DE3044114C2

DE3044114C2 - Optisch-mechanischer Abtaster

Info

Publication number: DE3044114C2
Application number: DE3044114A
Authority: DE
Inventors: Takashi Kyoto Sakamoto
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1979-11-26
Filing date: 1980-11-24
Publication date: 1985-10-10
Also published as: JPS5675616A; FR2470499A1; GB2064162B; US4368488A; DE3044114A1; FR2470499B1; JPS6055809B2; GB2064162A

Description

Die Erfindung betrifft einen optisch-mechanischen Abtaster gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer bekannten optisch-mechanischen Abtastvorrichtung wird ein von einer Laserquelle ausgehendes paralleles Lichtbündel über ein Strahlen ablenkendes Spiegelpolygon auf einen Hohlspiegel geworfen, und von dort als kleiner Abtastfleck auf eine Abtastebene fokussiert. Das vom Abtastfleck ausgehende Empfangsstrahlenbündel gelangt über denselben Hohlspiegel und dasselbe Spiegelpolygon auf eine fotoelektrische Empfangsvorrichtung.

Bei einem gattungsgemäßen, bekannten optisch-mechanischen Abtaster lenkt ein als rotierendes Prisma ausgebildeter Lichtstrahlablenker von einer Laserquelle kommendes Licht auf einen Hohlspiegel, welcher seinerseits die hauptsächliche Fokussierung erzeugt. Im Brennpunkt ist ein im Durchlichtverfahren abgetastetes Objekt angeordnet, hinter welchem sich ein Lichtdetektor befindet. Um dabei eine seitliche Anordnung des Objekts zu ermöglichen, ist dem Hohlspiegel ein halbdurchlässiger ebener Spiegel vorgeschaltet. Dieser reflektiert das vom Hohlspiegel kommende, konvergente Lichtbündel zum abzutastenden Objekt, welches sich in der Brennpunktsebene befindet. Der hierbei notwendige Einsät? eines halbdurchlässigen Spiegels bringt jedoch beträchtliche Verluste an Lichtenergie mit sich.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer derartigen Vorrichtung die Stabilität und Zuverlässigkeit der Abtastung durch Vermeidung halbdurchlässiger Spiegel zu erhöhen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst.

Wesentlich ist, daß durch Verwendung eines einzelnen, zusätzlichen Planspiegels ein zickzackförmiger Strahlengang erzeugt wird. Nach Reflektion durch den Hohlspiegel wird das konvergente Strahlenbündel in gekrümmten Zeilen focussiert, längs welcher sich das abzutastende Objekt in angepaßter Weise, etwa in Form eines Diapositivs, entsprechend gekrümmt anbringen läßt.

Eine Strahlfaltung (Strahlablenkung), mittels zwischengeschalterer planarer Spiegel ist an sich bekannt
ίο So ist in einer bekannten Strahlenabtastvorrichtung die Strahlablenkung mittels eines oszillierenden Planspiegels oder dreier einzelner Planspiegel gezeigt

In einem weiteren bekannten Strahlenabtastsystem findet ebenfalls ein oszillierender Planspiegel Verwendung: Ein von einer Abbildungseinrichtung kommendes, konvergentes Strahlenbündel gelangt zunächst auf einen Hohlspiegel μηα w'rd von diesem auf den oszillierenden Planspiegel geworfen; der Planspiegel reflektiert dann das Strahlenbündel über Übertragungslinsen auf einen Detektor. Da aber der Planspiegel dem Hohlspiegel nicht vor-, sondern nachgeschaltet ist und nicht feststeht, sondern vielmehr um eine Rotationsachse oszilliert, war hieraus kein Hinweis auf die erfindungsgemäße Lösung entnehmbar.

