DE2647875C2

DE2647875C2 -

Info

Publication number: DE2647875C2
Application number: DE2647875A
Authority: DE
Inventors: Koichi Masegi; Takashi Yokohama Kanagawa Jp Kitamura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1975-10-24
Filing date: 1976-10-22
Publication date: 1989-06-01
Also published as: DE2647875A1; JPS5932770B2; JPS5252634A; US4198154A

Description

Die Erfindung betrifft ein Bildaufzeichnungsgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der US-PS 36 88 026 ist ein derartiges Bildaufzeich nungsgerät bekannt, bei dem drei Kathodenstrahlröhren zum Einsatz kommen, die durch drei Farbbildsignale eines wieder zugebenden Farbbilds selektiv gesteuert werden. Die Phos phorschirme der drei Kathodenstrahlröhren werden über ein optisches System auf einen fotografischen Träger wie etwa einen Film unter gegenseitiger Überlagerung projiziert. Zur Wiedergabe von Halbtonbildern weist jede Kathodenstrahlröhre eine Strahlpunkt-Steuereinrichtung zur Steuerung des Durch messers des auf den zugehörigen Phosphorschirm auftreffenden Kathodenstrahlpunkts unter Einsatz eines Kathodenstrahl-Fo kussiersystems auf. Dieses Fokussiersystem besteht aus drei konzentrisch angeordneten Elektroden, von denen den beiden äußeren ein festes Potential aufgeprägt ist, während die innere Elektrode entsprechend dem Videosignal gesteuert wird und eine Veränderung des effektiven Durchmessers des durch lässigen Bereichs des Fokussiersystems, d. h. eine Art Blen densteuerung bewirkt. Das bekannte Bildaufzeichnungsgerät ist allerdings für eine Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung großer Qualität nicht gut geeignet.

Weiterhin ist aus der DE-OS 21 07 738 ein Bildaufzeichnungs gerät bekannt, bei dem der Aufzeichnungsstrahl nach Art einer Fernsehbild-Erzeugung über mehrere Zeilen abgelenkt und hierbei entsprechend dem aufzuzeichnenden Muster hell-/ dunkelgetastet wird. Eine Variation des Strahlpunkt-Durch messers findet hierbei nicht statt. Eine Dichte-Variation erfolgt durch Variation der Anzahl der Aufzeichnungspunkte konstanten Durchmessers je Bildelementfläche. Diese Art der Wiedergabe unterschiedlicher Vorlagendichten erfordert allerdings ersichtlich größeren Aufwand aufgrund der Bereit stellung einer Vielzahl von Bildelement-Unterpunkten, die alle aufeinanderfolgend durch den entsprechend abgelenkten Laserstrahl abgetastet werden müssen. Hierdurch wird auch die maximal erzielbare Aufzeichnungsgeschwindigkeit be schränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bildaufzeich nungsgerät derart auszugestalten, daß bei hoher Aufzeich nungsgeschwindigkeit gute Aufzeichnungsqualität erreicht wird.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Bildaufzeichnungsgerät wird somit der Laserstrahl sowohl durch die Strahlpunkt-Steuereinrich tung als auch durch die Intensitässteuereinrichtung einer von der jeweiligen Halbtondichte des aufzuzeichnenden Bilds abhängenden Modulation unterzogen, so daß eine sehr getreue Halbtonwiedergabe erreichbar ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrie ben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausfüh rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Bildauf zeichnungsgeräts in perspektivischer Sicht,

Fig. 2A eine Ausführungsform einer Strahlendehnein richtung, die als Steuereinrichtung zur Steue rung der Strahlenpunktgröße verwendbar ist,

Fig. 2B einen Teil der Einrichtung gemäß Fig. 2A in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3 eine Vorderansicht eines Aufzeichnungsab schnitts,

Fig. 4 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Belichtung und der Bilddichte oder Bildschwärzung auf einem Aufzeichnungs medium, die Beziehungen zwischen der Belichtung und dem Abstand sowie die Beziehungen zwischen der Bilddichte oder Bildschwärzung und dem Abstand veranschaulicht,

Fig. 5 eine Darstellung, die einen winzigen Bereich des Bildes in Form eines Rechteckes und den Bereich der Schwärzungsdichte D₁ in Form eines Kreises veranschaulicht,

Fig. 6 ein Schaubild, in welchem die durchschnitt liche Dichte oder Schwärzung über dem Wert r₀ aufgetragen ist, wobei r₀ der Radius des kreisförmigen Bereiches der Schwärzungs dichte D₁ ist,

Fig. 7 und 8 Energieverteilungen des Strahles auf dem Aufzeichnungsmedium (Aufzeichnungs material),

Fig. 9 ein Schaubild, das die Änderung des minimalen Strahldurchmessers für die Aberration veran schaulicht,

Fig. 10A bis 10E drei weitere Ausführungsbei spiele der Punktgrößen steuerung, wobei die Fig. 10A und 10B eine Vorderansicht bzw. eine Draufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels zeigen, Fig. 10C und 10D gleiche Ansichten eines zweiten Ausführungsbeispiels darstellen und Fig. 10E eine Vorderansicht eines dritten Ausführungsbeispiels darstellt,

Fig. 11A ein weiteres Ausführungsbeispiel der Punkt größensteuerung,

Fig. 11B eine vergrößerte Ansicht eines Teiles der Punktgrößensteuerung gemäß Fig. 11A,

Fig. 11C ein Schaubild mit der Kennlinie der sphärischen Aberration für die Einfallshöhe von der opti schen Achse des auftreffenden Strahles,

Fig. 12A ein Blockschaltbild des elektrischen Systems zur Steuerung der Punktgrößen-Steuer einrichtung, und

Fig. 12B ein Blockschaltbild einer weiteren Aus führungsform des elektrischen Systems.

Im folgenden ist ein Gerät beschrieben, das einen Laserstrahl zur Abtastung ei nes elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterials verwendet, und zwar insbesondere anhand von Ausführungs beispielen, bei denen Rasterpunkte zur Darstellung von Halbtönen eines Bildoriginals verwendet werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1, in der in perspektivi scher Ansicht schematisch eine Ausführungsform des erfindungs gemäßen Bildaufzeichnungsgeräts dargestellt ist, soll die Erfindung zunächst umrissen werden.

