DE69827403T2

DE69827403T2 - Optisches Scanner-Feedbacksystem

Info

Publication number: DE69827403T2
Application number: DE69827403T
Authority: DE
Inventors: C. Paul SCHUBERT; Zhong Yun LI
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Carestream Health Inc
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2018-09-09
Also published as: JP2001518640A; EP1019772A1; WO1999017148A1; US6057537A; DE69827403D1; EP1019772B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen optische Abtastanordnungen und Laserbebilderungssysteme, die derartige Abtastanordnungen beinhalten. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Linsen-Feedbacksystem oder Linsen-Rückführungssystem zur Verwendung in einem optischen Innentrommel-Scanner.
Laserbebilderungssysteme werden derzeit verwendet, um fotografische Bilder aus digitalen Bilddaten herzustellen, die durch Magnetresonanz- (MR), Computertomographie- (CT) oder andere Arten von Scannern erzeugt werden. Systeme dieser Art umfassen typischerweise einen Halbton-Laserbelichter zur Belichtung des Bildes auf lichtempfindlichem Film, einen Filmprozessor zur Entwicklung des Films und ein Management-Subsystem für die Koordination des Betriebs von Laserbelichter und Filmprozessor.
Die digitalen Bilddaten sind eine Folge digitaler Bildwerte, die das gescannte Bild darstellen. Die Bildverarbeitungselektronik innerhalb des Bildmanagement-Subsystems verarbeitet die Bilddatenwerte, um eine Folge von digitalen Laseransteuerungswerten zu erzeugen (d. h. Belichtungswerte), die in einen Laserscanner eingegeben werden. Der Laserscanner spricht auf die digitalen Laseransteuerungswerte an, um den lichtempfindlichen Film in einem Rastermuster abzutasten und das Bild auf dem Film zu belichten. Die in der medizinischen Bebilderung verwendeten Halbtonbilder unterliegen sehr strengen Anforderungen an die Bildqualität. Ein Laserbelichter, der auf Diafilm druckt, belichtet ein Bild in einem Rasterformat, wobei die Linienabstände in Grenzen von unter einem Mikrometer steuerbar sein müssen. Das Bild muss zudem gleichmäßig belichtet werden, so dass der Betrachter keine Artefakte feststellt. In Falle der medizinischen Bebilderung handelt es sich bei den Betrachtern um professionelle Bildanalysten (z. B. Radiologen).
Optische Scanneranordnungen werden verwendet, um eine gleichmäßige Belichtung des Bildes auf lichtempfindlichem Film vorzunehmen. Die optischen Scanneranordnungen kombi nieren ein Lasersystem mit speziellen optischen Konfigurationen (d. h. Linsen und Spiegeln) zur gleichmäßigen Belichtung des Bildes auf dem Film. Bisherige optische Scanneranordnungen setzten kostspielige Komponenten in komplexen optischen Abtastsystemen ein, um die Leistung zu erzielen, die für die medizinische Bebilderung nötig ist. Derartige Systeme kombinieren oft komplexe, mehrseitige Spiegel und Objektivkonfigurationen, um den Laserstrahl auf einen sich bewegenden oder ortsfesten, lichtempfindlichen Film zu richten.
Bekannte Laserbelichter, die für die medizinische Bebilderung verwendet werden, beinhalten einen Polygonscanner oder einen Galvanometerscanner. Eine gängige Polygonscannerkonfiguration ist mit einem Polygonspiegel ausgerüstet, der wiederholt aufeinander folgende Rasterlinien auf einen Bogen eines sich bewegenden lichtempfindlichen Films belichtet. Die Optik muss den Laserstrahl über eine flache Bildlinie fokussieren und Facetten-Winkelfehler im Polygon kompensieren. Diese Funktionen wurden bislang normalerweise durch Kombinationen kostspieliger, präzisionsgeschliffener, antireflexionsvergüteter Glaslinien erreicht. Der Film wird mit konstanter Geschwindigkeit auf Walzen bewegt, wobei er im Fokus des Abtastlaserstrahls angeordnet ist. Der Film muss mit einer konstanten Flächengeschwindigkeit von besser als ca. 0,5% bewegt werden. Kurzzeitstörungen in der Bewegung des Films, wie beispielsweise Störungen, die durch Anstoßen an eine Filmführung, an einen Positionssensor oder eine Walze ausgelöst werden, können in dem belichteten Bild gravierende Fehler verursachen, was zu einer schlechten Bildqualität führt. Um derartige Störungen zu vermeiden, muss die Filmbahn während der Bebilderung frei von derartigen Hindernissen sein. Eine derartige Filmbahn beansprucht einen erheblichen Platz in der Laserbebilderungsvorrichtung.
Ein weiteres bekanntes Beispiel eines optischen Scanners für die Laserbebilderung ist ein optischer Galvanometerscanner mit einer Doppelgalvanometer-Konfiguration. Die Doppelgalvanometer-Konfiguration umfasst einen Galvanometerspiegel, der wiederholt den Laserstrahl abtastet, um Rasterlinien zu bilden, während ein zweiter, langsamerer Galvanometerspiegel die Rasterlinien über den fotografischen Film ablenkt. Der Film, der während der Belichtung ruht, wird normalerweise in einer gekrümmten Auflage gehaltert, um eine Glättung des Bildfeldes in beiden Richtungen zu vermeiden. Zwar werden Probleme durch Filmbewegung vermieden, da sich der Film jeweils nur in einer Richtung krümmen kann, erfordert eine derartige Konfiguration die Verwendung einer Feldglättungsoptik. Die Verwendung von Galvanometern bietet andererseits die Möglichkeit, das in polygongestützten Scannersyste men auftretende Problem der Facettenfehler zu umgehen. Galvanometer, wie beispielsweise genaue Polygonspinner, sind Präzisionsinstrumente und daher sehr teuer in der Herstellung.
Angesichts der bekannten Nachteile der Laserbebilderungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik ist ein optischer Scanner wünschenswert, der nicht auf kostspieligen Spiegel- und Optikkonfigurationen beruht, um inhärente Fehler der Scannerkonstruktion auszugleichen. Es ist ein optischer Scanner zur Verwendung in einem Laserbelichter wünschenswert, der nicht außerordentlich viel Raum benötigt und bei dem keine räumlichen Überlegungen zur Vermeidung von Störungen in der Filmbahn anzustellen sind. Zudem ist ein optischer Scanner zur Verwendung mit einem Laserbelichter wünschenswert, der die Qualitätsanforderungen der medizinischen Bebilderung erfüllt.
Weitere Informationen zum Hintergrund der Erfindung finden sich in US-A-5,136,152, die ein Laser-Rückführungsregelungssystem beschreibt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System zur Belichtung eines Bildes auf ein lichtempfindliches Medium, das auf der Innenfläche einer Walzen-Andruckplatte oder Trommelauflage angeordnet ist, und welches mit einem Linsen-Feedbacksystem oder Linsen-Rückführungsregelungssystem nach Anspruch 1 versehen ist. Die optische Scanneranordnung vermag Bilder zu erzeugen, die die Bildqualitätsanforderungen in der medizinischen Bebilderung erfüllen. Die neuartige Konfiguration des erfindungsgemäßen, optischen Laser-Rückführungsregelungssystems ermöglicht die Verwendung einer gängigen Linse zur Fokussierung und Formung des Laserstrahls sowie als Strahlenteiler zur Bereitstellung eines den Laserstrahl darstellenden Laserstrahl-Rückführungssignals.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst die vorliegende Erfindung ein Rückführungssystem, das ein Feedback- oder Rückführungssignal bereitstellt, das einem Laserstrahl entspricht, der entlang einer optischen Bahn oder eines Strahlengangs auf eine Abtastfläche fokussiert ist. Das Rückführungssystem umfasst eine Zylinderlinse, die eine Längsachse und eine Querachse aufweist, welche entlang der optischen Bahn oder des Strahlengangs angeordnet sind, und die eine optische Fläche zum Formen und Fokussieren des Laserstrahls in einer ersten Richtung aufweist. Es ist ein Fotodetektor mit einem für Licht empfindlichen aktiven Bereich vorgesehen. Der Laserstrahl umfasst einen Abtastabschnitt, der durch die Zylinderlinse tritt, und einen reflektierten Abschnitt, der von der Zylinderlinse abstrahlt. Der reflektierte Abschnitt wird derart reflektiert, dass er auf den aktiven Bereich des Fotodetektors auftrifft. Der aktive Bereich des Fotodetektors spricht auf den reflektierten Bereich an, um ein dem Laserstrahl entsprechendes Ausgangssignal zu erzeugen.
Die Zylinderlinse ist derart geneigt, dass der reflektierte Bereich auf den aktiven Bereich auftrifft. Die Querachse der Zylinderlinse ist rechtwinklig zum Strahlengang angeordnet. Die Zylinderlinse dreht sich derart um die Querachse, dass die Längsachse der Zylinderlinse nicht rechtwinklig zum Strahlengang verläuft.
In einer Anwendung ist die Linse eine plankonvexe Zylinderlinse. Die Zylinderlinse kann eine plane, teilweise reflektierende Fläche und eine gekrümmte, teilweise reflektierende Fläche sein. Die gekrümmte Fläche ist zwischen der planen Fläche und der Abtastfläche angeordnet. Der reflektierte Bereich umfasst einen ersten reflektierten Strahl, der von der planen, teilweise reflektierenden Fläche abstrahlt, und einen zweiten reflektierten Strahl, der von der gekrümmten, teilweise reflektierenden Fläche abstrahlt. Das System umfasst ein zweites Linsensystem, das entlang dem allgemein rechtwinklig zur ersten Zylinderlinse verlaufenden Strahlengang angeordnet ist, um den Laserstrahl in einer zweiten Richtung zu formen und zu fokussieren.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die vorliegende Erfindung ein Laser-Rückführungsregelungssystem zur Verwendung in einem Laserbebilderungssystem. Das Laser-Rückführungsregelungssystem beinhaltet eine Laseranordnung zum Erzeugen eines Laserstrahls, der das auf den lichtempfindlichen Film zu belichtende Bild darstellt. Eine Zylinderlinse mit einer Längsachse und einer Querachse ist in optischer Ausrichtung entlang dem Strahlengang angeordnet, wie durch den Laserstrahl bestimmt, um den Laserstrahl zu fokussieren und zu formen. Es ist ein Fotodetektor mit einem für Laserlicht empfindlichen aktiven Bereich vorgesehen. Der Laserstrahl umfasst einen reflektierten Abschnitt, der von der Zylinderlinse zurückgeworfen wird und nicht durch die Zylinderlinse tritt. Der reflektierte Abschnitt wird so gelenkt, dass er auf den aktiven Bereich des Fotodetektors trifft. Der aktive Bereich des Fotodetektors spricht auf den reflektierten Bereich an, um ein dem Laserstrahl entsprechendes Ausgangssignal zu erzeugen.
Das System umfasst zudem einen Laserantrieb oder Lasertreiber, wobei der Lasertreiber auf das Ausgangssignal anspricht, um ein moduliertes Laserstrahl-Ausgangssignal bereitzustellen. Das System kann zudem eine Steuervorrichtung oder Steuereinheit umfassen, wobei die Steuereinheit ein Bildsignal zum Lasertreiber sendet, wobei der Lasertreiber auf das Ausgangssignal und das Bildsignal anspricht, um den Laserstrahl zu modulieren. Die Zylinderlinse ist in Bezug zum Strahlengang geneigt, damit der reflektierte Abschnitt so gelenkt wird, dass er auf den aktiven Bereich des Fotodetektors trifft. Der Winkel zwischen der Zylinderlinse und dem Strahlengang bildet einen Neigungswinkel, wobei der Neigungswinkel einstellbar sein kann.
