DE4229516A1 - Verfahren und vorrichtung zum belichten und abtasten von filmen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zum Belichten und Abtasten von blattförmigen Fil­ men, insbesondere von solchen, die bei der medizini­ schen Diagnostik und in der zerstörungsfreien Material­ prüfung, z. B. mit Ultraschall- oder Röntgenstrahlen verwendet werden. Bei diesen Anwendungen wird einer­ seits verlangt, Bilder, (z. B. Ultraschall- oder CT-Bilder) für Diagnose- oder Archivierungszwecke auf Film zu belichten und andererseits belichtete Filme (z. B. Röntgenaufnahmen) abzutasten und einer elektro­ nischen, digitalen Bildverarbeitung zuzuführen. Dement­ sprechend sind einerseits Aufzeichnungsgeräte zur Be­ lichtung von Filmen auf dem Markt und andererseits Ge­ räte zum Abtasten von belichteten Filmen. An Geräte der genannten Art werden in der Medizintechnik hohe Anfor­ derungen hinsichtlich der räumlichen Auflösung sowie hinsichtlich der optischen Auflösung von Graustufen bei der Aufzeichnung und beim Abtasten von Bildern ge­ stellt, weil Fehler in der Wiedergabe der Bilder zu Fehldiagnosen führen können.

Die hohen Anforderungen an derartige Geräte bedingen hohe Kosten, insbesondere für alle Komponenten, die Auswirkungen auf die optische Auflösung des Geräts ha­ ben. Zu dem Aufwand für das Scanelement zur genauen Po­ sitionierung eines Lichtstrahls (fast scan) addieren sich daher die Kosten für weitere optische Komponenten wie Laser, Spiegel etc. sowie für den Filmlauf (slow scan). Diese Kosten treten insgesamt zweimal auf, und zwar einmal für die Aufzeichnungsgeräte und einmal für die Abtastgeräte.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff zu schaffen, mit denen die hohen Anforderungen in den genannten An­ wendungsgebieten erfüllt werden können und mit denen zudem eine kostengünstige Produktion der Vorrichtung möglich ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Kennzeichen der Ansprüche 1 und 5 beschriebene Erfindung.

Die Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis zu eigen, daß die Elemente der Vorrichtung, welche sowohl beim Belichten als auch beim Abtasten des Filmes benötigt werden, jeweils nur einmal vorhanden sein müssen, wenn die Vorrichtung so ausgestaltet ist, daß diese Kompo­ nenten sowohl zum Belichten als auch zum Abtasten ver­ wendbar sind. Dabei ergeben sich neben den ersparten Kosten bei der Herstellung auch Platzersparnisse bei der Anwendung, da nur noch ein Gerät zum Belichten bzw. Abtasten von Filmen benötigt wird.

Zum Erfassen der Dichte des Films wird beim Abtasten eine Durchlichterfassung verwendet. Eine mögliche Aus­ gestaltung der Erfindung sieht vor, daß als Lichtquelle ein Laser vorgesehen ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Beschrei­ bung.

Die Figuren zeigen mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung, und zwar:

Fig. 1 und 2 perspektivische Darstellungen der Erfindung in unterschiedlichen Ausführungsformen,

Fig. 3 bis 5 jeweils Ausführungsformen der Durchlichterfas­ sung.

In Fig. 1 sind in perspektivischer Darstellung die wichtigsten Elemente der Erfindung dargestellt. Im Sin­ ne einer übersichtlichen Darstellung wurde auf nicht unbedingt notwendige Teile, wie z. B. das Gehäuse oder die Halterung für die einzelnen Komponenten, verzichtet.