Gemäß Fig. 1 wird der von einem Laseroszillator 101 abgegebene Laserstrahl über den Spiegel 102 auf die Eingangs öffnung eines Modulators 103 gerichtet. Der Spiegel 102, der zur Umlenkung des Strahlenganges zwecks Verringerung des von dem Gerät in Anspruch genommenen Raumes dient, kann entfallen, wenn dies nicht erforderlich ist.

Der Modulator 103 kann ein bekanntes akustisch-opti sches Modulationselement sein, das den akustisch-optischen Effekt ausnutzt, oder aber ein bekanntes elektro-optisches Bauelement, das den elektro-optischen Effekt ausnutzt.

In dem Modulator 103 wird der Laserstrahl entsprechend dem Eingangssignal des Modulators stark oder schwach modu liert. Wenn als Laseroszillator 101 ein Halbleiterlaser, ein Gaslaser bzw. ein Laser der jenigen Art, bei der eine Strommodulation möglich ist, oder ein Laser mit interner Modulation derjenigen Art, die in dem Strahlengang des in Schwingungen versetzten Strahles ein Modulationselement aufweist, verwendet wird, kann der Molulator 103 entfallen und der Laserstrahl direkt einer Punktgrößen- Steuereinrichtung Strahlpunkt-Steuereinrichtung 104 zugeführt werden. Der von dem Modulator 103 abgegebene Laserstrahl wird von der Punktgrößensteuer einrichtung 104 derart gesteuert, daß die Punktgröße des Strahles auf einem Aufzeichnungsmaterial (Aufzeichnungsträger) bestimmt werden kann. Wie im folgenden noch näher beschrieben wird, wird mittels der Funktionen der Punktgrößensteuerein richtung 104 dem Strahl entsprechend dem Intensitätssignal des Bildes eine Aberration erteilt und ein Teil des Strahles teilweise aus der Phase gebracht sowie die Größe des Strahlen punktes auf dem Aufzeichnungs träger gesteuert. Beispielsweise kann die Punktgrößen-Steuer einrichtung 104 realisiert werden, indem ein sog. Strah lendehner zur Erweiterung des Durchmessers eines parallelen Strahles verwendet wird.

Im Falle der Verwendung eines Strahlendehners des Teleskoptyps, wie er in Fig. 2A dargestellt ist, ist ein optischer Kristall 203 z. B. aus Kaliumphosphat (KH₂PO₄) oder Ammoniumphosphat (NH₄H₂PO₄), dessen Brechungsindex durch ein elektrisches Feld veränderbar ist, direkt in oder an der Brennebene einer eingangsseitigen Linsengruppe 201 angeordnet, wobei die optischen Achsen der art ausgerichtet sind, daß bei Nichtanliegen eines elektri schen Feldes der Brennpunkt einer ausgangsseitigen Linsen gruppe 202 im Brennpunkt der eingangsseitigen Linsengruppe 201 liegt. Wenn kein elektrisches Feld an dem optischen Kristall 203 anliegt und der einfallende Strahl 204 eine ebene Welle ist, wirkt der optische Kristall somit als üblicher Strahlendehner, so daß ein Strahl in Form einer ebenen Welle 205 austritt, wie dies in Fig. 2A durch ausgezogene Linien dargestellt ist. Wird dagegen ein elektrisches Feld an den optischen Kristall 203 angelegt, so verändert sich die Länge des Lichtweges in dem Kristall 203 derart, daß die Brenn ebene der eingangsseitigen Linsengruppe 201 und die Brenn ebene der ausgangsseitigen Linsengruppe 202 nicht mehr zu sammenfallen. Dies ist in Fig. 2B detailliert dargestellt. Wenn somit eine ebene Welle als auftreffender Strahl 204 einfällt, nimmt demzufolge der austretende Strahl 205′ die Form einer sphärischen Welle oder Raumwelle an, wie dies in Fig. 2B durch gestrichelte Linien veranschaulicht ist. Das heißt, daß der austretende Strahl anstelle einer ebenen Welle eine Wellenfront darstellt, der eine Aberration erteilt worden ist.

Der austretende Strahl 205, der den Ausgangsstrahl der Punktgrößen-Steuereinrichtung 104 darstellt (siehe Fig. 1), wird sodann einem nachfolgenden optischen System zugeführt. Wenn dieses nachfolgende optische System derart aufge baut ist, daß bei Einfallen einer ebenen Welle der Punkt auf dem Aufzeichnungsträger seinen Mini maldurchmesser einnimmt, und eine sphärische Welle dem Eingang zugeführt wird, wenn ein elektrisches Feld an den opti schen Kristall 203 angelegt worden ist, wird ein Lichthof Halo auf der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers gebildet, so daß der Durchmesser des Strahles vergrößert ist. Auf diese Weise kann der Strahldurchmesser auf dem Aufzeichnungsträger durch den Änderungsbetrag der Länge des Lichtweges innerhalb des Kristalls 203, d. h. durch die Intensität des an den Kristall angelegten elektrischen Feldes gesteuert werden.

Im weiteren Verlauf der Beschreibung erfolgt eine detailliertere Beschreibung der Punktgrößen-Steuerein richtung. Zunächst wird aber das nachfolgende optische System das bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform eingesetzt ist, unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform beschrieben, bei der die vorausgehend erläuterte Punktgrößen- Steuereinrichtung 104 des Strahlendehnertyps Verwendung findet.

Der von der Punktgrößen-Steuereinrichtung 104 abge gebene Ausgangslaserstrahl trifft auf einen polygonalen drehbaren Spiegel 105 auf, der eine oder mehrere Spiegelober flächen aufweist, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Natürlich kann der polygonale drehbare Spiegel auch durch eine be kannte Abtasteinrichtung, wie z. B. durch einen Galvanospiegel oder dergl., ersetzt werden. Der polygonale drehbare Spiegel 105 ist auf einer Welle befestigt, die von einem hochgenauen Präzisionslager (wie etwa einem pneumatischen Lager) gehalten und gelagert und von einem Motor 106 (wie einem Hysterese- Synchronmotor oder einem Gleichstrom-Servomotor) mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben wird. Der von dem poly gonalen drehbaren Spiegel 105 horizontal abgelenkte Laserstrahl 112 wird mittels einer Sammel- oder Fokussierlinse 107, die eine f-R-Kennlinie aufweist, als Punkt auf eine lichtempfindliche Trommel 108 gerichtet.

