DE3400317C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Korrektur von Intensitätsschwankungen
von Lichtstrahlungen, die zur Aufzeichnung
eines Bildes verwendet werden, mit einer belichtenden Lichtquelle,
mit optischen Strahlteilern zur Teilung des Belichtungsstrahls
in eine Vielzahl von einzelnen Belichtungsstrahlen,
in deren Strahlengang optische Lichtmodulatoren zur Steuerung
der Strahlintensität angeordnet sind, mit einer Vielzahl von
optischen Fasern, von denen jeweils die einen Enden mit Ausgängen
der Lichtmodulatoren und jeweils die anderen Enden mit
einem Träger verbunden sind, von wo aus die von den Fasern
ausgehenden Belichtungsstrahlen über eine Projektionslinse
auf einen Film gelenkt werden.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-PS 21 07 738 bekannt.
Wenn sich bei dieser bekannten Vorrichtung die Spitzenbereiche
der Fasern und die Projektionslinse relativ zum Film bewegen,
ändert sich das Spektralmuster der Ausgangssignale der Fasern,
und entsprechend variiert die Intensität aller aus der Linse
austretenden Strahlen, wodurch die Gefahr auftritt, daß
die Aufzeichnungsoperation auf dem Film nachteilig beeinflußt
wird. Weiterhin kann die Intensität der aufzeichnenden
Lichtstrahlung noch durch Verschmutzungen der sich im
Lichtstrahl zwischen dem Lasergerät und dem Film befindlichen
optischen Bauelemente in unerwünschter Weise beeinflußt
werden. Wegen der vielen möglichen Einflüsse könnte bei
der bekannten Vorrichtung eine Intensitätskorrektur manuell
nur schwer durchgeführt werden.
Weiterhin ist in der DE-OS 29 52 209 eine optische Anordnung
beschrieben, durch die zwar eine gleichmäßige Ausleuchtung
einer Blende zur Erzeugung einer streifenfreien Aufzeichnung
angestrebt wird, jedoch die Intensität des aufzeichnenden
Lichtstrahls im gesamten dadurch nicht beeinflußt werden
kann. Verschmutzungen oder Trübungen der optischen Bauelemente
oder eine Veränderung des Spektralmusters können
nicht kompensiert werden.
Bei aus der DE-OS 30 21 985 oder der DE-OS 26 28 587 bekannten
Bildwiedergabegeräten wird zur Korrektur der Lichtintensität
nicht das auf den Film auftreffende Licht erfaßt,
sondern ein Teil des Aufzeichnungslichtstrahls wird zuvor
abgetrennt. Dies dient zur Kompensation von Intensitätsschwankungen
und muß vor dem eigentlichen Aufzeichnungsvorgang
durchgeführt werden. Ändert sich während der Aufzeichnung
die Intensität, so kann keine Kompensation erfolgen.
Das bekannte Verfahren eignet sich nur für Aufzeichnungsvorgänge
mit sehr niedriger Frequenz und weist nicht die
gewünschte Genauigkeit auf.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur automatischen Korrektur der Intensitätsschwankungen
von Lichtstrahlen zur Aufzeichnung eines Bildes
zu schaffen, wobei diese Korrektur alle die Intensität
des Lichtstrahls beeinflussenden Größen und Bauelemente
berücksichtigt.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
In vorteilhafter Weise wird die Korrektur der Lichtintensität
zwischen kurzen zyklischen Zeitperioden zwischen Aufzeichnungsperioden
ständig durchgeführt, so daß Intensitätsschwankungen,
die sich negativ auf die Qualität des aufzuzeichnenden
Bildes auswirken könnten, erst gar nicht auftreten
können. Alle denkbaren Einflüsse auf die Lichtintensität
werden dabei automatisch berücksichtigt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der
im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden
anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es
zeigt
Fig. 1 in Draufsicht eine Skizze der Aufzeichnungseinheit
eines Bildabtast- und Wiedergabesystems, das
daraufhin ausgelegt ist, eine Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens zu ermöglichen;
Fig. 2 eine Vorderansicht der Spitzenabschnitte der
optischen Fasern gemäß Fig. 1;
Fig. 3 eine Vorderansicht, die einen Teil eines Bildsensors
illustriert;
Fig. 4a und b Histogramme, die jeweils einen Zustand des Ausgangssignals
von dem Bildsensor zeigen;
Fig. 5 eine Vorderansicht, die die Art und Weise des
Strahlempfangs durch den Bildsensor verdeutlicht;
Fig. 6 und 7 Diagramme, die jeweils die Abhängigkeit zwischen
der aus der Linse austretenden Strahlintensität
und einer Leistungsstellgröße zeigen;
Fig. 8 eine Draufsicht auf ein Bildabtast- und Wiedergabesystem,
in dem zusätzlich ein elektrisches Schaltdiagramm
gezeigt ist, das bei der Durchführung
des erfindungsgemäßen Strahlintensitäts-Korrekturverfahrens
nützlich ist;
Fig. 9 eine Vorderansicht des Bildsensors;
Fig. 10 ein grafisches Zeitschema der während einer
einzelnen Umdrehung der Aufzeichnungstrommel
erzeugten Signale;
Fig. 11 ein Schaltdiagramm zur Korrektur der schwankenden
Intensität jedes einzelnen Strahls;
Fig. 12 ein grafisches Zeitschema, das eine Strahlintensität-Korrekturperiode
überspannt;
Fig. 13 ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer Treiberstufe
für einen akusto-optischen Modulator (AOM-Treiberstufe)
zeigt; und
Fig. 14 eine grafische Darstellung der Abhängigkeit
zwischen den Ausgabesignalen der AOM-Treiberstufe
und der Leistungsstellgröße.
