DE2303948B2 - Akustooptischer lichtmodulator fuer ein dreifarbensystem - Google Patents

Description

JLk. _{+ α =} hh + n ₌ A^ ₊

wobei «, /?, γ die Winkelabweichung des entsprechenden Eingangsstrahls von der Achse des akustooptischen Modulators ist.

2. Akustooptischer Lichtmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aussperrung unerwünschter gebeugter Strahlen eine Öffnungsmaske (46) vorgesehen ist.

3. Akustooptischer Lichtmodulator nach An-Spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mehrwellenlängenlaser den Einfallsstrahl (24) erzeugt (Fig. 1).

4. Akustooptischer Lichtmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei kollineare Eingangslaserstrahlen (116>) von unterschiedlichen Wellenlängen und mindestens ein weiterer Eingangslaserstrahl von einer weiteren Wellenlänge auf den Modulator auftrifft (F i g. 3).

5. Akustooptischer Lichimodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Eingangslichtstrahlen kollinear verlaufen, wobei die optischen Frequenzen /), Z₂, f₃ der folgenden Gleichung genügen

2 =/3A3 ■

40

6. Akustooptischer Lichtmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zu modulierenden Farbkomponenten rot, grün und blau sind.

7. Verwendung des Lichtmodulators nach einem der Ansprüche 1 bis 6, zum Vergrößern von Bildern auf fotografisches Papier.

8. Verwendung des Lichtmodulators nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Übertragung von Video-Information auf einen Film.

9. Verwendung des Lichtmodulators nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei einem Anzeigesystem.

55

Die Erfindung bezieht sich auf einen akustooptischen chtmodulator für ein Dreifarben-System mit drei ngangslaserstrahlen mit Wellenlängen Ai bzw. A₂ bzw. und drei zugeordneten akustischen Wellen mit •equenzen f\ bzw. /2 bzw. /"3 und einer Geschwindigkeit der Wellen, die gleichzeitig zur Modulation der drei irbkomponenten einwirken.

Die US Patentschrift 29 43 315 zeigt beispielsweise ;reits einen akustoootischen Lichtmodulator, bei welchem die zur Anzeige verwendete Farbe durch die an den Modulator angelegte Frequenz gesteuert wird. Es ist dabei nicht möglich, mehr als eine einzige Farbe in irgendeinem beliebigen Augenblick zur Anzeige zu bringen.

Bei einem akusiooptischen Modulator gemäß US-Patent 3524 011 wird eine unterschiedliche Modulation auf unterschiedliche Spektralteile eines einfallenden Strahls ausgeübt, um so getrennte Ausgangsstrahlen zu erzeugen, von denen jeder entsprechend der Farbe des Strahls moduliert ist Eine derartige Anordnung muß zur Erzeugung eines Mehrfarbenbildes eine Vorrichtung vorsehen, um die Strahlen wieder in einen einzigen Strahl — beispielsweise durch Verwendung von Spiegeln — zusammenzufassen. Geschieht diese Zusammenfassung der einzelnen Strahlen nicht mit höchster Genauigkeit, so ergeben sich Fehlausrichtungen, die ihrerseits Farbverfälschungen zur Folge haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen akustooptischen Lichtmodulator der eingangs genannten An derart auszubilden, daß die Eingangsstrahlen ohne eine Auffächerung in die Komponenten abgelenkt werden und die Farbkomponenten dabei unabhängig voneinander modulierbar bleiben.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Anspruch 1 genannten Maßnahmen vor.

Der gemäß der Erfindung ausgebildete akustooptische Modulator ist mit Vorteil zum Vergrößern bzw. Kopieren von fotografischen Papierbildern oder Dias auf fotografisches Papier oder Film geeignet. Es ergibt sich dabei insbesondere eine Beschleunigung des Kopierverfahrens sowie die Möglichkeit der Steuerung des Farbgleichgewichts sowie die Vornahme von Farbmarkierungs- und Kontrastkorrekturen. Da es die Erfindung vermeidet, eine Vielzahl von Strahlen mit mechanisch-optischen Elementen zu trennen und sodann wieder zu kombinieren, steht bei Verwendung der Erfindung mehr Licht zur Verfugung, auf welche Weise beispielsweise bei fotografischem Material kürzere Belichtungszeiten erreicht werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert; in der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen akustooptischen Lichtmodulator, auf den ein Mehrwellenlängen-Laserstrahl auftrifft,

Fig.2 ein Ausführungsbeispiel, wobei mehrere Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen unter unterschiedlichen Winkeln bezüglich einander auf den akustooptischen Lichtmodulator auftreffen,

Fig.3 ein Ausführungsbeispiel mit zwei kollinear verlaufenden auftreffenden Strahlen, während ein weiterer Strahl nicht kollinear zu den bereits erwähnten Strahlen verläuft,

F i g. 4 schematisch einen Anwendungsfall des Lichtmodulators beim Kopieren bzw. Vergrößern auf fotografisches Aufzeichnungsmaterial,

F i g. 5 eine Anwendung des Lichtmodulators bei einem Video-Film-Aufzeichnungssystem,

F i g. 6 ein Abtast-Anzeigesystem,

F i g. 7 ein stationäres Anzeigesystem,

F i g. 8 eine Farbkurve für bei bevorzugten Anwendungen verwendete Laser.

