtung 94 zugeführt, die weiterhin mit einem Quantisierungs-. Stromkreis 96 verbunden ist. Der Quantisierungsstromkreis * 96 kann Impulse mit voreingestellten Spannungspegeln erzeugen, wobei die Spannungspegel von der Bedienungsperson7§inge~ stellt werden, um Konturlinien auf dem Aufzeichnungsmedium 72 (Pig. 2) zu erzeugen.

Die durch den Abtastvorgang erhaltenen Signale können weiterhin einer Magnetbandaufzeichnungsvorrichtung 98 zugeführt werden zur digitalen Aufzeichnung auf einem Magnetband od. dgl. für die nachfolgende Verwendung. Weiterhin können die Signale direkt einem mitlaufenden Computer zugeführt werden. Die von der Summiereinrichtung 94 kommenden Signale werden mittels eines Aufzeichnungsstiftverstärkers 100 weiter verstärkt und über eine weitere Summiereinrichtung 102 dem

BAD ORIGINAL

209840/0961

Stiftarra 74 zugeführt, wo die Spitze des Stiftes 76 Daten in Übereinstimmung mit der an ihn angelegten modulierten Spannung aufzeichnet.

Die elektrischen Steuerungen für die Vorrichtung umfassen einen Abtastschalter 104» der "bewirkt, dass ein Relais 106 durch Energie selbstverriegelt wird, die aus einer geschlossenen Schleife erhalten wird, welche den Grenzschalter 86 für den Stiftarm 74 und ein Relais 108 enthält. Hierdurch wird dem Schlittenantriebsmotor 26 und dem Antriebsmotor 46 für den Aufzeichnungsträger 44 und den Vorlagenträger 42 über Leiter 110 bzw. 112 Energie zugeführt. Die Leitspindel 24 dreht sich, bis der Schlitten 10 das Drehzentrum des Vorlagenträgers 42 mit der Achse des Lichtstrahls 56 zusammenfallen lässt. Dies wird gemass vorstehender Beschreibung -automatisch und genau erzielt.

In ähnlicher Weise wird der Aufzeichnungsstift 76 an dem Drehzentrum des Aufzeichnungsträgers 44 am Beginn eines Abtast- und Aufzeichnungskreislaufs angeordnet. Dies wird halbautomatisch ausgeführt, und eine endgültige .Einstellung erfolgt von Hand mittels eines handbetätigten Überlaufschalters. An dieser Stelle bewirkt der Kontakt 36 der Codiereinrichtung die Selbstverriegelung eines Relais 114, wodurch Energie an den Motor 82 über einen Leiter 116 und ein Tor 118 angelegt und gleichzeitig der Schalter 102 geschlossen wird, um die Abtastsignale dem Aufzeichnungsstift 76 zuzuführen. Der

Grenzschalter 86 ist, wie oben erwähnt, der das linde der Abtastung für den Stift 76 anzeigende Schalter, und wenn er von dem Stift 74 oder von Hand betätigt wird, werden die Relais 114 und 106 entriegelt, so dass die Motoren 82, 26 und 46 angehalten werden.

Um den Sehlitten 10 und den Stiftarm 74 für einen weiteren Abtastkreislauf in eine zentrale Stellung zurückzuführen, muss daß Getriebe 28 sich in einer neutralen Stellung befinden, wie sie von einer Codiereinrichtung 120 abgefühlt wird, welche dein Relais 108 über einen Leiter 122 und einem Relais

209840/0961 BAD

124 über einen Leiter 126 'Strom zuführt. Wenn ein Schalterkontakt 128, der dem Relais 108 zugeordnet ist, geschlossen wird, wird das Relais selbstverriegelt, wodurch der mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Stiftrückführmotor 84 erregt wird, um den Stift 76 in die Ausgangsstellung zurückzuführen, wobei er gemäcs Fig. 1 bis 3 nach rechts bewegt wird. Gleichzeitig wird das lielais 124 nach rechts verriegelt. Üin Relais