Fig. 1 zeigt ausschnittweise die schematische Ansicht
einer Wiedergabeeinheit, bei der das erfindungsgemäße
Verfahren angewandt werden kann.
Ein von einem Laser 1 ausgestrahlter Laserstrahl 2 wird
mittels mehrerer Strahlteiler 3 in eine Mehrzahl von Laserstrahlen
4 a bis 4 j aufgespalten. Diese Laserstrahlen werden
sodann durch eine Mehrzahl von akusto-optischen Lichtmodulatoren
(AOM's) 5 a bis 5 j optisch moduliert. Durch die
akusto-optischen Lichtmodulatoren erfolgt eine Einstellung
oder Regulierung der Strahlintensität der Laserstrahlen
6 a bis 6 j. Diese fallen dann jeweils durch zugehörige
Blenden 7 und Linsen 8 in den Eintrittsbereich 11 einer
Mehrzahl von optischen Fasern 9 a bis 9 j ein.
Der Laser 1 und die Eintrittsbereiche 11 sowie alle dazwischen
befindlichen Elemente bilden ein im Aufbau ortsfestes
optisches System 12.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, werden die Spitzenbereiche
13 a der optischen Fasern 9 a bis 9 j mittels eines Halters
13 in fluchtender Anordnung in einer Reihe gehalten. Der
Halter 13 ist auf einem beweglichen Träger 14 befestigt.
Eine Aufzeichnungstrommel 16, auf deren Umfang ein Wiedergabefilm
15 angeordnet ist, rotiert in einer durch den
Pfeil 17 angegebenen Richtung. Eine Projektionslinse 18
projiziert Strahlen von den Spitzenbereichen 13 a der Fasern
9 a bis 9 j auf den Film 15, um so eine Bildwiedergabe durchzuführen.
Ein Auflager 19, auf dem die Projektionslinse 18 gehaltert
ist, ist derart auf dem beweglichen Träger 14 angeordnet,
daß das Auflager 19 sich in Richtungen vorwärts- und rückwärtsbewegen
kann, die jeweils durch die Pfeile 21, 22
angezeigt sind, in anderen Worten, in Richtung einer Normalen
bezüglich der Aufzeichnungstrommel 16. Der bewegliche
Träger 14 kann parallel zu der Längsachse der Aufzeichnungstrommel
hin- und herbewegt werden, wie dies durch
den Pfeil 23 angedeutet ist.
Ein halbdurchlässiger Spiegel 24 ist in fester Anordnung
zwischen den Spitzenabschnitten 13 a der optischen Fasern
und der Projektionslinse 18 vorgesehen. Der halbdurchlässige
Spiegel 24 wirft die vom Film 15 zurückreflektierten
Strahlen in Richtung hin auf einen Bildsensor (fotoelektrischen
Detektor) 25. Der Bildsensor 25 ist auf dem
beweglichen Träger 14 in einer Position fest montiert,
die optisch und praktisch dem Ort der Spitzenabschnitte
13 a der optischen Fasern relativ zu dem halbdurchlässigen
Spiegel 24 äquivalent ist.
Die Aufzeichnung der Bilder auf dem Film 15 wird durchgeführt,
indem man das mobile optische System 26 in der
Richtung des Pfeils 23 bewegt, während die Aufzeichnungstrommel
16 rotiert.
Ein Teil des Bildsensors 25 ist in Fig. 3 wiedergegeben.
Der Bildsensor 25 detektiert die Strahlen nach ihrem Austritt
aus den Fasern 9 a bis 9 j.
Solange die an den Spitzenabschnitten 13 a der optischen
Fasern erzeugten Lichtsignale mittels der Projektionslinse
18 präzise auf die Oberfläche des Films 15 projiziert
werden, erhält man auf dem Bildsensor 25 wohldefinierte
Bilder, die dieselben Abmessungen haben wie die von den
Spitzenabschnitten 13 a der optischen Fasern gerade entworfenen
Bilder 9 a bis 9 j, wie dies durch einen durchgezogenen
Kreis 27 a gezeigt ist. Wenn die Fokussierung der
Bilder auf der Oberfläche des Films nicht korrekt ist,
werden auf dem Bildsensor 25 schlechtdefinierte Bilder
erzeugt, wie dies durch den gestrichelten Kreis 27 b angezeigt
ist.
Wenn die Fokussierung korrekt ist, sind hier die Ausgabesignale
des Bildsensors 25 in einem Mittelbereich konzentriert,
und sie ergeben einen Maximalwert S₀, wie in Fig.
4a dargestellt. Bei ungenauer Fokussierung sind andererseits
die Ausgabesignale breiter gestreut, und der Wert
des Mittelbereichs ist kleiner als der Maximalwert S₀,
wie dies in Fig. 4b illustriert ist.