Bevor im einzelnen auf die Zeichnung Bezug genommen wird, seien die sich auf akustooptische Vorrichtungen beziehenden Grundgleichungen wie folgt zusammengestellt:

Bragg-Winkel
(angenähert)

Θ =

U)

Transit- oder
Durchgangszeit

(2)

Mittelfrequenz f₂ als erste ausgewählt. Sodann werden die anderen Frequenzen und Winke! bestimmt:

Punktgröße,
Gaußscher Strahl

1-27;

(3)

In diesen Gleichungen ist λ die Wellenlänge des Lichts, / die akustische Frequenz, ν die akustische Geschwindigkeit und c/der optische Strahldurchmesser. Der Bragg-Winkel θ wird zwischen dem nicht gebeugten und den Strahlen erster Ordnung gemessen. Die Durchgangszeit r ist diejenige Zeit, die eine akustische Wellenfront benötigt, um durch den optischen Strahl zu laufen. Die Punktgröße α definiert den vollen Winkeldurchmesser eines fokussierten Gaußschen Strahls an den e~² Intensitätspunkte.j.

Eine akustooptische Zelle mit einer eine Frequenz aufweisenden akustischen Welle benimmt sich wie ein optisches Phasengitter. Ein aus drei verschiedenen Wellenlängen (beispielsweise rot, grün und blau) bestehender einfallender optischer Strahl wird für die erste Ordnung gemäß Gleichung (1) gebeugt Der rote Strahl wird, da seine Wellenlänge etwas größer ist, mit einem größeren Winkel gebeugt als der blaue Strahl.

Bei geringen Beugungswirkungsgraden benimmt sich die akustooptische Zelle wie eine lineare Vorrichtung; d. h., die gebeugte Lichtintensität ist linear proportional zur eingegebenen akustischen Leistung. Somit ist das Überlagerungsprinzip anwendbar und Mehrfachfrequenz-Eingangsgrößen erzeugen mehrfachgebeugte Strahlen. Wendet man diese Eigenschaft an, so ergeben sich bei drei der akustooptischen Zelle aufgeprägten Frequenzen drei unabhängige Anordnungen gebeugter roter, grüner und blauer Strahlen.

Die drei akustischen Frequenzen werden nun derart ausgewählt, daß ein roter, ein grüner und ein blauer Strahl jeder Gruppe kollinear verlaufen. Die Amplitude jeder Frequenzkomponente steuert somit die Intensität der entsprechenden Wellenlänge in dem kollinearen Strahl. Dies ergibt ein wirksames und einfaches Verfahren, um gleichzeitig die Intensität von drei kollinearen optischen Strahlen zu modulieren und um so eine Ausgangsgröße vorzusehen, die drei unabhängig modulierte kollineare Strahlen aufweist

Für den Fall vieler Wellenlängen im einfallenden optischen Strahl kann Gleichung (1) wie folgt geschrieben werden:

= 1,2, 3... m = 1,2,3 ... η

(4)

20

Dabei bezieht sich der Index / auf einen Strahl einer bestimmten Wellenlänge, der Index ./bezieht sich auf die akustische Frequenz derjenigen Sinuswelle, die eine gewünschte Wellenlänge beugt. Diese Gleichung stellt eine Anordnung von (maximal) gebeugten Strahlen dar, von denen η erwünscht sind.

Im einfachsten Fall, wo m und η = 3, wie in einem Dreifarbensystem, werden neun gebeugte Strahlen erzeugt. Zum Erhalt der gewünschten Bedingung, daß drei kollineare Strahlen entstehen, gilt:

hfl

V Aj Aj

'22

Diese Beziehungen ergeben Θ/,und //ausgedrückt in Λ und Aj für ein Dreifarbensystem.

£s sei angenommen, daß f\<h<h ist; dabei entsprechen die Indizes 1,2 und 3 der roten bzw. grünen bzw. blauen Farbe. Die erforderliche akustooptische Zellenbandbreite ist dann:

= I/3-/1I

da

und /, =

hfl

ergibt sich:

Af = XJ₂

Zur Elimination unerwünschter gebeugter und nicht gebeugter Strahlen ist eine Öffnungsmaske (Blockierapertur) derart vorgesehen, daß nur Strahlen mit dem gewünschten Winkel Θ22 durchgelassen werden. Ferner wird eine Linse benutzt, um an dieser Öffnungsmaske beugungsbegrenzte Punkte (Flecken) zu bilden. Da sich benachbarte Punkte an der öffnungsmaske nicht überlappen sollen, existiert ein dem Erfordernis geringer Ausdehnung des beugungsbegrenzten Punktes genügender minimaler optischer Strahlendurchmesser d Die Winkeldifferenzen zwischen Θ22 und unmittelbar benachbarten Winkeln sind:

45 δθ =

- θ.