Indem hinter dem im Durchlichtverfahren abgetasteten Objekt in geeignetem Abstand ein zweiter beweglicher Aufnahme-Lichtstrahlablenker angeordnet ist, wird der Vorteil erzielt, daß der Empfangsdetektor verhältnismäßig klein ausgeführt sein kann. Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß statt eines parallelen Strahlenbündels ein divergentes oder konvergentes Bündel nacheinander auf den beweglichen Strahlenablenker, den Planspiegel und den Hohlspiegel auftritt. Damit wird der Vorteil erzielt, daß der Brennpunkt im Sinne einer Maßstabsänderung verschieblich ist.

Bezüglich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen wird auf die Unteransprüche sowie auf die nachfolgende, detaillierte Erläuterung der Erfindung anhand der Zeichnung verwiesen.

Darin zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein optisches System, aus dem Grundgedanken der Erfindung ersichtlich sind,

F i g. 2 eine Seitenansicht von F i g. 1,
F i g. 3 eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei ein Aufnahme-Lichtstrahlablenker und eine Aufnahmelinse verwendet werden,

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht 'On F i g. 3,

F i g. 5 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines zylindrischen Hohlspiegels,

F i g. 6 eine Seitenansicht eines wesentlichen Teils des in F i g. 5 dargestellten Systems,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei ein sphärisch gewölbter Hohlspiegel verwendet wird,

Fig.8 eine Seitenansicht des wesentlichen Teils des in F i g. 7 dargestellten Systems sowie

F i g. 9 eine Draufsicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei eine Konkavlinse zwischen einer Lichtquelle und einem Licht-Deflektorspiegel angeordnet ist, um den Brennpunktsabschnitt oder Brennweite eines Lichtflecks zu verlängern.

In den F i g. 1 und 2 sind eine vertikale Schwenkachse eines Lichtstrahlablenkers 3 (Deflektorspiegel), welcher um die Schwenkachse verschwenkbar ausgebildet ist, sowie eine Vertikalebene, in welcher ein fotoelektrischer Lichtdetektor 20 angeordnet ist, symmetrisch zu

einem vertikalen Planspiegel 4 angeordnet Das Zentrum O eines Durchmessers r eines kugelförmig konkaven Hohlspiegels 5 ist auf einer vertikalen Achse positioniert, auf welcher das Zentrum des fotuelektrischen Lichtdetektors 20 liegt

Aus Fig.2 geht hervor, daß der Lichtstrahlablenker 3, der Planspiegel 4, der Hohlspiegel 5 und der Lichtdetektor 20 in verschiedenen Höhen angeordnet sind. Der Lichtdetektor 20 ist in einer oberen symmetrischen Position einer virtuellen Bildposition 3' des Deflektorspiegels 3 bezüglich des Planspiegels 4 mit Hinsicht auf das Zentrum Odes Hohlspiegels5 angeordnet

Ein durch eine Lichtquelle 1 erzeugter Lichtstrahl wird durch einen Kollimator 2 parallel gemacht und dann durch den Lichtstrahlablenker 3 zum Planspiegel 4 durch einen Raum unter dem Hohlspiegel 5 reflektiert Der durch den Planspiegel 4 reflektierte Lichtstrahl wird dann durch den Hohlspiegel 5 reflektiert und gelangt durch einen Raum oberhalb des PLnspiegels 4, was in einer Fokussion an einem Punkt resultiert wo ein Bildoriginal 8 angeordnet ist welches sich in einem Abstand r/2 vom Zentrum O des Hohlspiegels 5 befindet wobei r der Durchmesser des Hohlspiegels 5 ist. Dann erreicht der durch das Objekt 8 (Bildoriginal) divergierte Lichtstrahl den fotoelektrischen Licht-Detektor 20, welcher ein vom aufgenommenen Lichtstrahl abhängiges Bildsignal abgibt

In diesem Fall wird, während der Lichtstrahlablenker 3 verschwenkt wird, der durch den Hohlspiegel 5 reflektierte Lichtstrahl stets zum Licht-Detektor 20 gerichtet und der in den Lichtdetektor 20 einfallende divergierte Lichtstrahl hat dieselbe Breite wie ein durch den Lichtstrahlablenker 3 reflektierter Lichtstrahl.

