DE2709352A1

DE2709352A1 - Strahlteiler

Info

Publication number: DE2709352A1
Application number: DE19772709352
Authority: DE
Inventors: John Edward Aughton
Original assignee: Crosfield Electronics Ltd
Current assignee: Crosfield Electronics Ltd
Priority date: 1976-03-03
Filing date: 1977-03-03
Publication date: 1977-09-15
Also published as: US4125864A; GB1522555A; JPS52122135A

Description

Strahlteller i Die Erfindung betrifft Strahlteller und kann mit besonderem Vor-* i

teil In einer Bildwiedergabevorrichtung verwendet werden, In der eine Anzahl von einander getrennten Lichtstrahlen gleichzeitig über eine Bildaufzeichnungsfläche geführt werden, wobei die Licht-f strahlen auf die Oberfläche derart auffallen, daß einige oder alle dieser Lichtstrahlen zur Bildung eines einzigen Halbton- ■ punktbereiches beitragen. Die zur Bildung eines einzigen Halbtonpunktbereiches beitragenden Strahlen werden mit der gleichen oder mit unterschiedlicher Bildinformation für diesen Bereich moduliert!, aber mit unterschiedlicher Halbtoninformation.

Um einen Strahl in eine Anzahl von zueinander parallelen Strahlen ι aufzuteilen, kann in bekannter Weise eine Kombination von Spiegeln¹ eingesetzt werden, von denen wenigstens einige Licht teilweise reflektieren und teilweise durchlassen. Wenn mehr als nur ein ; paar parallele Strahlen erforderlich sind, wenn z.B. sechs Strahlen erforderlich sind, ist es im allgemeinen nicht praktikabel, eine einzige Reihe von Spiegeln einzusetzen, von denen jeder Licht

teilweise auf einen Ausgabelichtweg reflektiert und teilweise auf | den nächsten Spiegel reflektiert. In solchen Fällen muß der Lichtweg wesentlich komplizierter sein. Um sechs zueinander parallele

ι Lichtwege beaufschlagen zu können, müssen neun oder zehn derartige*

Spiegel eingesetzt werden. ! Bei einem anderen bekannten System richtet ein Reflektor einen i

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Strahl unter einem geeigneten Winkel auf drei zueinander parallele beabstandete Platten, von denen eine jede den Strahl teilweise reflektiert.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Strahlteiler zu schaffen, der wesentlich einfacher im Aufbau ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des vorstehen den Anspruchs 1 gelöst.

j Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird ein einfacher Strahl-I teiler in Blockform erzielt, mit dessen Hilfe eine sehr große Anzahl von zueinander parallelen austretenden Strahlen erreicht wer-

Iden kann.

!Vorzugsweise tritt der einfallende Strahl in den Strahlteiler durc^i

!einen Endabschnitt auf der ersten Seite ein, der im wesentlichen

{frei von dem reflektierenden Oberzug ist.

jEs ist manchmal auch zweckmäßig, daß die Überzüge auf den aufein-

:anderfolgenden Zonen der anderen Seite der zueinander parallelen Seiten so ausgelegt sind, daß die von dieser Seite austretenden Strahlen alle im wesentlichen von gleicher Intensität sind. Es ist aber auch möglich, daß Abschwächer zur Korrektur von ungleichen Intensitäten eingesetzt werden können. Beide Möglichkeiten führen aber zu einer Anzahl von ζuetender parallelen Ausgangs-

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strahlen, die Im wesentlichen gleiche Intensität besitzen.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren genauer beschrieben werden. Es zeigt: j

Fig. 1 eine Bildwiedergabeeinrichtung, bei der der

erfindungsgemäße Strahlteiler eingesetzt wer den kann;

Fig. 2 das optische System gemäß Fig. 1 mit Licht

quelle und Strahlteiler;

Fig. 3 die Formgebung der Öffnungen in der in der Fig. 2 gezeigten Maske; Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer Aus

führungsform des Strahlteilers;

Fig. 5 eine Seitenansicht des Strahlteilerblockes

zur Darstellung des Lichtstrahlverlaufes in dem Block.

