DE69810919T2

DE69810919T2 - Gerät und verfahren zur beleuchtung eines lichtempfindlichen mediums

Info

Publication number: DE69810919T2
Application number: DE69810919T
Authority: DE
Inventors: Henning Henningsen
Original assignee: Dicon AS
Current assignee: Dicon AS
Priority date: 1997-04-14
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 2003-05-15
Anticipated expiration: 2018-04-15
Also published as: JP4376974B2; DE69810919D1; JP2001521672A; CN1252874A; US20080259306A1; EP0976008B1; DE69841370D1; CN1159628C; WO1998047048A1; EP1027630B1; JP2001519925A; EP0976008A1; AU6919298A; CN1252873A; EP1027630A1; ES2335452T3; US20080259228A1; US20110279801A1; US7903049B2; US8139202B2

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Beleuchtungseinheit und ein Verfahren zur Punktbeleuchtung eines Mediums, aufweisend eine Mehrzahl von Lichtemittern in der Form von Lichtleitern, welche so angeordnet sind, um wenigstens eine Beleuchtungsfläche über eine Lichtventilanordnung zu beleuchten, wobei die Lichtventilanordnung eine Mehrzahl von elektrisch gesteuerten Lichtventilen aufweist.
Der Stand der Technik weist verschiedene Arten von Beleuchtungssystemen derjenigen Art auf, bei welcher eine kontinuierlich arbeitende Hochleistungslichtquelle, beispielsweise eine Hg- oder Xe-Lampe, eine Mehrzahl von Beleuchtungspunkten auf einem lichtempfindlichen Medium über eine gegebene Art von Lichtmodulatoren beleuchtet.
Jedoch hat diese Technologie keinen großen kommerziellen Erfolg, weil viele Lichtventilarten einen sehr niedrigen Gebrauchskoeffizienten haben und dementsprechend ist die Verteilung des Lichts über einen großen Beleuchtungsflächenbereich üblicherweise mit größeren optischen Verlusten verbunden und dadurch wird die ausgesendete optische Energie auf dem Beleuchtungspunkt beträchtlich verringert. Als Ergebnis dieses Umstands wird die zur Verfügung stehende optische Energie häufig dahin tendieren, in einem speziellen schmalen Beleuchtungsbereich konzentriert zu sein, anstatt dass sie sich über einen großen Bereich über eine größere Zeitperiode verteilt, und zwar wegen der begrenzten Beleuchtungsenergie, und dadurch wird eine verringerte Beleuchtungsenergie über die einzelnen Beleuchtungspunkte zur Verfügung gestellt.
Ein Nachteil dieses Standes der Technik, der durch die oben geschilderten Probleme verursacht wird, liegt darin, dass es notwendig ist, eine sehr große Zahl von Lichtventilen in einem Lichtventilbereich auf einem sehr kleinen Flächenbereich unterzubringen, da es sehr schwierig ist, ausreichende optische Energie über einen großen Bereich zu verteilen, und weil es außerdem schwierig ist, eine gleichförmige Oberflächenbeleuchtung zu erreichen.
Bei der Computer-to-Plate-Technologie, die aus dem amerikanischen Patent 5 049 901 bekannt ist, werden Druckplatten über DMD-Lichtventile belichtet und dabei entsteht das Problem, dass es nicht möglich ist, eine ausreichende optische Energie über einen großen Bereich zu verteilen. Dieses Patent beschreibt demzufolge, wie die Beleuchtung auf einer Abtastzeile so gut wie möglich für die längstmögliche Zeitspanne durch Beleuchtung der gleichen Abtastzeile mit unterschiedlichen Reihen von Lichtventilen aufrechterhalten wird. Eine weitere Konsequenz dieser relativ geringen Beleuchtungsenergie kann auch sein, dass spezielle Druckplatten verwendet werden müssen, die eine vergrößerte Lichtempfindlichkeit haben, was einerseits im Gebrauch teuer ist, und andererseits größere Anforderungen in Bezug auf die Speicherung und den Einsatz im Vergleich zu konventionellen Druckplatten erforderlich macht. Eine weitere mögliche Konsequenz dieser relativ niedrigen erreichbaren optischen Energie ist, dass die Beleuchtungszeit des Systems beträchtlich erhöht werden muss. Diese Erhöhung im Zeitverbrauch ist jedoch nicht sehr förderlich, weil die gesamte notwendige Belichtungszeit für eine Druckplatte bemerkenswert erhöht wird.
Ein weiterer Nachteil der optischen Verteilung über einen großen Bereich ist, dass dis Verwendung von beispielsweise einer großen Anzahl von Lichtquellen dazu führen kann, dass ausgeprägte Randprobleme eintreten, welche sich an den Grenzbereichen zwischen den Illuminationsprofilen und dem Beleuchtungsbereich der einzelnen Lichtquellen ausbilden. Diese Randprobleme sind bislang entweder dadurch vermieden worden, dass eine Beleuchtung des Beleuchtungsbereichs mit dem gleichen Lichtemitter erfolgte, oder, als Alternative, indem jeder einzelne Beleuchtungspunkt mit einer separaten optischen Faser beleuchtet wurde. Systeme der erstgenannten Art sind aus der US-Patentschrift 4 675 702 bekannt und haben den Nachteil, dass der Beleuchtungsbereich physikalisch beschränkt ist, wodurch komplizierte mechanische Relativbewegungen zwischen der Beleuchtungseinheit und dem Substrat erforderlich werden.
Die letztgenannte Art erzeugt eine gleichförmige Beleuchtung auf der Beleuchtungsfläche, da die Beleuchtungsintensität zwischen jedem Beleuchtungspunkt sich so ändert, dass Veränderungen in der Beleuchtungsintensität nicht sichtbar sind. Ein Nachteil der letztgenannten Art, welche aus der amerikanischen Patentschrift 4 899 222 bekannt ist, ist, dass das System außergewöhnlich kompliziert ist, weil eine optische Faser für jeden Beleuchtungspunkt erforderlich ist. Dies bedeutet, dass die Lichtverteilung von der Lichtquelle zu den Lichtmodulatoren es erforderlich macht, dass eine sehr große Zahl von optischen Fasern eingesetzt wird, und dass eine sehr genaue Einstellung jeder einzelnen optischen Faser in Bezug auf die Lichtquelle und auch auf die Lichtmodulatoren erforderlich ist. In diesem Zusammenhang sei daran erinnert, dass jede einzelne optische Faser bei einem Routineauswechselvorgang der Lichtquelle erneut eingestellt werden muss. Die Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 20 basieren auf der amerikanischen Patentschrift 4 899 222.
Die oben genannten Lichtmodulatorsysteme sind zusätzlich durch den Nachteil geprägt, dass die Übertragungsdämpfung sehr hoch ist, wodurch eine hohe Beleuchtungsleistung auf dem zu belichtenden Medium außergewöhnlich schwierig zu erreichen oder überhaupt unmöglich ist.
Es ist ein Zweck der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtung zu schaffen, welche die Nachteile der oben genannten Probleme bewältigt.