In einer bevorzugten Anwendung ist die Zylinderlinse eine plankonvexe Zylinderlinse. Die plankonvexe Zylinderlinse umfasst eine plane Fläche und eine gekrümmte Fläche, wobei die gekrümmte Fläche zwischen der planen Fläche und der Abtastfläche angeordnet ist, und wobei der reflektierte Abschnitt einen ersten reflektierten Laserstrahl umfasst, der von der planen Fläche zurückgeworfen wird, und einen zweiten reflektierten Laserstrahl, der von der gekrümmten Fläche zurückgeworfen wird. Der aktive Bereich des Fotodetektors ist ausreichend bemessen, so dass er den ersten reflektierten Laserstrahl und den zweiten reflektierten Laserstrahl aufnehmen kann. Die Querachse der Zylinderlinse verläuft rechtwinklig zum Strahlengang, und die Längsachse der Zylinderlinse verläuft nicht rechtwinklig zum Strahlengang. Zudem kann eine zweite Zylinderlinse mit einer Längsachse und einer Querachse vorgesehen sein, wobei die Querachse der zweiten Zylinderlinse im Wesentlichen rechtwinklig zur Querachse der ersten Zylinderlinse angeordnet ist, die ihrerseits entlang dem Strahlengang angeordnet ist, um den Laserstrahl in einer Richtung zu formen und zu fokussieren, die sich von der Richtung der ersten Zylinderlinse unterscheidet. In einem Ausführungsbeispiel stellt der reflektierte Abschnitt weniger als 10 Prozent des Laserstrahls dar.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die vorliegende Erfindung eine Laser-Scanneranordnung zur Belichtung eines Bildes auf einer abgetasteten Fläche. Die Laser-Scanneranordnung beinhaltet eine Laseranordnung zum Erzeugen eines Laserstrahls, der ein auf der lichtempfindlichen Fläche zu belichtendes Bild darstellt. Der Laserstrahl bestimmt einen Strahlengang zwischen der Laseranordnung und der Abtastfläche. Ein erstes Linsensystem ist in optischer Ausrichtung entlang des Strahlengangs angeordnet und umfasst eine Zylinderlinse, die in optischer Ausrichtung entlang des Strahlengangs zur Fokussierung und Formung des Laserstrahls in einer ersten Richtung angeordnet ist. Ein zweites Linsensystem ist zur Fokussierung und Formung des Laserstrahls in einer zweiten Richtung vorgesehen. Ein Laserstrahlabtast- und Lenksystem ist entlang des Strahlengangs angeordnet. Ein Fotodetektormechanismus ist vorgesehen, worin der Laserstrahl einen reflektierten Abschnitt enthält, der von der Zylinderlinse zurückgeworfen wird, wobei der reflektierte Abschnitt gelenkt gerichtet wird, so dass er auf den Fotodetektormechanismus fällt. Der Fotodetektormechanismus spricht auf den reflektierten Abschnitt an, um ein dem Laserstrahl entsprechendes Ausgangssignal zu erzeugen. Eine Steuereinheit kann vorgesehen sein, die auf das Ausgangssignal anspricht, um für die Laseranordnung ein Laserstrahlmodulationssignal zu erzeugen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Laserbebilderungsvorrichtung;
2 eine perspektivische Ansicht einer exemplarischen Filmbelichtungsvorrichtung mit einer optischen Scanneranordnung zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Laserbebilderungsvorrichtung;
3 eine Seitenansicht der in 2 gezeigten Filmbelichtungsvorrichtung;
4 ein Blockdiagramm zur Darstellung einer exemplarischen optischen Scanneranordnung mit erfindungsgemäßem Laserstrahlformungs- und Lenkungssystem;
5 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer optischen Scanneranordnung mit erfindungsgemäßem Laserstrahlformungs- und Lenkungssystem;
6 ein optisches Schaubild quer zur Abtastrichtung zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Laserstrahlformungs- und Lenkungssystems der optischen Scanneranordnung aus 5;
7 ein optisches Schaubild quer zur Abtastrichtung zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Laserstrahlformungs- und Lenkungssystems der optischen Scanneranordnung aus 5;
8 ein optisches Schaubild in Abtastrichtung zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Laserstrahlformungs- und Lenkungssystems der optischen Scanneranordnung aus 5;
9 ein Ausführungsbeispiel der zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen optischen Scanneranordnung geeigneten optischen Konfiguration;
9a eine perspektivische Darstellung der Ausrichtung von Linse L1 und Linse L2;
10 eine Kurve zur Darstellung der Brennweite im Verhältnis zum Neigungswinkel für ein Ausführungsbeispiel einer Linse aus 9;
11 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer in 9 gezeigten Linse;
12 eine Schnittansicht in Längsrichtung eines Ausführungsbeispiels einer in 9 gezeigten Linse;
13 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Schritts in einem Fertigungsprozess zur Herstellung einer in 9 gezeigten Linse;
14 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Schritts in einem Fertigungsprozess zur Herstellung einer in 9 gezeigten Linse;
15 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Schritts in einem Fertigungsprozess zur Herstellung einer in 9 gezeigten Linse;
16 ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Laserstrahlrückführungsregelung zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen optischen Scanneranordnung;
17 eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels zur Verwendung einer Linse als Strahlenteiler in einer Laserstrahlrückführungsregelung gemäß der vorliegenden Erfindung;
18 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels zur Verwendung einer Linse als Strahlenteiler in einer Laserstrahlrückführungsregelung gemäß der vorliegenden Erfindung;
19 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen, biegsamen Zylinderlinse;
20 eine Schnittansicht der in 19 gezeigten biegsamen Zylinderlinse in gekrümmter Lage;
21 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schnittansicht der in 19 gezeigten biegsamen Zylinderlinse in gebogener oder gekrümmter Lage;
22 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der in 19 gezeigten biegsamen Zylinderlinse;
23 eine Schnittansicht in Längsrichtung eines Ausführungsbeispiels der in 19 gezeigten biegsamen Zylinderlinse;
24 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Schritts in einem Fertigungsprozess zur Herstellung einer in 19 gezeigten Linse;
25 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines weiteren Schritts in einem Fertigungsprozess zur Herstellung einer in 19 gezeigten Linse;
26 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines weiteren Schritts in einem Fertigungsprozess zur Herstellung einer in 19 gezeigten Linse;
27 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines weiteren Schritts in einem Fertigungsprozess zur Herstellung einer in 19 gezeigten Linse;
28 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines weiteren Schritts in einem Fertigungsprozess zur Herstellung einer in 19 gezeigten Linse;
29 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines weiteren Schritts in einem Fertigungsprozess zur Herstellung einer in 19 gezeigten Linse;
30 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines weiteren Schritts in einem Fertigungsprozess zur Herstellung einer in 19 gezeigten Linse;
31 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines weiteren Schritts in einem Fertigungsprozess zur Herstellung einer in 19 gezeigten Linse;
32 eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen Ausführungsbeispiels eines Dämpfungsglieds zur Verwendung mit einer erfindungsgemäßen optischen Scanneranordnung;
33 eine Draufsicht des in 32 gezeigten Dämpfungsglieds;
34 eine Schnittansicht in Längsrichtung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels des Dämpfungsglieds entlang Linie 34-34 von 33;
35 eine Kurve der optischen Dichte im Verhältnis zur Entfernung für ein Ausführungsbeispiel des in 33 gezeigten Dämpfungsglieds;
36 ein optisches Schaubild zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Wirkung eines Laserstrahls, der durch das erfindungsgemäße Dämpfungsglied tritt;
37 eine Kurve zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Intensität des Laserstrahls relativ zu einer Mittelachse, bevor dieser durch das in 36 gezeigte Dämpfungsglied tritt;
38 eine Kurve zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Intensität des Laserstrahls relativ zu einer Mittelachse, nachdem dieser durch das in 36 gezeigte Dämpfungsglied getreten ist;
39 ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Motorsteuerung zur Kalibrierung eines erfindungsgemäßen Dämpfungsglieds;
40 eine erste perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer optischen Scanneranordnung zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Laserbebilderungsvorrichtung;
41 eine perspektivische Rückansicht zur Darstellung der in 40 gezeigten optischen Scanneranordnung; und
42 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Betriebs einer erfindungsgemäßen optischen Scanneranordnung.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Laserbebilderungsvorrichtung 30 zur Verwendung in der medizinischen Bebilderung, einschließlich einer optischen Scanneranordnung. Die Laserbebilderungsvorrichtung 30 umfasst eine Filmvorratseinrichtung 32, eine Filmbelichtungsvorrichtung 34, eine Filmverarbeitungsstation 36, einen Filmempfangsbereich 38 und ein Filmtransportsystem 40. Die Filmvorratseinrichtung 32, die Filmbelichtungsvorrichtung 34, die Filmverarbeitungsstation 36 und das Filmtransportsystem 40 sind in einem Bilderzeugungssystemgehäuse 42 angeordnet.
Der lichtempfindliche Film lagert in der Filmvorratseinrichtung 32. Das Filmtransportsystem 40 ermöglicht die Bewegung des lichtempfindlichen Films zwischen der Filmbelichtungsvorrichtung 34, der Filmverarbeitungsstation 36 und dem Filmempfangsbereich 38. Das Filmtransportsystem 40 kann ein (nicht gezeigtes) Walzensystem einschließen, um das Transportieren des Films entlang dem Filmtransportweg zu unterstützen, wie anhand der Strichlinie 44 dargestellt. Die Richtung des Filmtransports entlang dem Filmtransportweg 44 ist anhand der Pfeile 46 dargestellt. Die Filmvorratseinrichtung 32 umfasst einen (nicht gezeigten) Mechanismus zur Zuführung eines Stück Films entlang dem Filmtransportweg 44 zur Filmbelich tungsvorrichtung 34, um das gewünschte Bild auf dem lichtempfindlichen Film mithilfe der optischen Scanneranordnung zu belichten. Nach Belichten des gewünschten Bildes auf dem lichtempfindlichen Film wird der lichtempfindliche Film entlang dem Filmtransportweg 44 zur Filmverarbeitungsstation 36 transportiert. Die Filmverarbeitungsstation 36 entwickelt das Bild auf dem lichtempfindlichen Film. Nach der Filmentwicklung wird der lichtempfindliche Film zum Filmempfangsbereich 38 transportiert.
2 zeigt eine perspektivische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels der Filmbelichtungsvorrichtung 34 mit einer optischen Scanneranordnung Die Filmbelichtungsvorrichtung 34 ist als Innentrommelkonfiguration ausgebildet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Filmbelichtungsvorrichtung 34 eine (besser in 3 zu sehende) optische Scanneranordnung 50, die mechanisch mit einem Optikverschiebesystem 52 verbunden ist, das in der Trommel zur Belichtung des Films angeordnet ist. Der Krümmungsmittelpunkt der Trommel 54 entlang der Längsachse der Trommel ist durch die Strichlinie 56 bezeichnet. Während eines Abtast- oder Scanvorgangs bewegt das Optikverschiebesystem 52 die optische Scanneranordnung 50 entlang der Längsachse 56, wie durch den Richtungspfeil 58 bezeichnet, und führt die optische Scanneranordnung 50 nach dem Abtastvorgang zu einer Ausgangsposition entlang der Längsachse 56 zurück, wie durch den Richtungspfeil 60 bezeichnet.