In Fig. 5 sind alle zehn optischen Fasern 9 a bis 9 j beleuchtet,
und mittels des Bildsensors 25 werden von dem Film
15 zurückreflektierte Laserstrahlen 28 detektiert. Jeweils
mit den Buchstaben a bis j markierte "Kreise" bezeichnen
die optischen Fasern 9 a bis 9 j.
Wie oben erwähnt, werden das ortsfeste optische System
12 und das mobile optische System 26 der Aufzeichnungseinheit,
die beide in Fig. 1 dargestellt sind, durch die
optischen Fasern 9 a bis 9 j miteinander verbunden. Wenn
sich die Spitzenbereiche 13 a der Fasern und die Projektionslinse
18, die beide Teile des mobilen optischen Systems
26 sind, in der durch den Pfeil 23 angedeuteten Richtung
bewegen, ändert sich das Spektralmuster der Ausgangssignale
der Fasern, und entsprechend variiert die Intensität aller
aus der Linse austretenden Strahlen, wodurch die Gefahr
auftritt, daß die Aufzeichnungsoperation auf dem Film
15 nachteilig beeinflußt wird. Um diese zu beseitigen,
betrachtet man jeden der Brennpunkte a bis j auf einem
Bildsensor 25. Man vergleicht die Summe von Ausgangssignalen
aus Bereichen des Bildsensors, die jeweils den Laserstrahlen
zugeordnet sind, mit einem Ausgangssignal, das der für
die Belichtung eines fotoempfindlichen Materials 15 erforderlichen
Standard-Strahlintensität entspricht, und bestimmt
so einen zu korrigierenden Wert. Sodann koppelt man diesen
Wert auf akusto-optische Lichtmodulatoren zurück, um deren
Modulationswirkungsgrad zu ändern.
Zur detaillierten Erläuterung der Erfindung wird im folgenden
ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Fig.
6 bis 13 beschrieben.
Fig. 8 ist das Blockdiagramm eines Gesamtsystems, wie
es bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Anwendung kommen kann. Ein mit einer Energieversorgung
1 a betriebener Laser 1 erzeugt einen Lichtstrahl 2, der
mittels eines Reflektors 29 umgelenkt und dann wie oben
beschrieben mittels mehrerer Strahlteiler 3 in eine Mehrzahl
von Laserstrahlen 4 a bis 4 j aufgespalten wird. In dem
dargestellten Ausführungsbeispiel sind zehn Laserstrahlen
vorgesehen.
Ein beweglicher Träger 14 läßt sich durch Drehen einer
Zugspindel 33 parallel zu der Längsachse der Aufzeichnungstrommel
13 versetzen. Die Zugspindel 33 wird an ihrem
einen Ende von einer Stütze 31 und an ihrem anderen Ende
von einer Antriebswelle eines Motors 32 getragen.
Eine mittels eines Schrittmotors 34 gedrehte Feinvorschubschraube
35 steht in Schraubverbindung mit einem Arm 19 a
des Auflagers 19. Sie dient dazu, eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung
der Projektionslinse 18 in Normalenrichtung zu der
Aufzeichnungstrommel 16 zu bewirken.
Eine Welle 36, auf der die Trommel 16 befestigt ist, wird
von nicht näher dargestellten Lagern gehaltert. Eine starr
an einem Ende der Welle 36 befestigte, angetriebene Rolle
37 ist über einen Riemen 41 mit einer Antriebsrolle 39 verbunden,
die starr auf der Antriebswelle eines Motors 38 aufsitzt.
An dem anderen Endbereich der Welle 36 befindet sich ein
Drehkodierer 42, der pro einzelne Umdrehung der Trommel 16
ein Ein-Pulssignal und ein n-Pulssignal abgibt, die jeweils
mit den Bezugsziffern 43 und 44 ausgewiesen sind.
Ein Bildsensor 25 nimmt eine Position ein, die optisch und
praktisch den Positionen der Spitzenabschnitte 13 a der Fasern
13 äquivalent ist. Als Bildsensor kann ein MOST, CCD, BBD,
PCD o. ä. verwendet werden. Der Bildsensor 25 wird anhand
von Clock-Signalen von einem zweiten Zeitgeberkreis 45 gescannt,
so daß er in zeitlich serieller Form Spannungswerte ausgibt,
die den Intensitäten der empfangenen Laserstrahlen proportional
sind.
Fig. 9 zeigt den Zustand aller auf den Bildsensor 25 projizierten
Strahlen, wenn man den Mittelteil (z. B. den dem
Strahl Nr. 5 entsprechenden Bereich) des Bildsensors 25 in
einer den Positionen der Fasern optisch und praktisch äquivalenten
Stellung hält, den Bildsensor 25 in einer horizontalen
Ebene um den Mittelbereich schräggeneigt dreht und
den so gedrehten Bildsensor 25 auf dem beweglichen Träger
14 befestigt.
Fig. 10 ist ein Zeitschema, das den Zeitablauf von verschiedenen,
während einer einzelnen Drehung der Aufzeichnungstrommel
16 ablaufenden Funktionen zeigt.
