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Die
Erfindung betrifft allgemein interne Trommelscannereinheiten und
Laser-Bilderzeugungssysteme, die solche Scannereinheiten beinhalten.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein translatorisches System
zum Bewegen eines Laser-Abtastsystems oder optischen Abtastsystems
relativ zu dem abgetasteten Medium.
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Laser-Bilderzeugungssysteme
werden gewöhnlich
zur Herstellung fotografischer Bilder aus digitalen Bilddaten eingesetzt,
die von Magnetresonanz(MR)-, Computertomografie(CT)- oder anderen in
der Medizin eingesetzten Bildscannern erzeugt werden. Typische Systeme
dieser Art beinhalten einen Halbton-Laser-Bilderzeuger zum Belichten
des Bildes auf lichtempfindlichem Film, eine Filmentwicklungseinrichtung
zum Entwickeln des Films und ein Bildverwaltungssubsystem zum Koordinieren
des Betriebs des Laser-Bilderzeugers und der Filmentwicklungseinrichtung.
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Die
digitalen Bilddaten bestehen aus einer Folge digitaler Bildwerte,
die das gescannte Bild darstellen. Eine Bildverarbeitungselektronik
in dem Bildverwaltungssubsystem erzeugt durch Verarbeitung der Bilddatenwerte
eine Folge digitaler Laseransteuerungswerte (d.h. Belichtungswerte),
die in einen Laserscanner eingegeben werden. Der Laserscanner tastet
den lichtempfindlichen Film in Abhängigkeit von den digitalen
Laseransteuerungswerten in Querrichtung rasterförmig ab, um das Bild auf dem
Film zu belichten.
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An
die Bildqualität
der für
medizinische Abbildungszwecke verwendeten Halbtonbilder werden sehr
hohe Anforderungen gestellt. Ein auf Diafilm druckender Laser-Bilderzeuger
belichtet ein Bild in einem Rasterformat, dessen Zeilenabstand auf
weniger als 1 Mikrometer genau gesteuert werden muss. Außerdem muss
das Bild gleichförmig
belichtet werden, damit der Betrachter keine Bildfehler wahrnehmen
kann. In der Medizin werden die Bilder von professionellen Bildanalysten
(z.B. Radiologen) betrachtet.
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Filmbelichtungssysteme
dienen zum Belichten des Bildes auf lichtempfindlichem Film. Bekannte Filmbelichtungssysteme
weisen ein lineares translatorisches System und ein Laser- oder optisches Abtastsystem
auf. Das Laser-Abtastsystem beinhaltet einen Laserscanner mit speziellen
optischen Konfigurationen (d.h. Linsen und Spiegeln) zum Belichten des
Bildes auf den Film. Das lineare translatorische System stellt die
Bewegung des Laser-Abtastsystems in einer rechtwinklig zur Abtastrichtung
verlaufenden Richtung bereit, sodass ein volles Bild auf einem Stück lichtempfindlichen
Films gescannt werden kann.
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In
einer mit einem Laserscanner arbeitenden internen Trommelscannereinheit
wird ein Filmstück auf
einer teilzylindrisch oder teiltrommelförmig ausgebildeten Filmauflagefläche positioniert.
Der lichtempfindliche Film wird an die Filmauflagefläche angelegt.
Zum Scannen einer Scanzeile quer über die Oberfläche des
lichtempfindlichen Films wird das Laser- oder optische Abtastsystem
auf den Krümmungsmittelpunkt
des lichtempfindlichen Films gestellt. Ein lineares translatorisches
System bewegt das Laser- oder optische Abtastsystem in Längsrichtung
entlang einer durch den Krümmungsmittelpunkt des
Films definierten Längsachse,
um ein volles Bild auf dem Film zu belichten.
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Herkömmliche
lineare translatorische Systeme umfassen drei Haupt-Bauteile: ein
stationäres Element,
ein sich bewegendes Element (z.B. einen Schlitten) und einen Antriebsmechanismus.
Für lineare
translatorische Systeme, die Steifigkeit, Positioniergenauigkeit
und eine hohe Tragfähigkeit
erfordern, werden Gewindespindeln als Antriebsmechanismus bevorzugt.