Zusammenfassung der Erfindung

Dieser Zweck wird gemäß der Erfindung erreicht mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ein Beleuchtungsverfahren gemäß der Erfindung ist im Anspruch 20 definiert worden.
Der Stand der Technik zeigt keine dezidierte wirksame spezielle Verteilung von mehr als einem Lichtemitter über einen großen Bereich oder einen Unterbereich von Lichtventilen. Wenn Licht über verschiedene Lichtemitter verteilt wird, wobei jeder von ihnen eine Mehrzahl von Lichtventilen belichtet, ist es auch möglich, verschiedene Lichtquellen in einer einfachen Art und Weise einzusetzen und jede dieser Lichtquellen kann präzise einem Lichtleiter so zugeordnet werden, dass die erreichte Energie einen maximalen Wert einnimmt.
Ein weiterer Vorteil der Verteilung des Lichts mit Hilfe von Lichtleitern ist, dass Licht zweckmäßigerweise in Kopplern oder dergleichen gemischt werden kann, um eine größere Summe übertragener Energie in den einzelnen Lichtleitern zu erreichen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass es graduell möglich wird, erhöhte Eingangsleistungen, beispielsweise von Lampen im UV-Bereich, zu erhalten, so dass die zu den Lichtventilen übertragene Leistung so groß wird, dass die einzelnen Lichtemitter Licht mit einer hinreichend großen Energie aussenden können, um mehrere Lichtventile zur gleichen Zeit zu belichten.
Es ist außerdem im Zusammenhang mit dem Einsatz von UV-Lampen gefunden worden, dass der Einsatz von Makrobeleuchtungsbereichen, d. h. jeder Bereich, der durch einen einzelnen Lichtleiter belichtet wird, keine bemerkenswerten Randeffekte zwischen den Beleuchtungsbereichen erzeugt, so als ob gefunden wurde, dass irgendeine größere Variation zwischen den ausgesendeten Leistungen jedes Lichtleiters (als eine Funktion eines veränderlichen Intensitätsprofils von verbundenen Lampen, beispielsweise wegen der unterschiedlichen Positionierung der Kopplungsoptiken für die einzelnen Fasern in Bezug auf die Lampe) durch zweckmäßiges Mischen der Lichtleiter kompensiert werden kann, wobei das Resultat der vollständigen Beleuchtung eine gleichförmige visuelle Darstellung ohne signifikante Unterschiede in der Intensität in den Randbereichen ergibt.
Die oben erwähnte Mischung kann beispielsweise im Hinblick auf die Umstände durchgeführt werden, dass benachbarte Makrobeleuchtungsbereiche optische Energie aufnehmen, welche nicht bemerkenswert voneinander unterschiedlich ist, während Makrobeleuchtungsbereiche in relativ großer Entfernung voneinander eine etwas größere Differenz in der Intensität haben können, ohne dass dies zu bemerkenswerten visuellen Störungen auf der beleuchteten Oberfläche führt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung kann durch Filtern des Lichts zu den oder des von den einzelnen Lichtleitern emittierten Lichts erreicht werden, so dass die Beleuchtungsintensität von allen Lichtleitern oder von einigen dieser Lichtleiter gleichförmig ist.
Im Gegensatz zum Stand der Technik kann eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer relativ einfachen Art und Weise aufgebaut werden, und zeigt dennoch eine hohe Auflösung, eine hohe Beleuchtungsrate, eine gute Präzision und eine gleichförmige Beleuchtungsintensität über einen großen Beleuchtungsbereich.
Die Erfindung ist insbesondere in Verbindung mit solchen Lichtventilen vorteilhaft, welche durch relativ große Verluste geprägt sind. Beispiele für derartige Lichtventiltypen können auf Elektro-Optik basierende Lichtventile sein, beispielsweise LCD, PDLC, PLZT, FELCD und Kerr-Zellen. Andere Typen von Lichtventilen können beispielsweise elektromechanische Lichtmodulatoren vom DMD-Typ sein, die auf Reflexion basieren.
Gemäß der Erfindung ist es demgemäß möglich, Licht über eine große Oberfläche in einer einfachen Art und Weise aufzusummieren, indem relativ wenige Lichtleiter eingesetzt werden, gerade so, als ob es möglich ist, die Lichtemitter in dem Belichtungssystem relativ frei zu orientieren, da die Lichtemitter aus Lichtleiterenden an Stelle von einer Lichtquelle mit zugehörigem optischen System, Antrieben und Kühleinrichtungen gebildet sind.