'2.2

Für δθ sind zwei Werte möglich; der kleinste Wert wird gewählt und gleich der durch Gleichung (3) gegebenen Winkel-Punktgröße gesetzt. Bei der Berechnung nach Gleichung (3) sollte in diesem Falle gemäß der Erfindung die längste (rote) Wellenlänge benutzt werden. Sodann ergibt sich der minimale optische Strahlendurchmesser als:

d =

1 · 27 A₁
όθ

(H)

und somit auch Mi = hh = /3Λ.3.
Gemäß der Erfindung wird in der Praxis die Es sei bemerkt, daß dann, wenn mehr als drei Wellenlängen vorhanden sind, sich mehr als zwei mögliche Werte für όθ ergeben.
(5) 65 Da d bestimmt wurde, ist auch die Durchgangszeit gemäß Gleichung (2) bestimmt. Diese Zeit steht mit der Modulationsbandbreite in Beziehung, die mit einer akustooptischen Vorrichtung möglich ist. Die Modula-

tions-Übertragungskennlinie
Vorrichtung ist:

einer akustooptischen

(12)

Die verbleibenden Winkel werden in analoger Weise aus Gleichung (7) berechnet. Die Ergebnisse stellen sich wie folgt dar:

θ,ι

Θ/2

2/2 ρ

0-9

Wenn ί=ί_Ά dann ist die Empfindlichkeit (Ansprechen) auf 36,8% gegenüber einem Maximum von 100% abgesunken. Wenn

Al
A2
A3

4,80

f = O,83/_e =

0,75

dann ist die Empfindlichkeit auf 50% des Maximalwerts abgesunken. Bezeichnet man diese 50% Bandbreite als of, so ergibt sich der maximale optische Strahlendurchmesser aus Gleichung (2):

d =

0,751;
«5/

(13)

25

Man erkennt also das folgende:

a) Die erforderliche Modulationsbandbreite bestimmt den maximalen optischen Strahlendurchmesser;

b) dieser Durchmesser bestimmt seinerseits die kritische Winkeltrennung <5Θ.

c) Aus όθ ergeben die Gleichungen (10) und (4) die Arbeitsfrequenzen bei gegebener akustischer Geschwindigkeit und optischen Weglängen.

Die erforderliche akustooptische Zellenbandbreite ist durch Gleichung (9) bestimmt.

Berechnungsbeispiel

Im folgenden seien die Arbeitsbedingungen für eine Kryptonionenlaserlichtquelle mit den folgenden Durchschnittswellenlängen berechnet:

Aj = 647 nm (rot) A₂ = 568 nm (gelb)

35

40

45

A, =

525 mn (grün) 480 nm (blau)

Die gezeigte grüne und blaue Wellenlänge sind der Durchschnitt mehrerer mit dichtem Abstand angeordneter Linien. Der Laser wird zusammen mit einer akustooptischen Glaszelle mit einer Schallgeschwindigkeit von 4XlO⁵CmXSeC-¹ und einer Mittenfrequenz von 40MHz benutzt Da hier vier Wellenlängen vorhanden sind, ist die Gleichung (4) wie folgt zu schreiben:

I =

1,2,3,4. 1,2,3.

60

Der Winkel Θ32 wird als Mittelstrahl ausgewählt, mit dem θπ und Θ43 zum Zusammenfallen gebracht werden müssen.

Θ32 wird wie folgt berechnet:

- Θ32 =

(5,25 - IQ-⁵ cm) (4 ■ IQ⁷ Hz) (4 · 10⁵ cm see-¹)

= 5,25 mr.

Die mit einem Kreis versehenen Werte bilden die gewünschten kollinearen Ausgangsstrahlen.

Die akustooptische Zellenbandbreite wird aus Gleichung (8) oder (9) zu 11,3MHz berechnet. Die drei Eingangsfrequenzen sind 32,5,40,0 und 43,8 MHz.

Aus einer Gleichung analog Gleichung (10) können die vier möglichen Werte für όθ berechnet werden:

011-021 =Q,64mr

032-022 = 0,43
032-042 = 0,45
043-033 = 0,49

Von diesen Werten ist der Wert mit 0,43 mr der kleinste.

Der optische Strahldurchmesser wird aus Gleichung (11) zu 1,9 mm berechnet Die Durchgangszeit ergibt sich aus Gleichung (2) mit 0,48 Mikrosekunden. Die Modulationsbandbreite bis zu den 50% Punkten beträgt somit 1,5 MHz.

Es sei nunmehr auf F i g. 1 Bezug genommen, wo eine dem Fachmann bekannte akustooptische Zelle 20 dargestellt ist. Diese Zelle 20 kann beispielsweise aus Kunststoff, Glas oder Wasser bestehen, wobei akustische Frequenzen bis hinauf zu ungefähr 50MHz verwendet werden. Bleimolybdat (PbMoO₄) und Quarz sind typische Werkstoffe für höhere akustische Frequenzen im Bereich von 1000 MHz. Die Modulationsbandbreite der akustooptischen Zellen ist bei Verwendung als Farbmodulatoren annähernd proportional zui akustischen Frequenz. Beispielsweise hat mit einei Kryptonionenlaserquelle eine akustooptische Glaszelle die bei akustischen Frequenzen um 50MHz arbeitet typischerweise eine Modulationsbandbreite von annä hemd 1 MHz. Eine um ungefähr 500 MHz herun arbeitende Bleimolybdatzelle hat im allgemeinen einf Bandbreite von ungefähr 10 MHz. Die Zelle 20 kam auch aus anderen Substanzen bestehen, wobei dii akustischen Eigenschaften dem Fachmann bekannt sine Verschiedene Substanzen sind im Handel verfügbar.

Auf die Oberfläche 22 der Zelle 20 trifft eil mehrfarbiger, drei Wellenlängen aufweisender Laser strahl 24 auf. Es können auch andere Farben ode Wellenlängen vorhanden sein und es können aucl andere Anzahlen von Wellenlängen gemäß de Erfindung zur Verwendung ausgewählt werden. In de Beschreibung werden die ausgewählten Wellenlänge und Farben zum Zwecke der Illustration als rot grü und blau bezeichnet werden.

