DE4220280A1 - Verfahren und Einrichtung zum zeilenweisen Ablenken einer optischen Strahlung - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zum zeilenweisen Ablenken einer optischen Strahlung

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DE4220280A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektro­ nischen Reproduktionstechnik und betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum zeilenweisen Ablenken einer optischen Strahlung über eine Fläche mittels eines rotierenden Spiegels, insbesondere eines Vielflächenspiegels (Polygonspiegels).
Eine zeilenweise Ablenkung einer optischen Strahlung über eine Fläche findet beispielsweise in Vorlagen-Abtastgeräten und in Aufzeichnungsgeräten statt.
In einem Vorlagen-Abtastgerät, auch Eingabe-Scanner genannt, wird ein in einem Abtastorgan erzeugter Lichtstrahl punkt- und zeilenweise über eine Vorlage geführt, und das von der Vorlage reflektierte oder durchgelassenen Abtastlicht in einem optoelektronischen Wandler in ein Bildsignal umge­ wandelt.
In einem Aufzeichnungsgerät, auch Recorder, Belichter oder Ausgabe-Scanner genannt, wird ein in einem Aufzeichnungs­ organ gewonnener Lichtstrahl von einem Bildsignal intensi­ tätsmoduliert sowie punkt- und zeilenweise über ein licht­ empfindliches Aufzeichnungsmaterial geführt, um gerasterte oder ungerasterte Aufzeichnungen vorzunehmen.
Zur zeilenweisen Ablenkung eines Lichtstrahls über eine Fläche in Form einer Vorlage oder eines Aufzeichnungs­ materials werden vorwiegend rotierende Polygonspiegel verwendet. Die einzelnen Spiegelflächen eines Polygon­ spiegels weisen in der Regel Reflexionsunterschiede und Winkelfehler auf, kurz Spiegelfehler genannt, die zu fehlerhaften Positionierungen des abgelenkten Lichtstrahls auf der Vorlage oder dem Aufzeichnungsmaterial führen.
Aus der DE-A-30 46 584 ist ein Verfahren zur Korrektur der Spiegelfehler eines Polygonspiegels bekannt, bei dem die Spiegelfehler der einzelnen Spiegelflächen vorab erfaßt, aus den erfalten Spiegelfehlern Korrekturwerte ermittelt und abgespeichert und bei dem während des Betriebes die Spiegel­ fehler durch entsprechende Korrektur-Ablenkungen des Licht­ strahls reduziert werden.
Trotz einer derartigen Korrektur haben die Spiegelflächen jedoch noch Restfehler, die durch die zyklische Aufein­ anderfolge der einzelnen Spiegelflächen des rotierenden Polygonspiegels z. B. bei der zeilenweisen Aufzeichnung auf einem Aufzeichnungsmaterial periodisch wiederkehrende Zeilenstrukturen bezüglich Position, Punktqualität oder Intensität verursachen. Diese Zeilenstrukturen können mit den periodischen Bild- und Rasterstrukturen zu störenden Schwebungen und Interferenz-Effekten in der Aufzeichnung führen.
Zur Kompensation von Interferenz-Effekten bei einer zeilenweisen Bildaufzeichnung mittels eines Schreibstrahls ist es aus der DE-A-23 15 594 bekannt, den Schreibstrahl quer zur Zeilenrichtung statistisch um Beträge auszulenken, deren Maximum der Hälfte des Zeilenabstandes entspricht, womit eine vergleichsweise starke Ablenkung vermieden wird. Eine derartige statistische Ablenkung des Schreibstrahls innerhalb der Zeilen, was einer Verwobbelung der Zeilen entspricht, setzt jedoch eine sehr schnelle Ablenkvor­ richtung relativ zur Schreibgeschwindigkeit voraus. Das bekannte Verfahren ist somit beispielsweise bei Faksimile- Geräten noch vergleichsweise gut durchführbar, bei Geräten der Reproduktionstechnik, die zur Verarbeitung sehr hoher Datenmengen konzipiert sind, wäre jedoch ein erheblicher elektronischer Aufwand erforderlich.