Die Bildsignalperiode T i bezeichnet einen Zeitabschnitt,
während dessen die Umfangslänge des an der Aufzeichnungstrommel
16 befestigten Films 15 von der Projektionslinse
18 gescannt wird. Andererseits hat die Austastperiode
T B die Bedeutung eines Zeitabschnitts, während dessen ein
Bereich 16 a der Trommel 16 gescannt wird, der nicht mit dem
Film 15 belegt ist (vgl. Fig. 8). Die Austastperiode T B ist
weiter unterteilt in eine Strahlintensitäts-Korrekturperiode
T Φ und eine Brennpunkt-Nachstellperiode T F .
Während eines bestimmten Zeitabschnitts jeder einzelnen Umdrehung
der Trommel, nämlich in der Strahlintensitäts-Korrekturperiode
T Φ , wird eine Korrektur der Strahlintensität der
optischen Fasern 9 a bis 9 j durchgeführt. In dem übrigen Zeitabschnitt
(insbesondere in der Bildsignalperiode T i ) werden
die Strahlintensitäten der optischen Fasern konstant gehalten.
Durch nachstehend beschriebene Funktionsabläufe werden daher
die Ausgangsstrahlen der Projektionslinse 18 immer stabil
gehalten, auch wenn die Intensität aller Strahlen winzigen
Schwankungen unterliegt, während sich die Aufzeichnungstrommel
16 dreht.
Fig. 8 zeigt Steuereinheiten für akusto-optische Lichtmodulatoren
(AOM's) in Gestalt der AOM-Treiberstufen 46 a bis
46 j, die jeweils derart mit dem AOM₁ 5 a bis AOM₁₀ 5 j verbunden
sind, daß R.F.-Signale (Ultraschallwellen) auf den AOM₁ 5 a
bis AOM₁₀ 5 j gegeben werden können, um die AOM's optisch
zu modulieren. Der EIN-AUS-Zustand jeder der AOM-Treiberstufen
46 a bis 46 j wird mittels eines Bildsignals 47 kontrolliert,
das durch sein zugehöriges Halbtonsignal moduliert wird,
wodurch ein Bild auf dem Film 15 aufgezeichnet wird.
Fig. 13 verdeutlicht den Aufbau der einzelnen AOM-Treiberstufen
46 a bis 46 j.
Jede der AOM-Treiberstufen besteht aus einem Kristalloszillator
48, der eine konstante Frequenz erzeugt, einem Verstärkungsregler
49, der geeignet ist, die Höhe einer Ultraschall-(R.F.)-Ausgabesignalleistung
in Abhängigkeit von einem Eingabewert,
nämlich dem jeweiligen Eingabepegel einer Leistungsstellgröße
X zu regeln, einer Schaltvorrichtung 51 und einem Leistungsverstärker
52.
Während der Bildsignalperiode T i (vgl. Fig. 10) befinden
sich die in Fig. 8 gezeigten Hebel der Schalter 53 alle in
derselben Stellung, wie sie in dieser Abbildung dargestellt
ist, und in die Schaltvorrichtungen 51 werden EIN/AUS-Signale
50 für die Bildsignale 47 eingespeist, wodurch die Aufzeichnung
des Bilds auf dem Film 15 durchgeführt wird. Während
dieses Zeitabschnitts wird die Leistungsstellgröße X und
das R.F.-Ausgabesignal konstant gehalten.
Wenn die Stellung der Projektionslinse 18 der Austast-Periode
T B entspricht, wechseln die Hebel aller Schalter 53 (vgl.
Fig. 8) auf die H-Seite herüber, so daß die Schaltvorrichtung
51 angestellt wird. In anderen Worten, werden die AOM-Treiberstufen
46 a bis 46 j während der Austast-Periode T B kontinuierlich
auf dem EIN-Zustand gehalten. Während dieser Zeitperiode
wird das Niveau der Leistungsstellgröße X durch nachstehend
beschriebene Funktionsabläufe geändert, wodurch der von jeder
der AOM-Treiberstufen 46 a bis 46 j auszugebende R.F.-Wert
geändert wird.
Entsprechend der Änderung der R.F.-Werte, die in jeden der
AOM eingespeist werden, wird auch der Modulationswirkungsgrad
jedes der AOM geändert. Hierdurch kann die Intensität des
aus jedem der AOM 5 a bis 5 j austretenden Laserstrahls, und
damit die Intensität der von den einzelnen optischen Fasern
9 a bis 9 j ausgesandten Laserstrahlen, variiert werden.
Fig. 14 illustriert in Form eines Diagramms die Abhängigkeit
zwischen der Leistungsstellgröße X und dem R.F.-Ausgangssignal,
wenn das EIN/AUS-Signal 50 während der Austastperiode T B
auf H (high) liegt. Wenn das EIN/AUS-Signal 50 auf L (low)
liegt, ist das R.F.-Ausgangssignal Null.
