DE3406629A1 - Verfahren zur fokuseinstellung eines bildscan- und wiedergabesystems - Google Patents
Verfahren zur fokuseinstellung eines bildscan- und wiedergabesystemsInfo
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Description
· 22>>&]p;:uar 1984
j. ■■•■•:"p
Dainippon Screen Seizo Kabushiki Kaisha
1-1 Tenjin-kitamachi, Teranouchi-agaru 4-chome,
Horikawa-dori, Kamigyo-kur Kyoto , Japan.
Verfahren zur Fokuseinstellung eines Bildscan- und Wiedergabesystems
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fokussierung während des Abtastens und AufZeichnens eines Bilds,
und insbesondere auf ein Verfahren zum automatischen Nachstellen des Bildbrennpunkts eines Aufzeichnungslichtstrahls
gegenüber Entfernungsänderungen zwischen einer Wiedergabetrommel und einer zur Belichtung dienenden Lichtquelle.
Zur Bildaufzeichnung wird bekanntlich ein als Bildträger
geeignetes Medium, z. B. ein Film, um den Außenmantel einer Wiedergabetrommel gelegt. Die Wiedergabetrommel rotiert,
und man erzeugt Bilder mittels eines Abtastlichtstrahls, der das Medium zur Aufzeichnungen rasterförmig überstreicht.
Der Abtastlichtstrahl wird durch eine Projektionslinse auf dieses Medium projiziert, die an einem Wiedergabekopf
vorgesehen ist. Wenn in diesem Fall ein großer Film, beispielsweise 841 χ 1189 mm oder 1030 χ 1456 mm zum Einsatz
kommt, sollte die Wiedergäbetrommel ebenfalls einen großen
Durchmesser haben, der den Abmessungen des Mediums bzw. Films entspricht.
Bei der Herstellung einer solchen Trommel, die sowohl einen
großen Durchmesser als auch eine große Breite hat, ist es mit größeren Schwierigkeiten verbunden, die Fertigungstoleranzen des Trommeldurchmessers innerhalb eines Fokustiefenbereichs
der Projektionslinse zu halten. Überdies können durch Änderungen der Betriebsbedingungen und/oder
Schwankungen der Umgebungstemperatur Änderungen des Trommeldurchmessers bewirkt werden, die zu Problemen bei der Aufzeichnungsoperation
führen können.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, durch das man ein gewünschtes Bild mit hoher Qualität erhalten
kann, indem die Position der Projektionslinse automatisch nachgeregelt wird, um Fertigungstoleranzen im Durchmesser
einer Wiedergabetrommel und z. B. durch Schwankungen der Umgebungstemperatur bedingte Änderungen dieses Durchmessers
zu kompensieren, so daß Variationen der Bildpunkte des Abtastlichtstrahls ständig innerhalb des Tiefenbereichs
eines Fokus1 der Projektionslinse bleiben.
Zur Lösung dieser.Aufgabe wird erfindungsgemäß die Wiedergabetrommel
mit einem Abtastlichtstrahl gescannt, der durch die Projektionslinse tritt und Bilder auf der Trommel erzeugt,
Diese Bilder werden dann durch dieselbe Projektionslinse zurückreflektiert, um pro einzelne Umdrehung der Trommel
Änderungen ihres Durchmessers anzuzeigen. Die Projektionslinse läßt sich in Normalenrichtung bezüglich der Trommel
bewegen, und ihre Position wird entsprechend den Durchmesser Änderungen kontinuierlich nachgefahren. Es ist nicht erforderlich,
die Justierung für jedes einzelne oder eine geringe Zahl von Bildelementen vorzunehmen; vielmehr genügt es,
die Projektionslinse pro Trommelumdrehung einmal nachzujustieren.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines erfindungsgemäßen
Bildabtast- und Wiedergabesystems zur Erläuterung seiner Arbeitsweise;
Fig. 2 ein von dem Lichtstrahl auf einem Bildsensor
erzeugtes Bild;
Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht des in Fig.
2 gezeigten Bilds;
,Fig. 4a und 4b Histogramme der Intensität von Ausgangssignalen
des Bildsensors;
Fig. 5 ein Zeitdiagramm aller Zeitsteuerpulse pro einzelne Umdrehung der Wiedergabetrommel;
Fig. 6 das Blockdiagramm eines Steuerkreises, der
für das erfindungsgemäße Fokussierverfahren verwendet werden kann;
Fig. 7 eine Vorderansicht des Bildsensors.
