Die Erfindung bezieht sich allgemein auf lineare Translationssysteme und Laserabbildungssysteme, die mit derartigen Systemen arbeiten. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein lineares Translationssystem zum Einsatz in einem für medizinische Bilderzeugungssysteme geeigneten optischen Trommel-Scanner.

Laserabbildungssysteme werden üblicherweise verwendet, um aus digitalen Bilddaten, die mittels Magnetresonanz- (MR), Computertomographie- (CT) oder anderen Arten von Scannern erzeugt wurden, fotografische Bilder zu erzeugen. Systeme dieser Art bestehen normalerweise unter anderem aus einem Halbton-Laserabbildungsgerät zum Aufbelichten des Bildes auf lichtempfindlichen Film, einem Filmentwicklungsgerät zum Entwickeln des Films und einem Bildmanagement-Subsystem zum Koordinieren der Funktion des Laserabbildungssystems und des Filmentwicklungsgeräts.

Die digitalen Bilddaten bestehen aus einer Folge das abgetastete Bild repräsentierender digitaler Bildwerte. Mittels einer im Bildmanagement-Subsystem vorgesehenen Bildverarbeitungselektronik werden die Bilddatenwerte zu einer Folge digitaler Laser-Treiberwerte (d. h. Belichtungswerte) verarbeitet, die in einen Laserscanner eingegeben werden. Als Reaktion auf die digitalen Laser-Treibermrerte überstreicht der Laserscanner den lichtempfindlichen Film in einem Rastermuster und belichtet das Bild auf dem Film.

Für die im medizinischen Bereich verwendeten Halbtonbilder bestehen sehr strenge Anforderungen an die Bildqualität. Auf Transparentfilm druckende Laserabbildungssysteme belichten das Bild in einem Rasterformat, dessen Zeilenabstand mit einer Toleranz von weniger als 1 Mikrometer eingehalten werden muss. Außerdem muss das Bild gleichmäßig belichtet werden, so dass der Betrachter keine Artefakte wahrnehmen kann. In der medizinischen Bildgebungstechnik werden die Bilder von professionellen Bildanalysten (z. B. Radiologen) begutachtet.

Für das Aufbelichten des Bildes auf lichtempfindlichen Film verwendet man Filmbelichtungssysteme. Bekannt sind dafür zum Beispiel lineare Translationssysteme und Laser- oder optische Abtastsysteme. Laser-Abtastsysteme weisen einen Laserscanner mit besonderen optischen Einrichtungen (Linsen und Spiegeln) zum Aufbelichten des Bildes auf den Film auf.

Das lineare Translationssystem sorgt für die Bewegung des Laser-Abtastsystems in vertikaler Richtung zur Abtastrichtung, so dass jeweils ein vollständiges Bild auf einem Stück lichtempfindlichen Films gescannt werden kann. Lineare Translationssysteme finden sich zum Beispiel in Produkten wie Plottern, Druckern, Flachbett-Scannern und Trommel- Laserscannern.

Traditionell bestehen lineare Translationssysteme aus drei Hauptkomponenten, einem feststehenden Element, einem sich bewegenden Element, zum Beispiel einem Schlitten, und einem Antriebsmechanismus. Bei linearen Translationssystemen, die Forderungen nach Starrheit, Positionsgenauigkeit und hoher Tragkraft erfüllen müssen, sind Leitspindelmechanismen als Antriebsmechanismen bevorzugt. Bei Systemen, die sich durch Flexibilität, geringe Belastungen und Kostengünstigkeit auszeichnen, wie Plotter und Tintenstrahldrucker, verwendet man Riemen- und Kabelsysteme.

