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Titel: Optischer Druckkopf für optische
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Drucker
Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckkopf
für optische Druckvorrichtungen.
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In Datenverarbeitungsanlagen werden Schnelldrucker benötigt, um die
elektrischen Eingangssignale in eine sichtbare Darstellung umzuformen, die als Ausdruck
leicht erkennbar ist.
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Bei solchen Druckvorrichtungen ist die Erfindung als optische Druckvorrichtung
anwendbar, die Lichtquellen und lichtempfindliche Vorrichtungen umfaßt und insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf eine optische Druckvorrichtung, die Festkörper-Lichtemissionselemente
aufweist.
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Für die Lichtemissionselemente werden lineare Reihen von Leuchtdioden
oder Halbleiterlasern benutzt.
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Eine Anordnung lichtemittierender Elemente kann beispielsweise aus
Galliumarsenid-Phosphid als Basismaterial benutzt werden, das N-Schichten aus Ga
As P besitzt, das durch einen epitaxealen Wachstumsprozeß gebildet wurde und außerdem
ist eine große Zahl von P-Schichten in linearer Ausbildung durch Diffusion von Zn
vorhanden. Eine maximal verfügbare Größe von Galliumarsenid-Phosphid als Basismaterial
ist jedoch auf 5 cm in Form des Scheibchendurchmessers begrenzt.
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Um die Druckbreite des Druckers zu vergrößern, werden mehrere Lichtemissionsanordnungen
benutzt, und es ist notwendig, die Lichtbilder von den Lichtemissionsanordnungen
in einer einzigen graden Bildzeile auf der lichtempfindlichen Oberfläche abzubilden.
Bisher wurde bei optischen Druckvorrichtungen das von jedem einzelnen Lichtemissionselement
emittierte Licht mit der lichtempfindlichen Oberfläche über einzelne optische Fasern
gekoppelt, die den entsprechenden Lichtemissionselementen gegenüber lagen.
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Die Lichtemissionsanordnungen und ein Ende der gegenüberliegenden
optischen Faserkabel stehen dabei entweder in Berührung miteinander, oder sie sind
dicht benachbart dazu angeordnet, so daß nur ein kleiner Abstand verbleibt, der
größenordnungsmäßig mehrere pm nicht überschreitet. Das andere Ende des optischen
Faserkabels und die lichtempfindliche Oberfläche werden in gleicher Weise so angeordnet,
daß ein Abstand verbleibt, der etwa bis zu 100 Mm beträgt.
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In diesem Fall sind die jeweiligen Abstände extrem empfindlich und
sie müssen präzise aufrecht erhalten werden, da Zwischenräume, die die vorbeschriebenen
Werte überschreiten, in ungünstiger Weise die Lichtübertragungseigenschaften beeinträchtigen
und die Erstreckung der Lichtflecke, nämlich die Druckqualität. Es ist jedoch außerordentlich
schwierig, diesen ZwischeIlraum genau einzuhalten. Wenn außerdem ein Faserkabel
mit der lichtempfindlichen Oberfläche in Berührung gelangt, weil der Abstand dazwischen
nicht eingehalten werden konnte, dann können Lichtleiterkabel und lichtempfindliche
Oberfläche infolge der Drehbewegung der Trommel beschädigt werden.
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Bei einem Glasfaserkabel liegt die Bildebene im Spitzenquerschnitt,
so daß die Brennweite nur innerhalb des Kabels verfügbar ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen neuen Druckkopf
für einen optischen Schnelldrucker zu schaffen.
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Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Druckkopfes, der
einen hochqualitativen Ausdruck ermöglicht.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine einfache
Einstellung
der Lagebeziehungen der einzelnen Einheiten des Druckkopfes zueinander zu gewährleisten.
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Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil
des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.
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Der Druckkopf gemäß der Erfindung weist daher mehrere Reihen anordnungen
mit einer Vielzahl von lichtemittierenden Elementen auf, die selektiv erregbar sind,
und es ist eine optische Einrichtung vorgesehen, um Lichtbilder der lichtemittierenden
Elemente auf einer lichtempfindlichen Oberfläche abzubilden.
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Es sind mehrere lichtemittierende Elemente in mehreren Reihen bzw.