3 zeigt eine Seitenansicht der Filmbelichtungsvorrichtung 34. Die Trommel 54 beinhaltet eine Filmauflage 62 mit einer Innentrommelfläche 64. Während der Belichtung eines lichtempfindlichen Films 66 liegt der lichtempfindliche Film 66 an der Innentrommelfläche 64 an, die zylinderförmig oder teilweise zylinderförmig ausgebildet ist.
Im Allgemeinen liegt der lichtempfindliche Film 66 an der Innentrommelfläche der Filmauflage an. Der Laserstrahl (mit 68 bezeichnet) der optischen Scanneranordnung 50 tritt radial aus dem Krümmungsmittelpunkt der Trommel 54 aus, die entlang der Längsachse 56 der Trommel angeordnet ist. Die optische Scanneranordnung 50 tastet den Laserstrahl, der die Bilddaten enthält, die das zu belichtende Bild darstellen, in Rasterlinien ab, indem sie eine Drehung um die Längsachse 56 der Zylindertrommel verfolgt. Während die optische Scanneranordnung 50 das Bild in Rasterlinien auf dem an der Innentrommelfläche 64 anliegenden lichtempfindlichen Film 66 abtastet, bewegt das Optikverschiebesystem 52 die optische Scanneranordnung 50 entlang der Längsachse 56, um das vollständige Bild des lichtempfindlichen Films zu belichten. Die optische Scanneranordnung wird im weiteren Verlauf dieser Anmeldung detaillierter beschrieben.
In einem Ausführungsbeispiel misst die Filmbelichtungsfläche auf der Innentrommelfläche 43,2 cm × 35,6 cm, was für eine Belichtung eines lichtempfindlichen Films von 43,2 cm × 35,6 cm geeignet ist. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Film in einer vertikalen Richtung belichtet. Da zunächst der 35,6 lange Filmrand in das Belichtungsmodul eingeführt und anschließend in Richtung des 43,2 cm langen Randes abgetastet wird, erscheinen die abgetasteten Rasterlinien in vertikaler Richtung. Der Laserstrahl wird 180° zur Innentrommelfläche abgetastet, und zwar für eine Belichtung von 43,2 cm über dem lichtempfindlichen Film. Das Optikverschiebesystem bewegt die optische Scanneranordnung entlang der Längsachse, die sich im Krümmungsmittelpunkt der Innentrommelfläche befindet, über eine Entfernung von 35,6 cm, um das gewünschte Bild oder die gewünschten Bilder auf dem lichtempfindlichen Film vollständig zu belichten.
Der lichtempfindliche Film kann ein lichtempfindlicher Film sein, der gegenüber dem Licht eines Laserstrahls empfindlich ist. In einem Ausführungsbeispiel ist der Film ein lichtempfindlicher, fotothermografischer Film mit einem Polymer- oder Papierträger, der mit einer Emulsion aus Trockensilber oder einem anderen wärmeempfindlichen Material beschichtet ist. Ein bekannter Film, der zur Verwendung in medizinischen Bebilderungsprozessen mit der optischen Scanneranordnung geeignet ist, ist kommerziell unter der Handelsbezeichnung Dryview Imaging Film (DVB oder DVC) erhältlich und wird von der Imation Corp. aus Oakdale, Minn., USA, hergestellt.
Die optische Scanneranordnung, Komponenten der optischen Scanneranordnung und der Betrieb der optischen Scanneranordnung werden nachfolgend detailliert beschrieben.
Optische Scanneranordnung
1. Laserstrahlenformungs- und Lenkungssystem
Die optische Scanneranordnung umfasst ein Laserstrahlformungs- und Lenkungssystem. 4 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Laserstrahlformungs- und Lenkungssystems 70. Wie in 4 gezeigt, umfasst das Laserstrahlformungs- und Lenkungssystem eine Steuerung 72, einen Lasertreiber 74, eine Laseranordnung 76, eine erste optische Einrichtung 78, eine zweite optische Einrichtung 80 und ein in optischer Ausrichtung mit dem lichtempfindlichen Film 66 angeordnetes Abtast- und Lenkungssystem 82. Die Steuerung 72 erzeugt ein Bildsignal 84 für den Lasertreiber 74, das das auf dem lichtempfindlichen Film 66 zu belichtende Bild darstellt. Die Steuerung 72 stellt zudem Steuersignale für das Abtast- und Lenkungssystem 82 bereit und empfängt von diesem Signale, wie mit Bezugsziffer 85 bezeichnet. Der Lasertreiber 74 spricht auf das Bildsignal 84 an, um der Lasereinrichtung 76 ein Ausgabetreibersignal 86 bereitzustellen. In Abhängigkeit von dem Ausgabetreibersignal 86 erzeugt die Lasereinrichtung 76 einen Laserstrahl, der das auf dem lichtempfindlichen Film 66 zu belichtende Bild darstellt. Die erste optische Einrichtung 78, die zweite optische Einrichtung 80 und das Abtast- und Lenkungssystem 82 arbeiten zusammen, um den Laserstrahl 88 zur Belichtung des gewünschten Bildes oder der Bilder auf dem lichtempfindlichem Film 66 zu formen, zu fokussieren und zu lenken.
Die erste optische Einrichtung 78 und die zweite optische Einrichtung 80 formen den Laserstrahl in zwei getrennten Richtungen, die zueinander im Wesentlichen senkrecht angeordnet sind. Die erste optische Einrichtung 78 umfasst ein Linsensystem, das den Laserstrahl 88 in einer ersten (aber nicht in einer zweiten) Richtung formt, um den Laserstrahl 88 in einer ersten Richtung auf dem lichtempfindlichen Film 66 zu fokussieren. Die zweite optische Einrichtung 80 beinhaltet ein Linsensystem, das den Laserstrahl 88 in der zweiten (aber nicht in der ersten) Richtung formt, um den Laserstrahl 88 in der zweiten Richtung auf dem lichtempfindlichen Film 66 zu fokussieren. Das Abtast- und Lenkungssystem 82 beinhaltet ein Scanner- und Spiegelsystem, um den Laserstrahl 88 auf die gewünschte Stelle des lichtempfindlichen Films 66 zu richten und den Laserstrahl 88 über die Filmoberfläche in einem Rastermuster abzutasten, um das gewünschte Bild auf den lichtempfindlichen Film 66 zu belichten.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer optischen Scanneranordnung mit einem allgemein dargestellten Abtast- und Lenkungssystem. Wie in 5 gezeigt, beinhaltet das Laserstrahlformungs- und Lenkungssystem 70 eine Laserdiode 132, einen Laserkollimator 134, eine Linse L1, eine Linse L2, einen Klappspiegel M1, eine Scanneranordnung 136 einschließlich eines Scannermotors 138 und eines Scannerspiegels M2, eine flexible Linse L3, einen Rückkopplungssensor 140, eine Absorptionsfläche 142 und eine Absorptionsfläche 144. Wie in 5 gezeigt, sind die Laserdiode 132 und der Laserkollimator 134 Teil der Lasereinrichtung 76. Die erste optische Einrichtung 78 beinhaltet Linse L1 und Linse L3. Die zweite optische Einrichtung 80 beinhaltet Linse L2. Das Abtast- und Lenkungssystem 82 beinhaltet den Klappspiegel M1 und die Scanneranordnung 136, einschließlich des Scannermotors 138 und des Scannerspiegels M2.
Die Laserdiode 132, der Laserkollimator 134, die Linse L1, die Linse L2, der Klappspiegel M1, der Scannerspiegel M2 und die flexible Linse L3 befinden sich in optischer Ausrichtung (entlang eines durch den Laserstrahl 88 gebildeten Strahlengangs), um den Laserstrahl 88 zwischen der Laserdiode 132 und einem lichtempfindlichen Film zu formen, zu fokussieren und zu richten. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Linse L1 optisch zwischen der Linse L2 und dem Laserkollimator 134 angeordnet. Die Linse L2 ist optisch zwischen der Linse L1 und dem Klappspiegel M1 angeordnet. Der Klappspiegel M1 ist optisch zwischen der Linse L2 und dem Scannerspiegel M2 angeordnet. Der Scannerspiegel M2 ist optisch zwischen dem Klappspiegel M1 und der Linse L3 angeordnet. Die Linse L3 ist optisch zwischen dem Scannerspiegel M2 und dem lichtempfindlichen Film 66 angeordnet. Es sei darauf hingewiesen, dass Elemente des zuvor beschriebenen Laserstrahlformungs- und Richtsystems 70 innerhalb des Geltungsbereichs und Umfangs der vorliegenden Erfindung abgewandelt konfiguriert sein können, etwa in der Art, dass die Linse L2 optisch zwischen dem Laserkollimator 134 und der Linse L1 angeordnet ist, und dass die Linse L1 optisch zwischen der Linse L2 und dem Klappspiegel M1 angeordnet ist.
Die Laserdiode 132 ist elektrisch mit einem (in 4 gezeigten) Lasertreiber 104 verbunden. Die Laserdiode 132 erzeugt den Laserstrahl 88 durch den Laserkollimator 134 derart, dass der kollimierte Laserstrahl 88 eine gleichmäßig geformte Lichtquelle ist (in einem bildweisen Muster moduliert), die das auf dem Film zu belichtende Bild darstellt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der kollimierte Laserstrahl 88 im Allgemeinen elliptisch geformt.
Der Laserstrahl 88 wird durch die Linse L1 und L2 übertragen und dann von dem Klappspiegel M1 reflektiert, so dass er auf den Scannerspiegel M2 fällt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Scannerspiegel M2 ein beidseitiger Spiegel, der auf einer Welle durch einen Adapter 137 des Scannermotors 138 angeordnet ist. In einem Ausführungsbeispiel ist der Scannermotor 138 ein bürstenloser Gleichstrommotor.
Bei Betrieb des Scannermotors 138 wird der Scannerspiegel M2 gedreht, und der Laserstrahl 88 wird radial nach außen in einer ungefähr konischen Form reflektiert und durch die flexible Linse L3 zur Belichtung des Films 66 in einem Rastermuster übertragen. Beide Seiten des Scannerspiegels M2 werden benutzt, um den Laserstrahl 88 durch die flexible Linse L3 auf den lichtempfindlichen Film 66 zu richten. In einem Ausführungsbeispiel bilden der Laserstrahl 88 und die Motorachse einen Winkel von nominal 84 Grad.
In einem Ausführungsbeispiel sind Linse L1, Linse L2 und die flexible Linse L3 Zylinderlinsen und insbesondere Zylinderlinsen mit einer plankonvexen optischen Konfiguration. Eine plankonvexe Zylinderlinse ist eine Linse mit einer geraden (d. h. planen) Seite und einer konvexen oder gekrümmten gegenüberliegenden Seite. Die konvexe Seite von Linse L1 liegt der Linse L2 gegenüber. Die konvexe Seite von Linse L2 liegt dem Klappspiegel M1 gegenüber, die konvexe Seite der flexiblen Linse L3 liegt dem lichtempfindlichen Film 66 gegenüber. Linse L1 und Linse L2 sind derart angeordnet, dass die Fokussierrichtungen zueinander senkrecht angeordnet sind, so dass Linse L1 den Laserstrahl 88 quer zur Abtastrichtung formt und dass Linse L2 den Laserstrahl 88 in Abtastrichtung formt. Jede der Linsen und die Auswirkung der Ausrichtung werden im weiteren Verlauf der vorliegenden Beschreibung detailliert erläutert.