Bezugnehmend auf Fig. 1, ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Bildabtast- und Wiedergabesystems dargestellt,
in dem die vorliegende Erfindung zur Anwendung kommen kann.
Eine Wiedergabetrommel 2, die mit einem Film 3 belegt ist,
und ein Drehkodierer 4 sind in koaxialer Anordnung miteinander verbunden, so daß sie von einem Antriebsmotor 1,
der ebenalls koaxial zu der Wiedergabetrommel 2 angeordnet ist, in simultane Drehung versetzt werden.
Ein Träger 5 läßt sich in Richtung des Pfeils 8 parallel zu der Achse der Wiedergabetrommel 2 an dieser entlangbewegen.
Der Antrieb des Trägers 5 erfolgt mittels einer Spindel 7, die von einem Subrastermotor 6 gedreht wird.
Auf dem beweglichen Träger 5 ist eine Lichtquelle 9 vorgesehen, die durch eine Projektionslinse 10 Lichtstrahlen
auf den Film 3 projiziert. Die Projektionslinse 10 befindet sich zwischen der Lichtquelle und dem Film, um die Lichtstrahlen
abzublenden. Die von dem Film 3 zurückreflektierten Lichtstrahlen treten wieder durch die Projektionslinse
10 hindurch, und sie werden mittels eines halbdurchlässigen Spiegels 11 in Richtung hin auf einen Bildsensor 12 reflektiert.
Ein Schrittmotor 14 dreht eine Vorschubschraube 15, um
einen Support 13 in Normalenrichtung bezüglich der Wiedergabetrommel 2 zu bewegen, wie dies durch Pfeile 16 in Fig.
1 angedeutet ist. Die Vorschubschraube 15 arbeitet mit
einem Arm 13a zusammen,der an dem Support 13 vorgesehen
ist. Mit dem Support 13 ist in fester Anordnung die Projektionslinse 10 verbunden, die also mit diesem zusammen bewegt
wird, so daß die von der Lichtquelle 9 ausgehenden Lichtstrahlen fehlerfrei auf den Film 3 fokussiert werden können.
Der Schrittmotor 14 wird mittels und in Übereinstimmung mit den Wechselwirkungen zwischen einem Zeitgeberkreis 17,
einem Koordinatenbestimmungskreis 18, einem Zähler- und
Koinzidenzkreis 19, einem Fokuseinstellungs-Steuerkreis 20 und einem Schrittmotor-Antriebskreis 21 angetrieben,
wie noch nachstehend im einzelnen beschrieben wird.
Fig. 2 illustriert Bilder 9', die von der Lichtquelle 9
auf den Bildsensor 12 projiziert werden. Man erkennt eine Mehrzahl von Licitstrahlen, insbesondere zehn.
Wenn die von der Lichtquelle 9 ausgehenden Lichtstrahlen auf dem Bildsensor 12 im Fokus sind, wie dies typisch in
dem Bereich Q 5 illustriert ist, kann der Bildsensor 12
wie in Fig. 2 gezeigt um den Bereich Q 5 um einen bestimmten Winkel θ schräg gedreht werden, während er in der konjugierten
Stellung mit der Lichtquelle 9 gehalten wird. Im Ergebnis laufen dadurch die Bilder in anderen Bereichen
außerhalb des Bereichs Q 5 aus dem Fokus, und sie werden allmählich größer, je weiter man sich von dem Bereich Q
5 entfernt (vgl. Fig. 2).
Fig. 3 zeigt eine Teilansicht des Bildsensors 12, der eine
Vielzahl von in Längs- und Querrichtung angeordneten Elemen-
ten, wie ζ. B. MOST, CCD oder BBD enthält, die ein rechteckiges
Feld bilden. Wenn ein Lichtstrahl von der Lichtquelle 9 durch entsprechende Einstellung der Projektionslinse 10 korrekt fokussiert ist, so hat ein auf dem Bildsensor
12 erzeugtes Bild der Lichtquelle 9 eine hohe Lichtintensität und eine kleine Fläche, wie dies anhand einer
durchgezogenen, mit dem Bezugszeichen 31 gekennzeichneten Linie gezeigt ist. Ist dagegen der Lichtstrahl defokussiert,
so nimmt das Bild mit geringerer Lichtintensität eine größere Fläche ein, wie dies mit einer gestrichelten, das Bezugszeichen 32 tragenden Linie ausgewiesen ist.