Die durch eine zeilenweise Wiedergabe eines Bildes ent­ standenen Störungen können theoretisch auch durch eine geeignete Wahl der Zeilenperiode unterdrückt werden. Dieses Verfahren versagt allerdings in der Praxis bei den durch Restfehler der Spiegelflächen verursachten Moir´s, weil die Zeilenperiode mit der Periode einer Umdrehung eines Polygon­ spiegels nicht gleich ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Einrichtung zur zeilenweisen Ablenkung einer optischen Strahlung derart zu verbessern, daß durch Restfehler der Spiegelflächen entstehende Interferenzen mit vergleichsweise geringem Aufwand vermieden werden.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch die im Patentanspruch 1 und bezüglich der Einrichtung durch die im Patentanspruch 9 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird am Beispiel eines Aufzeichnungsgerätes anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Aufzeichnungsgerätes und
Fig. 2 eine Weiterbildung des Aufzeichnungsgerätes.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Aufzeichnungsgerätes mit einer Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung zur punkt- und zeilenweisen Aufzeichnung von Informationen auf einem Aufzeichnungsmaterial.
Eine Lichtquelle (1), z. B. ein Laser-Generator, erzeugt einen Lichtstrahl (2), der in einem Lichtmodulator (3) in Abhängigkeit von zeilenweise bereitgestellten Bilddaten intesitätsmoduliert wird. Der Lichtmodulator (3) ist beispielsweise ein akusto-optischer Modulator (AOM). Die Bilddaten werden dem Lichtmodulator (3) von einer Zeilen­ speicher-Einrichtung (4) über eine Leitung (5) zugeführt. Der intensitätsmodulierte Lichtstrahl (2′) fällt auf einen Spiegel, beispielsweise auf einen Polygonspiegel (6) mit einer Anzahl M Spiegelflächen (7), im Ausführungsbeispiel mit M=8 Spiegelflächen. Die Drehachse (8) des Polygon­ spiegels (6) ist senkrecht zur Zeichenebene orientiert. Der Polygonspiegel (6) rotiert mit Hilfe eines nicht darge­ stellten Motors in Richtung eines Pfeiles (9) mit konstanter Winkelgeschwindigkeit um die Drehachse (8). Auf einem Aufzeichnungsträger (10), im Ausführungsbeispiel ein Flachbett-Aufzeichnungsträger, ist ein lichtempfindliches Aufzeichnungsmaterial (11), beispielsweise ein Film, angeordnet. Durch die Rotation des Polygonspiegels (6) wird der von den einzelnen Spiegelflächen (7) reflektierte und durch ein Objektiv (12) auf das Aufzeichnungsmaterial (11) fokussierte Lichtstrahl (2′) laufend in Aufzeichnungs­ richtung, die durch einen Pfeil (13) gekennzeichnet ist, über das Aufzeichnungsmaterial (11) abgelenkt. Durch eine schrittweise oder kontinuierliche Relativbewegung zwischen Polygonspiegel (6) und Aufzeichnungsträger (10) senkrecht zur Ablenkebene des Lichtstrahls (2′) werden in Aufzeich­ nungsrichtung (13) verlaufende, nebeneinander liegende Zeilen jeweils von einem Zeilenbeginn (14) bis zu einem Zeilenende (15) auf dem Aufzeichnungsmaterial (11) be­ lichtet, wobei jeder Spiegelfläche (7) des Polygonspiegels (6) eine Zeile und die zugehörige Bildinformation der Zeile zugeordnet ist.
Ein in der Ablenkebene des Lichtstrahls (2′) liegender Impulsgeber (16) erzeugt bei jeder Spiegelfläche (7) bzw. bei jedem einfallenden Lichtstrahl (2′) einen den jeweiligen Zeilenbeginn (14) signalisierenden Zeilenstart-Impuls auf einer Leitung (17).
Zwischen dem Lichtmodulator (3) und dem Polygonspiegel (6) ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine steuer­ bare optische Ablenk-Vorrichtung (18) für den Lichtstrahl (2′) angeordnet, mit der der Lichtstrahl (2′) senkrecht zur Ablenkebene des Polygonspiegels (6) bzw. senkrecht zur Aufzeichnungsrichtung (13) bzw. Zeilenrichtung abgelenkt werden kann. Die Ablenk-Vorrichtung (18) kann beispiels­ weise als schwenkbare oder kippbare Linse oder als Kipp- oder Umlenkspiegel ausgebildet sein. Die Ablenk-Vorrichtung (18) wird über eine Leitung (19) von einem Zufallsgenerator (20) gesteuert, der von den Zeilenstart-Impulsen auf der Leitung (17) getriggert wird und eine Zufallsfolge erzeugt.
