DE4035368A1

DE4035368A1 - OPTICAL SCANNER AND EXPOSER WITH SPACE FILTER APERTURES

Info

Publication number: DE4035368A1
Application number: DE19904035368
Authority: DE
Inventors: Robert Prof Dr Ing Massen
Original assignee: Individual
Current assignee: MASSEN, ROBERT, PROF. DR.-ING., 7763 OEHNINGEN, DE
Priority date: 1990-11-07
Filing date: 1990-11-07
Publication date: 1992-05-14
Also published as: WO1992009002A1

Abstract

A scanning system adapted to produce enhanced resolution in an optical scanning device includes means (21, 24) to generate a composite light spot by the superposition of a plurality of light (21, 22) spots of differing size and frequency, means (26) to direct the composite light spot towards a corresponding plurality of frequency selective photoreceivers (28, 29), the photoreceivers being so constructed or selected that each has a peak sensitivity response to only one of the light frequencies and signal processing means (32) to generate from a weighted (30, 31) sum of the response of said photoreceivers a response which corresponds to the scanning with a two-dimensional transfer function of predetermined shape.

Description

Optische Abtaster, welche eine Vorlage in einer vorgegebenen, vorwie gend zeilenförmigen Richtung punktförmig abtasten werden in zahl reichen industriellen und kommerziellen Anwendungen eingesetzt:Optical scanner, which a template in a predetermined, as The number of line-shaped directions can be scanned in points rich industrial and commercial applications:

1. For the optical inspection of surfaces in steel, glass, The textile, wood, paper, foil and film industries become the i.a. very fast moving surfaces in a line with a laser scanner scanned. The light scattered back from the surface is using light converters such as photomultipliers, photodiodes converted into an electrical video signal from their temporal ver can be concluded on the quality of the surface. Miss places such as scratches, holes, cracks, etc. manifest themselves Fluctuations in intensity of the video signal and are in the Rule detected with the help of threshold monitoring.
2. Some scanners scan a surface by the sensitive area of a light converter with the help of a rotating Polygon mirror of a galvanometer scanner or the like Device is mapped onto the surface in a line. The Be In this arrangement, lighting is provided by an external light source.
3. For laser imagesetters and printers, fo is also as fine as possible kissed, usually binary-scanned, light spot in a line over the surface to be exposed (photosensitive film, photosen sitive semiconductor layer, etc.) led around the point desired image built up.

Allen diesen Abtastern und Belichtern ist gemeinsam, daß zur Erzielung einer möglichst hohen Auflösung ein möglichst fein fokussierter Licht fleck erzeugt werden muß. Je feiner z. B. der auf eine zu inspizierende Oberfläche projizierte Lichtfleck, desto feinere Fehler können detektiert werden. Je geringer der Durchmesser des Laserspots eines Laserbelich ters, desto hochauflösendere Vorlagen können erstellt werden. Die Erzeu gung solcher feiner Lichtflecke ist durch physikalisch-optische Gesetze begrenzt. Der Aufwand an optischen Elementen wie Aufweitungsoptiken, Raumfilter, die Forderungen an die Kohärenz, Frequenz- und Modenstabilität des Lasers steigen überproportional mit der Verringe rung des Lichtfleckdurchmessers.All these scanners and imagesetters have in common that to achieve the highest possible resolution, the most finely focused light possible stain must be generated. The finer z. B. the one to be inspected Surface projected light spot, the finer errors can be detected will. The smaller the diameter of the laser spot of a laser exposure ters, the higher-resolution templates can be created. The ore Such fine light spots are protected by physical-optical laws limited. The expenditure on optical elements such as expansion optics, Spatial filter, the requirements for coherence, frequency and The mode stability of the laser increases disproportionately with the reduction tion of the light spot diameter.

Die erzeugbaren Lichtflecke haben in der Regeln ein symmetrisches oder unsymmetrisches 2-dimensionales Gauß′sche Intensitätsprofil. Das am Lichtwandler empfangene optische Signal entsteht aus der Faltung die ses Profils mit den Strukturen auf der abgetasteten Oberfläche. Je breiter dieses Strahlprofil, desto größer sind offensichtlich die Verschmierung von steilen Hell/Dunkel-Kanten und desto schlechter der Kontrast von eng benachbarten kleinen Strukturen. The light spots that can be generated generally have a symmetrical or asymmetrical 2-dimensional Gaussian intensity profile. The most Optical converter received optical signal arises from the convolution profile with the structures on the scanned surface. The wider this beam profile, the bigger the smear is obviously of steep light / dark edges and the poorer the contrast of closely adjacent small structures.