Wenn ein paralleler Strahl als Punkt durch eine Sammellinse gebündelt oder fokussiert wird, ist ferner der minimale Punktdurchmesser d _min gegeben durch:

wobei f die Brennweite der Sammellinse, λ die Wellenlänge des verwendeten Lichtes und A die Eingangsapertur der Sammellinse ist (wenn der Strahldurchmesser kleiner als die Apertur ist, ist A die Ausdehnung des Strahles). Es ist je doch zu beachten, daß ε eine Konstante ist, deren Wert an nähernd 1 beträgt und zum Beispiel für einen Laserstrahl, dessen Durchmesser kleiner als die Eingangsapertur ist, ε = 1,27 beträgt. Wenn f und λ konstant sind, läßt sich ein kleinerer Punktdurchmesser d _min erhalten, wenn der Wert A vergrößert wird. Der vorausgehend beschriebene Strahlendehner 104 dient zur Erzielung eines solchen Effektes.

Vorausgehend wurde der Fall diskutiert, daß eine Wellenfront ohne jede Aberration auf die f-R-Linse auftrifft. Wenn eine Wellenfront mit einer gewissen Aberration auf die f-R-Linse auftrifft, gilt für den Strahldurchmesser auf dem Aufzeichnungsmedium:

wobei K die Wellenzahl des Lichtes, f die Brennweite der f-R-Linse, A die Ausdehnung des Laserstrahls und σ der Aberra tionskoeffizient des noch näher zu beschreibenden Strahlen dehners bezeichnen. Wenn der zu beschreibende Aberrationskoeffizient 0 ist, entspricht Gleichung (4) Gleichung (3), vorausgesetzt, daß ε=⁴/Π ist.

Ein Strahlendetektor 118 ist vorgesehen, der einen schmalen Einlaßschlitz aufweist und ein schnell ansprechendes fotoelektrisches Wandlerelement (z. B. eine PIN-Diode) aufweist. Der Strahlendetektor 118 erfaßt eine be stimmte Lage des abgelenkten bzw. geschwenkten Laserstrahls 112 und gibt ein Erfassungssignal ab, das die zeitliche Steuerung der Abgabe des Eingangssignals an den Modulator 103 zum Auf bringen einer gewünschten Lichtinformation auf die licht empfindliche Trommel festlegt. Hierdurch können Fehler in der Teilungsgenauigkeit einer jeden reflektierenden Ober fläche des polygonalen drehbaren Spiegels 105 und die von Unregelmäßigkeiten der Drehbewegung des drehbaren Spiegels herrührende Fehlsynchronisation der Signale in horizontaler Richtung in hohem Maße verringert werden, so daß eine gute Qualität bei der Abbildung des Bildes erzielt wird und außerdem die für den polygonalen drehbaren Spiegel 105 und den Antriebsmotor 106 erforderlichen Genauigkeitstoleran zen vergrößert werden können, wodurch sich die Herstellungs kosten senken lassen.

Der abgelenkte, modulierte und von der Punktgrößen- Steuereinrichtung 104 defokussierungsgesteuerte Laserstrahl 112 wird auf die lichtempfindliche Trommel 108 geworfen, um auf dieser ein latentes Bild auszubilden, das sodann mittels eines elektrofotografischen Verfahrens zu einem sicht baren Bild entwickelt, auf glattes Papier übertragen und fixiert und schließlich als sog. Hart kopie ausgegeben wird.

Ein Aufzeichnungsabschnitt 110 soll im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 3 näher erläutert werden.

Ein Beispiel für das elektrofotografische Verfahren, das erfindungsgemäß anwendbar ist, läßt sich z. B. der US- Patentschrift 36 66 363 entnehmen. Bei diesem Verfahren wird die lichtempfindliche Trommel 108, die eine elektrisch leitfähige Schicht, eine fotoelektrisch leitfähige Schicht und eine Isolierschicht aufweist, von einer ersten Korona-Aufladeein richtung 109 gleichmäßig voraufgeladen während mittels einer Wechselstrom-Koronaaufladeeinrichtung 110 eine Wechselstrom Koronaentladung auf einen Aufzeichnungs träger wie z. B. Papier oder dergl. übertragen. Das übertragene Bild wird mittels einer Fixiereinrichtung 115, die aus einer Infrarotlampe oder einer erwärmten Platte besteht, fixiert. Nach der Bildübertragung wird die Oberfläche der Isolierschicht von einer Reinigungsein richtung 116 gereinigt, um sämtliche restlichen aufgeladenen Partikel von der Schicht zu entfernen, so daß die lichtemp findliche Trommel erneut für eine Wiederverwendung zur Ver fügung steht.

In Fig. 3 bezeichnen die Bezugszahl 114 eine Bild übertragungs-Koronaentladeeinrichtung und die Bezugszahl 117 eine Stab-Koronaentladeeinrichtung zum Anpressen der Entwicklerflüssigkeit, wenn flüssiger Entwickler verwendet wird. In den Fig. 1 und 3 bezeichnen gleiche Be zugszahlen gleiche Bauteile.

Für das vorausgehend erläuterte Ausführungsbeispiel soll im folgenden die Darstellung von Halbtönen durch Änderung des Strahldurchmessers auf dem Aufzeichnungsträger mit Hilfe der Punktgrößensteuereinrichtung detailliert beschrieben werden.

