DE4123511A1 - Verfahren und anordnung zur rechnergesteuerten belichtung von photoempfindlichen materialien - Google Patents

Description

Die Erstellung von Druckvorlagen, die Belichtung von Filmen, Photopapie­ ren und Halbleiter-Trommeln zum Zwecke der Produktion von Bildern und Texten wird heute weitgehend mit Digitalrechner durchgeführt. Die Ausgangsgeräte, im folgenden mit "Printer" abgekürzt, sind in der Regel hochauflösende Laserdrucker, Laserfilm- oder Laser Photopapierbelichter, welche nach dem "flying-spot" Prinzip arbeiten. Hierbei wird ein möglichst fein fokussierter Laserstrahl oder Lichtstrahl einer nicht-kohärenten Quelle zeilenförmig über die genau ausgerichtete und geführte lichtempfindliche Oberfläche geführt, um diese zu belichten. Die geforderten Genauigkeiten von bis zu 15 000 Bildpunkte pro Zeile verlangen extreme Genauigkeiten aller mechanisch bewegten Teile wie Poylgonspiegel, Galvanometer-Spiegel sowie der mechanischen Bewegung des zu belichtenden Materials. Um auf eine ausreichende Belichtungsgeschwindigkeit zu kommen, müssen sehr hohe Abtastfrequenzen angestrebt werden; bei der großen Anzahl von Bild­ punkten pro Zeile bedeutet dies auch extrem hohe und stabile Taktfrequen­ zen und Signalverarbeitungsfrequenzen für die Bildrechner, welche die Daten für den Printer bereitstellen und diesen steuern. Es ist daher nicht verwunderlich, daß professionelle Belichtungsanlagen wie sie z. B. von den Firmen Hell/Siemens und Scytex geliefert werden, sehr teure Anlagen mit Anschaffungswerten über DM 500 000.- darstellen.

Im Zuge des "desk top publishing" und der weitgehenden Digitalisierung aller Prozesse der Text- und Bilderstellung besteht ein großes wirtschaft­ liches und technisches Bedürfnis nach preisgünstigeren Printern. Diese Auf­ gabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit Hilfe eines Lichtmodu­ lators, welcher aus einer Anordnung einzeln ansteuerbarer Bildpunkte be­ steht, alle Bildpunkte eines Teilbildes der Bildvorlage zeitgleich auf die zu belichtende Vorlage projiziert werden und daß entweder der Strahlengang des Lichtmodulators und/oder die Vorlage stufenweise so bewegt wird, daß aneinander stoßende Teilbilder auf der Vorlage entstehen.

Das Verfahren soll beispielhaft aber nicht einschränkend anhand eines Be­ lichters für Photopapier erläutert werden. Hierzu wird auf folgende Abbil­ dungen zurückgegriffen:

Fig. 1 zeigt beispielhaft einen Belichter mit Hilfe eines bildpunktweise adressierbaren Lichtmodulators ent­ sprechend dem Erfindungsgedanken,

Fig. 2 zeigt einen Belichter mit drei bildpunktweise ansteuerbaren Lichtmodulatoren und drei unterschiedlich gefärbten Licht­ quellen zur Belichtung von Farbphotopapier nach dem Erfindungsgedanken,

Fig. 3 zeigt beispielhaft einen Belichter, bei welchem die Bildpunkte des Lichtmodulators über eine Anordnung geord­ neter Lichtleiter auf das zu belichtende Material geführt pro­ jiziert werden.