Eine Verbesserung der Auflösung und des Kontrastes kann durch eine Bearbeitung des Videosignals mit aus der Bildverarbeitung bekannten 2 -dimensionalen elektronischen Signalverarbeitungsverfahren wie z. B. mit 2-dimensionalen Hochpaßfiltern erreicht werden. Solche Verfahren lassen sich insbesondere bei üblichen Laserscanner nur sehr schlecht einsetzen. Laserscanner liefern infolge der entlang einer Zeile sehr ungleichmäßigen Abtastgeschwindigkeit und des durch die Pyramidal fehler der Polygonspiegel hervorgerufenen Zeilenflatterns nur geome trisch stark verzerrte und instabile Bilder. Die Anwendung von elektronischen, insbesondere in Echtzeit im Datenstrom des digitalisier ten Lichtwandler-Videosignals arbeitenden 2-dimensionalen Filter- und Faltungsprozessoren setzen ein geometrisch treue Abbildung des abgeta steten Bildes in das entsprechende Videosignal voraus. Die Anwendung solcher 2-dimensionaler Filter ist daher trotz ihrer bekannten Vorteile bei der Kontrastverbesserung und Kantenanhebung bei zahlreichen Lichtabtaster nicht möglich.An improvement in the resolution and the contrast can be achieved with a Processing of the video signal with known from image processing 2-dimensional electronic signal processing methods such. B. can be achieved with 2-dimensional high-pass filters. Such procedures can be very difficult, especially with conventional laser scanners deploy. Laser scanners deliver very much as a result of being along a line uneven scanning speed and that of the pyramidal error of the polygon mirror caused line fluttering only geome highly distorted and unstable images. The application of electronic, especially in real time in the data stream of the digitized th light converter video signal working 2-dimensional filter and Convolution processors use a geometrically faithful representation of the abgeta continuous image in the corresponding video signal. The application Such 2-dimensional filter is therefore despite their known advantages contrast enhancement and edge enhancement in numerous Light scanner not possible.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren, um bei punktförmig arbeitenden Abtaster und Belichter trotz eines großen Lichtflecks und/oder stark verzerrter Bildabtastung eine hohe Auflösung und Kontrast zu erreichen, welche vergleichbar sind mit den Ergebnis sen, welche mit mit wesentlich kleineren, Lichtfleck und/oder mit einer nachgeschalteten elektronischen 2-dimensionalen Signalverbesserung erreicht würden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der abtastende Lichtfleck durch Überlagerung von mindestens zwei unter schiedlich breiten, unterschiedlich frequenten und ggfs. auch unter schiedlich zentrierten Lichtflecken auf der abzutastenden Oberfläche ge bildet wird, daß das reflektierte Licht von einer gleichen Anzahl von fre quenzselektiven Lichtwandlern mit jeweils auf die Frequenz der Licht quellen abgestimmten Empfindlichkeitsextrema gesammelt wird und daß durch eine gewichtete, vorwiegend bipolare Summierung der elektrischen Signale dieser Lichtwandler ein Videosignal erzeugt wird, dessen System eigenschaften demjenigen eines Abtasters mit einer vorgegebenen 2- dimensionalen, vorzugsweise bipolaren Aperturfunktion mit einer entsprechenden Raumfrequenz-Übertragungsfunktion mit ebenfalls vorzugsweise Hochpaß-Charakter entspricht.The present invention relates to an arrangement and a method for in the case of punctiform scanners and imagesetters despite a large one Light spots and / or strongly distorted image scanning a high resolution and contrast, which are comparable to the result sen, which with with much smaller, light spot and / or with a downstream electronic 2-dimensional signal improvement would be achieved. This is achieved in that the scanning light spot by overlaying at least two under of different widths, different frequencies and possibly also under differently centered light spots on the surface to be scanned is that the reflected light of an equal number of fre frequency-selective light converters, each with the frequency of the light well-adjusted sensitivity extrema is collected and that through a weighted, predominantly bipolar summation of the electrical Signals this light converter generates a video signal whose system properties of that of a scanner with a predetermined 2- dimensional, preferably bipolar aperture function with a corresponding spatial frequency transmission function with also preferably corresponds to high-pass character.