Der auf das Aufzeichnungsmedium oder den Aufzeichnungsträger gerichtete und fokussierte Laserstrahl bewirkt eine Dichte- oder Schwärzungsverteilung auf dem lichtempfindlichen Medium entsprechend der Belichtungs/Dichtekennlinie bzw. Belichtungs/Schwärzungskennlinie des Aufzeichnungsträgers. Fig. 4 veranschaulicht die Umsetzung des Laserstrahls in die Dichte- oder Schwärzungsverteilung, die sich bei einem Aufzeichnungsträger ergibt, dessen Belichtungs/ Schwärzungskennlinie einen engen linearen Bereich aufweist, in dem die Änderung der Schwärzung in Abhängigkeit von der Belichtung linear verläuft. Mit der Bezugszahl 402 ist die Belichtungs/Schwärzungskennlinie bezeichnet. Der auf das Aufzeichnungsmedium oder den Aufzeichnungsträger gerichtete Laserstrahl weist annähernd eine Gauß'sche Verteilung 401 auf, die in einen Kreis 404 mit dem Radium r₀ und der Dichte oder Schwärzung D₁ umgesetzt wird. Obwohl der lineare Bereich der Belichtungs/Schwärzungskennlinie des Aufzeichnungsmediums eng ist, weist das Aufzeichnungsmedium irgendeinen linearen Bereich bei einer beliebigen Rate oder einem beliebigen Betrag auf, so daß die Kreisfläche des Kreises 404 mit dem Radius r₀ eine mittlere Dichte der Schwärzung zwischen den Werten D₀ und D₁ aufweist. Im folgenden soll dies genauer erläutert werden.

Die Energie des Laserstrahls auf dem Aufzeichnungsträger kann der Gauß'schen Verteilung angenähert werden, d. h., der folgenden Gleichung:

wobei I _tot die Gesamtenergie bezeichnet, und w _s die Ausdehnung des Strahles. Wird nun angenommen, daß die Dichte oder Schwärzung des Aufzeichnungsträgers sich von dem Wert D₀ auf den Wert D₁ vor und nach der Belichtung E _T ändert, so gilt für den Durchmesser des Kreises 404 mit der Dichte oder Schwärzung D₁:

wobei T die Belichtungszeit bezeichnet.

Der Durchmesser des Kreises mit der Dichte oder Schwärzung D₁ kann daher vergrößert oder verkleinert werden, indem der Strahldurchmesser w _s des Laserstrahls, seine Gesamtenergie I _tot und die Belichtungszeit als veränderbare Größen in die Betrachtung einbezogen werden. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache soll die Darstellung von Halbtönen eines Bildes im folgenden erläutert werden.

Es sei ein bestimmter winziger Bereich betrachtet (der die Fläche B und die Dichte oder Schwärzung D₀ aufweisen soll), mit dem zusammen ein Bereich der Dichte oder Schwärzung D₁ (dessen Fläche C sein soll) vorbereitet werden soll. Die mittlere Dichte oder Schwärzung dieses winzigen Bereichs ist dann:

Wenn D₀=0 ist, nimmt dieser Ausdruck somit den Wert an. Wenn z. B. der winzige Bereich ein Quadrat und der Bereich der Dichte oder Schwärzung D₁ ein Kreis ist, wie dies in Fig. 5 darstellt ist, ist die mittlere Dichte oder Schwärzung gegeben durch

(2r₀L)

Wenn dies der Fall ist, ergibt sich beim Auftragen der mittleren Dichte oder Schwärzung über r₀² das Schaubild gemäß Fig. 6, wobei die maximale Dichte oder Schwärzung nicht den Wert D₁, sondern den Wert D₁ aufweist. Damit sich für die maximale Dichte oder Schwärzung der Wert D₁ ergibt, kann ein optisches System zur Umwandlung der Form des Strahles in ein Quadrat, z. B. eine zylindrische Linse, in der Mitte des Lichtweges oder Strahlenganges angeordnet werden.

Bei dem im folgenden diskutierten System findet zwar kein derartiges optisches System Verwendung, jedoch trifft der geschilderte Sachverhalt auch auf den umgekehrten Fall zu.

Aus der vorausgehend erläuterten Gleichung 8 ergibt sich, daß die Halbtöne durch Veränderung des Wertes r₀ dargestellt werden können.

Im folgenden soll ein spezifisches Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Veränderung des Wertes r₀ erläutert werden.

Bei dem Strahlendehner des in den Fig. 2A und 2B dargestellten Typs ist z. B. ein elektro-optisches Bauelement, etwa aus Kaliumphosphat oder Ammoniumphosphat, das eine Dicke l aufweist, in der Nähe des gemeinsamen Brennpunktes der ersten Linsengruppe 101 und der zweiten Linsengruppe 202 zwischen diesen Linsengruppen angeordnet. Der optische Abstand zwischen den Linsengruppen 201 und 202 beträgt l₁+ l₂+n (E)×1≡f₁+f₂+Δ (E), wobei der Ausdruck n (E) anzeigt, das der Brechungsindex oder Brechungskoeffizient des Kristalles sich bei Anlegen einer Spannung E ändert (elektro-optischer Effekt).

Wenn ein Laserstrahl (der annähernd als Gauß'scher Strahl bzw. als Strahl mit einer Gauß-Verteilung angesehen werden kann), der durch den Ausdruck:

repräsentiert wird, auf ein derartiges optisches System auftritt, ist der austretende Laserstrahl proportional dem Ausdruck:

wobei

sind.

Der austretende Laserstrahl weist somit einen Aberrationsterm K σ r² auf. Wenn dieser Strahl auf die vorausgehend erläuterte f←R-Linse fällt, wird der Strahldurchmesser im Vergleich zu demjenigen Fall, bei dem keine Aberration vorliegt, gedehnt. Das Ausmaß der Dehnung ist bereits in Verbindung mit der f←R-Linse vorausgehend beschrieben worden.

Durch eine solche entsprechende Steuerung der an das innerhalb des Strahlendehners 104 angeordnete elektro-optische Bauelement angelegten Spannung ist es möglich, dem aus dem Strahlendehner austretenden Strahl eine variable Aberration zu erteilen und auf diese Weise den Durchmesser des auf den Aufzeichnungsträger gerichteten Strahls zu variieren. Hierbei wird die Spitzenleistung des Strahles aufgrund der Vergrößerung des Strahldurchmessers verringert, so daß der Modulationspegel des Modulators 103 geändert werden muß, um die Spitzenleistung wieder zu erhöhen.