An der Zelle 20 ist ein Wandler 26 angebracht de elektrische, durch Generatoren 28, 30 und 32 erzeugt und durch einen Summierverstärker 33 laufende Signal in akustische Wellen in der Zelle 20 umwandelt wie die durch die Linien 34 dargestellt ist Die Signalgeneratc ren 28, 30 und 32 werden unabhängig moduliert un gesteuert, und zwar entweder automatisch ode

manuell. Ein die Zelle 20 verlassender Strahl 24' ist der nicht gebeugte Teil des einfallenden Strahls 24. Durch die Zelle 20 werden Strahlen 36,38,40 und 42 gebeugt, welche für die gebeugten Strahlen repräsentativ sind. Es sei bemerkt, daß nicht alle gebeugten Strahlen aus Gründen der Klarheit dargestellt sind, daß aber jede akustische Frequenzkomponente jede im einfallenden Strahl vorhandene Wellenlänge mit einem unterschiedlichen Winkel beugt. Die Anzahl der gebeugten Strahlen ist daher gleich der Anzahl der angelegten Frequenzen ι ο mal der Anzahl der im einfallenden Strahl vorhandenen Wellenlängen.

Es sind auch durch eine Linse 44 dargestellte Fokussiermittel gezeigt. Eine Maske 46 blockiert mit einer Apertur die durch die Linse 44 gebildeten Bilder, welche nicht durch die Apertur laufen. Solche Bilder sind diejenigen der Strahlen 38,40 und 42, die als Punkte 48 bzw. 50 bzw. 52 dargestellt sind. Der zusammengesetzte kollineare gebeugte Komponentenstrahlen ausgewählter Wellenlängen aufweisende Ausgangsstrahl 36 läuft durch die Apertur in der Maske 46 hindurch.

In F i g. 2 ist eine akustooptische Zelle 60 mit einem daran angeordneten akustischen Wandler 62 gezeigt. Drei unabhängig gesteuerte Signalgeneratoren 64, 66 und 68 mit variabler Amplitude erzeugen elektrische Signale, die durch einen Summierverstärker 69 summiert und an den Wandler 62 angelegt werden, der daraufhin eine zusammengesetzte akustische Welle 63 erzeugt. Auf eine Seite 70 der Zelle 60 treffen drei Laserstrahlen 72, 74 und 76 auf, und zwar unter drei verschiedenen Winkeln. Die Strahlen 72, 74 und 76 enthalten beispielsweise rote bzw. grüne bzw. blaue Lichtwellenlängen. Durch die Zelle 60 werden die ungebeugten Strahlen 72', 74' und 76' übertragen. Durch die Zelle 60 werden Strahlen für jede der angelegten Frequenzen gebeugt; der blaue Strahl 76 wird in die blauen Strahlen 80,82 und 84 gebeugt; der grüne Strahl 74 wird in die grünen Strahlen 86,88 und 90 gebeugt; der rote Strahl 72 wird in die roten Strahlen 92, 94 und 96 gebeugt. Der zusammengesetzte Ausgangsstrahl 100 weist den Strahl 80 der gebeugten blauen Strahlen, den Strahl 88 der gebeugten grünen Strahlen und den Strahl % der gebeugten roten Strahlen auf. Die Ausgangswinkel der gebeugten Strahlen sind Funktionen der Frequenzen derjenigen Signale, die an die akustooptisehe Zelle angelegt werden. Diese Frequenzen werden so gewählt, daß der zusammengesetzte Strahl 100 erzeugt wird. Es sei bemerkt, daß auch andere Kombinationen gebeugter Strahlen ausgewählt werden können. Die Amplituden der kollinearen Komponentenstrahlen 96,88 und 80 sind einzeln gesteuert, und zwar durch Amplitudenmodulation der Ausgangsgrößen der Signalgeneratoren 64 bzw. 66 bzw. 68.

In F i g. 3 ist eine akustooptische Zelle 102 gezeigt, die mittels eines Wandlers 104 und drei unabhängig voneinander amplitudenmodulierten, eine festgelegte Frequenz aufweisenden Signalgeneratoren 106,108 und 110 gesteuert wird, wobei deren Ausgangsgrößen durch einen Summierverstärker 103 geleitet werden. Auf einer Oberfläche 112 der Zelle 102 fällt ein roter Laserstrahl 114 und eine Kombination aus einem blauen und grünen Laserstrahl 116 ein. Es können gemäß der Erfindung auch andere Kombinationen von Lichtwellenlängen in dem kollinearen Strahl benutzt werden. Durch die Zelle 102 hindurch laufen die ungebeugten Teile des blau-grünen Strahls 116' und des roten Strahls 114'. Die durch die Zelle 102 gebeugten blauen Strahlen sind mit den Bezugszeichen 118, 120 und 122 bezeichnet; die gebeugten grünen Strahlen sind mit i24, 126 und 128 und die gebeugten roten Strahlen sind schließlich mit 130, 132 und 134 bezeichnet. Die Frequenzen der durch die Quellen 106, 108 und 110 erzeugten Signale sind derart gewählt, daß der blaue Strahl 118, der grüne Strahl 126 und der rote Strahl 134 kollinear verlaufen und somit einen zusammengesetzten Strahl 136 bilden Wie bereits unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 ausgeführt, ist die Amplitude der durch die Generatoren 106, 108, 110 erzeugten Signale moduliert, um die Intensitäten der kollinearen Komponentenstrahlen 134 bzw. 126 bzw. 118 in dem zusammengesetzten Ausgangsstrahl 136 zu steuern.