Die bekannten linearen Translationssysteme sind normalerweise auf Positions- Wiederholbarkeit ausgelegt. Diese Systeme eignen sich zwar gut für einen Scanbetrieb, bei dem Positions-Wiederholbarkeit von Bedeutung ist, für die Minimierung der für ein "kontinuierliches" Scansystem oder ein kontinuierlich arbeitendes "Schritt-Scansystem", bei dem das lineare Translationssystem das Laserscansystem bewegt oder weiterschaltet, während das Laserscansystem eine Abtastzeile auf dem lichtempfindlichen Film abtastet, sind sie jedoch nicht ausgelegt. Bei Anwendungen mit kontinuierlicher Laserabtastung führen Geschwindigkeitsabweichungen zu ungleichmäßig beabstandeten Abtastzeilen und verursachen die unterschiedlichsten Bildartefakte auf dem lichtempfindlichen Film.

Die Erfindung ist in den Ansprüchen definiert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Laserabbildungsgeräts;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Filmbelichtungseinrichtung mit linearem Translationssystem zum Einsatz in einem erfindungsgemäßen Laserabbildungsgerät;

Fig. 3 eine Teilansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Rahmens mit Lagerschlitzen zur Lagerung eines erfindungsgemäßen linearen Translationssystems;

Fig. 4 eine stirnseitige Ansicht der Filmbelichtungseinrichtung gemäß Fig. 2;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen linearen Translationssystems;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Schlittens zum Einsatz in einem erfindungsgemäßen linearen Translationssystem;

Fig. 7 eine Seitenansicht eines Mechanismus zur Umsetzung einer Dreh- in eine Linearbewegung für den Einsatz in einem erfindungsgemäßen linearen Translationssystem; und

Fig. 8 ein Funktions-Blockdiagramm einer beispielhaften Funktionsweise eines mit einem erfindungsgemäßen linearen Translationssystem arbeiteten Filmbelichtungssystems.

Die schematische Seitenansicht gemäß Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines für den Einsatz in der medizinischen Bildgebungstechnik geeigneten Laserabbildungssystems 30 mit einem erfindungsgemäßen linearen Translationssystem. Das Abbildungssystem 30 umfasst einen Filmzuführmechanismus 32, eine Filmbelichtungseinrichtung 34, eine Filmentwicklungsstation 36, einen Filmaufnahmebereich 38 und ein Filmtransportsystem 40. Der Filmzuführmechanismus 32, die Filmbelichtungseinrichtung 34, die Filmentwicklungsstation 36 und das Filmtransportsystem 40 sind sämtlich in einem Gehäuse 42 des Abbildungssystems untergebracht.

Im Filmzuführmechanismus 32 ist lichtempfindlicher Film aufgenommen. Durch das Filmtransportsystem 40 kann der lichtempfindliche Film zwischen der Filmbelichtungseinrichtung 34, der Filmentwicklungsstation 36 und dem Filmaufnahmebereich 38 - bewegt werden. Zur Unterstützung des Filmtransports entlang einer durch eine gestrichelte Linie 44 angedeuteten Transportbahn kann das Filmtransportsystem 40 ein (nicht dargestelltes) Rollensystem aufweisen. Die Filmtransportrichtung entlang der Transportbahn 44 ist durch Pfeile 46 angedeutet. Im einzelnen umfasst der Filmzuführmechanismus 32 einen (nicht dargestellten) Mechanismus, der ein Stück Film entlang der Transportbahn 44 in eine Filmbelichtungseinrichtung 34 transportiert, wo das gewünschte Bild erfindungsgemäß mit Hilfe eines optischen Scanners auf den lichtempfindlichen Film aufbelichtet wird. Nach dem Belichten des gewünschten Bildes auf dem lichtempfindlichen Film wird dieser entlang der Filmtransportbahn 44 zur Entwicklungsstation 36 transportiert. Die Filmentwicklungsstation 36 entwickelt das Bild auf dem lichtempfindlichen Film. Anschließend wird der lichtempfindliche Film zum Filmaufnahmebereich 48 transportiert.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Draufsicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Filmbelichtungseinrichtung 34 mit einem erfindungsgemäßen linearen Translationssystem. Die Filmbelichtungseinrichtung 34 ist trommelartig ausgebildet. Bei der dargestellten beispielhaften Ausführungsform weist die Filmbelichtungseinrichtung 34 einen (am besten in Fig. 4 zu sehenden) optischen Scanner 50 auf, der mechanisch mit einem linearen Translationssystem 52 verbunden ist, das zum Belichten des Films innerhalb eines Trommelrahmens 54 gelagert ist. Die gestrichelte Linie 56 deutet die Krümmungsmittellinie der inneren Trommeloberfläche 55 an, die auf der Längsachse der Trommel liegt. Während des Abtastvorgangs bewegt das Optik-Translationssystem 52, wie durch den Richtungspfeil 58 angedeutet, den optischen Scanner 50 entlang der Längsachse 56 (in einer im wesentlichen senkrecht zur Abtastrichtung liegenden Richtung), und nach dem Scannen führt es den optischen Scanner 50 entlang der durch den Richtungspfeil 60 angedeuteten Längsachse 56 wieder in die Ausgangsposition zurück. Das erfindungsgemäße neuartige lineare Translationssystem für die Bewegung eines optischen Scanners minimiert Geschwindigkeitsabweichungen im System und ermöglicht so einen "kontinuierlichen Scan"- oder "kontinuierlichen Schrittscan"-Laserabtastbetrieb.

