DE4136582A1 - Vorrichtung zur uebertragung von optischen signalen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Reproduktionstechnik und betrifft eine Vorrichtung zur variablen Übertragung von optischen Signalen mit einem Linsensystem, das mindestens zwei entlang eines Ausbreitungs­ weges der optischen Achse bewegliche Linsen aufweist.

Derartige Vorrichtungen werden in der Reproduktionstechnik beispielsweise zur Einstellung von Bildgröße und Bildschärfe verwendet. Insbesondere als Vario-Objektive ausgebildete Linsensysteme weisen zur Durchführung von Verstellbewegungen Außenverzahnungen auf, mit deren Hilfe über ein Verstellgetriebe Positionierungen durchgeführt werden können.

Es ist bekannt, bei optisch kompensierten Vario-Objektiven zwei mechanisch fest miteinander gekoppelte Linsen zu verwenden, bei deren Verstellung der Bildort jedoch nicht fest ist, sondern sich in Abhängigkeit von der Bildver­ größerung nach einer für das Objektiv typischen Funktion um eine mittlere Einstellposition bewegt.

Es ist ebenfalls schon bekannt, beim mechanisch kompensierten Zoom- Objektiven die Verstellungen mittels mechanischer Steuerkurven oder Steuer­ scheiben vorzunehmen.

Mit derartigen mechanischen Steuerkurven lassen sich keine genauen Positionierungen durchführen, da Spiel- und Fertigungstoleranzen der mechanischen Komponenten in der Regel nicht berücksichtigt werden.

Mit den bekannten Vorrichtungen können somit keine hochgenauen, variablen Positionseinstellungen durchgeführt werden. Außerdem besteht gelegentlich der Wunsch, Laser-Lichtquellen mit verschiedenen Wellenlängen zu verwenden, um unterschiedlich empfindliche Aufzeichnungsmaterialien belichten zu können. In diesem Falle müßten bei den herkömmlichen Vorrichtungen mit hohem Aufwand achromatisierte Vario-Objektive verwendet werden.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur variablen Übertragung von optischen Signalen so zu verbessern, daß eine variable Einstellung mit hoher Genauigkeit, insbesondere auch bei optischen Signalen mit unterschiedlichen Wellenlängen, gewähr­ leistet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 bis 7 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur variablen Übertragung von optischen Signalen in einer Prinzip-Darstellung,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine Steuerschaltung in Form eines Block­ schaltbildes,

Fig. 3 eine grafische Darstellung von Steuerkurven,

Fig. 4 eine weitere grafische Darstellung von Steuerkurven,

Fig. 5 eine andere grafische Darstellung von Steuerkurven,

Fig. 6 ein praktisches Ausführungsbeispiel für ein Vario-Objektiv und

Fig. 7 Ausführungsbeispiele für eine Strahlungsquelle.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur variablen Übertragung von optischen Signalen. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Vario-Objektiv mit einem Frontlinsen-System (1), einem Vario- System (2) und einem Grundobjektiv (3), die auf einer optischen Achse (4) hintereinander angeordnet sind, sowie aus einer Positionierungs- Steuerschaltung für das Vario-System (2).

Das Frontlinsen-System (1) weist beispielsweise zwei ortsfeste Eingangs­ linsen (5, 6) auf. Das Vario-System (2) besteht aus zwei entlang der optischen Achse (4) verschiebbaren Linsen-Systemen, die jeweils mindestens eine Linse (7, 8) wie in der Darstellung aufweisen. Das ebenfalls ortsfeste Grundobjektiv (3) umfaßt im Ausführungsbeispiel vier hintereinander angeordnete Linsen (9, 10, 11, 12).

Die verschiebbaren Linsen (7, 8) des Vario-Systems (2) sind an Mitnehmern (13, 14) befestigt,die mit Hilfe von Spindeln (15, 16) und Antriebsmotoren (17, 18) in Richtung der optischen Achse (4) verstellt werden können. Die Antriebsmotore (17, 18) können beispielsweise Schrittmotore oder Gleich­ strommotore in Kombination mit Wegaufnehmern sein. Die Antriebsmotore (17, 18) werden über Motor-Verstärker (19, 20) von einer Motorsteuerung (21) gesteuert. Steuerbefehle für die Motorsteuerung werden von einem Steuer­ rechner (22) bereitgestellt, der mit einer Eingabestufe (23) und einem Speicher (24) für Steuerkurven verbunden ist. Die Steuerkurven geben die Fahr- bzw. Positionierwege für die Linsen (7, 8) in Abhängigkeit von Einstellparametern wieder. Mit Hilfe der Eingabestufe (23) werden die jeweils benötigten Einstellparameter vorgegeben. Anhand der vorgegebenen Einstellparameter werden die jeweils benötigten Steuerkurven ausgewählt, vom Speicher (24) in den Steuerrechner (22) überschrieben und dort in entsprechende Steuerbefehle für die Positionierung der Linsen (7, 8) umgesetzt.