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Bel der In Fig. 1 gezeigten Bildwiedergabevorrichtung dreht ein Motor Io eine Eingabetrommel 12, eine Ausgäbetrommel 14 und einen Hellenwandler 16, der auf einer beiden Trommeln gemeinsamen Welle angeordnet ist. Die Eingabetrommel 12 trägt die zu reproduzierende

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Vorlage/und diese Vorlage wird von einem Analysierkopf 2o abgetastet. Die Ausgabetrommel 14 trägt einen Film 15, der zum Aufbau eines monochromen Farbauszugs für eine ausgewählte Farbkomponente belichtet werden soll. Der Film 15 wird durch einen Mehrfachausgabekopf 22 abgetastet. Die beiden Köpfe sind mechanisch durch ein Verbindungsglied 24 miteinander gekoppelt und bewegen sich längs einer Spindel 26, deren Drehung von einem Querservo 28 hervorgerufen wird, der seinerseits von den AusgangsSignalen des Wellenwandlers 16 angesteuert wird.

Die AusgangssignaIe des Analysierkopfes 2o weisen die Form von drei Farbkanalsignalen auf (für den Rotfilter, den Blaufilter, den Grünfilter) und diese Signale werden auf eine Farbrechnereinheit 3o gegeben, die den Signalen in an sich bekannter Weise Korrekturen aufprägt. Der Wert des Korrektursignales für einen Farbkanal hängt wenigstens teilweise von den Werten der Signale in den anderen Kanälen ab. Am Ausgang der Farbrechnereinheit 3o wird eines der drei korrigierten Farbsignale mit Hilfe eines Farbkomponentenauswahlschalters 32 ausgewählt und auf einen Mehrfachsignalgenerator 34 gegeben. Dieser erzeugt sechs Signale, die in diesem Beispiel aus dem gemeinsamen Signal von der Farbrechner einheit und je einem unterschiedlichen, ein Raster darstellendes Signal (screen-representing signal) kombiniert werden.

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Die sich ergebenden gerasterten und farbkorrigierten Farbsignale werden über eine Verzögerungseinheit 36 auf ein optisches System 38 in dem Ausgabekopf 22 gegeben. Das optische System wird in der Fig. 2 genauer beschrieben werden und enthält individuelle Modulatoren für sechs Strahlen, die aus einem Laserstrahl 4o mit Hilfe eines Strahlteilers 4 2 abgeleitet werden. Die modulierten Strahlen fallen auf den Film 15 auf, der auf der Ausgabetrommel 14 zu belichten ist. Zusammen tragen die sechs Lichtstrahlen zum Aufbau der Halbtonbeliehtungspunkte in dem Farbauszug bei. Sie können zu jedem Zeitpunkt zum Aufbau zweier benachbarter Punkte beitragen.

Ein Bildwiedergabesystem mit einem Rastersignalgenerator, das Kombinationen von Schieberegistern und Signalgeneratoreinheiten aufweist, ist in der deutschen Patentanmeldung P 25 o3 851.1 beschrie ben. Ein solcher Rastersignalgenerator kann in dem hier beschriebenen Bildwiedergabesystem eingesetzt werden.

Gemäß Fig. 2 erzeugt der Laser 4o,der ein Io mV/ Argon-Laser mit einer Betriebswellenlänge von 488 nm sein kann, einen kohärenten Lichtstrahl, der auf den Strahlteiler 42 geführt wird. Ein solcher Laser ist unter der Bezeichnung Spectra-physics Model 162 auf dem Markt erhältlich. Bei dem in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel teilt der Strahlteiler 42 den ursprünglichen Strahl

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in sechs Parallelstrahlen, die über eine ^/2-Platte/auf ein Modulatorsystem geführt werden. Das Modulatorsystem umfaßt eine Ein-