Bei der vorliegenden Erfindung sind sämtliche optischen Elemente, einschließlich Linse L1, Linse L2 und der flexiblen Linse L3 aus einer rechtwinkligen Position relativ zur optischen Achse geneigt. Sämtliche reflektierten Strahlen (reflektierte Teile des Laserstrahls) können somit derart gesteuert werden, dass sie auf Absorptionsflächen fallen, um Lichtstreuung von reflektierten Strahlen zu beseitigen, oder sie können anderweitig verwendet werden. Durch Kontrolle der reflektierten Strahlen bedürfen Linse L1, Linse L2 und die flexible Linse L3 keiner kostspieligen Antireflexionsbeschichtungen.
Linse L1 und Linse L2 sind relativ zu einem durch den Laserstrahl 88 definierten Strahlengang geneigt. Linse L1 und Linse L2 umfassen jeweils eine Längsachse und eine sich dadurch erstreckende Querachse. Die Querachsen von Linse L1 und Linse L2 sind senkrecht zueinander und senkrecht zum Strahlengang angeordnet. Die Längsachsen von Linse L1 und Linse L2 sind nicht senkrecht zum Strahlengang angeordnet, sondern winklig oder "geneigt" und um ihre jeweilige Querachse gedreht. Wie in der vorliegenden Beschreibung an späterer Stelle erläutert wird, ist die Neigung von Linse L2 nutzbar, um die Fokussierung des Laserstrahls 88 an einer gewünschten Stelle (für die gescannte Oberfläche) zu unterstützen. Der reflektierte Strahl aus der geneigten Linse L1 erzeugt ein Rückführungssignal 147 zum Rückführungssensor 140. Der Betrieb des Linsenrückführungssystems wird an späterer Stelle der vorliegenden Beschreibung erläutert. Linse L2 ist ebenfalls geneigt, damit ein Teil des Laserstrahls 88, der von der Oberfläche der Linse L2 reflektiert wird, wie als reflektierter Strahl 146 gezeigt, auf eine Absorptionsfläche 142 gerichtet werden kann, so dass er kein unerwünschtes Streulicht oder Spurenbelichtungen des Films erzeugt.
Die flexible Linse L3 ist aus einer senkrechten Position relativ zu der von dem Laserstrahl gebildeten optischen Achse geneigt. Ein Teil des Laserstrahls 88, der von der Oberfläche der Linse L3 reflektiert wird, wie an Bezugsziffer 148 gezeigt, wird auf eine weitere Absorptionsfläche 144 gerichtet, anstatt direkt zurück zum Optikmodul reflektiert zu werden. Die durch die flexible Linse L3 tretende optische Achse ist nicht senkrecht zur Position des Films angeordnet und als solches wird der von dem Film reflektierte Strahl 147 ebenfalls auf eine Absorptionsfläche 149 geworfen, um Lichtstreuung zu vermeiden. In einem Ausführungsbeispiel beträgt der Einfallswinkel des Laserstrahls 88 relativ zu einer Achse, die senkrecht zur flexiblen Linse L3 und zum Film verläuft, nominal 6 Grad.
6 zeigt ein optisches Diagramm zur Darstellung der Strahlenformung quer zur Abtastrichtung. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wirken die Linse L1 und die flexible Linse L3 derart zusammen, dass sie den Laserstrahl 88 auf dem lichtempfindlichen Film 66 quer zur Abtastrichtung fokussieren. Die Lasereinrichtung 76 strahlt den kollimierten Laserstrahl 88 ab, der ein auf dem lichtempfindlichen Film 66 zu erzeugendes Bild darstellt, wie durch Bezugsziffer 152 bezeichnet. Während der Laserstrahl 88 durch die Linse L1 (153) tritt, dient Linse L1 zur Fokussierung des Laserstrahls 88 an der Position des Scannerspiegels M2 (156). Der Scannerspiegel M2 ist in einem Abstand f1 zur Linse L1 angeordnet, wobei f1 für die Brennweite der Linse L1 steht. Zwischen der Linse L1 und dem Scannerspiegel M2 tritt der Laserstrahl 88 durch die Linse L2, wie durch Bezugsziffer 154 bezeichnet. Aufgrund der Ausrichtung der Linse L2 (L2 ist eine Zylinderlinse, die derart positioniert ist, dass die Fokussierrichtung im Allgemeinen senkrecht zur Fokussierrichtung von Linse L1 verläuft), bewirkt Linse L2 keine Formung des Laserstrahls 88 quer zur Abtastrichtung. Der Klappspiegel M1 (155) dient zudem dazu, den Laserstrahl 88 zu Scannerspiegel M2 zu lenken.
Der Scannerspiegel M2 dreht sich, um den Laserstrahl 88 in einem Rastermuster über der Oberfläche des lichtempfindlichen Films 66 abzutasten. Auf halbem Weg (ungefähr in der Mitte) zwischen dem Scannerspiegel M2 und dem lichtempfindlichen Film 66 befindet sich die flexible Linse L3. Die flexible Linse L3 ist in einer Entfernung angeordnet, die dem Doppelten der Brennweite (2f3) der flexiblen Linse L3 entspricht, und der lichtempfindliche Film 66 ist in einer Entfernung zur flexiblen Linse L3 angeordnet, die ebenfalls dem Doppelten der Brennweite (2f3) der flexiblen Linse L3 entspricht. Der Scannerspiegel M2 und der lichtempfindliche Film 66 sind somit an den konjugierten Punkten der flexiblen Linse L3 angeordnet.
7 zeigt ein vergrößertes optisches Diagramm zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Beziehung zwischen dem Scannerspiegel M2, der flexiblen Linse L3 und dem lichtempfindlichen Film 66 quer zur Abtastrichtung. Die neuartige, erfindungsgemäße Konfiguration, einschließlich der Positionierung der flexiblen Linse L3 zwischen dem Scannerspiegel M2 und der Filmebene 66 (oder der abgetasteten Ebene) kann ebenfalls als Einrichtung zur Wobbelkorrektur dienen. Es sei darauf hingewiesen, dass sogar bei einem kleinen Spiegelrichtfehler zwischen zwei Facetten das Strahlenwobbeln auf der Filmebene ausreichend groß sein kann, dass dadurch Artefakte in dem auf dem lichtempfindlichen Film 66 belichteten Bild entstehen. Bei einem angenommenen optischen Richtfehler von 10 Bogensekunden und einer Entfernung von 137 mm zwischen Scannerspiegel und Film tritt auf dem Film ein Wobbeln von 6,6 μm auf.
In 7 ist das Strahlenwobbeln durch den Richtungspfeil 162 dargestellt. Wobbeln kann durch verschiedene Faktoren bedingt sein. Beispielsweise könnte neben dem Strahlenwobbeln aufgrund von Spiegelrichtfehlern auch ein Schlagen der Welle des Scannermotors 138 (aufgrund von Lagertoleranzen) auftreten, was insgesamt zu dem Strahlenwobbeln auf der Filmebene 66 beiträgt.
Die neuartige optische Konfiguration einschließlich der flexiblen Linse L3 wird als eine Einrichtung oder als Mittel zur Wobbelkorrektur verwendet. Der Laserstrahl 88 wird auf eine Linie des Scannerspiegels M2 fokussiert, die quer zur Abtastrichtung schmaler ist, und die auf dem Film 66 durch eine flexible Linse L3 wieder abgebildet wird (durch Bezugszeichen 164 bezeichnet). Wie zuvor beschrieben, kann der Laserstrahl 88 taumeln (wobbeln), wie durch den Richtungspfeil 162 bezeichnet. Der Strahlengang des Laserstrahls 88 zwischen dem Scannerspiegel M2 und dem Film 66 wird daher durch die flexible Linse L3 eingestellt, wie anhand der Strichlinien 166 gezeigt. Die flexible Linse L3 wirkt derart, dass sie den versetzten Laserstrahl 166 auf die gewünschte Position des Films 172 umlenkt, wie durch das Bezugszeichen 164 bezeichnet. Durch die plankonvexe flexible Linse L3, und sogar wenn der Laserstrahl 88 aufgrund der Wobbeleffekte verschoben ist, lenkt die flexible Linse L3 den Laserstrahl 88 auf die gewünschte Position 164 des Films 66 um. Die flexible Linse L3 bewirkt damit eine Korrektur des Strahlenwobbelns.
8 zeigt unter dem Bezugszeichen 170 ein optisches Diagramm zur Darstellung des Betriebs einer neuartigen Linsenkonfiguration in Abtastrichtung. Der kollimierte Laserstrahl 88 (Bezugszeichen 172) wird von der Lasereinrichtung 76 abgestrahlt und durch die Linse L1 (174) zur Linse L2 (176) übertragen. In Abtastrichtung beeinflusst die Linse L1 die Form des Laserstrahls 88 nicht. Die Linse L2 fokussiert den Laserstrahl 88 in Abtastrichtung auf dem Film 66. Der Abstand zwischen der Linse L2 und dem Film 66 ist gleich der Brennweite f2 der Linse L2.
Zwischen der Linse L2 und dem Film 66 wird der Laserstrahl 88 durch den Klappspiegel M1 (178) auf den rotierenden Scannerspiegel M2 (180) umgelenkt. Der rotierende Scannerspiegel M2 lenkt den Laserstrahl 88 entlang einer Abtastlinie 184 während der Drehung über die Filmebene 66. In 8 wird der Laserstrahl 88 in einer ersten Position 186 und in einer zweiten gedrehten Position 188 relativ zur ersten Position 186 gezeigt. Während der rotierende Scannerspiegel M2 den Laserstrahl 88 in Abtastrichtung abtastet, tritt der Laserstrahl 88 durch die flexible Linse L3 (182). In Abtastrichtung beeinflusst die flexible Linse L3 die Form des Laserstrahls 88 nicht.
In einem Ausführungsbeispiel hat der Laserstrahl 88, der aus dem Kollimator 134 der Lasereinrichtung 76 austritt, eine elliptische Form mit einem 1/e² Durchmesser von ca. 1,1 mm und 4,0 mm quer zur Abtastrichtung bzw. in Abtastrichtung. Quer zur Abtastrichtung wird der Laserstrahl 88 durch Linse L1 mit f1 = 95,6 mm auf die Oberfläche des Scannerspiegels M2 fokussiert. Das Bild auf der Oberfläche des Scannerspiegels M2 wird durch die flexible Linse L3 auf dem Film 66 abgebildet, die eine Brennweite f3 von 34,1 mm aufweist. In Abtastrichtung fokussiert die Zylinderlinse L2 mit einer Brennweite f2 von 192 mm den kollimierten Laserstrahl 88 direkt auf der Filmebene 66. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Nennstrahlengröße des Lasers auf dem Film 66 60 μm (FWHM) (volle Breite bei halbem Maximum) quer zur Abtastrichtung und 40 μm (FWHM) in Abtastrichtung.
2. Linsen L1 und L2
9 zeigt die optische Konfiguration von Linse L1 und Linse L2 in perspektivischer Ansicht 200. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Linsen L1 und L2 plankonvexe Zylinderlinsen, die in Größe und Form ähnlich sein können und die in einem Ausführungsbeispiel allgemein starr sein können. Wie in 9 gezeigt und hier beschrieben, sind die Fokussierrichtungen der Linsen L1 und L2 allgemein senkrecht zueinander angeordnet. Linse L1 beeinflusst die Form des Laserstrahls 88 quer zur Abtastrichtung, Linse L2 beeinflusst die Form des Laserstrahls 88 in Abtastrichtung.
