DE2349000A1

DE2349000A1 - Abtasteinrichtung mit wanderndem punkt

Info

Publication number: DE2349000A1
Application number: DE19732349000
Authority: DE
Inventors: David E Damouth; Robert P Kowalski; Gary K Starkweather
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1972-11-27
Filing date: 1973-09-28
Publication date: 1974-05-30
Also published as: DE2365916C2; JPS4984518A; DE2365916A1; DE2365917A1

Description

Abtasteinrichtung mit wanderndem Punkt Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufzeichnen von Information von einem elektrischen Signal auf ein abgetastetes Aufzeichnungsmedium, mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Strahles hoher Intensität, welcher einen Lichtweg definieren, und einer Einrichtung zum Modulieren des Strahles entsprechend dem Informationsinhalt eines elektrischen Signals.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Abtastsystem mit wanderndem Punkt zum Übertragen einer Videoinformation zu einem überstrichenen Aufzeichnungsmedium und im einzelnen ein Abtastsystem, welches ein sich drehendes Polygon mit einer Vielzahl von Schrägflächen oder Facetten zum Steuern des Abtastzyklus verwendet.
Verschiedenen optischen Anordnungen beim Abtasten mit wanderndem Punkt zum Zwecke des Aufbringens des Informationsinhaltes eines modulierten Lichtstrahls auf ein Uberstrichenes Medium ist viel Aufmerksamkeit geschenkt worden. Galvanometeranordnungen wurden verwendet, um das Licht abtastend über ein Dokument zu fuhren, um seinen Informationsinhalt auf diesem aufzuzeichnen. Solche Anordnungen enthielten ebene reflektierende Spiegel, welche hin- und herschwingend angetrieben werden. Andere Anordnungen machten Gebrauch von Spiegeln mit einer Vielzahl von Schrägflächen oder Facetten, welche kontinuierlich angetrieben werden. Verschiedene Anstrengungen wurden weiter gemacht, die Punktgrösse zu definieren, um eine optimale Ausnutzung des Abtastsystems zu erzielen.
Eine dieser Anordnungen ist in der US-PS 3 675 016 beschrieben. Die dortige Lösung bestand darin, die Punktgrösse durch Definieren der Dimensionen des fokussierten Strahls derart, dass nur ein Teil, vorzugsweise die Hälfte der Schrägfläche eines Spiegels während des Abtastens beleuchtet wird, gleichbleibend und so klein wie mm gleich zu machen. Diese Lehre weist-hin auf allgemeine Techniken zum Sicherstellen der Konstanz der Grösse der öffnung eines sich drehenden Spiegelabtastsystems, und zwar entweder durch Beleuchten mehrerer SchrätClächen des Spiegels oder durch Richten von Licht in einem Strahl, der genügend schmal ist, um sicherzustellen, dass weniger als eine volle Schrägfläche das meiste ist, was Je durch den Strahl beleuchtet werden kann, und Begrenzen der Abtastung auf denjenigen Teil der Drehbeweglng der Schrågfläche,währenddessen diese Schrägfläche dur- -5en gesamten derartigen Lichtstrahl beleuchtet wird. derartige Systemöffnungen sind jedoch in den Abmessungen gleichbleibend,da die Abmessungen der sich drehenden Schrägflächen oder Facetten keinen Einfluss auf solche Öffnungen haben.
Während das in der US-PS 3 675 016 beschriebene System Vorteile gegenüber bekannten Systemen haben mag, müssen trotzdem der Punktgrösse und anderen Verhältnissen der optischen Elemente innerhalb des Systems Beschränkungen auferlegt werden, welche nicht immer wünschenswert sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrun-de, ein Abtastsystem mit wanderndem Punkt zu schaffen, welches derartige Beschränkungen vermeidet und insbesondere unter Verwendung eines sich drehenden Polygons mit einer Vielzahl von Schrägflächen zum Steuern der Abtastzyklen eine wirksame gleichmässige Punktgrösse an der Kontaktstelle des Punktes mit dem überstrichenen Medium ergibt.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass optische Einrichtungen zum Abbilden eines Punktes in einer Brennebene eines lichtempfindlichen Mediums in einem vorbestimmten Abstand von den optischen Einrichtungen vorgesehen sind, und eine Abtasteinrichtung in dem Lichtweg für das Fuhren des Punktes über das Medium zum Übertragen des Informationsinhaltes des Punktes auf das Medium innerhalb der Schärfentiefe der Brennebene angeordnet ist.
Die Erfindung schafft insbesondere ein Abtastsystem mit wanderndem Punkt, welches eine verbesserte Folge der Abtastzyklen sicherstellt, und welches bei Verwendung eines sich drehenden Polygons mit einer Vielzahl von Schrägflächen einen hoch ausgenutzten Arbeitszyklus der Abtastung ergibt.
Die Erfindung verwendet ein Abtastsystem mit wanderndem Punkt, bei welchem ein sich drehendes Polygon mit einer Vielzahl von Schrägflächen oder Facetten als Element zum Richten eines Lichtstrahls und Fokussieren des Strahles in einem Punkt auf einem Medium und zum Führen des Punktes über das Medium innerhalb einer Abtastbreite verwendet wird. Eine Lichtquelle, z.B. ein Laser, erzeugt einen Strahl von Licht im wesentlichen senkrecht zu den Schrägflächen des Polygons, wobei die beleuchteten Schrägflächen ihrerseits den auftreffenden Lichtstrahl in aufeinanderfolgenden Abtastzyklen zu dem Medium reflektieren. Zusätzliche optische Elemente sind in Verbindung mit der Lichtquelle und dem Polygon vorgesehen, um eine gewünschte Schärfentiefe des Punktes und eine ausreichende Auflösung des optischen Systems zu ergeben. Der Lichtstrahl von der Lichtquelle zu dem Medium definiert einen Lichtweg. Die optischen Elemente und das Polygon sind in diesem Lichtweg angeordnet.
Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der auf das Polygon mit der Vielzahl von Schrägflächen auftreffende Lichtstrahl wenigstens zwei benachbarte Schrägflächen des Polygons während jedes Abtastzyklus beleuchtet, um die gewünschte Folge der Punktabtastung zu ergeben. Dieses Merkmal ergibt ein Abtastsystem mit wanderndem Punkt, welches eine extrem hohe Ausnutzung des Arbeitszyklus zeigt.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass eine sehr grosse Schärfentiefe für den Punkt an der Kontaktstelle auf der Oberfläche des überstrichenen Mediums vorgesehen wird. Dieses Merkmal wird erreicht durch Vorsehen eines endlichen konjugierten Abbildungssystems in Verbindung mit dem Lichtstrahl und dem sich drehenden Polygon. Eine Doppellinse in Reihe mit einer konvexen Abbildungslinse zwischen der Lichtquelle und dem Medium ergibt eine solche Anordnung. Die Doppellinse ermöglicht es, dass der ursprüngliche Lichtstrahl genügend divergiert oder auseinandergezogen wird, um mehrere benachbarte Schrägflächen des Polygons zu beieuchten, während die Abbildungslinse den divergierten Strahl konvergiert und ihn an der Kontaktstelle auf der Oberfläche des überstrichenen Mediums fokussiert. Die Verwendung eines solchen optischen Systems stellt eine gleichmässige Punktgrösse auf dem überstrichenen Medium selbst dann sicher, wenn eine beträchtliche Abtastbreite von dem Punkt überstrichen wird.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Modulation des ursprünglichen Lichtstrahles mit Hilfe eines Videosignals. Der Informationsinhalt in dem Videosignal wird dabei dem Lichtstrahl selbst mitgeteilt. Das zutiberstreichende Medium ist ein solches, welches auf den modulierten Lichtstrahl anspricht und dessen Informationsinhalt, wie er in dem Abtastpunkt auf übliche Form enthalten ist, auf seiner Oberfläche über die Abtastbreite aufzeichnet.
Weiter wird nach der Erfindung die Drehgeschwindigkeit des Polygons in einem vorbestimmten Verhältnis zu der beim Erzeugen des Videosignals verwendeten Abtastgeschwindigkeit synchronisiert.