Eine insbesondere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird durch transmissive Lichtventile erreicht, da dies zu den geringstmöglichen optischen Verlusten führt, was sehr bedeutsam für die Funktionalität von bestimmten Anwendungen sein kann.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den anhängigen Ansprüchen definiert worden.
Wenn die Beleuchtungseinheit zusätzlich aufweist: eine erste Linsenanordnung, wobei die Linsenanordnung wenigstens eine Mikrolinse aufweist, die in Bezug auf jedes Lichtventil so angeordnet ist, dass das durch den Lichtemitter oder die Emitter ausgesendete Licht auf die oder in der Nähe der optischen Achsen der einzelnen Lichtventile fokussiert ist, wird ein hoher Wirkungsgrad der von dem Lichtemitter ausgesendeten Lichtleistung erreicht.
Wenn die Beleuchtungseinheit außerdem aufweist: eine zweite Mikrolinsenanordnung, die zwischen den Lichtventilen und der Beleuchtungsfläche so angeordnet ist, dass Licht, das durch den Lichtkanal des einzelnen Lichtventils übertragen wird, auf dem Medium entsprechend fokussiert wird, kann sichergestellt werden, dass das Licht von jedem Kanal auf kleine Punkte mit hoher Intensität auf der Beleuchtungsfläche fällt.
Wenn der optische Lichtleiter oder die Lichtleiter durch optische Fasern gebildet werden, wird sowohl ein geringer Verlust an Lichtintensität als auch eine große bauliche Flexibilität in der räumlichen Anordnung der einzelnen Elemente erreicht.
Die Verwendung von Multimode-Fasern eröffnet die Möglichkeit der Beleuchtung der Beleuchtungsfläche mit spektralem Licht größerer Bandbreite.
Wenn wenigstens eine der Lichtquellen durch eine Kurzbogenspaltlampe gebildet worden ist, wird eine hohe ausgesendete Lichtleistung auf einem Bereich begrenzter physikalischer Erstreckung (hoher Strahlungsintensität) erreicht.
Wenn die Lichtquelle eine Kurzbogenspaltlampe ist, die Licht aufnehmende optische Lichtleiter oder Fasern in einem Winkel von +/- 75º in Bezug auf die Äquatorachse (E) der Lampe auf einer kugeligen, die Lampe umgebenden Oberfläche aufweist, und welche mit den Lichtemittern optisch gekoppelt sind und Licht dorthin leiten, ist sichergestellt, dass der vorherrschende Teil des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichts in den Lichtleitern gesammelt wird, wodurch der Wirkungskoeffizient sehr hoch ist.
Wenn wenigstens eine der Lichtquellen durch eine Laserquelle gebildet wird, ist es möglich, die Lichtquellen so zu verteilen, dass beispielsweise eine Reihe von Laserquellen die gesamte Anzahl von Lichtventilen versorgen kann.
Wenn die Beleuchtungseinheit eine Mehrzahl von Lichtemittern in der Form von Lichtleitern aufweist, wobei jede von ihnen optisch mit einer Lichtquelle verbunden ist und so angeordnet ist, um eine Mehrzahl von Lichtventilen zu belichten, die in einer gegebenen Flächengestalt angeordnet ist, wobei wenigstens eine Kollimatorlinse zwischen dem Lichtemitter und der Fläche so angeordnet ist, dass kollimiertes Licht zu einer ersten Mikrolinsenanordnung geleitet wird, die der Mehrzahl von Lichtventilen zugeordnet ist, kann eine homogene Belichtung einer Mehrzahl von Lichtventilen von jedem Lichtemitter erreicht werden.
Wenn die Lichtventil-Fläche ein Sechseck bildet, wird eine gute Annäherung an einen Kreis erzielt und dadurch ein hoher Wirkungsgrad der Lichtenergie, von einem Lichtemitter für eine kreisförmige Geometrie erreicht. Ein weiterer Vorteil ist, dass die sechseckigen Beleuchtungsflächen außergewöhnlich vorteilhaft sind, um diese in Verbindung mit Abtastbewegungen einer Mehrzahl von zusammengesetzten Belichtungseinheiten einzusetzen. Demzufolge können Sechsecke zweckmäßig ausgestaltet und gegeneinander versetzt und in Queranordnung zur Abtastrichtung angeordnet werden.
Wenn die einzelnen Lichtventile in Reihen in Querrichtung des Flächenstücks angeordnet sind, wobei die Lichtventile einen gegebenen gegenseitigen Abstand haben, und die Reihen in Querrichtung gegeneinander versetzt sind, ist es möglich, das Licht linear über eine große Weite zu verteilen.
Wenn die Reihen so angeordnet sind, dass die Projektion aller einzelnen Lichtventile in der Querrichtung in dem Flächenstück angeordnet sind, führt dies zu einer Mehrzahl von Beleuchtungspunkten mit gegenseitigem Abstand in Querrichtung, und auf diese Art und Weise wird sichergestellt, dass das Licht auf Punkte mit einer bemerkenswert höheren Auflösung fällt als dies dem Abstand zwischen den einzelnen Lichtventilen wegen deren physikalischer Erstreckung entspricht, falls diese in einer einzelnen Reihe in Querrichtung angeordnet wären.
