DE2720782A1 - Elektronischer halbton-generator - Google Patents

Description

XEROX CORPORATION

Xerox Square, Rochester, New York 14644, USA

Elektronischer Halbton-Generator

Die Erfindung betrifft einen Halbton-Generator.

Bei dem Druckverfahren, das üblicherweise in Industrien eingesetzt wird,in denen graphisches Material reproduziert werden muß, wie beispielsweise in Zeitungs- und Buchverlagen, wird ein Farbstoff bzw. eine Tinte immer dann mit gleichmäßiger Dichte auf Papier abgelagert,
wenn die gesamte Abbildung oder ein Teil einer Abbildung gedruckt werden soll; es wird kein Farbstoff abgelagert, wenn keine Abbildung gedruckt werden soll.

Dieses "Alles-oder-Nichts-"Verfahren stellt dann keine Probleme, wenn Buchstaben oder andere alphanumerische Zeichen gedruckt werden, Wenn jedoch Bilder, wie bei-

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spielsweise Photographien, gedruckt werden sollen, so tritt das Problem der Reproduktion von kontinuierlichen Tönen (d.h., Licht-Abstufungen bzw. -Gradationen) auf. Dieses Problem ist gelöst worden, indem die kontinuierlichen Töne in der originalen Abbildung in ein Halbtonbild umgewandelt worden sind, das eine große Zahl von Farbstoff- bzw. Tinten-Punkte bzw. -Flecken mit verschiedenen Größen aufweist. Dieser Vorgang wird als "Sieben" bzw. "Rastern" (screening) bezeichnet und wird durchgeführt, indem die Abbildung durch ein feinmaschiges Sieb auf ein photographisches Medium projiziert wird. Wenn auf dem Papier die größten Punkte und die Zwischenräume zwischen den Punkten im Vergleich mit der visuellen Schärfe bzw. dem Auflösungsvermögen des menschlichen Auges klein gemacht werden, so verschmelzen die Punkte und die Räume zwischen den Punkten in der "gesiebten" Abbildung visuell, so daß das Auge glaubt, kontinuierliche Töne zu sehen.

Bei einem automatisierten System, bei dem die elektronische Bildreproduktion wenigstens einen Teil des Verfahrens zur Umwandlung einer kontinuierliche^ originalen Abbildung in eine Halbtonabbildung bildet, ist die Notwendigkeit, von elektronischen zu photographischen Techniken umzuschalten, um Halbtöne zu erzeugen, ein Faktor, der die Kosten sowie den komplexen Aufbau des Verfahrens erhöht. Ein elektronisches Lichtsatz- bzw. Photosatz-System, bei dem dieses Problem nicht auftritt, wird in der US-PS 3 465 199 erläutert. Bei diesem System werden die Toninformationen auf einem als Original dienenden Diapositiv in eine entsprechende Abbildung auf der Fläche einer Kathodenstrahlröhre umgewandelt. Die Halbtonbilder werden auf einen F;i Im aufgezeichnet und können anschließend durch herkömmliche Verfahren in einer Druckplatte verarbeitet werden. Ein weiteres System, bei dem die oben beschriebene photopraphische Technik nicht erforderlich ist, wird in der US-PS 3 646 erläutert, in der auch eine Einrichtung beschrieben wird,

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um die Größe oder die Form der Halbtonpunkte zu ändern, die auf einem lichtempfindlichen Element ausgebildet werden. Die oben beschriebenen Systeme betreffen in der Hauptsache die Reproduktion eines Schwarz/Weiß-Originals als Halbtonbild. Die Farbreproduktion erfordert jedoch die Reproduktion von vielen verschiedenen Farben und Formen. Die vielen verschiedenen Farben werden bei herkömmlichen Druckverfahren durch die drei subtraktiven Primärfarben Cyan, Magenta und Gelb erzeugt. Für qualitativ hochwertige Reproduktionen wird ein vierter Farbstoff, nämlich Schwarz, verwendet. Für großvolumige Reproduktionen eines originalen Farbmusters wird ein Satz von Halbton-Druckplatten hergestellt, wobei jede Druckplatte ein Halbtonbild einer Farbkomponente des ursprünglichen Musters trägt. Das ursprüngliche Muster wird reproduziert, indem mit jeder Druckplatte "überdruckt", also übereinander gedruckt wird, so daß sich die drei Druckfarben visuell kombinieren, um die korrekten Farben zu erzeugen.

Die für den Farbdruck benötigten Druckplatten können hergestellt werden, indem das ursprüngliche Muster in einer elektronischen Farbabtastmaschine abgetastet wird, wie sie in der US-PS 3 622 690 erläutert wird. Dabei tastet der Farbabtaster das Originalmuster mit Licht ab und mißt die Töne oder die Farbe in dem Muster durch Filtern des abgetasteten Signals mit roten, blauen und grünen Farbfiltern. Die Amplituden der gefilterten Signale geben den Farbgehalt des ursprünglichen Musters an. Da die Farbdruckfarben nicht spektral perfekt sind und deshalb nicht exakt den drei subtraktiveji Farben entsprechen, werden die gefilterten Signale mit Hilfe von Farbkorrekturschaltungen in der Farbabtasteinrichtung korrigiert, um diese Menge auszugleichen. Die farbkorrigierten Signale werden dazu verwendet, das von einem Laser emittierte Licht zu modulieren, um kontinuierliche Farbtontrennungen des ursprünglichen Musters zu erzeugen. Die kontinuierlichen Farbtontrennungen

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werden dann photographisch gesiebt bzw. gerastert und weiterverarbeitet, um die Halbton-Druckplatten herzustellen. Als Alternative hierzu werden gerasterte Farbtontrennungen direkt erzeugt, ohne daß eine getrennte photographische Rasterung erforderlich ist.

Bei anderen Halbtontechniken wird mit Variationen der Zeichenerzeugungsmethoden gearbeitet, wodurch verschiedene Elemente einer zweidimensionalen Matrix ein- oder ausgeschaltet werden, um verschiedene Punktmuster und -Kennlinien bzw. -Charakteristiken zu erzeugen. Bei einem alternativen Verfahren werden ein Kathodenstrahlröhren-Strahl (CRT-Strahl) oder ein Laserstrahl in der Weise abgelenkt, daß Punkte mit verschiedenen Formen und Kennlinien bzw. Charakteristiken gezeichnet werden. Die Punkte werden dann räumlich wiederholt, um ein Halbtongitter zu erzeugen.

Herkömmliche Systeme können elektronische Einrichtungen aufweisen, die einen horizontalen oder vertikalen Zeilenhalbton erzeugen, wobei mit Impulsbreitenmodulation gearbeitet werden kann. Im einzelnen wird dabei ein Bezugssignal, das in Abhängigkeit von der gewünschten Amplitude für die Impulsbreitenumwandlungs-Eigenschaften dreieckig, sinusförmig, kosinusförmig, oder wellenförmig sein kann, an einen Spannungskomparator angelegt, der das Bezugssignal mit einem Signal vergleicht, das die Tonwerte eines abgetasteten Originals darstellt. Das Ausgangssignal des Komparators kann beispielsweise auf eine Kathodenstrahlröhre zur Steuerung der Punktgröße gekoppelt werden. Ein Beispiel für ein solches System wird in der oben erwähnten US-PS 3 465 199 beschrieben. In der US-PS 3 916 096 wird ein Verfahren erläutert, mit dem ein zweidimensionaler Halbton unter Verwendung einer elektronischen Zeilenrastertechnik konstruiert werden kann. Im einzelnen wird dabei ein einziges Be-

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zugssignai in getrennten, parallelen Kanälen verstärkt. Die verstärkten Ausgangssignale werden in getrennten Komparatoren mit einem Video-Signal verglichen, wobei das gerasterte bzw. "gesiebte" Video-Ausgangssignal zwischen Komparator-Ausgängen geschaltet wird, so daß sich zwei verschiedene Punktzeilenbreiten ergeben. Das in dieser Patentschrift beschriebene System liefert im wesentlichen einen Zeilenhalbton und keinen kontinuierlich variierenden, zweidimensionalen Punkt. Obwohl das gerasterte Video-Ausgangsmuster auf eine Reproduktionseinrichtung aufgezeichnet werden kann, ergibt sich nur eine begrenzte Steuerung der Form der erzeugten Punkte und der Winkelbeziehung der erzeugten Punkte in bezug auf die Abtastrichtung.

Die oben erwähnten Zeilenhalbton-Techniken zur Umwandlung von Originalen mit kontinuierlichen Tönen in Halbtonbilder ermöglichen nicht die Reproduktion von Details, wie sie auf vielen Anwendungsgebieten erforderlich ist. Außerdem wäre es zweckmäßig, die elektronischen Halbtontechniken so anzupassen, daß sie direkt ein Schwarz/ Weiß- oder Farb-Originaldokument entweder örtlich, d.h., an derselben Stelle, oder an einer entfernten Stelle reproduzieren oder kopieren können. Obwohl Schwarz/Weiß- und in letzter Zeit auch Farbkopiergeräte im Handel erhältlich sind, ermöglichen die dabei verwendeten Techniken zwar Reproduktionen, die für viele Anwendungszwecke befriedigende Ergebnisse liefern, jedoch andererseits nur begrenzte Möglichkeiten bieten. Insbesondere haben die Reproduktionen von Schwarz/Weiß- sowie Farb-Originalen mit kontinuierlich abgestuften Tönen nicht die Details geliefert, die auf bestimmten Anwendungsgebieten benötigt werden.

Es wäre deshalb zweckmäßig, wenn zweidimensionale elektronische Halbtontechniken für Schwarz/Weiß- und Farb-Kopierverfahren geschaffen werden könnten, mit denen sich die Form und die Eigenschaften bzw. Charakteristiken der Halbtonpunkte leicht steuern lassen; außerdem

sollte die elektronische Simulierung der Rasterung sowie eine Winkeldrehung möglich sein, um die Wirkungen von Moire-Mustern zu vermeiden; diese Verfahren sollten wirtschaftlich und zuverlässig arbeiten und eine Reproduktion oder Kopie liefern, deren Toneigenschaften im wesentlichen eine genaue Abbildung der Töne des Originals sind.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abtastung eines Originaldokuments, entweder schwarz/weiß oder in Farbe, und zur Reproduktion einer entsprechenden Halbtonreproduktion entweder örtlich, also an derselben Stelle, oder an einer entfernten Stelle. Ein Halbtonsignal wird durch Impulsbreiten- bzw. Impulsdauermodulation oder durch Vergleich des abgetasteten oder Video-Signals mit einem periodischen Signal mit zwei Frequenzen und Phasen erzeugt, um ein zweidimensionales, sich kontinuierlich änderndes Punktmuster-Ausgangssignal zu liefern, das eine Funktion der Frequenz und der Phase der beiden kombinierten Modulationssignale ist. Die erzeugte Halbtonreproduktion hat variable Punktformen, die sich steuern lassen, um sowohl eine Drehung des Punktmusters (Rasterwinkel) als geometrische Modifikationen des Punktmusters zu ermöglichen. Wenn das Originaldokument in Farbe ist, wird das Dokument mit Licht von drei verschiedenen Farben abgetastet, wobei jedes sich ergebende Video-Signal auf die oben beschriebene Weise verarbei tet wird. Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden verschiedene Sieb- bzw. Rasterwinkel verwendet, wobei jede Farbe die Reproduktion aufweist.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Abtastung eines Schwarz/ Weiß- oder Farb-Originaldokumentes und zur Reproduktion eines entsprechenden Schwarz/Weiß- oder Farb-Halbton-

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bildes entweder örtlich oder an einer entfernten Stelle zu schaffen.

