KR910010110B1 - 연속 토운 영상 기록 시스템 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

연속 토운 영상 기록 시스템

제1도는 본 발명의 비점 레이저 다이오드 주사 시스템의 1실시예의 사시도.

제2도는 상기 시스템의 제2실시예의 개략적인 사시도.

제3도는 광학 장치부가 단일 블록으로 표시된 연속 피이드백 회로의 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 레이저 영상 시스템 12 : 레이저 다이오드

14 : 열전 냉각 블록 22 : 원통 렌즈

26 : 기록 매체 30 : 다면체

54 : 연속 피이드백 회로 56 : 비임 스플리터

72 : 거울 78 : 핀치 로울러

80 : 구동 드럼 118,120,124 : 저항

126 : 커패시터 128 : 차등 증폭기

132 : 커패시터

본 발명은 레이저 다이오드 광원을 사용해서 디지탈 데이터 베이스로부터 고품질의 연속 토운 영상, 예컨대, 의료용 전자 영상화 시스템, 고품질의 팩시밀리, 및 사진 기술 분야에서 유용한 영상을 얻기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

인쇄 기술은 오랫동안 충격 기술(impact technology)을 사용하는 것으로 알려져 있다. 최근들어, 영문-숫자 및 선 도형을 제공할 수 있는 광학 주사 시스템을 사용한 비충격 인쇄기가 상업적으로 시판되고 있다.

컴퓨터 메모리에 기억된 디지털 데이터로부터의 영상을 판 또는 필름상에 노출하기 위해 레이저가 쓰이는 광학 주사 및 기록 시스템은 공지되어 있다. 광감응성 매체상에 정보를 기록하기 위해서는 외부 변조된 비임이 사용된다. 이러한 시스템들은 텍스트용 사무 프린터, 인쇄를 위한 색분리용 회전 드럼 주사기, 신문판 제조를 위해 가스 레이저를 이용한 비점 주사기(flying spot scanners)들을 포함한다.

사진 영상을 재생할 수 있는 이러한 시스템의 능력은 정보 기술의 하프-토운(half-tone) 방법으로 제한된다.

미합중국, 뉴저지주, 캄덴에 소재하는 알 씨 에이 가번먼트 통신 시스템사의 기록 시스템부의 D.G. Herzog와 L.W. Dobbins씨가, 미합중국, 캘리포니아주, 로스엔젤레스에서 1983년 간행된 SPIE Conference Proceedings 회지의 Vol.390에서 발표한 ″Performance Comparisons of Electrophotographic; Dry Silver, and Wet Processed Recording Media Exposed with Gas Laser and Laser Diode Light Sources for Image Recording″이란 논문에서 여러 가지 광감응성 재료에 인쇄하기 위해 고체 레이저 다이오드의 아날로그 변조를 사용하는 시스템에 대해 광범위하게 개시하였다. 그러나, 투명 매체 또는 불투명 매체 상에서 다수의 그레이 레벨을 얻을 수 있는 능력이나 주사선 위치 정확도를 달성하기 위한 능력, 즉 사용된 레이저 비임의 통로를 정확히 수정하기 위한 능력에 대해서는 언급하지 않고 있다.

미합중국 특허 제3,811,009호에는 음향-광학 변조기를 통해 레이저 비임을 변조함으로서 고속도 기록을 할 수 있도록 광원으로서 가스 레이저 시스템을 사용하는 팩시밀리 장치가 기술되어 있다. 또 미합중국 특허 제4,054,928호에는 자기 테이프상에 기록하기 위해 도형 정보를 주사하고, 디지털화하며, 이전에 디지털 형태로 기억된 도형 정보를 자기 테이프상에 인쇄하는 주사 및 인쇄용 가스 레이저 시스템이 개시되어 있다. 이 특허 또는 음향-광합 변조기를 사용한다. 그레이 스테일은 하프-토운 방법에 의해 달성된다.

미합중국 특허 제4,175,851호에는 주사 비임에 의해 데이터를 주사방향으로 정확히 위치시키는 것과 관련한 레이저 다이오드 주사 시스템이 개시되어 있다. 이 시스템은 영문-숫자 문자를 인쇄할 수 있다. 그러나, 사진 재생 능력에 대한 언급은 없다.

본 발명은 연속 토운 영상 기록 시스템에 관한 것으로서, 상기 시스템은, 아날로그 신호에 제어되는 광의 펄스 비임을 송출할 수 있는 고체 레이저 다이오드와, 레이저 다이오드광 출력을 안정화시키기 위한 연속 피이드백 회로와, 광 비임의 통로를 변화시키기 위한 광학 시스템과 주사선들을 제공하기 위해 광감응성 수신기 표면으로 레이저 비임을 주사하기 위한 단일 선형 필름 통과 주사 수단과, 투명 기록 매체상에 최소한 64개의 그레이 레벨을 포함하거나 불투명 기록 매체상에 최소한 32개의 그레이 레벨을 포함하는 영상들을 제공하기 위해 수신기 표면의 길이 방향을 따라 주사선을 위치시키기 위한 수단을 포함한다.

본 발명은 고체 레이저 다이오드를 사용하는 것으로서, 가스 레이저를 사용하는 현재의 광학 주사 및 기록 시스템보다 레이저의 수명 연장, 광학 시스템의 단순화, 외부 변조기가 불필요함, 비용 절감, 시스템을 안정화하기 위한 긴 예열 시간이 없다는 점에서 우수하다. 특히, 고체 레이저 다이오드는 가스 레이저에서 요구되는 바와 같이 값이 비싸고, 공간 점유율이 큰 외부 변조기를 사용한다기 보다는 오히려 광을 발생하는 전류를 직접 변화시킴으로써 변조될 수 있다.

본 발명에 있어서, 각 주사 선들이 서로에 대해 정확히 위치될 수 있게 하는 특별한 수단이 제공만 된다면, 주사 시스템을 가지고 고품질의 연속 토운 사진 등급 영상을 만들 수 있다. 이러한 수단들은 수정 광학 및 특별히 설계된 필름 조절 장치를 포함한다.