In Fig. 7 ist die Energieverteilung des Strahles auf dem Aufzeichnungsträger veranschaulicht. Es ist ersichtlich, daß der Spitzenwert abfällt, da der Strahldurchmesser von einer Verteilung 701 auf eine Verteilung 702 verbreitert bzw. ausgedehnt wird. In Fig. 8 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem, wenn eine verengte Strahlverteilung 803′ vorliegt, der Spitzenwert verringert wird, um eine Verteilung 803 zu erhalten, die den gleichen Spitzenwert aufweist wie eine Verteilung 804. Es ist ersichtlich, daß in diesem Falle das lichtempfindliche Material bei der Verteilung 804 in ausreichendem Maße gesättigt ist, so daß ein erforderlicher maximaler Punktdurchmesser gebildet bzw. erhalten wird. Dies bedeutet z. B., daß der Ausdruck in Gleichung 5, der die Energieverteilung des Laserstrahls bezeichnet, konstant gehalten wird. Da der Strahldurchmesser auf dem Aufzeichnungsträger durch Gleichung 4 gegeben ist, ergibt sich für den Wert w _s in Gleichung 5:

Demzufolge ergibt sich die mittlere Dichte oder Schwärzung unter Verwendung der Gleichung 6 und 8 wie folgt:

Wenn die Spitzenleistung des Laserstrahls konstant gehalten wird, ist die Dichte proportional zu

Diese Gleichung zeigt, daß die Dichte bzw. Schwärzung bei Einführen oder Auftreten einer Aberration verändert wird.

In Fig. 9 ist die Änderung des Strahldurchmessers d _min für eine Aberration s A² aufgetragen. In diesem Schaubild bezeichnen f die Brennweite der f←R-Linse, λ die verwendete Wellenlänge, K die verwendete Wellenzahl, A den Strahldurchmesser des auf die f←R-Linse fallenden Strahles und σ den Aberrationskoeffizienten. Aus Gleichung 10 sowie Fig. 9 ist ersichtlich, daß der Strahldurchmesser d _min verändert wird, indem dem Strahl eine Aberration erteilt wird. Dies wiederum bedeutet, daß die Dichte oder Schwärzung in großem Maße durch Erteilung einer geringen Aberration geändert werden kann. Dies zeigt, daß das beschriebene Verfahren zur Vergrößerung oder Verkleinerung des Durchmessers des Kreises mit der Dichte oder Schwärzung D₁ wesentlich wirksamer ist als das Verfahren, bei dem lediglich die Gesamtenergie des Laserstrahls verändert wird. Dies hängt einfach davon ab, welchem Term der die Dichte oder Schwärzung bezeichnenden Gleichung 10 die Dichte oder Schwärzung proportional ist, nämlich dem auf den Strahldurchmesser bezogenen Term d ²_min oder dem Term

der sich auf die Gesamenergie I _tot des Laserstrahls bezieht. Wenn die Intensität I _tot allein geändert wird, wird der Strahldurchmesser mit der Dichte oder Schwärzung D₁ lediglich logarithmisch geändert, so daß das Änderungsmaß gering ist, was zu dem Ergebnis führt, daß kein großer dynamischer Änderungsbereich der Dichte oder Schwärzung erhalten werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Bildaufzeichnungsgerät wird dagegen ein großer dynamischer Bereich der Dichte oder Schwärzung erzielt, indem der Aberrationskoeffizient σ zur Änderung des Strahldurchmesser d ²_min geändert und außerdem, falls erforderlich, auch der Wert I _tot verändert wird, um die Aufzeichnung eines Bildes zu ermöglichen.

Zur beispielhaften Erläuterung der Punktgrößen- Steuereinrichtung ist bisher eine Möglichkeit zur Erzielung einer sphärischen Aberration beschrieben worden, und zwar insbesondere eine Maßnahme zur Erzielung dieser Aberration durch Anordnung eines elektro-optischen Bauelementes in dem teleskopartigen optischen System. Jedoch kann die Punktgröße auch mittels eines Verfahrens gesteuert werden, bei dem bewirkt wirkt, daß zumindest ein Teil des Laserstrahls eine Phasendifferenz aufweist, wodurch teilweise eine Aberration erzeugt und dadurch die Punktgröße gesteuert wird.

Weitere Beispiele der Maßnahmen zur Steuerung der Punktgröße sind in Fig. 10 veranschaulicht. Das Verfahren bzw. die Maßnahmen gemäß den Fig. 10A und 10B beziehen sich auf diejenige Art, bei der ein Material oder eine Substanz 1004, mit dessen Hilfe der elektro-optische Effekt erzielbar ist, in dem Lichtweg oder Strahlengang angeordnet wird, um dem Strahl teilweise eine Aberration zu erteilen. Stoffe, mit deren Hilfe sich der elektro-optische Effekt erzielen läßt, umfassen Flüssigkeiten, die den Kerr-Effekt zeigen, wie z. B. Nitrobenzol oder Schwefelkohlenstoff bzw. Kohlenstoff disulfid, sowie diejenigen Stoffe, die den Pockels-Effekt zeigen, wie z. B. Kaliumphosphat (KH₂PO₄), Ammoniumphosphat (NH₄H₂PO₄), LiNbO₃, LiTaO₃ oder dergleichen. Jeder dieser Stoffe ist erfindungsgemäß verwendbar. Wenn Kaliumphosphat (KDP) als Substanz oder Stoff 1004 verwendet wird, dienen die Anordnungen gemäß Fig. 10A und 10B zur Verringerung der an dem Kaliumphosphat-Kristall anliegenden Spannung.