Weiterhin soll ein elektronischer Halbton-Generator vorgeschlagen werden, der eine Halbton-Punktmatrix erzeugt, die einem Original mit kontinuierlichen Tonstufen entspricht, wobei sich die Form und die Größe der Punkte in Abhängigkeit von einer vorherbestimmten periodischen Funktion ändert.

Weiterhin soll ein elektronischer Halbton-Generator vorgeschlagen werden, der eine Rasterfunktion verwendet, die einen periodischen Zeitverlauf mit doppelten Frequenzen und Phasen hat, wobei die Eigenschaften des zweidimensionalen Punktgitters, welches das Halbtonmuster aufweist, aufgrund der Rasterfunktion variiert werden und sein Rasterwinkel gedreht werden können, wobei die zuletzt erwähnte Eigenschaft dazu dient, die Probleme mit Moire-Mustern zu vermeiden, wie sie sich bei Mehrfachrastern ergeben.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein zweidimensionales Gitter von Halbtonpunkten zu schaffen, wobei die Punkteigenschaften durch Änderung einer Rasterfunktion variiert werden können; außerdem soll das Halbtongitter relativ zu der eingegebenen oder ausgegebenen Abtastrichtung gedreht werden können.

Außerdem soll mit der vorliegenden Erfindung ein elektronischer Halbton-Generator zur Reproduktion und/oder zur Anzeige geschaffen werden, der in Real Time arbeitet und keine Datenspeicherung benötigt.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Anzeige eines elektri schen Signals zu schaffen, das eine Bild- oder Video-

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Information als vorherbestimmtes Halbton-Gittermuster auf einer Anzeigeeinrichtung darstellt.

Und schließlich ist es ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Abtastung eines Originaldokumentes, entweder schwarz/weiß oder in Farbe, und zur Reproduktion einer entsprechenden Halbton-Reproduktion dieses Originals entweder örtlich oder an einer entfernten Stelle zu schaffen. Ein Halbtonsignal wird durch Impulsdauer-Modulation oder Vergleich des abgetasteten oder Video-Signals mit einem periodischen Signal mit zwei Frequenzen und Phasen erzeugt, um ein Punktmuster-Ausgangssignal zu liefern, das eine Funktion der Frequenz und der Phase der beiden kombinierten modulierenden bzw. Modulationssignale ist. Die erzeugte Halbton-Reproduktion weist variable Punktformen auf, die sich steuern lassen, so daß sowohl eine Drehung des Punktmusters (Rasterwinkel) als auch geometrische Modifikationen des Punktmusters möglich sind. Wenn das Originaldokument farbig ist, wird das Dokument mit Licht von drei verschiedenen Farben abgetastet, wobei jedes sich ergebende Video-Signal auf die oben beschriebene Weise verarbeitet wird. Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden verschiedene Rasterwinkel für jede Farbe verwendet, welche die Reproduktion aufweist.

Ein bevorzugter Gedanke liegt in einem Verfahren bzw. einer Einrichtung zur Abtastung eines Originaldokumentes, entweder schwarz/weiß oder in Farbe, und zur Reproduktion einer entsprechenden Halbton-Reproduktion des Originals entweder örtlich oder an einer entfernten Stelle. Ein Halbtonsignal wird durch Impulsdauer-Modulation oder Vergleich des abgetasteten, oder Video-Signals, mit einem periodischen Signal mit zwei Frequenzen und Phasen erzeugt, um ein Punktmuster-Ausgangssignal zu liefern, das eine Funktion der Frequenz und der Phasen der bei-

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den kombinierten modulierenden Signale ist. Die erzeugte Halbton-Reproduktion hat variable Punktformen, die sich steuern lassen, um sowohl die Drehung des Punktmusters (Rasterwinkel) als auch geometrische Modifikationen des Punktmusters zu ermöglichen. Wenn das Originaldokument farbig ist, wird das Dokument mit Licht von drei verschiedenen Farben abgetastet, wobei jedes, sich ergebende Video-Signal auf die oben beschriebene Weise verarbei tet-wi rd. Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden verschieden Rasterwinkel für jede Farbe verwendet, welche die Reproduktion aufweist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Pulsbreiten- bzw. Pulsdauer-Modulator, wie er bei herkömmlichen Systemen verwendet wird;

Fig. 2 der Einsatz von Impulsdauermodulations-Techniken zur Erzeugung von Zeilenhalbtönen;

Fig. 3 ein Zei1enhalbton-Zeitphasendiagramm; Fig. 4 ein vereinfachtes Diagramm zur Erläuterung

des Grundkonzeptes der vorliegenden Erfindung;

i Fig. 5 charakteristische Punktformen für eine spezielle Raster- bzw. Siebfunktion (screeningfunction) ,

Fig. 6 alternative Ausführungsformen des elektronischen Halbton-Generators nach der vorliegenden Erfindung; 709849/0755

ORIGINAL INSPECTED

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Fig. 7 ein vereinfachtes Schema des elektronischen Halbton-Generators nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 bis 10 ein Diagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für einen stationären Rasterwinkel;

Fig. 11a eine Punktmatrix für einen 45° Standard-Raster und

Fig. 11b eine Punktmatrix für einen 45° elliptischen Raster;
und

Fig. 12 ein Blockdiagramm zur Erläuterung eines

Kalbton-Farbreproduktionssystems, das den elektronischen Halbton-Generator nach der vorliegenden Erfindung verwendet.

Um die neuen Merkmale der vorliegenden Erfindung zu erläutern, sollen, im folgenden kurz die herkömmlichen Techniken zur elektronischen Halbtonpunkt-Erzeugung beschrieben werden.

Die meisten herkömmlichen Systeme verwenden Änderungen der Zeichenerzeugungsprogramme, wodurch verschiedene Elemente einer zweidimensionalen Matrix ein- oder ausgeschaltet werden, um verschiedene Punktmuster und Eigenschaften zu liefern. Die Muster werden dann wiederholt, um die Haibton-Puntmatrix zu konstruieren. Be,i anderen Techniken wird ein Kathodenstrahlröhren-Strahl oder ein Laserstrahl so abgelenkt, daß Punkte mit verschiedenen Formen und Eigenschaften gezogen bzw. gezeichnet werden. Die Punkte werden dann räumlich wiederholt, um die Halbton-Punktmatrix (Gitter) zu erzeugen.

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Ein Verfahren, das in einigen Punkten der Technik nach der vorliegenden Erfindung ähnelt, ist die Anwendung von Impulsdauermodulations-Techniken zur Erzeugung eines horizontalen oder vertikalen Zeilenhalbtons. Die Impulsdauermodulation (PWM) ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Das Bezugssignal ist eine periodische Funktion der Zeit mit der Frequenz f . Die Bezugswellenform kann beispielsweise dreieckig, sinus- oder kosinusförmig sein, wobei die Form von der gewünschten Amplitude für die Impulsdauerumwandlungs-Kennlinie abhängt. Die Frequenz (der Takt) f ist im allgemeinen einen Faktor zwei oder mehr größer als die Hochfrequenz-Abschaltung bzw. - obere Grenze des Video-Signals, um die Kriterien der Informations- und Abtasttheorie zu erfüllen. Der dynamische Bereich (D.R.) eines Systems, das einen Punktmatrix-Halbton verwendet (wobei der dynamische Bereich als das Verhältnis zwischen dem maximalen Reflexionsvermögen (oder Helligkeit) und dem minimalen Reflexionsvermögen (oder Helligkeit) in einem Ausgangssignal definiert ist, wobei das völlige Fehlen von Punkten oder Linien ausgeschlossen ist, wird durch das Verhältnis der Taktperiode T_p (γ-) zu der minimalen Impulsdauer (t_) gegeben ist, das toleriert und/oder an dem Ausgang erzeugt werden kann; damit ist der dynamische Bereich D.R. definiert durch:

D.R. -

Die Anwendung der Impulsdauermodulation auf Zeilenhalbtöne ist schematisch in Fig. 2 dargestellt; es handelt sich im Grunde um den gleichen Vorgang. Die Bezugs frequenzen sind gegeben durch:

fc

wobei f£ die Zeilenhalbton-Raumfrequenz und ν die Abtastgeschwindigkeit in der entsprechenden Richtung

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(X oder Y) ist. Das Bezugsphasensignal / ist so eingestellt, daß sich die gewünschte Ausrichtung des Halbton-Zeilenmusters ergibt. Im allgemeinen ist die Bezugsfrequenz kleiner als die Hochfrequenz-Grenze des Video-Signals (insbesondere für Zei1enhalbtöne , die so orientiert sind, daß die Zeilen parallel zu der X(Hochgeschwindigkeits-)Abtastrichtung verlaufen). Ein Zeilen halbton-Zeitphasendiagramm, bei dem eine dreieckige Bezugswellenform verwendet wird, ist in Fig. 3 dargestellt. Ein Lichtausgangssignal wird erzeugt, wenn das Video-Eingangssignal größer als das Bezugssignal für Positivdruck oder Anzeige ist. Durch diese Technik können Hochfrequenz-Videosignale mit hohem Kontrast beibehalten werden, wie bei A in Fig. 3 dargestellt ist. Der dynamische Beräch wird durch das Verhältnis des Zeilenabstandes (i) zu der minimalen reproduzierbaren Zeilenbreite (d) gegeben, d.h., es gilt:

D R -

Der begrenzte dynamische Bereich und die allgemeinen Einschränkungen für die vertikale oder horizontale Zeilenhalbton-Orientierung sind charakteristisch für die Anwendung von herkömmlichen Impulsdauer-Modulationssystemen für die Halbtonerzeugung. Wie im folgenden erläutert werden soll, läßt sich mit dem System nach der vorliegenden Erfindung der dynamische Bereich des Halbtonsystems erhöhen, wobei sich durch die Verwendung von elektronischen Techniken noch zusätzliche Vorteile ergeben, wie beispielsweise die Rasterdrehung und die Auswahl der Punktform.

Fig. 4 stellt das Grundkonzept der vorliegenden Erfindung dar. F(v) ist eine Funktion des eingegebenen Video-Signals, während S ( f. ,f„»0i,0_?,t) die Rasterfunktion ist, die, wie im folgenden im einzelnen erläutert werden

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soll, die Rasterdrehung und die Auswahl der Punktform ermöglicht. Die Rasterfunktion ändert sich periodisch mit der Zeit mit Dual-Frequenzen und -Phasen. Diese Doppelfrequenz-Eigenschaft der Rasterfunktion liefert eine wesentliche Verbesserung der Möglichkeiten im Vergleich mit den oben beschriebenen Zeilenhalbton-Techniken. Das normalisierte Ausgangssignal eines Komparators 8 ist definiert als

V₀ = 1, F > S; V₀ = 0, F< S für direktes Ausgangssignal und

V₀ = 1, F< S; V₀ = 0, F> S

für das komplementäre Ausgangssignal. Das direkte Ausgangssignal oder das komplementäre Ausgangssignal ist das Halbtonsignal, das für die Reproduktion und/oder Anzeige verwendet werden soll, wobei ein Ausgangssignal 1 als weiß und ein Ausgangssignal 0 als schwarz definiert werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird mit Eingangs- und Ausgangs-Abtasttechniken sowie Einrichtungen gearbeitet, die ein geradliniges X-Y-System verwenden.