130 befindet sich in unverriegelter Stellung, wodurch ermöglicht wird, dass der mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Schlittenrückführmotor 30 in umgekehrter Richtung arbeitet

^ und den Schlitten 10 nach rechts bewegt, bis die Kontakte 32, 34 der Codiereinrichtung betätigt werden, und diese kurzgeschlossen wird. An diesem Zeitpunkt befindet sich die Leitspindel 24 innerhalb einer Umdrehung des Kontakten 36 der Codiereinrichtung. Das Relais 130 ist dann selbotverriegclt und der Motor 30 dreht nunmehr die Leitspindel 24 in Vorwärtsrichtung, bis die Codiereinrichtung das Relais 124 nach links verriegelt, das Relais 130 entriegelt und die Energiezufuhr zu dem Motor 30 unterbricht. Der Stift 76 hat sich mittlerweile nach rechts .bewegt, bis der Grenzschalter 88 betätigt wird, wodurch der Motor 84 stillgesetzt wird und das Relais 108 entriegelt wird,· womit die Vorrichtung für den nächsten Abtastkreislauf bereit ist.

ρ Die Vorrichtung ist so gestaltet, dass, wenn der Schlitten 10 sich in die Ausgangsstellung zurückbewegt, er die Ausgangsstelle überläuft, wobei das Drehsentrum des Yorlagenträgers 42 sich an der optischen Achse vorbeibewegt, bevor das Anhalten erfolgt. Der Leerlauf bzw. das Spiel beim Anlassen und die Wirkungen der Trägheit werden dadurch beseitigt, dass vor dem Einleiten der Abtastung der Schlitten 10 bewegt und der Vorlagenträger 42 gedreht wird. Dies wird dadurch ausgeführt, dass der Vorlagenträger 42 gedreht und aus seiner Überlaufstellung in Richtung gegen die optische Achse bewegt wird. V/enn der Schlitten 10 die Achse des Vorlagenträgers 42 in Ausrichtung mit der optischen Achse bewegt, wird der Abtastvorgang mit den sich bereits in Bewegung befindenden Bauteilen

209840/0961 bad original

begonnen.

Die Erfindung wurde vorstehend unter Bezugnahme auf die dargestellte besondere Ausführungsform beschrieben, jedoch können an dieser verschiedene Änderungen vorgenommen werden. Beispielsweise können die sich drehenden Abtast- und Aufzeichnungsträger 42, 44, statt sie mechanisch zu kuppeln, getrennt angetrieben werden, beispielsweise mittels zweier Synchroninotoren. Eine solche Ausführung würde ermöglichen, die beiden Drehträger 42, 44 in einem Abstand voneinander anzuordnen, wobei sie dann nur elektrisch gekoppelt sind.

Weiterhin können anstelle eines einzigen Aufzeichnungsträgers, der mit dem einzigen Abtastträger gekuppelt ist, mehrere Aufzeichnungsträger verwendet werden, dererr jeder seinen eigenen Aufzeichnungsstift hat, welcher unabhängig von dem anderen Stift arbeiten kann. Eine solche Tandemanordnung würde ermöglichen, mehrere Aufzeichnungsvorgänge von einer einzigen Vorlage gleichzeitig auszuführen, so dass verschiedene Vergrösserungen und/oder verschiedene Aufzeichnungsdarstellungen erhalten v/erden können, wobei beispielsweise ein Ausdruck ein kontinuierlich getöntes Bild ist, während einem anderen Ausdruck Konturlinien gegeben werden können, je nachdem, wie es erwünscht ist. Diese Tandemanordnung würde weiterhin Aufzeichnungsvorgänge in mehreren Laboratorien, ermöglichen, die an eine einzige entfernt angeordnete Vorlagenabtastvorrichtung angeschlossen sind.