Wenn sich die Spitzenabschnitte 13 a der optischen Fasern
zusammen mit dem beweglichen Träger 14 in der durch den Pfeil
23 in Fig. 8 angezeigten Richtung bewegen, ändert sich das
Spektralmuster aller optischen Fasern, und die Intensität
aller von der Projektionslinse 18 ausgehenden Laserstrahlen
variiert entsprechend. Es ist also nötig, die Intensität
der Strahlen zu korrigieren, die jeweils von den optischen
Fasern 9 a bis 9 j ausgesandt werden. Im folgenden wird das
Prinzip dieser Strahlintensitäts-Korrektur beschrieben.
Man nimmt nun an, daß das Strahlintensitäts-Rückkoppelsystem
in Fig. 8 gleichermaßen für den Ar⁺-Laser und die Ar⁺-Energieversorgung
1 a ausgelegt ist und die Laserstrahlen 4 a bis
4 j in einem stabilen Zustand gehalten werden.
Man setzt weiterhin voraus, daß die optische Modulationscharakteristik
in Abhängigkeit von der Leistungsstellgröße
X insgesamt durch f (X) ausgedrückt wird, wenn die Eingabe
der in Fig. 13 gezeigten EIN/AUS-Steuerung auf "EIN" steht.
Entsprechend besteht die folgende Beziehung:
I₂ = I₁ · f (X) (1)
wobei
I₂Intensität eines aus dem jeweiligen AOM austretenden
Laserstrahls; und
I₁Intensität eines in den AOM eintretenden Laserstrahls.
In der obigen Gleichung bezeichnet f (X) eine tabulierte
Charakteristik.
Wendet man sich nun dem optischen Faser-Übertragungssystem
zu, so bewirken die optischen Fasern 9 a bis 9 j jeweils für
sich allein ein stabiles und konstantes Maß an Abschwächung,
weil man den Laserstrahlen gestattet, in ihre entsprechenden
optischen Fasern einzutreten, nachdem der einfallende Leistungsgrad
der Laserstrahlen in ihre zugehörigen optischen Fasern
9 a bis 9 j gesteuert wurde, indem man ihre jeweiligen Intensitäten
in Übereinstimmung mit den den optischen Fasern eigenen
numerischen Aperturen vermindert.
Die jeweils aus den Spitzenbereichen 13 a der optischen Fasern
ausgetretenen Laserstrahlen erzeugen dank des Interferenzvermögens
jedes der Laserstrahlen 4 a bis 4 j ein Spektralmuster.
Das Spektralmuster ändert sich, wenn sich die Spitzenbereiche
der optischen Fasern bewegen.
Immer wenn eine derartige Änderung in dem Spektralmuster
auftritt, ändert sich die Strahlintensität. Die Strahlintensitäts-Korrektur
wird angewendet, um diese Schwankungen in
der Strahlintensität auszugleichen.
Nimmt man also an, daß die Intensität des Ausgangsstrahls
von der Projektionslinse 18 I₃ ist, so läßt sich folgende
Gleichung ableiten:
I₃ = I₁ · f (X) · α (2)
In der obigen Gleichung ist α ein Dämpfungskoeffizient.
α ergibt sich aus dem Produkt des Dämpfungskoeffizienten
α₁ der Strahlintensität durch das Faserspektralmuster und
einem zweiten Dämpfungskoeffizienten α₂, d. h. zu α=α₁ · α₂.
Die obige Größe α₁ gibt keine Dämpfungscharakteristik an,
die sich allgemein durch irgendwelche Parameter in der Form
einer Funktion ausdrücken ließe. α₁ sollte vielmehr als willkürliche
Charakteristik oder Zufallscharakteristik angesehen
werden.
Um I₃ konstant zu machen, um eine ordnungsgemäße Aufzeichnung
auf dem Film 15 durchzuführen, können zwei Verfahren
in Betracht gezogen werden, und zwar kann man dieses Ziel
entweder durch eine Änderung von I₂ in der obigen Gleichung
(2) oder aber durch eine Variation von f (X) in der obigen
Gleichung (2) erreichen. In der Beschreibung des vorliegenden
Ausführungsbeispiels wird die Annahme getroffen, daß I₃ durch
eine Änderung von f (X) konstant gehalten wird.
Es wird nämlich die optische Modulationscharakteristik
f (X) auf einen gewünschten Wert korrigiert, indem
man die Leistungsstellgröße X ändert und auf den zugehörigen,
gewünschten Wert bringt, wodurch das Ausgabesignal R.F. jedes
der AOM-Treiberstufen 46 a bis 46 j derart variiert wird, daß
I₁ · f (X) · α konstant bleibt. Hierdurch wird die Intensität
I₃ aller von der Linse ausgehenden Strahlen auf einem konstanten
Pegel gehalten. Der Strahl wird dann an dem Bildsensor
25 empfangen. Der Bildsensor 25 liefert eine Ausgangsspannung
54, die durch eine fotoelektrische Konversion des Eingangsstrahls
erhalten wird und generell durch die folgende Gleichung
ausgedrückt werden kann:
V = k · I₃
Zur Vereinfachung der Diskussion wird im folgenden die Proportionalitätskonstante
k zu 1 angenommen (k=1), so daß
sich die Ausgangsspannung 54 durch folgende Gleichung ausdrücken
läßt:
V = I₃
Das Ausmaß der Dämpfung α in dem Spektralmuster aller optischen
Fasern variiert über einen Bereich von α max bis α min mit
a₀ als Mittelwert. Unter dieser Voraussetzung ergibt sich
für den Zustand von I₃ eine Abhängigkeit, wie sie in Fig.