Dadurch wird jedoch nicht die Verwendung von alternativen Abtasttechniken, wie beispielsweise kreisförmigen, spiralförmigen, usw. für die vorliegende Erfindung ausgeschlossen. Bei der X-Y-Abtastung werden die Frequenzen definiert als

^f1 =- ^£x " W ^f2 ^{Ξ f}y - Vd ■

wobei ν und ν die Abtastgeschwindigkeiten inill/sec χ y

in X- bzw. Y-Richtung und f. die gewünschte Raumpunktfrequenz in Punkten pro Einheitslänge, d.h.', Punkten/Zoll

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Die Phasenterme werden definiert durch

und liefern die geeignete Synchronisation des Halbtonrasters mit den Abtasteinrichtungen. Die Phasenterme müssen in der folgenden Diskussion nicht mehr berücksichtigt werden, da die Phase (absolute) den Startpunkt (an dem die Abtastpunkte starten von dem Rand des Reproduktionsmediums) definiert, der beispielsweise durch ein Abtaststartsignal bestimmt wird; auch ohne Spezifizierung der Phasenterme geht die allgemeine Gültigkeit der folgenden Betrachtungen solange nicht verloren, wie die relative Phase beibehalten wird.

Die Bedingung, für welche der Komparator die Zustände umschaltet, wird gegeben durch

S(f ,f ,t) = F(v)
* y

und stellt den geometrischen Ort der Punkte dar, welche die Halbton-Punktform definieren. Insbesondere ändert sich an dem Abtastpunkt, an dem S=F ist, die Ausgangsgröße V von Weiß zu Schwarz oder von Schwarz zu Weiß. Eine Folge von Abtastzeilen, im allgemeinen 7 oder 8, baut den tatsächlichen Punkt auf. Die Rasterfunktion S bestimmt charakteristische Punktformen für gleichmäßige eingegebene Grauwerte (F konstant), während die Video-Funktion F den Grauwert bestimmt, der für verschiedene eingegebene Grauwerte angezeigt und/oder reproduziert wird. Im folgenden werden Beispiele für Halbtonmuster angegeben, die für verschiedene Rasterfunktionen erzeugt werden:

1.) Eine Rasterfunktion, welche die lineare Summe von zwei dreieckigen Wellen mit den Frequenzen f und f

χ y

ist, d.h. ,

s(f_y,f_s,t) = T_t(f_xt) + T₂(f_yt) 709849/0755

erzeugt einen Halbton parallel zu den X- und Y-Abtastrichtungen mit Punkten, die für einen konstanten einge gebenen Grauwert (ein Video-Signal mit gleichmäßiger Intensität während des aktiven Bereichs bzw. Zeitraums des Abtastsystems, das eine gleichmäßige Dichte oder ein gleichmäßiges Reflexionsvermögen oder Durchlaßvermögen des abgetasteten Originals darstellt) diamant- bzw. rhombus-förmig sind. Die Tonreproduktionskurve (eingegebene Dichte/ausgegebene Dichte) hat ein Gamma = 2 für

F(v) = cv + d
und ein Gamma = 1 für

F(v) = v/cv" + d

wobei c und d beliebige Konstanten für die Anpassung des eingegebenen und ausgegebenen Schwarz/Weiß sind, die das elektronische Signal kennzeichnen, welches das abgetastete Originaldokument darstellt.

2.) Eine Rasterfunktion, die durch

S(f_x,f_y,t) = T* (f_xt) ₊ l\ (f_yt)

gegeben ist, erzeugt ein Halbtongitter mit charakteristischen Punktformen, die Kreise sind. Die Kreise verschmelzen für bestimmte Werte von F(v), und die Tonreproduktionskurve (TRC) ist im allgemeinen nicht linear. Durch eine geeignete Auswahl von F(v) läßt sich jedoch die Tonreproduktionskurve, die im folgenden als TRC bezeichnet werden soll, 1inearisieren.

Aus diesen Beispielen läßt sich erkennen, daß durch geeignete Auswahl der Rasterfunktion S und der Video-Funktion F eine große Vielzahl von Punktform-Charak-

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teristiken und TRC's erhalten werden kann.

Die zweckmäßigste Rasterfunktion ist eine Kombination von Sinus- und/oder Kosinus-Wellenformen, da in diesem Fall die Punktform-Eigenschaften den Eigenschaften angepaßt sind, die z.Zt. in der photolithographischen Industrie unter Verwendung von optischen Kontakt-Halbton-Rastern bzw. Schirmen erreicht werden. Die Rasterfunktion (sreening function)

a cos 2TTf t + b cos zltf_vt = F(v) (1)

erzeugt die in Fig. 5 gezeigten Punktformen für verschiedene Werte von K = F(v) und a = b. Für a φ b expandiert oder komprimiert sich die Punktform in einer Richtung ohne Änderung der Punktfrequenz in jeder Richtung, wodurch die Charakteristiken von "elliptischen" Rastern in der photolithographischen Industrie dupliziert bzw. nachgeahmt werden. "Elliptische" Raster haben die Wirkung, die visuellen Umrißeffekte zu verringern, wenn sich die einzelnen Stellen bzw. Punkte von benachbarten Punkten gerade berühren. Die Konstante "a" kann die Spannungs- oder Stromverstärkung in der Elektronik und die Konstante "b" die Gleichstrom-Ausgleich- bzw. Kompensations- bzw. Offset-Spannung oder -Strom darstellen. Die Größen dieser Konstanten werden an dem Eingang zu dem Komparator durch die Spitze-zu-Spitze-Spannung und den Gleichstrom-Ausgleich bzw. die Gleichstrom-Kompensation des Halbton-Bezugssignals und der Halbton-Punktgröße bestimmt, die i/i den Hälften und Schatten-Bereichen bei der Reproduktion und/oder Anzeige des Originaldokumentes gewünscht werden.

Die oben erwähnte Rasterfunktion erzeugt ein Halbton-Gitter, das als 0° Raster definiert ist, da dieses Gitter parallel zu den X- oder Y-Abtastrichtungen ist. Andere Rasterwinkel als 0° können mit der Rasterfunktion

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S(f,f ,t) = a cos 2T(f cose + f sin χ y χ y

b cos 2 J (f sinG - f cos9)t (1a)

X j

erzeugt werden, wobei θ der gewünschte Rasterwinkel ist. Für a = b wird ein Standardraster erzeugt (beispielsweise haben die Hälften und die Schatten-Daten Kreisform); für a φ b wird ein "elliptisches" Raster erzeugt, wobei die Verkettungsrichtung, d.h., die Richtung, in der sich die benachbarten Punkte zuerst im Mittelpunktsgrau bzw. mittleren Grau berühren, entweder parallel oder senkrecht zu der Rasterrichtung θ verläuft. Wenn θ * 45° ist, vereinfacht sich die oben erwähnte Rasterfunktion zu

S = a cos V~2f(^fv + f„) t + b cos /FT (f - fjt =

λ y λ y

2a cosyfljft cos /lTf_wt + (b-a) sin {iffΛ sin-f^Tif t (2) χ y χ y

für elliptische Raster.

Für ein Standardraster (a = b) vereinfacht sich diese Funktion weiter zu

S = 2a cos {Ijf t cos /Flff t (3)

χ y

und unterscheidet sich von O°-Rastern durch eine Verringerung der Frequenz um "{Ϊ, eine Erhöhung der Verstärkung um den Faktor 2, und durch die Multiplikation der Bezüge bzw. Bezugssignale statt einer Addition. Es wird darauf hingewiesen, daß sich eine Rasterdrehung mit Gleichung (2) als Startpunkt statt Gleichung (1) erreichen läßt, wodurch der Frequenzbereich verringert wird, der für die Bezugswerte (f cosG, f sinQ, f cosB,

X X jr

f sin Θ) für bestimmte Bereiche von θ erforderlich ist.

Im allgemeinen wird die Video-Funktion F(v) so ausgewählt, daß sie eine monoton bzw. gleichmäßig zunehmende oder abnehmende Funktion des eingegebenen Video-Signals ist. Eine gleichmäßig zunehmende Funktion wird als

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Funktion einer Variablen definiert, die ohne Diskontinuitäten bzw. Unstetigkeiten im Bereich der Variablen, d.h., für f = f(x), g^>0 und kontinuierlich für x.s: X-S.X« zunimmt, wenn die Variable zunimmt, und abnimmt, wenn die Variable abnimmt, wobei x. und Xp den Bereich des monotonen bzw. gleichmäßigen Verlaufs definieren. Eine gleichmäßig abnehmende Funktion wird als Funktion einer Variablen bezeichnet, die ohne Diskontinuitäten bzw. Unstetigkeiten über den Bereich der
Variablen abnimmt, wenn die Variable abnimmt, d.h.,
f ⁼ f(x)» -3-7 < 0 und kontinuierlich für x,<x<x₀
ist, wobei x, und x„ den Bereich des monotonen Verlaufs definieren. Beispielsweise ist die Funktion

2
f = χ eine monoton zunehmende Funktion von χ für

alle Werte von x, die größer als 0 sind, und eine monoton abnehmende Funktion von χ für alle Werte von x, die kleiner als 0 sind; die Funktion f = χ ist eine monoton zunehmende Funktion von χ für alle x. Wenn
g(v) als eine monoton zunehmende Funktion des Video-Eingangssignals definiert wird, dann kann F(v) dargestellt werden als

c(g(v)+d) oder

TgTvT+dT '

wobei c und d die oben erwähnten Konstanten sind. Die Schwellenbedingungen können dann die folgenden Formen

annehmen FaI1

S(f_x,f_y,t) = c (g(v) + d) I

S - c(g(v) + d) = 0 II
S

gCvT+d
c

= c III

9TVTT3 "

^s - glfjTH - ° ^v

(g(v)+d)S = c VI
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Die Darstellung bzw. Verwirklichung dieser Bedingungen ist in Fig. 6 in vereinfachter Form dargestellt. Die Ausgangssignale sind in Abhängigkeit von dem Fall positiv oder negativ. Die komplimentären Ausgangssignale können nach Bedarf verwendet oder erhalten werden. Die Verstärkung und die Kompensation bzw. der Ausgleich müssen nicht auf g(v) angewandt werden, sondern können bei Bedarf ohne Verlust der Allgemeinheit auf S(f ,f ,t)

χ y

angewandt werden. Durch elektronische Verstärkungseinstellung läßt sich die Konstante "c" einstellen, während sich durch Addition oder Subtraktion einer Gleichstrom-Kompensations- bzw. Ausgleichs-Spannung oder eines Stroms die Konstante "d" einstellen läßt.Wie oben erwähnt wurde, werden die tatsächlichen Einstellungen durch die gewünschten Halbton-Charakteristiken in der Reproduktion und/oder Anzeige (hellste und Schatten-Punktgrößen) bestimmt. Die Fälle 1,11,1V und V werden manchmal als additive Rasterung bezeichnet. Der Fall III ist eine Divisions-Rasterung, während der Fall VI eine multipiikative Rasterung ist. Der Fall VI ist den photolitographischen Techniken analog, wobei g(v) der in Halbtöne umzuwandelnde negative oder positive Wert, S das Halbton-Raster und c und d Konstanten sind, die analog den sogenannten "Stoß-" und "Blitz-"Belichtungen sind ("Stoß und Bl i tz" ('bump and flash") sind Bezeichnungen, die in der photolithographischen Industrie verwendet werden, um die Verfahrensschritte zu definieren, bei denen die Halbton-Kennlinien eingestellt werden, d.h., die hellsten und die Schattenpunktgrößen). Soweit es die Punktform-Kennlinien betrifft, sind alle oben erwähnten Fälle äquivalent und unterscheiden sich nur durch die TRC-Korrekturen, die für g(v) erforderlich sind, um das gewünschte Resultat zu erreichen.