Gemäß den F i g. 1 bis 3 werden die drei elektrischen Signale durch entsprechende Signalerzeugungsvorrichtungen erzeugt. Jedes Signal hat eine Frequenz, die für eine akustische Welle verantwortlich ist, welche durch den an der Zelle befestigten Wandler erzeugt wird. Es können auch für jede Frequenz gesonderte Wandler verwendet werden oder aber es können zwei Wandler benutzt werden, wobei der eine zwei Frequenzen und der zweite eine einzige Frequenz verarbeitet Andere Kombinationen und Permutationen der Wandler und daran angelegten Frequenzen sind dem Fachmann gegeben. Das durch jeden Generator erzeugte Signal ist amplitudenmoduliert, und zwar entsprechend der diesem Generator zugeordneten Farbinformation, die aufgezeichnet oder angezeigt werden soll, auf welche Weise dann die Intensitäten der kollinearen gebeugten roten, grünen und blauen Komponentenstrahlen in richtiger Weise ausbalanciert werden. Die Signale werden vorzugsweise elektrisch durch einen Summierverstärker kombiniert und verstärkt, bevor sie an den akustischen Wandler angelegt werden, der sie in akustische Wellen innerhalb der Zelle umwandelt. Für einen gegebenen gewünschten Beugungswinkel im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 werden — wie in der oben beschriebenen Theorie besonders erwähnt wurde — die Frequenzen der akustischen Wellen so gewählt, daß sie umgekehrt proportional zu ihren entsprechenden Komponenten-Lichtwellenlängen sind.

In der deutschen Patentanmeldung P 22 17 607 ist die akustooptische Theorie ausführlich diskutiert.

Aus der Theorie ergibt sich, daß der Beugungswinkel für jeden Strahl von der Frequenz der die Beugung hervorrufenden akustischen Welle und nicht von der Amplitude der akustischen Welle abhängt. Durch Modulation der Amplitude des angelegten elektrischen Signals und somit auch der akustischen Welle kann somit die Intensität des gebeugten Lichtes gesteuert werden, ohne daß dabei die Richtung des gebeugten Strahls beeinflußt wird. Dies liegt daran, daß der Beugungswinkel durch Amplitudenänderungen der akustischen Welle nicht beeinflußt wird

Die Apertur in der Maske 46 in der F i g. 1 ist derart gewählt, daß sie annähernd gleich der Größe des beugungsbegrenzten Punktes ist, der durch die optische Komponente mit der längsten Wellenlänge in dem auftreffenden Strahl 24 erzeugt wird. Ähnliche Masken werden zur Blockierung unerwünschter Strahlen in den Ausführungsbeispielen der Fig.2 und 3 verwendet Welcher gebeugte Strahl mit irgendeiner speziellen Wellenlänge zur Bildung des zusammengesetzten Strahls verwendet wird, ist eine Sache der Frequenzwahl.

F i g. 4 zeigt die Verwendung des erfindungsgemäßen Modulators, um auf farbempfindliches fotografisches Papier zu kopieren oder zu vergrößern. Ein akustoopti-

609551/386

scher Farbmodulator 140 empfängt von einer Mehrwellenlängen-Laserquelle 142 eine Vielzahl von Wellenlängen, z. B. rot, grün und blau. Die Anordnung aus Laserquelle 142 und akustooptischen Modulator 140 kann gemäß einer der Fig. 1—3 erfolgen. Der horizontale Spiegelabtaster 144 und der vertikale Spiegelabtaster 146 sind durch eine Abtaststeuereinheit 148 gesteuert. Die an sich bekannte Abtaststeuereinheit 148 kann einfache mechanische Zahnradantriebe und auch digitalrechnergesteuerte Systeme verwenden. Die für eine bestimmte Anwendung zutreffende Auswahl hängt von der Kompliziertheit der Aufgabe und davon ab, ob (die im folgenden zu diskutierende) Farbkompensation im Endprodukt erwünscht ist, wobei auch noch andere derartige Faktoren eine Rolle spielen können. Eine Linse 150 stellt schematisch ein Fokussiersystem dar, welches den Abtaststrahl auf das fotografische Papier 152 abbildet, um darauf ein Bild aufzuzeichnen. Andere optische Elemente, wie beispielsweise Linsen und Spiegel, welche die Elemente 140,142,144,146 und 150 optisch koppeln, sind aus Gründen der Klarheit nicht dargestellt, jedoch dem Fachmann bekannt. Eine Abtaststeuerung 148 steuert eine Abtastlichtquelle 154, welche einen Strahl durch ein durch eine Linse 156 schematisch dargestelltes optisches System und durch ein Negativ oder ein Diapositiv 158 wirft. Der durch das Negativ oder das Diapositiv 158 modulierte Lichtstrahl wird durch ein durch Linse 160 dargestelltes optisches System auf Fotofühlvorrichtungen 162, 163 und 164 fokussiert, die jeweils für eine unterschiedliche der ausgewählten Wellenlängen, beispielsweise rot, grün oder blau, foioempfindlich sind. Die in dem auf die Fotofühlvorrichtungen 162,163 und 164 fallenden Licht vorhandenen roten, grünen und blauen Wellenlängen erregen diese Fotofühlvorrichtungen, so daß diese elektrische Signale erzeugen, welche die rote, grüne und blaue information in dem Dia 158 darstellen. Die durch die fotofühlvorrichtungen erzeugten elektrischen Signale werden über Leitungen 166, 168 und 170 einer Farbsignalverarbeitungsvorrichtung 172 zugeführt, welche mit der Abtastung des negativen oder positiven Dias 158 und dem akustooptischen Modulator 140 durch die Abtaststeuereinheit 148 synchronisiert ist. Die Farbsignalverarbeitungsvorrichtung 172 steuert die Amplituden der Ausgangsgrößen der Signalgeneratoren oder Oszillatoren 174, 176 und 178. Die Amplituden der durch die Oszillatoren 174, 176 und t78 erzeugten Signale werden daher durch die Farbsignalverarbeitungsvorrichtung 172 entsprechend den relativen Intensitäten der Farbkomponenten eines auf dem Dia 158 abgetasteten Punktes in jedem Augenblick variiert. Die Ausgangsgröße der Verarbeitungsvorrichtung berücksichtigt die Tatsache, ob ein negatives oder ein positives Dia 158 verwendet wird. Die Ausgangsgrößen der Oszillatoren 174, 176 und 178 werden einem Summierverstärker 180 eingespeist, der die verstärkten Signale an den (die) Wandler anlegt, der (die) an der akustooptischen Zelle des akustooptischen Modulators 140 befestigt ist (sind).