Die Belichtung von Photopapier nach dem klassischen flying-spot Verfahren erfolgt dadurch, daß mit Hilfe eines Polygonspiegelrades ein über diverse Kollimationsoptiken sehr fein fokussierter Laserstrahl zeilenförmig über das Photomaterial geführt wird. Die Präzision des Spiegelrades muß sehr hoch sein: die Gleichmäßigkeit des Rundlaufs, der exakte Winkel jeder Spiegelfacette, die geringe Größe des erlaubten Pyramidalfehlers erfordern aufwendige und teure Konstruktionen. Da das Spiegelrad mit einer konstanten Winkelge­ schwindigkeit bewegt wird, ist die Geschwindigkeit des Laserspots auf dem ebenen Photomaterial nicht konstant. Durch Verwendung sog. f-theta Objektive wird diese Ungleichmäßigkeit teilweise ausgeglichen. Mit Hilfe eines akusto-optischen Modulators wird die Helligkeit des Laserspots ent­ sprechend dem zu projizierenden Grauwert moduliert. Das Auslesen des Bildspeichers muß genau mit der Mechanik des Ablenksystems und des Vorschubs synchronisiert sein.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird bei der Erfindung das zu projizierende Bild in einem Bildspeicher 1 in digitaler Form bildpunktweise gespeichert. Das ge­ speicherte Bild kann dabei ein Binärbild (1 Bit pro Bildpunkt), ein Grau­ wertbild (typ. 8 Bit pro Bildpunkt) oder ein Farbbild (24 bis 32 Bit pro Bild­ punkt sein). Wir gehen im folgenden zur Erklärung des Erfindungsgedanken davon aus, daß das Bild ein Grauwertbild mit 8 Bit Grauwertinformation pro Bildpunkt darstellt. Mit Hilfe des Bildrechners 2 wird das gespeicherte Bild in Teilbilder zerlegt, welche der Dimension des Lichtmodulators 3 ent­ sprechen. Dies bedeutet, daß das Teilbild aus ebenso vielen Bildpunkten be­ steht wie der Lichtmodulator aufzeigt.

Beispielhaft sei das gesamte Bild mit 10 000 mal 10 000 Bildpunkten abge­ speichert und der Lichtmodulator besitze eine quadratische Anordnung von 100 mal 100 einzeln ansteuerbar und in seiner Transparenz modulierbarer Bildpunkte. Solche Lichtmodulatoren können z. B. in LCD-Technik (liquid crystal devices) realisiert sein und sind dem Fachmann bekannt. Der gesam­ te Bildspeicher wird daher vom Bildrechner in 100 mal 100 aneinandergren­ zende Teilbilder zerlegt. Diese Teilbilder werden in einer vorgegebenen Rei­ henfolge ausgelesen und steuern den Lichtmodulator an. Dieser wird von einer intensiven Lichtquelle 4 durchstrahlt und über eine Projektionsoptik 5 und einen Schrittmotor gesteuerten Ablenkspiegel 6 wird das Bild auf die photoempfindliche Oberfläche 7 projiziert. Nach Ablauf der Belich­ tungszeit wird der Spiegel soweit weiterbewegt, daß die nächste, an das vor­ hergehende Teilbild angrenzende Bildlage eingestellt wird. Während der schrittweisen Belichtung der jeweils 100 Zeilen bleibt das Photomaterial un­ bewegt. Ist die gesamte Breite belichtet, so wird das Photomaterial über den Schritttransport 8 um eine Strecke weiterbewegt, welcher der Länge eines Teilbildes entspricht und der Belichtungsvorgang in dieser Stellung wieder­ holt.

Im Vergleich zum flying-spot Verfahren ergeben sich folgende Vorteile:

• 1. In jeder Stellung des Ablenkspiegels werden gleichzeitig beispielsweise 10 000 statt nur ein einziger n Bildpunkt belichtet.
• 2. Anstelle von hochdynamischen Präzisions-Polygonspiegelrädern oder Galvanometerspiegel können einfache Anordnungen von z. B. Schrittmo­ tor oder Servo-Motor gesteuerten Ablenkspiegel verwendet werden. Diese Spiegel müssen lediglich eine genaue statische Position einnehmen; an das dynamische Verhalten, d. h. der Präzision des Weges während der Verstellung werden keine Anforderungen gestellt.
• 3. Die Führung des Photomaterials braucht ebenfalls nur schrittweise erfolgen. Ein hochpräziser kontinuierlicher Transport ist nicht erforder­ lich.
• 4. Die Anforderungen an die Ansteuerung des Lichtmodulators sind gering; es können konstante Taktfrequenzen verwendet werden. Die Probleme der unterschiedlichen scan-Geschwindigkeit wie beim flying-spot scanner entfallen.
• 5. Es können beliebige Lichtquellen für die Projektion verwendet werden: nicht-kohärente Weißlicht- oder Farblichtquellen, gepulste Quellen, aufgeweitete Laser etc. so daß eine größere Vielfalt von Lichtquellen zur Verfügung steht und eine bessere Anpassung auf die jeweiligen Photoma­ terialien möglich ist.
• 6. Das erfindungsgemäße System erfordert keinen genauen Synchronismus zwischen Ablenkmechanik und Bildspeicherelektronik.