주사선 위치의 정확도는 고품질의 연속 토운 사진 영상들을 얻는데 중요한 것이라고 별로 인식되지 않았다.

본 발명은, 광학 시스템, 그밖의 광학 제어 및 정밀하게 설계된 기계 필름 조절 시스템들에 대해 개시한 미합중국 특허 제43,750,189호 및 미합중국 특허 제4,040,096호에 기술된 바와 같이 수정 가능한 광학 시스템들을 사용하여 이러한 단점을 극복한 것이다.

회전 드럼 주사기와 비교해 볼 때, 본 발명의 단일 선형 필름통과 주사기는 드럼상에 기록 매체를 장착할 필요가 없다는 점 때문에 필름 조절에 있어서 보다 편리하다. 더욱이, 본 발명의 기록 시간은 회전 드럼 주사기와 비교할 때 10분의 1정도로 대단히 감소된다. 또, 장착 비용이 본 발명에서는 매우 적게 든다.

종래의 비점 레이저 주사기와 비교할 때, 본 발명의 레이저 주사기는 재생될 그레이 레벨의 수 및 영상들의 전반적인 평활면에서 더욱 고품질의 사진 영상들을 제공할 수 있다. 이것은 주사선의 위치 정확도를 보다 엄격히 제어함으로써 달성된다. 예를들어, 주사선의 위치 정확도는 종래의 경우 10% 표준 편차 정도인데 본 발명에서는 2% 이하이다. 또 다른 요인은 레이저 다이오드로부터 방출되는 광강도를 정밀하게 제어하며, 광통로를 정확하게 교정하고, 필름 운반을 정밀하게 제어하며, 회전다면체 거울이 주사에 사용되는 경우 반사 계수 변화를 정밀하게 제어하는 것 등을 포함한다.

본 발명에서 사용되는 용어를 정의하면 다음과 같다. 즉, ″연속 토운(continuous tone)″이란 전환이 비교적 원활하게 되도록 하기 위한 그레이 레벨 강도의 점층적 단계 변화를 의미한다.

″광(light)″이란 300 내지 1500나노미터(nm), 양호하게는 750 내지 900나노미터 사이의 전자기파를 의미한다.

″점(spot)″이란 광학 시스템을 통과한후의 기록 매체상에서의 레이저 비임의 윤곽을 의미한다.

″픽셀(pixel)″이란 정보의 양자화된 단위를 의미하는 것으로서, 화상 또는 영상의 조합에 있어서 최소 단위를 구성하고, 다수의 그레이 레벨들중의 한 레벨을 갖는다.

″그레이 레벨(gray levels)″이란 확산 농도계(diffuse densitometer)로 측정할 때 구별할 수 있는 노출된 기록 매체상의 농도에 있어서의 제어 변수를 의미한다.

″영상(image)″이란 픽셀들의 2차원 배열을 포함한 화상을 의미하는 것으로서, 픽셀들의 농도가 증가하면 각 픽셀에 포함된 그레이 레벨들의 수는 일반적으로 연속 토운 영상의 사진 품질을 증가시킨다.

″주사선(scan line)″이란 기록 매체의 폭을 따르는 일련의 점들을 의미한다.

″주사선 위치의 정확도″란 인접 주사선들의 위치에서의 표준 편차를 의미한다.

본 발명의 영상 기록 시스템은, 가) 아날로그 신호로 제어되는 강도 변조된 광비임을 발생하기 위해 고체 레이저 다이오드를 포함하는 레이저 발생 수단과; 나) 상기 레이저 다이오드의 광 출력을 안정화하도록 상기 레이저 다이오드를 조정하기 위해 상기 레이저 발생 수단에 결합되는 피이드백 제어 신호를 연속으로 제공하고, 레이저 다이오드의 특성에서의 변화에 관계없이 일정한 출력을 유지하면서 입력 신호에 따라 출력 강도에서의 순간 변화를 실질적으로 제공하기 위해, 광비임의 순간 강도에 응답하는 피이드백 회로와; 다) 상기 광비임의 통로를 최소한 시준, 집속, 제어하는 수단과; 라) 강도 변조된 광비임에 정합되는 광감응도와 노출 범위를 가진 광감응성 기록 매체가 위치된 영상 평면의 폭을 따라 상기 광비임을 주사하며 상기 기록 매체에 주사선을 제공하는 주사 수단과; 마) 상기 영상 평면의 길이를 따라 상기 주사선들을 연속으로 정확하게 위치시키는 수단을 구비하여 상기 수단들의 조합이 영상 평면에서 5분 이내에, 가장 양호하게는 1분 이내로 연속 토운 영상의 영상면을 형성할 수 있으며, 또한 투명 매체상에 영상화될때에는 최소한 64개의 그레이 레벨을, 불투명 매체상에 영상화될때에는 최소한 32개의 그레이 레벨을 발생할 수 있다.

본 발명에 사용되는 레이저 다이오드는 최소한 3밀리 와트의 전력용량, 가장 양호하게는 15밀리와트 또는 30밀리와트 이상의 전력 용량을 갖는다. 레이저 다이오드는 상업적으로 시판되는 것으로서, 예를들면, 일본 도오쿄오에 소재하는 히다찌 회사 또는 미쯔비시 회사, 미합중국의 알 씨 에이 회사(RCA), 스펙트라 다이오드 레버러토리 회사, 암페렉스 회사로부터 구입할 수 있는 것이다. 특히 유용한 다이오드는 붉은색 또는 적외선 영역의 파장 영역을 지닌다. 보다 단파장의 다이오드가 시판된다면, 그러한 다이오드 역시 본 발명의 유용할 것이다.