In Fig. 4a und 4b sind die Lichtintensitäten für fokussierte und defokussierte Bilder in Form von Histogrammen illustriert,
die in Richtung des Pfeils 34 in Fig. 3 aufgenommen sind. Erfindungsgemäß wird die mit der gestrichelten Linie
32 in Fig. 3 bezeichnete Fläche durch Koordinaten bestimmt, um so eine korrekte Position für die Fokussierung zu finden,
indem man die Lichtintensität dieser durch Koordinaten bestimmten Fläche detektiert.
In Fig. 5 ist ein Zeitgeberpuls P und ein weiterer Zeitgeberpuls P ' illustriert, wobei der erstere nur einen
2
Puls und der letztere η Pulse hat. Beide Zeitgeberpulse werden von dem Drehkodierer 4 über den Zeitgeberkreis 17
für jeweils eine, einzelne Umdrehung der Wiedergabetrommel 2 erzeugt.
Die Zeitsignalperiode Ti bezeichnet einen Zeitabschnitt,
• · ma m
3A06629
während dessen der auf die Wiedergabetrommel 2 aufgelegte
Film 3 durch die Projektionslinse 10 mit einem Abtastlichtstrahl gescannt wird. Die verschiedenen Funktionen der
Erfindung finden in einer komplementären Austastperiode Tn statt, in der ein Abschnitt 2b der Wiedergabetrommel
2 gescannt wird, der nicht von dem Film 3 belegt ist. In der Austastperiode Tn ist eine Brennpunkt-Einstellperiode
T_ enthalten, in der ein Teil der erfindungsgemäßen Operatio-
nen abläuft.
Fig. 6 illustriert die Bauteile, aus denen der Fokuseinstellungs-Steuerkreis
20 in Fig. 1 aufgebaut ist.
Wie bereits oben erwähnt, ist der Bildsensor 12 aus einer
Vielzahl von Elementen aufgebaut, die wie in Fig. 7 dargestellt angeordnet sind. Er kann in Abschnitte aufgeteilt
werden, die jeweils der Reihe nach einem der Lichtstrahlen der Lichtquelle 9 zugeordnet sind. In Fig. 2 sind exemplarisch
zehn derartige Abschnitte illustriert. Jeder dieser Abschnitte beinhaltet einen Mittenbereich, wie er in Fig.
3 durch das Bezugszeichen 33 ausgewiesen ist. Die ausgesandten Lichtstrahlen sind jeweils so justiert, daß sie
auf den zugehörigen Mittenbereich fokussiert werden, wenn sich die Projektionslinse 10 entlang der Normalenrichtung
der Wiedergabetrommel 2 bewegt. Die Koordinaten der innerhalb der einzelnen, abgeteilten Abschnitte befindlichen
Mittenbereiche werden vorab für alle Ausgabe-Lichtstrahlen in dem Mittenbereichs-Koordinatenbestimmungskreis 18 festgelegt.
·· ■
In Übereinstimmung mit Signalen von dem Zeitgeberkreis
17 wird eine erste Zeile des Bildsensors 12 in Richtung "x" gemäß Fig. 7 gescannt, und nach Beendigung dieses Vorgangs
wird die nächste Linie in "x"-Richtung gescannt, die sich an die erste Linie in der Richtung "y" anschließt.
Auf diese Art wird die gesamte Oberfläche des Bildsensors 12 Linie für Linie abgetastet, und das Ergebnis wird als
elektrisches Signal für jeden abgeteilten Abschnitt von dem Bildsensor 12 in den Fokuseinstellungskreis 20 ausgegeben.
Mit der Ein-Aus-Operation eines von dem Zählerund Koinzidenzkreis 19 angesteuerten Analogschalters 60
wird ein Anteil der Ausgabesignale von dem Bildsensor 12 für die von dem Koordinatenbestimmungskreis 18 bezeichneten
Mittenbereiche in einen Akkumulator 61 eingespeist und dort akkumuliert. Die akkumulierten Werte werden dann nach
einer A/D-Wandlung in einem Register Ä 62 in Form einer
8-bit-Information zuzüglich einer 4-bit-Information registriert,
wobei letztere eine Ortsziffer für den Lichtstrahlbereich anzeigt.