Linse L1 und Linse L2 sind zu einer Position geneigt oder angewinkelt, die in Bezug zur optischen Achse (oder zum Strahlengang) senkrecht verläuft, wie durch den Laserstrahl 88 bestimmt. Durch Neigen der Linse L1 und L2 lässt sich der reflektierte Teil des Laserstrahls 88, der als reflektierter Strahl 146 und 147 bezeichnet ist, steuern. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der reflektierte Strahl 146 auf die Absorptionsfläche 142 gerichtet und wird dort gesammelt, um eine Lichtstreuung zu vermeiden. Durch die Steuerung des reflektierten Strahls 147 vermag Linse L1 als Strahlenteiler zu dienen. Der reflektierte Strahl von der Fläche von Linse L1 (der flachen oder planen Fläche und der konvexen Fläche), wie durch den reflektierten Strahl 147 dargestellt, wird auf den Rückführungssensor 140 gerichtet, der ein Rückführungssignal erzeugt, das den Laserstrahl 88 darstellt. Die Verwendung der Linse L1 als Strahlenteiler wird an späterer Stelle der vorliegenden Beschreibung detaillierter erläutert.
9a zeigt eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Linse L1 oder L2 zur Erläuterung der Ausrichtung von Linse L1 und L2 sowie der Neigung von Linse L1 oder L2 relativ zu der vom Laserstrahl 88 gebildeten optischen Achse. Linse L1 umfasst eine Längsachse 202a, eine Querachse 203a und eine Hochachse 204a. Linse L2 umfasst eine Längsachse 202b, eine Querachse 203b und eine Hochachse 204b. In Betrieb sind die Querachse 203a und die Querachse 203b senkrecht zu dem durch den Laserstrahl 88 bestimmten Strahlengang angeordnet. Während die Querachse 203a und die Querachse 203b stationär bleiben, werden die Linse L1 und L2 relativ zum Strahlengang des Laserstrahls 88 geneigt oder angewinkelt, indem die Linse L1 um die Querachse 203a gedreht und die Linse L2 um die Querachse 203b gedreht wird. Die Längsachse 202a ist nicht senkrecht zum Strahlengang des Laserstrahls 88 und die Längsachse 202b nicht senkrecht zum Strahlengang des Laserstrahls 88 angeordnet.
Die Neigung der Linse L2 dient zwei Zwecken. Auf der einen Seite ermöglicht sie es, reflektiertes Licht auf die Absorptionsfläche 142 zu richten, auf der anderen Seite ermöglicht sie es, die Brennweite der Linse L2 durch Änderung des Winkels der Linse L2 einzustellen. Linse L2 wird um ihre Querachse gedreht. Die Drehung der Linse L2 um ihre Querachse erfolgt durch eine entsprechende Einrichtung. Während der Herstellung und Montage der optischen Scanneranordnung 50 lässt sich die Linse L2 um eine Achse (ihre Querachse) drehen (oder neigen), die parallel zur Abtastrichtung des Laserstrahls 88 verläuft, um die Brennweite der Linse L2, die auf dem Film 66 angeordnet werden soll, zu kalibrieren oder abzustimmen. In einem Ausführungsbeispiel erzeugt eine Drehung der Winkeleinstellung der Linse L2 von 10° auf 40° eine Brennweitenänderung von ca. 15%.
10 zeigt eine repräsentative Kurve eines Ausführungsbeispiels der Brennweite der Linse L2 relativ zu dem Neigungswinkel. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Linse L2 eine Linse von 150 mm Brennweite. Durch Einstellen des Neigungswinkels der Linse L2 (durch Drehen der Linse L2 um ihre Querachse, worin der Neigungswinkel als der Winkel zwischen der Längsachse der Linse L2 und einer Position definiert ist, in der die Längsachse der Linse L2 senkrecht zum Strahlengang verlaufen würde) wird die Brennweite der Linse L2 eingestellt oder "abgestimmt", um sie in Abtastrichtung auf den Film zu fokussieren. In einem herkömmlichen optischen System bestünde das Verfahren zur Brennweiteneinstellung einer Linse, die ähnlich wie Linse L2 ist, darin, die Linse entlang ihrer optischen Achse zu verschieben. Ein derartiges Verfahren erfordert mehr Raum in der optischen Scanneranordnung, um eine Abstimmung und Verschiebung der Linse zu ermöglichen. Die neuartige Technik verwendet eine einfache, plankonvexe Zylinderlinse, in der der Brennpunkt durch Änderung des Neigungswinkels der Linse eingestellt oder "abgestimmt" wird. Die Querachse der Linse L2 bleibt stationär. Die vorliegende Technik ist zur Reduzierung der Komplexität der optischen Scanneranordnung dienlich und ermöglicht eine kompakte Bauform der optischen Scanneranordnung. Zusätzlicher Raum in der optischen Scanneranordnung zur Einstellung und Verschiebung der Linse entlang der optischen Achse ist nicht weiter erforderlich.
Linse L1 und Linse L2 haben beugungsbegrenzte optische Eigenschaften. Wie einschlägigen Fachleuten bekannt ist, sind die Linsen L1 und L2 aufgrund ihrer beugungsbegrenzten optischen Eigenschaften verwendbar, um einen Laserstrahl auf einer abgetasteten Oberfläche zu fokussieren, wobei eine vorherbestimmbare Brennpunktgröße (und Position) über der abgetasteten Fläche erzielt wird, die dann auf Basis der physischen Eigenschaften der Linse berechnet werden kann. Der Begriff "beugungsbegrenzt" bezeichnet im vorliegenden Zusammenhang die Eigenschaft eines optischen Systems, bei dem nur die Wirkung der Brechung die Qualität des erzeugten Bildes bestimmt. Der Begriff "beugungsbegrenzte Linse" bezeichnet eine Linse, deren Abberation soweit korrigiert ist, dass Wellenfront-Restfehler im Wesentlichen kleiner als 1/4 der Wellenlänge der eingesetzten Energie betragen. Siehe auch Photonics Dictionary, 41. Auflage, 1995 (Laurin Publishing, 1995).
Zylinderlinse L1 und Zylinderlinse L2 sind ähnlich aufgebaut. 11 zeigt eine Schnittansicht einer Zylinderlinse 210. Die Zylinderlinse 210 kann ähnlich der Zylinderlinse L1 und/oder der Zylinderlinse L2 sein. Die Zylinderlinse 210 ist eine Zylinderlinse mit einer plankonvexen optischen Form. Vorzugsweise ist die Zylinderlinse im Allgemeinen starr. Die Zylinderlinse 210 umfasst eine erste, allgemein flache (oder plane) Ebene 212 und eine zweite allgemein gekrümmte (oder konvexe) Fläche 214. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Zylinderlinse 210 ein erstes Substrat 216 und ein zweites Substrat 218, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Das erste Substrat 216 kann aus Glas aufgebaut oder ausgebildet sein, während das zweite Substrat 218 aus einem Fotopolymer aufgebaut oder ausgebildet sein kann. Es sei darauf hingewiesen, dass alternativ hierzu die Zylinderlinse 210 aus einem einstückigen, voll gegossenen Material ausgebildet sein kann, wie beispielsweise Glas. In einem Ausführungsbeispiel hat das erste Substrat 216 der Zylinderlinse 210 (L2) eine Länge von 25 mm und eine Breite von 25 mm, während das zweite Substrat 218 eine Länge von 15 mm und eine Breite von 7,5 mm hat.
Die Zylinderlinse 210 ist nach einem bestimmten Gießverfahren herstellbar. In einem Ausführungsbeispiel ist die Zylinderlinse 210 mithilfe des in 13, 14 und 15 dargestellten Verfahrens herstellbar. Wie in 13 gezeigt, wird eine Gießform 220 mit einer oberen Fläche 222 bereitgestellt, die entsprechend der gewünschten Krümmung der zweiten gekrümmten Fläche 214 der Zylinderlinse ausgebildet ist (beispielsweise als konkave Fläche, die eine konvexe Linsenfläche bildet). In einem Ausführungsbeispiel kann die Gießform 220 aus Glas ausge bildet sein, in das die gekrümmte obere Fläche 272 zur gewünschten Formgebung geschliffen oder diamantgeschnitten ist. Die obere Fläche 222 ist mit einer nicht haftenden Beschichtung 224 versehen. In einem Ausführungsbeispiel ist eine geeignete nicht haftende Beschichtung eine Silanbeschichtung, die kommerziell von PCR, Inc. in Gainesville, Florida, USA, erhältlich ist. Ein computergesteuerter Spender 226 kann vorgesehen sein, um ein UV-härtbares Fotopolymer 228 auszugeben, das das zweite Substrat 218 der Zylinderlinse bildet. Der Spender 226 ist derart betreibbar, dass er ein UV-härtbares Fotopolymer in einzelnen Tröpfchen auf die Gießform 220 einschließlich einer nicht haftenden Beschichtung 224 aufbringt. In einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem UV-härtbaren Fotopolymer um J-01 von Sommers Laboratory aus Fort Washington, Pennsylvania, USA. Der Spender 226 gibt ca. 7 Tropfen pro Zoll (2,54 cm) mit einer Tropfenmasse von ca. 1,5 mg aus.
14 zeigt das erste Substrat 216 über der geladenen Gießform 220, wobei das UV-härtbare Fotopolymer 228 zwischen dem ersten Substrat 216 und der oberen Fläche 222 angeordnet ist. 15 zeigt eine UV-Lichtquelle 230 zur Härtung der Zylinderlinse 210. Die UV-Lichtquelle 230 ist für eine Zeit über der Linsen- und Gießformvorrichtung angeordnet, die ausreicht, um das erste Substrat 216 des Fotopolymers auf dem zweiten Substrat 218 zu härten. Nach dem Härten lässt sich die Zylinderlinse 210 von der Gießform 220 entfernen. Aufgrund der nicht haftenden Beschichtung 224 lässt sich die Zylinderlinse problemlos aus der Form 220 entnehmen.
Laser-Rückführungsregelungssystem
Die neuartige optische Konfiguration von Linse L1 ermöglicht die Verwendung von Linse L1 in Form eines "Strahlenteilers" in einem Laser-Rückführungsregelungssystem. Wie bereits beschrieben, ermöglicht es die Neigung der Linse L1, den reflektierten Strahl 147 des Laserstrahls 88 auf den Fotosensor 140 zu richten, so dass er in einem Regelkreis zur Überwachung und Stabilisierung der Laseranordnung 76 verwendbar ist (siehe 9 und 9a). Die Querachse der Linse L1 verbleibt rechtwinklig zu der durch den Laserstrahl 88 bestimmten optischen Achse, aber die Längsachse wird derart um die Querachse gedreht, dass die Längsachse nicht rechtwinklig zur optischen Achse verläuft, wodurch der reflektierte Strahl 147 auf den Fotosensor 140 gerichtet wird. 16 zeigt ein Blockdiagramm 240 mit der Linse L1 als ein Strahlenteiler in einem Laser-Rückführungsregelungssystem. Wie in 16 gezeigt und in ähnlichen Vorgängen zuvor beschrieben, strahlt die Laseranordnung 76 einen Laserstrahl 88 ab, der durch die Linse L1 übertragen wird. Ein Teil des Laserstrahls 88 wird von der Oberfläche der Linse L1 reflektiert, wie bereits zuvor mit Bezug auf den reflektierten Strahl 147 beschrieben. Durch die neuartige, geneigte Konfiguration der Linse L1 wird der reflektierte Strahl 147 auf den aktiven Bereich des Fotosensors 140 gerichtet. In einem Ausführungsbeispiel werden 90% des Laserstrahls durch die Linse C1 übertragen und 10% des Laserstrahls werden als reflektierter Strahl 147 auf den Fotosensor 140 geworfen.
Der Fotosensor 140 spricht auf den reflektierten Strahl 147 an, um ein Ausgabesignal 242 für den Lasertreiber 74 zu erzeugen, das die Leistung des reflektierten Strahls 147 darstellt. In Ansprechen auf das Rückführungssignal 242 und das Bildsignal 84 erzeugt der Lasertreiber 74 ein moduliertes Ausgabesignal 86 für die Laseranordnung 76.
