DE3614261A1 - Method and device for optical image recording - Google Patents

Method and device for optical image recording

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DE3614261A1 DE19863614261 DE3614261A DE3614261A1 DE 3614261 A1 DE3614261 A1 DE 3614261A1 DE 19863614261 DE19863614261 DE 19863614261 DE 3614261 A DE3614261 A DE 3614261A DE 3614261 A1 DE3614261 A1 DE 3614261A1
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Abstract

According to the method, a modulated laser light beam which is deflected line by line is moved by a scanning unit (13) via the recording material (4) which is displaced essentially perpendicularly to the line direction. The objective (14) arranged between the scanning unit (13) and the recording carrier (4) only illuminates some of the widths of the recording material and the total image is assembled from several strips exposed in succession in that the scanning unit is in each case offset by one strip width in the line direction before exposing the next strip following. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Bild­ aufzeichnung, wobei ein zeilenweise abgelenkter und ent­ sprechend vorgegebener digitaler Bilddaten modulierter Lichtstrahl von einer Abtasteinheit über das im wesentli­ chen senkrecht zur Zeilenrichtung bewegte Aufzeichnungs­ material geführt wird sowie, eine Einrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens.The invention relates to a method for optical image record, with a line-wise distracted and ent speaking modulated predetermined digital image data Beam of light from a scanning unit over the ess Chen recording moved perpendicular to the line direction material is carried as well as a facility for the passage conduct of the procedure.

Nach dem genannten Verfahren arbeiten beispielsweise Kopiergeräte wie sie aus der US-PS 43 75 063 und der US- PS 43 86 272 bekannt sind. Bei diesen Geräten werden zur Ablenkung des Lichtstrahls ein rotierender Polygonspiegel und zur Bewegung des Aufzeichnungsträgers eine ebenfalls rotierende Trommel verwendet. Ein üblicherweise zwischen dem Polygonspiegel und der Trommel angeordnetes Objektiv fokussiert den Lichtstrahl auf die lichtempfindliche Oberfläche der Trommel und sorgt aufgrund seiner speziel­ len sogenannten f( R )-Charakteristik dafür, daß die Ge­ schwindigkeit des auf die Trommel fokussierten Lichtfleck über die gesamte Breite der Trommel konstant bleibt.Copy machines such as are known from US Pat. No. 4,375,063 and US Pat. No. 4,386,272 work according to the aforementioned method. These devices use a rotating polygon mirror to deflect the light beam and a rotating drum to move the recording medium. A lens usually arranged between the polygon mirror and the drum focuses the light beam onto the photosensitive surface of the drum and, due to its special len so-called f ( R ) characteristic, ensures that the speed of the light spot focused on the drum spans the entire width of the drum remains constant.

Kopiergeräte verarbeiten nur bestimmte, relativ kleine Bildformate. Eine Vergrößerung des Bildformats auf Werte, wie sie beispielsweise für Orthophotokartiergeräte in der Photogrammetrie üblich sind, ist nicht ohne weiteres möglich. Denn dann müßte das zur Fokussierung des zeilen­ weise abgelenkten Lichtstrahls verwendete Objektiv entwe­ der einen sehr viel größeren Bildwinkel verarbeiten können, oder eine längere Brennweite aufweisen. Eine Vergrößerung des Bildwinkels bei gleichbleiben guter Korrektur der Abbildungsfehler und unter Einbeziehung der mit dem Bildwinkel stark ansteigenden f( R )-Charak­ teristik stellt jedoch Anforderungen an die Optik, die nur mit sehr hohem Aufwand zu realisieren sind. Anderer­ seits wird bei einer Verlängerung der Brennweite der Fokusdurchmesser des aufzeichnenden Lichtflecks groß, d.h. die Auflösung wird klein. Außerdem vergrößert eine lange Brennweite die Abmessungen des Gerätes und erfor­ dert komplizierte Faltungen des Strahlenganges zwischen Objektiv und Aufzeichnungsträger.Copiers only process certain, relatively small image formats. It is not readily possible to enlarge the image format to values such as are customary for orthophotocartoning devices in photogrammetry. Because then the lens used to focus the line-wise deflected light beam should either be able to process a much larger angle of view or have a longer focal length. However, an enlargement of the image angle with the same good correction of the aberrations and including the f ( R ) characteristic which increases sharply with the image angle places demands on the optics, which can only be achieved with great effort. On the other hand, when the focal length is extended, the focus diameter of the recording light spot becomes large, that is, the resolution becomes small. In addition, a long focal length increases the dimensions of the device and requires complicated folding of the beam path between the lens and the recording medium.