Zeilen angeordnet, wobei die lichtemittierenden Elemente auf eine einzige Reihe
in gemeinsamer Richtung mit den Anordnungen ausgerichtet ist.
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Die optische Einrichtung besteht aus mehreren optischen Indexfaseranordnungen,
die Bilder der lichtemittierenden Elemente in einer einzigen graden Linie auf der
lichtempfindlichen Oberfläche projizieren.
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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der
Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht
eines optischen Drucksystems gemäß der Erfindung; Fig. 2 eine Ausführungsform der
Erfindung, bei der u.a.
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die lichtemittierenden Vorrichtungen und die graduierten Indexoptikfaseranordnungen
dargestellt sind. Lichtbilder der lichtemittierenden Vorrichtung sind hierbei ebenfalls
erkennbar;
Fig. 3 eine Seitenansicht von lichtemittierenden Reihenanordnungen
und Reihenanordnungen der abgestuften optischen Indexfaseranordnungen; Fig. 4 eine
Möglichkeit zur Montierung der lichtemittierenden Anordnungen und der stufenweisen
optischen Indexfaseranordnungen; Fig. 5 eine Darstellung der lichtemittierenden
Anordnungen und eine Ansicht der lichtempfindlichen Oberfläche; Fig. 6 und 7 Anordnungen
der gestuften optischen Indexfaseranordnungen in der optischen Achse betrachtet.
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Figur 1 zeigt ein optisches Drucksystem gemäß der Erfindung.
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Das System weist einen optischen Drucker auf, der ein Punktmatrixmuster
liefert, um alphanumerische Zeichen beispielsweise durch ein xerographisches System
sichtbar zu machen, das eine lichtempfindliche Oberfläche aufweist. Mehrere elektrische
Eingangssignale, die die Zeicheninformation darstellen, werden von einer Eingangs-Ausgangssteuerstufe
einem Schieberegister 11 zugeführt. Das Schieberegister 11 speichert zeitweilig
die Zeicheninformation und nach Eingabe der Information für einen kompletten Zeilenausdruck
wird die Information für eine vollständige Punktzeile einer Treiberstufe 12 der
lichtemittierenden Vorrichtung geliefert.
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Die Treibervorrichtung 12 der lichtemittierenden Vorrichtung wird
durch die Information erregt, und die lichtemittierenden Vorrichtungen 14, die auf
Keramikköpfen 13 montiert sind, werden beleuchtet.
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Die lichtemittierende Vorrichtung 14 ist mit einer großen Zahl lichtemittierender
Vorrichtungen 15 oder lichtemittierender Dioden versehen, die in einer linearen
Reihenanordnung liegen. Die lichtemittierenden Vorrichtungen 12 werden selektiv
durch die Lichtemissions-Treiberstufe 12 erregt. Das von der Lichtemissionsstufe
14 emittierte Licht wird als Lichtbild in einer einzigen Bildzeile auf einer lichtempfindlichen
Oberfläche 18 einer lichtempfindlichen Trommel 17 über die gestufte optische Indexfaseranordnung
16 projiziert.
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Wenn die Projektion einer Zeile von Punkten, die eine erste volle
Zeile repräsentieren, vollendet ist, dann wird eine zweite Zeile durch Punktinformation
erzeugt. Wenn diese Folge wiederholt wird, erfolgt eine Zeicheninformation für jede
einzelne Zeile, und diese wird auf diese Weise vollendet. Auf diese Weise wird die
Zeicheninformation für die aufeinanderfolgenden Zeilen zeilenweise ausgedruckt.
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Das Verfahren zum Ausdrucken durch Lichtbilder auf einer lichtempfindlichen
Trommel 17 ist an sich bekannt.
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Dabei wird durch eine Aufladevorrichtung 19 eine Goronaladung auf
der lichtempfindlichen Trommel 17 placiert. Wenn die lichtempfindliche Oberfläche
18 dem Licht ausgesetzt wird, das von den lichtemittierenden Reihen 14 geliefert
wird, dann werden latente elektrostatische Bilder in den so belichteten Bereichen
erzeugt. Wenn die lichtempfindliche Trommel 17 mit einer konstanten Drehzahl durch
einen Motor 20 angetrieben wird, dann kann ein schwarzer Toner 22 aus magnetischem
Material aufgebracht werden, um das elektrostatische latente Bild zu entwickeln,
wenn diese belichteten Flächen in die Nähe einer Entwicklungsstation 21 gelangen.