Bei einer dargestellten beispielhaften Ausführungsform besteht der Trommelrahmen 54 aus Stahlblech und weist eine erste Stirnseite 62, eine zweite Stirnseite 64, eine erste Seite 66, eine zweite Seite 68, einen Boden 70 und eine Oberseite 72 auf. Innerhalb des Trommelrahmens 54 befindet sich eine Filmplatte 74 mit einer inneren Trommeloberfläche 55. Die innere Trommeloberfläche 55 sorgt für eine zylindrische oder teilzylindrische Abtastoberfläche.

Das lineare Translationssystem 52 erstreckt sich über die Oberseite 72 und positioniert den optischen Scanner 50 entlang der durch die Längsachse 56 angedeuteten Krümmungsmittellinie. Hierzu ist das lineare Translationssystem 52 zwischen der ersten Stirnseite 62 und der zweiten Stirnseite 64 angeordnet. Die erste Stirnseite 62 und die zweite Stirnseite 64 sind mit Schlitzen versehen, die das Anbringen, Installieren und Abnehmen des linearen Translationssystems 52 innerhalb des Trommelrahmens 54 erleichtern.

Im einzelnen weist die erste Stirnseite 62 einen ersten Lagerschlitz 78 und einen zweiten Lagerschlitz 80 auf, die zweite Stirnseite 64 einen dritten Lagerschlitz 82 und einen vierten Lagerschlitz 84. Das lineare Translationssystem 52 weist Lagerstifte 86, 88, 90, 92 auf, die jeweils von den Stirnseiten ausgehen und mit den Schlitzen 78, 80, 82, 84 ausgerichtet sind. Die Lagerstifte 86, 88, 90, 92 sind in entsprechenden Lagerkerben oder -schlitzen 78, 80, 82, 84 aufgenommen, um das lineare Translationssystem 52 im Trommelrahmen 54 zu lagern.

Die Position der Lagerschütze oder Lagerkerben kann für jeden Trommelrahmen speziell gewählt werden. Somit kann der Benutzer das lineare Translationssystem 52 mit dem daran angebrachten optischen Scanner 50 einfach in die entsprechenden Schlitze 78, 80, 82, 84 einsetzen, und das lineare Translationssystem 52 und der optische Scanner 50 sind damit automatisch im Trommelrahmen 54 bezüglich der Filmplatte 74 ausgerichtet. Die genaue Position der Kerben wird bereits bei der Herstellung für das jeweilige lineare Translationssystem bestimmt; eine weitere Einstellung im Einsatz ist danach nicht mehr erforderlich.

Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Teil-Seitenansicht der ersten Stirnseite 62 mit dem ersten Lagerschlitz 78 und dem zweiten Lagerschlitz 80. Der erste Lagerstift 86 und der zweite Lagerstift 88 befinden sich in den entsprechenden Lagerschlitzen 78 bzw. 80. An jeder Stirnseite (der ersten Stirnseite 62 und der zweiten Stirnseite 64) weist einer der Lagerschlitze außerdem jeweils eine Referenzkerbe auf. In der Darstellung weist der zweite Lagerschlitz 80 eine Referenzkerbe 94 auf. Die Referenzkerbe 94 ist derart bemessen, dass der zweite Lagerstift 88 darin präzise aufgenommen ist. Die Referenzkerbe 94 dient als Referenzposition für die präzise Positionierung des zweiten Lagerstiftes 88, während der erste Lagerstift 86 in dem ersten Lagerschlitz 78 gleiten kann. Damit dient die Referenzkerbe 94 als Referenzposition für die Positionierung des linearen Translationssystems 52 und des optischen Scanners 50 im Trommelrahmen 54. Da der erste Lagerstift 86 innerhalb des ersten Lagerschlitzes 78 gleiten kann, gleicht der erste Lagerstift 86 ferner etwaige Wärmegradienten oder thermisch bedingte Spannungen aus. Wäre das lineare Translationssystem 52 im Trommelrahmen 54 völlig fest montiert, könnten derartige Wärmegradienten oder thermisch bedingte Spannungen die Positionierung und spätere durch den optischen Scanner belichtete Bilder verfälschen.

Fig. 4 zeigt eine stirnseitige Ansicht der Filmbelichtungseinrichtung 34, wobei ein Teil des Trommelrahmens 54 der klareren Darstellung halber weggelassen wurde. In der Darstellung ist der optische Scanner 50 mechanisch mit dem linearen Translationssystem 52 verbunden, das seinerseits entlang der Krümmungsmittellinie 56 positioniert ist.

Der vorstehend genannte optische Scanner umfasst einen doppelseitigen Scannerspiegel sowie eine neuartige optische Linsenausbildung zum Abtasten von für medizinische Bildgebungsanwendungen geeigneten Bildern auf einer abgetasteten Oberfläche.

In der Darstellung liegt ein Stück eines lichtempfindlichen Films 96 auf der inneren Trommeloberfläche 55 der Filmplatte 74 auf. Beim Belichten des lichtempfindlichen Films 96 wird der lichtempfindliche Film 96 an der zylindrisch oder teilzylindrisch ausgebildeten inneren Trommeloberfläche 55 gehalten.

Zusammenfassend lässt sich das System wie folgt beschreiben: Der lichtempfindliche Film 96 wird an der Filmplatte 74 der inneren Trommeloberfläche 55 in Anlage gehalten. Der optische Scanner 50 führt einen Laserstrahl, der ein auf dem Film zu belichtendes Bild repräsentiert, in einem bildweisen Muster über die Filmabtastfläche. Dabei geht der Abtastlaserstrahl (mit 98 bezeichnet) radial von der Krümmungsmittellinie 56 der inneren Trommeloberfläche 55 aus, wobei diese sich entlang der Krümmungs-Längsachse 56 erstreckt. Die Abtastbewegung des Laserstrahls, der das zu belichtende Bild repräsentierende Bilddaten enthält, in Rasterzeilen erfolgt dadurch, dass der optische Scanner 50 sich um die Längsachse 56 der zylindrischen Trommel dreht (wie durch den Richtungspfeil 100 angedeutet). Während der optische Scanner 50 das Bild und die Rasterzeilen in einem bildweisen Muster auf dem lichtempfindlichen Film 96 auf der inneren Trommeloberfläche 55 abtastet, bewegt das lineare Translationssystem 52 den optischen Scanner 50 entlang der Lärigs-Krümmungsachse 56, so dass ein vollständiges Bild auf den lichtempfindlichen Film aufbelichtet wird. Das lineare Translationssystem 52 bewegt den optischen Scanner 50 entlang der Längsachse 56 in einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht zur Abtastrichtung des Laserstrahls 98 verläuft. Da das lineare Translationssystem 52 den optischen Scanner 50 während der einzelnen Abtastzeilen bewegt, verlaufen die erhaltenen Abtastzeilen nicht senkrecht, sondern "allgemein" senkrecht zur Bewegungsrichtung des linearen Translationssystems.