Verschiedene mechanische Mittel können dazu verwendet werden, den Schlitten 10 abzustützen und zu bewegen und die Drehträger 42, 44 abzustützen und zu drehen, und diese Mittel können Luftlager für Aufzeichnungen sehr starker Vergrösserung aufweisen. G-emäss einer weiteren Abwandlung kann ein optisches Beflexionssystem anstelle eines optischen Durchlassigkeitssystems verwendet werden, und in diesem Pail würde die Lichtquelle über dem Vorlagenträger anzuordnen sein, und in diesem Pail würden die Reflexionscharakteristiken der Vorlage den Lichtstrahl modulieren.

BAD ORIGINAL

209840/0961

Weiterhin kann anstelle des Faksimile-Aufzeichnungostiftes ein modulierter Lichtstrahl verwendet werden, der auf photographischen Kopiermaterial aufzeichnet. Jedoch wird das Faksimile-Aufzeichnungssystem gemäss vorstehender Beschreibung bevorzugt, und zwar wegen seiner hohen Arbeitsgeschwindigkeit und wegen der Leichtigkeit, mit welcher die vielen elektronischen Steuerungen dazu verwendet werden können, die Bilddarstellung zu ändern oder zu verbessern. Diese Änderungen oder Verbesserungen umfassen Kontrastverstärkung, Kantenverstärkung", Geräuschunterdrückung oder andere Signalbeeinflussungen, Wei- ^ terhin liegt die Ausschreibeauflösung bei Verwendung des Fak-™ simile-Systems in der Grössenordnung von 118 Zeilen je Zentimeter (300 Zeilen je Zoll), so dass eine Bildd'arstellung mit ungewöhnlich hoher Sichtqualität erzeugt wird. ·

Das Verfahren und die Vorrichtung, wie sie hier beschrieben sind, ermöglichen Äbtast- und AufZeichnungsvorgänge mit sehr hoher Geschwindigkeit und sehr hoher Qualität, wobei Abtastgeschwindigkeiten möglich sind, bei denen etwa 3 x 10 Vorlagenpunkte innerhalb von 10 Minuten abgetastet werden. Permanente und genau vergrösserte Aufzeichnungen hoher Auflösung, wie sie in den Figuren 4, 5 und 6 dargestellt sind, können mit einem Durchmesser in der Grössenordnung von etwa 21cm (8 Zoll) oder mehr während der Sollzeit der Abtastung als positive oder negative Mikrophotographien mit ausgezeichneter Grauskalawiedergabe erhalten werden, die sämtlich mit Konturlinien entsprechend der optischen Dichte überlagert sind, wie es in Fig. 5 dargestellt ist.

Fig. 6 zeigt die Ergebnisse der Überlagerung von Konturlinien auf einer Bilddarstellung mit kontinuierlichem Bildton, um eine Kontrastverstärkung durch Hinzufügen künstlich erzeugter Ränder zu erzielen. Die Konturlinien sind durch Differenzierung erhalten, wobei ein positiver Ausgang auf der einen Seite einer Kontur und ein negativer Ausgang auf der anderen Seite der Kontur erzeugt werden.

BAD ORIGINAL

209840/0961

Claims (15)