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Um das Prinzip der vorliegenden Erfindung zu erläutern, soll im folgenden der elektronische Aufbau für den Fall I beschrieben werden. Das vereinfachte schematische Diagramm der Halbton-Erzeugung für den Fall I ist in Fig.7 dargestellt und verwendet sowohl einen 0° Bezugswinkel (Verwirklichung von Gleichung (1)) als auch einen 45° Bezugswinkel (Verwirklichung von Gleichung (2)) für die Drehung des Rasterwinkels. Die Funktionen cos f.t, cos fpt, sin f.t und sin fpt können durch phasengekoppelte bzw. Phase Lock-Oszi1latoren , digitale Synthesizer oder eine Anordnung von selbst programmierbaren Halbleiter-Lesespeichern bzw. PROMS erzeugt werden, die näherungsweise so programmiert sind, daß sie die gewünschten Funktionen erzeugen. Analoge Multiplizierglieder 10 und 12 erzeugen 45° Bezugs-Wel1enformen.Das Multiplizierglied 10 erzeugt ein Standardraster durch Multiplikation von cos f«t und cos f^t, während das Multiplizierglied 12 die El 1iptizitäts-Korrektur für den 45° Raster bildet. Beispielsweise mechanisch miteinander gekoppelte Schalter S., S_? und S- bestimmen die Ellip tizitäts-Verkettungsrichtung , während beispielsweise mechanisch miteinander gekoppelte Potentiometer 14 und bzw. variable Widerstände 18 und 20 die Amplitude der Rasterfunktionen einstellen, die für die Größe der Elliptizität auf 0° bezogen sind. Der Widerstand 18 ist so eingestellt, daß sein Widerstandswert gleich dem Widerstandswert des Potentiometers 14 ist, wie er durch die Justierung seines einstellbaren Abgriffs 22 bestimmt wird; der Widerstand 20 ist so eingestellt, daß sein Widerstandswert gleich dem Widerstandswert des Potentiometers 16 ist, wie er durch die Einstellung seines einstellbaren Abgriffs 24 bestimmt ist. Ein einstellbarer Abgriff 26 des Potentiometers 28 stellt die Größe der Punkt-Elliptizität für Rasterfunktionen ein, die auf 45° bezogen sind. MitteTs eines Schalters S, kann der 0° Bezugswert oder der 45° Bezugswert für die ent-

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sprechenden Rasterwinkel ausgewählt werden. Ein Summierverstärker 30 assembliert die Rasterfunktion, während eine Verstärkungs- und Kompensationseinrichtung 32 die Video-Funktion auf die entsprechenden maximalen und minimalen Dichten in dem reproduzierten und/oder angezeigten Ausgangssignal einstellt, wobei die justierte Video-Funktion mit der Rasterfunktion in dem Komparator 34 vergriffen wird. Die einstellbaren Abgriffe 22 und 24 stellen die Konstanten a und b in den Gleichungen (1) und (1a) so ein, daß a + b gleich einer solchen Konstante ist, daß die Spannungswerte für Weiß und Schwarz (0% und 100% relative Punktfläche), wie es durch die Rasterfunktion definiert ist, unabhängig von den Einstellungen der Abgriffe 22 und 24 sind. Der Abgriff 26 stellt (b-a) in Gleichung (2), wobei "a" bereits vor dem Halbton-Generator vorbestimmt ist, in der Weise ein, daß die Spannungswerte für Weiß und Schwarz (0% und 100% relative Punktfläche), wie es durch die Rasterfunktion definiert ist, unabhängig von der Einstellung des Abgriffs 26 sind. Die Verkettungsrichtungs-Schalter S. und Sp bestimmen die Bedingungen b_>a oder b^a, welche die Richtung der "Verkettung" festlegen, d.h., die Richtung, in der sich die Größe der Halbtonpunkte am schnellsten mit Änderungen des Video-Signals ändert. Der Schalter S₃ wählt (b-a)>0 oder (b-a)<0 aus, d.h., b>_a oder b_<^a, um die Verkettungsrichtung festzulegen.

Die Kombination aus dem Multiplizierglied 12, einem Inverter 13, einem Schalter S₃ und einem Abgriff 26 des Potentiometers 28 bestimmt ♦(b-a) sin f.t sin f«t, also den zweiten Term in Gleichung (2). Im einzelnen erzeugt das Multiplizierglied 12 das Produkt aus sin f.t und sin f₂t, der Inverter ändert das Vorzeichen des Produktes, d.h., Plus zu Minus oder umgekehrt, S₃ wählt das entsprechende Vorzeichen für die gewünschte Verkettungsrichtung aus, und die Bauteile 26 und 28 bestimmen die

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Größe von (b-a). Wenn sich der Schalter S- in der in Fig. 7 gezeigten Stellung befindet, so wählt er den Fall 9=0° sowie alle auf 0° bezogenen Drehwinkel aus, d.h., θ = 23° bis 45°. Wenn der Schalter S₄ in die andere Stellung gebracht wird, werden θ = 45° und die auf 45° bezogenen Rasterwinkel ausgewählt, d.h., 9=0 bis 22°. Hat man die Winkel von 23° bis 45°, die auf 0° bezogen sind, und die Winkel von 0° bis 22°, die auf 45° bezogen sind, so können die Probleme vermieden werden, die bei der Erzeugung einer Sinus-Funktion mit kleinem Winkel, also einem sehr kleinen Wert, und mit der Multiplikation dieses Wertes mit anderen Werten verbunden sind, um f, und f„ zu erhalten. Die eigentlichen Rasterwinkel werden durch die entsprechende Erzeugung der zugeordneten Bezugsfrequenzen f₁ und f~ in der Weise bestimmt, daß gilt

θ = 0⁽

Unter Bezugnahme auf Gleichung (1a)

f. = f cos θ + f sin θ ι χ y

θ = 23° bis 45°

f_c = f_v sin θ - f cos θ

5> A C

sowie unter Bezugnahme auf Gleichung (2)

^f2 ■

0 = 45«

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ergibt sich Gleichung (3)

^cos (45^Ο-Θ)

f_y sin (45^e-0)J

o = 1 [f sin (45^Ο-Θ) - f cos (45^Ο-Θ)/

θ = 0° bis

Es wird darauf hingewiesen, daß zu dem elliptischen Fall der Austausch von f. und f„ und der linken Seite der obigen Gleichung die Wirkung hat, die Verkettungsrichtung zu ändern, d.h., die Schalterstellungen von S₁, S₉ und S- in Fig. 7 werden für eine gegebene Ver-

I C O

kettungsrichtung umgeändert. Die Drehwinkel, die erreicht werden können, sind nicht auf die obigen Werte begrenzt, sondern es können beliebige Winkel eingestellt werden. Die obigen Winkelbereiche 9=0° bis und θ = 23° bis 45° wurden ausgewählt, um die Anforderungen an den dynamischen Bereich für die Frequenzen f. und f„ zu erleichtern. Die Drehwinkel sind nicht auf ganzzahlige Werte begrenzt, da auch nicht ganzzahlige Drehwinkel eingesetzt werden können, beispielsweise Ό — CC

Die Figuren 8,9 und 10 stellen spezielle Verwirklichung des in Fig. 6 gezeigten Falls II für einen Rasterwinkel von 45° dar. In diesem Fall ist fj = fjK und f„ = f y . Nimmt man eine gewünschte Raumpunkt- /2 'V^ frequenz von 3,93 Punkten pro mm (100 Punkte pro Zoll) und eine Abtastgeschwindigkeit von 71,12 χ 10* mm pro Sekunde (2,8 χ 10⁴ Zoll pro Sekunde) in der horizontalen Richtung an, so sind fx = 2,8 MHz und fj = 1,98 MHz. Für eine Abtastgeschwindigkeit von 135,128 mm pro Sekunde (5,32 Zoll pro Sekunde) in der vertikalen Richtung und ein Punktfrequenz von 3,937 Punkte pro mm (100 Punk-

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te pro Zoll) sind fy = 532 Hz und f_? = 376 Hz.

Typische Punktfrequenzen liegen im Bereich von ungefähr 2,5 Punkten pro mm (65 Punkte/Zoll) bis ungefähr 5,9 Punkte pro mm (150 Punkte/Zoll) (horizontal und vertikal), während typische Werte für fx im Bereich von ungefähr 1MHz bis ungefähr 6 MHz und typische Werte von fy im Bereich von ungefähr 250 Hz bis ungefähr 8 KHz liegen (das bevorzugte Verhältnis von fx zu fy ist 104).

Für ein Standardraster ist die Rasterfunktion durch die obige Gleichung (3) gegeben.

Das cos f.t-Signal 50 wird über einen Funktionssynthesizer 49 an einen Anschluß 52 eines phasengleichen bzw. symmetrischen bzw. Gegentaktmodulators 54 gegeben, der als Vierquadrant-Multiplizierglied dient. Das cos fpt-Signal wird an einen Anschluß 58 des Modulators 54 über einen Funktions-Synthesizer 57 angelegt. Das an dem Anschluß 62 auftretende Ausgangssignal 60, die gewünschte Rasterfunktion , ist ein unterdrücktes Träger-Doppel seitenbandsignal , das auf einen Komparator zur Durchführung eines Vergleichs mit dem eingegebenen elektrischen Signal gekoppelt wird. Das Ausgangssignal des Komparators kann an einen Modulator angelegt werden, der Informationen erzeugt, die optische Signale enthalten; diese optischen Signale werden auf eine geeignete Reprodukti onsvorrichtung gekoppelt. Die Einrichtung, welche die Funktionen f. und f„ synthetisiert, wird durch ein Abtaststartsignal (in der x-Richtung) von der Reproduktionsvorrichtung synchronisiert, um die Wellenformerzeugung zum gleichen Zeitpunkt einzuleiten, an dem die Abtasteinrichtung die Abtastung jeder Zeile beginnt. Der Funktions-Synthesizer spricht auch darauf an, wie oft ein Original abgetastet wird, so daß bei

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"^" 272U782

Farbreproduktionen der Rasterwinkel für jede Abtastung des Originals geändert werden kann. Für Reproduktionen eines Schwarz/Weiß-Originals wird der Rasterwinkel konstantcjehal ten, nach einer bevorzugten Ausführungsform auf 45°.