Das Verfahren sei beispielhaft aber nicht einschränkend an zwei Anwen dungen, der Oberflächeninspektion mit Laserscanner und dem Laser- Belichter und -Drucken beschrieben. Hierbei werden folgende Abbildun gen angesprochen:The method is exemplary but not restrictive for two users applications, surface inspection with a laser scanner and laser Imagesetters and printing described. The following images are shown here addressed:

Fig. 1 zeigt die Abtastung von schwarz/weiß Vorlagen mit einem Laser mit jeweils ideal kleinem und real ausgedehntem Lichtfleck und die dabei gewonnenen Videosignale, FIG. 1 shows the scanning of black / white originals with a laser, each ideal small and real extensive light spot and the video signals obtained thereby,

Fig. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Lichtfleck- Intensitäts-Profil, der System-Impulsantwort bzw. Apertur funktion und der Raumfrequenz-Übertragungsfunktion, Fig. 2 shows the relationship between the light spot intensity profile, the system impulse response or aperture function and the spatial frequency transfer function,

Fig. 3 zeigt eine typische zur Verbesserung des Kontrastes von hochfrequenten Strukturen erforderliche bipolare 2-dimen sionale Aperturfunktion mit der entsprechenden Raumfre quenz-Übertragungsfunktion mit Hochpaß-Charakter, Fig. 3 shows a typical required to improve the contrast of high-frequency bipolar structures dimen 2-dimensional aperture function with the corresponding Raumfre-frequency transfer function with a high-pass character,

Fig. 4 zeigt die Erzeugung einer solchen bipolaren Aperturfunktion durch Überlagerung von zwei unterschiedlich breiten und unterschiedlich frequenten Lichtflecken sowie einer gewichte ten Summierung der elektrischen Signale von zwei frequenz selektiven Lichtwandlern, welche das von der abgetasteten Oberfläche zurückgstreute Licht sammeln und in elektrische Signale wandeln. Fig. 4 shows the generation of such a bipolar aperture function by superimposing two differently wide and differently frequency light spots and a weighted summation of the electrical signals from two frequency-selective light converters, which collect the light scattered back from the scanned surface and convert it into electrical signals.

Fig. 5 zeigt die Übertragung des Erfindungsgedanken auf die Belich tung von Druckvorlagen, wobei hier ebenfalls zwei unter schiedlich breite und unterschiedliche frequente Lichtflecke auf der zu belichtenden Vorlage überlagert werden und das lichtempfindliche Material aus einer feinkörnigen Mischung von zwei frequenzselektiven Materialien mit gegenläufigen Graduationskennlinien bestehen. Fig. 5 shows the transfer of the inventive concept to the exposure device of printing originals, here too two differently different and different frequency light spots are superimposed on the exposure to be exposed and the light-sensitive material consists of a fine-grained mixture of two frequency-selective materials with opposing graduation characteristics.

Fig. 6 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Realisierung des Verfah rens nach Fig. 4. Fig. 6 shows a circuit arrangement for the realization of the procedure according to Fig. 4.

Am Beispiel eines Laserscanners zur Oberflächeninspektion sei der Er findungsgedanke beispielhaft erklärt. Die zu prüfende glatte Oberfläche zeige dunkle Kratzer und Fehlstellen, welche erkannt werden müssen.Using the example of a laser scanner for surface inspection, the Er idea of the invention explained by way of example. The smooth surface to be tested show dark scratches and imperfections, which must be recognized.

Wie in Fig. 1a gezeigt, wird idealerweise ein unendlich kleiner Lichtfleck zeilenförmig über die Oberfläche mit den Fehlstellen geführt. Fig. 1b zeigt das aus einer solchermaßen idealen Abtastung gewonnene Videosignal. Hierbei werden die Systemeigenschaften der Lichtwandler als ideal ange sehen. Solche unendlich scharf fokussierten Lichtflecke sind aus physi kalischen Gründen nicht erzeugbar. Ein Laserspot zeigt i.a. ein symme trisches oder unsymmetrisches Gauß-förmiges Intensitätsprofil mit einer endlichen Breite. Die breite Aperturfunktion I(x) dieses Profils ver schmiert beim Abtasten die steilen hell/dunkel Kanten der Fehlstellen im Videosignal S(t). Eng benachbarte feine Strukturen werden nur noch mit schlechtem Kontrast aufgelöst. Oft bewirkt zusätzlich die Winkel abhängigkeit des empfangenen Lichtstrahls einen unerwünschten Gradienten der Nullinie des Videosignals S(t). Damit ist die Erkennung von Fehlstellen mit festen Amplitudenschwellen problematisch. As shown in FIG. 1a, an infinitely small light spot is ideally guided in a line over the surface with the defects. FIG. 1b shows the video signal obtained from a thus ideal sampling. The system properties of the light converters are seen as ideal. Such infinitely focused light spots cannot be generated for physical reasons. A laser spot generally shows a symmetrical or asymmetrical Gaussian intensity profile with a finite width. The wide aperture function I (x) of this profile smears the steep light / dark edges of the defects in the video signal S (t) when scanning. Closely neighboring fine structures are only resolved with poor contrast. In addition, the angle dependence of the received light beam often causes an undesired gradient of the zero line of the video signal S (t). The detection of defects with fixed amplitude thresholds is therefore problematic.