Die jeweils vor der Aufzeichnung einer Zeilen am Ausgang des Zufallsgenerators (20) anstehende Zufallszahl der Zufalls­ folge bestimmt den jeweiligen Ablenkbetrag für den Licht­ strahl (2′) quer zur Zeilenrichtung als Vielfaches eines Zeilenabstandes, wodurch erfindungsgemäß per Zufall ent­ schieden wird, welche Zeile mit der momentan aktiven Spiegelfläche (7) des Polygonspiegels (6) aufgezeichnet wird. Auf diese Weise wird verhindert, daß benachbarte Spiegelflächen (7) nebeneinander liegende Zeilen auf­ zeichnen. Da die Ablenk-Vorrichtung (18) jeweils nur außerhalb der Zeitintervalle, in denen der Lichtstrahl (2′) die Zeilenaufzeichnung vornimmt, aktiviert ist, werden an die Qualität der Ablenkmittel geringere Anforderungen gestellt.
Die Zeilenspeicher-Einrichtung (4) stellt jeweils die zur Lichtmodulation benötigten Bilddaten für die per Zufall ausgewählten Zeilen bereit. Die Zeilenspeicher-Einrichtung (4) besteht aus einzelnen Zeilenspeichern (4a) zur zeilen­ weisen Ablage der Bilddaten, einer steuerbaren Bilddaten- Eingabeauswahl (4b) zur Steuerung der Reihenfolge beim Einschreiben der Bilddaten und einer steuerbaren Bilddaten- Ausgabeauswahl (4c) zur Steuerung der Reihenfolge beim Auslesen der Bilddaten.
Die Zeilenspeicher-Einrichtung (4) kann, wie im Ausführungs­ beispiel, als Zwischenspeicher ausgebildet sein, dem laufend zeilenweise Bilddaten über eine Schnittstelle (21) zugeführt werden. Die Zeilenspeicher-Einrichtung (4) kann aber auch ein Ganzspeicher sein, in dem die Bilddaten für die gesamte Aufzeichnung zeilenweise abgelegt sind und aus dem sie in der gewünschten Reihenfolge ausgelesen werden.
Es erweist sich als zweckmäßig, die Zeilenspeicher-Einrich­ tung (4) so zu gestalten, daß mit jeder der M Spiegelflächen (7) des Polygonspiegels (6) wahlweise eine von M Zeilen auf­ gezeichnet werden kann. Daher ist die Anzahl der Zeilen­ speicher (4a) gleich der Anzahl M Spiegelflächen (7) gewählt.
Das zeilenweise Auslesen der zu den momentan aufzuzeich­ nenden Zeilen gehörenden Bilddaten aus der Zwischenspeicher- Einrichtung (4) wird erfindungsgemäß ebenfalls durch den Zufallsgenerator (20) in Synchronismus mit der Ablenkung des Lichtstrahls (2′) durch die Ablenk-Vorrichtung (18) gesteuert. Die vom Zufallsgenerator (20) ausgegebenen Zufallszahlen, welche jeweils eine der Zeilen 1 bis M zur Aufzeichnung auswählen, werden in einem Ausgabeauswahl- Speicher (22) abgelegt und rufen über eine Leitung (23) mit Hilfe der Bilddaten-Ausgabeauswahl (4c) die zu den aktuellen Zeilen gehörenden Bilddaten in den Zeilenspeichern (4a) auf. Die ausgelesenen Bilddaten werden über die Leitung (5) an den Lichtmodulator (3) gegeben. Die Zufallszahl der jeweils zuletzt ausgewählten Zeile wird in einem Eingabeauswahl- Speicher (25) abgelegt und steuert über eine Leitung (26) mit Hilfe der Bilddaten-Eingabeauswahl (4b) das zeilenweise Einschreiben neuer Bilddaten in die ausgelesenen Zeilen­ speicher (4a). Dadurch wird gewährleistet, daß die bereits abgearbeiteten Bilddaten einer Zeile durch neue Bilddaten ersetzt werden.
Es erweist sich als zweckmäßig, als Zufallsfolge eine Pseudozufallsfolge, d. h. eine Folge mit einer langen Wiederholperiode der Zahlenwerte, zu verwenden. Derartige Pseudozufallsfolgen weisen den Vorteil auf, daß sie vergleichsweise einfach mit Hilfe von Digitalrechner- Algorythmen realisierbar sind. Um die erforderlichen Ablenkbeträge klein zu halten und weil die Bilddaten einer Zeile nur einmal belichtet werden können, erweist es sich als zweckdienlich, die Zufallsfolge mit der Bedingung einzu­ schränken, daß während einer Umdrehung des Polygonspiegels (6) jede der Zeilen 1 bis M gerade einmal auftritt. Darüber hinaus können über geeignete Steuerparameter Doppelbelich­ tungen auf dem Aufzeichnungsmaterial vermieden werden. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn nicht mit einem Zwischenspeicher gearbeitet und unmittelbar aus einem Hauptspeicher ausgelesen wird.