Im Betrieb wird die Abtaststeuereinheit 148 derart erregt, daß sie die Abtastung der Lichtquelle 154, die Spiegel 144 und 146 und die Farbsignalverarbeitungseinrichtung 172 durch eine Steuerinformationseingangsgröße steuert Die abtastende Lichtquelle 154 ist vorzugsweise eine Laserquelle, und kann eine gesonderte Lichtquelle sein, oder kann einen Teil des Lichtes von Quelle 142 verwenden. In jedem Falle tastet Licht von der Quelle 154 ein negatives oder positives Dia 158 ab.

Das Dia 158 moduliert die gewählten Wellenlängen in Strahl entsprechend den Farben, die sich innerhalb de: auf dem Dia abgetasteten Punktes befinden. Die Fotofühlvorrichtungen 162, 163 und 164 nehmen die Menge einer jeden Farbkomponente in dem auf derr Dia 158 abgetasteten Punkt auf und übertragen diese Farbmengen darstellenden elektrischen Signale übei Leitungen 166, 168 und 170 zur Farbsignalverarbeitungsvorrichtung 172. Die Farbsignalverarbeitungsvorrichtung 172 kann zusammen mit negativen unc positiven Dias (Transparenzbildern) verwendet werden und steuert die Amplituden der durch die Oszillatoren 174, 176 und 178 erzeugten Signale entsprechend der Durchlässigkeit des Dias in dem abgetasteten Punkt für

is jede Farbkomponente, und zwar in dem jeweiligen Augenblick. Die Oszillatoren liefern ihre durch die Vorrichtung 172 amplitudenmodulierte Ausgangsgröße über den Summierverstärker 180 an den akustooptischen Modulator 140, um die Intensitäten der durch den akustooptischen Modulator erzeugten gebeugten roten, grünen und blauen kollinearen Komponentenstrahlen zu steuern. Der die kollinearen intensitätsmodulierten Komponentenstrahlen aufweisende zusammengesetzte Ausgangsstrahl wird durch einen horizontalen Spiegeltaster 144 und vertikalen Spiegeltaster 146 getastet und durch eine Linse 150 auf ein fotografisches Papier 152 abgebildet, um ein das Bild im positiven Dia 158 darstellendes Bild aufzuzeichnen, oder um ein positives Bild dann aufzuzeichnen, wenn ein negatives Dia verwendet wird. Die Abtastquelle 154 kann eine Kathodenstrahlröhre sein, d. h. ein Lichtpunktabtaster; die Abtastquelle kann auch die bevorzugte Laserquelle sein. Das Dia 158 kann auch dadurch abgetastet werden, daß man die gleichen Spiegel verwendet, welche die horizontale und vertikale Abtastung des fotografischen Papiers 152 bewirken, d. h. die Spiegel 144 und 146 können dazu verwendet werden.

In F i g. 5 ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Modulators bei einer Video-Film-Aufzeichnungsvor-

richtung dargestellt. Die Kombination aus akustooptischem Modulator 290 und Mehrwellenlängen-Laserquelle 292 weist vorzugsweise eines der in den F i g. 1, 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiele auf. Der zusammengesetzte intensitätsmodulierte Ausgangsstrahl des

Modulators 290 wird durch einen Horizontalspiegelabtaster 294 und einen Vertikalspiegelabtaster 296 geleitet. Der abgetastete Strahl wird durch ein durch Linse 298 dargestelltes optisches System zum Eingang einer Fernseh-Film-Aufzeichnungskamera 300 übertragen. Derartige Kameras sind dem Fachmann bekannt, so daß sie hier nicht im einzelnen beschrieben werden müssen. Es ist ferner bekannt, daß die Bildgeschwindigkeitsumwandlung vom Fernsehen (welches eine Geschwindigkeit von 30 Bildern pro Sekunde besitzt) zu

