DE2438981A1

DE2438981A1 - Optische abtastvorrichtung insbesondere fuer den fotosatz

Info

Publication number: DE2438981A1
Application number: DE2438981A
Authority: DE
Inventors: Edwin W Prof Bechthold
Original assignee: Eltra Corp
Current assignee: Eltra Corp
Priority date: 1973-09-19
Filing date: 1974-08-14
Publication date: 1975-04-17
Also published as: FR2244185B1; GB1484896A; DD114553A5; DE7427545U; FR2244185A1; US3881801A

Description

3106 13· August 1974

Dipl.-lng. Siegmar Schubert
Patentanwalt

6236 Eschborn 1

Frankfurter Allee 55-99

Postfach 5947

Eltra Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)

Optische Abtastvorrichtung insbesondere für den Fotosatz

Die' Erfindung betrifft eine optische Abtastvorrichtung insbesondere für den Fotosatz, in der mit mindestens einem Linsensystem ein Bild eines Gegenstands aus einer Gegenstandsebene in eine plane, lichtempfindliche Bildebene abgebildet wird., mit einem in dem optischen Weg zwischen der Bildebene und dem Linsensystem angeordneten Drehspiegel und mit einer in dem optischen Weg zwischen der Bildebene und dem Drehspiegel angeordneten passiven optischen Einrichtung zur Vermeidung von unscharfen und verzerrten Abbildungen in jeder Drehstellung des Drehspiegels.

In einer zum Stand der Technik gehörenden Fotosetzmaschine wird für die Schriftzeichenabbildungen auf einer photoempfindlichen Fläche ein Drehspiegel verwendet, der in unterschiedliche Positionen gedreht werden kann und dadurch die Schriftzeichen nebeneinander in einer Zeile auf der photoempfindlichen Fläche spiegelt. Dabei werden die Schriftzeichen an bestimmten Positionen eines Kreisbogens abgebildet, dessen Mittelpunkt die Rotationsachse des Drehspiegels ist. Um eine scharfe und unverzerrte Abbildung der Schriftzeichen auf der photoempfindllahen Fläche zu gewährleisten, muß diese Fläche entsprechend dem Abtastradius gekrümmt sein. Diese Krümmung hat aber Nachteile, weil die Handhabung des photoempfindlichen Materials komplizierter wird, wenn das Material quer zu dessen Längsrichtung gebogen werden muß.

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Zur Vermeidung dieser Nachteile ist bereits eine Abtastanordnung der eingangs genannten Gattung für den Fotosatz bekannt, in der die Bildebene plan ist. In dem optischen Weg der Abtastanordnung folgen ausgehend von der Gegenstandsebene ein Kollimatorlinsensystem, der Drehspiegel und eine Abtastlinsenanordnung, die die parallelen Strahlen auf die Bildebene fokussiert. Die Abtastlinsenanordnung hat außerdem die Aufgabe, Verzerrungen der Bilder zu vermeiden, wenn der durch den Drehspiegel umgelenkte optische Weg nicht senkrecht auf die Bildebene trifft_; und in diesen Fällen die unterschiedliche Bildweite auszugleichen. Hierzu ist das Abtastlinsensystem so ausgebildet, daß es nach der Beziehung y' = f · θ arbeitet, wobei y' der Abstand des Bildes vom Schnittpunkt der Achse der Abtastlinse und der Bildebene ist, f der Abstand des Abtastlinsensystems zur Bildebene ist und θ der Winkel zwischen den ausgerichteten Strahlen und der optischen Achse der Abtastlinse.

Dieses Abtastlinsensystem, das vorzugsweise als Vierlinser ausgebildet ist, muß aber relativ aufwendig sein, wenn keine Bildfehler in Kauf genommen werden sollen, die insbesondere für den typographisch hochwertigen Satz stören.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Abtastsystem der eingangs genannten Gattung zu schaffen, in der die optische Einrichtung zur Vermeidung von unscharfen und verzerrten Abbildungen in der planen Bildebene bei jeder Stellung des Drehspiegels weniger aufwendig ist, aber trotzdem den Anforderungen an typographisch hochwertigen Satz genügt. Die erforderliche Linsenzahl soll dabei auf ein Minimum beschränkt werden können. Außerdem soll das Abtastsystem besonders kompakt sein.

Diese Aufgabe wird für eine Abtasteinrichtung der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß die optische Einrichtung einen Spiegel mit einer sphärischen reflektierenden Oberfläche aufweist.

Auf die Qualität des sphärischen Spiegels kommt es hierbei nicht so sehr an, der deshalb verhältnismäßig wenig aufwendig sein kann.