Riemen- und Kabelsysteme werden in Systemen verwendet, die sich
durch Flexibilität,
geringe Belastung und niedrige Kosten auszeichnen, wie z.B. Plotter
und Tintenstrahldrucker.
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Bekannte
lineare translatorische Systeme werden gewöhnlich für Positionswiederholbarkeit ausgelegt.
Beim Scannen mit Positionswiederholbarkeit haben sich diese Systeme
bewährt.
Dagegen wurde bei der Auslegung dieser linearen translatorischen
Systeme die für
die Erzeugung von Halbtonbildern auf lichtempfindlichem Film kritische
Minimierung von Geschwindigkeitsschwankungen nicht berücksichtigt.
Beim Laserscannen von Halbtonbildern verursachen Geschwindigkeitsschwankungen
eine ungleichmäßige Beabstandung
der Scanzeilen und die verschiedensten Bildfehler auf dem lichtempfindlichen
Film.
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US-A-6
064 416, 16. Mai 2000, Esch u.a., offenbart ein Optik-Translationsmodul
mit nur einem Antriebskabel. Das Optik-Translationsmodul erzeugt vollständige Bilder
aus gleich mäßig beabstandeten Laser-Scanzeilen.
Die translatorische Bewegung verläuft rechtwinklig zur Richtung
der Scanzeilen.
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Das
Optik-Translationsmodul steuert die Bildqualität in der Querscanrichtung.
Geschwindigkeitsschwankungen erscheinen in den Bildern als Streifen
oder Schlieren ungleichmäßiger Dichte
auf dem Film. Eine instabile Bewegung während der Translation des Optikmoduls
führt zu
einer ungenauen Pixelanordnung und infolgedessen zu den verschiedensten
Bildfehlern.
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Bei
dieser Konstruktion wird ein Translationsschlitten mit kinematischer
Abstützung
auf zwei zylindrischen Schienen verwendet. Der mit Präzisionsauflageflächen versehene
Schlitten dient als Schnittstelle zwischen dem Optikmodul und dem
Optik-Translationsmodul. Die kinematische Abstützung wird mit zwei prismenförmigen Tragflächen und
einer planen Gleitfläche
im Schlitten realisiert. Wenn der Schlitten während der Translationsbewegung
auf den Schienen gleitet, ist die auf den Schlitten in der Translationsrichtung
wirkende Reibung gering, während
die Positionsgenauigkeit in den anderen Richtungen von der Steifigkeit
bestimmt wird.
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Das
Gewicht des Schlittens und des daran befestigten Optikmoduls wird
zur Aufrechterhaltung des Kontakts zwischen dem Schlitten und den
Schienen benötigt.
Wenn sich der Schlitten von den Schienen abhebt, kann die kinematische
Abstützung
nicht einwandfrei funktionieren. Die Position des Schlittens wird
dann nicht eindeutig bestimmt.
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Das
Optikmodul wird mit Positionsbezug an einer von zwei rechtwinklig
zueinander verlaufenden Ebenen gebildeten Kante an dem Translationsschlitten
befestigt. Dies gewährleistet
eine einfache Montage des Optikmoduls auf dem Translationsmodul.
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Die
Stützpunkte
des Schlittens müssen
den Schwerpunkt des Optikmoduls und der Schlitteneinheit umschließen.
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Der
Translationsschlitten wird von einem Kabelantriebsmechanismus angetrieben.
Bei einem Schlitten mit kinematischer Abstützung sollte der Antriebsmechanismus
in den rechtwinklig zur Translationsrichtung verlaufenden Richtungen
möglichst
wenig Kraft ausüben.
Der Kabelantriebsmechanismus erfüllt
diese Forderung. Der Kabelantrieb ist für diese Anwendung auch wegen
der geringen Last und Masse des Schlittens und des Optikmoduls geeignet.
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Das
Kabel wird von zwei Seilscheiben angetrieben, von denen eine als
Antriebsscheibe und die andere als Leitscheibe dient. Die Scheiben
sind mit prismenförmigen
Rillen mit einem Winkel von 90 Grad versehen, um das Kabel in der
gewünschten Stellung
zu halten.