레이저 비임의 변조는 다이오드에 인가되는 전류를 변화시킴으로서 달성된다. 컴퓨터에 의해 발생되는 아날로그 신호는 주사중의 임의 순간에 전류를 세트하도록 사용된다. 아날로그 신호는, 인쇄 처리에 의해 요구되는 바와 같이, 예를들어 미합중국 매사추세츠주의 웨이크 피일드에 소재하는 아날로직 코오포레이숀의 모델 번호 AH 8308T와 같은 디지털-아날로그 변환기(D/A)에 의해 동시에 발생된다.

디지털 데이터는 의료용 전자 영상화 시스템, 기상 또는 군사 위성, 비데오 카메라, 광학 드럼(미합중국 매사추세츠주 체름스포오드에 소재하는 Optronics Internatinal, Inc.)과 같은 광학 디지타이저, 또는 아이코닉스 디지타이저(미합중국 매사추세츠주 베드포오드에 소재하는 Eikonix, Inc.의 제품), 또는 영상이 이 분야에서 공지된 바와 같이 다수의 화소 요소들 또는 픽셀들로서 디지털 형태로 기억되어 있는 컴퓨터 메모리로부터 공급될 수 있다. 이러한 디지털 데이터는 하드 카피(hard copy)에 단일 또는 다중 영상을 기록하는 시스템에 의해 발생될 수 있다. 그러한 시스템은 본래의 영상에 대해 디지털화된 픽셀의 형태로 정보를 받아들이고, 또한 투사된 영상의 매트릭스에서 동일 또는 다수의 픽셀들을 갖는 포맷으로 영상을 투사할 수 있는 능력을 갖는다. 영상은 데이터 뱅크 기억부로부터 검색되어, 하드 카피 기록 또는 투사를 위해 선택된 포맷에 적합하도록 연속적으로 확대된다. 한 포맷으로 기억된 영상은 다른 포맷으로 변환되어 기록될 수 있거나, 단일의 하드 카피 영상화 가능한 재료상에 다른 영상으로 투사될 수 있다.

특히, 다중 포맷(multiformat) 영상기록 시스템은, 제2포맷의 영상이 한 매트릭스에서 제1포맷의 영상 또는 영상들과 같거나 그보다 많은 수의 픽셀들로 구성되어 있는 경우에 제1포맷의 영상 또는 영상들의 디지털 정보로부터 제2포맷으로 디지털 영상을 기록 또는 투사하기 위한 처리 방법에 관한 것이다. 다중 포맷 처리 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다. 즉, 가. 하나의 영상 또는 영상들을 정의하는 정보를 제1포맷으로 픽셀들의 매트릭스의 디지털 데이터로서 제공하는 단계와, 나. 제2포맷으로 영상 또는 영상들의 투사 또는 기록을 위해 1이상의 확대 인수(magnification factor)를 결정하는 단계와, 다. 2선형 보간법(bilinear interpolation) 또는 선형 반복법과 같은 2차원 확대 처리 방법에 의해 제1영상 또는 영상들의 픽셀들로부터 제2영상의 팩셀들을 발생하는 단계와, 라. 제2포맷으로 영상의 매트릭스를, 제2포맷으로 영상을 기록 또는 투사할 수 있는 영상화 수단에 전송하는 단계와, 마. 하드 카피를 만들어낼 수 있는 재료에 최종 영상을 기록하는 단계를 포함한다.

디지털 데이터의 기억은 임의 접근 메모리(RAM), 자기 디스크, 광학 디스크등을 사용해서 달성될 수 있다.

전술한 바와 같이 64개의 그레이 레벨을 얻기 위해서는 반드시 극복되어야할 몇가지 문제점이 레이저 다이오드에는 존재하는데 이러한 문제에는 모우드 도약(mode hopping), 내부 가열, 노화에 기인한 변화등이 있다. 이러한 결점들을 교정하기 위해, 비임 스플리터(beam splitter)가 레이저 다이오드의 광출력을 연속적으로 감시하여 제어 시스템으로 피이드백하는 포토 다이오드가 출력 비임의 일부를 분할하는데 쓰이는데, 상기 제어 시스템은 레이저 다이오드의 광강도 대전류 특성에서의 변화와 무관하게 일정한 출력을 유지하면서 입력 신호에 따라 출력 강도에서의 순간 변화를 실제적으로 제공하며, 레이저 다이오드의 동작을 안정화 하기 위해 레이저 다이오드를 조정하는 것이다. 그러한 연속 피이드백 회로는 레이저 다이오드 동작 특성에서의 단기간 및 장기간의 변화를 교정할 수 있다. 교정이 50나노초 이하에서 이뤄지는 피이드백 장치에 의해 그 일부가 제공되는 전력 출력에 대해 정확한 제어로 1초당 수백만 샘플의 속도로 레이저 다이오드를 아날로그 변조할 수 있다. 이런 종류의 연속 피이드백 제어를 달성하기 위한 기술은, 1983년 7월 22∼26일에 이탈리아, 베니스에서 개최된 ″비충격 인쇄술의 발전에 관한 제1회 국제회의″에서 ″GaAIAs-레이저에 의한 기록용의 변조된 광원″이란 제목으로 M. Lutz씨, B. Reiner씨, H.P. Vollmer씨에 의해 발표되었고, 또한 1982년 4월호 ″Photonics Spectra″지의 83-87면에서 ″Semiconductor Lasers Reach for Maturity : Applications in Fiber Optic Communications″란 제목으로 D.R. Patterson씨와 R.B. Child에 의해 발표된 것이다. 양호하게 레이저 다이오드의 출력을 안정화하고, 레이저 다이오드가 광대역 아날로그 신호에 의해 변조되도록 할 수 있는 회로 및 장치는, 레이저 다이오드의 출력을 변조하기 위한 신호를 수신하도록 배열되고, 한 입력이 레이저 다이오드를 변조하기 위한 상기 신호를 수신하기 위해 능동적으로 연결되고, 다른 입력이 피이드백 신호를 수신하기 위해 능동적으로 연결되는 상기 두 입력을 지닌 고이득 증폭기를 가진 수단과: 고이득 증폭기의 출력을 레이저 다이오드에 연결하는 보상네트워크와: 피이드백 전압 신호를 핀다이오드를 갖는 레이저 다이오드의 다른 출력에 공급하기 위해 연결된 피이드백 회로와: 레이저 다이오드로 부터의 광출력의 일부를 핀다이오드에 제공하도록 핀다이오드를 레이저 다이오드에 광학적으로 결합시키는 수단을 구비한다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명을 설명한다.