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Dann wird in der Übertragungsstation 23 elektrostatisch das Tonermaterial
von der lichtempfindlichen Oberfläche 18 abgezogen und das Tonerbild wird auf ein
Papierblatt 24 übertragen. Die Trennstation 25 trennt ein bedrucktes Papierblatt
von der lichtempfindlichen Oberfläche 17. Uberschüssiges Tonermaterial auf der lichtempfindlichen
Oberfläche 18 kann durch eine Reinigungsstation 26 entfernt werden.
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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein optischer Drucker
mit einer lichtempfindlichen Trommel benutzt, die eine lichtempfindliche Oberfläche
besitzt, jedoch kann diese durch ein lichtempfindliches Kopierpapierblatt oder durch
eine lichtempfindliche Oberfläche ersetzt werden, die über einen Riemenförderer
zugeführt wird. Kurzgesagt können alle lichtempfindlichen Oberflächen Anwendung
finden, die in der Lage sind, bei auftreffendem Licht Abbildungen zu erzeugen.
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Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Lichtemittierende Reihenanordnungen 14a und 14b, die jeweils aus einer
großen Zahl von lichtemittierenden Vorrichtungen 15 bestehen, sind in einer einzigen
geraden Linie auf Keramikköpfen 13a und 13b angeordnet, und sie sind in mehreren
Reihen, beispielsweise in zwei Reihen längs der Längsachse einer lichtempfindlichen
Trommel montiert. Die Köpfe 13a und 13b sind mit vorbestimmten Abstand in ihren
jeweiligen Reihen parallel zu der lichtempfindlichen Oberfläche 18 angeordnet.
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Daher liegen die lichtemittierenden Vorrichtungen 14a und 14b gestaffelt
abwechselnd in zwei intermittierenden Reihen in der gleichen Richtung wie die Reihen
der lichtemittierenden Vorrichtungen 15.
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Eine lichtemittierende Anordnung 14a i.n Reihenform und eine lichtemittierende
Anordnung 14b in Reihenform sind seitlich nebeneinander mit vorbestimmtem Zwischenraum
angeordnet, und die lichtemittierenden Elemente 5 in den lichtemittierenden Anordnungen
jeder Reihe sind geradlinig mit den zwei Reihen der lichtemittierenden Vorrichtungen
parallel zueinander angeordnet.
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Eine Anordnung optischer Fasern 16a liegt zwischen den lichtemittierenden
Anordnungen 14a in der Reihe a und der lichtempfindlichen Oberfläche 18, während
eine Anordnung 16b optischer Fasern zwischen den lichtemittierenden Anordnungen
14b in der Reihe b und der lichtempfindlichen Oberfläche 18 liegt. Die optischen
Achsen der optischen Faseranordnungen 16a und 16b sind so orientiert, daß sie ihre
entsprechenden Bilder in die gleiche Zeile der lichtempfindlichen Oberfläche 18
in Bezug auf die Drehrichtung der lichtempfindlichen Trommel 11 projizieren. Jede
der optischen Faseranordnungen 16a und 16b hat die gleiche vielfache Linsenwirkung.
Das Licht, welches von der lichtemittierenden Anordnung 14 geliefert wird, wird
in Form von Lichtbildern 28 durch die optischen Fasern 16 auf die lichtempfindliche
Oberfläche 18 geleitet. Die Lichtausgänge, die von den lichtemittierenden Anordnungen
14b geliefert werden, werden ebenfalls als Lichtbilder 28b auf der lichtempfindlichen
Oberfläche 18 in der gleichen Weise durch die optische Faseranordnung 16b projiziert.
Die maximale seitliche Abmessung 1 der Lichtbilder 28a und 28b ist gleich der seitlichen
Länge einer jeden einzelnen Reihe von lichtemittierenden Elementen 15, und die Bilder
28a und 28b werden unter einem Neigungswinkel erzeugt, der doppelt so groß ist wie
die Länge einer einzigen geraden Zeile, die quer zur Drehrichtung der lichtempfindlichen
Trommel 17 oder längs der Längsachse 27 verläuft. Deshalb
sind
die Lichtbilder 28a und 28b aufeinander ausgerichtet und sie werden abwechselnd
in einer einzigen geraden Zeile der lichtempfindlichen Oberfläche 18 erzeugt.