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gangspolarisatörplatte 46 und eine Ausgangspolarisatorplatte 5o, die voneinander durch elektrooptisehe Modulatoren 48 voneinander getrennt sind. Mit Hilfe der elektrooptischen Modulatoren 48 kann ein jeder der Lichtstrahlen getrennt moduliert werden. Die modulierten Lichtstrahlen werden durch Prismen 52 und 54 geführt, die der anamorphischen Strahlunterdrückung dienen. Die sich ergebenden dicht beieinanderliegenden Strahlen fallen auf eine Maske 56. Die Maske 56 weist sechs Offnungen auf, die die Form definieren, die für die Strahlquerschnitte auf der Bildaufzeichnungsfläche erforderlich ist. Die die Maske'durchsetzenden Strahlen (aus Gründen der Einfachheit ist in der Figur nur ein einziger Strahl dargestellt) werden durch eine Feldlinse 58 gesammelt und von einem Spiegel 6o auf ein Prisma 62 reflektiert. Das Prisma 62 ist von einer solchen Bauart, die als "Reversionsprisma" bezeichnet wird. Wenn die genutete Fläche des Prismas als seine Spitze betrachtet wird, wird ein auf das Prisma einfallender Strahl in der Spitze-Boden-Richtung (18o° Drehung) reversiert, aber nicht in seitlicher Richtung (0° Drehung). Ein in einer Zwischenlage befindlicher Vektor wird um einen Zwischenbetrag gedreht.

Das das Reversionsprisma 6 2 verlassende Licht läuft durch eine negative Linse 64 und eine Fokussierlinse 66, ehe es auf den Film 15 auf der Oberfläche der Ausgabetrommel 14 fällt. In der deutschen Patentanmeldung P 24 59 613.2 wird ein Bildwiedergabesystem beschrieben, in dem das Aufzeichnungsmedium durch eine Reihe von Lichtmodulatoren hindurch belichtet wird und bei dem die

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- Io -

Belichtungsbereiche auf dem Aufzeichnungsmedium von benachbarten Tönen der einzelnen Lichtmodulatoren einander überlappen. Die optische Vorrichtung gemäß Fig. 2 soll in einem solchen System eingesetzt werden. Aus diesem Grund weisen die öffnungen der Maske 56 die in der Fig. 3 gezeigte Form auf.

Die Fig. 3 zeigt das Muster und die Form der öffnungen in der Maske und das Muster und die Form der Strahlflecke, wie sie auf den Film 15 auffallen. Der Pfeil 68 stellt die Drehrichtung der Trommel dar und der Pfeil 7o stellt die Richtung der langsamen Querbewegung des Ausgabekopfes 22 bezüglich der Ausgäbetrommel dar. Es ist ersichtlich, daß jede öffnung der Maske und damit jeder Fleck 72 die Form eines Parallelogramms aufweist und daß eine Linie durch die Mitten dieser Parallelogramme bezüglich der Drehrichtung des Zylinders geneigt ist. Es ist weiterhin ersichtlich, daß eine Hälfte eines jeden Parallelogramms in Drehrichtung gesehen mit der anderen Hälfte des nächsten Parallelogramms ausgerichtet ist (in line). Daher wird jede Spur in Drehrichtung von zwei benachbarten Flecken 72 abgetastet, und zwar einer nach dem anderen. Zusätzlich wird das durch eine jede der Parallelogrammöffnungen hindurchtretende Licht ein dreieckiges Intensitätsprofil aufweisen, wenn in Drehrichtung integriert wird, und ihre Spuren werden einander in der Weise einander überlappen, wie sie von der oben erwähnten Beschreibung gefordert wird, die einander überlappende Belichtungsbereiche offenbart.

Die Pfeile 74 stellen die Verzögerungen dar, die den die Modula-

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- li -

tion der Strahlen steuernden elektrischen Signalen aufgeprägt werden müssen, um die Zeitverzögerung zwischen den Zeitpunkten zu kompensieren, an denen die verschiedenen Abtaststrahlen denselben Halbtonpunktbereich überqueren.

Unter erneuter Bezugnahme auf die Fig. 2 soll darauf hingewiesen werden, daß jeder der Modulatoren 18 zwei Elektroden für jeden Lichtkanal aufweist. Fünf der Elektrodenpaare sind über Verzögerungskreise Dl bis D5 mit dem Ausgang des Rastersignalgenerators bzw. Mehrfachsignalgenerators 34 verbunden, während das andere Elektrodenpaar direkt mit dem Generator 34 gekoppelt ist. Der Generator 34 empfängt das Bildsignal von einer Quelle 76, die den Einheiten 12,2o,3o,32 in Fig. 1 entspricht.