제3도는 연속 피이드백 회로의 1실시예를 도시한 것이다. 전압 입력 바이아스 네트워크(116)는 두 개의 직렬 연결 저항(118),(120)에 의해 제공되는데, 저항(118)은 포지티브 직류 전압에 연결되고, 저항(120)은 접지되어 있다. 저항(118)과 (120) 사이의 공통 접속은 레이저 다이오드(110)의 제어를 위해 아날로그 입력 신호를 수신한다. 바이아스 네트워크(116)는 레이저 다이오드 출력 전력을 턴 오프하지 않지만, 아날로그 입력 신호가 0으로 될 때는 그 임계 전압 레벨로 강하하도록 회로에 작은 직류 오프셋을 제공한다. 저역 통과 필터(122)는 제3도의 회로의 입력에서 들여다본 임피던스와 연관된 저항(124) 및 커패시터(126)에 의해 제공된다. 저항(124)의 1단은 저항(118),(120)의 공통 접속부에 연결되고, 저항(124)의 다른 1단은 커패시터(126)의 1단에 연결되며, 커패시터(126)의 다른 1단은 접지된다. 저역 통과 필터는 제3도의 회로의 폐루프 응답 특성을 개선한다. 즉, 필터는 균일한 이득이 제공되는 주파수 대역의 높은쪽 단부를 연장하도록 잔류 첨두치를 감소시킨다. 고이득 차동증폭기(128)이 제공되는데, 그 증폭기의 반전 입력은 커패시터(126)와 저항(124)의 공통 접속부에 연결되고, 비반전 입력은 레이저 다이오드(110)의 출력을 안정화하기 위한 피이드백 신호를 수신하도록 연결된다. 차동증폭기(128)의 출력은 회로의 속도 및 안정성을 증대하는 것에 대한 보상 네트워크를 제공하는 저항(130)과 병렬로 연결되는 커패시터(123)에 연결된다. 전류원(134)이 레이저 다이오드(110)의 음극에 연결되고, 병렬 연결된 저항(130) 및 커패시터(132)의 출력단에 연결된다. 전류원(134)은 증폭기(128)의 출력이 0일때 레이저 다이오드의 최대 출력 전류의 절반에서 요구되는 레벨과 동일한 레벨로 레이저 다이오드(110)에 전류를 공급하기 위해, 바이어스된 NPN 트랜지스터를 포함한다. 이것은 증폭기(128)에 의해 요구되는 전류 출력이 제3도의 회로에 쓰일 수 있는 고이득 증폭기들의 보다 큰 선택을 할 수 있도록 감소되는 것을 의미한다. 전류원(134)은 만일 증폭기(128)가 요구되는 출력전류의 정격을 가진 것으로 선택되면 사용될 필요가 없다.

광학부(112)(제1도의 비임 스플리터(15), 제2도의 비임 스플리터(48)를 참조)를 통해 레이저 다이오드(110)로부터 수신된 광출력에 응답하여, 핀다이오드(114)에 의해 발생된 전류가 회로부(136)에 의해 피이드백 전압으로 변환된다. 회로부(136)는 핀다이오드(114)의 양극에 연결된 입력을 가진 고속도 단일 이득 증폭기(138)를 포함한다. 핀다이오드(114)를 통하여 전류 통로가 저항(140),(142)에 의해 제공된다. 저항(140)은 접지 및 핀다이오드(114)를 통하여 전류 통로가 저항(140),(142)에 의해 제공된다. 저항(140)은 접지 및 핀다이오드(114)의 양극과 저항(142) 사이에 연결된다. 저항(140)은 접지와 핀다이오드의 양극 사이에 연결되고 저항(142)은 핀다이오드의 음극과 포지티드 직류 전압 사이에 연결된다. 커패시터(144)가 저항(142)의 핀다이오드쪽의 일단과 증폭기(138)의 출력 사이에 연결된다. 증폭기(138)의 출력은 차동 증폭기(128)의 피이드백 입력에 연결된다. 저항(142)과 커패시터(144)는 핀다이오드(114)의 양단에서의 전압 변화량을 감소시킨다. 저항(142)과 커패시터(144)에 의헤 제공된 RC 시정수는 반드시 회로부(136)에서 어떤 다른 시정수보다 커야 한다. 이런 조건과 증폭기(138)용의 1의 이득으로 인해 회로부(136)의 응답 속도는 최적화 된다.

저항(130) 및 커패시터(132)의 병렬 조합에 의해 제공된 보상 네트워크를 보면, 저항(130)에 대해 증폭기(128)의 출력 임피던스의 레이저 다이오드(110)의 다이나믹 임피던스의 합보다 상당히 큰 값을 사용함으로서 상기 조합이 제공된다. 따라서, 제3도의 회로의 개방 루프 이득이 저항(130)의 크기에 역비례한다. 또한, 저항(130)은 레이저 다이오드(110)에 대한 전류 제한기로서의 역할도 한다. 커패시터(132)의 값은 핀다이오드(114)의 응답에 기인한 폴(pole)을 제거하는 개방 루우프 이득에서 0을 제공하도록 선택된다.