Zweckmässig ist der Start und Stop einer Detektoreinrichtung für die Abtastung kombiniert und im wesentlichen angepasst der Verbindung der abbildenden Elemente, welche den wandernden Punkt auf die Oberfläche des überstrichenen Mediums fokussieren, obwohl sich eine solche Detektoreinrichtung räumlich entfernt von dem abgetasteten Medium befindet.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht in einer Ausfuhrungsform des Abtastsystems mit wanderndem Punkt zur Verwendung in der Hochgeschwindigkeitsxerographie.
Das überstrichene Medium besteht bei einer solchen AusfUhrungsform beispielsweise aus einer xerographischen Trommel, welche sich aufeinanderfolgend durch eine Ladestation, eine Belichtungsstation, wo der Punkt die Abtastbreite der Trommel überquert, eine Entwicklungsstation und eine Übertragungsstation bewegt, wo eine Kopierpapierbahn in Kontakt mit der Trommel geführt wird und eine elektrostatische Entladung erhält, um die Übertragung des entwickelten Bildes von der Trommel auf das Kopierpapier einzuleiten. Eine Schmelzeinrichtung fixiert dann die Bilder auf das Kopierpapier, während dieses zu einer Ausgabestation läuft.
Zweckmässig ist die Videoquelle in einem vorbestimmten Verhältnis zu der Drehgeschwindigkeit des Polygons synchronisiert.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht in dem Einschliessen einer zylindrischen Linse in den optischen Weg zwischen dem Polygon und dem überstrichenen Medium. Der von den Schrägflächen des Polygons reflektierte Lichtstrahl fällt auf die konvexe Oberfläche der zylindrischen Linse, um unabhängig von Auslauffehlern und Fehlern der Schrägfläche an einer vorbestimmten Position auf der Oberfläche des überstrichenen Mediums fokussiert zu werden.
Bei einer weiteren zweckmässigen Ausführungsform der rfindung ist ein Strahlteiler zum Richten eines unmodulierten Strahles von dem ursprünglichen Lichtstrahl auf wenigstens eine der beleuchteten Schrägflächen des Polygons unter einem Auftreffwinkel vorgesehen, welcher verschieden von dem des auftreffenden modulierten Strahls ist. Ein optisch empfindlicher Detektor ist in einem Verhältnis zu der Abtastbreite auf dem überstrichenen Medium so ausgerichtet, dass er während jedes Abtastzyklus nur den unmodulierten Strahl aufnimmt, um den Beginn und das Ende jeder Abtastung zu bestimmen. Diese Information -wird dazu verwendet, die Übertragung von Information mit den Abtastzyklen zu synchronisieren.
Weitere Einzelheiten, Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung.
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden zur weiteren Erläuterung der Erfindung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen Fig; 1 eine isometrische Darstellung eines Abtastsystems mit wanderndem Punkt gemäss der Erfindung, Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Verwendung des Abtaststrahle-s, welche zusätzliche Merkmale der Erfindung zeigt, Fig. 3 eine isometrische Darstellung einer ersten alternativen Ausfuhrungsform zu der Abtasteinrichtung mit wanderndem Punkt nach Fig. 1, in welcher gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Betriebsteile bezeichnen, Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Verwendung des Abtaststrahle-s entsprechend der ersten alternativen Ausführungsform, Fig. 5 eine schematische Darstellung der Anordnung zum Synchronisieren in Blockform, Fig. 6 eine isometrische Darstellung einer zweiten alternativen Ausfuhrungsform des Abtastsystems mit wanderndem Punkt nach Fig. 1, in welcher die gleichen Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile bezeichnen, Fig. 7a eine perspektivische Seitenansicht der Verwendung der zylindrischen Korrekturlinse in Fig. 6, Fig. 7b eine perspektivische Draufsicht auf die Verwendung der zylindrischen Linse, Fig. 8 eine isometrische Darstellung einer dritten alternativen Ausfuhrungsform zu derjenigen nach Fig. 1 eines Abtastsystems mit wanderndem Punkt, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile bezeichnen, Fig. 9 eine isometrische Darstellung einer vierten alternativen Ausführungsform des Abtastsystems mit wanderndem Punkt nach Fig. 1, Fig. 10 ein Schaltbild einer Einrichtung für Starten und Stoppen des Abtastdetektors, und Fig. 11 ein Schaltbild einer alternativen Einrichtung für Start und Stop des Abtastdetektors, welches weiterbildende Merkmale der Erfindung enthält.
In Fig. 1 ist eine Pusfuhrungsform eines Abtastsystems mit wanderndem Lichtpunkt entsprechend der Erfindung gezeigt.
Eine Lichtquelle 1 gibt den ursprünglichen Lichtstrahl zur Verwendung in dem Abtastsystem ab. Die Lichtquelle 1 ist vorzugsweise ein Laser, welcher einen parallelen Strahl monochromatischen Lichtferzeugt, der leicht durch einen Modulator 4» entsprechend der in einem Videosignal enthaltenen Information moduliert werden kann.
Der Modulator 4 kann ein beliebiger elektrooptischer Modulator zum Festhalten der Videoinformation in Form eines modulierten Lichtstrahles 6 im Ausgang des Modulators 4 sein. Der Modulator 4 kann z.B. eine Pockel'sche Zelle sein, welche ein Kaliumdihydrogenphosphatkristall enthält, dessen Brechungsindex durch Anlegen einer das Videosignal darstellenden sich ändernden Spannung periodisch geändert wird. Das Videosignal kann eine Information entweder in Form einer binären Pulscodemodulation oder einer Breitband-Frequenzcodemodulation enthalten. In jedem Fall wird mit Hilfe des Modulators 4 die Information in dem Videosignal durch den modulierten Lichtstrahl 6 dargestellt.
Der Lichtstrahl 6 wird von einem Spiegel 8 zu einer Linse 10 in Form einer Doppellinse reflektiert. Die Linse 10 kann eine beliebige Linse, vorzugsweise aus zwei Elementen sein, welche mit einem solchen Abstand zueinander angeordnet sind, dass die äusseren gekrUmmten Oberflächen symmetrisch zu den inneren Flächen liegen. Vorzugsweise sind die inneren Flächen der Linse 10 zur Ausbildung einer gemeinsamen Kontaktzone miteinander verklebt. Selbstverständlich können die Elemente, wie es oft bei der Ausfuhrungsform einer solchen Linse als Mikroskopobjektiv der Fall ist, mit Abstand und dazwischen vorgesehener Flüssigkeit angeordnet sein. Die Linse 1O ist erforderlich, um den Axialpunkt des Lichtstrahles 6 über einen Brennpunkt auf der entgegengesetzten Seite der Linse 10 abzubilden. In dem Brennpunkt divergiert oder erweitert sich der Lichtstrahl 6, um einen Strahl 12 zu bilden, welcher auf wenigstens zwei benachbarte Schrägflächen eines abtastenden Polygons 16 auftrifft.
In dieser Ausfuhrungsform steht die Drehachse des Polygons 16 senkrecht zu der Ebene, in welcher sich der Licht strahl 6 bewegt. Die Schrägflächen des Polygons 16 sind verspiegelte Oberflächen, um jedes auf sie fallende beleuchtende Licht zu reflektieren. Mit der Drehung des Polygons 16 werden ein Paar Lichtstrahlen von den entsprechenden beleuchteten Schrägflächen reflektiert und durch einen Abtastwinkel zum Abtasten mit wanderndem Punkt gedreht. Alternativ liesse sich ene Abtastung mit wanderndem Punkt durch jede andere geeignete Vorrichtung erhalten, z.B. durch verspiegelte piezoelektrische Kristalle oder ebene reflektierende Spiegel, welche hin- und herschwingend angetrieben werden.
Bei allen diesen Anordnungen würden die reflektierenden Oberflächen jedoch einen Abstand S von dem ursprünglichen Brennpunkt des Strahles 12 haben und senkrecht auf der durch den Lichtstrahl 6 bestimmten Ebene stehen, so dass sich die reflektierten Strahlen im wesentlichen in der gleichen Ebene wie der Lichtstrahl 6 befänden.