Eine ebene Welle 1001 wird mittels zylindrischer Linsen 1002 und 1003 einer einseitigen Komprimierung unterworfen und gelangt in den Kaliumphosphatkristall 1004 als Strahl mit einer rechteckig ausgebildeten Querschnittsform 1001′. Wie in Fig. 10B dargestellt ist, sind Elektroden 1005 an dem Kaliumphosphatkristall 1004 angebracht, über die der Strahl einem unregelmäßigen elektrischen Feld ausgesetzt wird. Wenn keine Spannung an dem Kaliumphosphatkristall 1004 anliegt, tritt die durch eine Endfläche des Kaliumphosphatkristalles 1004 einfallende ebene Welle in gut geglättetem Zustand aus der anderen Endfläche ohne jede Aberration aus, woraufhin sie wiederum mittels zylindrischer Linsen 1006 und 1007 zu einer ebenen Welle geformt wird. Liegt jedoch eine Spannung an den Elektroden 1005 an, so bewirkt die Unregelmäßigkeit dieser Elektroden, daß eine Unregelmäßigkeit des Brechungsindexes oder Brechungs koeffizienten in dem Kaliumphosphatkristall 1004 auftritt, wodurch eine Wirkung erzielt wird, die ähnlich oder sog. Schlierenbildung ist. Hierdurch wird der Wellenfront des in den Kaliumphopsphatkristall eindringenden Strahls eine Phasendifferenz erteilt, so daß der aus den zylindrischen Linsen 1006 und 1007 austretende Strahl anstatt in Form einer ebenen Welle in Form einer Wellenfront mit einer Aberration austritt. Hierauf wird der Strahl der mit einer Aberration austretenden Wellenfront wie im Falle des teleskopartigen optischen Systems durch ein nachfolgend angeordnetes optiches System gedehnt bzw. erweitert und bildet einen großen Punkt auf dem Aufzeichnungsträger.

Im Gegensatz zu der in Fig. 10A dargestellten Trans missionsanordnung kann als weiteres Ausführungsbeispiel auch eine Reflektionsanordnung eingesetzt werden, mittels der sich die gleiche Leistung wie mit der Transmissionsanordnung erzielen läßt. Eine auf dem Reflektionsprinzip basierende Anordnung ist in den Fig. 10C und 10D dargestellt.

Diese alternative Ausführungsform entspricht den Ausführungsformen gemäß den Fig. 10A und 10B mit lediglich der Ausnahme, daß sie auf dem Reflektionsprinzip basiert. Der Einfallwinkel des einfallenden Strahls 1021 ist derart eingestellt, daß an der Oberfläche 1023 des Kaliumphosphatkristalls 1022, an dem Elektroden 1024 befestigt sind, eine Totalreflektion erfolgt. Die Elektroden 1024 sind unregelmäßig auf der Oberfläche 1023 des Kaliumphosphatkristalls 1022 angeordnet, und wenn keine Spannung an sie angelegt ist, weist der Kristall einen gleichmäßigen Brechungsindex auf, so daß der auftreffende Strahl 1021 als ein Ausgangsstrahl 1025 austritt, dessen Wellenfront ungestört verläuft. Wird jedoch eine Spannung an die Elektroden 1024 angelegt, so ändert sich der Brechungsindex oder Brechungskoeffizient in dem Kristall an der Stelle zwischen der positiven und der negativen Elektrode aufgrund des elektrischen Feldes, so daß die Wellenfront in der Ebene der Totalreflektion gestört wird. Der Ausgangsstrahl 1025 weist somit eine gestörte Wellenfront auf, und stellt nicht länger eine ebene Welle dar, so daß er nach Hindurchtreten durch ein nachfolgend angeordnetes optisches System einen stark verbreiterten Punkt auf dem lichtempfindlichen Träger bildet. Bei beiden vorausgehend beschriebenen Ausführungsformen ist der Betrag der Störung der Wellenfront eine Funktion der Änderung des partiellen Brechungsindexes. Da die Änderung des Brechungsindexes eine Funktion der angelegten Spannung ist, ist es möglich, primär die angelegte Spannung und die Punktgröße auf dem lichtempfindlichen Träger in eine gegenseitige Wechselbeziehung zueinander zu setzen und aufeinander abzustimmen, und die Steuerung der Punktgröße durch entsprechende Form gebung und Anordnung der Elektroden vorzunehmen.

In Fig. 10E ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens bzw. einer Anordnung zur Steuerung der Punktgröße dargestellt. Hierbei wird eine auf dem Reflek tionsprinzip basierende Steuerung unter Verwendung des teles kopartigen optischen Systems gemäß den Fig. 2A und 2B durchgeführt. Der einfallende Strahl 1031 wird durch ein optisches Eingangssystem 1032 geführt und in der Nähe einer reflektierenden Oberfläche 1034 fokussiert bzw. gebündelt, die auf der Oberseite eines elektrisch deformierbaren Bauelementes 1033 vorgesehen ist. Der reflektierte Strahl wird mittels eines optischen Ausgangssystems 1035 in eine ebene Welle umgewandelt und ergibt sodann einen Ausgangsstrahl 1036. Zu diesem Zweck ist der Abstand l₁+l₂ zwischen dem optischen Eingangssystem 1032 und dem optischen Ausgangssystem 1035 zunächst derart eingestellt und vorgegeben, daß er gleich der Summe der Brennweiten der beiden optischen Systeme ist, d. h. dem Betrag F₁+F₂ entspricht.

Bei Anlegen einer Spannung an das elektrisch deformierbare Element 1033 wird das elektrisch deformierbare Element in Richtung des Pfeiles 1037 entsprechend der anliegenden Spannung verformt (der Betrag der Änderung des Lichtweges oder Strahlenganges ist Δ l), so daß sich die Länge des Lichtweges bzw. Strahlenganges um Δ l auf den Wert l₁+l₂ +Δ l ändert. Aufgrund dieser Tatsache ist der aus der Ausgangslinse 1035 austretende Strahl ein nicht kollimierter bzw. nicht parallel verlaufender Strahl, dem eine Aberration in gleicher Weise erteilt worden ist, wie dies bereits in Verbindung mit den Fig. 2A und 2B beschrieben wurde. Hierbei ist der Betrag der Aberration wiederum eine Funktion des Wertes Δ l. Da der Wert Δ l eine Funktion der anliegenden Spannung ist, läßt sich der Betrag der Aberration durch Änderung der angelegten Spannung steuern. Auf diese Weise kann die Punktgröße auf dem lichtempfindlichen Träger durch die angelegte Spannung gesteuert werden.