Das Systemverhalten eines solchen Abtasters läßt sich mit Begriffen aus der elektrischen und optischen Systemtheorie erklären. Der Gauß′sche Verlauf des 2-dimensionalen Intensitätsprofils I(x,y) bildet die optische Aperturfunktion des Lichtflecks. Sie entspricht der 2-dimensionalen Impulsantwort (auch Stoßantwort genannt) des Systems, d. h. der Ant wort des Systems bei Anregung durch einen unendlichen schmalen Di rac-Stoß. Es ist aus der Systemtheorie bekannt, daß die Frequenzübertragungsfunktion und die Stoßantwort Fourier-Transfor mationspaare sind. Dementsprechend erhält man durch Fourier-Trans formation der 2-dimensionalen Aperturfunktion I(x,y) die ebenfalls 2-di mensionale Raumfrequenz-Übertragungsfunktion H(u,v) des optischen Systems "realer Lichtfleck". Hierbei sind die Begriffe "Raumfrequenz" und "Ortsfrequenz" synonym und bezeichnen die aus der Optik bekannte De finition der Frequenz als Anzahl der (sinusförmigen) hell/dunkel Wechsel pro Längeneinheit (Einheit z. B. Linienpaare/mm).The system behavior of such a scanner can be expressed in terms explain the electrical and optical system theory. The Gaussian The course of the 2-dimensional intensity profile I (x, y) forms the optical one Aperture function of the light spot. It corresponds to the 2-dimensional Impulse response (also called impact response) of the system, d. H. the ant word of the system when excited by an infinite narrow di rac shock. It is known from systems theory that the Frequency transfer function and the Fourier-Transfor impulse response mation pairs are. Accordingly, one obtains by Fourier trans formation of the 2-dimensional aperture function I (x, y) which is also 2-di dimensional spatial frequency transfer function H (u, v) of the optical Systems "real light spot". The terms "spatial frequency" and "Spatial frequency" synonymous and designate the De known from optics Definition of the frequency as the number of (sinusoidal) light / dark changes per length unit (unit e.g. line pairs / mm).

Die Fourier-Transformation einer Gaußfunktion ist wiederum eine Gaußfunktion. Die Raumfrequenz-Übertragungsfunktion eines Licht flecks ist daher zwangläufig eine Tiefpaßfunktion; die Auflösungsgrenze wird bestimmt durch die Grenzfrequenzen {ug, vg} bei welchen der Betrag von H(ug, vg) noch einen akzeptablen Wert aufzeigt. Übliche Definitionen für diese Grenzfrequenzen sind die -3 dB Werte von H(u,v). Da die Lichtintensität I(x,y) eine ausschließlich positive Größe darstellt, ist es damit auch nur möglich, Raumfrequenz-Übertragungsfunktionen mit Tiefpaß-Charakter zu erzeugen. Die einzige Möglichkeit, eine bessere Auflösung und einen besseren Kontrast für Kanten und kleine Struktu ren zu erreichen ist die Vergrößerung der Eckfrequenzen {ug, vg} durch Verringerung der Lichtfleckbreite {x0, y0}. Dies bedeutet immer einen erheblichen technischen Aufwand durch aufwendige Aufweitungs- und Fokussieroptiken, strenge Bedingungen an die Kohärenz der eingesetzten Laser usw.The Fourier transform of a Gaussian function is again one Gaussian function. The spatial frequency transfer function of a light flecks is therefore inevitably a low-pass function; the resolution limit is determined by the limit frequencies {ug, vg} at which the amount of H (ug, vg) still shows an acceptable value. Usual definitions for these cutoff frequencies the -3 dB values are H (u, v). Since the Light intensity I (x, y) represents an exclusively positive quantity, it is thus also only possible using spatial frequency transmission functions Generate low-pass character. The only way to get a better one Resolution and better contrast for edges and small structure ren can be achieved by increasing the corner frequencies {ug, vg} Reduction of the light spot width {x0, y0}. This always means one considerable technical effort through complex expansion and Focusing optics, strict conditions for the coherence of the used Laser etc.