Wenn die Stirnfläche oder Stirnflächen der Lichtventile auf einem oder mehreren Beleuchtungsköpfen angeordnet wird bzw. werden, wobei jeder Beleuchtungskopf und die Beleuchtungsfläche so einander zugeordnet sind, um eine Relativbewegung über dem Beleuchtungsbereich durchzuführen, kann diese Anordnung auch mit einer Steuereinheit für die Steuerung der Lichtventile in Abhängigkeit von der Relativbewegung zwischen dem Belichtungskopf und der Belichtungsfläche versehen werden, wodurch eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erreicht wird.
Wenn der Belichtungskopf oder die Belichtungsköpfe als eine Stange ausgebildet wird, deren Relativbewegung in Bezug auf die Belichtungsfläche eine einfache fortschreitende Bewegung in Querrichtung zur Stange ist, ist sichergestellt, dass belichtete Punkte in der Gesamtheit oder in einem erheblichen Teil der Breite der Belichtungsfläche und zufolge der Abtastbewegung insgesamt oder über einen beträchtlichen Teil der Belichtungsfläche erzeugt werden.
Wenn die Beleuchtungseinheit zwischen der Lichtventilanordnung und der Belichtungsfläche zusätzlich optische Mittel zum Aufspreizen der Lichtstrahlen aufweist, die von den Lichtkanälen quer zur Beleuchtungsfläche emittiert werden, kann eine Belichtung über einen Bereich sichergestellt werden, welcher physikalisch größer ist als derjenige Bereich, der durch die Lichtkanäle abgedeckt wird, wodurch eine Kompensation für nicht aktive Randbereiche um eine Lichtventüanordnung ermöglicht wird.
Wenn die Lichtventile der Beleuchtungseinheit durch elektro-optische Lichtventile (räumliche Lichtmodulatoren), beispielsweise LCD, PDLC, PLZT, FELCD oder Kerr-Zellen, gebildet werden, kann eine große Gestaltungsflexibilität in Bezug auf die Auswahl des Lichtmodulatorprinzips in der einzelnen Anmeldung erreicht werden, und zwar unter Einschluss standardisierter Komponenten, wodurch der Produktionspreis verringert wird.
Wenn die Lichtventile der Beleuchtungseinheit durch elektro-mechanische Lichtventile, die auf Reflexion basieren, gebildet werden, beispielsweise DMD-Chips, kann eine hohe räumliche Auflösung erreicht werden.
Wenn die Lichtventile der Beleuchtungseinheit durch elektro-mechanische Lichtventile, die auf Transmission basieren, gebildet werden, kann eine Auflösung mit einer sehr niedrigen Dämpfung des Lichts durch den Modulator erreicht werden.
Wenn die Lichtleiter der Beleuchtungseinheit so in Bezug auf die Lichtventilanordnung angeordnet werden, dass die optische Energie, die zu jeder Teilgruppe der Lichtventile gespeist wird, sich nicht signifikant voneinander unterscheiden, wobei die Untergruppen der Lichtventile, die einen benachbarten Bereich oder Bereiche in der Nähe zu dieser Beleuchtungsfläche befeuchten, ist sichergestellt, dass die zulässige Variation in der Lichtintensität zwischen allen Lichtemittern, ohne dass dies sichtbar wird, erhöht werden kann.
Wenn die Licht aufnehmenden Enden der Lichtleiter zu wenigstens einem Bündel zusammengefasst werden, welches direkt oder indirekt Licht von einem Reflektor oder einem Reflektorsystem erhält, welches optisch mit wenigstens einer Lampe verbunden ist, ist eine bessere Möglichkeit der zentralen Steuerung sowohl des Betrages als auch der Abweichung des Lichtes möglich, welche in die Lichtleiter eingespeist wird.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend vollständig unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Grunddarstellung einer Ausführungsform gemäß der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine mit mehr Einzelheiten versehene Darstellung eines Unterbereiches der Fig. 1.
Fig. 3 zeigt ein zusätzliches Beispiel einer Ausführungsform einer Untergruppe gemäß der Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, in welcher in Fig. 3 gezeigte Untergruppen beispielsweise auf einem Abtaststab angeordnet sind.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform mit einer Mehrzahl von Beleuchtungsmodulen, die auf einem Abtaststab angeordnet sind.
Fig. 6 zeigt einen Querschnitt eines Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung mit LCD- Lichtventilen.