Es sind z.B. aus "Bildmessung und Lichtbildwesen" 48, Heft 4 (1980) Seiten 110-118 und aus der DE-PS 30 47 519 sowie der US-PS 34 46 553 optisch analog arbeitende Orthoprojektoren bekannt, in denen das Orthophoto aus nebeneinanderliegenden Bildstreifen aufgebaut wird. In diesen Geräten werden aber spaltförmige Bildbereiche endlicher Breite von einem synchron mit dem Träger für das Orthophoto bewegten Bildträger projiziert und damit als Ganzes verschiedenen Transformationen wie Bilddrehun­ gen, Dehnungen etc. unterworfen. Zur Bilderzeugung aus digitalen Bilddaten sind diese Geräte nicht geeignet.For example from "Image Measurement and Photography" 48, Issue 4 (1980) pages 110-118 and from DE-PS 30 47 519 and the US-PS 34 46 553 optically analog working Orthoprojectors are known in which the orthophoto is made adjacent image strips is built up. In these devices, however, become columnar image areas finite width of one in sync with the carrier for the orthophoto is moving and thus projecting the image carrier as a whole different transformations like image rotation subjected to strains, etc. For imaging from These devices are not suitable for digital image data.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfah­ ren anzugeben, nach dem relativ großformatige, hochaufge­ löste Bilder wie sie z.B. in der Photogrammetrie üblich sind, mit vertretbarem Aufwand aus digitalen Bilddaten erzeugt werden können.It is the object of the present invention ren specify after the relatively large-format, highly solved pictures like common in photogrammetry are, with reasonable effort from digital image data can be generated.

Diese Aufgabe wird gemäß den im Kennzeichen des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 2 genannten Merkmalen gelöst.This task is carried out in accordance with the characteristics of the Claim 1 and claim 2 mentioned features solved.

Da gemäß der Erfindung mehrere Streifen aus relativ kur­ zen Abtastzeilen nebeneinander gesetzt werden, kann ein Objektiv mit kurzer Brennweite und kleinem Bildwinkel verwendet werden, dessen Korrektur und Aufbau wenig auf­ wendig ist. Dies Objektiv läßt sich mit der Abtasteinheit zu einer Baugruppe zusammenfassen, die in relativ gerin­ ger Entfernung von der Oberfläche des Aufzeichnungsträ­ gers verschiebbar ist. Das Gerät besitzt daher einen kompakten und einfachen optisch-mechanischen Aufbau.Since according to the invention several strips from relatively short zen scan lines can be placed next to each other, a Short focal length lens with a small angle of view be used, its correction and construction little is agile. This lens can be used with the scanning unit to form an assembly that is relatively small distance from the surface of the recording medium  is slidable. The device therefore has one compact and simple optical-mechanical construction.

Da die in einem Zeilenstück erzielbare Bildpunktzahl prinzipiell durch das Abtastsystem auf etwa 20 000 be­ grenzt ist, läßt sich außerdem die Auflösung bezogen auf die aus mehreren Zeilenstücken gebildete Gesamtzeile auf ein mehrfaches der sonst üblichen Werte erhöhen.Since the pixel number achievable in a line segment principally through the scanning system to about 20,000 be is limited, the resolution can also be based on the total line formed from several line segments increase a multiple of the usual values.

Zweckmäßig ist es, ein hochauflösendes Positionsmeßsystem für die Achse vorzusehen, entlang der die Baugruppe ver­ schoben wird, damit der Anschluß der einzelnen Bildstrei­ fen aneinander sichergestellt ist.It is useful to have a high-resolution position measuring system to be provided for the axis along which the assembly ver is pushed so that the connection of the individual streak to each other is ensured.

Es ist weiterhin vorteilhaft wenn die Ablenkrichtung des Lichtflecks in der Ebene des Aufzeichnungsmaterials und die Bewegungsrichtung des Trägers für das Aufzeichnungs­ material einen von 90° abweichenden Winkel bilden, der entsprechend den Geschwindigkeiten des Lichtflecks und des Trägers so eingestellt ist, daß die belichteten Zei­ len genau senkrecht zur Streifenrichtung verlaufen. Das ist z.B. durch eine geringfügige Neigung der Achse der als Polygonspiegel ausgebildeten Ablenkeinheit ohne Schwierigkeiten möglich.It is also advantageous if the deflection direction of the Light spots in the plane of the recording material and the direction of movement of the carrier for the recording form an angle deviating from 90 °, the according to the speeds of the light spot and of the carrier is set so that the exposed time len run exactly perpendicular to the direction of the strip. The is e.g. by a slight inclination of the axis of the deflection unit designed as a polygon mirror without Difficulties possible.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nach­ stehenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels.Further advantages of the invention result from the standing description of the shown in the drawing Embodiment.