Im folgenden soll ein weiteres Ausführungsbeispiel der Punktgrößensteuerung unter Bezugnahme auf Fig. 11A und 11B erläutert werden. Dieses Ausführungsbeispiel ist insofern gleich dem vorausgehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, als die Punktgröße durch Ausnutzung einer Aberration vergrößert wird, unterscheidet sich jedoch von dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel dahingehend, daß ein Bauelement, welches den akustisch-optischen Effekt ausnutzt, als Bauelement mit einem variablen Brechungsindex oder Brechungskoeffizienten Verwendung findet.

In Fig. 11A sind die Einzelheiten einer optischen Einrichtung mit einem derartigen Bauelement wiedergegeben, während in Fig. 11B ein den akustisch-optischen Effekt aus nutzendes Bauelement 1203 vergrößert dargestellt ist. Das den akustisch-optischen Effekt ausnutzende Bauelement 1203 ist direkt nahe der bzw. in der Brennebene einer Eingangslinsengruppe 1201 angeordnet (die in Fig. 11A als einzelne Linse dargestellt ist). Wenn eine Ultraschall-Normalwelle mit einer vorgegebenen Frequenz dieses Bauelement durchläuft, bzw. sich in diesem Bauelement ausbreitet, wird ein Hauptstrahl 1206 unter einem Bragg'schen Winkel von 2R₁ bezogen auf einen Null-Grad-Strahl 1205 reflektiert. Der Bragg'sche Winkel R _B läßt sich allgemein ausdrücken durch:

wobei λ die Wellellänge des Lichtes, Λ die Wellenlänge der Ultraschallwelle, v die Geschwindigkeit der Ultraschallwelle und f _B die Freqenz der Ultraschallwelle bezeichnen.

Die optischen Achsen der Ausgangslinsengruppe 1202 sind derart ausgerichtet, daß der Brennpunkt der Ausgangslinsengruppe bezogen auf den Hauptstrahl an der Stelle des Brennpunktes der Eingangslinsengruppe 1201 liegt, wenn die Ultraschall-Normalwelle das Bauelement 1201 durchläuft.

Wenn somit die Ultraschall-Normalwelle das Bauelement 1203 durchläuft, wird der Null-Grad-Strahl 1205 von einer Abschirmungsplatte 1208 abgefangen, während allein der Hauptstrahl 1206 in kollimiertem bzw. parallel verlaufendem Zustand durch die Ausgangslinsengruppe 1202 geführt wird und als ebene Welle austritt, die keine sphärische Aberration aufweist. Anschließend wird der Strahl in kollimiertem Zustand auf die Eingangsöffnung des Strahlendehners 104′ gerichtet und durchläuft dessen Mitte, wobei der Strahldurchmesser eine Expansion erfährt, woraufhin der Strahl durch den Abtaster 105 und die f←R- Linse 107 tritt und auf das lichtempfindliche Medium 108 fällt. Die optischen Achsen der jeweiligen Bauelemente sind derart eingestellt und ausgerichtet, daß sich dieser Strahlengang ergibt.

Wenn eine von der Ultraschall-Normalwelle abweichende Ultraschallwelle, z. B. eine Ultraschallwelle mit einer höheren Frequenz als die Frequenz der Ultraschall-Normalwelle, durch das den akustisch-optischen Effekt ausnutzende Bauelement 1203 geführt wird, wird der Hauptstrahl 1206′ unter einem größeren Bragg'schen Winkel R₂ reflektiert, wie dies durch eine gestrichelte Linie 1206′ in Fig. 11 bezeichnet ist. Dieser Strahl durchläuft die Ausgangslinsengruppe 1202 und ergibt einen Strahl, der zwar parallel zu der optischen Achse verläuft, jedoch zu dieser einen Abstand d′ aufweist, wie es Fig. 11A zu entnehmen ist. Wenn ein derartiger Strahl mit einem Abstand d′ zu der optischen Achse in den Strahlendehner 104′ eintritt, erzeugen die Linsen des Strahlendehners eine sphärische Aberration entsprechend der Eintrittshöhe oder Einfallshöhe d′.

Diese Beziehung ist in Fig. 11C veranschaulicht. Dem Schaubild gemäß Fig. 11C ist zu entnehmen, daß entsprechend dem Bragg'schen Winkel R _B die Eintrittshöhe oder Einfallhöhe zu der optischen Achse des in das auf den Strahlendehner folgende optische System eintretenden Strahles geändert wird, wobei der Betrag der sphärischen Aberration ebenfalls geändert wird, so daß der Betrag der sphärischen Aberration und dementsprechend der Strahlenpunktdurchmesser auf dem Aufzeichnungsträger gesteuert werden kann, indem der Bragg'sche Winkel oder die Frequenz der in das Bauelement 1203 eintretenden Ultraschallwelle geändert werden.

Vorstehend wird die Änderung des Bragg'schen Winkels in bezug auf einen Strahl beschrieben, der in das Bauelement 1203 unter einen bestimmten Winkel eintritt. Jedoch gilt entsprechend dem Raman-Nath-Beugungsphänomen auch für einen senkrecht hierzu in das Bauelement 1203 eintretenden Strahl, daß der Austrittswinkel eines derartigen Strahles mittels der Frequenz der durch das Bauelement 1203 fortschreitenden Ultraschallwelle gesteuert werden kann. Bei jedem der vorausgehend beschriebenen Aus führungsbeispiele wirkt der in Fig. 1 dargestellten Modulator 103 auch als Reflektor oder Ablenkeinheit, wodurch die beabsichtigte Wirkung erzielt wird.

Es sei erwähnt, daß die Punktgrößensteuerung nicht auf die vorausgehend beschriebenen Ausführungsbeispiele einer Punktgrößen-Steuereinrichtung beschränkt ist.