Mit 1 ist eine Lichtquelle bezeichnet. Der von ihr aus­ gehende Lichtstrahl 2 gelangt in eine Ablenkeinrich­ tung 3 mit einer zugehörigen Optik 3a, 3c. Das Ablenk­ element 3b ermöglicht es, den Lichtstrahl 2 in einer zur Ebene eines Films 5 senkrechten Ebene entlang der gepunkteten Linie 4 auf einem beliebigen Punkt dieser Linie 4 zu positionieren. Das Ablenkelement 3b kann als Polygonspiegel, Schwingspiegel, Pentaprisma oder auch als Hologondisc ausgebildet sein. Die Optik 3a, 3c fokussiert den Lichtstrahl 2 auf der Linie 4 auf eine Größe von nur 140 Mikrometern, wodurch z. B. auf eine Filmbreite von 14 Zoll eine Punktzahl von ca. 4200 er­ reicht wird. Die Anpassung an verschiedene Auflösungs­ bedingungen kann erfolgen, indem der Spotdurchmesser des Lichtstrahls 2 auf der Linie 4 angepaßt wird, bei­ spielsweise durch Einschwenken einer weiteren optischen Baugruppe. Die Korrektur von Fehlern im Ablenkele­ ment 3b kann in an sich bekannter Weise erfolgen, z. B. durch eine fuLinse oder ein Relaylinsensystem, das aus der DE-PS 37 43 837 bekannt ist. Der Film 5 ist mit einer Transportvorrichtung 6 bewegbar, von der hier nur ein Transportwalzenpaar gezeigt ist. Die Transportvor­ richtung 6 muß einen hochpräzisen Filmlauf gewährlei­ sten, z. B. durch Verwendung eines schrittmotorgetrie­ benen Reibradantriebs nach der DE-PS 40 21 660.

Die Bewegungen des Ablenkelements 3b und der Transport­ mechanik 6 werden durch ein Steuergerät 10 koordiniert. Zur Steuerung der Belichtung oder der Abtastung besteht entweder die Möglichkeit, sowohl die zeilen- und spal­ tenweise Bewegung des Lichtstrahls 2 auf dem Film 5 mit einem oder zwei separat gesteuerten Ablenkelementen durchzuführen oder aber - wie im Ausführungsbeispiel der Abb. 1 die spaltenweise Belichtung in Y-Rich­ tung durch den Filmtransport 6 zu bewirken, die zeilen­ weise Belichtung in X-Richtung dagegen mit einem Ab­ lenkelement 3b.

Je nach Betriebsart als Filmbelichtungsgerät oder als Abtastgerät wird entweder ein unbelichteter Film durch den Lichtstrahl 2 belichtet oder es wird die Dichte eines zuvor belichteten und schon entwickelten Films erfaßt. In diesem Fall durchdringt der Lichtstrahl 2 einen bereits belichteten und entwickelten Film 5 und gelangt in eine Durchlichterfassungsvorrichtung 7.

In der Betriebsart als Filmbelichtungsgerät muß die Intensität des Lichtstrahls 2 entsprechend der am je­ weiligen Punkt des Films 5 geforderten Dichte verändert werden. Bei der Verwendung eines Lasers als Lichtquelle erfolgt die Intensitätsänderung durch einen an sich schon bekannten akusto-optischen Modulator 1a.

Der mechanische Ablauf ist in beiden Betriebsarten gleich. Zur Überwachung des Filmlaufs ist eine Einrich­ tung 10a vorgesehen, die das Eintreffen eines Films an einer bestimmten Stelle der Transportvorrichtung regi­ striert und an die Steuervorrichtung 10 ein Signal ab­ gibt. Sobald der Film 5 die Linie 4 erreicht, wird durch die Abtasteinrichtung 3 der Lichtstrahl 2 entlang der Linie 4 über den Film bewegt.

Fig. 2 zeigt einen alternativen Aufbau des Geräts. An­ stelle des Lasers und der Ablenkeinrichtung findet eine Diodenzeile 14 Verwendung. Die Diodenzeile 14 ist so nahe als möglich über dem Film 5 angeordnet. Sie kann aber auch über eine Faseroptik auf die Linie 4 abgebil­ det oder mit einer Optik auf die Linie 4 fokussiert werden. Die Diodenzeile 14 bzw. die Faseroptik er­ streckt sich dabei entlang der gepunkteten Linie 4. Um den Lichtstrahl 2 auf einen bestimmten Punkt dieser Linie 4 zu positionieren, wird die an der entsprechen­ den Stelle angeordnete Diode der Diodenzeile 14 zum Leuchten angeregt.

Bei der Verwendung der Diodenzeile 14 als Lichtquelle wird in der Betriebsart des Gerätes als Filmbelich­ tungsgerät das von der Diodenzeile 14 ausgesandte Licht durch unterschiedlich lange Anregungsdauer der einzel­ nen Dioden in seiner Intensität verändert, um so unter­ schiedliche Dichten auf dem Film 5 zu erzeugen. Die entsprechende Steuerung erfolgt wiederum durch die Steuereinrichtung 10.