Eine bessere Auflösung kann aber auch durch eine nachträgliche Hochpaßfilterung der gewonnenen Videosignale erreicht werden. Fig. 3 zeigt ein aus der digitalen Bildverarbeitung bekannte 2-dimensionale Hochpaßfilter zur Kantendetektion und Kantenanhebung. Der bipolare Verlauf der Impulsantwort h(x,y) hat die Form eines mexikanischen Hutes; unter diesem Begriff ("mexican hat") wird dieses Filter oft aufgeführt. Durch Fourier-Transformation enthält man die entsprechen de Raumfrequenz-Übertragungsfunktion H(u,v), welche Hochpaß charakter, d. h. eine selektive Anhebung der hohen Raumfrequenzen auf zeigt. Es ist bekannt, solche Videosignalverbesserungen an den digitali sierten und gespeicherten Bilddaten per software oder hardware-mäßig mit speziellen Faltungsprozessor-Bausteinen am digitalisierten Datenfluß durchzuführen. Mit solchen digitalen Filter lassen sich beliebige, also auch bipolare Impulsfunktionen erzeugen. A better resolution can also be achieved by a subsequent high-pass filtering of the video signals obtained. Fig. 3 shows a digital image processing from the known 2-dimensional high-pass filter for edge detection and edge enhancement. The bipolar course of the impulse response h (x, y) has the shape of a Mexican hat; this filter is often listed under this term ("mexican hat"). By Fourier transformation one contains the corresponding de spatial frequency transfer function H (u, v), which characterizes high-pass filter, ie a selective increase of the high spatial frequencies. It is known to carry out such video signal improvements to the digitized and stored image data by software or hardware using special convolution processor modules on the digitized data flow. Such digital filters can be used to generate any, including bipolar, pulse functions.

Die Anwendung solcher digitaler Filter setzt ein geometrisch genau ab getastetes Bild voraus, da sonst die zugrunde liegenden Nachbarschafts beziehungen nicht erfüllt sind. Dies ist bei zahlreichen Laserscanner in folge der nicht-konstanten Abtastgeschwindigkeit entlang einer Zeile und infolge des nicht konstanten Zeilenabstandes entlang der Vorschubrich tung durch Spiegelrad-Fehler (sog. "Pyramidal-Fehler") nicht oder nur mit erheblichem Aufwand zu erreichen.The use of such digital filters is geometrically precise keyed image ahead, otherwise the underlying neighborhood relationships are not fulfilled. This is the case with numerous laser scanners follow the non-constant scan speed along a line and due to the non-constant line spacing along the feed direction by mirror wheel errors (so-called "pyramidal errors") not or only to achieve with considerable effort.

Erfindungsgemäß wird die Erzeugung von solchen gewünschten bipolaren Systemimpulsantworten mit Hochpaß-Charakter durch Überlagerung mehrerer Lichtflecke mit jeweils unipolarer Systemimpulsantwort und bipolar gewichteter Summierung der getrennt und frequenzselektiv empfangenen und gewandelten rückgestreuten Lichtsignale erreicht.According to the invention, the generation of such is desired bipolar system impulse responses with high pass character Overlaying several light spots, each with a unipolar one System impulse response and bipolar weighted summation of the separated and converted and scattered backscattered Light signals reached.

Das Verfahren sei anhand von Fig. 4 näher erläutert. Fig. 4a zeigt die Überlagerung von zwei symmetrischen und näherungsweise Gauß förmigen Lichtflecken mit den beiden unterschiedlichen Radien x1 und x2 und den unterschiedlichen Frequenzen (Farben) f1 und f2. Fig. 4b zeigt, daß eine gewichtete Subtraktion bzw. eine gewichtete Addition mit bipolaren Gewichten der beiden Profile I1(x, y) und I2(x, y) ein resultieren des Intensitätsprofil I13(x, y) mit dem gewünschten bipolaren Verlauf des "mexikanischen Hutes" ergibt. Lichtintensitäten lassen sich als rein posi tiv definierte Größen optisch nicht subtrahieren. Erfindungsgemäß er folgt die Subtraktion daher nicht optisch, sondern elektronisch. Hierzu werden statt eines, das von der abgetasteten Oberfläche rückgestreute Licht sammelnden Lichtwandlers nunmehr zwei Lichtwandler mit fre quenzselektiven Verhalten eingesetzt. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß vor zwei Photomultiplier jeweils ein optisches Bandpaßfilter mit einer auf die Frequenz des jeweiligen Lichtes abgestimmten Bandmit tenfrequenz angebracht wird. Die elektrischen Signale dieser beiden Lichtwandler werden mit jeweils einem Gewicht w1 und w2 multipliziert und summiert. Wenn eines der beiden Gewichte negativ ist, erhält man die gewünschte Subtraktion der beiden Impulsantworten und damit eine Systemantwort mit Hochpaßcharakter.The method is explained in more detail with reference to FIG. 4. FIG. 4a shows the superposition of two symmetric and approximately Gaussian shaped light spots of the two different radii of x 1 and x 2 and the different frequencies (colors) f 1 and f 2. Fig. 4b shows that a weighted subtraction or a weighted addition with bipolar weights of the two profiles I 1 (x, y) and I 2 (x, y) result in the intensity profile I 13 (x, y) with the desired bipolar The course of the "Mexican hat" results. Light intensities cannot be subtracted optically as purely defined variables. According to the invention, it does not follow the subtraction optically, but electronically. For this purpose, instead of one that collects the light transducer backscattered from the scanned surface, two light transducers with frequency-selective behavior are now used. This can e.g. B. can be achieved in that in front of two photomultipliers an optical bandpass filter with a frequency matched to the frequency of the respective light Bandmit is attached. The electrical signals of these two light converters are multiplied by a weight w 1 and w 2 and summed. If one of the two weights is negative, you get the desired subtraction of the two impulse responses and thus a system response with a high pass character.

