Beschreibung

Anordnung zur punkt- und zeilenweisen Aufzeich¬ nung von Bildinformationen.

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf die elektronische Reproduktionstechnik, insbesondere auf die Auf¬ zeichnung von Bildinformationen auf ein licht¬ empfindliches Aufzeichnungsmedium zur Herstellung von Druckflächen mittels eines aus einem Licht¬ leiter austretenden Strahlenbündels, welches durch eine Blende und ein Objektiv auf dem Auf¬ zeichnungsmedium abgebildet wird.

Zugrundeliegender Stand der Technik

In einem elektronischen Reproduktionsgerät wird eine Vorlage zur Gewinnung eines Bildsignals punkt- und zeilenweise optoelektronisch abge¬ tastet. Ein optisches Aufzeichnungsorgan erzeugt einen Lichtstrahl, dessen Helligkeit durch das Bildsignal gesteuert wird. Der Lichtstrahl be¬ lichtet punkt- und zeilenweise ein lichtempfind¬ liches Medium (Film) , das beispielsweise auf einer rotierenden Aufzeichnungstrommel angeordnet ist.

Ein herkömmliches Aufzeichnungsorgan besteht z. B. aus einer ortsfesten, modulierbaren Laser- Lichtquelle, deren Licht in einen optischen Licht¬ leiter (Lichtfaser; optischer Wellenleiter) ein-

gekoppelt wird, um es an den Aufzeichnungsort zu leiten. Das aus dem Lichtleiter austretende Licht leuchtet eine Blende aus, die mit Hilfe eines Objektivs als Belichtungspunkt auf das Aufzeich- nungsmedium abgebildet wird. Zur zeilenweisen Belichtung wird der Lichtleiter einschließlich Blende und Objektiv axial an der Aufzeichnungs¬ trommel entlangbewegt.

Üblicherweise findet in einem solchen optischen Aufzeichnungsorgan ein Multimode-Lichtleiter Verwendung, da es bei einem Monomode-Lichtleiter aufgrund seines sehr kleinen Kerndurchmessers äußerst schwierig ist, das von der Laser-Licht- quelle ausgehende Licht stabil in einen Monomode- Lichtleiter einzukoppeln.

Ein Multimode-Lichtleiter hat aber den Nachteil, daß die Lichtverteilung an seiner Austrittsfläche wegen der sich im Lichtleiter ausbildenden Moden ungleichförmig ist und sich zusätzlich noch bei einer mechanischen Bewegung des Lichtleiters ändert. Dadurch ist auch die Blende ungleich¬ förmig ausgeleuchtet, und der Belichtungspunkt auf dem Aufzeichnungsmedium weist eine ent¬ sprechende inhomogene Lichtverteilung auf. Infolgedessen wird auch das Aufzeichnungsmedium streifig belichtet, was die Reproduktionsqualität erheblich beeinträchtigt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß sich die Parameter wie Aus¬ trittsfläche und Austrittsapertur des Licht¬ leiters sehr schwer ohne Lichtverlust an die

verschiedenen Blendendurchmesser und an die Apertur des Objektivs anpassen lassen.

Offenbarung der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein optisches Aufzeichnungsorgan für elektronische Repro¬ duktionsgeräte anzugeben, in dem die Blende zur Erzeugung einer streifenfreien Aufzeichnung stets homogen ausgeleuchtet wird und in dem nur geringe Lichtverluste entstehen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der Austrittsfläche (2) des Licht¬ leiters (1) und der Blende (17) ein Streumedium (6) zur Aufteilung des Strahlenbündels (3, 4, 5) in Bün¬ del mit dem Streuwinkel ^' (ß) divergierender Teil¬ strahlenbündel (7, 8, 9) und zwischen dem Streu- mediü (β) und der Blende (17) eine Sammellinse (13) angeordnet ist, daß die Abstände (1,, 1 ₂ ) auf der optischen Achse (15) zwischen Austrittsfläche (2) des Lichtleiters (1) und Streumedium (6) sowie zwischen Streumedium (6) und Sammellinse (13) so bemessen sind, daß die Sammellinse (13) sämtliche Teilstrahlenbündel (7, 8, 9) in einer Ebene (16) mit einem Abstand (I2) zur Sammellinse (13) überlagert, wobei die Blende (17) in einem Über¬ lagerungsbereich (18) der Teilstrahlenbündel (7, 8, 9) um die Ebene (16) angeordnet ist ^' , und daß die Abstände (1 ₄ , 1 ₅ ) zwischen Blende (17), Objektiv (19) und Aufzeichnungsmedium (20) so be¬ messen sind, daß die Blendenöffnung durch das Ob¬ jektiv (19) mit der Brennweite f ₂ auf das Aufzeich¬ nungsmedium (20) in einem gewünschten Maßstab gebildet wird.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Abstände (1 ₂ , I3, I ) zwischen Streumedium (6), Sammel¬ linse (13) und Objektiv (19) so bemessen sind, daß das Bild (CD) des Streumediums (6) durch die Sammel- linse (13) mit der Brennweite f-, in das Objektiv