6 gezeigt ist.
Man nimmt nun an, daß die folgende Beziehung herrscht, wenn
α=a₀.
I₃₀ = I₁ · f (X₀) · α₀ (3)
wobei
I₃₀Standard-Strahlintensität für den aus der Linse
austretenden Strahl.
Der Wert X₀, bei dem die Gleichung (3) erfüllt ist, wird
nun als das Standard-Datum X₀ 56 verwendet (vgl. Fig. 11).
Da die Intensität I₃ des aus der Linse austretenden Strahls
von dem Sollwert I₃₀ nach oben oder unten hin abweicht,
wenn sich der bewegliche Träger 14 bewegt, ist es notwendig,
die Leistungsstellgröße X von dem Wert X₀ auf einen gewünschten
Wert zu ändern, so daß entsprechend dem Anstieg oder Abfall
der Intensität I₃ des aus der Linse austretenden Strahls
die von der Leistungsstellgröße X gesteuerte Modulationscharakteristik
f (X) so nachgefahren wird, daß nach Abschluß
der Bewegung des beweglichen Trägers 14 die Intensität I₃
gleich der Standard-Strahlintensität I₃₀ ist.
In anderen Worten, ist es erforderlich, denjenigen Wert der
Leistungsstellgröße X zu bestimmen, der der AOM-Treiberstufe
zugeführt werden muß, um von der AOM-Treiberstufe ein R.F.-Ausgangssignal
zu erhalten, durch das die Intensität des
aus der Linse austretenden Strahls auf dem Wert I₃₀ gehalten
wird.
Betrachtet man nun einen der Strahlen Nr. 1 bis Nr. 10 von
Fig. 9, so wird im folgenden seine Strahlintensität und
der Wert der Leistungsstellgröße X für die zugehörige AOM-Treiberstufe
zu dem selben Zeitpunkt untersucht.
Eine durch I₃₀ normierte Funktionstabelle
in der α₀ und f (X) die Gleichung (3) erfüllen, ist als
Standarddatentabelle 57 (vgl. Fig. 11) in Abhängigkeit von
Werten gespeichert, die Leistungsstellgrößen X entsprechen.
Fig. 7 zeigt eine durch I₃₀ normierte grafische Darstellung.
In Fig. 6 stellt der X-Wert des Punktes P, an dem I₁ · f (X) · α=I₃₀
ist, den zu bestimmenden Wert X₁ dar. Im folgenden
wird ein Verfahren beschrieben, wie man diesen Wert X₁ bestimmen
kann.
Bezugnehmend auf Fig. 8, ist zwischen dem Bildsensor 25 und
den AOM-Treiberstufen 46 a bis 46 j ein Korrekturkreis 58 und
ein Register 59 sowie zusätzliche Kreise 61 vorgesehen, die
denselben Schaltungsaufbau haben und jeweils mit den AOM-Treiberstufen
46 a bis 46 j verbunden sind.
Fig. 11 illustriert die erwähnten Kreise 58, 61 im einzelnen,
und Fig. 12 zeigt ein Zeitschema der Kreise.
Wie in Fig. 12 gezeigt, erhält man in der Strahlintensitäts-Korrekturperiode
T Φ (siehe auch Fig. 10) Pulse T Φ ₀ bis
T Φ ₁₀. Man erhält diese als Ergebnis einer Steuerung, die
mittels eines Clock-Pulses C K Φ eines ersten Zeitgeberkreises
62 (vgl. Fig. 8) durchgeführt wird. Die Pulse T Φ ₀ bis T Φ ₁₀
werden in den Korrekturkreis 58 eingegeben.
In Fig. 11 integriert ein Akkumulator 63 abschnittsweise
(d. h. den Abschnitten nach, die den in Fig. 9 gezeigten
Strahlen-Nummern entsprechen), die von dem Bildsensor 25
während der Zeitabschnitte T Φ ₀ bis T Φ ₉ empfangenen Strahlintensitäten
auf. Das Ergebnis wird dann an die Register
64 ausgegeben.
Die von dem Bildsensor 25 empfangenen Strahlintensitäten
werden in Fig. 12 mit Σ₁ bis Σ₁₀ bezeichnet.
Ein Multiplikator 65 dient dazu, aus der Standard-Datentabelle
57 ausgelesene Daten einzeln hintereinander mit der Datenausgabe
des Akkumulators 63 zu multiplizieren. Die Ergebnisse
werden dann einem Koinzidenzkreis zugeführt.
Wenn man aus der Standard-Datentabelle 57 Daten ausliest,
ist es erforderlich, die Akkumulation der Strahlintensitäten
an dem Akkumulator 63 vorher abzuschließen. Die erste Ausleseperiode
(T Φ ₁-Periode) aus der Standard-Datentabelle ist daher
um T Φ ₀ gegenüber der Zeitsteuerung des Akkumulators 63 verzögert.
Mit T Φ ₁ wird eine Eingabe an einen ODER-Kreis 67
begonnen, die der Eingabe an dem Akkumulator 63 um T Φ ₀ nachhinkt.