Beispiel

Fig. 1 zeigt eine Grunddarstellung einer Ausführungsform gemäß der Erfindung.
Demzufolge weist ein Beleuchtungssystem eine Lampe 1 auf, welche optisch mit einer Mehrzahl von Licht aufnehmenden Enden von Lichtleitern, beispielsweise optischen Fasern oder Glasfasern 3, verbunden ist, welche in einer Halterung 2 zusammengefasst sind.
An dem gegenüberliegenden Ende der Glasfasern 3 sind die Glasfasern optisch mit einer Mehrzahl von Untergruppen oder Zonen 4 gekoppelt, von denen jede eine Mehrzahl von Lichtventilen (nicht gezeigt) aufweist.
Die Lichtleiter 3 führen demzufolge Licht von den Untergruppen 4, wodurch das auf eine Beleuchtungsfläche 5 eingespeiste Licht moduliert wird.
Die Lichtventilanordnung, die in Fig. 1 gezeigt worden ist, kann beispielsweise für eine Blitzbelichtung ausgebildet sein, d. h. alle Beleuchtungspunkte auf der gesamten Beleuchtungsfläche können zur gleichen Zeit belichtet werden.
Die Lichtventilanordnung in Fig. 1 kann darüber hinaus auf der Basis einer Anordnung so ausgebildet werden, dass eine sehr große Zahl von Lichtventilen vorhanden ist, wobei der gesamte Bereich in eine Mehrzahl von Unterbereichen oder Untergruppen aufgeteilt ist, welche jeweils durch einen Lichtleiter 3 belichtet werden.
Fig. 2 ist eine Vergrößerung eines der Unterbereiche 4, die in Fig. 1 gezeigt sind.
Jeder Unterbereich weist eine Mehrzahl von Lichtventilen 6 auf, welche einzeln elektrisch durch eine nicht gezeigte Steuereinheit gesteuert werden können, mit der sie verbunden sind. Die Lichtventilanordnung kann beispielsweise durch ein LCD-Display mit einer gegebenen Auflösung realisiert werden.
Der gesamte Unterbereich der Lichtventile 4 wird durch einen Lichtleiter 3 so belichtet, dass ein Lichtstrahl 10, der von dem Lichtleiter 3 ausgesendet wird, optische Energie auf alle Lichtventile 6 in dem Unterbereich ausgibt.
Es sollte bemerkt werden, dass der Lichtstrahl häufig durch Kollimator-Optiken geleitet wird, so dass der Lichtstrahl, der der Lichtventilanordnung zur Verfügung gestellt wird, eben und gleichförmig im Hinblick auf die Energie ist.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel einer Ausführungsform eines Unterbereichs gemäß der Erfindung.
Im Hinblick auf den in Fig. 2 gezeigten Unterbereich wird von vornherein bemerkt, dass dort weniger Lichtventile in jedem Unterbereich vorhanden sind.
In dem gezeigten Unterbereich 4 ist demzufolge eine Mehrzahl von Lichtventilen 6 mit Lichtventilöffnungen 6' vorhanden.
Es ist zu sehen, dass die gewählte Lichtventilanordnung so mit Lichtventilen an den Begrenzungen ausgestaltet ist, dass die Form des Unterbereichs sich einem umschließenden Kreis nähert. Es wird betont, und zwar für Erläuterungszwecke, dass das ausgewählte Beispiel eine verringerte Anzahl von Lichtventilen aufweist und eine größere Zahl von Lichtventilen kann daher leichter der gewünschten Flächengestalt oder der Matrix-Struktur angenähert werden.
Ein Vorteil der angenäherten kreisförmigen Flächengestalt ist, dass es relativ einfach ist, Licht über die Lichtventilanordnung von einem Lichtleiter her zu verteilen, da ein Lichtleiter typischerweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Aus Fig. 4 ist zu sehen, wie in drei Unterbereichen 14 Lichtventile 6, 6' als zusammenwirkende Beleuchtungseinheiten zur Durchführung einer Abtastbewegung und zur Belichtung senkrecht zu einer Abtastlinie 9 angeordnet sind. In der gezeigten Projektion des Lichts auf die Abtastzeile 9 bewegt sich die gesamte Lichtventilanordnung senkrecht zur Abtastlinie 9 und führt eine Belichtung in der Normalrichtung der Einheit durch. Wie zu sehen, leistet die Lichtöffnung 6' jedes einzelnen Lichtventils 6 einen Beitrag auf der Abtastlinie, wobei gleich weit voneinander entfernte Belichtungspunkte 6 die Form eines Belichtungspunktes 6" haben.