Wenn der Lichtstrahlablenker 3 über einen Winkel w verschwenkt wird, wird der durch den Hohlspiegel 5 fokussierte Lichtpunkt von der Mittellinie L, welche durch die Zentren des kugelförmigen Spiegels 5 und des Licht-Detektors 20 läuft, um eine Distanz rw

(gleich y r X 2 w J

10

15

20

25

30

35

40

entlang einer horizontalen sphärischen Kurve bewegt, welche sich in einem Abstand r/2 zum Zentrum O des Hohlspiegels 5 befindet, wie aus F i g. 1 hervorgeht.

Somit wird der fokussierte Lichtpunkt wenn der Licht-Deflektorspiegel 3 bei einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit «in- und herschwenkend oszilliert wird, bei einer festen Geschwindigkeit entlang der sphärischen Kurve bewegt welche sich in einem Abstand r/2 zum Zentrum O des Hohlspiegels 5 befindet. Falls das Objeki 8 in einer F.bene angeordnet ist, welche die kugelförmige Kurve enthält, weiche sich in einem Absland r/2 zum Zentrum O befindet, kann das Objek: 8 durch den fokussierten Lichtfleck bzw. Lichtpunkt abgetastet werden. Falls weiter das Objekt 8 in vertikaler Richtung bewegt wird, wie in F i g. 2 durch einen Pfeil verdeutlicht, kann die gesamte Fläche des Bildorigmals 8 kontinuierlich durch den fokussierten Lichtpunkt abgetastet werden.

In den Fig.3 und 4 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche dem in den F i g. 1 und 2 dargestellten optischen System mit der Maßgabe ähnelt, daß an der Stelle, wo der Lichtdetektor 20 von F i g. 1 angeordnet ist, ein Aufnahme- bzw. Abtast-Lichtstrahlablenker 6 (Deflektorspiegel) angeordnet ist, daß eine Aufnahmelinse 7 den durch den Aufnahme-Lichtstrahlablenker 6 reflektierten Lichtstrahl fokussiert, daß ein Spiegel 9 mit einer Öffnung 10 in seinem Zentrum den im Zentrum des Spiegels 9 fokussierten Lichtstrahl reflektiert und daß fotoelektrische Lichtdetektoren 20 und 20' den Lichtstrahl durch die Öffnung 10 und das durch den Spiegel 9 reflektierte Licht aufnehmen. In diesem Fall bind der Aufnahme-Lichlstrahlablenker 6, die Aufnahmelinse 7, der Spiegel 9 und der Lichtdetektor 20 entlang einer horizontalen Lichtachse bzw. optischen Achse ausgerichtet

In diesem Ausführungsbeispiel wird der Aufnahme-Lichtstrahlablenker 6 in einer Schwenkbewegung oszilliert, welche synchron zum Lichtstrahlablenker 3 ist, so daß der durch den Aufnahme-Lichtstnahlablenker 6 reflektierte Lichtstrahl stets in die Aufnahmelinse 7 einfällt, welche entlang der optischen Achse fixiert ist.

Der Lichtstrahl, welcher in der Öffnung 10 fokussiert ist und durch die Öffnung 10 des Spiegels 9 geführt ist, d. h. der parallele Lichtstrahl Lc durch den Kollimator 2 wird durch den Lichtdetektor 20 als ein scharfes Signal aufgenommen und der Lichtstrahl Lf υ πι den Lichtstrahl Lc durch den Kollimator 2 wird durch den Spiegel 9 reflektiert und durch den Lichtdetektor 20' als ein unscharfes Signal aufgenommen. Somit werden die erzielten scharfen und unscharfen Signale kombiniert und in üblicher Weise als ein Detail betonendes Signal verwendet In diesem Fall kann die Größe der Lichtdetekioren 20 und 20' im Vergleich zum optischen System nach den Fi g. 1 und 2 reduziert werden.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, hängi die Größe der minimalen Aufnahmeeinheit von der Vergrößerung der Aufnahmelinse 7 und der Größe der Öffnung 10 ab, jedoch nicht von der Größe des auf dem Bildoriginal 8 fokussierten Lichtflecks- Demzufolge ist es nach Maßgabe der Erfindung nicht erforderlich, eine Laserröhre mit einer hohen Richtwirkung als Lichtquelle zu verwenden, sondern es kann auch eine übliche Lichtquelle Verwendung finden. Mit anderen Worten, es kann wesentlich das weiße Licht für den Vorgang des Farbauszugs eines Farbbilds verwendet werden, was außerordentlich zweckmäßig ist.