17 zeigt eine Draufsicht 244 eines Ausführungsbeispiels zur Verwendung der Linse L1 in einem Laser-Rückführungsregelungssystem. Wie in 17 gezeigt, umfasst die Zylinderlinse L1 eine obere Fläche 246 und eine untere Fläche 248. Der reflektierte Strahl 147 setzt sich aus Reflexionen von der oberen Fläche 246 (konvexe Fläche) der Zylinderlinse und der unteren Fläche 248 (flache oder plane Fläche) der Zylinderlinse zusammen, wie anhand der Bezugszeichen 254 bzw. 252 gezeigt. Dementsprechend umfasst der Fotosensor 140 einen aktiven Bereich 250, der groß genug ist, um die reflektierten Strahlen 252, 254 von der oberen Fläche 245 und der unteren Fläche 248 zu empfangen.
Die Laseranordnung 76 strahlt einen kollimierten Lichtstrahl in Form eines Laserstrahls 88 ab, der durch die Linse L1 übertragen wird. Der reflektierte Strahl 247 stellt den reflektierten Teil (Rückführungssignal) dar, der von der Linse L1 reflektiert und auf den Fotosensor 140 gerichtet wird. Konkret wird der erste reflektierte Teil 252 von der unteren Fläche 248 der Zylinderlinse reflektiert, und der zweite reflektierte Teil 254 wird von der oberen Fläche 246 der Zylinderlinse auf den aktiven Bereich 250 des Fotosensors 140 reflektiert.
18 zeigt unter Bezugszeichen 256 eine Seitenansicht des Laser-Rückführungsregelungssystems. Quer zur Abtastrichtung wird der reflektierte Strahl 252 von der unteren Fläche 248 direkt auf den Fotosensor 140 geworfen (aktiver Bereich 250). Der reflektierte Strahl konvergiert von der oberen Fläche. In dieser Konfiguration befindet sich der Brennpunkt auf der reflektierten Seite. Es sei darauf hingewiesen, dass aufgrund der Tatsache, dass die obere Fläche 246 konvex ausgebildet ist, der reflektierte Strahl 252 von der oberen Fläche 246 einen Brennpunkt 255 ungefähr auf mittlerem Wege vor dem Einfallen auf den Fotosensor 140 erreicht.
4. Flexible Linse L3
18 zeigt die flexible Linse L3 in einer allgemeinen perspektivischen Ansicht. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die flexible Linse L3 eine Zylinderlinse mit einer plankonvexen optischen Form. Die flexible Linse L3 ist aus einem allgemein flexiblen Material hergestellt, das es problemlos ermöglicht, der flexiblen Linse L3 eine gewünschte Krümmung zu verleihen, wie dies durch die optische Scanneranordnung 60 erforderlich ist. Die flexible Linse L3 ist flexibel genug, um auf eine Führung gewickelt zu werden. Die flexible Linse L3 kann gleichmäßig um einen Bogen von 180 Grad gebogen werden, während sie ihre beugungsbegrenzten optischen Eigenschaften beibehält und somit eine Verwendung der flexiblen Linse L3 in einem für medizinische Anwendungen geeigneten Laserbebilderungssystem ermöglicht.
Die in 20 gezeigte flexible Linse L3 ist eine relativ dünne, bandartige Linse. Die flexible Linse L3 ist eine flexible, beugungsbegrenzte Linse, die die Herstellung (mehrere Zentimeter) langer positiver Zylinderlinsen ermöglicht, die sich leicht in beliebige Formen biegen lassen, beispielsweise in den gezeigten Bogen von 180 Grad. Konkret ist die flexible Linse L3 in eindimensionalen Laserabtastsystemen verwendbar, in denen ein Lichtstrahl über eine erhebliche Entfernung (eine Vielzahl von Zentimetern) abgetastet wird, wie beispielsweise in dem in 1 gezeigten Laserbebilderungssystem. Wie in 21 gezeigt, kann die flexible Linse L3 um einen Bogen von 180 Grad gebogen werden, was den Einsatz der flexiblen Linse L3 in zahlreichen Anwendungen ermöglicht, die die Verwendung einer flexiblen Linse erfordern, und zwar entweder zur Erzielung gewünschter optischer Eigenschaften oder aufgrund räumlicher Einschränkungen, ohne Schäden an der Linse zu verursachen oder die optischen Eigenschaften der Linse zu beeinträchtigen. Die flexible Linse L3 lässt sich in einem Bogen von mehr als 180 Grad biegen, während sie ihre beugungsbegrenzten optischen Eigenschaften bewahrt. Wie einschlägigen Fachleuten bekannt ist, wird bei Verwendung einer flexiblen Linse zur Fokussierung eines Laserstrahls auf einer abgetasteten Fläche unter Beibehaltung ihrer beugungsbegrenzten optischen Eigenschaften eine vorherbestimmbare Brennpunktgröße (und Position) über der abgetasteten Fläche erzielt, die dann auf Basis der physischen Eigen schaften der Linse berechnet werden kann. Der Begriff "beugungsbegrenzt" bezeichnet im vorliegenden Zusammenhang die Eigenschaft eines optischen Systems, dass nur die Brechungseffekte die Qualität des erzeugten Bildes bestimmen. Der Begriff "beugungsbegrenzte Linse" bezeichnet eine Linse, deren Abberation soweit korrigiert ist, dass Wellenfront-Restfehler im Wesentlichen kleiner als 1/4 der Wellenlänge der eingesetzten Energie betragen. Siehe auch Photonics Dictionary, 41. Auflage, 1995 (Laurin Publishing, 1995).
Bekannte, herkömmliche, polygonale Abtastsysteme erfordern oft die Verwendung einer starren, ringförmigen oder starren zylinderförmigen Linse als Teil des Bildfeldebners zur Herstellung eines Bildes auf lichtempfindlichem Film. Derartige Linsen sind komplex, kostspielig und schwierig herzustellen.
Die Linsen sind typischerweise aus Glas geschliffen, das sich nicht ohne weiteres in beliebige Formen biegen lässt. Die neuartige, flexible Linse L3 ermöglicht von sich aus ohne Schwierigkeiten die Herstellung langer, positiver Zylinderlinsen, die sich ohne weiteres in beliebige Formen biegen lassen. Das hier beschriebene Konstruktionsverfahren ermöglicht die Konstruktion derartiger Linsen mithilfe eines einfachen Gieß- und Aushärtesystems, dem eine einfache Anleitung zum Biegen der flexiblen Linse in die gewünschte Form für eine gewünschte Anleitung folgt. Es sei darauf hingewiesen, dass ein alternatives Verfahren zur Konstruktion flexibler Linsen L3 das Spritzgießen der Linse mittels Kunststoff ist. Allerdings wäre die Herstellung langer, beugungsbegrenzter Zylinderlinsen der hier beschriebenen Art mithilfe von Spritzgießverfahren recht schwierig.
22 zeigt eine allgemeine Schnittansicht einer flexiblen Zylinderlinse 260. Die flexible Zylinderlinse 260 kann zur Verwendung in einer optischen Scanneranordnung ähnlich der flexiblen Linse L3 sein. 23 zeigt eine Schnittansicht in Längsrichtung der flexiblen Zylinderlinse 260. In einem Ausführungsbeispiel ist die flexible Zylinderlinse 260 eine mehrschichtige Linse. Die flexible Zylinderlinse 260 umfasst ein erstes, optisches Substrat 262, ein zweites, strukturelles oder Stützsubstrat 264 und ein drittes optisches Substrat 266. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel besteht das erste Substrat 262 aus einem Fotopolymer. Das zweite Substrat 264 ist vorzugsweise ein dünnes, flexibles Polymer- oder Kunststoffsubstrat. In einem Ausführungsbeispiel kann das zweite Substrat 264 auf einem Polyester oder Poly carbonat hergestellt sein. Das dritte Substrat 266 kann ebenfalls aus einem Fotopolymer hergestellt sein.
In einem Ausführungsbeispiel hat die flexible Zylinderlinse 260 eine Länge von 233 mm, eine Brennweite von 33,4 mm und eine Apertur von 3 mm. Das für das erste Substrat 262 und für das dritte Substrat 266 verwendete Fotopolymer ist kommerziell von Summers Laboratories unter der Handelsbezeichnung J-91 verwendbar. Das zweite Substrat 264 besteht aus einer 152,4 μm dicken Schicht Polycarbonat mit einer Substratgröße von 15 mm × 251 mm.
24–27 zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der flexiblen Zylinderlinse 260. In 24 wird eine Zylinderform 270 mit einer gekrümmten oberen Fläche 272 bereitgestellt, die der gewünschten Form des dritten Substrats 266 entspricht. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Form aus Glas, wobei die gekrümmte obere Fläche in die gewünschte Form geschliffen ist. Alternativ hierzu kann auch eine nicht aus Glas bestehende Form mit Diamantwerkzeugen in die gewünschte Form gebracht werden. Die Zylinderform 270 beinhaltet eine Antihaftbeschichtung 274, die über der gekrümmten oberen Fläche 272 angeordnet ist. Die Antihaftbeschichtung 274 verhindert ein Festkleben des Fotopolymers an der oberen Fläche 272 der Form. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Antihaftbeschichtung 274 eine Silanbeschichtung, die kommerziell von PCR, Inc., erhältlich ist.
Ein Spender 276 ist vorgesehen, um Fotopolymer auf die obere Fläche 272 der Form aufzubringen. Vorzugsweise ist der Spender 276 ein computergesteuerter Spender, der ein Fotopolymer in Form einzelner Tröpfchen aufbringt.
Die Zylinderform 270 wird geladen, und der Spender 276 bringt einzelne Tröpfchen 278 aus Fotopolymer auf die obere Fläche 272 auf. Die einzelnen Tröpfchen 278 sind derart bemessen und beabstandet, dass sie sich zu einer Schicht sammeln, und zwar ohne Hohlräume oder überschüssiges Material, wenn das nächste Substrat auf der Form 270 angeordnet wird. In einem Ausführungsbeispiel erfolgt der Auftrag mit einer Rate von 1 Tröpfchen je 2 mm und einer Tröpfchenmasse von 0,6 mg.
Wie in 25 gezeigt, ist das aus einem flexiblen Kunststoff geformte zweite Substrat 264 über den Tröpfchen 278 angeordnet und liegt auf der geladenen Zylindergießform 270 auf. In 26 ist eine UV-Lichtquelle 280 vorgesehen. Die UV-Lichtquelle 280 wird über der resultierenden Vorrichtung 282 für eine Zeitdauer angeordnet, die erforderlich ist, damit das Fotopolymer 278 und die Form 282 aushärten. Zu diesem Zeitpunkt ist eine vollständige Härtung der Form nicht erforderlich. Es sei darauf hingewiesen, dass mit dem Aushärten während dieses Schritts vermieden werden soll, dass die Linse von der Form 270 weggezogen wird, was möglich wäre, wenn die gesamte flexible Zylinderlinse 260 gleichzeitig gegossen und ausgehärtet würde.
In 27 ist die UV-Lichtquelle 280 entfernt, und die Form 270 wird erneut geladen. Der Spender 276 wird derart gesteuert, dass er einzelne Fotopolymertröpfchen auf das geladene Substrat 264 zur Ausbildung des Substrats 262 aufbringt.
28 zeigt ein oberes Formsubstrat 284, das auf der gegossenen Konstruktion über den aufgetragenen Tröpfchen 282 angeordnet ist. In 29 wird die gesamte Formvorrichtung für eine Zeit unter der UV-Lichtquelle 280 angeordnet, die erforderlich ist, um die Formvorrichtung vollständig auszuhärten.