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Die
Antriebsscheibe für
das Kabel ist mit einem kreisförmigen
Schwungrad am Schlitten befestigt. Das Schwungrad wird über einen
Reibungsantrieb von einem Schrittmotor angetrieben. Für den reibungsschlüssigen Antrieb
des Schwungrads wird auf der Welle des Schrittmotors ein Polyurethan-Reifen
montiert.
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Um
die gewünschte
Gleichmäßigkeit
der Geschwindigkeit mit einer Abweichung von weniger als 0,25% pro
Motorumdrehung aufrechtzuerhalten, muss der Reifen nach der Montage
auf der Motorwelle am Motor geschliffen werden.
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Als
Kabel wird ein nylonbeschichtetes Stahlkabel verwendet. Um eine
hohe Federkonstante in Längsrichtung
zu gewährleisten,
muss das Kabel eine ausreichende Festigkeit (d.h. einen hohen Elastizitätsmodul)
aufweisen. Damit das Kabel auch haltbar ist, muss es für die Verwendung
mit den Seilscheiben hinreichend biegsam sein.
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Zur
Gewährleistung
der langfristigen Stabilität
des Mechanismus ist eine Kabelspannvorrichtung erforderlich. Bei
dieser Konstruktion besteht die Kabelspannvorrichtung aus einer
Druckfeder.
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Die
Masse des Optikmoduls und des Schlittens mit den Federkonstanten
des Kabels und der Kabelspannfeder bestimmen die Eigenfrequenz des Translationsmoduls.
Da es wünschenswert
ist, die Eigenfrequenz zu erhöhen,
muss bei der Auslegung auf eine Reduzierung der am Kabel befestigten
Gesamtmasse geachtet werden.
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Es
besteht ein Bedarf für
ein translatorisches System, das die oben erörterten Probleme löst und den
beschriebenen Anforderungen genügt.
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Die
Erfindung schafft ein translatorisches System, das den Anforderungen
genügt
und die bei bekannten Systemen auftretenden Probleme löst.
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Die
Erfindung schafft ein translatorisches System der in Anspruch 1
beschriebenen Art.
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Die
Erfindung bietet folgende Vorteile:
- 1. Höhere Steifigkeit
im Vergleich zu Systemen mit nur einem Antriebskabel.
- 2. Bessere Spureinstellung im Vergleich zu Metallriemensystemen,
einfachere Ausrichtung, Montage und Justierung im Vergleich zu Gewindespindelsystemen.
- 3. Die Gesamtkosten können
im Vergleich zu einem Gewindespindelsystem oder einem System mit
Linearmotor gleicher Leistung erheblich verringert werden.
- 4. Die Federsteife des Systems erhöht sich um einen Faktor, der
annähernd
der Anzahl der verwendeten Kabel entspricht. Unabhängig voneinander
angetriebene und gespannte Kabel sind leicht auszurichten, zu montieren
und zu justieren.
- 5. Im Vergleich zu einem Antriebssystem mit nur einem Kabel
verringert ein System, das von mehreren Kabeln angetrieben wird,
die Empfindlichkeit für äußeres Rauschen
erheblich.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten
besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 einen
schematischen Aufriss eines Laser-Bilderzeugungsgeräts, in dem
das erfindungsgemäße System
zur Anwendung kommt.
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2 eine
perspektivische Ansicht einer beispielhaften Filmbelichtungseinheit,
die das erfindungsgemäße System
beinhaltet.
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3 eine
stirnseitige Ansicht der in 2 dargestellten
Filmbelichtungseinheit.
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4 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung.
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5 eine
perspektivische Einzelansicht der in 4 dargestellten
Ausführungsform.
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6 einen
Ausschnitt der perspektivischen Einzelansicht der in 4 dargestellten
Ausführungsform.
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7 eine
schematische Darstellung der in 4 abgebildeten
Ausführungsform.
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1 zeigt
einen schematischen Aufriss eines für den Einsatz in der Medizin
geeigneten Laser-Bilderzeugungssystems 30 mit einer optischen Scannereinheit
für das
erfindungsgemäße translatorische
System. Das Bilderzeugungssystem 30 umfasst einen Filmzuführungsmechanismus 32,
eine Filmbelichtungseinheit 34, eine Filmentwicklungsstation 36,
einen Filmaufnahmebereich 38 und ein Filmtransportsystem 40.