Das neuartige, erfindungsgemäße lineare Translationssystem ermöglicht es, ein Bild kontinuierlich auf den lichtempfindlichen Film zu scannen. Insbesondere weist das neuartige, erfindungsgemäße lineare Translationssystem minimale Geschwindigkeitsabweichungen auf, so dass das lineare Translationssystem 52 während des Abtastens einer Abtastzeile durch den Laserstrahl 58 auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Films 56 den optischen Scanner 50 entlang der Längs-Krümmungsachse 56 bewegen kann.

Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Filmbelichtungsbereich auf der inneren Trommeloberfläche 43,18 cm · 35,56 cm (17 Zoll · 14 Zoll) groß und damit für die Belichtung eines lichtempfindlichen Films von 43,18 · 35,56 cm (17 Zoll · 14 Zoll) geeignet. Bei der hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsform wird der Film in vertikaler Richtung belichtet. Da der Film in der 35,56 cm-Richtung (14 Zoll) in das Belichtungsmodul eingeführt und anschließend in der 43,18 cm-Richtung (17 Zoll) abgetastet wird, erscheinen die abgetasteten Rasterzeilen in vertikaler Richtung. Zum Belichten von 43,18 cm (17 Zoll) des lichtempfindlichen Films überstreicht der Laserstrahl 180º (oder mehr als 180º der inneren Trommeloberfläche. Zum vollständigen Belichten eines oder mehrerer gewünschter Bilder auf dem lichtempfindlichen Film bewegt das lineare Translationssystem den optischen Scanner eine Strecke von 35,56 cm entlang der in der Krümmungsmittellinie liegenden Längsachse der inneren Trommeloberfläche.

Bei dem lichtempfindlichen Film kann es sich um einen für Laserstrahlen empfindlichen Film handeln. Bei einer beispielhaften Ausführungsform besteht der Film aus einem lichtempfindlichen photothermographischen Film mit einem Polymer- oder Papierträger, der mit einer Trockensilberemulsion oder einem anderen wärmeempfindlichen Material beschichtet ist. Ein bekannter Film, der sich für den Einsatz in medizinischen Bildgebungsprozessen in Verbindung mit einem Filmbelichtungssystem mit einem erfindungsgemäßen linearen Translationssystem eignet, ist im Handel unter der Bezeichnung Dryview Imaging Film (DVB oder DVC) erhältlich und wird von der Imation Corp. in Oakdale, Minnesota, USA, hergestellt.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines aus dem Trommelrahmen 54 entnommenen linearen Translationssystems für den Einsatz in einem erfindungsgemäßen Laserabbildungssystem. Das lineare Translationssystem 52 ist besonders im Hinblick auf die Minimierung von Geschwindigkeitsabweichungen ausgelegt und ermöglicht somit das kontinuierliche Scannen oder kontinuierliche schrittweise Scannen eines Bildes während des Laserabtastprozesses.

Das lineare Translationssystem 52 weist einen Sockel 104, einen Schlittenmechanismus 106 und einen Mechanismus für die Umsetzung einer Drehbewegung in eine lineare Bewegung bzw. einen Antriebsmechanismus 108 auf. Der Sockel 104 ist mechanisch mit dem Trommelrahmen verbunden und steht bezüglich des Trommelrahmens fest. Der Schlittenmechanismus 106 ist auf dem Sockel 104 gelagert. Der Schlittenmechanismus 106 ist mit dem (darauf aufgenommenen) optischen Scanner oder Laserabbildungssystem verbunden. Der Mechanismus 108 für die Umsetzung einer Drehbewegung in eine lineare Bewegung setzt die Drehbewegung in eine Linearbewegung um und bewegt während des Abtastprozesses den Schlitten 106 entlang des Sockels 104.