üblichen Kinofilmen (die Bildgeschwindigkeiten von 24 Bildern pro Sekunde besitzen) mit derartigen üblichen Femseh-Film-Aufzeichnungskameras erreicht wird. Eine Abtaststeuerung 302 synchronisiert den horizontalen Spiegelabtaster 294, den vertikalen Spiegelabtaster

296 und Kamera 300 von einem Bildsynchronisationssignaleingang 303. Dekodierte Farb-Videosignale von magnetischem oder Videoband, von Fernsehsendungen, von Kabelfernsehen oder anderen derartigen Quellen werden durch Rot-Grün- und Blau-Signaleingangslei-

tungen 304, 306 und 308 zu einer Farbsignalverarbeitungsvorrichtung 310 geleitet, welche den akustooptischen Modulator 290 steuert Die Umwandlung erfolgt in der Vorrichtung 310 in ähnlicher Weise, wie dies bei

dem obenerwähnten Beispiel nach F i g. 4 erfolgt, wobei die FarbsignalverarbeitungsvorrichtungSlO die Intensitäten der Strahlen mit ausgewählter Wellenlänge in dem durch den Modulator 290 erzeugten zusammengesetzten Strahl steuern. Man erreicht dies durch Modulation der Amplituden der Ausgangsgrößen der eine festgelegte Frequenz aufweisenden Oszillatoren 312, 314 und 316, welche vom Summierverstärker 318 zu dem (nicht gezeigten) Wandler des akustooptischen Modulators 290 geleitet werden. Die auf den Leitungen 304,306 und 308 ankommende dekodierte rote, grüne und blaue Video-Information wird vorzugsweise durch die Verarbeitungsvorrichtung 310 derart eingestellt, daß die Filmeigenschaften, Farbabgleich und Farbmaske kompensiert werden. Typischerweise weist bei diesem Ausführungsbeispiel der akustooptischen Modulator 290 Bleimolybdat als wirksames Medium auf, und zwar zusammen mit einem 500-MHz-Dünnfilmwandler, der eine Videomodulationsbandbreite von ungefähr 10 MHz ergibt. Der horizontale Abtaster 294 ist vorzugsweise ein mit hoher Drehzahl rotierender Spiegel, der mit dem Horizontalsynchronisationssignal in der Videowellenform synchronisiert; es können aber auch andere Abtastmittel als Abtaster 294 benutzt werden. Der vertikale Spiegelabtaster 296 ist vorzugsweise ein galvanometerbetriebener Spiegel, der mit dem vertikalen Synchronisationssignal synchronisiert ist. Auf diese Weise werden ausgewählte Formen des Fernsehbildes Bild für Bild auf dem Kinofilm in der Kamera 300 aufgezeichnet.

Das unter Bezugnahme auf Fig.5 beschriebene Fernsehaufzeichnungssystem kann auch als Fernsehprojektionssystem verwendet werden, indem man einen Projektionsschirm für die Kamera einsetzt, wobei der Schirm Licht von einer Linse empfängt.

In F i g. 6 ist ein Anzeigesystem dargestellt, welches eine Kombination aus einer Laserquelle 328 und einem akustooptischen Farbmodulator 330 verwendet, wie sie beispielsweise in den F i g. 1 bis 3 dargestellt ist. Die Farbmodulationssignale werden durch eine Kombination aus modulierten Oszillatoren und einer Steuervorrichtung hergestellt und sind im Block 332 zusammengefaßt dargestellt. Die Ausgangsgröße der Quelle 328 trifft auf den akustooptischen Modulator 330 auf, wobei dessen Ausgangsgröße durch einen Horizontalspiegeiabtaster 334 und einen Vertikalspiegelabtaster 336 in ein schematisch durch eine Linse 338 dargestelltes optisches Fokussiersystem läuft und von dort auf einen Anzeigeschirm 340 gelangt, wo die Anzeige erscheint. Dies ist ein äußerst bequemer, einfacher, wirkungsvoller und auch preiswerter Weg, um farbvisuelle Informationen und Muster darzustellen. Die Farbanzeige oder -darstellung kann von Hand oder automatisch gesteuert werden, was von der in dem System verwendeten Steuervorrichtung 332 abhängt, so daß man einen weiten Bereich visueller Farben auf den Schirm 340 projiziert erhält.

In Fig.7 ist ein stationäres Anzeigesystem dargestellt Ein akustooptischer Modulator 344 empfängt einfallendes Licht von einer Laserquelle 346 und überträgt die gebeugten Strahlen durch ein schematisch durch Linse 348 dargestelltes optisches System. Der zusammengesetzte Ausgangsstrahl des akustooptischen Modulators 344 wird durch über Leitung 350 angelegte elektrische Signale in Farbe und Intensität gesteuert. Eine solche Steuerung gleicht der oben bei anderen Beispielen beschriebenen Steuerung. Die stationäre Anzeige wird auf Schirm 352 fokussiert Ein Anwendungsfall der Anzeige gemäß Fig. 7 ist eine als Farbstimulusgenerator bekannte Vorrichtung, bei welcher verschiedene Farbempfindungen erzeugt werden, um das Farbansprechen des Menschen zu studieren. Die in den F i g. 1 bis 3 beschriebenen Laserquellen besitzen einen wesentlich größeren Farbbereich als bekannte Instrumente, welche optische Filter und nicht von Laserquellen stammendes weißes Licht benutzen. Ein vibrierender Projektionsschirm kann zur Verminderung

ίο der Sprenkelwirkung verwendet werden.