In dem Register A 62 wird also nacheinander für alle diese Abschnitte des ganzen Bildsensors die 4-bit-Information
für die Ortsziffer jedes Abschnitts und die 8-bit-Information für die Lichtintensität in allen Strahlbereichen registriert.
Die in dem Register A 62 registrierten 12-bit-Informationen
werden dann an einen Vergleichskreis 63 übermittelt. An dem Vergleichskreis 63 werden die 8-bit-Daten eines Registers
B 64 und die die Lichtintensität repräsentierenden 8-bit-Daten
des Registers 62 verglichen, und der größere Wert von diesen beiden 8-bit-Datenwird zusammen mit dem 4-bit-Datenwert
der Ortsziffer des zugehörigen Ausgabe-Strahlbereichs als neuer Wert in das Register B 64 eingespeichert.
Auf diese Art wird nacheinander die Lichtintensität der Ausgabestrahlen für alle Abschnitte verglichen, so daß
die Ortsziffer (4-bit-Datenwert) eines Ausgabe-Lichtstrahlbereichs mit dem höchsten Lichtintensitäts-Datenwert in
dem Register B 64 registriert wird. Der Zeitgeberkreis 17 löscht in einer wohlbekannten, üblichen Operation die
in dem Register B 64 gespeicherten Informationen mittels eines anfänglichen Zeitgeber-Löschpulses.
Es ist nicht erforderlich, die Projektionslinse 10 zu bewegen, wenn der schließlich in dem Register B 64 registrierte
4-bit-Datenwert für einen Strahlabschnitt mit dem 4-bit-Datenwert für eine ideale Adresse (Sollposition) übereinstimmt,
der in dem Register C 65 gespeichert ist, und in der beispielsweise der Brennpunkt fehlerfrei auf den Abschnitt
Q 5 justiert ist.
Die Projektionslinse 10 muß aber bewegt werden, um den
Brennpunkt zu justieren, wenn der schließlich in dem Register B 64 registrierte 4-bit-Datenwert nicht mit dem in dem
Register C 65 gespeicherten 4-bit-Datenwert der idealen Adresse (Sollposition) identisch ist. Die Justierung kann
alternativ nach einem der beiden Verfahren erfolgen, die im folgenden genauer beschrieben werden.
- 10 -
Ein Subtrahierer 66 subtrahiert 4-bit-Daten zwischen dem Register B 64 und dem Register C 65, und er gibt in Übereinstimmung
mit dem Rechenergebnis Signale in Form von 1-bit-Daten für die Richtungskorrektur und 3-bit-Daten
für den Korrekturbetrag aus.
Die 1-bit-Daten werden in den Eingang einer Korrekturrichtungs-Steuereinheit
geleitet, um die Richtung zu steuern, in die sich die Projektionslinse 10 bewegt. Die 3-bit-Daten
werden in den Eingang einer Korrekturbetragstabelle 67 geleitet, wo der Verschiebebetrag der Projektionslinse
bestimmt wird. Hierdurch kann die Drehrichtung und· der Hub des Schrittmotors 14 mittels des Schrittmotor-Antriebskreises
21 gesteuert werden. Der Schrittmotor 14 dreht die Vorschubschraube 15, um den Support 13 sowie die darauf
befestigte Projektionslinse 10 in Normalenrichtung der Wiedergabetrommel 2 zu bewegen, so daß der Fokus der Projektionslinse
10 auf dem Film 3 justiert wird.
Die Lichtquelle 9 ist üblicherweise aus einer Mehrzahl von Ausgabe-Lichtstrahlen zusammengesetzt, insbesondere
für den Zweck der Halbtonverarbeitung.
Eine Mehrzahl von Strahlen ist aber nicht immer erforderlich, und die Erstellung eines Bilds kann beispielsweise auch
in hinreichender Weise durchgeführt werden, indem man nur einen einzigen Ausgabe-Lichtstrahl der Lichtquelle anstelle
einer Mehrzahl von Strahlen verwendet. In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ent-
- 11 -
sprechend die Mehrzahl von Strahlen nur während einer Brennpunkt-Justierperiode
T verwendet, obwohl die Lichtquelle mit einer Mehrzahl von Lichtstrahlen ausgerüstet ist.