일련의 거울들, 렌즈들, 프리즘등과 같은 것들은 영상의 균일성 및 최대 분해능을 확실히 보장하고, 영상농도에서의 원치 않는 변동과 같은 가시적인 결점들을 제거하도록, 레이저 비임의 통로를 교정하거나(원하는 통로로 비임을 구부림), 레이저 비임의 시준 및 정형(직선으로 또는 평행 광으로 함)하거나, 집속(광을 모두 한 점에 수렴)하는데 쓰인다. 그러한 렌즈 시스템은 점의 사이즈가 규격이나 강도에서 균일하도록 보장하고, 또 기록 매체에서 소망의 위치에 정학히 위치하도록 한다. 이상적으로, 점은 한 픽셀내에 집중된다. 선들이 그들의 목표된 위치에서 이탈될 때 발생할 수 있는 줄무늬 결점을 방지하기 위해 2.0% 이내로 각선이 정확히 위치되어야 하는 것은 매우 중요하다. 점의 모양은 중요하지 않으나 일반적으로 가우시안꼴이거나 절단된 가우시안꼴로서, 인접한 점들이 일반적으로 약 절반-강도의 점들에서 중첩되도록 선택된다. 통상적으로 85마이크로미터 직경의 점들이 사용되나, 1000 내지 5마이크로미터 직경의 점들도 사용 가능하다.

주사(scanning)란 일련의 수평 평행선에 있는 기록 매체를 가로질러 비임을 스위핑하기 위한 수단이다. 각 선은 몇개의 픽셀들을 갖는다. 1밀리 미터당 1 내지 200픽셀들이 사용가능하지만, 전형적으로 1밀리미터당 10픽셀들이 사용된다. 본 발명에서 주사에 쓰이는 기구는 모두 본 분야에서 공지된 기구로서, 1이상의 반사 거울쪽을 갖는 다면체, 주사용 갈바노미터, 음향-광학 편향기, 또는 홀로그래픽 편향기등의 기구에 의해 주사가 달성된다. 주사폭은 예를들어 5밀리 미터 내지 5미터까지의 범위에 있으나, 양호하게는 35밀리미터 내지 75센티미터내이다. 기록 매체에서 주사선들을 위치시키는 것은, 예를들어, 인접선들이 중간 강도의 점들에서 중첩하도록 주사선 방향과 수직으로 매체를 이동시킴으로서, 달성된다. 통상적으로 0.1 내지 10cm/sec의 이동 속도가 사용되지만, 0.01 내지 50cm/sec의 범위에 있는 이동 속도도 쓰일 수 있다. 또한 주사선들을 위치시키는 것은, 예를 들어, 갈바노 미러 또는 전술한 방법의 조합을 사용해서 주사선들을 광학적으로 편향시킴으로서 달성될 수 있다.

주사선 위치의 정확도는 본 발명의 고품질의 사진 영상을 얻는데 대단히 중요하다. 레이저 주사 방향 및 레이저 주사 방향에 수직인 방향에서의 요구 조건은 상당히 다른데, 이하에서 따로따로 설명된다. 주사방향에서 픽셀들의 정확한 위치가 f-쎄타(theta)렌즈 설계, 광 편향 또는 주사 장치의 속도에서의 변화, 레이저 다이오드에 디지털 정보를 공급하는 시간의 제어에 의해 결정된다. 고품질의 영상을 발생하기 위해 이러한 요소들이 설계에서 반드시 고려되어야 한다. 예를들면, 모터 구동식 다면체가 편향 소자로서 사용된다면, 모터의 속도에서 변수가 픽셀들로 하여금 1선에서 다음선까지 일치하지 못하게 할 것이다. 이것은 특히 각 주사선의 단부에서 주목할만하다. 대부분의 응용에서 주사선 방향으로 20%이내의 픽셀 위치에서의 변동이 요구된다.

양호하게 f-세타 렌즈는 본 발명의 광학 시스템에 포함된다. 현재 공통 영상 렌즈들에서, 투사가 θ로 영상 평면상에 있는 영상 점 r의 위치는 r=fㆍtanθ로 되는데, 여기서는 f는 영상 렌즈의 촛점 거리다. 이러한 시스템에서, 영상 렌즈상에서 반사된 레이저 비임의 투사각은 시간 경과에 따라 선형으로 변화한다. 따라서, 영상 평면상에서 영상 점의 이동 속도는 비선형으로 변화한다. 즉, 일정속도가 아닌 속도로 변화한다. 투사각이 증가함에 따라 이동 속도가 증가한다. 그러므로, 픽셀들이 중심에서의 간격에 비해 주사선의 단부에서 점차 더욱 이격된다. 이런 결과를 방지하기 위해서, 본 발명에서 영상 렌즈들은 r=fㆍθ특성을 갖도록 설계되었다. 이런 특성을 가진 렌즈를 f-쎄타 렌즈라 부른다. 그러한 렌즈는 점의 속도를 전체 주사선을 걸쳐 일정하도록 하고 또한 픽셀들을 동일 간격으로 이격되게 한다.

전술한 바와 같이, 각 주사선에 대해 각각의 주사선을 위치시키는 일은 고품질의 영상을 얻는데 대단히 중요한데, 이런 정확한 위치를 달성하는 광학 설계 기술은 널리 알려지지 않았다. 선 위치에서 임의의 또는 주기적 변동은 관찰자를 괴롭히는 가시적 줄무뉘를 발생하고, 극단적인 경우에는 시스템이 부여할 수 있는 그레이 레벨의 수를 감소시킨다. 공급방향(feed direction)에서 주사선들은 더욱 근접될 것이고, 미시적으로 볼때는 더욱 이격될 것이다. 그러나, 확대하지 않고 볼 때 농도가 서서히 변화하는 띠(줄무뉘)는 관찰자에게 주사 방향과 평행하게 달리는 것으로 보일 것이다.

줄무뉘는 주사선들의 각각의 위치를 정밀하게 제어함으로서 최소화 된다. 일련의 시험 영상이 정상 관찰거리에서 대략 눈의 최대 감도의 주파수인 1ℓp/mm에서 상이한 진폭들의 주기적인 농도 변화를 가지고 발생된다. 이러한 필름들을 정상 관찰거리(30 내지 60cm)에서 평가하는 경험있는 관찰자는 0.005를 넘지 않는 첨두치대 첨두치 농도 변화를 갖는 것들을 허용할 수 있다고 생각한다. 단순한 모델 계산에 의하면 이것은 대략 1%의 선 위치에서 최대 첨두치대 첨두치 허용 오차와 대응한다. 만일 줄무뉘가 다른 주파수에 있거나 또는 그 자체가 불규칙하거나 하면, 2%까지의 선위치 오차는 기록 매체에 관련된 잡음에 따라 유용하다.