Zur Erzeugung der optischen Strahlung ist ein Strahlungsgenerator (25) vorhanden, der als Strahlungsquelle z. B. einen Argon-Laser, einen He/Ne- Laser, einen YAG-Laser, mindestens eine Laserdiode oder LED′s enthalten kann.

Beispielsweise erzeugt der Argon-Laser eine optische Strahlung mit einer Wellenlänge λ = 488 nm zur Belichtung von blauempfindlichem Aufzeichnungsmaterial und der He/Ne-Laser eine optische Strahlung mit einer Wellenlänge λ = 633 nm zur Belichtung von rotempfindlichem Aufzeichnungsmaterial. Mit einem YAG-Laser läßt sich z. B. eine optische Strahlung mit einer Wellenlänge λ = 1.064 nm zur Aufzeichnung von thermisch empfindlichem Material gewinnen und mittels einer Laserdiode eine optische Strahlung mit einer Wellenlänge λ = 860 nm erzeugen. Entsprechend der jeweiligen Wellenlänge (λ) der optischen Strahlung muß das Varioobjektiv (7) umgeschaltet werden.

Um wahlweise verschiedene Aufzeichnungsmaterialien belichten zu können, weist der Strahlungsgenerator (25) vorzugsweise mehrere Strahlungsquellen für unterschiedliche Wellenlängen (λ) der optischen Strahlung auf, die je nach der Empfindlichkeit des momentan zu belichtenden Aufzeichnungsmaterials aktivierbar sind.

Die optische Strahlung mit der jeweils erforderlichen Wellenlänge (λ) läßt sich beispielsweise mittels kipp- oder verschiebbarer Spiegel in den Strahlengang einspiegeln. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel für den Strahlungs­ generator (25) zeigt Fig. 7a.

Die optische Strahlung mit der jeweils erforderlichen Wellenlänge (λ) kann auch in vorteilhafter Weise durch mindestens eine Strahlungsquelle in Ver­ bindung mit einem Frequenzverdoppler erzeugt werden, der bei Bedarf in den Strahlengang eingeschwenkt werden kann. Beispielsweise läßt sich mittels eines YAG-Lasers mit einer Wellenlänge λ = 1.064 nm in Verbindung mit einem Frequenzverdoppler eine optische Strahlung mit einer Wellen­ länge λ = 532 nm erzeugen. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel für den Strahlungsgenerator (25) zeigt Fig. 7b.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Steuerschaltung zur Ermittlung der Steuerbefehle für die Positionierung der Linsen (7, 8) in Form eines Block­ schaltbildes.

Die Steuerschaltung für die Antriebsmotore (17, 18) besteht im wesentlichen aus der Eingabestufe (23), dem Speicher (24), dem Steuerrechner (22), der Motor-Steuerung (21) mit den Motor-Verstärkern (19, 20). Der Steuer­ rechner (22) weist eine erste Rechenstufe (26), eine zweite Rechenstufe (27), eine Koordinationsstufe (28) und eine Transformationsstufe (29) auf.

In die Eingabestufe (23) werden die benötigten Einstellparameter eingegeben. Im Falle, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise bei einem Aufzeichnungsgerät für gerasterte Bilder, auch Recorder und Belichter genannt, verwendet wird, dienen die Einstellparameter zur Festlegung des Rastersystems, der Rasterweite, der Bildgröße und des Fokus sowie der Wellenlänge (A) der momentan verwendeten Lichtquelle.

In dem Speicher (24) sind die Steuerkurven für die verschiebbaren Linsen (7, 8) und für verschiedene Wellenlängen (λ) in Form von Koeffizientensätzen (a₀, a_i) abgelegt.

Die Steuerkurven sind als Polynome vorgegeben, die aus einer Summe von Produkten bezüglich eines Offsets gebildet werden. Jedes Produkt wird durch Multiplikation der Polynomkoeffizienten (a₀, a_i) und einer Potenz einer Polynom-Variablen (x) gemäß der nachfolgenden Gleichung gebildet:

In der Gleichung ist (N) der Fahr- oder Stellweg für die verschiebbaren Linsen (7, 8) bzw. bei einer Schrittmotor-Steuerung die Schrittanzahl.

Vorzugsweise werden Polynome sechsten Grades verwendet. Mit Hilfe der Polynome wird eine Approximation der durch Stützwerte vorgenommenen Steuerkurven vorgenommen, die vom Hersteller der Linsen vorgegeben werden. Mit Hilfe der Polynome ist somit eine Interpolation zwischen den Stützwerten möglich. Selbstverständlich ist dies nur ein Beispiel für eine Vielzahl möglicher Verfahren, die entweder zwischen den Stützstellen interpolieren oder aber als Approximation eine möglichst gute Näherung der durch Stützstellen gegebenen Funktion liefern.