Eine abbildende Linse 20 ist mit einem Abstand zu der vorderen beleuchteten Schrägfläche des Polygons 16 angeordnet. Die Linse 20 hat einen Durchmesser D, um mit den entsprechenden reflektierten Lichtstrahlen über einen Winkel 2 o zusammenzuwirken und Strahlen 22 konvergent zu machen, welche eine Brennebene 24 in einem Abstand f von der abbildenden Linse 20 definieren. In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ist die abbildende Linse 20 eine aus fünf Elementen zusammengesetzte Linse, wie sie in der am 1. April 1971 eingereichten US-Patentanmeldung Serial Nr. 130 134 beschrieben ist. Die Brennebene 24 befindet sich in der Nähe eines Aufzeichnungsmediums 25, dessen Oberfläche 26 über eine Abtastbreite x in Kontakt mit den entsprechenden fokussierten Punkten derkonrergenten Lichtstrahlen gebracht wird.
Obwohl eine gekrümmte Brennebene 24 durch den Abtastzyklus definiert ist, wird eine gleichmässige Punktgrösse über die Abtastbreite x sichergestellt. Die Linse 10 in einem Weg mit der abbildenden Linse 20 ergibt ein endliches konjugiertes Abbildungssystem, welches eine grosse Schärfentiefe d ergibt, die sich über die Kontaktorte des Punktes über die Abtastbreite x auf der Oberflache 26 des Aufzeichnungsmediums 25 erstreckt.
Der Lichtstrahl von der Lichtquelle 1 definiert über die optischen Elemente und reflektiert von dem abtastenden Polygon einen Lichtweg zu dem Abtast- oder Aufzeichnungsmedium 25.
Wie in Fig. 2a gezeigt, kann das Aufzeichnungsmedium 25 eine xerographische Trommel sein, welche sich aufeinanderfolgend durch eine von einer Koronaentladungseinrichtung 27 dargestellte Ladestation, eine Belichtungsstation, wo der Strahl von dem sich drehenden Polygon 16 die Abtastbreite x auf der Oberfläche 26 des Aufzeichnungsmediums 25 in Form der Trommel Uberstreicht, und durch eine von einem Kaskadenentwicklungskasten dargestellte Entwicklungsstation 28 und eine der Übertragungsstation 30, wo eine Kopierpapierbahn in Kontakt mit der Trommel als Aufzeichnungsmedium 25 vorbeigefuhrt wird und eine elektrostatische Entladung erfährt, um eine Übertragung des entwickelten Bildes von der Trommel auf das Kopierpapier zu erreichen. Das Kopierpapier wird von einer Vorratsrolle 31 zugeführt und läuft über Fiihrungsrollen 32 und über Antriebsrollen 33 in einen Aufnahmebehälter 35. Eine Schmelzeinrichtung 34 fixiert die Bilder auf dem Kopierpapier, wenn dieses zu dem Aufnahmebehälter 35 läuft.
Verwendbare Bilder werden dadurch erzielt, dass der Informationsgehalt des abtastenden Punktes durch die moduliert;e oder sich ändernde Intensität des Lichtes im Verhältnis zu seiner Position innerhalb der Abtastbreite x dargestellt wird. Wenn der Punkt die geladene Oberfläche 26 über einen gegebenen Abtastwinkel v überstreicht, entlädt der Punkt die elektrostatische Ladung entsprechend seiner Lichtintensität. Das so erzeugte elektrostatische Ladungsmuster wird in der Entwicklungsstation 28 entwickelt und dann auf das endgültige liopierpapier übertragen. Die xerographische Trommel als Aufzeichnungsmedium 25 wird durch eine Reinigungseinrichtung, wie eine sich drehende Bürste 36, gereinigt, ehe sie durch die Koronaentladungseinrichtung 27 erneut geladen wird. Auf diese Weise wird der Informationsinhalt des Abtastpunktes auf einem dauerhafteren und nutzbaren Medium aufgezeichnet. Es versteht sich, dass alternative bekannte Techniken verwendet werden können, um mit einem Abtastpunkt zusammenzuarbeiten und die in diesem enthaltene Information nutzbar zu machen.
Das Polygon 16 wird kontinuierlich durch einen Motor 40 angetrieben und in seiner Drehung mit einem Synchronisiersignal synchronisiert, welches die beim Erzeugen des ursprünglichen Videosignals verwendete Abtastgeschwindigkeit repräsentiert. Die Drehgeschwindigkeit der xerographischen Trommel a]s Aufzeichnungsmedium 25 bestimmt den Abstand der Abtastzeilen. Es kann auch zweckmässig sein, die Trommel auf geeignete Weise mit der Signalquelle zu synchronisieren, um eine Bildlinearität aufrechtzuerhalten. Das Quellenbild wird entsprechend dem Signal reproduziert und zur weiteren Verwendung oder Speicherung auf Ausdruckpapier übertragen.
Es hat sich gezeigt, dass die Anzahl von-Schrägflächen ein Optimum ist, wenn wenigstens 20 bis 30 Schrägflächen verwendet werden. Der überstrichene Abtastwinkel α ist gleich dem Verhältnis einer vollständigen Umdrehung des Polygons 16 zu der Anzahl der gewahlten Schrägflächen.
Bei einer besonders brauchbaren Anordnung hat das Polygon 16 24 Schrägflächen und der Ab astwinkel w ist 150.
Da die Schärfentiefe d des konvergierenden Strahls 22 mit dem Abtastwinkel insoweit zusammenhängt, als der Abtastwinkel faden Radius der Krümmung der Brennebene 24 vergrössert, ist es wichtig, einen Abtastwinkel im Verhältnis zu der gewünschten Abtastbreite x zu definieren Für eine Abtastbreite x von etwa 28 cm hat es sich gezeigt, dass ein Abtastwinkel α von 12 bis 180, mit 20 bis 30 Schrägflächen auf dem Polygon 16, ein Optimum darstellt.
Fig. 2b ist eine perspektivische Draufsicht auf das in Fig. 2a gezeigte optische System.
Das optische System der Erfindung ergibt infolge der Beleuchtung von wenigstens zwei benachbarten Schrägflächen eine Arbeitszyklusabtastung von tatsächlich 100 % für den gesamten Abtastwinkel α, Vorzugsweise werden zwei benachbarte Schrägflächen beleuchtet. Mit einer solchen Beleuchtung wird ein weiterer Abtastpunkt in einem Abstand gleich der Abtastbreite x hinter dem vorderen Ablastpunkt mit tatsächlich keiner Wartezeit zwischen aufeinanderfolgenden Abtastungen erzielt. Bei der kontinuierlichen Drehung des Polygons 16 werden zusätzliche benachbarte Schrägflächen aufeinanderfolgend beleuchtet und ergeben damit aufeinanderfolgende konvergierende Strahlen, welche dem vorderen konvergierenden Strahl 22 um nicht mehr als den Abtastwinkel folgen, wenn dies erwünscht ist.
So ergibt sich ein Abtastsystem mit wanderndem Punkt, welches einen extrem hoch genutzten Arbeitszyklus aufweist.
In der in Fig. 3 dargestellten ersten alternativen Ausfuhrungsform wird der Lichtstrahl 6 von dem Spiegel 8 zu einer Linse 10 in Form einer Doppellinse reflektiert.
Die Linse 10 kann eine beliebige Linse, vorzugsweise aus zwei Elementen sein, welche in einem solchen Abstand zueinander angeordnet sind, dass die äusseren gekrümmten Oberflächen symmetrisch zu den inneren Oberflächen liegen. Vorzugsweise sind die inneren Oberflächen der Linse 10 zusammengeklebt, um eine gemeinsame Kontaktebene zu bilden. Es versteht sich, dass die Elemente, wie es oft bei der Ausführungsform einer solchen Linse als Mikroskopobjektiv der Fall ist, mit zwischen ihnen befindlicher Flüssigkeit angeordnet sein können. Die Linse 10 muss entweder einen virtuellen oder einen reellen axialen Punkt des Lichtstrahles 6 über einen Brennpunkt, z.B. auf der entgegengesetzten Seite der Linse 10 zu einem reellen.