Durch Drehung des Prismas 62 kann der Winkel der Reihe von Abtastflecken 72 (Fig. 3) bezüglich der Richtung 68 der Trommeldrehung ohne Änderung der Achse des Lichtweges eingestellt werden. Das Prisma 62 wird in geeigneter Weise dadurch aufgebaut, daß ein

3o^o-6o°-9o°-Prisma und ein gleichseitiges Prisma miteinander ver-

(FIg. 2 rechts) .
klebt werden"* Die Eingangs- und Ausgangs flächen des Prismas solltejn mit einem Antireflexionsüberzug belegt werden, der hinsichtlich der verwendeten Wellenlänge optimalisiert ist, z.B. mit einer einzigen Schicht von MgF,. Die Basisfläche, an der die Zwischenreflexion stattfindet, sollte versilbert und geschützt werden, und die genuteten Flächen sollten poliert werden.

Die gezeigte Linsenanordnung wirkt mit dem Prisma 62 zusammen,

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um den Abstand zwischen den Abtastflecken durch Einstellung der Vergrößerung zu trimmen und damit das System an die den Moduliersignalen aufgeprägten Verzögerungen anzupassen. Bei dem gezeigten System beeinflußt die Vergrößerungseinstellung mit Hilfe der Linsenanordnung in erster Linie die "Verzögerung" und beeinflußt die "Linienpassung" (line-fit) wenig; die Drehung des Prismas 6 2 beeinflußt in erster Linie die "Linienpassung" und beeinflußt die "Verzögerung" nur wenig. Die Linse 66 bildet die Maske bei der gewünschten Vergrößerung (oder in praxi Verkleinerung) auf die Aul zeichnungsoberfläche ab und die Linse 58 wirkt als Feldlinse und erzeugt eine "telezentrische" Bedingung. Die Entfernung der Linse 58 von der Maske beträgt ca. l/lo ihrer Brennweite; in dieser Position erzeugt die Linse eine Vergrößerung von ca. 1,1. Durch Bewegung der Linse um eine kurze Strecke kann dieser Vergrößerungswert leicht geändert werden und ermöglicht damit eine Feineinstellung der Verzögerung.

Obwohl die Öffnungen in der Querrichtung länglich ausgebildet sin wird das sich ergebende Licht in praxi eine scheinbare Elongation in der Drehrichtung erzeugen/ da die Modulatorverstärkeransteuersignale eine endliche Anstiegszeit aufweisen. Dies führt zu einer angenähert gleichen Auflösung in Drehrichtung und in Querrichtung. Es sollte klar sein, daß das Lichtprofil auch von der Verteilung der Beleuchtungsstärke über die Maskenöffnungen abhängig ist; dieser Effekt kann dann aber erforderlichenfalls durch die Maskenform korrigiert werden.

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Die Beabstandung der Strahlen in der Drehrichtung verhindert, daß Licht von zwei benachbarten Flecken auf einen einzigen Oberflächen bereich fällt, der zur gleichen Zeit behandelt werden soll, und vermeidet damit Interferenzeffekte, die sich sonst aus der Überlappung von kohärenten Lichtstrahlen ergeben würden.

Die Strahlkompression reduziert auch den Abstand der belichteten Bereiche in Drehrichtung der Trommel und reduziert damit die erforderlichen Verzögerungen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Verkleinerung der Trennung des Strahls den Einsatz einer Linse 58 mit einem kleineren Durchmesser ermöglicht, wodurch ein kompakteres System ermöglicht wird, insbesondere dann, wenn die Linse 58 zusammen mit anderen Linsen in einem Revolverkopf zusammengefaßt ist. Ein solcher Revolverkopf ermöglicht einen leichten Wechsel des Rastermaßes (screen ruling).

Es ist nicht wesentlich, daß die Verzögerungskreise an der in den Figuren gezeigten Stelle eingesetzt werden; anstelle dieser Anordnung kann die relevante Information einfach aus einem Speicher zu der geeigneten Zeit ausgelesen werden.