Der Sockel 104 weist ein Paar sich in Längsrichtung erstreckender Führungsschienen auf, die als erste Führungsschiene 110 und zweite Führungsschiene 112 bezeichnet sind und parallel zueinander verlaufen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform bestehen die Führungsschienen 110, 112 aus poliertem Edelstahl. Außerdem können die Führungsschienen mit einer Schmierbeschichtung versehen sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Führungsschienen 110, 112 mit Polytetrafluorethylen (PTFE) (im Handel unter der Bezeichnung TEFLON erhältlich) beschichtet. Außerdem umfasst der Sockel 104 eine erste Sockelkonsole 114 und eine zweite Sockelkonsole 116. Die erste Führungsschiene 110 und die zweite Führungsschiene 112 erstrecken sich in Längsrichtung zwischen der ersten Sockelkonsole 114 und der zweiten Sockelkonsole 116. Dabei weist die erste Führungsschiene 110 ein erstes Ende 118 und ein zweites Ende 120, die zweite Führungsschiene 112 ein erstes Ende 122 und ein zweites Ende 124 auf. Das erste Ende 118 der ersten Führungsschiene 110 ist fest mit der ersten Sockelkonsole 114 verbunden (zum Beispiel durch Einschrauben in ein bei 126 angedeutetes, in die erste Sockelkonsole eingeschnittenes Gewinde), während das zweite Ende 120 in ähnlicher Weise fest mit der zweiten Sockelkonsole 116 verbunden ist. In gleicher Weise ist das erste Ende 122 der zweiten Führungsschiene 112 (wie bei 128 angedeutet) fest mit der ersten Sockelkonsole 114 verbunden, während das zweite Ende 124 (wie bei 130 angedeutet) fest mit der zweiten Sockelkonsole 116 verbunden ist.

Wie vorstehend bereits beschrieben wurde, gehen der erste Lagerstift 86 und der zweite Lagerstift 88 von der ersten Sockelkonsole 114 aus, der dritte Lagerstift 90 und der vierte Lagerstift 92 von der zweiten Sockelkonsole 116. Außerdem weist die erste Lagerkonsole 114 einen ausgenommenen Bereich 130 auf, in dem ein Teil des Antriebsmechanismus 108 aufgenommen ist.

Die zweite Sockelkonsole 116 ist im wesentlichen L-förmig ausgebildet mit einem ersten Schenkel 132 und einem zweiten Schenkel 134. Die erste Führungsschiene 110 und die zweite Führungsschiene 112 sind fest mit dem ersten Schenkel 132 verbunden. Der erste Schenkel 132 und der zweite Schenkel 134 dienen als Aufnahmekonsole für die Aufnahme und das Anbringen anderer Komponenten des Mechanismus 108 zum Umsetzen einer Dreh- in eine Linearbewegung, die im folgenden noch im Detail besprochen wird.

Der Schlittenmechanismus 106 ist auf dem Sockel 104 aufgenommen. Insbesondere ist der Schlittenmechanismus 106 mit den Führungsschienen verbunden. Dabei ist der Schlittenmechanismus 106 bei 136 gleitend mit der ersten Führungsschiene 110, bei 138 gleitend mit der zweiten Führungsschiene 112 verbunden. Die gleitende Verbindung des Schlittenmechanismus 106 mit der ersten Führungsschiene 110 und der zweiten Führungsschiene 112 besteht an drei Punkten und wird mittels einer ganz besonderen kinematischen Konstruktion erreicht. Ferner kann der Schlittenmechanismus 106 ein erstes Halteelement 140 und ein zweites Halteelement 142 aufweisen, die den Schlittenmechanismus 106 während des Transports an den Führungsschienen 110, 112 festhalten.