Bild abbilden. Im Brennpunkt divergiert oder erweitert sich der Lichtstrahl 6 und bildet einen Strahl 12, welcher mehr als ausreichend ist, um auf eine gegebene Schrägfläche eine-s abtastenden Polygons 16 aufzutreffen.
In einem Abstand 52 von der vorderen beleuchteten Schrägfläche des Polygons 16 ist eine abbildende Linse 18 angel ordnet. Die Linse 18 hat einen Durchmesser D und arbeitet mit dem divergierenden Lichtstrahl 12 zusammen, um einen konvergierenden Strahl 21 zu erhalten, welcher die gewünschten Schrägflächen beleuchtet, um entsprechende Lichtstrahlen oder Strahlen 22 scharf auf die Brennebene 24 zu reflektieren, welche einen Abstand d von dem Polygon 16 aufweist. In dieser ersten alternativen Ausfuhrungsform ist die abbildende Linse 18 eine Linse mit l-n Elementen. Die Brennweite f der Linse 18 verhält sich zu den Strecken und d entsprechend der folgenden Gleichung für dünne Linsen: ## + #### = 1/f Die Drehachse des Polygons 16 steht senkrecht zu der Ebene, in welcher sich der Lichtstrahl 6 bewegt. Die Schrägflächen des Polygons 16 sind verspiegelte Oberflächen zum Reflektieren Jedes auf sie auftreffenden beleuchtenden Lichtes. Mit der Drehung des Polygons 16 werden unter der Annahme, dass zwei benachbarte Schrägflächen zu einer gegebenen Zeit beleuchtet werden, zwei Lichtstrahlen oder Strahlen 22 von den entsprechenden beleuchteten Schrägflächen reflektiert und durch einen Abtastwinkelcki gedreht, um eine Abtastung mit wanderndem Punkt zu ergeben. Alternativ liesse sich eine Abtastung mit wanderndem Punkt auch durch jede andere geeignete Vorrichtung erreichen, z.B. durch verspiegelte piezoelektrische Kristalle oder ebene reflektierte Spiegel, welche hin- und herschwingend angetrieben werden.
In allen diesen Anordnungen würden die reflektierenden Oberflächen jedoch einen Abstand S1 von dem ursprünglichen Brennpunkt des Strahles 12 aufweisen und senkrecht zu der durch den Lichtstrahl 6 bestimmten Ebene stehen, so dass die reflektierten Strahlen sich in im wesentlichen der gleichen Ebene wie der Lichtstrahl 6 befänden.
Die Brennebene 24 befindet sich in der Nähe eines Aufzeichnungsmediums 25, dessen Oberfläche 26 über eine Abtastbreite x in Kontakt mit den entsprechenden fokussierten Punkten der konvergenten Lichtstrahlen gebracht wird.
Obwohl eine gekrümmte Brennebene 24 durch den Abtastzyklus definiert ist, wird eine gleichmässige Punktgrösse über die Abtastbreite x sichergestellt. Die Linse 10 in einem Weg mit der abbildenden Linse 18 ergibt ein endliches konjugiertes Abbildungssystem, welches eine grosse Schärfentiefe d ergibt, die sich über die Kontaktorte des Punktes über die Abtastbreite x auf der Oberfläche 26 des Aufzeichnungsmediums 25 erstreckt.
Wie in Fig. 4 gezeigt, kann das Aufzeichnungsmedium 25 eine xerographische Trommel sein, und die Anordnung ist in jeder Hinsicht ähnlich der Anordnung in Fig. 2, mit Ausnahme der Position der abbildenden Linse, wie in Fig.
3 gezeigt.
Ein besonderes Synchronisierschema, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, wird verwendet, um die Änderung der Punktgeschwindigkeit in der Brennebene 24 zu vermeiden, welche sich sonst aus dem Zusammenwirken der in dieser AusfUhrungsform vorgesehenen optischen Elemente ergeben würde. Unter der Annahme, dass das Videosignal rechnergesteuert oder durch eine asynchrone Digitaleinrichtung gepuffert ist, könnte die Zahl der zu dem Modulator 4 übertragenen binären Stellen pro Sekunde in dem Videosignal geändert werden. Wie in Fig. 5 gezeigt, ist ein diePunktposition messender Kreis oder ein Funktionsgenerator 52 in Reihe mit einem Taktgeber 54 variabler Frequenz geschaltet, dessen Ausgang mit einer Digitaleinheit 56 zum Ändern der Zahl von Bits (binären Stellen) pro Sekunde entsprechend einer vorbestimmten Funktion gekoppelt ist, um den Bitstrom mit einer gegebenen Geschwindigkeit synchron mit der Geschwindigkeit des Punktes zu übertragen. Das Ziel besteht darin, die Videodaten oder die Bitgeschwindigkeit so zu steuern, dass diese proportional der Punktgeschwindigkeit ist, so dass das resultierende Bild auf dem Aufzeichnungsmedium 25 nicht verzerrt ist.
In dieser Ausfuhrungsform spricht der Funktionsgenerator 52 auf eine nicht gezeigte Detektorschaltung an. Der Ausgangsimpuls von der Detektorschaltung ist ein Steuersignal oder einschaltendes Signal für den Funktionsgenerator 52, wobei dieserAusgangsimpuls eine Zeitdauer gleich der Zeit für das Überstreichen einer Abtastzeile durch den Punkt hat. Der Funktionsgenerator 52 kann ein beliebiger aus bekannten Funktionsgeneratoren sein, welche während dieser Zeitdauer eine Wellenform nach einer bestimmten Funktion im Ausgang abgeben können. Ein Beispiel für einen solchen Funktionsgenerator ist in den Proceedings of the IEEE, Mai 1967, Seite 720, beschrieben. Die ausgewählte Funktion soll eine Näherung der vorausgesagten änderung der Punktgeschwindigkeit in einer Abtastzeile sein. Als optimale Funktion wurde l/SekansNi bestimmt.
Alternativ könnte statt des Funktionsgenerators 52 eine Messchaltung verwendet werden, um die Position des Punktes als Funktion der Zeit zu messen, während sich dieser entlang der Abtastzeile bewegt, und eine Spannungswellenform proportional einer solchen Messung zu erzeugen.
Der Taktgeber 54 kann ein spannungsgesteuerter Oszillator sein, welcher im Ausgang periodische Signale aufweist, durch die die Digitaleinheit zwangsgesteuert wird. Die Ausgangsfrequenz der Impulse von dem Taktgeber 54 ist abgängig von der an diesen angelegten Spannung, nämlich der Ausgangsspannung von dem Funktionsgenerator 52. Daher wird die Ausgangsfrequenz des Taktgebers 54 entsprechend der Ausgangswellenform des Funktionsgenerators 52 geändert. Im optimalen Betrieb wird die Frequenz entsprechen l/Sekans2s geändert, um die Videodatengeschwindigkeit des von der Digitaleinheit 56 erzeugten Bitstromes zu ändern. Die Digitaleinheit 56 kann ein asynchroner digitaler Speicher mit zugehöriger Steuerschaltung sein.
Auf diese Weise wird die Videodatengeschwindigkeit mit einer Geschwindigkeit proportional der Punktgeschwindigkeit zu dem Modulator 4 übertragen, um die Möglichkeit einer Bildverzerrung zu vermeiden.
Die zweite alternative Ausführungsform ist wie in Fig.
6 gezeigt aufgebaut. Eine abbildende Linse 20 ist in einem Abstand a von der vorderen beleuchteten Schrägfläche des Polygons 16 angeordnet. Wie dargestellt, befindet sich die Linse 20 zwischen dem Polgon 16 und dem Aufzeichnungsmedium 25. Alternativ kann sich die Linse 20 zwischen dem Polygon 16 und der Linse 10, wie in Fig. 3 gezeigt, befinden. In dieser Ausführungsform hat die Linse 20 einen Durchmesser D1, um mit den entsprechenden reflektierten Lichtstrahlen während jeder Abtastung von zur zusammenzuwirken konvergierende Strahlen 22 zu ergeben, welche in einem Abstand f von der abbildenden Linse 20 eine Brennebene 24 definieren. In der ersten Ausführungsform ist die abbildende Linse 20 eine aus fünf Elementen zusammengestzte Linse, wie sie in der am 1. April 1971 eingereichten US-Patentanmeldung Serial Nr. 130 134 der Anmelderin dargestellt ist.