Zweckmäßigerweise erzeugt der Funktions-Synthesizer Sinus/Kosinus-Wellenformen mit variabler Frequenz, die durch die Werte der Rasterwinkel bestimmt wird, wie sie bei den obigen Gleichungen auftreten. Ein programmierbarer Wellenform-Generator, wie beispielsweise der von der Firma Exar Integrated Systems, Inc., Sunnyvale, California hergestellte XR-205 Monolithic Waveform Generator, ist ein typisches Beispiel für einen Präzisions-Funktionssynthetisizer, der ein Ausgangssignal mit variabler Frequenz liefern kann, das von einem steuerbaren Eingangssignal abhängt. Als Alternative hierzu können zwei getrennte Wellen-Generatoren vorgesehen sein, um die beiden gewünschten getrennten Frequenzen zu erzeugen, wobei die gewünschten Frequenzen in die WeIlenform-(Frequenz-)Generatoren beispielsweise durch äußere Schalter eingegeben werden. Für die Farbabtastung kann ein Folge-Auswahlglied vorgesehen sein, um automatisch eine geeignete Ausgangsfrequenz von dem Wellenform-Generator in Abhängigkeit von der abzutastenden Farbe auszuwählen (in der Praxis hängt die Auswahl davon ab, ob das Original ein erstes, ein zweites oder ein drittes Mal abgetastet wird, wie im folgenden erläutert werden soll). Schließlich könnten noch drei Paare von Wellenform-Generatoren (insgesamt 6) für drei verschiedene Rasterdrehungen bei der Farbabtastung vorgesehen sein, wobei ein Schalter (der von der Reproduktions-Vorrichtung betätigt wird) dazu dient, die Auswahl des geeigneten Paars zu ermöglichen.

Wenn die Schaltungsanordnung nach Fig. 8 modifiziert

werden soll, um ein vom Standard abweichendes Raster

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(elliptische Punkte) zu erzeugen, so kann das Blockschaltbild nach Fig. 9 verwendet werden. Die Signale 50 und 56 werden über Funktions-Synthesizer 49 und 57 an symmetrische bzw. Gegentaktmodulatoren 72 und 74 angelegt, wobei in den Zuleitungen zu demModulator 74 90°-Phasenschieber 76 und 78 vorgesehen sind. Die Ausgangssignale 81 bzw. 83 der Modulatoren 72 bzw. 74 werden in einem Summierglied 80 summiert, um die Rasterfunktion 85 zu erzeugen, die oben in Gleichung (2) angegeben wurde. Die Werte für die Konstanten "a" und "b" können elektronisch in den Modulatoren oder den Schaltungsanordnungen gesteuert werden, die bei dem Komparator vorgesehen sind, wie in Fig. 10 dargestellt ist. Die Größe der Elliptizität hängt von dem Verhältnis der Ausgangssignale von jedem Modulator (oder der Differenz in den Spitze-zu-Spitze-Ampiituden des Ausgangssignals jedes Modulators) 72 und 74 ab. Das Ausgangssignal 85 von dem Summierglied 80 ist die gewünschte elliptische, 45°-Rasterfunktion.

Fig. 10 stellt schematisch das Schaltdiagramm des Komparators dar. Das elektrische, analoge Eingangssignal, wie beispielsweise ein Video-Signal, wird auf einen Eingang 90 gegeben, dessen Verstärkung durch ein Potentiometer 92 gesteuert wird. Das Eingangssignal wird an die Basis eines npn-Transistors 94 über einen Widerstand 96 angelegt. Die Rasterfunktion wird an den Anschluß 98 und an die Basis des Transistors 94 über einen Widerstand 100 angelegt. Ein Potentiometer 102 und eine 5 Volt-Quelle führen der Basis des Transistors über Widerstände 104 bzw. 112 Ausgleichs- bzw. Kompensationsströme zu. Die an der Basis des Transistors auftretenden Ströme werden durch einen Summierverstärker summiert und in eine Spannung umgewandelt; dieser Summierverstärker weist einen Transistor 94, einen Lastwiderstand 108 sowie einen Rückkopplungs-Widerstand

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auf, die auf die in Fig. 10 gezeigte Weise miteinander verbunden sind. Das summierte Spannungssignal an dem Kollektor des Transistors 94 wird auf den nichtinvertierenden Eingang des Komparators 114 gekoppelt. Eine Schwellenspannung, die aus einem Widerstandsteilernetzwerk (Widerstände 116 und 118), der Spannungsquelle und einem Kondensator 120 (der als Filter wirkt) besteht, liefert ein Schwellensignal zu der invertierenden Leitung des Komparators 114. Wenn das Signal an dem nicht-invertierenden Eingang größer als das Signal an dem invertierenden Eingang ist, erzeugt der Komparator 114 einen positiven Impuls mit variabler Breite bzw. Dauer (in Stücke aufgeteiltes Video-Signal) an dem Anschluß 122, dessen Amplitude sich von 0 Volt bis plus 3 Volt ändert. Das Signal an dem Anschluß 122 wird dann auf einen Modulator gegeben, wie in Fig. 12 dargestellt ist, der die Ein-Aus-Zeiten des Laserstrahls steuert, so daß sich die gewünschten Halbton-Reproduktionen ergeben.

Fig. 11 (a) stellt die Erzeugung eines Teils eines 45° Standardrasters an dem 50° Graupunkt dar (der dem Punkt K = 0.5 in Fig. 5 entspricht), wobei die Punkte in dem Standardraster symmetrisch zu den benachbarten Punkten sowohl in der Rasterrichtung als auch im rechten Winkel dazu sind. Zur Erläuterung dieses Verfahrens soll angenommen werden, daß das erzeugte Muster am Startpunkt 140 eingeleitet wird, der mit der Abtast-Reproduktionseinrichtung synchronisiert wird, die auf die im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 12 beschriebene Weise eingesetzt wird. Der Bezugspfeil 141 zeigt die Richtung der x-Abtastung und der Bezugspfeil 143 die Richtung der y-Abtastung an.

Zur weiteren Erläuterung dieses Verfahrens soll angenommen werden, daß die Punkte, die ftir den dargestellten

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50%-Graupunkt konstruiert werden, jeweils vier Abtastzeilen oder Reihen aufweisen. Die gebildeten Punkte weisen quadratische Zellen 142, 144...164, typischerweise 10 mil auf jeder Seite (für eine Rasterfrequenz von 100 Punkten/Zoll) auf. Für ein Rastermuster, das ganz bzw. tief schwarz darstellt, würde die "ZeI1en-"Größe zweimal so groß wie dargestellt sein, d.h., benachbarte Zellen würden schwarz (oder in Farbe für die Farbabtastung) gedruckt sein.Die 45°-Rasterfunktion bewirkt, daß die dargestellte Gittermatrix durch einen emittierten Strahl, wie beispielsweise einen Laserstrahl, reproduziert wird, der in der Weise mit einer Reproduktionseinrichtung gekoppelt ist, daß ein voller Punkt in den Zellen 144,148,150,154,160,164 ... erzeugt wird, während kein Punkt in den benachbarten Zellen 142, 146, 152, 156, 158, 162 ... konstruiert wird. Im folgenden soll insbesondere auf den Aufbau des Punktes 144 eingegangen werden, um das Vorgehen im einzelnen zu erläutern; die erste Schreib- oder Laser-Abtastung erzeugt den Punktbereich a, die zweite Abtastung erzeugt den Punktbereich b, die dritte Abtastung erzeugt den Punktbereich c, und die vierte Abtastung erzeugt den Punktbereich d (wie man beobachten kann, überlappen sich die Punktbereiche im allgemeinen). Das gezeigte Muster entspricht dem mittleren Grauton, da die Zellen, die den tatsächlich konstruierten Punkten entsprechen, als vollkommen schwarz gedruckt werden würden (oder in Farbe für einen Farbkopievorgang).

Obwohl es nicht dargestellt ist, könnten auch andere Punktfigurationen konstruiert werden. Beispielsweise könnte ein kreisförmiger Punkt für die hellste Stelle durch entsprechende Auswahl der Rasterfunktion (K=O.1, Fig. 5) konstruiert werden.

Fig. 11 (b) stellt die Erzeugung eines Teils eines vom Standard abweichenden 45° (elliptischen) Rastermusters unter Verwendung der Schaltungsanordnungen nach den Figuren 9 und 10 dar. Die in diesem Gitter erzeugten Punkte sind per Definition nicht symmetrisch in bezug auf benachbarte Punkte in der Rasterrichtung oder senkrecht

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dazu. Wie in Fig. 11 (b) gezeigt ist, sehen für den mittleren Grauton (sowie für die hellsten Stellen und den Schatten) die konstruierten Punkte tatsächlich wie Ellipsen aus, woraus sich der Name für diesen vorn Standard abweichenden Raster ergibt. Im mittleren Tonbereich wird die Zelle, welche die maximale Punktfläche definiert nicht vollständig als Schwarz (oder in Farbe für den Farbkopiervorgang) gedruckt, da sich nur zwei Stellen bzw. Punkte von benachbarten Punkten berühren. Für erhöhte Grauwerte nehmen die Flächen der gezeigten Ellipsen ständig zu, bis alle vier Ecken des Punktes die Ecken benachbarter Punkte berühren.

Der Abtastvorgang wird am Punkt 170 eingeleitet, wobei die x-Richtung der Abtastung durch den Bezugspfeil 171 die y-Richtung der Abtastung durch den Bezugspfeil 173 angedeutet sind. Die erzeugten Punkte werden innerhalb einer Vielzahl von Zellen 172, 174, 176 ... 194 mit einer Größe erzeugt, wie sie bei spielsweise oben unter Bezugnahme auf Fig. 11(a) angegeben wurde. Wie sich der Figur entnehmen läßt, bildet die Punktmatrix einen Winkel von 45° mit der x-Richtung der Abtastung. Im folgenden soll das Vorgehen anhand der Zelle 174 erläutert werden; die erzeugten elliptischen Punkte weisen Bereiche a, b, c und d auf, die sich überlappen oder nicht überlappen können. Die Bereiche a, b, c, d des Punktes 174 bilden den Umriß einer Ellipse, deren Verkettungsrichtung parallel zu cfer Rasterrichtung ist. Die Punkte in abwechselnden Zellen 178, 180, 184,190 und 194 werden in ähnlicher Weise konstruiert, um das dargestellte Mitteltonmuster zu bilden. In dieser Situation berühren nur zwei Ecken eines konstruierten Punktes benachbarte Punkte. Beispielsweise berühren die Ecken des Punktes 184 die Ecken der Punkte 178 und 190, wobei jedoch kein Bereich des Punktes 184 die Punkte 174 und 194 berührt. Es können auch andere, vom Standard abweichende Raster

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gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, so daß sich alternative Punktformen ergeben.