주사선들을 정확히 위치시키는 것은 정밀한 광학 배열의 조합과 기계적 운반 시스템의 면밀한 제어에 의해 달성될 수 있다. 정밀한 광학 배열은 예를들면 미합중국 특허 제3,750,189호 및 미합중국 특허 제4,040,096호에서 개시한 바와 같은 원통형 및 토로이달형 렌즈들의 여러 가지 조합을 포함한다. 그밖의 유용한 소자들에는 피에 조건 기구동 거울 시스템이나 포물선 거울 시스템등이 있다.

고도의 정밀도를 가지고 기록 매체의 이동을 제거하는 여러 가지 방법이 공지되어 있는데, 예를들어 나사로 구동되는 평형 테이블 또는 속도의 일정성을 위해 설계된 핀치 로울러 드럼 시스템을 사용하여 제어하는 방법이 있다. 주사선 위치의 정확성이 광학 시스템에 의해 영향을 받는 것처럼, 또한 매체 이동(운반 또는 공급 시스템에 의해서 영향을 받는다. 단, 거리이동의 완만성은 필수적인 선위치 정확도를 달성하는데 중요하다. 매체는 미리 절단된 판 형태나 두루마리 형태일 수 있는데, 이것은 운반 시스템을 선택하는데 영향을 미친다. 전술한 바와 같은 대안에서, 기록 매체는 고정될 수 있고, 주사선들은 인접해서 제2주사 거울을 사용함으로서 대체될 수 있다.

기록 매체의 선택은 본 발명의 고품질의 사진 영향을 제공할 수 있는 매체로 제한된다. 기록 매체의 대표적인 예는 실버 할라이드(silver halide)필름 및 종이, 드라이 실버(dry silver)필름 및 종이, 어떠한 광전도성 필름 및 종이, 또는 다른 광전도성 매체들이 있다. 기록 매체는 레이저 다이오드에 의해 발생된 방출파장 및 강도의 범위에 맞추어 감응되어야 한다는 것이 중요하다. 또한 기록 매체는 상이한 광 강도의 상태하에서 광농도의 넓은 범위, 예를들어 6.0까지, 양호하게는 0.1 내지 3.5의 넓은 범위를 발생할 수 있는 것이어야 한다. 모든 매체는 투명체 상에서는 최소한 64개의 그레이 레벨, 불투명 매체에 있어서는 최소한 32개의 그레이 레벨을 발생할 수 있어야 한다. 양호한 매체는 최소한 픽셀 분해능과 같은 정도의 양호한 분해능과 저잡음을 제공할 수 있다. 본 발명에 유용한 ″드라이 실버″매체는 1984년 4월 4일자 간행된 3M회사의 Temporary Data Sheet 7375에 개시된 것이다. 본 발명에 유용한 전기 광전도성 필름은 미합중국, 뉴욕, 로체스터에 소재하는 Kodak 회사의 상품 EP-infrared 이다. 기록 매체의 크기는 5밀리미터 내지 5미터의 범위내이다.

본 발명의 목적 및 특징이 이하의 예들에 의해 더욱 기술될 것이지만, 예에서 인용한 특정 재료들은 이들예와 마찬가지로 본 발명을 제한하려는 것이 아님을 이해해야 한다.

[예 1]

제1도는 본 발명내에 있는 레이저 영상화 시스템(10)의 1실시예의 사시도이다. 레이저 다이오드(12)(모델 HLP 1000 Series, 820나노미터의 파장을 갖는 15밀리와트, 일본 히다찌사 제품)가 레이저 다이오드(12)의 온도를 제어하는 열전 냉각 블록(14)상에 설치된다. 필요한 평균속도 0.21메가 바이트/초 및 필요한 첨두지 데이터 석도 3.6메가 바이트/초로 데이터가 공급되는 커스톰(custom)인터페이스가 제공된 PDP11/34컴퓨터(미합중국, 매사추세츠, 메이나드에 소재하는 디지털 이큅먼트회사 제품)인 정보원(2)으로부터 수신된 신호에 따라 인가된 전류를 변화시키므로서 레이저 다이오드(12)로 변조된다.

이 데이터는 레이저다이오드 구동기회로(4)로 필요한 신호를 공급하는 A/D변환기(Analog Devices 회사의 모델명 MDD-0820A : 도시안됨)에 공급된다. 레이저비임(16)은 시준렌즈(18)(일본 도오코오의 Olympus Optical Co.의 Vp 4560올림퍼스 집속 렌즈)를 통과하는데, 촛점 거리는 4.505밀리 미터이다. 비임 스플리터(15)는 크롬타입의 중성 농도 필터(농도 0.4:미합중국, 캘리포니아, 어빈의 Melles Griot제품)로서, 광검지기(6)에 충돌하는 기준 비임(8)을 발생한다. 광검지기(6)는 레이저 다이오드 구동회로(4), (제3도 참조), 에 신호를 공급하는데, 상기 회로(4)는 레이저 다이오드(12)로부터 발생되는 광의 강도 레벨을 재발생시킨다. 비임(16)의 나머지 일부가 촛점 거리 40밀리미터 및 80밀리미터인 원통렌즈들(20)을 지나는데, 이 렌즈들은 비임이 원형이 되게 한다. 촛점 거리 300밀리 미터의 원통형 렌즈(22)(Melles Griot사의 Cat.NO.LCP-019)는 촛점거리 150밀리미터의 원통형 렌즈(24)(뉴욕, 페어포트에 소재하는 Trepel Inc.회사제품)와 관련되어 비임이 기록 매체(26)에 부딪힐 때 소망의 정확도를 달성하도록 비임의 위치를 교정한다. 렌즈(22)를 떠난 비임(16)은 회전하는 다면체(30)의 거울편(28)에 부딪힌다.