Der Schlittenmechanismus 106 besteht aus einem Schlitten 152 und einem Kabelsystem 154. Dabei weist der Schlitten 152 ein erstes Endlager 156 und ein zweites Endlager 158 auf. Das Kabelsystem 154 umfasst das Kabel 160, Kabelklemmen 162, 164 und ein Kabelspannelement 166. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist das Kabel 160 ein verseiltes Stahlkabel. Das Kabel 160 weist ein erstes Ende 168 auf, das durch das erste Kabelendlager 154 hindurchgeführt ist und an der Kabelklemme 162 endet, sowie ein zweites Ende 170, das durch das zweite Endlager 158 hindurchgeführt ist und an der Kabelklemme 164 endet. Außerdem ist zwischen der ersten Kabelklemme 162 und dem ersten Kabelendlager 156 ein Kabelspannelement 166 (zum Beispiel ein Federmechanismus) vorgesehen, der dazu beiträgt, das Kabels 160 gespannt zu halten.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform des Schlittens 152, von unten gesehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Schlitten 152 aus einem Material mit guten Volumeneigenschaften, zum Beispiel Aluminium. Außerdem kann der Schlitten 152 auch aus einem formbaren polymeren Material mit Schmiereigenschaften bestehen.

Die kinematische Auslegung des Schlittenmechanismus 106 ist derart gewählt, dass der Schlitten 152 an drei Punkten auf der ersten Führungsschiene 110 und der zweiten Führungsschiene 112 läuft. Im einzelnen weist der Schlitten 152 eine erste Lagerfläche 182, eine zweite Lagerfläche 184 und eine dritte Lagerfläche 186 auf. Die erste Lagerfläche 182 und die zweite Lagerfläche 184 sind V-förmig, die dritte Lagerfläche 186 ist eben ausgebildet. Die erste Lagerfläche 182 und die zweite Lagerfläche 184 laufen auf der ersten Führungsschiene 110, die dritte Lagerfläche 186 läuft auf der zweiten Führungsschiene 112. Dabei steht der Schlitten 152 mit der ersten Führungsschiene 110 und der zweiten Führungsschiene 112 an fünf Punkten in Berührung. Im einzelnen berühren die V-förmige erste Lagerfläche 182 und die V- förmige zweite Lagerfläche 184 die erste Führungsschiene 110 jeweils an zwei Punkten, während die - ebene - dritte Lagerfläche 186 die zweite Führungsschiene 112 nur an einem Punkt berührt. Unter "an einem Punkt berühren" ist im Sinne dieser Beschreibung auch die Berührung zweier Flächen in einem kleinen Bereich oder entlang einer im wesentlichen fortlaufenden Linie zu verstehen.

Ferner können die erste Lagerfläche 182, die zweite Lagerfläche 184 und die dritte Lagerfläche 186, wie bei 187, 188, 189 angedeutet, eine selbstschmierende, abriebfeste polymere Deckschicht aufweisen, damit der Schlittenmechanismus 106 leicht gleiten bzw. sich entlang der Führungsschienen 110, 112 bewegen kann.

Der Schlittenmechanismus 106 dient als Schnittstelle zwischen dem Mechanismus 108 für die Umsetzung einer Drehbewegung in eine lineare Bewegung und dem in Längsrichtung zu bewegenden Objekt. Bei dem erfindungsgemäßen Laserabbildungssystem ist das zu bewegende Objekt das Laserabbildungsgerät bzw. der optische Scanner 50. Der optische Scanner 50 ist unterhalb des Schlittenmechanismus 106 an den Befestigungspunkten 190, 191 und 192 angebracht. Die korrekte Ausrichtung des optischen Scanners 50 wird durch die Präzisions-Lagerflächen 182, 184, 186 am Schlitten 152 erreicht. Im einzelnen gleiten die V-förmigen ersten Lagerflächen 182 und 184 und die ebene dritte Lagerfläche 186 auf den zylindrischen Führungsschienen 110, 112, wobei sie die Position des Schlittens 152 in vertikaler Richtung zur Bewegungsrichtung präzise aufrechterhalten. Ferner verzeiht das Kabelsystem etwaige geringfügige Ausrichtungsfehler zwischen dem Schlitten 152 und dem Kabel 160, so dass die Lagerflächen 182, 184, 186 mit den zylindrischen Führungsschienen 110, 112 in Berührung bleiben.