Die Brennebene 24 befindet sich in der Nähe eines Aufzeichnungsmediums 25, dessen Oberfläche 26 in Kontakt mit den entsprechenden fokussierten Punkten der konvergierenden Lichtstrahlen über eine Abtastbreite x gebracht wird.
Da Auslauffehler und Fehler der Schrägflächen des Polygons zu schlechten Ergebnissen bezüglich der Qualität des zu dem Aufzeichnungsmedium übertragenen Bildes führen können, ist eine zylindrische Linse 56' in den optischen Weg zwischen dem Polygon und dem Aufzeichnungsmedium angeordnet, deren Öffnung mit der Öffnung des Polygons 16 ausgerichtet ist. Die Linse 36' kann entweder bikonvex, plankonvex oder konvexkonkav sein. Der Strahl 22 fällt auf die konvexe Oberfläche der Linse 36, um in der Brennebene 24 an einer vorbestimmten Position in einer Ordinate senkrecht zur Richtung der Abtastung auf der Oberfläche 26 des Aufzeichnungsmediums 25 fokussiert zu werden.
Wie in Fig. 7 gezeigt, wird das Polygon 16 kontinuierlich durch einen Motor 40 angetrieben und kann in seiner Drehung mit einem Synchronisiersignal synchronisiert sein, welches für die beim Erreichen des ursprünglichen Videosignals verwendete Abtastgeschwindigkeit repräsentativ ist.
Im Falle der Verwendung einer xerographischen Trommel bestimmt die Drehzahl der Trommel den Abstand der Abtastzeilen. Die Drehung des Polygons 16 um eine Achse abweichend von der gewünschten bewirkt Auslauffehler oder in diesem Falle eine Ablenkung des Strahles 22 in vertikaler Richtung weg von der gewünschten Abtastzeile. Unter der Annahme, dass eine Winkelabweichung ß von der gewünschten Drehachse des Polygons 16 auftritt, definiert ein Auslaufwinkel ß die Ablenkung von der beabsichtigten Abtastrichtung. Andere Fehlausrichtungen der optischen Elemente innerhalb des Systems, z.B. eine Fehlausrichtung der Schrägflächen, können ebenfalls zu den gleichen Auslaufwirkungen führen.
Die Anordnung der zylindrischen Linse 36' in dem optischen Weg kompensiert jedoch solche Wirkungen. Die Linse 36' ist mit einem Abstand b zu dem Ursprung der Winkelablenkung ß und einem.Abstand u zu der abbildenden Linse 20 angeordnet.
Die Kompensation wird dadurch bewirkt, dass der ausserhalb der Achse befindliche Strahl durch die konvexen Oberflächen der Linse 36' läuft. Dann fokussiert die Linse 36' den Strahl 22 auf einen Punkt in einer vorbestimmten Abtastzeile in der Brennebene 24 in einem Abstand b' von der Linse 36'. Um sicherzustellen, dass die Linse 36' genügend breit ist, wird eine Länge L etwa gleich oder grösser als die Abtastbreite x vorgesehen. Die Auslaufabmessungen der Linsen 20 und 36' sind D1' bzw. D2'.
In dieser Ausführungsform sqll, um das optimale Verhältnis zwischen den abbilden den Linsen 20 und 36' zu bestimmen, die Öffnung D1 der abbildenden Linse 20 etwa gleich 2ax/fl sein, mit einer (f/Zahl)l etwa gleich x/2a tg2 Weiter ist die Brennweite der Linse 36' f2 und definiert durch die Gleichung 1/b+1/b1= 1 Hieraus lässt sich die optimale Brennweite f2 zum Bestimmen des Abstandes des fokussierten Punktes von der Linse 36' definieren.
Da es weiter erforderlich ist, die Öffnung D2 der Linse 36t für die Benutzung der Erfindung zu definieren, wird vorzugsweise folgende Beziehung verwendet: D2 ~- 2b tgß Nachdem f2 und D2 definiert worden sind, ist es hilfreich die erforderliche (f/Zahl)2 für die Linse 36' zu bestimmen: (f/Zahl)2 = f2/D2 = b/2 tgß (b+b) Ein optimales Verhältnis beReht darin, dass die zylindrische Linse 36' einen Abstand von der Oberfläche 26 des Aufzeichnungsmediums 25 etwa gleich der Brennweite f2 der Linse 36' aufweist.
Eine dritte alternative Ausfuhrungsform ist in Fig. 8 gezeigt, wo sich gleiche Bezugszeichen auf den in Fig. 3 gezeigten gleichen oder ähnlichen Teilen beziehen.
Der Lichtstrahl 6 wird von einem Spiegel 8 zu einer Linse 10 in Form einer Doppellinse reflektiert. Die Linse 10 kann eine beliebige Linse, vorzugsweise aus zwei Elementen sein, welche so mit Abstand zueinander angeordnet sind, dass die äusseren gekrümmten Oberflächen symmetrisch zu den ebenen inneren Flächen vorgesehen sind. Vorzugsweise sind die inneren Flächen der Linse 10 miteinander verklebt, um eine -gemeinsame Kontaktzone zu bilden. Es versteht sich, dass die Elemente, wie es oft bei der Ausführungsform einer solchen Linse als Mikroskopobjektiv der Fall ist, mit Abstand und dazwischen vorgesehener Flüssigkeit angeordnet sein können. Die Linse 10 muss entweder einen virtuellen oder reizen axialen Punkt des Lichtstrahles 6 über einen Brennpunkt z.B. auf der entgegengesetzten Seite der Linse 10 als reelles Bild abbilden. Im Brennpunkt divergiert oder erweitert sich der Lichtstrahl 6, um einen Strahl 12 zu bilden, welcher mehr als ausreichend ist, um auf eine gegebene Schrägfläche eines abtastenden Polygons 16 aufzutreffen.
Mit einen Abstand S2 zu der vorderen beleuchteten Schrägfläche des Polygons 16 ist eine abbildende Linse 18 angeordnet. Die Linse 18 hat einen Durchmesser D und arbeitet mit dem divergierenden Strahl 12 zusammen, um einen konvergierenden Strahl 21 zu erhalten, welcher die gewünschten Schrägflächen beleuchtet, wodurch entsprechende Strahlen 22 über eine positive zylindrische Linse 23 auf die Brennebene 24 in einem Abstand S3 von dem Polygon 16 fokussiert werden. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist die abbildende Linse 18 eine aus fünf Elementen zusammengesetzte Linse, wie sie in der am 1. April 1971 eingereichten US-Patentanmeldung Serial Nr, 130 134 der Anmelderin gezeigt ist.
Die Drehachse des Polygons 16 steht senkrecht zu der Ebene, in welcher sich der Lichtstrahl 6 bewegt. Die Schrägflächen des Polygons 16 sind verspiegelte Oberflächen zum Reflektieren jedes auf sie auftreffenden beleuchteten Lichtes. Mit der Drehung des Polygons 16 werden unter der Annahme, dass zwei benachbarte Schrägflächen zu einer gegebenen Zeit beleuchtet werden, zwei Lichtquellen oder Strahlen 22 von den entsprechenden beleuchteten Schrägflächen reflektiert und durch einen Abtastwinkel ç gedreht, um eine Abtastung mit wanderndem Punkt zu ergeben. Alternativ liesse sich eine Abtastung mit wanderndem Punkt auch durch jede andere geeignete Vorrichtung erreichen, z.B. durch verspiegelte piezoelektrische Kristalle oder ebene reflektierte Spiegel, welche hin- und herschwingend angetrieben werden.
In allen diesen Anordnungen würden die reflektierenden Oberflächen jedoch einen Abstand S1 von dem ursprünglichen Brennpunkt des Strahles 12 aufweisen und senkrecht zu der durch den Lichtstrahl 6 bestimmten Ebene stehen, so dass die reflektierten Strahlen sich in im wesentlichen der gleichen Ebene wie der Lichtstrahl 6 befänden.