Fig. 2 zeigt eine Weiterbildung des Aufzeichnungsgerätes nach Fig. 1 mit einer zusätzlichen Korrektureinrichtung zur Kompensation von Pyramidalfehlern der Spiegelflächen (7) des Polygonspiegels (6).
Zur Durchführung der Korrektur ist zwischen dem Zufalls­ generator (20) und der Ablenk-Vorrichtung (18) eine Korrektur-Stufe (27) vorgesehen, in der zuvor ermittelte Pyramidalfehler-Korrekturwerte für die einzelnen Spiegel­ flächen (7) des Polygonspiegels (6) tabellarisch abgelegt sind. Der Korrektur-Stufe (27) werden über die Leitung (19) die in dem Zufallsgenerator (20) erzeugten Zufallszahlen zugeführt, welche ein Maß für die jeweiligen Ablenkbeträge sind. Ferner ist ein Spiegelflächen-Zähler (28) vorhanden, welcher jeder Spiegelfläche (7) des Polygonspiegels (6) eine Kennzahl zuordnet. Der Spiegelflächen-Zähler (28) wird von den Zeilenstart-Impulsen des Impulsgebers (16) über die Leitung (17) getaktet und durch Rücksetz-Impulse auf einer Leitung (29) nach jeder Umdrehung des Polygonspiegels (6) rückgesetzt. Zur Erzeugung der Rücksetz-Impulse ist im Bereich des Polygonspiegels (6) ein Impulsdetektor (30) vorhanden, der eine am Polygonspiegel (6) befestigte Referenzmarke (31) erfaßt. Die im Spiegelflächen-Zähler (28) erzeugten Kennzahlen werden der Korrektur-Stufe (27) über eine Leitung (32) zugeführt. Mit Hilfe des Spiegelflächen- Zählers (28) wird somit eine Zuordnung der Korrekturwerte für die Fehlerkompensation und der jeweiligen Positionierung der Spiegelflächen (7) hergestellt. Die in der Korrektur- Stufe (27) gewonnenen korrigierten Ablenkbeträge werden der Ablenk-Vorrichtung (18) über eine Leitung (33) zugeführt.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Ablenk-Vorrichtung (18) abweichend von der Darstellung auch zwischen dem Polygonspiegel (6) und dem Aufzeichnungsträger (10) anzuordnen. Darüber hinaus ist es möglich, die relative Verschiebung zwischen Lichtstrahl (2′) und Aufzeichnungs­ träger (18) quer zur Aufzeichnungsrichtung (13) nicht mit der gezeigten Ablenk-Vorrichtung (18), sondern mit einer mechanischen Stellvorrichtung für den Polygonspiegel (6) oder für den Aufzeichnungsträger (10) zu realisieren.
Die Erfindung wurde am Beispiel eines Aufzeichnungsgerätes beschrieben. Die Erfindung kann aber in vorteilhafter Weise auch bei einem Abtastgerät Anwendung finden. In diesem Fall ist der Aufzeichnungsträger (10) als Vorlagenträger ausge­ bildet, auf dem eine abzutastende Vorlage gespannt ist, und die Lichtquelle (1) mit Lichtmodulator (3) durch einen optoelektronischen Wandler ersetzt, mit dem die in der Vorlage erfaßte Information in ein Bildsignal umgesetzt wird.

Claims (18)

1. Verfahren zum zeilenweisen Ablenken einer optischen Strahlung (2) über eine Fläche (11) mittels eines rotierenden Spiegels (6) mit mindestens zwei Spiegelflächen (7), dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung von aufeinanderfolgenden Spiegelflächen (7) des Spiegels (6) und von durch die abge­ lenkte optische Strahlung (2) überstrichenen Zeilen auf der Fläche (11) zufällig ausgewählt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung mittels einer Pseudozufallsfolge ausgewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zufällige Zuordnung von Spiegelflächen (7) und Zeilen auf der Fläche (11) durch eine entsprechende Ablenkung der optischen Strahlung (2) quer zur Zeilenrichtung vorgenommen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zufällige Zuordnung von Spiegelflächen (7) und Zeilen auf der Fläche (11) durch eine entsprechende relative Verschiebung zwischen Spiegel (6) und Fläche (11) quer zur Zeilenrichtung vorgenommen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zeile während einer Um­ drehung des Spiegels (6) einmal überstrichen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der zufälligen Zuordnung von Spiegelflächen (7) und Zeilen auf der Fläche (11) gleichzeitig eine Kompensation der Pyramidalfehler der Spiegelflächen (7) durch eine zusätzliche Korrekturablenkung der optischen Strahlung (2) durchgeführt wird.