Durch unterschiedliche Wahl der Radien der überlagerten Lichtflecke, der Zentrierung der Schwerpunkte der Intensitätsprofile und der Gewich te bei der elektronischen Summenbildung lassen sich eine Vielzahl nützlicher isotroper und anisotroper Systemaperturen und 2-dimensio naler Raumfrequenz-Übertragungsfunktionen mit Hochpaß-Charakter erzielen. Die Anzahl der überlagerten Lichtflecke kann größer als zwei sein, um eine größere Freiheit bei der Annäherung der gewünschten bi polaren Systemfunktion zu erreichen. Through different choice of the radii of the superimposed light spots, centering the focus of the intensity profiles and the weight A large number of electronic totals can be created useful isotropic and anisotropic system apertures and 2-dimensional nal spatial frequency transmission functions with high-pass character achieve. The number of overlaid light spots can be greater than two be to have greater freedom in approaching the desired bi to achieve polar system function.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erreichte 2-dimensionale Fil terwirkung ist weitgehend unabhängig von den geometrischen Fehlern des Abtasters, da die Bewertung der Nachbarschaft rein optisch auf grund der Ausdehnung der bei der Abtastung verwendeten Lichtflecke ge schieht und nicht durch Abspeicherung orts-getreu digitalisierter Signal werte.The 2-dimensional fil achieved by the method according to the invention Interaction is largely independent of the geometric errors of the scanner because the assessment of the neighborhood is purely optical due to the expansion of the light spots used in the scanning ge and not by storing a digitized signal true to location values.

Werden die Lichtfleckbreiten und Radien so gewählt, daß die positiven Flächenanteile und die negativen Flächenanteile der Systemapertur gleich sind, so wirkt die Abtastung als reines 2-dimensionales Hochpaßfilter und besitigt auch die unerwünschten Gradienten der Vi deosignal-Nullinie. Werden die Schwerpunkte der Lichtflecke z. B. in Zeilenrichtung verschoben, so erhält man eine nur in Zeilenrichtung wirksame Hochpaßfilterung und damit eine Betonung vertikaler Fehler. Insgesamt lassen sich daher durch das erfindungsgemäße Verfahren eine große Vielfalt 2-dimensionaler bipolarer isotroper und anisotroper Systemaperturen einstellen.Are the light spot widths and radii chosen so that the positive Area shares and the negative area shares of the system aperture are the same, the scanning acts as a pure 2-dimensional High-pass filter and also eliminates the unwanted gradients of the Vi deo signal zero line. Are the focal points of the light spots such. B. in Row direction shifted, you get only in the row direction effective high-pass filtering and thus an emphasis on vertical errors. Overall, the method according to the invention can therefore be used large variety of 2-dimensional bipolar isotropic and anisotropic Set system apertures.

Als weiterer Vorteil gilt, daß dieses Verfahren keinerlei bildhafte Ab speicherung der Videosignale erfordert und in Echtzeit arbeitet. Es kann rein analog oder nach der Digitalierung der Videosignale mit geringem Schaltungsaufwand erfolgen.Another advantage is that this method has no pictorial Ab storage of the video signals required and works in real time. It can purely analog or after digitizing the video signals with little Circuit work is done.

Als zweites Anwendungsbeispiel des Erfindungsgedanken sei die Kon trast- und Auflösungsverbesserung bei Laserbelichter in Filmbelichter und in Laserdrucker beschrieben. Hierzu wird auf Fig. 5 verwiesen. Bei solchen Belichter wird ein ebenfalls möglichst fein fokussierter Laserfleck 1 auf eine lichtempfindliche Vorlage 2 wie Photofilm oder Selen- Halbleitertrommel punktförmig und zeilenweise projiziert. Wie in Fig. 5a gezeigt, bewirkt auch hier die Breite des Gauß'schen Intensitätsprofil eine Unschärfe der erzeugten Bildpunkte. Wir gehen dabei von der in der Praxis immer erfüllten Voraussetzung aus, daß die Körnigkeit 3 des photoempfindlichen Materials wesentlich feiner als der Laserfleck selbst ist. Durch die Belichtung steigt die Transparenz oder Schwärzung aller Körner innerhalb des Laserflecks entsprechend dem Verlauf der Gradua tionskennlinie T(I) 4.As a second application example of the inventive concept, the contrast and resolution improvement in laser imagesetters in film imagesetters and in laser printers is described. For this purpose, reference is made to FIG. 5. In such imagesetters, a laser spot 1 , which is also focused as finely as possible, is projected onto a light-sensitive original 2, such as photo film or selenium semiconductor drum, point by point and line by line. As shown in FIG. 5a, the width of the Gaussian intensity profile also causes the image pixels to be blurred. We start from the requirement that the granularity 3 of the photosensitive material is much finer than the laser spot itself. The exposure increases the transparency or blackening of all the grains within the laser spot in accordance with the course of the graduation characteristic curve T (I) 4 .