Die gezeigte Anordnung kann beispielsweise auf einer nicht gezeigten beweglichen Abtaststange mit zugehörigen elektronischen Steuereinrichtungen (nicht gezeigt) aufgebaut werden.
Der gezeigte Aufbau kann wirtschaftlicher aufgebaut werden als beispielsweise die Anordnung für Blitzbelichtung, gerade so, dass es möglich ist, die Auflösung in einer einfachen Art und Weise zu erhöhen. Dies wird weiter unten unter Angabe von Einzelheiten erläutert.
Aus dem Beispiel wird klar, dass die verwendeten Unterbereiche eine Neigung in Bezug auf ihre Projektion auf der Abtastlinie 9 haben. In der gezeigten Anordnung entsteht demzufolge eine Erhöhung in der Auflösung, welche der Zahl der Reihen in der Lichtventilanordnung entspricht. Der Winkel in Bezug auf die Abtastlinie 9 jedes Belichtungsmoduls ist so eingestellt, um eine gleiche Beabstandung zwischen den Punkten 6" zu erzielen, die nach unten auf die Linie 9 projiziert werden.
Als eine Alternative der beschriebenen Anordnung kann das System mit einer Redundanz angeordnet werden, indem mehrere Lichtventile den gleichen Belichtungspunkt belichten können. Dies kann beispielsweise ein besonderer Vorteil in Verbindung mit Lichtventiltypen sein, bei welchen gewissen funktionelle Ungewissheiten auftreten, d. h. nichtfunktionierende Spiegel oder Ventile. Eine solche Redundanz kann beispielsweise durch Rotieren einer größeren Anordnung von Lichtventilen erreicht werden, so dass die ausgewählten Lichtventile, wenn diese längs einer Belichtungsfläche oder Belichtungslinie abtasten, den gleichen Punkt beleuchten.
Es wird in diesem Zusammenhang daran erinnert, dass grundsätzlich ein sehr kleiner Prozentsatz oder gar kein Fehler für die Lichtventile akzeptiert werden muss, falls diese als "Stand alone"-Anordnung verwendet werden, wobei aus diesem Grunde die Redundanz gewisse Unsicherheiten in den einzelnen Beleuchtungsmodulen zulässt. Dies wiederum verringert den Einheitspreis der verwendeten Lichtventileinheiten.
Ein Vorteil des gezeigten Beispiels ist, dass Standard-Lichtventil-Aufbauten mit gewöhnlicher Matrixposition der Lichtventile eingesetzt werden können, beispielsweise Lichtventile des LCD-Typs, anstatt dass Untergruppen mit speziellen und spezifisch bemessenen Lichtventilen hergestellt werden müssen.
Es wird jedoch bemerkt, dass die einzelnen Unterbereiche der gesamten Lichtventilanordnung, falls dies gewünscht wird, in einem Gesamtaufbau von Lichtventilen in einer gegebenen Anordnung hergestellt werden können.
Es sollte darüber hinaus bemerkt werden, dass ein weiterer Vorteil der Erfindung insbesondere sich dann bemerkbar macht, wenn eine Lichtventilanordnung eingesetzt wird, da die Lichtventilanordnung in ihrer Gesamtheit normalerweise eine sehr verlängerte Lichtzuführlinie oder -zeile erforderlich macht (entsprechend der Länge der gewünschten Abtastzeile). Ein derartiges längliches Lichtprofil kann extrem schwierig zu erreichen sein, ohne dabei Lichtleiter zu verwenden, da die verwendeten Optiken außergewöhnlich kompliziert und unhandlich sein können.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei das Lichtventil-Layout direkt in diesem Falle mit einer Reihenverschiebung zwischen den einzelnen Lichtventilreihen hergestellt worden ist.
Die gezeigte Lichtventilanordnung ist so ausgebildet, um quer zur Beleuchtungsfläche in der Abtastrichtung SD abzutasten.
Die Lichtventilanordnung ist mit einer Mehrzahl von Lichtventilen 6 ausgebildet; welche in Reihen angeordnet sind, beispielsweise LCD-Lichtventilen. Jedes Lichtventil hat eine Belichtungsöffnung 6', welche elektrisch aktivierbar und deaktivierbar ist. Wenn das Lichtventil 6 offen ist, wird es demzufolge einen Belichtungsplatz belichten, der unter dem Lichtventil angeordnet ist. Dieser Belichtungsplatz ist in der gezeigten Ausführungsform eine Abtastzeile 9.