Wie in 30 gezeigt, ist das obere Formsubstrat 284 dünn genug, dass es sich biegen kann, und wurde zudem mit einer Antihaftbeschichtung behandelt, beispielsweise einer Silanbeschichtung. Das obere Formsubstrat 284 lässt sich somit leicht von der gehärteten Formkonstruktion abnehmen, um eine fertige, flexible Zylinderlinse 260 zu entnehmen. 29 zeigt, dass eine externe Vorrichtung 286 verwendbar ist, um die flexible Zylinderlinse 260 aus der Formvorrichtung zu entnehmen, etwa durch Anwendung von Druck auf die Formvorrichtung.
5. Dämpfersystem
32 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Laserstrahlformungs- und Lenkungssystems 100, das zudem ein Dämpfungsglied 290 beinhalten kann. In einem Ausführungsbeispiel ist das Dämpfungsglied 290 zwischen der Linse L1 und L2 angeordnet. Das Dämpfungsglied 290 ist ein Einheitsdämpfungsglied mit variabler Dichte. Das Dämpfungsglied 290 kann dazu dienen, den Laserstrahl 88 weiter zu formen, insbesondere zur Steuerung und Kalibrierung der Leistung des zum Scannerspiegel M2 übertragenen Laserstrahls 88. Das Dämpfungsglied 290 ist zwischen der Laservorrichtung und der Linse L2 und in dem gezeig ten Ausführungsbeispiel benachbart zur Linse L2 angeordnet. Das Einheitsdämpfungsglied weist einen Dichtegradienten auf, der senkrecht zur Längsachse der Linse L2 verläuft. Die besondere Kombination des Dämpfungsglieds 290 von variabler Dichte und der Linse L2 bewirkt keine Änderung der Fokussierung des Laserstrahls an dem Brennpunkt auf dem lichtempfindlichen Film.
In herkömmlichen optischen Abtastsystemen verwendete Dämpfungsglieder verwenden querpolarisierende Dämpfungsglieder. Derartige Dämpfungsglieder beinhalten zwei gekreuzte Polfilter, um einen durch den gekreuzten Filterabschnitt tretenden Laserstrahl zu dämpfen.
33 zeigt eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels des neuartigen Dämpfungsglieds 290. Das Dämpfungsglied 290 ist ein Dämpfungsglied mit variabler Dichte, wobei das Maß der Laserstrahldämpfung von der ersten Seite 292 zur zweiten Seite 294 variiert (oder ansteigt), wie durch den Dämpfungspfeil 296 bezeichnet. 34 zeigt einen Längsschnitt des Dämpfungsglieds 290 entlang Linie 34-34 aus 33. Das Dämpfungsglied 290 beinhaltet ein Dämpfungssubstrat 298 mit einer veränderlich reflektierenden Beschichtung 300. In einem Ausführungsbeispiel besteht das Dämpfungssubstrat 298 aus Glas, und die Beschichtung 300 ist eine Metallbeschichtung, deren Dicke zwischen der ersten Seite 292 und der zweiten Seite 294 ansteigt.
Das Dämpfungsglied 290 ist ein Einheitsdämpfungsglied und benötigt als solches keine zwei getrennten, gekreuzten Polfilter oder Linsen, um einen durchtretenden Laserstrahl zu dämpfen. Das Einheitsdämpfungsglied 290 ist ein linearer Dichtekeil. Die optische Dichte des Dämpfungsglieds 290 erhöht sich proportional mit der Entfernung über dem Dämpfungsglied 290.
Im Betrieb ist die obere Fläche 302 des Dämpfungsglieds reflektierend (wie ein Spiegel) und nicht absorbierend. Je weiter man von der ersten Seite 292 dichter zur zweiten Seite 294 gelangt, um so stärker nimmt das Reflexionsvermögen (bei abnehmender Durchlässigkeit) des Dämpfungsglieds 290 zu. 35 zeigt eine Kurve der optischen Dichte eines Ausführungsbeispiels des Dämpfungsglieds 290 im Verhältnis zur Entfernung oder Längsposition entlang des Dämpfungsglieds 290 (wie durch den Richtungspfeil 296 zum Dichtegradienten gezeigt). Die optische Dichte, die das Maß der Dämpfung darstellt, nimmt proportional zu, je weiter man sich entlang des Dämpfungsglieds 290 in Richtung 296 bewegt (als "Dichtegradient" bezeichnet).
36 zeigt die Wirkung des Dämpfungsglieds 290 auf die Lage des Laserstrahls 88 (in Abtastrichtung). Der Dichtegradient des Dämpfungsglieds 290 wird durch den Richtungspfeil 296 bezeichnet. Der Dichtegradient des Dämpfungsglieds ist senkrecht zur Längsachse der zweiten Zylinderlinse angeordnet. Wie an Bezugszeichen 310 zu sehen, wird das Gaußsche Intensitätsprofil des Laserstrahls 88 lediglich von dem Dämpfungsglied 290 verschoben, wenn der Laserstrahl 88 durch das Dämpfungsglied 290 tritt. Da die Linse L2 eine plankonvexe Zylinderlinse ist, bewirkt die Verschiebung des Laserstrahls 88 durch das Dämpfungsglied 290 keine Fokussierung des Laserstrahls 88 auf dem lichtempfindlichen Film 66. Diese besondere optische Konfiguration ermöglicht die Kombination eines Dämpfungsglieds 290 mit variabler Dichte und einer Linse L2, was zu keiner Veränderung des Brennpunktes auf dem lichtempfindlichen Film an der Innenfläche der Trommel führt.
37 zeigt eine grafische Darstellung der Intensität des Laserstrahls 88 und dessen Position auf der Seite 306 vor dem Durchtritt durch das Dämpfungsglied 290. Wie in 37 gezeigt, ist der Laserstrahl 88 um die Achse 312 mittig angeordnet. In 38 wird der Laserstrahl 88 an der Position 308 nach Durchtritt durch das Dämpfungsglied 290 gezeigt. Es sei darauf hingewiesen, dass sich die Form des Laserstrahls 88 nicht geändert hat, sondern dass er nur relativ zur Mittelachse 312 verschoben ist. In einem Ausführungsbeispiel der optischen Scanneranordnung verschiebt das Dämpfungsglied 290 den Laserstrahl 88 um 100 μm.
39 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Kalibrierung des Laserstrahls 88 mithilfe des Dämpfungsglieds 290. Wie in 39 gezeigt, ist das Dämpfungsglied 290 zur Kalibrierung des Laserstrahls 88 während des Herstellungsprozesses der optischen Scanneranordnung 50 angeordnet. Die Kalibrierung der Position des Dämpfungsglieds 290 erfolgt mit einem an eine Steuerung 72 gekoppelten Motor 316. Der Motor 316 ist elektrisch mit der Steuerung 72 (an Bezugszeichen 319) und mechanisch mit dem Dämpfungsglied 290 gekoppelt, wie durch die mechanische Verbindung 320 dargestellt. Der Motor 316 spricht auf die Steuerung 72 an, um das Dämpfungsglied 290 um eine gewünschte Entfernung zu bewegen. In einem Ausführungsbeispiel ist der Motor 316 ein Spindelmotor, der mechanisch mit der optischen Scanneranordnung 50 verbunden ist.
40 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer optischen Scanneranordnung. Die optische Scanneranordnung 330 kann ähnlich der zuvor beschriebenen optischen Scanneranordnung 50 sein und umfasst ein Laserstrahlformungs- und Lenkungssystem 100. Insbesondere umfasst die optische Scanneranordnung 330 ein in einem optischen Scannergehäuse 332 enthaltenes Laserstrahlformungs- und Lenkungssystem 100. Das optische Scannergehäuse kann innerhalb einer Filmbelichtungsvorrichtung 34 als Teil eines Laserbilderzeugungsprozesses angeordnet sein und ist mechanisch mit dem Optikverschiebesystem 52 verbunden.
Das optische Scannergehäuse 332 beinhaltet einen Halter 334 für die flexible Linse mit einer Führung 336, einem Optikgrundmodul 338 und einem Lasertreiberkartengehäuse 340. Der Scannermotor 138 ist in dem Optikgrundmodul 338 angeordnet. Die flexible Linse L3 ist in dem Halter 334 für die flexible Linse angeordnet. Die flexible Linse L3 ist in die Linsenführung 336 eingesetzt, die der flexiblen Linse L3 eine gewünschte Krümmung verleiht (z. B. die gezeigte Bogenkrümmung von 180 Grad). Der Lasertreiber 74 ist in dem Lasertreiberkartengehäuse 340 angeordnet. Ein Scannergeschwindigkeitssensor 342 und ein Scannerstart-Detektor 346 sind mit dem optischen Scannergehäuse 332 verbunden.
41 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht der optischen Scanneranordnung 330. Wie in 41 gezeigt, umfasst das optische Scannergehäuse 332 den Halter 350 für die Linse L2, den Halter 352 für das Dämpfungsgliedfilter und den Halter 354 für die Linse L1. Linse L2 ist mit dem Optikgrundmodul 338 mithilfe des Halters 350 für die Linse L2 verbunden, Dämpfungsglied 290 ist mit dem Optikgrundmodul 338 mithilfe des Halters 352 für das Dämpfungsgliedfilter verbunden, und Linse L1 ist mit dem Optikgrundmodul 338 mithilfe des Halters 354 für die Linse L1 verbunden. Der Motor 316 ist, wie gezeigt, ein Linearstellmotor (z. B. ein Spindelmotor) zur Einstellung der Position des Dämpfungsglieds. Die Halter 350, 352 und 354 halten Linse L1, Dämpfungsglied 290 und Linse L2 in optischer Ausrichtung entlang des durch den Laserstrahl 88 gebildeten Strahlengangs.
Die erfindungsgemäße optische Scanneranordnung ist in einem Laserbebilderungssystem verwendbar, das zur Verwendung in medizinischen Bilderzeugungs- und Bebilderungsanwendungen geeignet ist. Der Betrieb eines derartigen Systems wird in den folgenden Absätzen näher beschrieben. Unter Bezugnahme auf 1 kann das Laserbebilderungssystem 30 ein medizinisches Bilderzeugungssystem sein. Der lichtempfindliche Film lagert in der Filmvorratseinrichtung 32. Das Filmtransportsystem 40 ermöglicht die Bewegung des lichtempfindlichen Films zwischen der Filmbelichtungsvorrichtung 34, der Filmverarbeitungsstation 36 und dem Filmempfangsbereich 38. Die Filmvorratseinrichtung 32 führt ein Stück Film entlang dem Filmtransportweg 44 zur Filmbelichtungsvorrichtung 34, um das gewünschte Bild auf dem lichtempfindlichen Film mithilfe der erfindungsgemäßen optischen Scanneranordnung zu belichten. Nach Belichten des gewünschten Bildes auf dem lichtempfindlichen Film wird der lichtempfindliche Film entlang dem Filmtransportweg 44 zur Filmverarbeitungsstation 36 transportiert. Die Filmverarbeitungsstation 36 entwickelt das Bild (durch Beaufschlagung mit Wärme) auf dem lichtempfindlichen Film. Nach der Filmentwicklung wird der lichtempfindliche Film abgekühlt und zum Filmempfangsbereich 38 transportiert, wo er vom Bediener des Laserbelichters entnommen werden kann.