다면체는 미합중국 아리조나주에 있는 Lincoln Laser회사의 Cat.NO.PO- 08-300-087이다. 거울편(28)은 반사 표면을 갖는다. 다면체(30)의 다른편들은 모두 비반사성을 지닌다. 비임(16)은 촛점거리 330밀리미터의 f-쎄타 렌즈(32)(Tropel Inc.회사제품)에 의해서 기록 매체(26)에 접속된다. 다면체(30)와 관련하여 상기 렌즈(32)는 비임(16)이 1초당 300미터의 일정한 속도로 기록 매체(26)를 가로질러 이동하도록 한다. 앞면이 평면형인 거울(34)(미합중국 뉴저지의 Edmund Scientific회사 제품)은 비임(16)을 기록 매체(26)의 평면에 수직하게 반사시킨다. F-쎄타 렌즈(32)는 비임(16)을 기록 매체(26)상의 어떤 위치에서라도 약 85마이크로 미터의 직경을 갖는 점(36)에 접속한다. 기록 매체(26)는 도시된 방향으로 6.78mm/sec의 속도로 이동하는 리드 나사 구동식 선형 이동 테이블(미합중국 펜실바니아주 피츠버그사에 소재하는 Aerotech Corp.회사 제품)(도시안됨)상에 놓여 있다. 비임(16)이 주사될 때, 이중 거울(38)(Edmund Scientific Corp.의 제품)에 의해 비임이 가로채임을 받아, 정보원(2)이 적당한 어느한 순간에 픽셀을 제공하게 하는 타이밍 신호를 발생하는 주사 시작(start of scan: SOS)광검지기(39)(Infra Red Industries회사의 제품)로 편향된다. 비임(16)은 주사를 계속하여 기록 매체(26)상에 주사선을 형성한다. 기록 매체(26)는 820나노미터의 파장에 민감한 실버 클로로 브로마이트 에멀션(Siver chlorobromide emulsion)으로 피복된 0.18밀리미터 두께의 폴리 에스테르 필름이다. 연속 토운 고품질 사진 영상 22cm ×28cm(8.5인치×11인치)이 시스템에 의해 41초내로 인쇄된다. 영상은 3300선들을 포함한다. 각 선은 2560픽셀들을 포함한다. 이런 영상을 측정한 결과 128개의 그레이 레벨이 있었다.

[예 2]

제2도는 본 발명의 다른 실시예(40)의 개략적인 사시도이다. 레이저 다이오드(42)가 예 1에서 설명된 바와 같이 레이저 비임(44)을 방출한다. 정보원(55), 즉, 마이크로 프로세서로 제어되는 디지털 데이터원이 레이저 다이오드 구동 회로(54)에 필요한 평균 데이터 속도 2.3메가 바이트/초 및 첨두치 데이터 속도 3.4메가 바이트/초로 아날로그 컴퓨터에서 발생된 신호를 전달한다.

상기 레이저 다이오드 구동 회로는 레이저 다이오드(42)를 제어한다. 시준기렌즈 조립체(46)는 원형 단면의 시준된 비임을 발생한다. 시준기 조립체(46)로부터 나가는 광이 기준 비임(50)을 발생하는 고정된 비임 스플리터(48)에 부딪힌다. 상기 기준 비임은 광 검지기(52)에 의해 감시된다. 광검지기(52)는 기준 신호를 레이저 다이오드 구동기 연속 피이드백 회로(54)에 제공하여 레이저 다이오드(42)로부터 재생 가능한 강도 레벨이 발생되도록 한다. 나머지 비임(44)은 고정된 비임 스플리터(48)를 통과하고 그것에 의해 편광된 다음, 스텝핑모터(57)에 의해 회전되는 회전 비임 스플리터(56)상에 부딪힌다. 비임(44)이 편광되었기 때문에, 고정된 비임 스플리터(48)에 대한 회전 비임 스플리터(56)의 위치는 기록 매체(58)에 도달하는 비임(44)의 최대 강도를 결정한다. 이것이 감응도를 변화하기 위한 기록 매체의 조정을 제공한다. 129밀리미터의 촛점 거리를 가지는 원통형 렌즈(60)는 회전 다면체 거울(64)의 1거울편(62)상에 비임(44)를 접속한다. 상기 다면체 거울은 일본 도오쿄오의 Copal Electronics, 회사로부터 얻을 수 있다. 다면체 거울(64)은 10개의 반사경 편들을 갖고 60헬쯔로 회전된다. 평면경(66)은 비임(44)을 구부려서 보다 간편한 광학 시스템이 되게 한다. 토로이달 렌즈(68)는 66.9mm의 초점거리를 갖는데, 원통형 렌즈(60)와 협동하여 기록 매체(58)에 주사선들의 정확한 위치를 제공한다.

이러한 교정기술은 미합중국 특허 제4,040,096호에 개시된 기술과 유사하다. 촛점 거리 380mm의 F-쎄타 렌즈(70) 및 반사경(72)은 각각 상기 예1에서 F-쎄타렌즈(52) 및 거울(34)과 유사한 기능을 한다. 주사 시작 SOS거울(74)은 비임(44)을 그 비임(44)이 거울(72)에 부딪히기 전에 반사시켜 SOS검지기(76)에 비임을 보내서 정보원(55)으로 하여금 기록 매체상의 적당한 위치에 픽셀들의 선을 제공할 수 있게 한다. 기록 매체(58)는, 핀치 로울러(78)와 구동 드럼(80)으로 구성되는 공급 장치에 의해, 표시된 방향으로 이동된다. 기록 매체(58)는 예 1의 것과 동일한 것이다. 예 1과 같은 동일한 고품질의 영상이 예 2에서도 제공된다. 기록 매체는 35cm×43cm이고, 영상화 지역은 33cm×41cm이며, 각각의 선을 따라 픽셀들이 3945개 있고, 선들의 수는 4845이다. 이 지경은 8.5초내로 인쇄된다.