Diese zahlreichen und ganz erheblichen Vorteile führen dazu, daß Systeme nach dem Erfindungsgedanken auch für hochauflösende professionelle An­ wendungen erheblich preiswerter, robuster und wartungsärmer hergestellt werden können.

Die Erweiterung auf einen Farbbelichter ist in Fig. 2 dargestellt. Hierbei wer­ den drei getrennte Lichtmodulatoren 1a bis 1c mit jeweils einer andern Farbe, z. B. Rot, Grün und Blau durchstrahlt. Die drei Farben können z. B. mit Hilfe von dichroitischen Spiegeln 2 aus einer Weißlichtquelle 3 gewonnen werden. Die drei Farbbilder werden auf dem farbempfindlichen Photomaterial 4 überlagert und beeinflussen diejenigen Farbpigmente, welcher ihrer jeweiligen Farbe zugeordnet sind. Alternativ kann auch nach­ einander mit Hilfe von drei getrennten Lichtquellen unterschiedlicher Farbe, welche nacheinander synchron zu dem entsprechenden Farbauszug auf einem einzigen Lichtmodulator eingeschaltet werden, die farbempfindliche Vorlage belichtet werden. Hierbei wird zwar die dreifache Belichtungszeit er­ forderlich, dafür vereinfacht sich der benötigte Aufwand an Lichtmodulato­ ren und Projektionsoptiken von drei Systemen auf bloß ein System.

Vorteilhaft kann auch eine Projektionsanordnung nach Fig. 3 verwendet werden. Hierbei werden die Lichtpunkte des Lichtmodulators 1 über eine Anordnung von geordneten Lichtleiter 2 ohne bewegte Ablenkanordnung direkt auf das Photomaterial projiziert. Die Enden des Lichtleiterbündels 3 werden beispielhaft über Gradientenlinsen (sog. selffoc Linsen) direkt auf das Material abgebildet. Dabei kann die Abbildung in Form eines quadrati­ schen oder rechteckigen Teilbildes aber auch in Form einer Zeile oder Teil­ zeile erfolgen. Da die Lichtmodulatoren frei ansteuerbar sind, kann das zu projizierende Bild vom Bildrechner 4 entsprechend im Bildspeicher 5 aufgebaut werden. Insbesonders vorteilhaft ist eine solche Ausprägung des Erfindungsgedanken bei der Verwendung von Matrix- Lichtmodulatoren, wie sie derzeit für Projektions-Videosysteme entwickelt werden. Die große Anzahl von Bildpunkten ermöglicht die Zerlegung in sehr viele Zeilen.

Zur Steigerung der Dynamik und des Kontrastes können mehrere benach­ barte Bildpunkte des Modulators auf einen Lichtleiter abgebildet werden; die Information einer Farbzeile kann auf unterschiedliche Zeilen des Matrix- Lichtmodulators gelegt werden. Die jeweilig erforderliche Aufteilung des zu projizierenden Bildes ist leicht vom Bildrechner im Bildspeicher durchzuführen; diese Aufteilungs-Verfahren sind dem Fachmann bekannt.