Fig. 1 ist eine Prinzipskizze des optisch mechanischen Aufbaus einer Einrichtung gemäß der Erfindung in perspektivischer Ansicht; Fig. 1 is a schematic diagram of the optical mechanical structure of a device according to the invention in perspective view;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Darstellung der Baugruppe (8) aus Fig. 1. FIG. 2 is an enlarged illustration of the assembly ( 8 ) from FIG. 1.

In Fig. 1 ist mit (1) der Träger für das lichtempfind­ liche Aufzeichnungsmaterials (4) bezeichnet. Der Träger (1) hat die Form einer Trommel mit einer Länge von 1 m und einem Durchmesser von 55 cm. Diese Trommel (1) er­ laubt es, Aufzeichnungsmaterial bis zu einem Bildformat von ca. 1m x 1,5 m mit Hilfe der Bildhalter (2) bzw. (3) aufzuspannen. Die Trommel (1) rotiert mit einer konstan­ ten Geschwindigkeit von etwa einer Umdrehung pro Minute, wie das durch den Pfeil (5) angedeutet ist.In Fig. 1 with ( 1 ) the support for the photosensitive recording material ( 4 ) is designated. The carrier ( 1 ) has the shape of a drum with a length of 1 m and a diameter of 55 cm. This drum ( 1 ) allows recording material up to an image format of approx. 1 mx 1.5 m to be clamped using the image holders ( 2 ) or ( 3 ). The drum ( 1 ) rotates at a constant speed of about one revolution per minute, as indicated by the arrow ( 5 ).

Über der Trommel (1) ist eine Baugruppe (8) entlang der Führungen (6) und (7) parallel zur Längsachse der Trommel (1) verschiebbar angeordnet. Für den Antrieb der Baugruppe (8) in Führungsrichtung sind ein Motor (10) und eine Präzisionsgewindespindel (9) vorgesehen. Die Posi­ tionsrückmeldung erfolgt mit Hilfe eines auf die Motor­ welle aufgesetzten Encoders (11). In der Baugruppe (8) sind der Antrieb (12) für ein mit konstanter Geschwindig­ keit von 30 0000 u/min rotierendes Spiegelrad (Poly­ gonspiegel 13) mit 8 Facetten, ein zwischen Spiegelrad und Aufzeichnungsträger (1) angeordnetes Objektiv (14) mit einer Brennweite von 31,8 mm und einem Bildwinkel von 22,5° sowie eine direkt über dem Aufzeichnungsträger angeordnete, spaltförmige Blende (15) von 25 mm Länge zusammengefaßt. Die Steuerung der Antriebe für die Bau­ gruppe (8), den Polygonspiegel (13) und die Trommel (1) erfolgt durch den Rechner (21) des Gerätes.Above the drum ( 1 ), an assembly ( 8 ) is slidably arranged along the guides ( 6 ) and ( 7 ) parallel to the longitudinal axis of the drum ( 1 ). A motor ( 10 ) and a precision threaded spindle ( 9 ) are provided for driving the module ( 8 ) in the guide direction. The position feedback takes place with the help of an encoder ( 11 ) mounted on the motor shaft. In the assembly ( 8 ) are the drive ( 12 ) for a with constant speed of 30 000 rpm rotating mirror wheel (poly gon mirror 13 ) with 8 facets, a between the mirror wheel and recording medium ( 1 ) arranged lens ( 14 ) with one Focal length of 31.8 mm and a picture angle of 22.5 ° and a gap-shaped diaphragm ( 15 ) of 25 mm in length arranged directly above the recording medium. The control of the drives for the construction group ( 8 ), the polygon mirror ( 13 ) and the drum ( 1 ) is carried out by the computer ( 21 ) of the device.