Nachstehend soll nun ein elektrisches Signalsystem zur Steuerung der verschiedenen Ausführugsformen der Punktgrößen- Steuereinrichtung beschrieben werden. In Fig. 12A ist ein Blockschaltbild des elektrischen Signalsystems dargestellt. Mit der Bezugszahl 1101 ist ein Video-Signal- generator bezeichnet, der im einzelnen ein Gerät zur Versorgung einer Druckereinheit mit Videosignalen sein kann, welche denjenigen Signalen entsprechen, die von einer Kamera bei Verwendung verschiedener Bildaufnahmeröhren, einer Videoplatte, einem Videoband, einer Speicherröhre oder dergl. abgegeben werden, wobei diese Signale auch direkte oder indirekte Signale von einem Rechner umfassen. Das von dem Videosignalgenerator 1101 abgegebene Bildintensitätssignal oder Bildhelligkeitssignal wird einer Modulations steuerschaltung 1102 sowie einer Punktgrößensteuerschaltung 1103 zugeführt. Die Modulationssteuerschaltung 1102 weist Schaltungen wie eine Schaltung zur Umsetzung des Bild intensitäts- oder Bildhelligkeits-Eingangssignals in ein Treibersignal für einen Modulator 1105 sowie eine γ-Korrekturschaltung zur Aufrechterhaltung der Linearität des Bildes auf. In ähnlicher Weise weist die Punktgrößen-Steuerschaltung 1103 Schaltungen wie eine Schaltung zum Antrieb der Punktgrößen-Steuereinrichtung 1106 und eine Schaltung zur Durchführung einer γ-Korrektur über die Punktgröße auf.

Das von der Modulationssteuerschaltung 1102 abgegebene Signal wird dem Modulator 1105 zugeführt, wodurch die Menge des modulierten Lichtes entsprechend der Intensität des Bildsignals gesteuert wird.

Das von der Punktgrößen-Steuerschaltung 1103 abgegebene Signal wird der Punktgrößen-Steuereinrichtung zugeführt, die der vorausgehend mit der Bezugszahl 104 bezeichneten Punktgrößen-Steuereinrichtung entspricht, wodurch der Betrag der Aberration des aus der Punktgrößen-Steuereinrichtung 1106 austretenden Lichtes entsprechend der Intensität des Bildsignals gesteuert wird. Andererseits tritt der von dem Laseroszillator 1104 abgegebene Strahl in den Modulator 1105 ein und wird dort entsprechend der Intensität des Videosignals moduliert, woraufhin er der Punktgrößen-Steuereinrichtung 1106 zugeführt wird. Dort wird dem Strahl eine Aberration wiederum entsprechend der Intensität des Bildsignals erteilt, woraufhin er einem optischen Abtastsystem 1107 zugeführt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Abtastsystem 1107 ein Polygon-Abtaster. Der von dem Polygon-Abtaster 1107 ausgehende Strahl durchläuft eine Sammellinse 1108, wodurch er gebündelt und auf eine lichtempfindliche Trommel 1109 gerichtet wird.

Wenn das den akustisch-optischen Effekt ausnutzende Bauelement gemäß den Fig. 11A und 11B verwendet wird, das außerdem als Modulator 103 (siehe Fig. 1) wirkt, ändert sich das Blockschaltbild gemäß Fig. 12A in der in Fig. 12B wiedergegebenen Weise. Im einzelnen erfolgt die Steuerung durch eine Modulationssteuerschaltung 1102′, so daß die Modulation und Ablenkung des Strahles in einem Modulator 1105′ durch die von dem Videosignalgenerator 1101 abgegebenen Signale (einem Informationssignal, d. h., einem Amplitudenmodulationssignal, sowie einem Intensitäts- oder Helligkeitssignal, d. h., dem Frequenzsignal der Ultraschallwelle) gesteuert bzw. durchgeführt wird. Mittels dieser Ablenkung wird der Durchmesser des Strahlenpunktes zur Erzielung einer Aberration verändert, wie bereits vorausgehend beschrieben.

Zur Erzielung einer geringen Punktgröße auf dem Aufzeichnungsträger für den Fall, daß dem Strahl keine Aberration erteilt wird, ist es natürlich erforderlich, einen Strahlendehner in dem Strahlengang oder Lichtweg anzuordnen, um auf diese Weise eine große Apertur zu gewährleisten.

Es ist somit ersichtlich, daß die Intensitäts- oder Helligkeitsmodulation des Laserstrahls entsprechend dem Bildintensitätssignal oder Bildhelligkeitssignal erfolgt, während der Wellenfront des Strahls eine Aberration erteilt wird, so daß die Größe des Punktes auf dem Aufzeichnungsträger zur Darstellung von Halbtönen des Bildes gesteuert werden kann.

Claims

1. Bildaufzeichnungsgerät, bei dem ein Bild unter Verwendung eines Aufzeichnungsmaterials und eines das Aufzeichnungsmaterial abtastenden Lichtstrahls in Form von Rasterpunkten aufgezeichnet wird, mit einer Strahlpunkt-Steuereinrichtung zum Steuern der Größe des Strahls auf dem Aufzeichnungsmaterial in Abhängigkeit von einem der Halbtondichte des aufzuzeichnenden Bildpunktes entsprechenden analogen Bildsignals dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle für den Lichtstrahl ein Laser (101; 1104) dient, daß die Strahlpunkt- Steuereinrichtung dem Lichtstrahl eine dem jeweiligen Bildsignalpegel zugeordnete Aberration erteilt, und daß eine Intensitätssteuereinrichtung (103; 1105; 1203) zum Steuern der Intensität des Lichtstrahls in Übereinstimmung mit dem Bildsignalpegel vorgesehen ist.

2. Bildaufzeichnungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlpunkt-Steuereinrichtung einen optischen Wandler (104; 201 bis 203; 1002 bis 1007; 1022; 1032 bis 1035; 1103; 1106; 1201 bis 1203, 104′) aufweist.

3. Bildaufzeichnungsgerät nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der optische Wandler ein elektrooptisches Element (203; 1004, 1022) aufweist.

4. Bildaufzeichnungsgerät nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der optische Wandler ein elektrisch deformierbares Element (1033) aufweist.

5. Bildaufzeichnungsgerät nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der optische Wandler ein akustooptisches Element aufweist.

6. Bildaufzeichnungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufzeichnungsmaterial als elektrofotografisches fotoempfindliches Aufzeichnungsmaterial (108; 1109) ausgebildet ist.