Claims (8)

1. Verfahren zur rechnergesteuerten Belichtung von lichtempfindlichen Materialien, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bildvorlage digitalisiert in einem Bildspeicher enthalten ist,
daß mit Hilfe eines Rechners dieses Bild in aneinander grenzende Teilbilder zerlegt wird wobei die Anzahl der Bildzeilen und Bildspalten der Anzahl der Zeilen und Spalten eines Lichtmodulators mit einzeln ansteuerbaren Bildpunkten entspricht, daß der Lichtmodulator so ange­ steuert wird, daß jeder Bildpunkt des Modulators eine Transmission an­ nimmt, welche dem Grauwert des entsprechenden Bildpunktes in dem Teilbild entspricht, daß der Lichtmodulator von einer Lichtquelle durch­ strahlt wird und das modulierte Bild über eine rechnergesteuerte Ablenkvorrichtung Teilbild für Teilbild auf die photoempfindliche Oberfläche projiziert wird, und daß nach erfolgter Belichtung jedes Teilbil­ des die Ablenkvorrichtung und /oder das photoempfindliche Material so bewegt werden, daß einandergrenzende Teilbilder belichtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lichtmodulatoren von mehreren Lichtquellen mit ent­ sprechend gewählter Lichtfarbe durchstrahlt werden, daß die Lichtmodu­ latoren von Teilbildern angesteuert werden, welche zum gleichen Bildausschnitt gehören aber die jeweilige Farbinformation wiedergeben und daß die projizierten Farbbilder entweder durch gleichzeitige Überlagerung oder zeitlich aneinander den gleichen Ausschnitt eines farbempfindlichen Photomaterials belichten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtmodulator und/ oder das Projektionssystem mechanisch stufenweise so bewegt wird, daß einandergrenzende Bildausschnitte auf der Oberfläche des photoempfindlichen Materials belichtet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung des Kontrastes und der Dynamik mehrere Bildpunkte des Lichtmodulators mit dem Grauwert eines Bildpeicher-Bildpunktes an­ gesteuert werden und daß diese Bildpunkte auf auf dem gleichen Bild­ punkt des photoempfindlichen Materials überlagert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veringerung des Quantisierungsfehlers der Grauwert eines Bildspeicherpunktes in mehrere Kopien zerlegt wird, welche jeweils mit einem kleinen zufällig gewählten Rauschwert überlagert werden und daß diese verrauschten Bildpunkte so auf die photoempfindliche Vorlage proji­ ziert werden, daß sie sich dort in einem Bildpunkt überlagern.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildpunkte des Lichtmodulators durch eine Anordnung von ge­ ordneten Lichtleitern ohne mechanisch bewegte Ablenkvorrichtung auf die entsprechenden Bildpunkte der photoempfindlichen Oberfläche geleitet werden.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bildvorlage bildpunktweise mit Hilfe eines Bildrechners digitali­ siert und abgespeichert wird, daß mit Hilfe des Bildrechners dieses Bild in eine Reihe von Teilbildern zerlegt und abgespeichert wird, daß mit Hilfe einer Ausleseelektronik dieser Bildspeicher Teilbild für Teilbild ausgelesen wird und einen Lichtmodulator mit einzeln ansteuerbaren Bildpunkten aussteuert, daß der Lichtmodulator von einer Lichtquelle durchstrahlt wird, daß mit Hilfe einer Projektionsoptik und eines rechnergesteuerten Spiegels oder Prismas jedes Teilbild so auf eine photoempfindliche Oberfläche projiziert wird, daß aneinandergrenzende Teilbilder entstehen und daß das photoempfindliche Material seine Eigenschaften Bildpunkt für Bildpunkt entsprechend der Intensität des aufprojizierten Bildpunktes verändert, daß nach der Belichtung eines Teilbildes die Ablenkvorrichtung und/oder die photoempfindliche Oberfläche stufenweise mit Hilfe einer Verstell- und Vorschubeinrichtung um die Größe eines Teilbildes verstellt werden.

8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bildpunkt oder Bildpunktgruppe des Lichtmodulators auf die Eintrittsfläche eines Lichtleiters mit abgebildet wird, daß alle Lichtleier zu einer geordneten Form zusammengefaßt werden, daß die Enden der Lichtleiter über Miniaturlinsen auf die photoempfindliche Fläche abgebildet werden.