7. Verfahren zum zeilenweisen Ablenken einer durch ein Bildsignal helligkeitsmodulierten optischen Strahlung (2) über ein Aufzeichnungsmaterial (11) mittels eines rotierenden Spiegels (6) mit mindestens zwei Spiegel­ flächen (7), dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Zeilen, die durch die von den aufeinanderfol­ genden Spiegelflächen (7) abgelenkte optische Strahlung (2) auf dem Aufzeichnungsmaterial (11) aufgezeichnet werden, zufällig festgelegt werden und
  • - das zu der jeweils aufzuzeichnenden Zeile gehörende Bildsignal aus den in einer Zeilenspeicher-Einrich­ tung (4) abgelegten Bildsignalen ausgewählt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der in der Zeilenspeicher-Einrichtung (4) abgelegten Zeilenbildsignale der Anzahl von Spiegelflächen (7) des Spiegels (6) entspricht.
9. Einrichtung zum zeilenweisen Ablenken einer optischen Strahlung (2) über eine Fläche (11) mittels eines rotierenden Spiegels (6) mit mindestens zwei Spiegel­ flächen (7), dadurch gekennzeichnet, daß für eine zufällige Zuordnung von aufeinanderfolgenden Spiegelflächen (7) des Spiegels (6) und von durch die abgelenkte optische Strahlung (2) überstrichenen Zeilen auf der Fläche (11) ein Zufallsgenerator (20) vorgesehen ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die zufällige Zuordnung von Spiegelflächen (7) und Zeilen auf der Fläche (11) eine im Strahlen­ gang angeordnete, steuerbare Ablenk-Vorrichtung (18) zur entsprechenden Ablenkung der optische Strahlung (2) quer zur Zeilenrichtung vorhanden ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Ablenk-Vorrichtung (18) als schwenk- oder kippbare Linse ausgebildet ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß die steuerbare Ablenk-Vorrichtung (18) als Kipp- oder Umlenkspiegel ausgebildet ist.
13. Einrichtung nach einen der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß für die zufällige Zuordnung von Spiegelflächen (7) und Zeilen auf der Fläche (11) eine steuerbare, mechanische Stellvor­ richtung zur entsprechenden relative Verschiebung zwischen Spiegel (6) und Fläche (11) quer zur Zeilen­ richtung vorhanden ist.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (6) als Polygonspiegel ausgebildet ist.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Ablenkebene der optischen Strahlung (2) über die Fläche (11) ein Impulsgeber (16) zur Erzeugung von Zeilenstart-Impulsen vorgesehen ist, welcher mit dem Zufallsgenerator (20) verbunden ist.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, gekennzeichnet durch
  • - eine an die Ablenk-Vorrichtung (18) angeschlossene Korrektur-Stufe (27) zur Korrektur der Ablenkbeträge zwecks Kompensation der Pyramidalfehler der Spiegel­ flächen (7) des Spiegels (6),
  • - einen mit der Korrektur-Stufe (27) und dem Impuls­ geber (16) verbundenen Spiegelflächen-Zähler (28) zur Kennzeichnung der Spiegelflächen (7) des Spiegels (6) und
  • - einen im Bereich des Spiegels (6) angeordneten und an den Spiegelflächen-Zähler (28) angeschlossenen Impulsdetektor (30) zur Erzeugung eines Impulses pro Umdrehung des Spiegels (6).
17. Einrichtung zum zeilenweisen Ablenken einer durch ein Bildsignal helligkeitsmodulierten optischen Strahlung (2) über ein Aufzeichnungsmaterial (11) mittels eines rotierenden Spiegels (6) mit mindestens zwei Spiegel­ flächen (7), gekennzeichnet durch
  • - einen Zufallsgenerator (20), welcher die Zeilen, die durch die von den aufeinanderfolgenden Spiegel­ flächen (7) abgelenkte optische Strahlung (2) auf dem Aufzeichnungsmaterial (11) aufgezeichnet werden, zu­ fällig festlegt und
  • - eine Zeilenspeicher-Einrichtung (4) zur zeilenweisen Speicherung von Bildsignalen und zur Auswahl des zu der jeweils aufzuzeichnenden Zeile gehörenden Bild­ signals aus den gespeicherten Bildsignalen.
18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeilenspeicher-Einrichtung (4) aus Zeilen­ speichern (4a) zur zeilenweisen Speicherung der Bildsignale, einer steuerbaren Bilddaten- Eingabeauswahl (4b) zur Steuerung der Reihenfolge beim Einschreiben der Bildsignale und aus einer steuerbaren Bilddaten-Ausgabeauswahl (4c) zur Steuerung der Reihenfolge beim Auslesen der Bild­ signale besteht.
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