Der Filmzuführungsmechanismus 32,
die Filmbelichtungseinheit 34, die Filmentwicklungsstation 36 und
das Filmtransportsystem 40 befinden sich sämtlich in
einem Gehäuse 42 des
Bilderzeugungssystems.
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Der
Filmzuführungsmechanismus 32 enthält einen
Vorrat an lichtempfindlichem Film. Das Filmtransportsystem 40 ermöglicht eine
Bewegung des lichtempfindlichen Films zwischen der Filmbelichtungseinheit 34,
der Filmentwicklungsstation 36 und dem Filmaufnahmebereich 38.
Zur Unterstützung des
Filmtransports entlang einer von der gestrichelten Linie 44 angezeigten
Filmtransportbahn kann das Filmtransportsystem 40 ein Rollensystem
(nicht dargestellt) aufweisen. Die Richtung des Filmtransports entlang
der Filmtransportbahn 44 wird von den Pfeilen 46 angezeigt.
Der Filmzuführungsmechanismus 32 weist
einen Mechanismus auf, mit dem ein Filmstück entlang der Filmtransportbahn 44 in
die Filmbelichtungseinheit 34 transportiert wird, wo das
gewünschte
Bild mit einer Laser- oder optischen Scannereinheit auf dem lichtempfindlichen
Film belichtet wird. Nach erfolgter Belichtung des gewünschten
Bildes auf dem lichtempfindlichen Film wird der lichtempfindliche
Film entlang der Filmtransportbahn 44 zur Filmentwicklungsstation 36 transportiert.
In der Filmentwicklungsstation 36 wird das Bild auf dem lichtempfindlichen
Film entwickelt. Nach erfolgter Entwicklung wird der lichtempfindliche
Film zu dem Filmaufnahmebereich 38 transportiert.
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2 zeigt
eine perspektivische Aufsicht der Filmbelichtungseinheit 34 mit
einem erfindungsgemäßen Mechanismus
zum Positionieren eines lichtempfindlichen Films in einer Scanstellung.
Die Filmbelichtungseinheit 34 ist so konfiguriert, dass
sie eine interne Trommel aufweist. Zum Belichten des Films ist die
Filmbelichtungseinheit 34 mit einer Laser-Scannereinheit
oder optischen Scannereinheit 50 versehen, die mit einem
im Trommelrahmen 54 montierten linearen translatorischen
System 52 mechanisch verbunden ist. Der Trommelrahmen 54 weist
eine gekrümmte
Filmauflageplatte 55 auf, die als Oberfläche der
internen Trommel definiert werden kann. Eine gestrichelte Linie
zeigt den Krümmungsmittelpunkt
der gekrümmten
Filmauflageplatte 55 an, der mit der Längsachse 56 der Trommel
zusammenfällt.
Während
eines Scanvorgangs bewegt das Optiktranslationssystem 52 die
optische Scannereinheit 50 entlang der Längsachse 56 (in
einer Richtung, die im Wesentlichen rechtwinklig zur Scanrichtung
verläuft),
wie von den Richtungspfeilen 58 angezeigt. Nach dem Scannen
bewegt das translatorische System die optische Scannereinheit 50 entlang
der Längsachse 56 zurück in eine
Ausgangsstellung, wie von dem Richtungspfeil 60 angezeigt.
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Der
Trommelrahmen 54 wird aus Metall hergestellt und besteht
aus einer ersten Stirnseite 62, einer zweiten Stirnseite 64,
einer ersten Längsseite 66, einer
zweiten Längsseite 68,
einem Boden 70 und einem Deckel 72. Die Filmauflageplatte 55 befindet sich
innerhalb des Trommelrahmens 54. Die Filmauflageplatte 55 stellt
eine zylindrisch oder teilzylindrisch geformte Abtastfläche bereit.
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Das
lineare translatorische System 52 erstreckt sich entlang
des Deckels 72 und positioniert die optische Scannereinheit 50 entlang
der als Längsachse 56 angegebenen
Krümmungsmitte
(eines in Scanstellung auf der Filmauflageplatte aufliegenden Filmstücks). Dabei
wird das lineare translatorische System 52 zwischen der
ersten Stirnseite 62 und der zweiten Stirnseite 64 positioniert.