Der für die Belichtung des Aufzeichnungsmaterials benö­ tigte Laserlichtstrahl wird von einem Lasergenerator (16) erzeugt. Ein elektrooptischer Modulator (16) moduliert die Intensität des Laserlichtstrahles entsprechend vorge­ gebener, im Rechner (21) gespeicherter, digitaler Bildda­ ten. Danach durchläuft der Laserstrahl eine Optik (18) zur Strahlaufweitung und trifft dann nach Umlenkung durch die Spiegel (19) und (20) auf den rotierenden Polygon­ spiegel (13) auf. Dort wird der Laserlichtstrahl zyklisch so abgelenkt, daß der nach Durchgang des Lichtstrahls durch das Objektiv (14) fokussierte Lichtfleck das Auf­ zeichnungsmaterials (4) zeilenweise überstreicht, wobei die Zeilenstücke die durch die Blende (15) definierte Länge von 25 mm besitzen. In Verbindung mit der gleich­ förmigen Rotation der Trommel (1) wird das Aufzeichnungs­ material daher wie in der Fig. 1 angedeutet streifen­ förmig belichtet. Die Geschwindigkeit des fokussierten Lichtfleck in Zeilenrichtung ist aufgrund der f( R )- Charakteristik des Objektivs (14) konstant, sodaß gleich­ bleibende Belichtungsverhältnisse innerhalb einer Abtast­ zeile sichergestellt sind.The laser light beam required for the exposure of the recording material is generated by a laser generator ( 16 ). An electro-optical modulator ( 16 ) modulates the intensity of the laser light beam in accordance with predetermined digital image data stored in the computer ( 21 ). The laser beam then passes through an optical system ( 18 ) for beam expansion and then hits after deflection by the mirrors ( 19 ) and ( 20 ) on the rotating polygon mirror ( 13 ). There, the laser light beam is cyclically deflected so that the light spot focused after passage of the light beam through the lens ( 14 ) sweeps the record material ( 4 ) line by line, the line pieces having the length of 25 mm defined by the diaphragm ( 15 ). In connection with the uniform rotation of the drum ( 1 ), the recording material is therefore exposed as shown in Fig. 1 strip-shaped. The speed of the focused light spot in the line direction is constant due to the f ( R ) characteristic of the lens ( 14 ), so that constant exposure conditions are ensured within a scanning line.

Weiter wird durch die konstante Ablenkgeschwindigkeit erreicht, daß ein auf der Spiegelradachse befestigter Encoder (22) mit gleichförmiger Teilung verwendet werden kann, um in Zeilenrichtung gleichabständige Steuerdaten für den Modulator (16) aus dem Rechner (21) abrufen zu können.Furthermore, the constant deflection speed means that an encoder ( 22 ) with a uniform pitch, which is attached to the mirror wheel axis, can be used in order to be able to call up control data for the modulator ( 16 ), which is equally spaced in the line direction, from the computer ( 21 ).

Nach jeder Umdrehung der Trommel (1) verschiebt der Motor (10) die Baugruppe (8) rechnergesteuert um exakt eine Streifenbreite und anschließend wird der Nachbarstreifen belichtet. Dieses Verfahren wird Streifen um Streifen fortgesetzt, bis das gesamte Bild im gewünschten Format belichtet ist. Unter Zugrundelegung der genannten Zahlen für das Bildformat von 1,5m x 1m und einer Streifen­ breite von 25 mm benötigt man 40 Streifen mit je 60 000 Zeilen und der genannte Vorgang dauert bei einer Rota­ tionsgeschwindigkeit von einer Umdrehung pro Minute der Trommel (1) 40 Minuten.After each revolution of the drum ( 1 ), the motor ( 10 ) shifts the assembly ( 8 ) under computer control by exactly one strip width and then the neighboring strip is exposed. This process continues strip by strip until the entire image is exposed in the desired format. On the basis of the numbers mentioned for the image format of 1.5 mx 1 m and a strip width of 25 mm, 40 strips with 60,000 lines each are required and the above process takes 40 at a rotation speed of one revolution of the drum ( 1 ) 40 Minutes.

Damit die Zeilenrichtung (x) genau senkrecht zur Strei­ fenrichtung (y) verläuft, ist die Drehachse (y′) des Spiegelrads (13) um einen Winkel (q) von ca. 1′ gegen die Streifenrichtung (y) verkippt.So that the line direction ( x ) is exactly perpendicular to the strip direction ( y ), the axis of rotation ( y ') of the mirror wheel ( 13 ) is tilted by an angle ( q ) of approximately 1' against the strip direction ( y ).