In Fig. 12 ist ein Blockdiagramm eines Farbkopier-Systems dargestellt, bei dem das Prinzip der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann. Selbstverständlich kann das Prinzip der vorliegenden Erfindung auch für ein Schwarz/Weiß-Kopiersystem eingesetzt werden, bei dem ein Laser mit einer einzigen Ausgangswellenränge dazu dient, ein Original abzutasten und eine Reproduktion dieses Originals auf ein laserempfindliches Medium zu drucken. In diesem Fall wird der Rasterwinkel für jede Zeilenabtastung konstant gehalten. Ein Originaldokument 210 befindet sich auf einem drehbaren Teil 212, das bei der dargestellten Ausführungsform Walzenform hat. Das Dokument 210 ist auf der Walze 212 durch geeignete Mittel befestigt, wobei die Walze sich in Richtung des Pfeils 214 dreht. Das Originaldokument 210 kann schwarz/weiß oder farbig sein. Die folgende Erläuterung soll sich auf die Abtastung eines farbigen Dokumentes 210 beziehen. Da das Konzept der vorliegenden Erfindung auf die Abtastung des Originaldokumentes 210 und die Reproduktion einer Kopie entweder örtlich,also an derselben Stelle, oder an einer entfernten Stelle gerichtet ist, wird das Dokument 210 abgetastet, um entsprechende elektrische (Video-) Signale zu erzeugen, welche die Ton-(Farb-) Informationen auf dem Dokument 210 darstellen. Im einzelnen sind Lese-Laser 216, 218 und 220 vorgesehen, wobei der Laser 216 einen Helium-Neon-Laser zur Erzeugung von rotem Licht, der Laser einen HeIium-Kadmium-Metalldampflaser zur Erzeugung von blauem Licht und der Laser 220 einen Argon-Ionen-Laser zur Erzeugung von grünem Licht aufweisen. Ein in geeigne ter Weise erregter Helium-Kadmium-Laser kann Licht mit Wellenlängen erzeugen, die sowohl Blau als auch Grün entsprechen, so daß statt der Laser 218 und 220 ein

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einzelner Laser eingesetzt werden kann. Der Lichtstrahl 222 von dem Laser 216 wird auf einen total reflektierenden Spiegel 224 gerichtet, der den Strahl zu einem für ihn durchlässigen Spiegel 226 leitet. Der Spiegel 226 reflektiert auch den durch den Laser 218 erzeugten Strahl 228, so daß der sich ergebende Strahl 230 sowohl rotes als auch blaues Licht enthält. Der durch den Laser 220 erzeugte Lichtstrahl 232 wird auf einen Spiegel 234 gerichtet, der den Strahl 230 durchläßt und den Strahl 232 reflektiert. Der sich ergebende Strahl 236 von dem Spiegel 234 kombiniert die durch die Laser 216, 218 bzw. 220 erzeugten roten, blauen und grünen Wellenlängen und fällt auf einen Spiegel 238. Der Strahl 236, der im wesentlichen aus weißem Licht besteht, wird über einen Spiegel 238 auf eine Eingangs-Abtasteinrichtung 240 gerichtet, die ein rotierendes, mit vielen Fazetten versehenes Polygon aufweist. Das Abtastlicht von der Abtasteinrichtung 240 wird über eine zylindrische Linse 242 auf das Dokument 210 gerichtet; die Ebene ohne Vergrößerung bzw. Brechkraft bzw. optische Wirkung der zylindrischen Linse 242 liegt in Richtung der Abtastung. Das von dem Dokument 210 reflektierte Licht wird durch ein Lichtrohr 244 gesammelt, das wiederum das gesammelte Licht auf einen Detektor 246 richtet; dieser Detektor weist Sektionen bzw. Abschnitte 246a, 246b und 246c auf, die jeweils auf das rote, blaue und grüne Licht ansprechen, das von dem farbigen Dokument 210 reflektiert wird. Das festgestellte bzw. ermittelte Ausgangssignal wird auf einen Farbkorrektur-Rechner 248 gekoppelt, um in geeigneter Weise verarbeitet zu werden. Farbkorrektur-Rechner sind bekannt (siehe beispielsweise US-PS 3 622 690) und dienen dazu, die Mängel bzw. Fehler in dem Entwicklerpulver (Toner) zu korrigieren; ein solcher Rechner liefert nacheinander mehrere elektronische Farbtrennsignale, die den Farben Gelb, Magenta und Cyan entsprechen. Wie im folgenden unter Bezugnahme auf den verwendeten

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Drucker erläutert werden soll, wird das Originaldokument 210 dreimal abgetastet, so daß Video-Signale entstehen, die den drei Primärfarben entsprechen; der Farbkorrektur-Rechner 248 wird anschließend in einer entsprechenden Folge in Betrieb gesetzt, um Farbkorrekturen für das gelbe, Magenta- und Cyan-Entwicklerpulver zu liefern. Die durch den Farbkorrektur-Rechner 248 durchgeführte Farbkorrektur wird über eine Leitung 252 an den elektronischen Halbton-Generator 250 nach der vorliegenden Erfindung angelegt. Ein Detektor für den Start der Abtastung 254 ist in der Nähe des Dokumentes 210 vorgesehen, um über die Leitung 256 dem elektronischen Generator 250 das erforderliche Synchronisiersignal zuzuführen. Die Funktionssynthesizer, die zur Erzeugung der Sinus/Kosinus-Wellenformen verwendet werden, werden durch das Signal für den Start der Abtastung angesteuert, um für jede Abtastzeile die gleiche Phase (d.h., eine Phase, die gleich 0° in der x-Richtung der Abtastung ist) sicherzustellen. Ein WeIlencodierer 260 erzeugt einen Impuls für jede Drehung der Walze, wobei die dadurch erzeugte Impulsfolge auf einen Zähler 262 gekoppelt wird, der drei Impulse zählt und anschließend zurückgesetzt wird. Für Farbreproduktionen wird das Dokument 210 dreimal abgeteilt, und zwar jeweils einmal für die Abtastung der roten, grünen und blauen Farben·, aus denen die Informationen auf dem Dokument bestehen. Selbstverständlich kann auch eine vierte Farbe, wie beispielsweise Schwarz, mit einer zusätzlichen Abta.st- und Rasterfunktion abgetastet und reproduziert werden. Da für jede Abtastung ein anderer Rasterwinkel vorgesehen werden sollte (ein einzelner Rasterwinkel kann für Schwarz/Weiß-Reproduktionen eingesetzt werden) bewirkt der erste festgestellte Impuls, daß der Zähler 262 ein Signal auf der Leitung 264 erzeugt, das auf den elektronischen Halbton-Generator 250 gekoppelt wird. Der darin vorgesehene Funktionssynthesizer erzeugt eine

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geeignete Rasterfunktion mit einem ersten Rasterwinkel (relativ zu der x-Richtung der Abtastung). Der zweite festgestellte Impuls, welcher der zweiten Abtastung des Originals entspricht, bewirkt, daß der Zähler 262 ein Signal auf der Leitung 264 erzeugt, so daß der Funktionssynthesizer eine Rasterfunktion mit einem zweiten Rasterwinkel liefert, der anders als die erste Rasterrichtung ist. Der dritte, von dem Zähler 262 festgestellte und der dritten Abtastung des Dokumentes entsprechende Impuls bewirkt, daß der Funktionssynthesizer eine Rasterfunktion mit einem dritten Rasterwinkel ist, der sich von der ersten und zweiten Rasterrichtung unterscheidet. Beispielsweise kann der erste Rasterwinkel 0°, der zweite Rasterwinkel 22° und der dritte Rasterwinkel 45° sein. Auf diese Weise wird eine exakte Farb-Halbtonreproduktion des Originaldokumentes 210 durch die Reproduktionsvorrichtung erzeugt. Im einzelnen wird das Halbtonsignal über die Leitung 268 an einen elektrooptischen Modulator 266 angelegt, um Halbtontrennungen des Dokumentes 210 zu erzeugen. Der Ausgangsstrahl von dem Schreib-Laser 270 wird ebenfalls über einen Spiegel 272 an den Modulator 266 angelegt. Wie im folgenden im einzelnen unter Bezugnahme auf die Reproduktionsvorrichtung oder den Drucker 274 erläutert werden soll, sollte der Schreib-Laser rotes Licht erzeugen, wie es durch einen HeIium-Neon-Laser geliefert wird. Der Modulator 266 moduliert den Laserstrahl 276 in Abhängigkeit von der Amplitude der elektronischen Signale, die von dem Halbton-Generator 250 abgenommen werden. Im allgemeinen gilt dabei folgendes: Wenn diese Signale hoch sind, wird mehr Licht durch den Modulator 266 durchgelassen, als wenn diese Signale niedrig sind. Als Folge hiervon ist das durch den Modulator 266 durchgelassene Licht eine Funktion der Amplitude der elektronischen Signale auf der Leitung 268 und damit eine Funktion der Dichte (Farbe) der Töne auf dem Dokument 210. Das durch den Modula-

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tor 266 durchgelassene Licht wird auf eine Ausgangs-Abtasteinrichtung 278 gegeben, die der Eingangs-Abtasteinrichtung 240 ähnelt und synchron dazu arbeitet. Das Abtastlicht von der Ausgangs-Abtasteinrichtung 278 wird durch eine zylindrische Linse 280 auf ein photoleitfähiges Medium 280 fokussiert, das auf einer xerographischen Walze 284 ausgebildet ist. Der Drucker 274 weist nach einer bevorzugten Ausführungsform ein System auf, wie es in der US-PS 3 854 449 beschrieben ist; dieses System ist jedoch so modifiziert, daß es den Laser 270, den Modulator 266 und die Ausgangs-Abtasteinrichtung 278 enthält. Soweit die Lehre der US-PS 3 854 449 für das Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig ist, wird ausdrücklich auf diese Druckschrift verwiesen. Wie oben erwähnt wurde, liefert der elektronische Halbton-Generator 250 die notwendigen Signale zur Erzeugung der erforderlichen Halbton-Punktmatrix auf der Ausgangskopie. Die spezielle verwendete Schaltungsanordnung ermöglicht es, daß unterschiedlich geformte Punkte in variablen Rasterwinkeln zu der Abtastrichtung erzeugt werden können. Unter Bezugnahme auf Fig. soll darauf hingewiesen werden, daß die Abtast- oder x-Richtung die Richtung ist, die senkrecht zu der Ebene der Figur verläuft.