Selbstverständlich kann bei dieser Ausführungsform der Lichtstrahl in eine Vielzahl von Lichtstrahlen durch Verwendung von Halbspiegeln untertrennt werden, wobei einer der getrennten Lichtstrahlen durch eine Öffnung geführt werden kann, um in konventioneller Weise das scharfe Signal oder das unscharfe Signal zu erhalten.

In den F i g. 5 und 6 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche der Ausführungsform nach den F i g. 3 und 4 ähnelt, jedoch mit der Maßgabe, daß anstelle eines sphärischen konkaven Hohlspiegels 5 ein zylinderförmiger Hohlspiegel 5 verwendet ist, und daß ein Salz von zylindrischen Linsen 11 zwischen dem Kollimator 2 und dem Lichtsiruhlablcnkcr.) ungeordnet ist.

Bei dieser Ausführungsform kann der zylindrische Hohlspiegel 15 (Konkavkrümmung gleich Teil eines Zylinders) den Lichtstrahl nicht in vertikaler Richtung umwandeln, so daß zum Ausgleich die Zylinderlinsen 11 verwendet werden, so daß der Lichtstrahl auf das Objekt 8 in Vertikalrichtung fokussiert werden kann.

In den oben beschriebenen Ausfiihrungsbeispielen fällt der Lichtstrahl unter einem Schrägwinkel (kein rechter Winkel) in das Objekt 8 ein.

In den F i g. 7 und 8 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche der Ln den F i g. 3 und 4 gezeigten Ausführungsform ähnelt, jedoch mit der Maßgabe, daß der sphärische Hohlspiegel 25 und der Aufnahme-Lichtstrahlablenker 6 in derselben Höhe an-

geordnet sind, so daß der durch den sphärischen Hohlspiegel 25 reflektierte Lichtstrahl rechtwinklig zum Objekt 8 einfallen kann und daß der Aufnahme-Lichtstrahlablenker 6 in einer oberen symmetrischen Position der virtuellen Bildposition 3' des Lichtstrahlablenkers 3 gegenüber dem Planspiegel 4 mit Bezug zum Zentrum O des sphärischen Spiegels 25 angeordnet werden kann.

In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der Lichtstrahl an einer Stelle oder einem Punkt fokussiert, welcher sich in einem Abstand r/2 des Durchmessers rdes sphärischen oder zylindrischen Hohlspiegels 5, 15 oder 25 befindet und bei dem das Objekt 8 angeordnet ist. Wenn somit ein drehender Polygonalspiegel als Lichtablenker verwendet wird, hängt der maximale Ablenkwinkel oder die Länge der horizontalen kugelförmig gewölbten Kurve, entlang welcher sich der fokussierte Lichtpunkt bewegt, von der Teilwinkelzahl des Polygonalspiegels ab.