42 zeigt ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Betriebs einer optischen Scanneranordnung, die sich in dem gezeigten Filmbelichtungsmodul befindet. Wie bereits in 2 und 3 gezeigt, kann nach Anordnen eines Stücks lichtempfindlichen Films 66 auf der Filmauflage 62 ein gewünschtes Bild auf den Film 66 mithilfe der optischen Scanneranordnung 50 belichtet werden.
Digitale Bilddaten 350 werden in die Steuerung 72 eingegeben 352. Die digitalen Bilddaten sind durch Magnetresonanz- (MR), Computertomographie- (CT) oder andere Scannerbauarten erzeugbar, wie zuvor beschrieben. Die digitalen Bilddaten sind eine Folge digitaler Bildwerte, die das abzutastende Bild darstellen. Bei Empfang der digitalen Bilddaten 350 verarbeitet die Steuerung 72 die digitalen Bilddaten, um eine Folge von digitalen Lasertreiberwerten (d. h. Belichtungswerten) zu erzeugen, die als Bildsignale 84 in den Lasertreiber 74 eingegeben werden. Die digitalen Lasertreiberwerte (Bildsignale) 84 stellen das auf dem lichtempfindlichen Film 66 zu belichtende Bild dar und sind zuvor bereits als Bildsignale 84 beschrieben worden.
Gestützt auf das Bildsignal 84 und ein Rückführungssignal 242 aus dem Fotosensor 140 erzeugt der Lasertreiber 74 ein entsprechendes moduliertes Ausgabetreibersignal 86, damit die Lasereinrichtung 76 einen Laserstrahl 88 erzeugen kann, der das auf dem lichtempfindlichen Film 66 zu belichtende Bild darstellt. Der Laserstrahl 88 tritt durch das Laserstrahlfor mungs- und Lenkungssystem der optischen Scanneranordnung, wie zuvor beschrieben, also durch die erste optische Einrichtung 78, das Dämpfungsglied 290, die zweite optische Einrichtung 80 und das Abtast- und Lenkungssystem 82, um das gewünschte Bild auf dem lichtempfindlichen Film 66 zu belichten.
Wie zuvor beschrieben, bewirken die erste optische Einrichtung 78 (einschließlich Linse L1 und flexibler Linse L3) und die zweite optische Einrichtung 80 (einschließlich Linse L2) eine Formung des Laserstrahls in zwei getrennten Richtungen, die senkrecht zueinander verlaufen. Die erste optische Einrichtung 78 formt den Laserstrahl 88 in einer ersten (aber nicht in einer zweiten) Richtung, um den Laserstrahl 88 in einer ersten Richtung auf dem lichtempfindlichen Film 66 zu fokussieren, wie zuvor beschrieben. In ähnlicher Weise formt die zweite optische Einrichtung 80 den Laserstrahl 88 in der zweiten (aber nicht in der ersten) Richtung, um den Laserstrahl 88 in der zweiten Richtung auf dem lichtempfindlichen Film 66 zu fokussieren. Die erste optische Einrichtung 78 erzeugt ein Rückführungssignal 147 für den Fotosensor 140. Der Fotosensor 140 stellt dem Lasertreiber 74 ein Rückführungssignal 242 bereit, das für den Laserstrahl 88 steht. Abhängig von dem Rückführungssignal 242 und dem Bildsignal 84 erzeugt der Lasertreiber 74 ein moduliertes Ausgabesignal 86 für die Laseranordnung 76. Das Dämpfungsglied 290 bewirkt eine weitere Formung des Laserstrahls 88, wie zuvor beschrieben, um die Leistung des zu dem Abtast- und Lenkungssystem 82 übertragenen Laserstrahls 88 zu steuern und zu kalibrieren.
Das Abtast- und Lenkungssystem 82 beinhaltet ein Scanner- und Spiegelsystem, um den Laserstrahl 88 auf die gewünschte Stelle des lichtempfindlichen Films 66 zu richten und den Laserstrahl 88 über den Film 66 in einem Rastermuster abzutasten und das gewünschte Bild auf den lichtempfindlichen Film 66 zu belichten. Die Steuerung 72 erzeugt Steuersignale 358 für das Abtast- und Lenkungssystem 82 und empfängt vom Abtast- und Lenkungssystem 82 Steuersignale 360, z. B. ein Abtaststartsignal vom Detektor 346, oder ein Geschwindigkeitssignal vom Abtastgeschwindigkeitssensor 342. Das Optikverschiebesystem 52 empfängt Steuersignale 362 von der Steuerung 72 und erzeugt entsprechende äußere Steuersignale 364 für die Steuerung 72. Wie zuvor beschrieben, wird der Laserstrahl 88 in dem Abtast- und Lenkungssystem 82 durch den Klappspiegel M1 derart reflektiert, dass er auf den Scannerspiegel M2 fällt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Scannerspiegel M2 ein beidseitiger Spiegel, der auf einer Welle durch einen Adapter 137 des Scannermotors 138 angeordnet ist.
Bei Betrieb des Scannermotors 138, wie durch das Steuersignal 358 bezeichnet, wird der Scannerspiegel M2 gedreht, und der Laserstrahl 88 wird radial nach außen reflektiert und durch die flexible Linse L3 zur Belichtung des Films 66 in einem Rastermuster übertragen. Beide Seiten des Scannerspiegels M2 werden benutzt, um einen Laserstrahl 88 durch die flexible Linse L3 auf den lichtempfindlichen Film 66 zu richten.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Abtast- und Lenkungssystem 82 ein doppeltes Abtastsystem. Eine Bildlinie wird mit denselben Daten zweimal auf dem lichtempfindlichen Film 66 abgetastet. Die doppelte Abtastung verbessert erwiesenermaßen die Bildschärfe gegenüber einer einfachen Abtastung und macht die Abtastlinie unter normalen Betrachtungsbedingungen unsichtbar. Die beiden abgetasteten Linien in einer Bildlinie werden von den beiden Seiten des Scannerspiegels M2 während einer Scannerdrehung gescannt. Durch diese Technik verringert sich die durch Scannerspiegel-Richtungsfehler bedingte Streifenbildung. Während das Abtast- und Lenkungssystem 82 ein Bild in einem Rastermuster auf dem lichtempfindlichen Film 66 scannt, verfährt das Optikverschiebesystem 52 die optische Scanneranordnung 50 entlang der Längsachse 56 der Trommel 54, so dass das gesamte Bild auf dem lichtempfindlichen Film 66 belichtet werden kann. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wirkt das Optikverschiebesystem mit der optischen Scanneranordnung 50 über die Steuerung derart zusammen, dass ein Bild aktiv auf dem Film 66 belichtet werden kann. Das Optikverschiebesystem stoppt die optische Scanneranordnung 50 an der Stelle jeder Abtastlinie nicht, sondern das Optikverschiebesystem 52 befindet sich während der Abtastung einer Abtastlinie auf dem lichtempfindlichen Film 66 (bezeichnet als "kontinuierlicher Scannerbetrieb", wie Fachleuten bekannt ist) durch die optische Scanneranordnung 50 in einer Ruheposition. Das Optikverschiebesystem 52 verschiebt die optische Scanneranordnung 50 gleichmäßig während der Abtastung der Bildabtastlinien auf dem lichtempfindlichen Film 66. In diesem Ausführungsbeispiel verlaufen die Bildabtastlinien nicht senkrecht zur Längsachse der Trommel 56, sondern das Bild entsteht durch Abtastlinien, die ungefähr senkrecht zur Längsachse 56 der Trommel 54 verlaufen.
Bei Abschluss der Belichtung des gewünschten Bildes oder der Bilder auf dem lichtempfindlichen Film 66 durch die optische Scanneranordnung 50 wird die optische Scanneranordnung 50 von dem Optikverschiebesystem 52 an eine Startposition verschoben und ist zur Belichtung eines weiteren Bildes auf einem anderen Stück des Films bereit. Der belichtete lichtempfindliche Film 66 wird von der Filmbelichtungsvorrichtung 34 mithilfe des Filmtransportsystems 40 zur Filmverarbeitungsstation 36 transportiert, um dort, wie zuvor beschrieben, thermisch verarbeitet zu werden.

Claims

Optisches System zum Belichten eines Bildes auf ein lichtempfindliches Medium, das auf der Innenfläche einer Walzen-Andruckplatte angeordnet ist, mit: einer Laseranordnung (76) zum Erzeugen eines modulierten Laserstrahls (88), der dem auf das lichtempfindliche Medium zu belichtenden Bild entspricht; einer halbkreisförmigen, biegbaren Linse (L3), die entsprechend der Form des auf der Innenfläche der Walzen-Andruckplatte angeordneten Mediums gekrümmt ist, wobei die Linse eine plankonvexe Zylinderlinse mit einer konvexen, dem Medium zugewandten Seite ist; einem Feedbacksystem (244) zum Erzeugen eines Feedbacksignals, das einem entlang einer optischen Bahn auf das Feedbacksystem (244) fokussierten Laserstrahl (88) entspricht, mit: einer Zylinderlinse (L1), die eine Längsachse (202a) und eine Querachse (203a) aufweist, welche entlang der optischen Bahn angeordnet sind, und die eine optische Fläche aufweist zum Formen und Fokussieren des modulierten Laserstrahls (88) in einer ersten Richtung; und einem Fotodetektor (140) mit einem für Licht empfindlichen aktiven Bereich (250); dadurch gekennzeichnet, dass der modulierte Laserstrahl (88) einen Abtastabschnitt umfasst, der durch die Zylinderlinse (L1) tritt, und einen reflektierten Abschnitt (247), der von der Zylinderlinse (L1) abstrahlt, wobei der reflektierte Abschnitt (247) derart reflektiert wird, dass er auf den aktiven Bereich (250) des Fotodetektors auftrifft; und dass die Linse (L1) derart geneigt ist, dass der reflektierte Bereich (247) auf den aktiven Bereich (250) auftrifft.
System (244) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Bereich (250) des Fotodetektors auf den reflektierten Bereich (247) anspricht zum Erzeugen eines dem Laserstrahl (88) entsprechenden Ausgangssignals (242).
System (244) nach einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querachse (203a) der Zylinderlinse (L1) rechtwinklig zur optischen Bahn und die Längsachse (202a) der Zylinderlinse (L1) nicht rechtwinklig zur optischen Bahn verläuft.
System (244) nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (L1) eine plankonvexe Zylinderlinse ist.
System (244) nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (L1) eine plane, teilweise reflektierende Fläche (248) und eine gekrümmte, teilweise reflektierende Fläche (246) aufweist und die gekrümmte Fläche zwischen der planen Fläche (248) und der Abtastfläche (66) liegt, und dass der reflektierte Bereich (247) einen ersten reflektierten Strahl (252) umfasst, der von der planen, teilweise reflektierenden Fläche (248) abstrahlt, und einen zweiten reflektierten Strahl (254), der von der gekrümmten, teilweise reflektierenden Fläche (246) abstrahlt.
System (244) nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Zylinderlinse (L2) vorgesehen ist, die entlang der optischen Bahn angeordnet und im allgemeinen rechtwinklig zur Zylinderlinse (L1) ausgerichtet ist zum Formen und Fokussieren des Laserstrahls (88) in einer zweiten Richtung.
System nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Laseranordnung (76) einen Laserstrahl (88) erzeugt zum Aufbelichten des einen Bildes auf den Film (66).
System nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Laserantrieb (74), der auf ein Ausgangssignal (242) reagiert zum Erzeugen des Ausgangssignals (86) des modulierten Laserstrahls.
System nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung (72), die ein Bildsignal (84) zum Laserantrieb (74) sendet, wobei der Laserantrieb (74) auf das Ausgangssignal (86) und das Bildsignal (85) anspricht zum Modulieren des Laserstrahls (88).