1. 2185831

   Patentansprüche

   fly Verfahren zum optischen Abtasten einer Probe oder Vorlage, um von dieser eine Aufzeichnung zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlage mittels eines Lichtstrahls spiralförmig abgetastet wird, um den Lichtstrahl in Übereinstimrrumg ait gewissen optischen Charakteristiken der Vorlage zu modulieren, der modulierte Lichtstrahl in elektrische Signale umgewandelt wird und diese Signale aufgezeichnet werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Signale in Darstellungssignale umgewandelt werden und dass mit diesen Darstellungssignalen eine graphische Aufzeichnung der Vorlage spiralförmig aufgetragen wird.
3. 3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufzeichnung mit einer radialen Geschwindigkeit aufgetragen wird, die von der radialen Abtastgeschwindigkeit der Vorlage verschieden ist, um die Aufzeichnung zu vergrössern.
4. 4· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Signale in Übereinstimmung mit vorbestimmten Modulationspegeln elektronisch verarbeitet werden und auf der Aufzeichnung Konturlinien bilden.
5. 5. Vorrichtung zum optischen Abtasten einer Vorlage, um von dieser eine Aufzeichnung zu erzeugen, gekennzeichnet durch einen drehbaren Träger (42) zum Abstützen der Vorlage (52), eine Energieeinrichtung zum Drehen des Trägers, eine optische Einrichtung, die einen Lichtstrahl (56) gegen die Vorlage richtet, eine Einrichtung, welche zwischen dem Träger (42) und der optischen Einrichtung eine Relativbewegung herbeiführt, so dass die Vorlage bei Drehung des Trägers von dem Lichtstrahl spiralförmig abgetastet wird, der gemäss den optischen Charakteristiken der Vorlage moduliert ist, eine im Weg des Lichtstrahls angeordnete photoelektrische Einrichtung, die den modulierten Lichtstrahl in entsprechend modulierte elektrische Signale umwandelt, und Aufzeichnungsmittel, die auf die photoelektrische Einrichtung ansprechen, um die Signale

   BAD 209840/0961

   aufzuzeichnen.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufzeichnungsmittel einen zweiten drehbaren Träger (44), der mit dem Yorlagenträger (42) gekoppelt ist und ein Aufzeichnungsmedium (72) abstützt, und eine Aufaeichnungseinrichtung*(74, 76) aufweisen, die arbeitsmässig nahe dem zweiten ,Träger (44) angeordnet ist und Markierungen auf dem Medium erzeugen kann.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Antriebseinrichtung, die mit der Aufzeichnungseinrich-

   ^ tung arbeitsmässig verbunden ist, um sie radial zu dem zweiten Träger (44) zu bewegen.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine gemeinsame Abstützung (10) für die beiden Träger (42, 44) und eine Energieeinrichtung, die mit der Abstützung antriebsmässig verbunden ist, um sie mit Bezug auf die optische Einrichtung seitlich zu bewegen.
9. 9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Träger (44) elektrisch leitend ist und dass die Aufzeichnungseinrichtung eine Elektrode ist, um ein Faksimile-Aufzeichnungssystem zu bilden.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9» gekennzeichnet durch eine wahlweise änderbare Antriebseinrichtung, die mit der Vorrichtung arbeitsmässig verbunden ist, um die Geschwindigkeit der relativen seitlichen Bewegung zwischen dem Vorlagenträger (42) und der optischen Einrichtung zu ändern und dadurch die Aufzeichnung mit Bezug auf die Vorlage zu vergrössern.
11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, gekennzeichnet durch eine Quantisierungs-Stromkreiseinrichtung, die mit der lichtelektrischen Einrichtung verbunden ist und die modulierten elektrischen Signale in Übereinstimmung mit vorbestimmten Modulationspegeln verarbeitet, um die Aufzeichnungseinrichtung zu steuern und dadurch wahlweise der Dichte, Durchlässigkeit oder Reflexion der Vorlage entsprechende Kon-

    BAD ORiGIiSJAL

    209840/0961

    turlinien au erzeugen, die einem Untergrund mit kontinuierlichem Bildton überlagert werden..
12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, welche die Aufzeichnungseinrichtung für eine unabhängige radiale Bewegung relativ zu dem anderen drehbaren Träger abstützt.
13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bi3 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufzeichnungsmittel eine Bandaufzeichnungseinrichtung aufweisen.
14. 14· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ihr ein Computer zugeordnet ist, der Signale von der Vorrichtung empfangen und verarbeiten kann.
15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis I4» gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung sum Drehen der Träger und zum Bewegen eines der Träger und der optischen Einrichtung vor dem Ausrichten ihrer Achsen, und eine mit den Aufzeichnungsmitteln verbundene Fühleinrichtung, die nach dem Ausrichten der Achsen einen Abtastkreislauf einaaleitet.

    BAD ORIGINAL

    209840/OS61

    Leerseite