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Fig. 3 zeigt die Lagebeziehung der lichtemittierenden Anordnungen,
der optischen Faseranordnungen und der lichtempfindlichen Trommel relativ zueinander.
Diese Figur stellt eine Ansicht seitlich von Fig. 2 dar.
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Fig. 4 veranschaulicht eine Möglichkeit des Aufbaus der lichtemittierenden
Anordnungen und der optischen Faseranordnung.
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Nunmehr wird wiederum auf Fig. 3 Bezug genommen. Die lichtemittierende
Anordnung 14a ist auf einem Keramikkopf 13a montiert, der außerdem mittels Schrauben
an einer Wärmesenke 29 fixiert ist. Ein Keramikkopf 14b ist auf der Bodenoberfläche
der Wärmesenke 29 montiert, wie dies bei 13b in Fig. 4 dargestellt ist. Die optischen
Indexfaseranordnungen 16a und 16b sind jeweils auf beiden Seiten eines Abstandshalters
30 mit Schrauben befestigt. Die Wärmesenke 29 und der Abstandshalter 30 sind an
Haltern 31 mittels Schrauben an beiden Enden befestigt. Die beiden Halter 31 werden
in den Druckerhauptrahmen durch Schrauben eingebaut, die an ihren Lagerflanschen
32 angreifen.
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Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist der Abstand zwischen den lichtemittierenden
Anordnungen 14a und der optischen Faseranordnung 16 der gleiche wie zwischen der
Faseranordnung 16a und der lichtempfindlichen Oberfläche 18. Dieser Abstand kann
wenige Millimeter bis etwa 10 mm betragen, wodurch es möglich wird, die Lage jedes
Bestandteils beträchtlich einfacher einzustellen, da der Abstand beträchtlich größer
ist
als dies bei herkömmlichen Techniken der Fall war.
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Fig. 5 ist eine Ansicht der lichtemittierenden Anordnungen, wobei
jede lichtemittierende Anordnung 14a und 14b jeweils auf Keramikköpfen 13a und 13b
montiert ist. Jede lichtemittierende Anordnung 14a und 14b weist eine große Zahl
lichtemittierender Elemente 15 auf, die in einer geraden Reihe angeordnet sind und
selektiv erregt werden. So könnte beispielsweise eine lichtemittierende Anordnung
128 Licht-Emissionselemente aufweisen, die mit Abständen von 0,1 mm relativ zueinander
angeordnet werden, wenn eine Auflösung von 10 Linien pro Millimeter erforderlich
ist. Die lichtemittierenden Anordnungen 14a in der Reihe a und 14b in der Reihe
b sind abwechselnd in zwei Reihen gestaffelt angeordnet. Jede der lichtemittierenden
Vorrichtungen 15 besitzt eine Abmessung von 1 in Zeilenrichtung, und der Abstand
zwischen den lichtemittierenden Vorrichtungen hat ebenfalls diesen Einheitswert
1.
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In gleicher Weise sind Lichtemissionsanordnungen für weitere Reihen,
nämlich insgesamt 16 Reihen erforderlich, um einen optischen Druckkopf zu bilden.
In diesem Fall beträgt die Gesamtzahl der Lichtemissionselemente 2048, d.h. das
Produkt von 128 x 16.
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Fig. 6 zeigt die optische Indexfaseranordnung, betrachtet in deren
optischer Achse.
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Die gestaffelte optische Indexfaseranordnung besteht aus einer Vielzahl
individueller Linsen 34, die durch Querschneiden eines optischen Faserbündels in
einer vorbestimmten Dimension derart hergestellt sind, daß eine Bildformationsfunkt
ion zustande kommt und eine gleiche Brechkraft erhalten
wird. Die
optischen Faserlinsen 34 besitzen einen Durchmesser von etwa lamm. In den abgestuften
Indexfaseranordnungen wird die Bilderzeugung für einen Punkt durch eine gewisse
Anzahl optischer Faserlinsen 34 hergestellt. Der Durchmesser eines Bündels optischer
Faserlinsen, die zur Bilderzeugung beitragen, soll D sein.