Anhand der in die Eingabestufe (23) eingegebenen Einstellparameter werden in der ersten Rechenstufe (26) die Polynom-Variablen (x) in einem Werte­ bereich - 1 ≦ x ≦ + 1 berechnet, um die Einstellung der Nominal-Bildgröße vornehmen zu können. Die berechneten Polynom-Variablen (x) werden in die zweite Rechenstufe (27) weitergeleitet. In Abhängigkeit von der vorge­ gebenen Wellenlänge h werden die Koeffizientensätze (a₀, a_i) der ent­ sprechenden Steuerkurven aus dem Speicher (24) ausgelesen und ebenfalls in die erste Rechenstufe (26) weitergeleitet. In der zweiten Rechenstufe (27) erfolgt die Ermittlung der Fahr- oder Stellwege (N₁) und (N₂) für die exakte Positionierung der Linsen (7,8) nach der obigen Gleichung.

Die ermittelten Fahr- und Verstellwege werden an die Koordinationsstufe (28) weitergeleitet, in der diese bezüglich einer eventuellen Kollision der beiden Linsen (7, 8) bei der Positionierung überwacht und in der gegebenenfalls Bahnkorrekturen durchgeführt sowie entsprechend korrigierte Fahrwege ermittelt werden.

Die ermittelten Fahrwege werden an die Transformationsstufe (29) übermittelt und dort in entsprechende Steuerbefehle für die Motor- Steuerung (21) umgesetzt.

Fig. 3 zeigt in einer grafischen Darstellung Beispiele für Steuerkurven, welche die Abhängigkeit der erforderlichen Fahr- und Stellwege von der gewünschten Bildgröße wiedergeben. Dargestellt ist ein Satz Steuerkurven (30) für die Linse (7) und ein Satz Steuerkurven (31) für die Linse (8). Jeder Satz Steuerkurven (30, 31) weist eine Nominal- oder Grund-Steuerkurve (32 bzw. 33) und zwei Abweichungs-Steuerkurven (34, 35 bzw. 36, 37) für die Defokussierung von beispielsweise +100 µm bzw. -100 µm auf. Mittels der Defokussierung werden unterschiedliche Lagen des Bildpunktes eingestellt, die z. B. zur Korrektur von unterschiedlichen Dicken des Aufzeichnungs­ materials oder von Bauelemente-Toleranzen erforderlich sind.

Zur Bestimmung der Verstellwege für die Linsen (7, 8) wird zwischen den Abweichungs-Steuerkurven (34, 35) und (36, 37) entsprechend der geforderten Defokussierung bzw. Nachfokussierung interpoliert.

Fig. 4 zeigt eine weitere grafische Darstellung von Nominal-Steuer­ kurven (38, 39 bzw. 40, 41) für die Linsen (7, 8), in denen die Wellenlänge λ Parameter ist. Es ist ersichtlich, daß die Steuerkurven eine erhebliche Abhängigkeit von der Wellenlänge (λ) aufweisen, so daß in Abhängigkeit von der jeweils benutzten Wellenlänge (λ) eine Nachkorrektur der Positionierung erforderlich ist, um eine hochgenaue Positionseinstellung der Linsen (7, 8) zu erreichen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn während der Aufzeichnung zwischen zwei Laser-Lichtquellen mit unterschiedlichen Wellenlängen (λ) umgeschaltet werden muß, um blaulichtempfindliches und rotlicht­ empfindliches Material in einem Arbeitsgang belichten zu können.

Fig. 5 zeigt in einer weiteren grafischen Darstellung aus den Steuerkurven nach Fig. 3 abgeleitete Korrektur-Steuerkurven für die Defokussierung um beispielsweise +/-100 µm und zwar Fig. 5a für die Linse (7) und Fig. 5b für die Linse (8).

Fig. 6 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel für das Vario-Objektiv mit dem Frontlinsen-System (1), dem Vario-System (2) und dem Grundobjektiv (3). Das Frontlinsen-System (1) weist die Eingangslinsen (5, 6), das Vario-System (2) die verschiebbaren Linsen (7, 8) und das Grundobjektiv (3) die Linsen (9, 10, 11, 12) auf. In den Fig. 6a und 6b sind die verschiebbaren Linsen (7, 8) in zwei unterschiedlichen Positionen dargestellt.