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3 zeigt
einen stirnseitigen Aufriss der Filmbelichtungseinheit 34,
in dem ein Teil des Trommelrahmens 54 der besseren Übersichtlichkeit
halber entfernt wurde. Wie ersichtlich, ist die Laser- oder optische
Scannereinheit 50 mechanisch mit dem entlang der Krümmungsmitte
positionierten linearen translatorischen System 52 verbunden.
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Auf
der Filmauflageplatte 55 befindet sich ein Stück lichtempfindlichen
Films 76. Während
der Belichtung des lichtempfindlichen Films 76 wird der lichtempfindliche
Film 76 in einer Scanstellung auf der Filmauflageplatte 55 gehalten.
In einer Scanstellung nimmt der lichtempfindliche Film 76 die
Form der zylindrisch, teilzylindrisch oder trommelförmig gekrümmten Filmauflageplatte 55 an.
Zum Positionieren des lichtempfindlichen Films 76 in einer
Scanstellung (d.h. ausgerichtet und zentriert) wird der in US-A-5
956 071 beschriebene Filmpositionierungsmechanismus verwendet.
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In
der Scanstellung wird der lichtempfindliche Film 76 ausgerichtet
(Beseitigung der Schiefstellung), zentriert und auf der Filmauflageplatte 55 gehalten.
Die optische Scannereinheit 50 führt einen Laserstrahl, der
ein auf dem Film zu belichtendes Bild darstellt, bildweise quer über die
Filmabtastfläche. Dabei
geht der abtastende Laserstrahl (bei 78 gezeigt) radial
vom Krümmungsmittelpunkt
der Filmauflageplatte 55 und des Films 76 aus;
der mit der Längsachse 56 zusammenfällt. Durch
Drehung um die Längsachse 56 der
zylindrischen Trommel (in der von dem Richtungspfeil 80 angezeigten
Richtung) führt
die optische Scannereinheit 50 den Laserstrahl, der die
das zu belichtende Bild darstellenden Bilddaten enthält, in Rasterzeilen über den
Film. Während die
optische Scannereinheit 50 das Bild und die Rasterzeilen
bildweise in Querrichtung des auf der internen Trommelfläche 55 aufliegenden
lichtempfindlichen Films 76 scannt, bewegt das lineare
translatorische System 52 die optische Scannereinheit 50 entlang
der Längsachse 56,
um ein volles Bild auf dem lichtempfindlichen Film zu belichten.
Die Richtung, in der das lineare translatorische System 52 die
optische Scannereinheit 50 entlang der Längsachse 56 bewegt,
verläuft
im Wesentlichen rechtwinklig zur Scanrichtung des Laserstrahls 78.
Da das lineare translatorische System 52 die optische Scannereinheit 50 während jeder
Scanzeile bewegt, verlaufen die sich ergebenden Scanzeilen möglicherweise
nicht genau rechtwinklig, aber doch "im Wesentlichen" rechtwinklig zur Bewegungsrichtung
des linearen translatorischen Systems.
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Bei
einer beispielhaften Ausführungsform hat
die Filmbelichtungsfläche
auf der internen Trommelfläche
die Maße
17 Zoll × 14
Zoll und ist daher zum Belichten eines Stücks lichtempfindlichen Films mit
den Maßen
17 Zoll × 14
Zoll geeignet. Bei der hier offenbarten beispielhaften Ausführungsform
wird der Film in einer vertikalen Richtung belichtet. Da der Film
in der 14 Zoll-Richtung in das Belichtungsmodul eingeführt und
anschließend
in der 17 Zoll-Richtung gescannt wird, erscheinen die gescannten
Rasterlinien in der vertikalen Richtung. Zum Belichten des lichtempfindlichen
Films in der 17-Zollrichtung wird der Laserstrahl mit einem Winkel
von 180° (oder mehr
als 180°) über die
interne Trommelfläche
geführt.
Zur vollständigen
Belichtung eines gewünschten
Bildes bzw. gewünschter
Bilder auf dem lichtempfindlichen Film bewegt das lineare translatorische System
die optische Scannereinheit über
eine Entfernung von 14 Zoll entlang der Längsachse im Krümmungsmittelpunkt
der internen Trommelfläche.