Die Diodenzeile 14 kann eine oder mehrere nebeneinander liegende Zeilen von Leuchtdioden umfassen. In der ge­ zeigten Ausführungsform sind mit 4a bzw. 4b die Punkte von zwei solchen Zeilen bezeichnet.

Sowohl beim Belichten unbelichteter Filme als auch beim Abtasten von bereits entwickelten Filmen ist einerseits zu beachten, daß die Auflösung voll Graustufen genügend hoch ist und daß andererseits die Zeit für einen Be­ lichtungs- bzw. Auslesevorgung möglichst kurz ist. Für ein Bild mit 4000×5000 Pixel und einer Auflösung von 10-16 Bit für die Graustufen (entsprechend 1024 bis 65 536 Graustufen) kann bei dem Ausführungsbeispiel eine Gesamtbelichtungs- bzw. Auslesezeit von 10 sec. er­ reicht werden. Dies entspricht einer zeitlichen Auf­ lösung von ca. 500 ns für jeden Bildpunkt und stellt hohe Anforderungen an die elektronischen Komponenten der Steuereinrichtung 10. Der Grautonauflösung ent­ sprechend weisen die D/A- bzw. A/D-Wandler 11a, 11b, die die digitalen Bildsignale der Steuereinrichtung zu analogen Signalen für die Lichtintensität bzw. umge­ kehrt umwandeln, eine Auflösung von mindestens 10 Bit auf. Die Steuereinrichtung 10 unterscheidet zwischen einer Lese- und einer Schreibbetriebsart des Geräts. Die Schreib- bzw. Lesezeit für jeweils einen Vorgang kann individuell eingestellt werden, so daß z. B. das Abtasten langsamer erfolgt als das Belichten. Damit läßt sich für jeden Vorgang die minimal benötigte Zeit vorwählen, d. h., die Verarbeitungsgeschwindigkeit op­ timieren.

Um beim zeilen- und punktweisen Abtasten des Filmes 5 die jeweilige Dichte des Films am Abtastpunkt fest­ stellen zu können, ist die Durchlichterfassung 7 an das Steuergerät 10 angeschlossen. Das Steuergerät 10 lie­ fert ein Signal an das Ablenkelement 3b bzw. die Dio­ denzeile 14 und ein Signal zum Bewegen des Films 5 an die Transportvorrichtung 6.

Die gesamte, zum Beschreiben oder Abtasten vorgesehene Fläche des Films 5 ist in ein X-Y-Koordinatenfeld auf­ geteilt. Der Lichtstrahl 2 kann auf jedem Punkt dieses Koordinatenfeldes positioniert werden.

Zur Festlegung der X-Koordinate wird die Stellung der Ablenkeinrichtung 3 bzw. die Ansteuerung einer bestimm­ ten Diode der Diodenzeile 14 verwendet, zur Festlegung der Y-Koordinate wird die Transportvorrichtung 6 ver­ wendet:

Aus der Stellung der Ablenkeinrichtung 3 bzw. der an­ gesteuerten Diode in der Diodenzeile 14 ermittelt das Steuergerät 10 die Lage des Lichtstrahls 2 auf der Zei­ le 4 (X-Koordinate) und anhand der mittels der Trans­ portvorrichtung 6 vorgenommenen Bewegungen des Films 5 ermittelt das Steuergerät die Y-Koordinate.

Damit ist der Punkt des Films 5, auf dem sich der Lichtstrahl 2 momentan befindet, definiert, und die Dichte an diesem Punkt ergibt sich aus der Signal­ stärke, welche von der Durchlichterfassung 7 an den A/D-Wandler 11b und von diesem an das Steuergerät 10 geliefert wird. Vom Steuergerät 10 können die Signale all einen nicht gezeigten Rechner zur Weiterverarbeitung übergeben werden.