In diesem Fall kann überdies die Lichtquelle 9 derart ausgelegt
sein, daß sich die Ausgabestrahlen an stufenweise versetzten Positionen befinden, so daß sie unterschiedliche
optische Weglängen (Emissionsentfernungen) von der Lichtquelle 9 zu dem Bildsensor 12 haben, der seinerseits unter
einem festen Winkel θ = 0 ausgerichtet ist. Hierdurch lassen sich Fokussierungsfehler detektieren.
Der Bildsensor 12 kann auch eine Mehrzahl von abgeteilten
Abschnitten aufweisen, die Zentralbereiche sind.
Es können beliebige Lichtquellen Verwendung finden, solange sie nur in einer einzelnen Reihe ausgerichtet werden können.
Auf die Form oder den Typ des strahlenden Materials kommt es nicht an.
In Fig. 1 können die Lichtquelle 9, der halbdurchlässige Spiegel 11 und der Bildsensor 12 auch in fester Anordung
auf einem Support 13 mit größeren Abmessungen anstelle
des beweglichen Trägers 5 montiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Austastperiode T so festgesetzt, daß sie mit dem Abschnitt
2b der Wiedergabetrommel 2 korrespondiert (vgl. Fig. 1; es handelt sich um einen sich in Längsrichtung
der Wiedergabetrommel 2 erstreckenden, freien Bereich
zwischen den Enden des Films 3). Die Austastperiode Tn kann aber auch so festgesetzt werden, daß sie einer von
beiden. Seiten des Films 3 auf der Trommel entlang ihrer (seiner) Länge entspricht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Brennpunktjustierung
durchgeführt, die in sehr wirkungsvoller Weise Änderungen des Abstands zwischen der Projektionslinse 10 und der
Wiedergabetrommel 2 kompensiert, die durch Fertigungstoleranzen der Trommel und/oder Änderungen der Umgebungsbedingungen
wie z. B. der Betriebstemperatur bewirkt werden.
Leichte Maßungenauigkeiten der Trommel treten vor allem in ihrer Längsrichtung auf, nicht aber auf einem einzelnen
Kreis in Drehrichtung (Ümfangsrichtung). Eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher für Trommeln
mit einer kurzen Länge von nicht so großem Wert. Die Erfindung ist besonders wirksam und vorteilhaft, wenn die Wiedergabetrommel
eine gewisse Länge hat. Das erfindungsgemäße Verfahren kann den Anstieg der Fertigungskosten von Wiedergabetrommeln
beschränken, der normalerweise mit der Herstellung von Trommeln größeren Durchmessers und größerer
Länge einhergeht, da die Bearbeitung zunehmend schwieriger ■.wird. Die Erfindung leistet überdies einen Beitrag für
den praktischen Einsat2 von Trommeln mit größerem Durchmesser und größerer Länge.
Claims (3)
1. Verfahren zur Fokuseinstellung eines Bildscan-
und Wiedergabesystems während des Abtastens und Aufzeichnens eines Bilds, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Man ordnet eine Mehrzahl heller Lichtquellen in einer Reihe
ausgerichtet an;
man projiziert von den Lichtquellen ausgehende Lichtstrahlen durch eine Linse o. ä. auf einen Film ο. ä.;
man empfängt auf einer Mehrzahl von Bildsensoren die von dem Film durch die Linse zurückreflektierten Lichtstrahlen;
und
man detektiert Variationen des Fokus1 der Lichtstrahlen
auf der Filmoberfläche anhand von Lichtintensitätsschwankungen
der auf dem Bildsensor empfangenen Lichtstrahlen und stellt so automatisch den Fokus auf einen gewünschten Punkt
nach.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man für alle Lichtstrahlen unterschiedliche
optisch-axiale Entfernungen zwischen dem Film ο. ä. und den Bildsensoren vorsieht, um so Variationen der Fokalstellung
zu detektieren.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man unterschiedliche optische Entfernungen zwischen jeder von den mehreren hellen Lichtquellen und
dem Film ο. ä. vorsieht, um so Variationen der Fokalstellung· zu detektieren.
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