(19) abgebildet wird. Bevorzugt wird die Blende (17) in der Ebene (16) angeordnet.

In vorteilhafter Weise entspricht die Größe des Überlagerungsbildes (AB) der Teilstrahlenbündel (7, 8, 9) der Öffnung der Blende (17). Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, daß zwischen der Austrittsfläche (2) des Lichtleiters (1) und der Blende (17) ein Streumedium (6) zur Aufteilun des Strahlenbündels (3, 4, 5) in Bündel mit dem Streuwinkel (ß) divergierender Teilstrahlenbündel (7, 8, 9) und zwischen dem Streumediu (6) und der Blende (17) eine erste Sammellinse (13) und eine zweite Sammellinse (23) angeordnet sind, daß die Abstände (lg, 1--,) auf der optischen Achse (15) zwischen Austrittsfläche (2) des Licht¬ leiters (1) und Streumedium (6) sowie zwischen Streumedium (6) und erster Sammellinse (13) so be¬ messen sind, daß die erste Sammellinse (13) sämtliche Teilstrahlenbündel (7, 8, 9) als erstes Überlagerungsbild (AB) in einer ersten Ebene (16) mit einem Abstand (lg) zur ersten Sammellinse (13) zwischenabbildet, daß die Abstände (l _g , 1 ₁₀ ) zwischen der ersten Ebene (16) und der zweiten Sammellinse (23) mit der Brennweite f ₃ so bemessen sind, daß die zweite Sammellinse (23) das erste

Überlagerungsbild (AB) als zweites Überlagerungs¬ bild (A'B ¹ ) mit einem ersten Maßstab in eine

zweite Ebene (24) mit einem Abstand ( ,) zur zweiten Sammellinse (23) abbildet, wobei die Blende (17) in einem Bereich um die zweite Ebene (24) angeordnet ist, und daß die Abstände (1 ₁₂ , 1 ₁₃ ) zwischen Blende (17), Objektiv (19) und Aufzeichnungsmedium (20) so bemessen sind, daß die Blendenöffnung durch das Objektiv (19) mit der Brennweite f ₂ auf das Aufzeichnungsmedium (20) mit einem zweiten Maßstab abgebildet wird.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß das Bild (CD) des Streumediums (6) durch die erste Sammellinse

(13) in eine dritte Ebene (22) , zwischenab¬ gebildet wird und daß die Abstände ( -I _Q / - ^" -11' - ^" -l _? ^" ' zwischen dritter Ebene (22), zweiter Sammellinse

(23) und Objektiv (19) so bemessen sind, daß das Zwischenbild (CD') des Streumediums (6) in das Objektiv (19) abgebildet wird.

Vorzugsweise wird die Blende (17) in der Ebene (24) angeordnet.

Eine Verbesserung besteht darin, d ^~ aß der erste Maßstab so gewählt ist, daß die Größe des zweiten Überlagerungsbildes (A'B ¹ ) der Blendenöffnung entspricht.