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Die gestaffelte optische Indexfaseranordnung ist in Fig. 6 dargestellt
und diese optischen Faserlinsen sind segmentweise so gruppiert, daß jedes der Segmente
34 gegenüber einem Lichtemissionselement zu liegen kommt. Die Breite eines einzigen
optischen Faserlinsensegmentes 36 wird so bestimmt, daß der Gleichung genügt wird:
W = 1 + D, wobei 1 wie oben beschrieben, die seitliche Dimension jedes einzelnen
Lichtemissionselementes 15 der Lichtemissionsanordnung 14a und 14b darstellt und
der Bildlänge auf der lichtempfindlichen Oberfläche 18 entspricht, wie aus Fig.
2 ersichtlich. Die optischen Faserlinsensegmente 36 werden in der Weise definiert,
daß P = 2 1 wobei P die Neigung darstellt, und jedes der Segmente ist so angeordnet,
daß es mit einem entsprechenden Lichtemissionselement der Anordnungen 14a oder 14b
gekoppelt werden kann.
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Fig. 7 zeigt eine gestaffelte Indexfaseranordnung, bei der eine große
Zahl gestaffelter Indexfaserlinsen 34 in drei Reihen von einem Träger 34 umschlossen
ist, wodurch eine einzige Zeile gebildet wird, die in Kunstharzmaterial 35 eingebettet
ist. Die in vorbestimmter Ordnung vorgesehenen optisehen Indexfaserlinsen 34 sind
so angeordnet, daß sie mit den vollständigen Elementen der Lichtemissionsanordnungen
koppelbar sind. In diesem Fall können sie noch leichter zusammengebaut werden, weil
keine Segmentkonstruktion vorliegt, die physikalische Beschränkungen im Hinblick
auf die Größe mit sich bringt, wie dies bei der optischen Indexfaseranordnung gemäß
Fig. 6 der Fall war.
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Die Erfindung ergibt die folgenden Vorteile: Gemäß der Erfindung werden
Lichtemissionselemente als Lichtquellen benutzt und die gestaffelten optischen Indexfaseranordnungen
werden als Teil des optischen Systems benutzt, um einen optischen Drucker zu schaffen,
der mit hoher Geschwindigkeit einen hochqualitativen Ausdruck erzeugt.
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Zwischen den Lichtemissionselementen und den optischen Faseranordnungen
sowie zwischen den Faseranordnungen und der lichtempfindlichen Oberfläche kann ein
genügender Zwischenraum von mehreren Millimetern belassen werden, der groß genug
ist um zu gewährleisten, daß die Zwischenräume leicht festgelegt und eingestellt
werden können. Außerdem können, da keine körperliche BeruHrung zwischen den Einheiten
besteht, keine Kollisionen eintreten, die zu einer Beschädigung führen könnte.
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Bei einem xerographischen Reproduktionssystem wird ein Tonermaterial
in jenem Moment dispergiert, in dem die Lichtemittieranordnungen erregt werden,
aber das Ausmaß der Dispersion der Partikel genügt nicht.
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Wie oben beschrieben, ermöglicht es die Erfindung genügende Zwischenräume
zwischen den Bauteilen zu belassen. Der Lichtübertragungsverlust infolge des Anhaftens
von Tonermaterial an den optischen Faseranordnungen hat eine geringe Bedeutung,
weil ein genügender Raum zwischen den jeweiligen Einheiten belassen ist.
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Gemäß der Erfindung liegt die Ebene der Bilderzeugung der
optischen
Faseranordnung in jenem Raum, der die lichtempfindliche Oberfläche aufweist. Daher
kann die Tiefenschärfe über einen Bereich auf beiden Seiten der Bildebene eingestellt
werden.
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Eine optische Indexfaseranordnung, die für die Erfindung geeignet
ist, ist leicht verfügbar, da sie einfach im Aufbau ist, weil mehrere optische Faserlinsen
seitlich zueinander angeordnet und in einem Träger eingebettet werden.
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Die vorstehende Beschreibung erläutert nur ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung und es ist klar, daß gewisse Abwandlungen im Rahmen der Erfindung
möglich sind.