Eine Signaleingabe in den ODER-Kreis 67 erfolgt bis
T Φ ₁₀. Die Daten des Registers 64 werden in den Multiplikator
65 eingespeist, sobald Signale von einem Monoflop
68 empfangen werden.
Die T Φ ₀-Periode ist daher der Zeitabschnitt, in dem Σ₁ berechnet
wird. In der T Φ ₁-Periode werden Σ₂ berechnet, Daten aus
der Standard-Datentabelle 57 ausgelesen und das Ausmaß der
Korrektur für die Strahlintensitäten bestimmt. In der T Φ ₂-Periode
und den sich anschließenden Perioden wird jeweils
dieselbe Operation wie in der T Φ ₁-Periode durchgeführt.
Der Koinzidenzkreis 66 vergleicht jedes an dem Multiplikator
65 erhaltene Rechenresultat mit dem Wert 65 der Standard-Strahlintensität
I₃₀, und wenn das Rechenergebnis mit diesem
Wert zusammenfällt, erzeugt er einen Puls 69, so daß die
Adresse der Standard-Datentafel 57 an diesem Punkt in dem
Register 59 und einem Register 76 a gespeichert wird.
Ein Selektor 83 trifft eine Wahl zwischen dem Standard-Datenwert
X₀ während der Periode T Φ ₀ in Fig. 12 und den Ausgabewerten
des Registers 76 während der übrigen Perioden. Es
sind zehn Einheiten von Kreisen 61 a vorgesehen, und ihre
CLOCK-Signale unterscheiden sich von einem Kreis zum andern.
Nachdem die Signale der Perioden T Φ ₁ bis T Φ ₁₀ in den ODER-Kreis
71 eingegeben und die Pulse aus dem EIN-SCHUSS-Kreis
72 ausgegeben wurden, befindet sich ein Flip-Flop 73 im gesetzten
Zustand (SET), und die in einen UND-Kreis 74 eingegebenen
CLOCK-Pulse C K Φ werden mittels eines Adressenzählers
75 gezählt.
Das Ergebnis dieses Zählprozesses entspricht dem Wert X,
der in der grafischen Darstellung gemäß Fig. 7 gezeigt ist.
Nachdem der Puls 69 aus dem Koinzidenzkreis 66 ausgegeben
und das Flip-Flop 73 zurückgesetzt wurde (RESET), ist die
Zähloperation des Adressenzählers 75 beendet, und das Zählergebnis
wird in dem Register 59 gespeichert.
Wie in Fig. 8 dargestellt, ist das Register 59 mit dem Register
76 in jedem der Hilfskreise 61 verbunden.
In dem Hilfskreis 61 a wird der Datenwert der Standardgröße
X₀ 56 a, d. h. der Wert X₀, mittels eines D/A-Konverters 77 a
in ein Analogsignal umgewandelt und während der Periode
T Φ ₀ in die AOM-Treiberstufe 46 a eingegeben.
Der Datenwert der Leistungsstellgröße X₀ wird dem in Fig.
13 gezeigten Verstärkungsregler 49 zugeführt, und das von
dem Verstärkungsregler 49 gelieferte R.F.-Ausgangssignal
dient dazu, den Output des AOM 5 a zu modulieren. An dieser
Stelle ergibt sich die Gesamtintensität Σ₁ der aus der Linse
austretenden Strahlen auf der Grundlage der Gleichung (3)
durch den folgenden Ausdruck:
Σ₁ = I₁ f (X₀) · α
Der mit dem Standard-Datenwert I₃₀ übereinstimmende Wert
X (d. h. der Wert X₁ am Punkt P in Fig. 7) wurde erhalten,
indem man Σ₁ bis Σ₁₀ einzeln und hintereinander mit aus der
Standard-Datentabelle 57 ausgelesenen Werten multipliziert,
und durch Koinzidenz mit I₃₀ ergibt sich der gesuchte Wert
X, nämlich das den AOM-Treiberstufen 46 a bis 46 j zuzuführende
Leistungs-Stellsignal X₁.
Wenn man die obige Beziehung in einer Gleichung ausdrückt,
ist X₁ so zu bestimmen, daß der Ausdruck
wird. Es gilt also
da
folgt
I₁ · α · f [X₁) = I₃₀
Die Eingabe-Zeitsteuerung des obigen Werts X₁ erfolgt zu
dem Zeitpunkt, wenn nach Durchlaufen der Periode T Φ ₀ ein
Signal von dem Inverter 78, ein Zählwert-Signal von dem Register
59 und, während der Periode T Φ ₀, ein Signal von dem
UND-Kreis 79 alle in das Register 76 a eingegeben wurden.
In entsprechender Weise wird in der Periode T Φ ₂ ein Leistungs-Regelsignal
X in die AOM-Treiberstufe 46 b eingegeben. Die
anderen AOM-Treiberstufen werden ebenfalls sukzessive angesteuert.