Es ist in Rechnung zu stellen, daß Bildoriginale als Objekte in verschiedenen Größen vorhanden sind. In Praxis gilt im allgemeinen, daß eine größere Vergrößerung erforderlich ist, je kleiner das Bildoriginal ist. Demzufolge sollten bei einem Bildoriginal mit einer kleinen Größe mehr nähere Angaben erforderlich sein als jene der Originalgröße, um die Bildschärfe eines Reproduktionsbilds aufrechtzuerhalten. Andererseits ist es unter Berücksichtigung der Bearbeitungskapazität zweckmäßig, die Größe des Aufnahmeelements zu verkleinern. Somit wird die Geschwindigkeit der Abtastung des Originalbilds reduziert so daß die Bearbeitungsgeschwindigkeit des kleinen Bilds dieselbe wie üblicherweise sein kann. Um das erfindungsgemäße Verfahren zu realisieren, wird beispielsweise in der Bahn des Lichtstrahls vor dem Lichtstrahlablenker 3 eine konvexe oder konkave Linse angeordnet oder wird die Position des Kollimators 2 verändert, so daß der Abstand des durch den sphärischen Hohlspiegel 5 fokussieren Lichtflecks und damit die Position des Objekts 8 geändert wird.

In F i g. 9 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei ein Verfahren angewendet wird, welches demjenigen im Ausführungsbeispiel nach den F i g. 3 und 4 ähnelt, jedoch mit der Maßgabe, daß in die Bahn des Lichtstrahls vor dem Lichtstrahlablenker 3 eine konkave Linse 12 angeordnet ist, um die Fokussierdistanz des Lichtstrahls zu verlängern — d. h. die Fokussierdistanz zur Position, in welcher das Objekt 8 angeordnet ist. zu verkürzen. Die Distanz r/2 der Fokussierposition zum Zentrum Odes sphärischen Hohlspiegels 5 (anhand der gebrochenen Linie ersichtlich) ist also zu einer Position verschoben, in welcher ein weiteres Objekt 8' angeordnet ist wie aus F i g. 9 anhand der zweifach ⁿunktisrt£" Linien hervorgeht in diesem .Ausführungsbeispiel wird, wenn der Lichtstrahlenablenker 3 bei gleichem Winkel, wie oben angegeben, verschwenkt wird, die Bewegungsdistanz des Lichtflecks bzw. Lichtpunkts entlang des weiteren Objekts 8' gekürzt Somit werden die Positionen der Aufnahmelinse 7 und des Spiegels 9 geändert oder wird die Öffnungsgrößc der Öffnung 10 reduziert, wodurch die Größe der Aufnahmeelements für das Bild verringert wird.

Im dargestellten und oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann ein galvanometrischer Spiegel oder ein drehender Polygonspiegel für den Lichtstrahlablenker 3 und den Aufnahme-Deflektorspiegel 6 verwendet werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optisch-mechanischer Abtaster, bei welchem der bewegliche Uchtstrahlablenker (3) den von einer Lichtquelle (1) kommenden Lichtstrahl auf einen Hohlspiegel (5) wirft, der im Zuge der zeilenweisen Abtastung eine Strahlfokussierung bewirkt, wobei sich hinter einem im durchgehenden Licht abgetasteten Objekt (8) ein Lichtdetektor (20) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Lichtstrahlenablenker (3) kommende Lichtstrahl in zickzackförmigem Strahlengang zunächst auf einen Planspiegel (4) und erst anschließend auf den Hohlspiegel (5) trifft und daß sich hinter dem entlang gekrümmten Zeilen abgetasteten Objekt (8) ein zweiter beweglicher Aufnahme-Lichtstrahlablenker (6) befindet, der den Strahl dem Lichtdetektor (20) zuleitet

2. Abtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Lichtstrahlablenker (3), Planspiegel (4) und Hohlspiegel (5) von einem parallelen Strahlenbündel getroffen werden.

3. Abtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter Zwischenschaltung einer Linse Lichtstrahlablenker (3), Planspiegel (4) und Hohlspiegel (5) von einem divergierenden oder konvergierenden Strahlenbündel getroffen werden.

4. Abtaster nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlspiegel (5) ein sphärischer Spiegel oder aber ein Zylinderspiegel, kombiniert mit einer Zylinderlinse (11), ist.