Eine andere Weiterbildung sieht vor, daß zwischen der Austrittsflache (2) des Licht¬ leiters (1) und der Blende (17) ein Streu- edium (6) zur Aufteilung des Strahlenbündels (3, 4, 5) in Bündel mit dem Streuwinkel (ß) divergierender Teilstrahlenbündel (7, 8, 9) und zwischen dem Streumedium (6) und der

Blende (17) eine erste Sammellinse (13) und eine zweite Sammellinse (23) angeordnet sind, daß die Abstände ⁽ I-1 I15' ^-±s - ^au ^ ^ ^er optischen Achse (15) zwischen Austrittsfläche (2) des Lichtleiters (1) und Streumedium (6) sowie zwischen Streumedium (6) und erster Sammellinse (13) so bemessen sind, daß die erste Sammellinse (13) sämtliche Teilstrahlen¬ bündel (7, 8, 9) in eine erste Ebene (16) als Überlagerungsbild (AB) und das Bild (CD) des

Streumediums (6) als erstes Zwischenbild (CD ¹ ) in eine Ebene (27) zwischenabbildet, daß die

Abstände ⁽ I17, -Li _f t' •'-20- ^{' so} * ^Demessen sind, daß durch die zweite Sammellinse (23) in einer ersten Ebene (28) ein Bild (E'F ¹ ) der Pupille

(EF) der ersten Sammellinse (13) und im Objektiv

(19) das erste Zwischenbild (CD') als zweites Zwischenbild (C'D'') abgebildet wird, wobei die Blende (17) in einem Bereich um die Ebene (28) angeordnet ist, und daß die Abstände (Ini*- ^- 2^ zwischen der Ebene (28) , dem Objektiv (19) und dem Aufzeichnungsmedium (20) so bemessen sind, daß die Blendenöffnung auf das Aufzeichnungsmedium

(20) abgebildet wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im folgenden anhand der

Figuren 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines optischen

Aufzeichnungsorganes im Schnittbild;

Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen Aufzeichnungsorganes;

Figur 3a eine erste Einstellungsvariante;

Figur 3b eine zweite Einstellungsvariante;

Figur 4 ein anderes Ausführungsbeispiel für ein optisches Aufzeichnungsorgan.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Figur 1 zeigt ein Schnittbild durch ein optisches Aufzeichnungsorgan. Das von einer nicht darge¬ stellten ortsfesten Laser-Lichtquelle ausgehende Licht wird in einen Lichtleiter 1 eingekoppelt. Der Lichtleiter 1 ist vom Multimode-Type und als Stufenindexfaser oder als Gradientenfaser ausgebildet. Der Lichtleiter 1 kann eine

Einzelfaser oder ein Faserbündel sein. Derartige Lichtleiter sind dem Fachmann bekannt und z. B. in dem Buch von H.-G. Unger "Optische Nachrich¬ tentechnik", 1976, Elitera-Verlag, Berlin 33' beschrieben.

Aufgrund der sich innerhalb des Lichtleiters 1 ausbildenden Moden ist die Lichtverteilung in der Austrittsflache 2 des Lichtleiters 1 ungleich¬ förmig. Diese ungleichförmige Lichtverteilung kann man sich so vorstellen, daß die unter verschie¬ denen Winkeln innerhalb der Austrittsapertur des Lichtleiters 1 austretenden Lichtstrahlen unter¬ schiedliche Intensität und Polarisation auf¬ weisen. Von den Lichtstrahlen sind in Figur 1 nur der Mittelpunktstrahl 3 und die Randstrahlen 4 und 5 dargestellt. Diese ungleichförmige Licht¬ verteilung würde bei herkömmlichen Aufzeichnungs- organen zu einer unbefriedigenden Blendenausleuch- tung führen.

Zur Verbesserung der Blendenausleuchtung ist ein streuendes Medium 6 mit einem Streuwinkel ß, bei¬ spielsweise eine Streuscheibe, in einem Abstand 1, von der Austrittsfläche 2 angeordnet. Die Streuscheibe 6 fächert die Moden, dargestellt durch die Strahlen 3, 4 und 5 in Strahlenbündel 7, 8 und 9 auf, die mit dem Streuwinkel ß diver¬ gieren. Die Mittelpunktstrahlen 10, 11 und 12 der. Strahlenbündel 7, 8 und 9 werden durch eine erste Linse 13 mit der Brennweite f-, in einem Punkt 14 auf der optischen Achse 15 überlagert. Die erste Linse 13 hat den Abstand 1-, + 1 von der Aus¬ trittsfläche 2 und der Punkt 14 einen Abstand 1 ₃ von der ersten Linse 13. Die Randstrahlen der von der ersten Linse 13 ausgehenden und mit dem Winkel ß konvergierenden Strahlenbündel 7' , 8' und 9' schneiden sich in den Punkten A und B, die in einer durch den Punkt 14 und senkrecht zur optischen Achse 15 verlaufenden Ebene 16 liegen. In dieser Ebene 16 überlagern sich sämtliche Strahlenbündel zu einem Überlagerungsbild AB.