In Fig. 8 ist eine C.I.E. Standard-Farbartkurve dargestellt, wobei gestrichelte Linien Farbflächen umschließen, die mit einem Kryptonionenlaser als Mehrfarbenquelle möglich sind. Es wird ferner auf Seite 62 des Buches »Principles of Color Photography« von Evans, Hanson und Brewer. Wylie, aus dem Jahre 1953 hingewiesen.

Die akustischen Wellen in den oben beschriebenen akustooptischen Modulatoren werden gleichzeitig durch einen akustischen Wandler infolge der drei gleichzeitig angelegten elektrischen Signale von den Generatorquellen erzeugt. Alternativ können auch drei gesonderte akustische Wandler benutzt werden, wobei an jeden ein Signal unterschiedlicher Frequenz angelegt wird. Die drei Wandler können derart angeordnet sein, daß ihre akustischen Wellen in der Zone koinzident sind, wo die Wechselwirkung mit dem Lichtstrahl erfolgt, oder aber sie können hintereinander mit dem einfallenden Lichtstrahl in Wechselwirkung treten. Auch kann die akustische Welle eine stehende Welle innerhalb des Wechselwirkungsmaterials sein, und nicht eine wandernde Welle, wie dies bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen der Fall war. Es können auch Kombinationen aus einem mit zwei oder mehr Frequenzen betreibbaren Wandler mit anderen Wandlern Verwendung finden, die mit einer oder mehreren Frequenzen betreibbar sind.

Das Anlegen von Signalen verschiedener Frequenzen an die akustischen Wandler zum Erhalt unabhängig gebeugter Komponentenstrahlen benutzt die Lineareigenschaft der akustooptischen Zelle. Diese Linearitäi gilt genau nur für niedrige Beugungsgrößen. Wenr höhere Beträge gebeugten Lichtes verwendet werden können Wechselwirkungen zwischen den verschiede nen Frequenzkomponenten auftreten. Dies kann eine Veränderung der optischen Intensität oder L eistung vor einem der gebeugten Strahlen zur Folge haben, wenr die Intensität eines anderen geändert wird. Da ei bekannt ist, daß dieser Fehlerbetrag eine Funktion de Intensität des gebeugten Lichtes ist, kann der Fehle durch die Verwendung nicht linearer elektronische Schaltungen innerhalb der Farbsignalverarbeitungsvor richtungen korrigiert werden. Die Farbsignalverarbei tungsvorrichtungen können somit so ausgebildet wer den, daß sie das Problem korrigieren, so daß di akustooptische Zelle bei höheren Beugungswirkungs graden betrieben werden kann, um die Belichtung ode Kopiergeschwindigkeit beim Kopieren auf fotografi sehe Materialien oder bei anderen Anwendungen ζ erhöhen.

Auch ändern sich die relativen Beugungswirkungs grade bei den verwendeten Frequenzen und Wellenlär gen. Bei der Durchführung der Erfindung kann jed gewünschte Kombination von Wirkungsgraden benuts werden, die zum Erhalt einer ausreichenden Lichtinter sität für jede der Komponenten im zusammengesetzte Strahl geeignet ist Ein Vorteil ergibt sich, wenn ein Wellenlänge mit einem größeren Wirkungsgrad g<

beugt wird als andere. Beispielsweise ist eine größere Lichtintensität des roten Strahls möglich, bevor nichtlineare Wechselwirkungen offenkundig werden. Die Korrektur nichtlinearer Wirkungen kann auch durch die Verwendung von Gegenkopplungsverfahren, Abfragen des gebeugten Lichtes und Korrektur des Signals erreicht werden, welches durch die Farbsignalverarbeitungsvorrichtung erzeugt wird, um eine optische Intensität zu erzeugen, welche das elektrische Eingangssignal wesentlichen wiedergibt Viele der vorhandenen Abtaster können zusammen mit den schematischen Darstellungen der Fig.4 bis 7 verwendet werden.

Die vom Farbinformationsmedium abgetasteten Farben können völlig andere Farben sein als diejenigen, die zur Aufzeichnung der abgetasteten Information auf das farbempfindliche fotografische Aufzeichnungsmedium verwendet werden. Auch kann eine oder mehrere dttig.fbis 3 ein, zwei und drei darstellende Laserlichtstrahlen gezeigt aSSSEnX daß Laserquellen normalerwe.se mehr afcetae Wellenlänge aussenden. Vorzugsweise werden S verwendet, die zusammen einen zusam-

Ausgangsstrahl erzeugen, der kollineare

10 ien getrennt sind, so daß die unerwünschten Wellenlan genkomponenten durch Masken abgedeckt werder können.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Akustooptischer Lichtmodulator für ein Dreifarbensystem, mit drei Eingangslaserstrahlen mit Wellenlängen Ai bzw. A₂ bzw. Xz und drei zugeordneten akustischen Wellen mit Frequenzen Λ bzw. h bzw. /₃ und einer Geschwindigkeit ν der Wellen, die gleichzeitig zur Modulation der drei Farbkomponenten einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß die akustischen Frequenzen /i, /2, 4 welche den Farbkomponenten mit den Wellenlängen Ai, A₂, A3 zugeordnet sind, so ausgewählt sind, daß