Die zylindrische Linse 23 ist- in dem optischen Weg zwischen dem Polygon 16 und der gewünschten Abtastzeile in der Brennebene 24 angeordnet, wobei ihre Öffnung mit der Öffnung des Polygons 16 ausgerichtet ist.
Die Funktion der Linse 23 besteht darin, Auslauffehler des Abtastsystems zu kompensieren. Die Linse 23 kann entweder bikonvex, plankonvex oder konkavkonvex sein und bezieht sich weiter auf das Abtastsystem, wie es im Zusammenhang mit Fig. 6 beschrieben ist Die Brennebene 24 befindet sich in der Nähe eines Aufzeichnungsmediums 25, dessen Oberfläche 26 über eine Abtastbreite x in Kontakt mit den entsprechenden fokussierten Punkten der konvergenten Lichtstrahlen gebracht wird.
Obwohl eine gekrümmte Brennebene 24 durch den Abtastzyklus definiert ist, wird eine im wesentlichen gleichmässige Punktgrösse über die Abtastbreite x sichergestellt.
Die Linse 10 in einem Weg mit der abbildenden Linse 18 ergibt ein endliches konjugiertes Abbildungssystem, welches eine grosse Schärfentiefe d ergib-t, die sich über die Kontaktorte des Punktes über die Abtastbreite x auf der Oberfläche 26 des Aufzeichnungsmediums 25 erstreckt.
Ein besonderes Synchronisierschema kann notwendig werden, um die Änderung der Punktgeschwindigkeit in der Brennebene 24 zu vermeiden, welche sich sonst aus den Wegen der in dieser Ausfuhrungsform dargestellten optischen Elemente ergeben würde. Die Verhältnisse können solche wie im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben sein.
Wie in Fig. 8 weiter gezeigt ist, ist in der Nähe des Beginns der Abtaststelle ein Spiegel 42 angeordnet, um wenigstens einen Teil des Strahles 22 abzulenken und einen Strahl 44 durch eine positive zylindrische Linse 46 auf einem Detektor 48 zu fokussieren. Der Detektor 48 enthält weiter ein nicht gezeigtes Zeitsteuerelement in Kombination mit dem optisch empSindlichen-Element, welches auf den Beginn der Abtastimpulse anspricht. Das Zeitsteuerelement taktet auf bekannte Weise die vorbestimmte Dauer eines Abtastzyklus aus, um einen Impuls für das Ende der Abtastung zu erzeugen. Ein Beispiel einer solchen Technik wäre eine kapazitives Element, welches beim Impuls für den Beginn der Abtastung geladen wird, worauf die Ladung entsprechend einer vorbestimmten Zeitkonstante abnimmt, um einen monostabilen Multivibrator am Ende der Abtastung zu triggern. Die Signale für den Beginn und das Ende der Abtastung werden dann dazu verwendet, um das Videosignal abhängig von der Abtastgeschwindigkeit des Abtastsystems zu steuern.
Die Linse 46 und der Detektor 48 als Erfassungselemente stehen im wesentlichen in Verbindung mit den zusammenhängenden abbildenden Elementen, welche den wandernden Punkt auf der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums fokussieren. Die zylindrische Linse 46 weist entlang ihrem entsprechenden optischen Weg einen Abstand von der Linse 18 auf, welcher genau die gleiche Länge wie der Abstand der zylindrischen Linse 23 entlang deren entsprechendem optischen Weg von der Linse 18 ist. Weiter sind die Öffnung, die Brennweite und die Fokalzahl der Linse 46 im wesentlichen identisch der für die Linse 23 erforderlichen. Der fokussierte Punkt des Strahles 44 befindet sich daher in einer Brennebene mit einem Abstand 5 entlang 3 des optischen Weges von dem Polygon 16, wo der Detektor 48 angeordnet ist. Hierdurch wird ein wirksames Erfassungssystem geschaffen, welches zu einem hohen Grad an Synchronisiergenauigkeit und Konstanz führt , ohne dass die Punktabtastelemente in dem System gestört werden.
Wie in Fig. 4-gezeigt, kann mit dieser alternativen Ausführungsform ein xerographisches Verfahren zur Anwendung kommen.
Eine vierte alternative Ausführungsform ist,wie in Fig.
9 gezeigt, aufgebaut. Die Abtastgeschwindigkeit wird durch Ausnutzung des unmodulierten Teils eines Lichtstrahles 2 vorgesehen. Ein Strahlteiler 3 beleuchtet wenigstens eine der Schrägflächen des Polygons 16 unter einem gegenüber dem Auffallwinkel des auffallenden modulierten Strahles verschiedenen Auffallwinkel. Ein optisch empfindlicher Detektor 38 ist ausserhalb der Abtastbreite x auf der Oberfläche 26 des Aufzeichnungsmediums 25 entsprechend ausgerichtet. Wie in Fig. 9 gezeigt, ist der Detektor 38 so angeordnet, dass er nur den unmodulierten Strahl während jedes Abtastzyklus aufnimmt, um den Beginn und das Ende jeder Abtastung zu bestimmen. Mit einem unmodulierten Strahl zum Zwecke der Synchronisation, werden Videoaustasten und andere Vorgänge vermieden, welche sonst in den Detektorkreis eingeführt und unerwünschte Wirkungen erT zeugen würden.
In Fig. 10 ist der Detektorkreis der bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Das lichtempfindliche Element des Detektors 38 ist ein Fototransistor 50. Die Kathode des Fototransistors 50 ist mit der Basis eines verstärkenden und diskriminierenden Transistors 52' verbunden, und seine Anode ist auf +5V vorgespannt. Der Transistor 52' ist über einen veränderbaren Widerstand von 50 k# zwischen der Basis des Transistors 52' und einem Potential von -13V etwas über seine Unterbrechungsschwelle vorgespannt, und ein Widerstand von 1,2 k k-ist zwischen seine Basis und Erde geschaltet. Wenn der abtastend de Lichtstrahl 2 den Fototransistor 50 beleuchtet, wird dieser leitend und bringt die Basis des Transistors 52' von deren negativem Potential über Null auf einen etwas positiven Wert. Wenn so der Fotortransistor 50 beleuchtet ist, geht der Transistor 52' von seiner Unterbrechungsschwelle in Sättigung. Die negative Vorspannung der Basis des Transistors 52', wobei sein Kollektor positiv vorgespannt und sein Kollektor mit Erde verbunden ist, ergeben eine Randdiskriminierung und Verstärkung des Frequenzgangs des Fotortransistors 50 gegenüber der Beleuchtung mit Licht.
Der Ausgang von dem Kollektor des Transistors 52t ist mit einem monostabilen Multivibrator 60 verbunden, welcher, wie dargestellt, auf nicht erneut triggerbaren Betrieb geschaltet ist. Der Multivibrator 60 in diesem Betrieb ergibt eine weitere Randdiskriminierung. Der Multivibrator 60 ist durch einen Widerstand mit 4,7 k oL und einen variablen Widerstand von 10 k 2-, , welche in Reihe auf +5V geschaltet sind, getrimmt und wird derart über einen Kondensator mit 0,1 /uF ausgetaktet, dass der Impulsausgang des Multivibrators 60 eine Zeit t gleich der Dauer eines Abtastdurchlaufs aufweist. Die Ausgang Q und Q sind sind mit gewöhnlichen die Emitterleitung steuernden Transistoren 62 und 64 verbunden, um Ausgänge hohen Stromes und geringer Impedanz entgegengesetzter Polaritäten an entsprechenden Ausgängen LINE und LINE zu ergeben Abhängig davon, welche Polarität für den Ausgang zur Synchronisierung gewünscht wird, wird entweder der Ausgang LINE oder l,INE verwendet.