Die Fig. 3 zeigt in teils geschnittener, perspektivi­ scher Darstellung die Einrichtung 7 zur Durchlicht­ erfassung nach dem Prinzip der Ulbricht′schen Kugel. Der von der Lichtquelle 1 ausgehende und über die nicht gezeigte Ablenkeinrichtung 3 abgelenkte oder von der Diodenzeile 14 kommende Lichtstrahl 2 durchdringt den Film 5 und wird von der Einrichtung 7 detektiert. Die Einrichtung 7 besteht aus einem integrierenden Hohlzy­ linder 8 und einem optoelektronischen Element 9. Der integrierende Zylinder 8 weist einen Spalt 8a auf. Die Innenseite 8b des integrierenden Zylinders 8 ist diffus reflektierend ausgebildet. Der durch den Spalt 8a in das Innere des Zylinders 8 eintretende Lichtstrahl 2 wird an der Innenseite 8b mehrmals reflektiert und ge­ langt dann auf das fotoelektronische Element 9. Dieses fotoelektronische Element 9 kann eine Fotodiode oder mehrere Fotodioden, eine CCD, einen oder mehrere Foto­ multiplier umfassen.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform zur Durch­ lichterfassung dargestellt. Der Lichtstrahl 2, welcher den Film 5 durchdringt, trifft auf einen asphärisch ge­ krümmten Spiegel 11 und wird von diesem von jeder Durchtrittsstelle in der Zeile 4 auf das fotoelektroni­ sche Element 9 reflektiert.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung zur Durchlichterfassung mit einer Linsenanordnung, bestehend aus einer Streifen­ linse 12 und einer Sammellinse 13. Ebenso wie der asphärische Spiegel 11 ist die Streifenlinse 12 dazu vorgesehen, den Lichtstrahl 2 von jedem beliebigen Punkt der Zeile 4 aus auf das fotoelektronische Ele­ ment 9 zu lenken.

Statt das fotoelektronische Element 9 direkt an der Durchlichterfassungseinrichtung 7 anzuordnen, kann es auch über einen Lichtleiter mit diesem in Wirkverbin­ dung stehen und an einem anderen Ort in der Gesamtvor­ richtung angebracht sein.

Claims (13)

1. Verfahren zum Belichten von unbelichteten und zum fotoelektrischen Abtasten von entwickelten blattförmigen fotografischen Filmen, die insbe­ sondere aus medizinischen Anwendungsgebieten oder aus der zerstörungsfreien Materialprüfung kommen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• a) ein Lichtstrahl (2) wird zeilen- und punkt­ weise auf den Film (5) gerichtet,
• a1) beim Belichten eines unbelichteten Films (5) wird die Intensität des Licht­ strahls (2) gesteuert,
• a2) beim Abtasten eines entwickelten Films wird der Lichtstrahl nach Durchdringen des Films (5) von einer Durchlichterfassungs­ einrichtung (7) erfaßt,
• b) sowohl für das Belichten als auch für das Abtasten werden zumindest teilweise ein und dieselben optischen und mechanischen Kompo­ nenten verwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die gemeinsamen optischen Komponenten einen Laser (1), ein Ablenkelement (3b) und ein Linsensystem (3a, 3c) umfassen, das den Licht­ strahl auf die Filmebene abbildet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die gemeinsamen optischen Komponenten eine Leuchtdiodenanordnung (14) umfassen.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die gemeinsamen mechanischen Komponenten eine Filmtransporteinrichtung (6) umfassen.

5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

• a) eine Lichtquelle (1),
• b) eine Filmtransporteinrichtung (6),
• c) eine Durchlichterfassungseinrichtung (7),
• d) eine Steuereinrichtung (10).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtquelle (1) ein Laser ist und daß zur Steuerung der Lichtintensität beim Belichten ein akusto-optischer Modulator (1a) und zum Ablenken des Lichtstrahls (2) ein Ab­ lenkelement (3b) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtquelle (1) eine Dioden­ zeile (14) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Lichtquelle (1) eine Vielzahl von in Form einer Zeile nebeneinander liegenden Leuchtdioden oder in Form von mehreren dieser Zeilen, die zueinander versetzt angeordnet sind, vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdio­ den (14) über ein Linsensystem oder eine Faser­ optik auf den Film (5) abgebildet werden.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlicht­ erfassungseinrichtung (7) einen zu der Trans­ portrichtung (Y) der Transportvorrichtung (6) senkrechten, integrierenden, zum Film (5) hin einen Schlitz (8a) aufweisenden Hohlzylin­ der (8) mit diffus reflektierender Innenfläche umfaßt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlicht­ erfassungseinrichtung (7) einen lichtsammelnden Hohlspiegel (11) umfaßt, der das den Film (5) durchdringende Licht auf einer kleinen Fläche sammelt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlicht­ erfassungseinrichtung (7) ein lichtsammelndes Obejektiv (12) umfaßt, welches das den Film (5) durchdringende Licht auf einer kleinen Fläche sammelt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlicht­ erfassungseinrichtung (7) mindestens eine Foto­ diode oder mindestens einen Foto-Multiplier (9) oder eine CCD beinhaltet.