Fig. 7a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für den Strahlungsgenerator (25) mit zwei umschaltbaren Strahlungsquellen (38, 39), die optische Strahlung (40) mit unterschiedlichen Wellenlängen (λ₁, λ₂) erzeugen. Die optische Strahlung (40) mit der jeweils benötigten Wellenlänge (λ) wird durch einen Spiegel (41), der beispielsweise mittels einer nicht dargestellten Stelleinrichtung in Richtung eines Pfeiles (42) verschiebbar ist, in den Hauptstrahlengang eingespiegelt. In der dargestellten Position des Spiegels (41) wird die optische Strahlung (40) der Strahlungsquelle (38) eingespiegelt, während die optische Strahlung (40) der Strahlungsquelle (39) durch den Spiegel (41) abgeschattet wird. In der gestrichelt dargestellten Position des Spiegels (41) sind die Verhältnisse umgekehrt.

Der Strahlungsgenerator (25) enthält außerdem eine Steuerstufe (43), in die die gewünschte Wellenlänge (λ) über den Eingang (44) des Strahlungs­ generators (25) eingegeben wird. Die Steuerstufe (43) erzeugt entsprechend der eingegebenen Wellenlänge (λ) einen ersten Steuerbefehl auf einer Leitung (45) zur Verstellung des Spiegels (41) durch die nicht dargestellte Stelleinrichtung und einen zweiten Steuerbefehl für die gewünschten Einstellparameter. Der zweite Steuerbefehl wird über eine Leitung (46) an die Eingabestufe (23) in der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Steuerschaltung für das Vario-Objektiv gegeben. Der Strahlungsgenerator (25) weist außerdem noch einen Modulator (47) auf, in dem die optische Strahlung (40) in Abhängigkeit von einem Bildsignal auf einer Leitung (48) intensitätsmoduliert wird.

Fig. 7b zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für den Strahlungsgenerator (25) mit einer Strahlungsquelle (49), z. B. in Form eines YAG-Lasers, in Verbindung mit einem Frequenzverdoppler (50), der durch den in der Steuerstufe (43) erzeugten ersten Steuerbefehl auf der Leitung (45) bei Bedarf mittels einer nicht dargestellten Stelleinrichtung in den Hauptstrahlengang einschwenkbar ist, um die Wellenlänge (λ) der Strahlungsquelle (49) zu halbieren.

Claims (15)

1. Vorrichtung zur variablen Übertragung von optischen Signalen mit einem Linsensystem, das mindestens zwei entlang eines optischen Ausbreitungsweges der optischen Signale beweglichen Linsen aufweist, gekennzeichnet durch

• - Positionier-Antriebe (17, 18, 19, 20, 21) für die verschiebbaren Linsen (7, 8),
• - einen Speicher (24) zur Ablage von auswählbaren Steuerkurven für die Positionierung der Linsen (7, 8) und
• - eine Positionierungs-Steuerschaltung (22, 23), welche mit dem Speicher (24) und den Positionier-Antrieben (17, 18, 19, 20, 21) verbunden ist, zur Ermittlung von Positionierungsbefehlen für die Positionier-Antriebe (17, 18, 19, 20, 21) aus einer jeweils ausgewählten Steuerkurve und aus vorgegebenen Einstell-Parametern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Speicher (24) für jede Linse (7, 8) mindestens ein Steuerkurven-Satz abgelegt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Speicher (24) für jede Linse (7, 8) mehrere den unterschiedlichen Wellenlängen (λ) der zu übertragenden optischen Signale zugeordnete Steuerkurven-Sätze abgelegt sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerkurven-Satz aus einer Sollwerte darstellenden Grund- Steuerkurve und mindestens einer Abweichungs-Steuerkurve besteht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkurven-Sätze aus dem Speicher (24) in Abhängkeit von den Eingabeparametern zur Ermittlung der Positionierungsbefehle abrufbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkurven als approximierte Funktion durch Polynome höherer Ordnung bestimmt werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Polynom ein Polynom sechster Ordnung verwendet wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkurven im Speicher (24) digital als Stützwerte abgespeichert sind und daß zwischen den Stützwerten zur Bildung der Polynome interpoliert wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein die optischen Signale erzeugender Strahlungsgenerator (25) mindestens zwei umschaltbare Strahlungsquellen (38; 39) unterschiedlicher Wellenlängen (λ) enthält.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein die optischen Signale erzeugender Strahlungsgenerator (25) mindestens eine Strahlungsquelle mit einem in den Strahlengang einbringbaren Frequenzverdoppler (50) aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsgenerator (25) einen Modulator (48) zur Modulation der optischen Signale enthält.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Strahlungsquelle als Laser ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser ein YAG-Laser ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionier-Antriebe als Schrittmotor ausgebildet sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierungs-Steuerschaltung (22, 23) eine Koordinations-Stufe (28) zur Überwachung von eventuellen Kollisionen bei der Positionierung der Linsen (7, 8) aufweist.