Mit einer solchen Randdiskriminierung, wie sie durch den Detektorkreis vorgesehen wird, lässt sich eine zuverlässige Synchronisierung des Beginns der Abtastung mit dem Beginn des Informationsflusses mit Hilfe des Videosignals erreichen. Diese Erfassung des genauen Beginns der Abtastung ergibt eine genaue Definition des Steuerimpulses, welcher die Länge der Zeichen der in jeder Abtastzeile auf dem Aufzeichnungsmedium 25 aufzuzeichnenden Zeichen misst. Die Vorderflanke des Ausgangs des Detektorkreises ist dann kritisch beim Ausrichten des Ubermittelns von Information in Form eines Videosignals zu dem Beginn jeder Abtastung. Am Ende des Impulses wird das Ende jeder Abtastung erfasst oder angezeigt. Mit dem Beginn der nächsten Abtastung wird der Multivibrator 60 zurückgestellt, um einen weiteren Synchronisierimpuls zu ergeben.
In Fig. 11 ist ein weiterer Detektorkreis gezeigt. In dieser Ausführungsform ist das lichtempfindliche Element eine Fotodiode 54', welche im photoleitenden Betrieb mit einem Lastwiderstand von 2,2 k r, zwischen ihrer Kathode und Erde betrieben wird. Die Kathode der Fotodiode 54' ist weiter mit dem positiven Eingang eines Komparators 56', wie z.B. der in Fig. 4 gezeigten Differenzverstärkerschaltung, verbunden. Wenn die Foto-diode beleuchtet wird, wird ein positiv verlaufender Impuls von 0 V Gleichspannung zur Übertragung zu dem Komparator 56 erzeugt. Der Komparator 56 ist dann eingestellt, um positive Auslenkungen von O V zu erfassen und einen Schärfenimpuls von +5 auf 0 V zu erzeugen. Der Ausgang des Komparators 56' ist mit der Multivibrator- und Steuertransistoranordnung nach Fig. 10 verbunden, um die notwendigen Ausgänge LINE und LINE zu erzeugen.
Ein besonderes Synchronisierschema, mit welchem diese beiden Detektorkreise verwendet werden können, ist in Fig. 5 gezeigt.
Wie in Fig. 2 gezeigt, kann diese Ausführungsform mit einem xerographischen Verfahren Verwendung finden.
Kurz umrissen schaft die Erfindung ein Abtastsystem mit wanderndem Punkt durch die Ausnutzung von einem sich drehenden Polygon mit einer Vielzahl von Schrägflächen reflektiertem Licht, welches dann zu dem Aufzeichnungsmedium gerichtet wird. Eine Lichtquelle beleuchtet wenigsten zwei benachbarte Schrägflächen des Polygons während jedes Abtastzyklus, um die gewünschte Folge der Punktabtastung zu ergeben. Um eine gleichmässige Punktgrösse auf dem Aufzeichnungsmedium sicherzustellen, wird der optische Aufbau der Elemente in Kombination mit der Lichtquelle so gewählt, dass eine angemessene Schärfentiefe am Aufzeichnungsmedium sichergestellt ist. Bei jedem Abtatzyklus wird durch Modulierung des Lichtes von der Lichtquelle entsprechend einem Videosignal Information zu dem überstrichenen Aufzeichnungsmedium übertragen.

Claims

P a t e n t a n s p r c n e

Vorrichtung zum Aufzeichnen von Information von einen elektrischen Signal auf ein abgetastetes fufzei hnungsmedium, mit einer Einrichtung zun Erzeugen eines Strahler hoher Lichtintensität, welcher einen Lichtes definiert, und einer Einrichtung zum Modulieren des Strahles entsprechend dem Informationseinhalt eines elektrischen Signals, dadurch g c '-; n n n z e i c h n e t , dass optische Einrichtungen (10, 10, 20) zum Abbilden eines Punktes In einer Brennebene eines lichtempfindlichen Mediums (25) in einem vorbestImmten Abstand von den optischen Einrichtungen (10, 18, 20) vorgesehen sind, und eine Abtasteinrichtung (16) in dem Lichtweg fiir des Führen des Punktes .iber das Medium (25) zum Übertragen des Informationsinhaltes des Punktes auf das Medium innerhalb der Schärfentiefe der Brennebene angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass die optischen Einrichtungen eine erste optische Einrichtung (10) zum Divergieren des modulierten Strahles und eine zweite optische Einrichtung (20) in Verbindung mit der ersten optischen Einrichtung (10) zum bilden des divergenten Strahles umfassen, und das Medium (25) mit liehternpfindlicher Oberfläche (26) sich in einem vorbestimmten Abstand von der zweiten optischen Einrichtung (20) befindet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass die Abtasteinrichtung (16) zwischen der ersten (10) und der zweiten (20) optischen Einrichtung angeordnet ist, und dass sich die Brennebene entlang der Oberfläche (26) eines lichtemprindlichen Elements erstreckt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Abtasteinrichtung ein Polygon (16) mit einer Vielzahl von reflektierenden Schrägfiächen zum Reflektieren des auf diese auffallenden divergierenden Lichtstrahls und Weiterleiten des Strahls durch die zweite optische Einrichtung (20) zum Abbilden eines Punktes auf dem Medium (25) und eine Einrichtung (4o) zum derartigen Drehendes Polygons (16) umfasst, dass das reflektierte Licht abtastend durch die Öffnung der zweiten optischen Einrichtung (20) geführt wird und aureinanderrolgende Punktabtastspuren über das Medium (25) ergibt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Lichtquelle (1) ein Laser ist, welcher einen Strahl parallelen Lichts von im wesentlichen gleichmässiger Intensität abgibt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass die zweite optische Einrichtung (20) in Verbindung mit der ersten optischen Einrichtung (10) ein endliches konjugiertes Abbildungssystem zum Sicherstellen einer grossen Schärfentiefe für den Punkt darstellt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der divergierende Strahl während jedes Abtastzyklus wenigstens zwei benachbarte Schrägflächen des Polygons (16) beleuchtet.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste optische Einrichtung (10) eine Linse aus zwei Elementen mit äusseren gekrümmten Oberflächen ist, wobei die Elemente in einem solchen Abstand zueinander angeordnet sind, dass die äusseren gekrümmten Oberflächen symmetrisch zu den inneren Flächen der Linse sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n-e t , dass das Polygon (16) zwischen 20 bis 30 Schrägflächen hat und der Strahl über einen Abtastwinkel von zwischen 240 bis 360 geführt wird.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e -t , dass das Polygon (16) 24 Schrägflächen hat und der Strahl über einen Abtastwinkel von 300 geführt wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n -k e n n z e i c h n e t , dass die Abtasteinrichtung (16) zwischen der zweiten optischen Einrichtung (18) und der Brennebene zum Führen des Punktes über ein lichtempfindliches Medium (25) in der Brennebene zum Übertragen des Informationsinhaltes des Punktes auf das Medium (25) angeordnet ist, und dass eine Einrichtung zum Synchronisieren der Ubertragungsgeschwindigkeit des elektronischen Signals mit der Geschwindigkeit des Punktes über das Nedium (25) entsprechend einer vorbestimmten Funktion vorgesehen ist.
12. System mit einer Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Synchronisiereinrichtung einen Funktionsgenerator (52) mit einer Ausgangswellenform proportional der Änderung der Geschwindigkeit des Punktes bei dessen Streichen über das Medium (25) enthält, wodurch die Übertragungsgeschwindigkeit des elektroni.chen Signals proportional der Geschwindigkeit des Punktes bei jeder Abtastung ist.
13. System nach Anspruch 12, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Wellenform die Funktion l/Sekans2s ist, wobei α der Abtastwinkel des Strahles (22) von dem Polygon (16) ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Synchronisiereinrichtung die Bitgeschwindigkeit des Stromes binarer Ziffern mit der Geschwindigkeit des Punktes über das Medium (25) envsprechend einer vorbestimmten Funktion synchronisiert.
15. System mit einer Vorrichtung nach anspruch 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Abtasteinrichtung ein Polygon (16) mit einer Vielzahl von reflektierenden Schrägflächen zum Reflektieren des auf diese auffallenden Lichtes auf das Medium, (25) und eine Einrichtung (40) zum derartigen Drehen des Polygons (16) umfasst, dass das reflektierte Licht abtastend in aufeinanderfolgenden Spuren über das Medium geführt wird-
16. System nach Anspruch 15, dadurch g e k e n n -c 1 1 c h n e t , dass die Lichtquelle (1) ein Laser ist, welcher einen Strahl parallelen Lichts von im wesentlichen gleichmässiger Intensität abgibt.