Wie in der Zeichnung gezeigt, bilden die Lichtventilanordnungsprojektionen 30 zusammen eine Belichtungszeile SL, auf welcher die Belichtungspunkte einen gegebenen gegenseitigen Mittenabstand haben. Die Projektionen zeigen, wie die einzelnen Punkte erzeugt werden, wenn die einzelnen Lichtventile an der Abtastlinie SL in der Richtung SD vorbeigehen.
Es wird bemerkt, dass die Beleuchtungseinheit durch (nicht gezeigte) Steuereinrichtungen gesteuert wird, welche sicherstellen, dass die einzelnen Lichtventile im Bezug auf eine zweckmäßige gegenseitige Zeitverzögerung so geöffnet werden, dass eine übliche Abtastzeile auf der Abtastzeile SL reformiert wird, auch wenn der Durchgang der Lichtventilreihen über die Abtastzeile zeitweilig verzögert wird.
In dem gezeigten Fall wird die erreichte Belichtungsauflösung der gegenseitigen Verschiebung zwischen benachbarten Reihen entsprechen. Es wird jedoch bemerkt, dass das gezeigte Layout lediglich zur Darstellung eines von vielen erreichbaren Lichtventil- Layouts dient, die innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen.
Ein Vorteil der gezeigten Ausführungsform ist, dass die Lichtventilanordnung direkt und spezifisch für diejenigen Aufgaben hergestellt werden kann, für welche die Einrichtung bezweckt wird, um auf diese Art und Weise die gegenseitige Positionierung zusammenwirkender Lichtmodule zu erleichtern.
Fig. 6 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform gemäß der Erfindung.
Fig. 6 zeigt demzufolge ein Beleuchtungssystem, welches ein Bündel von Lichtleitern 20 aufweist, dessen Licht aufnehmende Enden so angeordnet werden können, um Licht von einer oder mehreren (nicht gezeigten) Lichtquellen aufzunehmen.
Das Lichtleiterbündel 20, welches beispielsweise aus Glasfasern bestehen kann, bildet eine Mehrzahl von Lichtemittern, die angeordnet sind, um Kollimator-Optiken 23 so zu belichten, dass jeder Lichtemitter in dem Faserbündel einzeln durch kollimierte Lichtstrahlen 28 kollimiert wird.
Die kollimierten Lichtstrahlen 28 werden nachfolgend zu einer LCD-Modulationstafel 24 geführt, welche aus einer Mehrzahl von LCD Anordnungen besteht, in welchen die einzelnen LCD-Lichtventile so geeignet ausgebildet sind, um das einfallende Licht in Abhängigkeit von elektrischen Steuersignalen in ausgehende Makrolichtstrahlen 29 der Mikrolichtstrahlen zu modulieren. Jeder Makrolichtstrahl 29 besteht aus einer Mehrzahl von einzeln modulierten Mikrolichtstrahlen. Die Mikrolichtstrahlen werden nicht in Fig. 6 gezeigt, und zwar wegen der erreichbaren Auflösung in der Figur.
Als eine alternative Ausführungsform der Erfindung kann die LCD-Tafel als eine Mehrzahl von LCD-Anordnungen ausgebildet werden, welche präzise durch einen Lichtemitter oder eine Untergruppe von Lichtemittern aus dem Faserbündel 20 beleuchtet werden.
Als Folge hiervon werden die Lichtstrahlen 29 zu einer Mehrzahl von Makroobjektsystemen geführt, welche jeweils beispielsweise zugeordnete Makrolinsen 25 und 26 aufweisen können. Die Makroobjektsysteme führen die Makrolichtstrahlen zu einem Belichtungspunkt in der Form von beispielsweise einer Druckplatte.
Die gezeigte Ausführungsform kann stationäre Blitzbelichtungen von stationären Belichtungsflächen ausführen, und zwar in Abhängigkeit des Aufbaus und der Dimensionierung des optischen Systems und der LCD-Tafel.
Als Alternative zu der gezeigten Ausführungsform kann die Relativbewegung zwischen der Beleuchtungsfläche und dem Beleuchtungssystem beispielsweise in Form der Abtastung, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, durchgeführt werden.