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Um eine gute Bildqualität zu erreichen, ist der sphärische Spiegel vorzugsweise bildnah angeordnet. Das Linsensystem besteht vorzugsweise nur aus einem Objektiv, das zwischen der Gegenstandsebene und dem Drehspiegel angeordnet ist. Es fokussiert die von der Gegenstandsebene ausgehenden Strahlen des Gegenstands, insbesondere eines Schriftzeichens, in die Bildebene.

Die Petzval'sehe Bedingung, die für den Spiegel mit sphärischer Oberfläche vorteilhaft erfüllt wird, wird im folgenden ausgehend von der Veröffentlichung von Max Born und Emil Wolf 'Principles of Optics', (Pergamon Press, 19β5) erläutert: Auf den Seiten 225 · und 226 dieser Veröffentlichung wird eine Bedingung abgeleitet, die als Petzval'sehe Bedingung bekannt geworden ist. Mit ihrer Hilfe läßt sich eine gekrümmte, auf optischem Wege sendende oder reflektierende Ebene definieren, die ein sphärischer Gegenstand auf eine plane Bildebene projiziert.

Da das Abtastsystem hier einen Drehspiegel aufweist, mit dessen Hilfe ein Gegenstand auf eine sphärische Fläche projiziert wird, läßt sich die Petzval'sehe Bedingung benutzen, um dieses Bild auf eine plane Ebene zu fokussieren. Insbesondere, wenn die gekrümmte Oberfläche des Bildes, deren Krümmungsradius dem Abtastradius des Drehspiegels entspricht, als Gegenstands ebene aufgefaßt wird,, die eine Petzval'sehe Krümmung oder, reziprok, den Petzval'sehen Radius aufweist, kann der Gegenstand durch Zwischenschalten eines optischen Elements mit gekrümmter Oberfläche, die die Petzval'sehe Bedingung erfüllt, auf eine plane Ebene projiziert werden.

Hierzu weist die optische Einrichtung einen Spiegel auf, dessen reflektierende Oberfläche eine Krümmung mit geeignetem Radius hat. Bei Zugrundelegung der in der zuvor erwähnten Petzval'sehen Bedingung ergibt sich:

λ + λ (1 - D = ° R₁ R₂ U₁ U_1-1

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R, ist der Petzval'sehe Radius, Rp der Krümmungsradius der reflektierenden Oberfläche und n.
Spiegel in Luft. Daraus folgt:

flektierenden Oberfläche und n._, = -n. = 1 der Wert für einen

1-2 = 0
R₁ R₂

R₂ = 2R₁

Der Krümmungsradius der reflektierenden optischen Fläche sollte danach doppelt so groß sein wie der Petzval'sehe Radius bzw. der Abtastradius des Drehspiegels. Wäre die reflektierende Fläche parabolisch und der Abstand zwischen Bildebene und reflektierender Fläche auf der optischen Achse gleich Null, so würde dieses Verhältnis erhalten und die entstehende Verzerrung wäre minimal.

Fläche / Da aber eine kugelig-sphärische, reflektierende'mit konstantem Radius wirtschaftlicher hergestellt werden kann als eine paraboljsche Fläche und da die Bildebene nicht an derselben Stelle angeordnet werden kann wie die optische Einrichtung, wird der konstante Radius R_p der reflektierenden Fläche des Spiegels zweckmäßig etwas größer gewählt, um die entstehende leichte Abweichung zu korrigieren.

Bei dieser Ausführung ist zweckmäßig ein halbdurchlässiger Spiegel in dem optischen Weg zwischen dem sphärischen Spiegel und dem Drehspiegel angeordnet. Auf diese Weise wird das von der reflektierenden Fläche des sphärischen Spiegels zurückgeworfene Strahlenbündel nach außen in Richtung auf die zu überstreichende photoempfindliche Ebene gelenkt.

Zwar ist das optische Abtastsystem gemäß vorliegender Erfindung in erster Linie für Fotosetzmaschinen vorgesehen. Seine Anwendungsmöglichkeiten sind damit Jedoch keineswegs erschöpft. Insbesondere ist das optische Abtastsystem gemäß vorliegender Erfindung umkehr-

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bar, d.h. die Positionen von Gegenstand und Bild sind austauschbar. Daraus folgt, daß das beschriebene optische Abtastsystem dort vorteilhaft eingesetzt werden kann, wo ein Gegenstand mit einer im wesentlichen planen Oberfläche abgetastet und das Bild dieses Gegenstands auf eine stationär angeordnete photoempfindliche Ebene projiziert werden soll. In dieser Ausführungsart kann das optische System vor allem in Klarschrift- oder Zeichenlesern verwendet werden .