Geeignete elektrooptisch^ Modulatoren können von der Firma Electro-Optic Developments Ltd., 117 High Street, Brentwood, Essex England unter der Typenbezeichnung PC 100/2 bezogen werden. Andere geeignete Pockel-und Kerr-Zellenmodulatoren stehen auf dem Markt zur Verfügung.

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Der in den Fig. 4 und 5 gezeigte Strahlteiler 42 besteht aus span-j

i ηungsfreiem Chance-Glas und weist einen Überzug 8o auf dem größeren

Teil der ersten langen Seite auf. Dieser Überzug 8o endet an den

Endstücken 82 und 84. In diesem Beispiel ist der Überzug so a us ge-| wählt, daß er eine höhere innere Reflexion gibt. Die gegenüberlle-| gende Seite des Blockes weist eine Reihe von unterschiedlich be- j schichteten Zonen 86,88,9ο,92,94,96 auf. Jeder dieser Überzüge ' ist so gewählt, daß er einen Teil des von innen auf die Oberfläche auffallenden Lichtes reflektiert und einen Teil des Lichtes aus dem Block austreten läßt.

Gemäß Fig. 5 wird ein unter einem Winkel von 19,3° auf das Ende 82 der ersten Seite des Blockes auffallender Lichtstrahl teilweise j reflektiert und teilweise durch die beschichtete Zone 86 auf ! der gegenüberliegenden Seite des Blockes hindurchgelassen. Derjenijge Anteil des Strahls, der intern von der Zone 86 reflektiert wird, wird weiterhin von dem überzug 8o auf der ersten Seite des ! Blockes reflektiert und dann wiederum teilweise auf der gegenüber-!

liegenden Seite in der beschichteten Zone 88 reflektiert und teilweise hindurchgelassen. Der aus der Zone 88 austretende Strahl ist; parallel zu dem aus der Zone 86 austretenden Strahl. Der Strahl unterliegt fünf inneren Reflexionen an dem überzug 8ο auf der ersten Seite und fünf inneren Teilreflexionen an den Zonen 86,88,9o, 9 2,94 der anderen Seite, so daß insgesamt sechs parallele Ausgangs^ strahlen erzeugt werden. j

Der überzug 8o ist so gestaltet, daß er die höchstmögliche innere

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(Reflexion gewährleistet. Die Überzüge auf der anderen Seite sind

so hinsichtlich ihrer Fähigkeit Licht hindurchzulassen miteinander

jkorreliert, daß die sechs zueinander parallelen Ausgangsstrahlen ! Zone S6

!alle im wesentlichen von gleicher Intensität sind. Der Überzug der 'ist ein Antireflexionsüberzug, kann jedoch leicht absorbierend wirken, wenn eine Einstellung der Intensität des Endstrahls erforderlich ist.

Die Beschichtung kann derart ausgeführt werden, daß abwechselnd

Λ/4-Schichten von Magnesiumfluorid und Titandioxid aufgebracht werden, bis das erforderliche Reflexions/Transmissions-Verhältnis erzielt ist.

Wenn ein spannungsfreies Chance-Glas als Substrat verwendet wird, sind typische Reflexionswerte für die durch die in der Fig. 5 eingesetzten Buchstaben bezeichneten Gebiete die folgenden:

Bereich Reflexion

AE CF FG GH HJ JK KD EL

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8	%
86	%
82	,5 %
77	,5 %
69	%
52	t
2	%
99	%

Der Bereich AE 1st mit einem Überzug versehen, um ein Beschlagen des Glases zu verhindern.

jFür einen Anwendungsfall, bei dem zwei Sätze von zueinander parallelen Strahlen erforderlich sind, kann der Überzug 80,der für

die größte innere Reflexion ausgelegt ist, durch eine Folge von
1 der Zonen

überzügen aufgebaut werden, die den überzügen/86-94 vergleichbar ist. In diesem Fall würden Parallelstrahlen aus dieser ersten

Seite des Blockes austreten. Wenn diese Parallelstrahlen zahleni
j mäßig mit dem ersten Satz an Parallelstrahlen übereinstimmen, muß

!der überzug im Bereich 82 eine Teilreflexion des Strahls ermöglichen. Wie der Bereich 82 kann der Bereich 84 ebenfalls mit einem Antireflexionsbelag versehen werden.