Dieses System hat folgende Funktionsweise: Die Lese-Laser 216, 218 und 220 werden eingeschaltet, so daß die von ihnen emittierten monochromatischen Lichtstrahlen zu einem einzigen Abtaststrahl 236 verschmelzen, der auf die Eingangs-Abtasteinrichtung 240 fokussiert wird. Durch eine Drehung der Abtasteinrichtung 240 wird der Abtaststrahl, der durch eine Linse 242 zu einem feinen bzw. kleinen Punkt fokussiert wird, so gerichtet, daß er das Dokument 210 abtastet. Wenn sich die Walze 212 in Richtung des Pfeils 214 dreht, werden mehrere Abtastzeilen erzeugt. Aufgrund des Farbinhalts

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des Dokumentes 210 erzeugt jede Abtastzeile Lichtsignale mit variierenden Amplituden; diese Lichtsignale werden durch das Lichtrohr 214 übermittelt und gesammelt sowie durch die Detektoren 246a bis 246c festgestellt. Der Detektor 246a trennt bzw. extrahiert das rote Licht aus dem übermittelten Lichtstrahl und wandelt es in ein variierendes elektronisches Signal um. Das blaue Licht in dem Abtaststrahl wird durch den Detektor 246b abgetrennt, so daß das entsprechende elektronische Signal erzeugt werden kann; der Detektor 246c stellt das grüne Licht in dem Abtaststrahl fest und wandelt es in ein elektronisches Signal um. Die Farbkomponentensignale von den Detektoren 246a bis 246c werden auf den Farbkorrektur-Rechner 248 gegeben, um farbkorrigierte Magenta-, Cyan- und Gelb-Ausgangssignale zu erzeugen. Diese variierenden Signale werden über den elektronischen Generator 250 auf den Modulator 266 gegeben, dem auch der von dem Laser 270 emittierte Laserstrahl 276 zugeführt wird. In Abhängigkeit von der Amplitude des elektronischen Signals, das von dem Halbton-Generator 250 abgeleitet wird, läßt der Modulator 266 das Licht des Laserstrahls durch oder unterbricht es. Das Ausgangssignal von dem Modulator 266 wird auf die xerographische Walze 284 fokussiert, um den Photoleiter 282 zu belichten; dann wird die Abbildung entwickelt, wie es in der US-PS 3 854 449 erläutert wird. Da das modulierte Licht eine Nachbildung der entsprechenden Farbkomponente in dem auf dem Dokument 210 ausgebildeten Originalmuster ist, bildet die aus der Abbildung auf der Walze 284 erzeugte Klarschriftausgabe bzw. das sichtbare Bild eine Halbton-Nachbildung der Farbtöne in dom Dokument 210.

Da das Entwicklungsverfahren in dem Drucker 274 drei Abtastzyklen benötigt, wird das Dokument 210 dreimal durch die Eingangs-Abtasteinrichtung 240 abgetastet;

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die Ausgangs-Abtasteinrichtung 278 tastet die Walze 284 in ähnlicher Weise dreimal synchron mit der Abtastung des Dokumentes 210 ab.

Obwohl das System nach der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf analog arbeitende Einrichtungen beschrieben worden ist, könnten diese Einrichtungen in gleicher Weise auch digital arbeiten.

Das hier beschriebene System nach der vorliegenden Erfindung läßt sich sehr vielseitig einsetzen und bietet im Vergleich mit den herkömmlichen Einrichtungen viele Vorteile bei der Erzeugung von elektronischen Halbtönen für die Reproduktion und/oder Anzeige. Dabei wird ein zweidimensionales Gitter von Halbton-Punkten hergestellt, wobei die Eigenschaften der Punkte durch entsprechende Auswahl der Rasterfunktion geändert werden können. Die Punktfläche wird durch die Video-Funktion moduliert, wodurch sich ein größerer dynamischer Bereich ergibt, als er mit Zeilenhalbton-Techniken erreicht werden kann. Durch entsprechende Auswahl der Rasterfrequenzen und Phasen kann das Halbton-Gitter relativ zu den Eingangs- und/oder Ausgangs-Abtastrichtungen gedreht werden; durch Verwendung von geeigneten Phasen- und/oder Frequenz-Kopplungen können Abtastunregelmäßigkeiten in dem Ha-.-ton-Gittermuster kompensiert werden. Weiterhin können Koordinatentransformationen eingesetzt werden, damit das System nach der vorliegenden Erfindung (das geradlinige Halbton-Gitter erzeugt) auch mit spiralförmigen, kreisförmigen usw. Eingangs-/Ausgangs-Abtasteinrichtungen arbeiten kann. Schaltet man mehrere dieser Schaltungsanordnungen mit geeigneter zeitlicher Verzögerung der gleichen Rasterfunktion parallel, so kann die Zahl der Ausgangskanäle anders sein als die Zahl der Eingangskanäle; dadurch wird der Einsatz bei Mehrkanal-Abtasteinrichtungen möglich. Die Video-Funktion wird durch die Raster-

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funktion nicht bandbegrenzt, und die Auflösung des Ausgangssignals wird unter Berücksichtigung des angestrebten hohen Kontrastes nicht merklich verschlechtert. Das Ausgangssignal ist binär und muß keine größere Bandbreite als die eingegebene Video-Funktion haben, so daß sich für Video-Formatsignale eine Datenkompression ergibt. Die oben erwähnten Vorteile werden in Real Time ohne jeden Speicher erreicht.

Wie oben erwähnt wurde, wird der dynamische Bereich der Zei1enhalbton-Technik definiert durch

D.R. = 1

wobei f/ die Zeilenhalbton-Frequenz in Zeilen pro Längeneinheit und w die minimale reproduzierbare Zeilenbreite ist. Mit dem hier beschriebenen System nach der vorliegenden Erfindung ergibt sich ein dynamischer Bereich, der durch die folgende Formel ausgedrückt werden kann

D.R. = K(

wobei f. die Punktfrequenz in Punkten pro Längeneinheit, d der Durchmesser des kleinsten reproduzierbaren Punktes und K ein von der Punktform abhängender geometrischer Flächenfaktor sind; für einen kreisförmigen Punkt ist K gleich 4/7Γ . Im allgemeinen bestimmt die Ausgangs-Abtasteinrichtung w oder d ; für w = d , f£ - f. ist der dynamische Bereich des elektronischen Halbton-Generators das Quadrat des dynamischen Bereichs für Zei1enhalbton, d.h., eine Zeilenhalbton-Kapazitat von 8:1 wird sich für einen Punkthalbton auf 64:1 mit den gleichen Beschränkungen für die Ausgangsabtastung erhöhen. Dies stellt eine wesentliche Verbesserung der Leistungen des Wirkungsgrades dar. 709849/0755

Der Doppel frequenz- und Phasen-Aufbau der Rasterfunktion

ermöglicht die Verwendung von Koordinaten-Manipulationen unter Einsatz von Frequenz- und/oder Phasen-Modulationstechniken. Beispielsweise kann durch geeignete Auswahl von Frequenz und Phase ein relativ zu einer X-Y-Abtasteinrichtung gedrehtes Halbton-Gitter erzeugt werden. Durch geeignete Frequenz- und/ oder Phasen-Modulation können Koordinatentransformationen und Stabilisationen erreicht werden. Beispiels weise kann ein geradliniges Halbton-Gitter mit einem spiralförmigen Abtast-Ausgangssignal erzeugt werden, indem gesetzt wird

f₁ = v_rf_d cos wt

sin wt

wobei ν die radiale Abtastgeschwindigkeit und w die Winkelabtastgeschwindigkeit sind.

Wenn die Abtastgeschwindigkeiten aufgrund von mechanischen Einschränkungen bzw. Abhängigkeiten oder anderen feststellbaren Gründen Unregelmäßigkeiten haben, dann können Frequenz- und Phasen-Kopplungstechniken (Frequenz- und Phasen-Lock-Techniken) bei f₁ und f„ an- . gewandt werden, um das Halbton-Gittermuster zu stabilisieren.

Bei Systemen mit mehrkanaligen Eingangs-/Ausgangs-Abtasteinrichtungen kann der elektronische Halbton-Generator in jeden Kanal eingebaut werden. Die Rasterfunktion wird mit entsprechender zeitlicher Verzögerung zwischen den Kanälen an jeden Kanal angelegt, wodurch das Bezugshalbton-Gitter ausgerichtet bzw. registriert wird.

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Teilpunkte beziehen sich auf die Fähigkeit des Systems, in Verbindung mit einem Eingangssignal mit sich rasch ändernder Dichte in dem Video-Signal die Punktfläche in einer Halbton-Gitterzelle zu modulieren. Die Rasterfunktion ermöglicht es, daß sich ein Punkt beispielsweise in der Mitte der Konstruktion des Punktes von Schwarz nach Weiß ändert. Die Tatsache, daß der elektronische Halbton-Generator die Bandbreite der Video-Funktion nicht fundamental begrenzt, ermöglicht dieses Arbeiten mit Teilpunkten.

Außerdem liefert ein solches System aufgrund seines Aufbaus eine Datenkompression. Im einzelnen hat die Video-Funktion eine Bandbreite νοηά f und einen analogen dynamischen Bereich D. Wenn die Video-Funktionen in ein digitales Format umgewandelt werden, so wäre die Bit-Geschwind igkeit B wenigstens

B = 2 fA log₂ D.

Das Ausgangssignal des elektronischen Halbton-Generators ist binär mit einer minimalen Bandbreite von Δ f und stellt eine Bit-Geschwindigkeit bzw. Bit-Rate von B = 2Δ f

Mit Ausnahme der Tatsache, daß die Ausgangsimpulse dauermoduliert sind, würde dies einen Datenkompressionsfaktor von 1Og₂D bedeuten. Unter Berücksichtigung des dynamischen Bereichs ergibt sich jedoch ein Netto-Kompressionsfaktor C . von

log₂D

für digital umgewandelte Halbton-Ausganssignale. Eine

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weitere Datenkompression kann durch herkömmliche Verfahren erreicht werden. In speziellen Anwendungsfällen, bei denen keine getakteten Bits erforderlich sind, läßt sich der volle Kompressions faktor

C_d = log₂D
reali sieren.

Zusammengefaßt läßt sich also folgendes feststellen: Der elektronische Halbton-Generator nach der vorliegenden Erfindung wandelt elektronische Signale im Video-Format in binäre Halbton-Ausgangssignale um. Die Eingabe-Einrichtungen, welche die Video-Formatsignale liefern, können Fernsehkameras, Laser-Abtasteinrichtungen, Lichtpunktabtaster bzw. Flying-Spot-Abtasteinrichtungen, Video-Bänder, von Rechnern konstruierte Abbildungen, Faksimilegeräte, usw. sein. Da es sich bei dem Ausgangssignal des Generators um ein elektronisches Signal handelt, kann es bei Ausgabe-Einrichtungen eingesetzt werden, die jede beliebige Zahl von Markierungs- und/oder Anzeige-Technologien verwenden. Ausgabe-Abtasteinrichtungen können beispielsweise Kathodenstrahlröhren, Laser,' Lichtpunkt- bzw. Flying-Spot-Abtaster, lichtemittierende Dioden und elektronische Matrizen sein. Zu den verschiedenen, einsetzbaren Markierungstechnologien gehören beispielsweise photographische, xerographische, Tintenstrahl- bzw. Farbstoffstrahl-, Elektrophorese-, magnetographische usw. Verfahren.

Der elektronische Halbton-Generator kann auch bei Anzeigeeinrichtungen verwendet werden, bei denen ein zusätzlicher dynamischer Bereich erforderlich ist und/ oder Nicht-Linearitäten in der Helligkeit des Ausgangssignals nur mit Schwierigkeiten kompensiert werden können, wie es beispielsweise bei LED-Anzeigesystemen,

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Festkörper-Matrix-Anzeigesystemen und spezialisierten mehrkana1igen Kathodenstrahlröhren der Fall ist. Da es sich bei dem Ausgangssignal des Generators um ein binäres Signal handelt, sind keine linearen Übertragungsfunktionen für die Anzeige oder Markierung erforderlich. Es werden nur Ausgabe-Einrichtungen benötigt, die schwarz/weiß (oder bei Mehrfarben-Anwendungen die entsprechenden farbigen) Anzeigen erzeugen.