[예 3]

예 1의 레이저 영상화 시스템을 사용하여 820나노미터에 민감한 드라이 실버 페이퍼를 노출시켜서 최소한 32개의 그레이 레벨의 유용한 영상을 얻었다.

[예 4]

예 2의 광학 시스템을 예 1의 운반 시스템과 결합하여 예 1 및 예 2의 기록 매체상에 노출을 하여 예 1의 것과 유사한 고품질의 연속 토운 사진 영상을 얻었다.

[예 5]

하나 이상의 반사 경편을 가진 회전 다면체가 오직 한 개의 반사면만을 가진 다면체와 교체된 것을 제외하고는 예 1의 시스템 및 방법을 사용한 결과, 영상 발생의 고속도화가 이뤄졌다.

[예 6]

10편을 가진 회전 다면체의 1거울편만이 반사성을 지닌 것을 제외하고는 예 2의 시스템을 사용하는데, 예 1의 것과 유사한 고품질의 연속 토운 사진 영상이 얻어졌다.

회전 다면체의 두 거울편(직경상 서로 대향함)만이 반사성을 지닌 것을 제외하고는, 예 2의 광학 시스템을 예 1의 운반 시스템이나 예 2의 운반 시스템과 결합하여 사용한 결과, 예 1의 것과 유사한 고품질의 연속토운 사진 영상이 얻어졌다.

본 발명의 여러 가지 변경 및 제작이 본 발명의 범위와 영역을 벗어나지 않고서도 본 분야에 익숙한 자들에게 가능할 것이므로 지금까지 예시된 실시예들로 본 발명이 부당히 제한되어서는 아니된다.

Claims (10)

1. 가) 아날로그 신호로 제어되는 강도 변조된 광비임(16,44)을 발생하기 위해 고체 레이저 다이오드(12,42,110)를 포함하는 레이저 발생 수단과: 나) 상기 레이저 다이오드(12,42,110)의 광출력(16,44)을 안정화하도록 상기 레이저 다이오드(12,42,110)를 조정하기 위해 상기 레이저 발생수단(12,42,110)에 결합되는 피이드백 제어신호를 연속으로 제공하고, 상기 레이저 다이오드(12,42,110)의 특성에서의 변화에 관계없이 일정한 출력을 유지하면서 입력신호(116)에 따라 출력 강도에서의 순간 변화를 실질적으로 제공하기위해, 광비임의 순간 강도에 응답하는 피이드백 회로(4,54)와; 다) 상기 광비임(16,44)의 통로를 최소한 시준, 집속, 제어하는 수단과; 라) 강도 변조된 광비임(16,44)에 정합되는 광감응도와 노출범위를 가진 광감응성 기록 매체(26,28)가 위치된 영상 평면의 폭을 따라서 상기 광비임(16,44)을 주사하며, 상기 기록매체(26,58)에 주사선을 제공하는 주사 수단과; 마) 상기 영상 평면의 길이를 따라 상기 주사선들을 연속으로 정확하게 위치시키는 수단을 구비하여, 80line/sec의 속도로 연속 토운 영상의 영상면을 형성할 수 있으며, 투명 매체상에서 영상화될때는 최소한 64개의 그레이 레벨을 발생하고, 불투명 매체상에서 영상화될때에는 최소한 32개의 그레이 레벨을 발생하는 것을 특징으로 한 영상 기록 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 레이저 다이오드(12,42,110)는 최소한 3밀리 와트의 전력 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 영상 기록 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 피이드백 회로(4,54)는 상기 레이저 다이오드의 출력을 변조하기 위한 신호를 수신하도록 동작 가능하게 배치되며, 하나의 입력이 상기 레이저 다이오드(116)를 변조하기 위한 신호를 수신하도록 동작 가능하게 연결되고, 다른 하나의 입력이 피이드백 신호를 수신하는 2개의 입력을 가진 고이득 증폭기(128)를 포함하는 수단과; 상기 고이득 증폭기의 출력을 상기 레이저다이오드에 연결하는 보상네트워크(132,130)와; 피이드백 전압 신호를 핀다이오드(114,6,52)를 포함하는 상기 레이저 다이오드의 다른 신호 입력에 공급하도록 연결된 피이드백 회로(136)와; 상기 레이저 다이오드(12,42,110)로부터 상기 핀다이오드(114,6,52)로 출력된 광의 일부를 제공하기 위해 상기 핀다이오드(114,6,52)를 상기 레이저 다이오드(12,42,110)에 광학적으로 결합한 수단을 구비하는 것을 특징으로 한 영상 기록 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 기록 매체(26,58)에 상기 레이저 비임(16,44)을 주사하기 위한 주사 수단은 F-쎄타렌즈(32,70), 원통형 렌즈(24,20,22), 및 토로이달 렌즈(68)을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 기록 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 주사 수단은 다면체 거울(64,30), 주사 갈바노미터, 음향-광학 편향기, 또는 홀로 그래픽 편향기인 것을 특징으로 하는 영상 기록 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 광감응성 기록 매체(26,58)는 실버 할라이드 필름 또는 종이, 드라이 실버 필름 또는 종이, 광전도 필름 또는 종이, 또는 다른 광전도성 매체인 것을 특징으로 하는 영상 기록 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 주사선을 상기 기록매체(26,58)의 길이를 따라 위치시키기 위한 수단은 상기 매체를 주사선 방향에 수직으로 운반하는 수단 및 주사선들의 위치를 변화시키는 수단중 최소한 어느 하나인 것을 특징으로 하는 영상 기록 시스템.
8. 제1항에 있어서, 상기 연속 토운 영상은 6.0의 광학 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 영상 기록 시스템.
9. 제1항에 있어서, 주사선 위치 정확도는 2% 이하의 표준 편차인 것을 특징으로 하는 영상 기록 시스템.
10. 제1항에 있어서, 상기 영상은 다중 포맷 영상인 것을 특징으로 하는 영상 기록 시스템.

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