Das erhaltene Leistungs-Steuersignal X wird jeder einzelnen
der AOM-Treiberstufen 46 a bis 46 j zugeführt, um den Modulationswirkungsgrad
der AOM 5 a bis 5 j zu ändern. Es werden
so die Ausgabe-Intensitäten der Laserstrahlen geändert, wodurch
die Intensität I₃ der aus jeder einzelnen der Fasern
9 a bis 9 j austretenden und durch die Linse geleiteten Laserstrahlen
automatisch auf die Standard-Strahlintensität I₃₀
korrigiert wird, die für die ordnungsgemäße Belichtung des
Films erforderlich ist. Die Korrektur erfolgt in der Strahlintensitäts-Korrekturperiode
T Φ .
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden Signale
von dem Bildsensor auf akusto-optische Modulatoren (AOM)
rückgekoppelt. Die Intensität aller aus der Linse austretenden
Strahlen kann auf dieselbe Art und Weise auch dadurch korrigiert
werden, daß man eine Rückkopplung des genannten Signals
auf den Laser 1 vorsieht.
In der obigen Ausführungsform wurden exemplarisch akusto-optische
Lichtmodulatoren (AOM) verwendet. Die vorliegende
Erfindung kann aber auch mittels elektro-optischer Lichtmodulatoren
(EOM) anstelle der AOM durchgeführt werden. Weiterhin
kam in dem obigen Ausführungsbeispiel ein (z. B. flächiger)
Bildsensor wie z. B. ein CCD o. ä. als fotoelektrischer Sensor
zum Einsatz. Die Erfindung kann aber auch unter Verwendung
einer Mehrzahl einzelner fotoelektrischer Sensoreinheiten
durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung kann auch praktiziert werden, indem
man den halbdurchlässigen Spiegel 24 gemäß Fig. 8 um 90°
gegenüber der dargestellten Position dreht, in fester Anordnung
zwischen dem Bildsensor und dem halbdurchlässigen Spiegel
eine geeignete Linse vorsieht, und dann an den Spitzenabschnitten
13 a der Fasern erzeugte Bilder auf den Bildsensor
fokussiert. In dieser Abwandlung läuft jeder Strahl von dem
zugehörigen Spitzenabschnitt 13 a durch den halbdurchlässigen
Spiegel und die geeignete Linse hin auf den Bildsensor.
Claims (5)
1. Vorrichtung zur Korrektur von Intensitätsschwankungen
von Lichtstrahlen, die zur Aufzeichnung eines Bildes verwendet
werden, mit einer belichtenden Lichtquelle (1),
mit optischen Strahlteilern (3) zur Teilung des Belichtungsstrahls
in eine Vielzahl von einzelnen Belichtungsstrahlen,
in deren Strahlengang optische Lichtmodulatoren (5 a-5 j)
zur Steuerung der Strahlintensität angeordnet sind, mit
einer Vielzahl von optischen Fasern (9 a-9 j), von denen
jeweils die einen Enden mit Ausgängen der Lichtmodulatoren
(5 a-5 j) und jeweils die anderen Enden mit einem Träger
(14) verbunden sind, von wo aus die von den Fasern ausgehenden
Belichtungsstrahlen über eine Projektionslinse
(18) auf einen Film (15) gelenkt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den Stirnflächen (13 a) der optischen
Fasern (9 a-9 j) auf dem bewegbaren Träger (14) und der
Projektionslinse (18) ein halbdurchlässiger Spiegel (24)
angeordnet ist, durch den das vom Film (15) reflektierte
Licht auf einen fotoelektrischen Sensor (25) übertragbar
ist, der in einer zu den Stirnflächen (13 a) der Fasern
(9 a-9 j) optisch äquivalenten Position in bezug auf die
Projektionslinse (18) angebracht ist, daß der fotoelektrische
Sensor (25) mit einem Korrekturkreis (58) zur Korrektur
der Strahlintensität verbunden ist und Korrekturwerte
erzeugt, die zur Steuerung der Lichtmodulatoren (5 a-5 j)
auf diese einwirken, daß die Erzeugung der Korrekturwerte
in zwischen Bildsignalperioden (T i ) liegenden Korrekturperioden
(T Φ ) erfolgt, in denen Testsignale (T Φ n ) den
Lichtmodulatoren (5 a-5 j) zugeführt werden und daß die
Korrekturwerte durch Vergleich der auf Grund der Testsignale
im fotoelektrischen Sensor (25) erzeugten Signale
mit einem Standard-Strahlintensitätswert gebildet werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß im Korrekturkreis (58) ein Akkumulator (63) zur Integration
der vom fotoelektrischen Sensor (25) empfangenen
Signale vorgesehen ist, daß eine Korrekturwerte enthaltende
Standard-Datentabelle (57) sowie der Akkumulator (63)
mit einem Multiplikator (65) verbunden sind und daß die
nacheinander miteinander multiplizierten Werte mit der
Standard-Strahlintensität (I₃₀) verglichen werden, wobei
bei Übereinstimmung ein entsprechender Wert als Leistungs-Stellsignal
dem jeweiligen Lichtmodulator (5 a-5 j) zugeführt
wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtstrahlen Laserstrahlen sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Lichtmodulatoren
(5 a-5 j) akusto-optische Lichtmodulatoren sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen (13 a) der
auf dem bewegbaren Träger (14) angeordneten optischen
Fasern (9 a-9 j) in einer Reihe fluchtend ausgerichtet
sind.
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