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Als
lichtempfindlicher Film kann ein für Laserstrahllichtempfindlicher
lichtempfindlicher Film verwendet werden. Geeignet ist ein lichtempfindlicher
fotothermografischer Film mit einem Polymer- oder Papierträger und
einer Emulsionsbeschichtung aus Trockensilber oder einem anderen
wärmeempfindlichen
Material.
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Die
perspektivischen Ansichten einer beispielhaften Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen linearen
translatorischen Systems für
ein Laser-Bilderzeugungssystem in 4 und 5 zeigen
das lineare translatorische System nach Ausbau aus dem Trommelrahmen 54.
Das lineare translatorische System 52 ist speziell so ausgelegt,
dass Geschwindigkeitsschwankungen minimiert werden, und ermöglicht daher
ein Bild während
eines Laserscanvorgangs kontinuierlich oder in kontinuierlichen Schritten
zu scannen.
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Das
lineare translatorische System 52 besteht aus einem Bett 104,
einem Schlittenmechanismus 106 und einem Rotations-/Linearantrieb
oder Antriebsmechanismus 108. Das Bett 104 ist
mechanisch mit dem Trommelrahmen verbunden und relativ zum Trommelrahmen
nicht beweglich. Der Schlittenmechanismus 106 wird von
dem Bett 104 getragen. Der Schlittenmechanismus 106 ist
mit der optischen Scannereinheit oder Laser-Bilderzeugungseinheit verbunden
(und trägt
diese). Um den Schlittenmechanismus 106 während des
Scanvorgangs entlang des Betts 104 zu bewegen, wandelt
der Rotations-/Linearantrieb 108 eine Drehbewegung in eine
lineare Bewegung um.
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Das
Bett 104 weist zwei als erste Führungsschiene 110 und
zweite Führungsschiene 112 bezeichnete,
sich in Längsrichtung
erstreckende Führungsschienen
auf, die parallel zueinander angeordnet sind. Bei einer beispielhaften
Ausführungsform bestehen
die Führungsschienen 110, 112 aus
poliertem Edelstahl. Die Führungsschienen
können
ferner eine Gleitschicht aufweisen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
werden die Führungsschienen 110, 112 mit
Polytetrafluorethylen (PTFE) beschichtet (im Handel unter dem Markennahmen
TEFLON erhältlich).
Das Bett 104 weist ferner ein erstes Kopfstück 114 und
ein zweites Kopfstück 116 auf.
Die erste Führungsschiene 110 und
die zweite Führungsschiene 112 erstrecken
sich in Längsrichtung
zwischen dem ersten Kopfstück 114 und
dem zweiten Kopfstück 116.
Die erste Führungsschiene 110 weist
ein erstes Ende 118 und ein zweites Ende 120 und
die zweite Führungsschiene 112 ein
erstes Ende 122 und ein zweites Ende 124 auf.
Die erste Führungsschiene 110 ist
am ersten Ende 118 fest mit dem ersten Kopfstück 114 verbunden
(beispielsweise durch eine Gewindebohrung und Schraube im ersten
Kopfstück
bei 126) und am zweiten Ende 120 auf ähnliche Weise
fest mit dem zweiten Kopfstück 116.
Entsprechend ist die zweite Führungsschiene 112 am
ersten Ende 122 fest mit dem ersten Kopfstück 114 (bei 128 gezeigt)
verbunden und am zweiten Ende 124 fest mit dem zweiten
Kopfstück 116 (bei 130 gezeigt).
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Ein
erster Stützbolzen 86 und
ein zweiter Stützbolzen 88 ragen
aus dem ersten Kopfstück 114, ein
dritter Stützbolzen 90 und
ein vierter Stützbolzen 92 aus
dem zweiten Kopfstück 116.
Eine Ausnehmung 130 im ersten Kopfstück 114 nimmt einen
Teil des Antriebsmechanismus 108 auf.
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Das
zweite Kopfstück 116 ist
im Wesentlichen L-förmig
ausgebildet, mit einem ersten Schenkel 132 und einem zweiten
Schenkel 134. Die erste Führungsschiene 110 und
die zweite Führungsschiene 112 sind
fest mit dem ersten Schenkel 132 verbunden. Der erste Schenkel 132 und
der zweite Schenkel 134 dienen als Konsole für die Abstützung und
Anbindung weiterer Komponenten des Rotations-/Linearantriebs 108,
die im Folgenden ausführlich
beschrieben werden.