Eine Blende 17 ist in einem Bereich 18, der sich links und rechts der Ebene 16 erstreckt, vorzugs- weise aber in dem Ort des Überlagerungsbildes AB in der Ebene 16 angeordnet. Stimmt der Durchmesser des Überlagerungsbildes AB mit der Öffnung der Blende 17 überein, ist der Streuwinkel ß optimal an den Aperturwinkel ß' der Blende 17 angepaßt, so daß an der Blende 17 kein Lichtverlust auftritt. Jedes von der ersten Linse 13 ausgehende, kon¬ vergierende Strahlenbündel 7' , 8' und 9' leuchtet für sich allein die Blendenöffnung voll aus,

o ^ι :

wodurch die unterschiedlichen Intensitäten der Moden bzw. der Strahlenbündel und die Intensitäts- schwankungen aufgrund einer mechanischen Bewegung des Lichtleiters 1 in vorteilhafter Weise kompen¬ siert werden. Die Folge ist eine gleichförmige Lichtverteilung innerhalb der Blendenöffnung.

Das Überlagerungsbild AB wird mit Hilfe einer zweiten Linse 19 als Objektiv mit der Brennweite f ₂ nach der Beziehung:

1 1 1 auf ein lichtempfindliches Aufzeichnungsmedium 20 als Belichtungsbild A'B ¹ abgebildet. Das Belich¬ tungsbild A'B ¹ hat jetzt ebenfalls eine homogene Lichtverteilung, so daß in vorteilhafter Weise eine streifenfreie Au zeichnung erfolgt.

Die Größen 1^, lc und f ₂ bestimmten den Abbildungs¬ maßstab. Mit Hilfe eines Zoom-Objektivs kann die Größe des Belichtungsbildes (Belichtungspunkt) an die gewünschte AufZeichnungsfeinheit angepaßt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung wird die auf der Streuscheibe 6 aufgefangene Intensitätsverteilung der Moden (Streubild CD) nach der Beziehung:

1 1 1 1 3 4 2

in die nutzbare Pupille CD' der zweiten Linse 19 abgebildet, so daß das gesamte von der Öffnung der Blende 17 ausgehende Licht ohne Lichtverlust durch das Objektiv 19 gelangt.

In der Praxis werden häufig optische Anordnungen mit unterschiedlich großen Blendenöffnungen ver¬ wendet. Zur Vermeidung von Lichtverlusten müßte der Streuwinkel ß der Streuscheibe 6 jeweils dem Aperturwinkel ß ¹ der Blende 17 optimal angepaßt werden. In der Anordnung nach Figur 1 kann die Anpassung beispielsweise in engen Grenzen durch Ändern des Abstandes 1-, der Streuscheibe 6 von der Austrittsfläche 2 des Lichtleiters 1 oder durch Einschwenken einer Streuscheibe mit einem geänderten Streuwinkel ß erfolgen.

Figur 2 zeigt ein bevorzugtes weiteres Ausführungs¬ beispiel für ein optisches -Aufzeichnungsorgan, bei dem die verschiedenen Parameter, wie Blenden¬ öffnung, Durchmesser und Austrittsapertur des Lichtleiters sowie Normbrennweiten der verwendeten Linsen mit Hilfe von Zwischenabbildungen anein¬ ander angepaßt werden.

Die von der ersten Linse 13 ausgehenden Strahlen¬ bündel 7', 8' und 9' erzeugen wiederum in der Ebene 16 das Überlagerungsbild AB und in einer parallelen Ebene 22 das 3ild der Streuscheibe D'C als Zwischenabbildungen.

Gegenüber Figur 1 ist zwischen erster Linse 13 und zweiter Linse 19 eine dritte Linse 23

mit der Brennweite f ₃ angeordnet. Die dritte Linse 23 bildet das Überlagerungsbild AB in eine Ebene 24 (B'A') und das Bild der Streuschei¬ be D'C in eine Ebene 25 (C'D'') ab. In der Ebene 24 ist die Blende 17 und in der Ebene 25 die zweite Linse 19 als Objektiv angeordnet.