Eine bevorzugte Ausführungsform des optischen Abtastsystems einer Fotosetzmaschine wird im folgenden anhand einer Zeichnung mit drei Figuren beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schaubildliche Gesamtdarstellung des Abtastsystems;

Fig. 2 einen Aufriß mit teilweisem Querschnitt, der einen Seite des in Fig. 1 gezeigten Abtastsystems;

Fig. 5 einen Aufriß mit teilweisem Querschnitt, der

anderen Seite des in Fig. 1 gezeigten Abtastsystems.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsart wird das optische Abtastsystem für Fotosetzmaschinen verwendet, in der mit seiner Hilfe auf Film oder Fotopapier 10 ausgeschlossene Schriftzeilen erzeugt werden. Das Fotopapier kann schrittweise in die durch den Pfeil angegebene Richtung bewegt werden, und zwar mit Hilfe eines Elektromotors 14, Zahnrädern 15 und einer Aufnahmespule 16 in solcher Weise, daß die Schriftzeichen in aufeinander folgenden Zeilen auf der photoempfindlichen Fläche 18 abgebildet werden.

Die Schriftzeichen werden mit Hilfe einer sich kontinuierlich drehenden, durch einen Elektromotor 22 angetriebenen Trommel 20 ausgewählt und in die Belichtungsposition gebracht. Auf der Trommel 20 sind ein oder mehrere abnehmbare Streifen 24 aus Film oder einem ähnlichen Material angeordnet, das im wesentlichen undurchsichtig ist. Die Streifen 24 tragen eine Anz,ahl transparenter

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Schriftzeichen 26, die in einer oder mehreren kreisförmigen Spuren aufgebracht sind.

Ein bestimmtes gewünschtes Schriftzeichen wird dadurch in das optische System eingegeben, daß es in dem Augenblick von einer Blitzlichtlampe kurzzeitig angestrahlt wird, wenn seine Position mit der optischen Achse zusammenfällt. Die Blitzlichtlampe 30 wird durch die in Figur 1, Block 32, dargestellten Schaltkreise im geeigneten Augenblick ausgelöst. Ob sich ein bestimmtes gewünschtes Schriftzeichen in Belichtungsposition befindet oder nicht, wird dadurch ermittelt, daß der Auswahlschaltkreis Impulse zählt, die von der Fotozelle,34 abgegeben werden. Die Fotozelle 34 fängt Licht auf, das von einer Lampe 36 ständig auf eine Spur des Streifens 24 abgestrahlt wird, der eine Anzahl von quer zur Drehrichtung der Trommel angeordneten transparenten Linien oder Strichen 38 aufweist.

Die Abbildungen aufeinander folgender Schriftzeichen 26 werden durch ein Objektiv 40 erzeugt, das für den beschriebenen Anwendungsfall aus einer Optik mit kleinem Gesichtsfeld bestehen kann, da sowohl der Gegenstand (Schriftzeichen) als auch der Ort, an dem sein Bild erzeugt werden soll, klein sind. Damit die Schriftzeichen 26, die sich auf den Schriftzeichenträgern 24 befinden, in unterschiedlichen Schriftgraden abbildbar sind, können ein oder mehrere zusätzliche Objektive 42 auf einem drehbaren Objektivträger 44 angeordnet werden.

Das Abtasten der Schriftzeichenabbildungen auf der photoempfindlichen Fläche l8 erfolgt mit Hilfe eines Drehspiegels 46, der durch den Elektromotor 50 auf der Welle 48 gedreht wird. Der Motor 50 wird durch einen Steuerkreis in Block 52 in solcher Weise gesteuert, daß die Schriftzeichenabbildungen mit den gewünschten Zwischenräumen zu einer ausgeschlossenen Schriftzeile zusammengefaßt werden.

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Wie in Figur 2 dargestellt, wird die Drehung des Drehspiegels 46 auf einen Winkel von 54⁰JO' begrenzt. Würde keinerlei Korrektureinrichtung für die Erzeugung einer planen Abbildung verwendet, so würde die Optik die Schriftzeichenabbildung auf einer gekrümmten Fläche 54 erzeugen, die einen Radius von FL = etwa 220 mm hätte, gemessen an der Drehachse des Drehspiegels 46. Um die Schriftzeichenabbildungen aber auf einer planen Fläche erzeugen zu können, wird die Fläche.54 als Objektfläche betrachtet. FL wird dann ein Petzval'scher Radius. Sodann wird ein optisches Element, dessen
gekrümmte optische Oberfläche die Petzval'sehe Bedingung für plane Flächen erfüllt, zwischen dem Drehspiegel 46 und der AbbildungSroberflache angeordnet. Bei diesem optischen Element handelt es
sich um einen Spiegel 56 mit einer sphärischen reflektierenden
Fläche 58.

Im Idealfalle sollte zwar die reflektierende Oberfläche 58 parabolisch ausgebildet sein, jedoch ist die Herstellung des Spiegels 56 wirtschaftlicher, wenn die reflektierende Fläche 58 gewölbt
ausgebildet ist. Wird der Krümmungsradius Rp dieser Fläche richtig gewählt, so kann die entstehende Verzerrung der projizierten Abbildungen vernachlässigt werden.