Die Übertragung des Erfindungsgedanken auf diese Anwendung erfordert nach Fig. 5b ebenfalls die Projektion von mindestens zwei überlagerten Lichtflecken 5 mit unterschiedlicher Breite, unterschiedlicher Frequenz und sofern gewünscht mit unterschiedlicher Zentrierung. Das Material 6 selbst muß aus einer feinkörnigen Mischung 7 von einer gleichen Anzahl frequenzselektiv reagierenden Photomaterialien bestehen, deren Graduationskennlinien 8 und 9 zumindestens teilweise gegenläufig verläuft. According to FIG. 5b, the transfer of the inventive concept to this application also requires the projection of at least two superimposed light spots 5 with different widths, different frequencies and, if desired, with different centering. The material 6 itself must consist of a fine-grained mixture 7 of an equal number of frequency-selectively reacting photomaterials whose graduation characteristics 8 and 9 run at least partially in opposite directions.

Die bipolare gewichtete Summation wird durch die Kennlinien-Steigung und durch das Vorzeichen der Kennlinie bewirkt. Die Summation erfolgt durch das Auge des Betrachters, welcher die einzelnen Körner nicht mehr auflöst sondern integrierend zusammenfaßt.The bipolar weighted summation is determined by the slope of the characteristic and caused by the sign of the characteristic. The summation takes place through the eye of the beholder who does not see the individual grains dissolves more but summarizes integrating.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich aber auch bei denjenigen Abtastern einsetzen, welche nicht mit der Projektion eines Lichtflecks auf die abzutastende Oberfläche und der integralen Sammlung und elektronischen Wandlung des rückgestreuten Lichtes arbeiten, sondern bei denen die Apertuer einer Photodiode o. ä. mit Hilfe eines Polygonspie gelrades oder eines Galvanometer-Scanners auf die fremd beleuchtete Oberfläche abgebildet wird. In diesem Fall erreicht man die gewünschte bipolare Systemapertur durch eine Auslegung des Photoempfängers in Form von einzelnen lichtempfindlichen Zonen, deren Form einem Höhenschnitt durch die gewünschte 2-dimensionale Systemapertur ent spricht. Die einzelnen Zonen werden einzeln kontaktiert und die elektri schen Ausgangssignale aller Zonenelemente gewichtet summiert. Die Gewichte entsprechen hierbei dem Betrag und Vorzeichen der gewünschten Systemapertur bei dem jeweiligen Höhenschnitt.However, the method according to the invention can also be used for those Use scanners that do not project a light spot the surface to be scanned and the integral collection and electronic conversion of the backscattered light work, but in which the aperture of a photodiode or the like with the help of a polygon mirror gelrades or a galvanometer scanner on the externally illuminated Surface is mapped. In this case the desired one is reached bipolar system aperture by designing the photo receiver in Form of individual photosensitive zones, the shape of which Vertical section through the desired 2-dimensional system aperture speaks. The individual zones are contacted individually and the electri The output signals of all zone elements are weighted. The Weights correspond to the amount and sign of desired system aperture at the respective height cut.