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Leerseite

Claims

Patentanwälte Dipl. Ing. H. Hauck ι Dipl. Phys. W. Schmlta | Dipl. Ing. E. Graalfe I Dipl. ing. W. Wehnert i Dipl. Phys. W. Carstens I ο München 2 j M02artAt^r <na t Crosfield Electronics Limited 3 I Holloway Road j London N19 3JG, England 1. März 1977 Anwaltsakte M-4 2o4 j Patentansprüche

1. Strahlteiler, dadurch gekennzeichnet, daß er einen einzigen Block aus lichtdurchlässigem Material mit wenigstens zwei zueinander parallelen Seiten aufweist, von denen die eine mit einem überzug (80) zur Erhöhung der inneren Reflexion an dieser Seite versehen ist und die andere der zueinander parallelen Seiten in Längsrichtung eine Folge von Zonen (86,88, 9o,92,94,96) aufweist, die unterschiedlich beschichtet sind und so angeordnet sind, daß ein unter einem vorgegebenen Einfallswinkel in den Block eintretender Strahl einer Reihe von inneren Reflexionen zwischen den beiden parallelen Seiten unterliegt, wobei ein Teil des Strahls jeweils durch eine verschiedene der beschichteten Zonen (86-96) jedesmal dann austritt, wenn der Strahl intern an der anderen der parallelen

Seiten reflektiert wird, und der verbleibende Teil des Strahls

Seite zur nächsten danach wenigstens teilweise von der ersten/beschichteten Zone

der anderen Seite der parallelen Seiten reflektiert wird.

709837/0781 owginal ,nspected

2. Strahlteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die j UberzUge auf den aufeinanderfolgenden Zonen (86,88,9o,92,94,96)

der anderen Seite der parallelen Seiten derart ausgewählt sind, daß die an dieser Seite aus dem Block austretenden Strahlen im wesentlichen alle die gleiche Intensität besitzen. i

3. Strahlteiler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der einfallende Strahl in den Strahlteiler (42) durch einen) Endabschnitt (82) der ersten Seite des Blockes eintritt, welcher Endabschnitt im wesentlichen frei von dem reflektierenden überzug (8o) ist.

4. Strahlteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der überzug auf der ersten Seite der zueinander parallelen Seiten den Austritt eines gewissen Lichtanteils an dieser Seite ermöglicht und so ausgestaltet ist, daß unterschiedliche Ab schwäch ungs grade des austretenden Lichtes in aufeinanderfolgenden Zonen auf dieser Seite vorliegen.

5. Vorrichtung zum Teilen eines Strahles und zum Modulieren desselben, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laser (4o), ein Strahlteiler gemäß einem der Ansprüche 1, 2 oder 3 und eine elektrooptische Moduliereinrichtung (38) vorgesehen sind derart, daß alle aus dem Strahlteiler (4 2) austretenden Strahlen jeweils voneinander getrennt moduliert werden können.

6. Bildwiedergabevorrichtung von der Art, bei der eine Anzahl

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voneinander getrennter Lichtstrahlen gleichzeitig über eine Bildaufzeichnungsfläche geführt werden, wobei die Lichtstrahlen auf Punkte der Oberfläche fallen derart, daß alle die Licht

könn strahlen zur Bildung eines einzigen Halbtonpunktes beitragen', gekennzeichnet durch eine Quelle (76) für die zu reproduzierenden Bilddaten, einer auf die Bilddaten ansprechenden Einrich tung (34) zur Erzeugung einer Anzahl von das gerasterte Bild darstellenden Signale für jeden Punktbereich, eine für die Reproduktion des Bildes zu behandelnde Aufzeichnungsfläche (15) und eine Strahlteil- und Moduliereinrichtung gemäß Anspruch 5 , die auf die erzeugten Signale anspricht, um die zugeordneten Strahlen jeweils zu modulieren.

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