In der bevorzugten Ausführungsart gemäß vorliegender Erfindung
haben der Krümmungsradius Rp der reflektierenden Oberfläche 58 und D, die Entfernung zwischen Drehspiegel und Oberfläche 58 (jeweils bezogen auf deren Mitte) folgende Werte:

Rp = etwa 453 mm
D₁ = etwa 194 mm

Die Entfernung D₂ vom Zeilenbeginn bis zum Zeilenende, d.h. das
größtmögliche Zeilenformat, beträgt etwa I90 mm.

Um die optische Achse 28 aus dem Bereich zwischen Drehspiegel 46 und reflektierender Oberfläche 58 abzulenken, ist ein halbdurch-

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lässiger Spiegel 60 in der in den Abbildungen 1 bis 3 gezeigten Position angeordnet. Wie in Abbildung 1 gezeigt, wird das von der Blitzlichtlampe JO erzeugte Licht, das der optischen Achse 28 folgt, zuerst über den Drehspiegel 46 durch den halbdurchlässigen Spiegel 60 auf die sphärische reflektierende Oberfläche 58 gelenkt und von dort nach außen durch den Spiegel 60 auf die lichtempfindliche Fläche l8 des Fotopapiers 10 projiziert.

Da der halbdurchlässige Spiegel 60 eine plane, halbdurchlässige Oberfläche aufweist, hat er keinerlei korrigierenden Einfluß auf die durch den Abtastspiegel 46 erzeugte Entzerrung der Gegenstandsabbildung.

Damit ist die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform des optischen Abtastsystems gemäß vorliegender Erfindung abgeschlossen.

Wie aus der Darstellung in den Figuren 1 bis jj durch die vorangegangene Beschreibung deutlich geworden sein dürfte, ist das optische Abtastsystem gemäß vorliegender Erfindung umkehrbar. Mit anderen Worten, die Positionen von Gegenstand und Bild sind austauschbar. Statt Abbildungen durch Abtasten auf einer photoempfindlichen Fläche zu erzeugen, kann das optische System eine plane Gegenstandsoberfläche abtasten und das Bild dieses Gegenstands auf ein stationäres Medium projizieren.

Diese umgekehrte Anordnung des optischen Abtastsystems gemäß vorliegender Erfindung kann beispielsweise für Zeichenleser verwendet werden. In diesem Falle werden die zu lesenden Dokumente an der Stelle angeordnet, an der sich das Fotopapier 10 befindet, und die abgetasteten Schriftzeichen werden auf einem lichtempfindlichen Medium an der Position des Schriftzeichenträgers 24 abgebildet.

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Claims

2Α3898Ί

Patent-(Schutz-)Ansprüche

1} Optische Abtastvorrichtung insbesondere für den Fotosatz, in der mit mindestens einem Linsensystem ein Bild eines Gegenstands aus einer Gegenstandsebene in eine plane, lichtempfindliche Bildebene abgebildet wird, mit einem in dem optischen Weg zwischen der Bildebene und dem Linsensystem angeordneten Drehspiegel und mit einer in dem optischen Weg zwischen der Bildebene und dem Drehspiegel angeordneten passiven optischen Einrichtung zur Vermeidung von unscharfen und verzerrten Abbildungen in jeder Drehstellung des Drehspiegels, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung einen Spiegel (56) mit einer sphärischen reflektierenden Oberfläche (58) aufweist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der sphärischen Oberfläche (58)· so dimensioniert ist, daß die Petzval'sehe Bedingung für die plane Bildebene unabhängig von der Stellung des Drehspiegels erfüllt ist.
3. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der sphärischen Oberfläche (58) konstant und etwas größer als die doppelte Entfernung entlang dem optischen Weg zwischen dem Drehspiegel (46) und der sphärischen Oberfläche des Spiegels ist.
4. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem optischen Weg zwischen dem Drehspiegel (46) und dem Spiegel (56) mit sphärischer Oberfläche ein halbdurchlässiger· ebener Spiegel'(60) angeordnet ist, der den optischen Weg von dem sphärischen Spiegel auf die Bildebene umlenkt.
5. Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Linsensystem ein das Bild des

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Gegenstands in die Bildebene fokussierendes Objektiv (40 bzw. •42) ist, das zwischen der Gegenstandsebene und dem Drehspiegel angeordnet ist.·

Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, insbesondere für Klarschrift- und Zeichenleser, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstandsebene und die Bildebene gegenüber den voranstehenden Abtastanordnungen miteinander vertauscht sind, daß die Gegenstandsebene plan ist und daß die Bildebene eine stationäre Fläche ist.

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