Eine mögliche Schaltungsanordnung zur Durchführung des Erfindungsgedankens ist beispielhaft aber nicht einschränkend in Fig. 6 erläutert. Zwei Laser 1 und 2 mit unterschiedlichen Frequenzen f1 und f2 werden mit Hilfe eines halbdurchlässigen Spiegels 3 überlagert. Die einzelnen Lichtfleckbreiten werden durch die Optiken 4 und 5 eingestellt. Mit Hilfe des rotierenden Polygonspiegels 6 wird der überlagerte Lichtfleck auf die abzutastende Oberfläche 13 zeilenförmig projiziert. Zwei auf die jeweiligen Lichtfrequenzen abge stimmte Photoempfänger 8 und 9 sammeln das rückgestreute Licht und wandeln es in elektrische Signale um. Diese beiden Signale werden mit den Gewichten w1 und w2 über analoge Multiplizierer multipliziert und über den Summenverstärker 12 subtrahiert. Selbstverständlich läßt sich die gewichtete Summation auch an den digitalisierten Signalen mit entsprechenden digitalen Baugruppen, die dem Fachmann bekannt sind, durchführen. Das Ausgangsvideosignal S(t) besitzt nunmehr ein Verhalten, welches der Abtastung mit einer 2-dimensionalen bipolaren Systemapertur entspricht.A possible circuit arrangement for implementing the inventive concept is explained by way of example but not by way of limitation in FIG. 6. Two lasers 1 and 2 with different frequencies f 1 and f 2 are superimposed with the aid of a semi-transparent mirror 3 . The individual light spot widths are set by optics 4 and 5 . With the help of the rotating polygon mirror 6 , the superimposed light spot is projected in a line shape onto the surface 13 to be scanned. Two tuned to the respective light frequencies photo receivers 8 and 9 collect the backscattered light and convert it into electrical signals. These two signals are multiplied by the weights w 1 and w 2 via analog multipliers and subtracted via the sum amplifier 12 . Of course, the weighted summation can also be carried out on the digitized signals with corresponding digital modules which are known to the person skilled in the art. The output video signal S (t) now has a behavior which corresponds to the sampling with a 2-dimensional bipolar system aperture.

Die Einstellung der freien Parameter wie Lichtfleckbreite, Intensität, Zen trierung sowie die Summationsgewichte ist anhand der Verfahrens beschreibung dem Fachmann verständlich. Es wird eine gewünschte 2- dimensionale Raumfrequenz-Übertragungsfunktion mit den gewünschten z. B. Hochpaß-Eigenschaften zur Kontrastanhebung und Auflösungsverbesserung vorgegeben. The setting of the free parameters such as light spot width, intensity, Zen tration as well as the summation weights is based on the procedure description understandable to the expert. A desired 2- dimensional spatial frequency transfer function with the desired z. B. high-pass properties for contrast enhancement and Resolution improvement specified.

Durch inverse Fourier-Transformation gewinnt man hieraus die erforder liche 2-dimensionale Impulsantwort oder Systemapertur. Aus deren Ver lauf lassen sich über bekannte Näherungsverfahren wie z. B. das Verfah ren der kleinsten Fehlerquadrate die freien Parameter bestimmen. Solche Entwurfsverfahren sind dem Fachmann der Systemtheorie bekannt.By inverse Fourier transformation one obtains the required from this 2-dimensional impulse response or system aperture. From their ver run can be via known approximation methods such. B. the procedure of the smallest squares of errors determine the free parameters. Such Design methods are known to those skilled in systems theory.

Claims

1. A method for generating a desired 2-dimensional aper ture function in point-working optical scanners and imagesetters, characterized in that the scanning light spot is formed by superimposing at least two different widths, different frequencies and possibly differently centered light spots that the of the Scanned surface backscattered light is collected with at least two frequency-selective light converters with a sensitivity extrema matched to the respective frequencies of the superimposed light spots and that a video output signal is generated by a preferably bipolar weighted summation of the electrical signals of the light converters, which corresponds to a 2-dimensional system aperture with a given 2-dimensional spatial frequency transmission function, in particular one with a high-pass character.

2. Method for spot exposure of photosensitive Templates, characterized, that to create a desired 2-dimensional aperture function of the projected light spot by overlaying at least at least two different widths, different frequencies and possibly differently centered spots of light is formed that the exposed material from a fine-grained mixture of also at least two corresponding to the frequencies of the superimposed light spots with frequency-selective materials at least partially opposing graduation curves becomes.

3. Method for punctiform optical scanning of documents with With the help of an image guided over the surface to be scanned the receiving surface of a light receiver, characterized in that to achieve a desired 2-dimensional system aperture the light receiver consists of light-sensitive zones, which in their shape horizontal height cuts through the desired sys correspond to tempertur and their individually derived electrical Signals to form the output video signal weighted summed be, the weights in the amount and in the sign of the Ampli tude of the desired 2-dimensional system aperture in the correspond to the respective zone.

4. The method according to claim 1, characterized in that the local and / or temporal Control of the desired 2-dimensional system aperture Widths of the superimposed light spots and / or the centering and / or the weights of the summation of the light receiver signals be changed dynamically.

5. Circuit arrangement according to method 1, characterized in that with the help of at least two light sources with different Frequency, a corresponding number of optics and an opti overlay unit such as beam splitter, prism or the like composite light spot is generated, that this light spot with an arrangement of rotating polygon mirrors, galvanometer scanners or corresponding deflectors is performed in a line over the surface to be scanned, with at least two light receivers with a frequency of superimposed light spots corresponding selective emp sensitivity the backscattered light is collected and converted into electrical Signals are converted that the output signals of each Light receiver with a multiplier by one stored weight can be multiplied and the output Vi deo signal is formed with a summer from these products.