Da sich bei der Halbton-Erzeugung gleichzeitig eine Datenkompression ergibt, kann die Ausgabeeinrichtung mit herkömmlichen Datenkompressions-Techniken kombiniert werden, so daß die Speicheranforderungen, die Übertragungsbandbrei ten oder Lauflängen (run lengths) und die Senderleistung verringert werden können.

- Patentansprüche -

0 9 P l>. 9 / Π 7 5 5

Leerseite

Claims (48)

Patentansprüche

1. Einrichtung zur Umwandlung eines elektrischen, analogen, eine Abbildung darstellenden Eingangssignals in ein entsprechendes Ausgangssignal in Form eines Punktmusters, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung einer zeitveränderlichen Funktion, die eine Funktion von ersten und zweiten Signalen mit unterschiedlichen Frequenzen ist, durch eine Einrichtung für den Empfang des analogen Signals als eine Folge von · aufeinanderfolgenden Abtastungen während der Erzeugung eines jeden Punktes, der das Punktmuster bilden wird, durch eine mit der Erzeugungseinrichtung und der Aufnahmeeinrichtung gekoppelte Einrichtung für den Vergleich der aufeinanderfolgenden Abtastungen mit der Funktion und zur Erzeugung eines Differenzsignals, wenn sich die Funktion von den folgenden Abtastungen unterscheidet, und durch eine auf das Differenzsignal ansprechende Einrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals in Form des

Punktmusters.

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TELEFON (O8O) 22 3882

telex oe-oesso

TELEQRAMME MONAPAT

TELEKOPICRER

OFUGINAL INSPECTED

2 7 ? ti / 8

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form jedes Punktes in dem Punktmuster durch die zei tverä'nderl iche Funktion gesteuert wird.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das analoge Signal durch Abtastung der Abbildung in einer ersten und in einer zweiten Richtung erzeugt wird, wobei die erste Richtung im rechten Winkel zu der zweiten Richtung verläuft, und daß das Punktmuster durch Abtastung des Ausgangssignals in Richtungen erzeugt wird, die der ersten und der zweiten Richtung entsprechen.

4. Einrichtung nach Anspruch. 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des ersten Signals in einer Beziehung zu der Abtastfrequenz des Punktmusters in der ersten Richtung steht, und daß die Frequenz des zweiten Signals in einer Beziehung zu der Abtastfrequenz des Punktmusters in der zweiten Richtung steht.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die das Punktmuster bildenden Punkte in einer Folge von aufeinanderfolgenden Abtastzeilen gebildet werden, die den aufeinanderfolgenden Abtastzeilen des analogen Signals entsprechen.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte in jeder Abtastzeile parallel zu der ersten Abtastrichtung sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung' der Punkte in jeder Abtastzeile relativ zu der ersten Abtastrichtung durch Ändern des Wertes der Funktion variiert wird.

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ORIGINAL INSPECTED

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte elliptische Form haben.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Verkettung der elliptischen Punkte relativ zu der ersten Abtastrichtung durch den Wert der Funktion bestimmt wird.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische, analoge Eingangssignal ein Video-Signal ist, welches die Änderungen der optischen Dichte einer graphischen Abbildung darstellt.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die graphische Abbildung farbig ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal in Farbe durch Drucken reproduziert wird.

13. Einrichtung zur Reproduktion einer Abbildung als Halbton-Muster durch elektronische Rasterung der Abbildung, wobei das Halbton-Muster eine Punktmatrix aufweist, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen, analogen, die Variationen in der Abbildung darstellenden Eingangssignals, wobei das analoge Signal als eine Folge von aufeinanderfolgenden Abtastungen während der Erzeugung eines jeden Punktes erzeugt wird, der die Punktmatrix bildden wird, durch eine zweite Einrichtung zur Erzeugung einer zeitveränderlichen Funktion, die eine Funktion von ersten und zweiten Signalen mit unterschiedlichen Frequenzen ist, durch eine mit der ersten und zweiten

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Erzeugereinrichtung gekoppelte Einrichtung für den Vergleich der aufeinanderfolgenden Abtastungen mit der Funktion und für die Erzeugung eines Differenzsignals, wenn sich die Funktion von den aufeinanderfolgenden Abtastungen unterscheidet, und durch eine auf das Differenzsignal ansprechende Einrichtung zur Erzeugung des Halbton-Musters in Form der Punktmatrix

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Form jedes Punktes in der Punktmatrix durch Änderung der zeitveränderlichen Funktion gesteuert wird.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das analoge Signal durch Abtastung der Abbildung in ersten und zweiten Richtungen erzeugt wird, wobei die erste Richtung im rechten Winkel zu der zweiten Richtung verläuft, und daß die Punktmatrix durch Abtastung des Ausgangssignals in Richtungen erzeugt wird, die der ersten und zweiten Richtung entsprechen.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des ersten Signals in einer Beziehung zu der Abtastfrequenz der Punktmatrix in der ersten Richtung steht, und daß die Frequenz des zweiten Signals in einer Beziehung zu der Abtastfrequenz der Punktmatrix in der zweiten Richtung steht.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte, welche die Punktmatrix bilden, in einer Folge von aufeinanderfolgenden Abtastzeilen gebildet werden, die den aufeinanderfolgenden Abtastzeilen des analogen Signals entsprechen.

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18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte in jeder Abtastzeile parallel zu der ersten Abtastrichtung sind.

19. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Punkte in jeder Abtastzeile relativ zu der ersten Abtastrichtung durch Änderung des Wertes der Funktion variiert wird.

20. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte elliptische Form haben.

21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Verkettung der elliptischen Punkte relativ zu der ersten Abtastrichtung durch den Wert der Funktion bestimmt wird.

22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische, analoge Eingangssignal ein Video-Signal ist, welches die Änderungen der optischen Dichte der Abbildung darstellt.

23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildung mehrfarbig ist.

24. Einrichtung nach Anspruch 23,dadurch gekennzeichnet, daß das Halbton-Muster mehrfarbig durch Drucken reproduziert wird.

25. Verfahren zur Umwandlung eines elektrischen, ana- ^⁴ logen, eine Abbildung darstellenden Eingangssignals to in ein entsprechendes Ausgangssignal in Form eines

*·» Punktmusters, dadurch gekennzeichnet, daß eine zeit-,^ veränderliche Funktion erzeugt wird, die eineFunktion ° von ersten und zweiten Signalen mit verschiedenen Frevi quenzen ist, das das analoge Signal als eine Folge von

aufeinanderfolgenden Abtastungen während der Erzeugung eines jeden Punktes, der das Punktmuster bilden wird, aufgenommen wird, daß die aufeinanderfolgenden

277Π7Π2

Abtastungen mit der Funktion verglichen und ein Differenzsignal erzeugt wird, wenn sich die Funktion von den aufeinanderfolgenden Abtastungen unterscheidet, und daß ein Ausgangssignal in Form des Punktmusters geliefert wird.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Form jedes Punktes in dem Punktmuster durch die zeitveränderliche Funktion gesteuert wird.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß das analoge Signal durch Abtastung der Abbildung in ersten und zweiten Richtungen erzeugt wird, wobei die erste Richtung im rechten Winkel zu der zweiten Richtung verläuft, und daß das Punktmuster durch Abtastung des Ausgangssignals in Richtungen erzeugt wird, die der ersten und zweiten Richtung entsprechen.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des ersten Signals in einer Beziehung zu der Abtastfrequenz des Punktmusters in der ersten Richtung steht, und daß die Frequenz des zweiten Signals in einer Beziehung zu der Abtastfrequenz des Punktmusters in der zweiten Richtung steht.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte, die das Punktmuster bilden, in einer Folge von aufeinanderfolgenden Abtastzeilen erzeugt werden, die den aufeinanderfolgenden Abtastzeilen des analogen Signals entsprechen.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte in jeder Abtastzeile parallel zu der ersten Abtastrichtung sind.

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27207Π2

31. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Punkte in jeder Abtastzeile
relativ zu der ersten Abtastrichtung durch Änderung
des Wertes der Funktion variiert wird.

32. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte elliptische Form haben.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Verkettung der elliptischen Punkte relativ zu der ersten Abtastrichtung durch den Wert der Funktion bestimmt wird.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische , analoge
Eingangssignal ein Video-Signal ist, welches die Variationen der optischen Dichte einer graphischen Abbildung darstelIt.

35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die graphische Abbildung mehrfarbig ist.

36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal mehrfarbig durch Drucken reproduziert wird.

37. Verfahren zur Reproduktion einer Abbildung als
Halbton-Muster durch elektronische Rasterung der Abbildung, wobei das Halbton-Muster eine Punktmatrix aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches, analoges, die Änderungen in der Abbildung darstellendes Eingangssignal erzeugt wird, das als ein Folge von aufeinander-, folgenden Abtastungen während der Erzeugung eines jeden · Punktes erzeugt wird, der die Punktmatrix bilden wird,
daß eine zeitveränderliche Funktion erzeugt wird, die

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eine Funktion von ersten und zweiten Signalen mit verschiedenen Frequenzen ist, daß die aufeinanderfolgenden Abtastungen mit der Funktion verglichen und ein Differenzsignal erzeugt wird, wenn sich die Funktion von den aufeinanderfolgenden Abtastungen unterscheidet, und daß in Abhängigkeit von dem Differenzsignal das Halbton-Muster in Form der Punktmatrix erzeugt wird.

38. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Form jedes Punktes in der Punktmatrix durch Änderung der zeitveränderlichen Funktion gesteuert wird.

39. Verfahren nach einem der Ansprüche 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, daß das analoge Signal durch Abtastung der Abbildung in ersten und zweiten Richtungen erzeugt wird, wobei die erste Richtung im rechten Winkel zu der zweiten Richtung verläuft, und daß die Punktmatrix durch Abtastung des Ausgangssignals in Richtungen erzeugt wird, die den ersten und zweiten Richtungen entsprechen.

40.Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des ersten Signals in eine Beziehung zu der Abtastfrequenz der Punktmatrix in der ersten Richtung steht, und daß die Frequenz des zweiten Signals in einer .Beziehung zu der Abtastfrequenz der Punktmatrix in der zweiten Richtung steht.

41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte, welche die Punktmatrix bilden, in einer Folge von aufeinanderfolgenden Abtastzeilen erzeugt werden, die den aufeinanderfolgenden Abtastzeilen des analogen Signals entsprechen.

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42. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte in jeder Abtastzeile parallel zu der
ersten Abtastrichtung sind.

43. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Punkte in jeder Abtastzeile relativ zu der ersten Abtastrichtung durch Änderung des Wertes der Funktion variiert wird.

44. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte elliptische Form haben.

45. Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Verkettung der elliptischen Punkte relativ zu der ersten Abtastrichtung durch den Wert
der Funktion bestimmt wird.

46. Verfahren nach einem der Ansprüche 37 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische, analoge Eingangssignal ein Video-Signal ist, welches die Änderungen der optischen Dichte der Abbildung darstellt.

47. Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildung mehrfarbig ist.

48. Verfahren nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbton-Muster mehrfarbig durch Drucken reproduziert wird.

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