Claims

1. Beleuchtungseinheit zur Beleuchtung eines Mediums, welche wenigstens eine Lichtquelle (1); eine Lichtventüanordnung, die eine Mehrzahl von elektrisch gesteuerten Lichtventilen (6) umfasst; eine Mehrzahl von Lichtleitern (3) aufweist, die optisch mit den Licht aufnehmenden Enden für die Lichtquelle und mit den Licht emittierenden Enden zu der Lichtventilanordnung gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht emittierenden Enden von wenigstens zwei Lichtleitern so angeordnet sind, um jeweils eine Mehrzahl von Lichtventilen (6) zu beleuchten.

2. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch eine erste Linsenanordnung, wobei die Linsenanordnung wenigstens eine Mikrolinse aufweist, die in Bezug auf jedes Lichtventil so angeordnet ist, dass das durch den Lichtemitter oder die Emitter ausgesendete Licht auf die oder in der Nähe der optischen Achsen der einzelnen Lichtventile fokussiert ist.

3. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin gekennzeichnet durch eine zweite Mikrolinsenanordnung, die zwischen den Lichtventilen und dem Medium so angeordnet ist, dass Licht, das durch den Lichtkanal des einzelnen Lichtventils übertragen wird, entsprechend auf das Medium fokussiert wird.

4. Beleuchtungseinheit nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Lichtleiter (3) durch optische Fasern gebildet sind, vorzugsweise durch Multimode-Fasern.

5. Beleuchtungseinheit nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Lichtquellen (1) durch eine Kurzbogenspaltlampe gebildet ist.

6. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht aufnehmenden Enden der optischen Lichtleiter oder Fasern (3) in einem Winkel von +/- 75º in Bezug auf die Äquatorachse der Lampe auf einer kugeligen, die Lampe umgebenden Oberfläche angeordnet sind.

7. Beleuchtungseinheit nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Lichtquellen durch eine Laserquelle gebildet ist.

8. Beleuchtungseinheit nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Licht emittierenden Enden der Lichtleiter (3) angeordnet ist, um eine Mehrzahl von Lichtventilen (6) zu beleuchten, die in einer gegebenen Stirnflächengestalt angeordnet sind; wenigstens eine Kollimationslinse zwischen den Licht emittierenden Enden der Lichtleiter und der Fläche so angeordnet ist, dass das kollimierte Licht zu einer ersten Mikrolinsenanordnung geführt wird, die der Mehrzahl der Lichtventile zugeordnet ist.

9. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche der Lichtventile ein oder mehrere Sechsecke bildet.

10. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Lichtventile in Reihen in Querrichtung (9) an der Stirnfläche mit gegebenen wechselseitigen Abständen der Lichtventile angeordnet sind und dass die Reihen wechselweise in Querrichtung versetzt sind.

11. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen so angeordnet sind, dass die Projektion aller einzelner Lichtventile in der Querrichtung (9) in der Stirnfläche in einer Mehrzahl von Beleuchtungspunkten mit gegenseitigem Abstand in der Querrichtung (9) resultiert.

12. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche oder Stirnflächen der Lichtventile an einem oder mehreren Beleuchtungsköpfen angeordnet ist/sind, wobei jeder Beleuchtungskopf und die Beleuchtungsstirnfläche geeignet ausgebildet sind, um eine Relativbewegung über den Beleuchtungsbereich durchzuführen, wobei die Anordnung mit einer Steuereinheit für die Steuerung der Lichtventile in Abhängigkeit der Relativbewegung zwischen dem Beleuchtungskopf und der Beleuchtungsfläche ausgestattet ist.

13. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Beleuchtungsköpfe einen Stab bilden, dessen Relativbewegung mit Bezug auf die Beleuchtungsfläche eine einzelne fortschreitende Bewegung in Querrichtung der Stange bildet.

14. Beleuchtungseinheit nach den Ansprüchen 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichtventilanordnung und dem Medium optische Mittel zum Aufspreizen der Lichtstrahlen vorgesehen sind, die durch die Lichtkanäle quer zur Beleuchtungsfläche ausgesendet werden.

15. Beleuchtungseinheit nach den Ansprüchen 1-14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtventile durch elektro-optische Lichtventile oder separate Lichtmodulatoren gebildet sind, beispielsweise LCD, PDLC, PLZT, FELCD oder Kerr-Zellen.

16. Beleuchtungseinheit nach den Ansprüchen 1-14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtventile durch elektro-mechanische Lichtventile gebildet sind, die auf Reflexion aufbauen, beispielsweise DMD.

17. Beleuchtungseinheit nach den Ansprüchen 1-14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtventile durch elektro-mechanische Lichtventile gebildet sind, die auf Transmission aufgebaut sind.

18. Beleuchtungseinheit nach den Ansprüchen 1-17, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiter so in Bezug auf die Lichtventilanordnung ausgerichtet sind, dass die optische Energie, die zu jeder Untergruppe der Lichtventile gespeist wird, sich nicht signifikant voneinander unterscheiden, wenn die Untergruppen der Lichtventile benachbarte Bereiche oder Bereiche in der Nähe zueinander auf dem Medium belichten.

19. Beleuchtungseinheit nach den Ansprüchen 1-5 und 8-17, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht aufnehmenden Enden der Lichtleiter zu wenigstens einem Bündel zusammengefasst sind, welches direkt oder indirekt Licht von einem Reflektor oder einem mit wenigstens einer Lampe optisch verbundenen Reflektorsystem empfängt.

20. Verfahren zur Beleuchtung eines Mediums durch optisches Koppeln von wenigstens einer Lichtquelle (1) mit den Licht aufnehmenden Enden einer Mehrzahl von Lichtleitern (3); optisches Koppeln der Licht emittierenden Enden der Mehrzahl der Lichtleiter (3) mit einer Lichtventilanordnung, welche eine Mehrzahl von elektrisch gesteuerten Lichtventilanordnungen (6) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht emittierenden Enden von wenigstens zwei Lichtleitern so angeordnet sind, um jeweils eine Mehrzahl von Lichtventilen (6) zu beleuchten.