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Der
Schlittenmechanismus 106 wird von dem Bett 104 getragen.
Zu diesem Zweck wird der Schlittenmechanismus 106 mit den
Führungsschienen
verbunden. Der Schlittenmechanismus 106 ist gleitbar mit
der ersten Führungsschiene 110,
bei 136, und mit der zweiten Führungsschiene 112,
bei 138, verbunden. Über
eine spezielle kinematische Konstruktion ist der Schlittenmechanismus 106 an
drei Stellen gleitbar mit der ersten Führungsschiene 110 und
der zweiten Führungsschiene 112 verbunden. Der
Schlittenmechanismus 106 kann auch mit einer ersten Halterung 140 versehen
werden, um den Schlittenmechanismus 106 auf der Führungsschiene 110 zu
halten.
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Der
Schlittenmechanismus 106 besteht aus einem Schlitten 152 und
einem Kabelsystem 154. Der Schlitten 152 weist
einen ersten Kabelendhalter 156 und einen zweiten Kabelendhalter 158 auf.
Das Mehrkabelsystem 154 umfasst vier Kabel 160A–160D,
Kabelendstücke 162A–162D, 164A–164D und
Kabelspannvorrichtungen 166A–166D, wie in dem
in 6 dargestellten Ausschnitt gezeigt. Bei einer
beispielhaften Ausführungsform
sind die Kabel 160A–160D als
verseiltes Stahlkabel ausgebildet. Die Kabel 160A–160D weisen
jeweils ein erstes Ende 168A–168D auf, das durch
den ersten Kabelendhalter 156 geführt wird und am Kabelendstück 162A–162D endet,
und ein zweites Ende 170A–170D, das durch den
zweiten Kabelendhalter 158 geführt wird und am Kabelendstück 164A–164D endet.
Die Kabelspannvorrichtungen 166A–166D (z.B. Federmechanismen)
werden jeweils zwischen dem ersten Kabelendstück 162A–162D und
dem ersten Kabelendhalter 156 angeordnet, um in jedem der
Kabel 160A–160D unabhängig von
den anderen Kabeln eine Zugspannung aufrechtzuerhalten. Zum Justieren
der Zugspannungen werden Schraubenpaare 172A–172D gedreht, welche
die Federn durch Spannplatten 174A–174D hindurch drücken. Die
Kabel 160A–160D schlingen sich
um das gerillte Drehelement 210.
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Die
Verwendung mehrerer Antriebskabel verleiht dem Optik-Translationssystem
einer höhere Steifigkeit.
Für das
Antriebssystem erhöht
sich die effektive Fehlerkonstante in der Längsrichtung durch Multiplikation
mit der Anzahl verwendeter Antriebskabel. Infolgedessen hat das
Translationssystem in der für
Vibrationsrauschen beim Laserscannen primär ursächlichen Längsrichtung eine höhere Eigenfrequenz.
Die höhere
Steifigkeit des Systems verringert auch dessen Anfälligkeit
für externe
Störungen
des Optik-Translationssystems. Solche Störungen können durch Stoß oder Vibration
von Komponenten im Innern des Bilderzeugungssystems oder auch durch externe
Bewegungen in der Umgebung verursacht werden.
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Durch
die Verwendung eines eigenen Spannungsmechanismus für jedes
Antriebskabel sollen vor allem die Auswirkungen von Längenschwankungen
der Antriebskabel eliminiert werden. Wenn die Zugspannung eines
jeden Antriebskabels getrennt justiert wird, können alle Antriebskabel auf
dieselbe gewünschte
Zugspannung eingestellt werden. Bei präziser Einstellung der Kabellängen können unabhängige Spannbleche
mit einem gleitend verstellbaren Kabelendhalter 156 kombiniert
werden.