Claims (7)

1. Verfahren zur optischen Bildaufzeichnung, wobei ein zeilenweise abgelenkter und entsprechend vorgegebener, digitaler Bilddaten modulierter Lichtstrahl von einer Abtasteinheit über das im wesentlichen senkrecht zur Zeilenrichtung bewegte Aufzeichnungsmaterial geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils nur ein Teil der Breite des Aufzeichnungsmaterials (4) belichtet wird und das Gesamtbild aus mehreren, nacheinander belichteten Streifen gleicher Breite zusammengesetzt wird, indem die Abtasteinheit (13) jeweils vor Belich­ tung des nächstfolgenden Streifens um eine Streifen­ breite in Zeilenrichtung verschoben wird.1. A method for optical image recording, wherein a line-by-line deflected and correspondingly predetermined digital image data modulated light beam is guided by a scanning unit over the recording material moved essentially perpendicular to the line direction, characterized in that only part of the width of the recording material ( 4 ) is exposed is and the overall image is composed of several successively exposed strips of the same width by the scanning unit ( 13 ) before exposure of the next strip is shifted by a strip width in the row direction. 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, bestehend aus einer Laserlichtquelle (16), einem elektrooptischen Modulator (17), einer Ablenk­ einheit (13) zur zeilenweisen Bewegung des modulierten Lichtstrahls, einem senkrecht zur Zeilenrichtung be­ weglichen Träger (1) für das Aufzeichnungsmaterial (4) und einem zwischen der Ablenkeinheit (13) und dem Aufzeichnungsmaterial (4) angeordneten Objektiv (14), dadurch gekennzeichnet, daß das Bildfeld des Objektivs (14) nur einen Teilbereich der Breite des Aufzeich­ nungsträgers (1) in Zeilenrichtung ausfüllt, die Ab­ lenkeinheit (13) und das Objektiv (14) zu einer Baugruppe (8) zusammengefaßt sind und die Baugruppe (8) in Zeilenrichtung verschiebbar gelagert ist.2. Device for performing the method according to claim 1, consisting of a laser light source ( 16 ), an electro-optical modulator ( 17 ), a deflection unit ( 13 ) for line-wise movement of the modulated light beam, a carrier perpendicular to the line direction be movable ( 1 ) for the recording material ( 4 ) and between the deflection unit ( 13 ) and the recording material ( 4 ) arranged lens ( 14 ), characterized in that the image field of the lens ( 14 ) only a portion of the width of the recording medium ( 1 ) in the line direction fills out, from the steering unit ( 13 ) and the lens ( 14 ) to an assembly ( 8 ) are combined and the assembly ( 8 ) is mounted displaceably in the row direction. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinheit ein drehbarer Polygonspiegel (13) ist. 3. Device according to claim 2, characterized in that the deflection unit is a rotatable polygon mirror ( 13 ). 4. Einrichtung, nach Anspruch 2, dadurch gekennnzeichnet, daß der Träger des Aufzeichnungsmaterials (4) eine drehbar gelagerte Trommel (1) ist.4. Device according to claim 2, characterized in that the carrier of the recording material ( 4 ) is a rotatably mounted drum ( 1 ). 5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (14) eine f( )-Charakteristik be­ sitzt derart, daß die Geschwindigkeit des auf das Aufzeichnungsmaterial fokussierten Lichtflecks kon­ stant ist.5. Device according to claim 2, characterized in that the lens ( 14 ) has an f () characteristic be such that the speed of the light spot focused on the recording material is constant. 6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Verschiebung der Baugruppe (8) ermitteln­ des Positionsmeßsystem (11) vorgesehen ist.6. Device according to claim 2, characterized in that a displacement of the assembly ( 8 ) determining the position measuring system ( 11 ) is provided. 7. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkrichtung des Lichtflecks in der Ebene des Aufzeichnungsmaterials (4) und die Bewegungsrich­ tung des Trägers (1) für das Aufzeichnungsmaterial einen von 90° abweichenden Winkel bilden und die Ab­ weichung entsprechend den Geschwindigkeiten des Lichtflecks und des Trägers (1) so eingestellt ist, daß die Zeilenrichtung (x) genau senkrecht zur Streifenrichtung (y) verläuft.7. Device according to claim 2, characterized in that the deflection direction of the light spot in the plane of the recording material ( 4 ) and the direction of movement of the support ( 1 ) for the recording material form a different angle from 90 ° and the deviation from the speeds of the Light spot and the carrier ( 1 ) is set so that the line direction ( x ) is exactly perpendicular to the stripe direction ( y ).
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