Der Abbildungsmaßstab für das Überlagerungsbild B'A' kann gemäß der Gleichung:

. 1 + 1 1 ^{{ 3 ) f} 3 V ¹ 10 ¹ 1 1 durch die Abstände lg, 1 _1Q und 1- sowie durch

Einschwenken von Linsen unterschiedlicher Brennweiten geändert werden. Dadurch läßt sich die Größe des

Überlagerungsbildes B'A' mit der Blendenöffnung der gerade zu verwendenden Blende 17 in Übereinstimmung bringen, so daß sämtliche Strahlenbündel ohne Licht¬ verlust durch die Blendenöffnung hindurchtreten und der Streuwinkel ß optimal an den jeweiligen Apertur¬ winkel ß' der Blenden angepaßt ist.

Stimmt weiterhin die Größe des Streubildes C 'D* ' mit der nutzbaren Pupille des Objektivs 19 überein, ist die Intensität des Lichtbündels vor und hinter dem Objektiv gleich groß, was sich mit Vorteil bei einer Regelung des auf das Aufzeichnungsmedium fallenden Lichtes ausnutzen läßt. In diesem Falle kann nämlich die Istwert-Erfassung vor dem Objektiv 19 erfolgen, da der geringe Abstand zwischen Objektiv und Aufzeichnungsmedium oft nicht das Anbringen eines Sensors zuläßt.

Bei vorgegebenem Abstand L = lg + 1-,« + 1-,-, zwischen den Ebenen 16 und 24 und vorgegebener Brennweite f ₃ für die Linse 23 kann durch Verschiebung der Linse 23 in Richtung der optischen Achse 15 ein Abbildungsmaßstab von "2" und "0,5" eingestellt werden, so daß, wie in den Figuren 3 a und 3 b gezeigt, zwei Blenden 17 mit entsprechendem Durchmesserverhältnis voll ausgeleuchtet werden können.

In Figur 3 a ist die Linse 23 in einem Abstand 3f-*./2 von der Ebene 16 angeordnet, und es wird eine gegenüber dem Überlagerungsbild AB um den Faktor "2" vergrößerte Öffnung der Blende 17 aus- geleuchtet. In Figur 3 b befindet sich die Linse 23 in einem Abstand 3f ₃ von der Ebene 16, und es wird eine gegenüber dem Überlagerungsbild AB um den Faktor "0,5" verkleinerte Blendenöffnung voll ausgeleuchtet.

Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein optisches Aufzeichnungsorgan.

Mit Hilfe der ersten Linse 13 (Brennweite f-,) wird in einer Ebene 27 ein erstes Zwischenbild

D'C des Bildes CD der Streuscheibe (6) nach der Beziehung:

1 1 1

= _{+ (4)} 1 15 16

erzeugt.- Die dritte Linse 23 (Brennweite f.,) bildet die Pupille EF der Linse 13 in eine Ebene

28 als Zwischenbild F'Ξ' nach der Beziehung;

1 1 1

— = + (5) ^f 3 ¹ 17 ¹ 18

ab. In der Ebene 28 wird die Blende 17 angeordnet. Der Abbildungsmaßstab für das Pupillenbild EF wird so gewählt, daß das Zwischenbild F'E' wiederum die Öffnung der Blende 17 voll aus¬ leuchtet.

Gleichzeitig bildet die Linse 23 (Brennweite f ₃ ) das Zwischenbild CD' der Streuscheibe 6 in der Pupille der Linse 19 (Objektiv) nach der Gleichung:

(β)

19 20

ab,

Die Linse 19 bildet nach der Gleichung: 1 1 . 1 (7)

21 22 die Öffnung E'F' der Blende 17 als Blendenbild E"P" auf dem Aufzeichnungsmedium 20 ab.

Gewerbliche Verwertbarkeit

Die Erfindung wird mit Vorteil auf dem gesamten Gebiet der Reproduktionstechnik bei Abtastung und Aufzeichnung mittels einer Lichtüber-

tragung durch Lichtleiter angewendet. Die Er¬ findung kann aber auch überall dort benutzt werden, wo es bei einer Lichtleiter-Übertragung auf eine homogene Ausleuchtung ankommt.