17. System nach Anspruch 15 oder 16, dadurch g e k e n n -e 1 c h n e t , d-as die Bitgeschwindigkeit des Zignals mit Hilfe einer Einrichtung (54) zum Takten des Bitstromes bestimmt wird, wobei die Taktgebereinrichtung eine Ausgangsfrequenz abhängig von einer Eingangsspannung zum Ändern der Bitgeschwindigkeit aufweist.
18. System nach Anspruch 17, dadurch g e 1 e n n -z e i c h r e t , dass die Synchronisiereinrichtung einen Funktionsgenerator (52) mit einer Ausgangswellenform proportional der Änderung der Geschwindigkeit ges Punktes bei dessen Streichen über das Medium (25) enthält, und dass die Ausgangswellenform die Eingangsspannung für die Taktgebereinrichtung (54) ist, wodurch die Bitgeschwindigkeit proportional der Geschwindigkeit des Punktes bei jeder Abtastung änderbar ist.
19. System nach Anspruch 18, dadurch zu g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Ausgangswellenform die Funktion 1/Sekans²α ist, wobei α der Abtastwinkel des Strahles (22) von dem Polygon (16) ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass eine zylindrische Linse (23, 36') in dem optischen Weg des abbildenden Strahles (22) zwischen den optischen Einrichtungen (10, lo, 20) und dem Medium (25) angeordnet ist, deren Öffnung mit der Öffnung der optischen Einrichtung derar¼n Verbindung steht, dass Auslauffehler korrigiert werden.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch g e k e n n -z e i c hn e t , dass die Abtasteinrichtung (16) ein Polygon mit einer Vielzahl von reflektierenden Schrägflächen zum Reflektieren des auf sie auffallenden modulierten Strahls zu dem Medium (25) und ebene Einrichtung (40) zum derartigen Drehen des Polygons (16) enthält, dass das reflektierte Licht in aufeinanderfolgenden Spuren abtastend über das Medium (25) geführt wird.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch g e k e n n -z e i c h ne t , dass die Lichtquelle (1) ein Laser ist, welcher einen Strahl parallelen Lichts von im wesentlichen gleichmässiger Intensität abgibt.
23. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass die zylindrische Linse (2, 36') eine Öffnung von D2#2b tgß hat, wobei b der Abstand der Linse von dem Ursprung des Auslauffehlers und ß das Winkelmass des Auslauffehlers ist, und dass die Linse (23> 36?) weiter eine Brennweite f2 definiert durch 1/f2 = 1/b + 1/b' hat, wobei b' der Abstand der Linse (2), 36') von der Brennebene ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch g e k e n n -z e i c hn e t , dass die zylindrische Linse (23, 36') eine Fokalzahl (f/Zahl)2#b'/ / 2tgß (b' + b) 7 hat, wobei b der Abstand der Linse von dem Ursprung des Auslauffehlers, b' der Abstand der Linse von der Brennebene und ß das Winkelmass des Auslauffehlers ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch g e- k e n n -z e i c h n e t , dass die zylindrische Linse (23, 36') mit einem Abstand von dem Medium (25) etwa gleich der Brennweite f2 der Linse angeordnet ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass sie eine räumlich von dem Medium (25) Einrichtung (48) zum Erfassen des Beginns der Punktabtastung mit einem vorbestimmten Abstand von der Fokussiereinrichtung (20) aufweist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch g e k e n n -z e i c hn e t , dass die Detektoreinrichtung (48) ein Zeitsteuerelement zum Anzeigen des Endes der Abtastung aufweist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass eine Einrichtung (42) zum Ablenken eines Teils des Abtastpunktes in einem vorbestimmten Beginn der Abtastposition von dem Medium (25) weg zum Beleuchten der Detektoreinrichtung (48) vorgesehen ist.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Abtasteinrichtung ein Polygon (16) mit einer Vielzahl von reflektierenden Schrägflächen zum Reflektieren des auf sie auffallenden Lichtes zu dem Medium (25) und eine Einrichtung (40) zum derartigen Drehen des Polygons enthält, dass das reflektierte Licht in aufeinanderfolgenden Spuren abtastend über das Medium (25) geführt wird.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Lichtquelle (1) ein Laser ist, welcher einen Strahl parallelen Lichts von im wesentlichen gleichmässiger Intensität abgibt.
31. Vorrichtung nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h -n e t durch eine Einrichtung (10, 18, 20) zum Fokussieren des modulierten Strahles auf einen Punkt auf der Oberfläche eines lichtempfindlichen Mediums (25) in einem vorbestimmten Abstand von der Fokussiereinrichtung, eine in dem optischen Weg des modulierten Strahles angeordnete Abtasteinrichtung (16) zum abtastenden Führen des Punktes über das Medium (25), um dem Medium (25) den Informationsinhalt des Punktes zu übermitteln, eine erste zylindrische Linse -(23, 36') in dem optischen Weg des fokussierten Strahles zwischen der Fokussiereinrichtung und dem Medium (25), eine mit Abstand zu dem Medium (25) und mit vorbestimmtem Abstand zu der Fokussiereinrichtung (10, 18, 20) angeordnete Einrichtung (48) zum Erfassen des Beginns der Abtastung, und eine zweite zylindrische Linse (46) zwischen der Detektoreinrichtung (48) und der Fokussiereinrichtung (10, 18, 20).
32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t s dass die zweite zylindrische Linse (46) von der Detektoreinrichtung (48) im wesentlichen den gleichen Abstand wie die erste zylindrische Linse (23, 36') von dem Medium (25) hat.
33. torrichtung nach Anspruch 32, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass eine Einrichtung (42) zum Ablenken eines Teils des Abtastpunktes in einem vorbestimmten Beginn der Abtastposition von dem Medium (25) weg zum Beleuchten der Detektoreinrichtung (4&) vorgesehen ist.
34. Vorrichtung nach Anspruch 32 oder 33, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t ß dass die zweite zylindrische Linse (46) optisch an die erste zylindrische Linse (23, 36') angepasst ist.
35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass die zweite zylindrische Linse (46) im wesentlichen die gleiche Brennweite und o nung wie die erste zylindrische Linse (23, 36') hat.
36. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass zwischen der Einrichtung (1) zum Erzeugen des Lichtstrahles und der Moduliereinrichtung (4) eine Einrichtung (3) zum Aufspalten deunmodulierten Strahles vorgesehen ist, so dass ein unmodulierter Strahl zu der Abtasteinrichtung (16) gerichtet wird, die Abtasteinrichtung (16) weiter einen Punkt unmodulierten Lichtes abtastend über eine nicht mit dem Medium (25) zusammenhängende Abtastbreite rührt, und eine Einrichtung (38) zum Erfassen und Anzeigen des Beginns der Abtastung dieses Punktes unmodulierten Lichtes vorgesehen ist.
37. System mit einer Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Detektoreinrichtung (38) ein Zeitsteuerelement zum Messen der Dauer der Abtastung enthält, so dass die Detektoreinrichtung (38) das Ende der Abtastung anzuzeigen vermag.
38. System nach Anspruch 37, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Anzeigen des Beginns und des Endes der Abtastung Anzeigen des Beginns des elektrischen Signals und dessen Ende sind.
39. System nach Anspruch 38, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Detektoreinrichtung (38) eine Einrichtung zum Diskriminieren des genauen Augenblicks des Beginns der Abtastung enthält.
40. System nach Anspruch 39, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t., dass die Abtasteinrichtung ein Polygon (16) mit einer Vielzahl von reflektierenden Schrägflächen zum Reflektieren des auf sie auffallenden Lichtes und einer Einrichtung (40) zum derartigen Drehen des Polygons enthält, so dass das modulierte reflektierte Licht in aufeinanderfolgenden Spuren abtastend über das Medium ( 25) und das unmodulierte reflektierte Licht in aufeinanderfolgenden Bewegungen abtastend von der Detektoreinrichtung (38) weggeführt wird.