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7 (und
auch 4) zeigt eine Vorderansicht des Rotations-/Linearantriebs 108 (im
Folgenden als Antriebsmechanismus 108 bezeichnet). Der Antriebsmechanismus 108 wandelt
die Drehbewegung in die zum Bewegen des Schlittensystems auf den
Führungsschienen
erforderliche lineare Bewegung um. Der Antriebsmechanismus 108 besteht
aus einem Motormechanismus 193, dem Schwungradmechanismus 194 und
einer Antriebsrolle 195. Der Motormechanismus 193 umfasst
einen Motor 196, eine Motorplatte 197, einen Druckmechanismus 198 und
einen Ausfahrmechanismus 200. Der Schwungradmechanismus 194 besteht
aus einem Schwungrad 202 und einer Kabelantriebsscheibe 204.
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Der
Motor 196 ist mit einer drehbaren Welle versehen, die sich
durch den zweiten Schenkel 134 des zweiten Kopfstücks 116 erstreckt.
Der Antriebsrollenmechanismus 195 ist mit der Motorwelle
verbunden. Der Druckmechanismus 198 ist zwischen dem Motor 196 und
der Motorplatte 197 angeschlossen. Der Ausfahrmechanismus 200 ist
mit der Motorplatte 197 und dem zweiten Schenkel 134 verbunden.
Eine aus dem Schwungrad 202 ragende Welle 206 ist
an einer Kopfstückverlängerung 207 fest
mit dem zweiten Schenkel 134 verbunden. Die Antriebsscheibe 204 ragt
unten aus dem Schwungrad 202 und kann in einem Stück mit dem
Schwungrad 202 ausgebildet sein.
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Der
Motor 196 ist relativ zum zweiten Schenkel 134 des
zweiten Kopfstücks 116 schwenkbar.
Das Schwungrad 202 wird über die Antriebsrolle 195 von dem
Motor 196 angetrieben. Die auf der Welle des Schrittmotors
montierte Antriebsrolle 195 ist mit einem Polyurethanüberzug versehen,
der den Rand des Schwungrads 202 berührt. Der Außendurchmesser der Antriebsrolle 195 verläuft konzentrisch
zum Motor 196. Nach erfolgter Montage des Antriebsrollenmechanismus 195 auf
der Welle des Motors 196 erhält der Polyurethanüberzug einen
Feinschliff, um Mittenabweichungen der Motorwelle zu beseitigen und
den Schlag der Antriebsrolle zu minimieren. Der Motor 196 und
der Antriebsrollenmechanismus 195 werden anschließend an
der schwenkbaren Motorplatte befestigt. Damit der Motor möglichst
wenig taumeln kann, wird die schwenkbare Motorplatte 197 von
dem Druckmechanismus 198 gegen den zweiten Schenkel 134 des
Kopfstücks
gedrückt.
Der Ausfahrmechanismus 200 erzeugt einen Klemmdruck zwischen
dem Antriebsrollenmechanismus 195 und dem Schwungrad 202.
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Eine
von dem Antriebsrollenmechanismus 195 bereitgestellte Getriebeuntersetzung
ermöglicht die
Verwendung eines Motors mit höheren
Drehzahlen. Der Antriebsrollenmechanismus kann einen Aluminiumkern
mit einer Polyurethanbeschichtung aufweisen. Wenn der Motor 196 das
Schwungrad 202 über
die Antriebsrolle 195 antreibt, gewährleistet diese Polyurethanbeschichtung
eine gute Haftung zwischen der Antriebsrolle und dem Schwungrad 202.
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Durch
Erhöhung
der Trägheit
des Systems schwächt
das Schwungrad 202 von dem Schrittmotor 196 möglicherweise
verursachte Bildfehler. Bei einer beispielhaften Ausführungsform
besteht das Schwungrad 202 aus feinbearbeitetem Messing.
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Die
Antriebsscheibe 204 ist in einem Stück mit dem Schwungrad 202 ausgebildet
und entlang der Drehachse des Schwungrads angeordnet. Die Antriebsscheibe 204 weist
ihrerseits eine Welle 208 auf, die aus der Antriebsscheibe
ragt und an der Kopfstückverlängerung 209 fest
mit dem zweiten Kopfstück 116 verbunden
ist. Prismenförmige
Rillen halten die Kabel 160A–160D auf der Antriebsscheibe 204.
Wie aus 4 ersichtlich, ist eine Leitrolle 210 am
entgegengesetzten Ende des linearen translatorischen Systems 52 angeordnet
und mit dem ersten Kopfstück 114 verbunden.