In Fig. 7 (und auch in Fig. 5) ist der Mechanismus 108 für die Umsetzung einer Drehbewegung in eine lineare Bewegung (im folgenden Antriebsmechanismus 108 genannt) in einer Seitenansicht dargestellt. Der Antriebsmechanismus 108 setzt die Drehbewegung in die für die Bewegung des Schlittenmechanismus auf den Führungsschienen erforderliche Linearbewegung um. Der Antriebsmechanismus 108 umfasst ein Motorsystem 193, ein Schwungradsystem 194 und eine Antriebsrolle 195. Das Motorsystem 195 umfasst den Motor 196, die Motorlagerung 197, einen Druckmechanismus 198 und einen Zugmechanismus 200. Der Schwungradmechanismus 192 umfasst das Schwungrad 202 und die Kabel- Antriebsrolle 204.

Der Motor 196 weist eine rotierende Welle auf, die sich durch den zweiten Schenkel 134 der zweiten Sockelkonsole 116 erstreckt. Der Antriebsrollen-Mechanismus 195 ist mit der Motorwelle verbunden. Der Druckmechanismus 198 befindet sich zwischen dem Motor 196 und der Motorlagerung 197. Der Zugmechanismus 200 befindet sich zwischen der Motorlagerung 197 und dem zweiten Schenkel 134. Das Schwungrad 202 weist eine von ihm ausgehende Welle 206 auf, die bei 206 drehbar mit dem zweiten Schenkel 134 verbunden ist. Die Antriebsrolle 204 befindet sich an der Unterseite des Schwungrades 202 und kann mit diesem einstückig ausgebildet sein.

Der Motor 196 ist bezüglich des zweiten Schenkels 134 der zweiten Sockelkonsole 116 schwenkbar angebracht. Das Schwungrad 202 wird durch den Motor 196 über die Antriebsrolle 195 angetrieben. Die auf der Welle des Schrittschaltmotors sitzende Antriebsrolle 195 weist eine Polyurethandeckschicht auf, die mit dem Rand des Schwungrades 202 in Berührung steht. Der Außendurchmesser der Antriebsrolle 195 liegt konzentrisch zum Motor 196. Nachdem die Antriebsrolle 195 auf der Welle des Motors 196 montiert ist, wird die Polyurethandeckschicht feingeschliffen, um etwaige durch die Motorwelle bedingte Exzentrizitäten zu beseitigen und einen Unrundlauf der Antriebsrolle zu minimieren. Anschließend werden der Motor 196 und die Antriebsrolle 195 an der schwenkbaren Motorlagerung angebracht. Um ein etwaiges Schlagen des Motors zu minimieren, wird die schwenkbare Motorlagerung 197 durch den Druckmechanismus 198 gegen den zweiten Schenkel 134 des Sockels gedrückt. Außerdem wird zwischen der Antriebsrolle 195 und dem Schwungrad 202 durch den Zugmechanismus 200 ein Klemmdruck erzeugt.

Bei bekannten linearen Translationssystemen ist die Motorwelle mit der Mittelwelle des Schwungrades direkt verbunden. Bei der besonderen erfindungsgemäßen Ausführungsform sorgt die Antriebsrolle 195 für eine Untersetzung und ermöglicht damit den Einsatz schnellerer Motoren. Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist die Antriebsrolle 195 einen Aluminiumkern mit einer Polyurethandeckschicht auf. Die Polyurethandeckschicht dient als nachgiebige Schicht, die an dem Schwungrad 202 angreift, während der Motor 196 das Schwungrad 202 über die Antriebsrolle 195 antreibt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform beträgt der Durchmesser des Antriebsrades 11,5 mm, der Durchmesser des Schwungrades 101,4 mm, wodurch sich eine Untersetzung von etwa 8,8 : 1 ergibt. Der Durchmesser der Antriebsscheibe beträgt 11,5 mm.

Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Motor 196 ein Gleichstrom-Schrittschaltmotor NEMA 17. Die Bewegung des Motors erfolgt in Mikroschritten. Bei einer Ausführungsform zum Beispiel dreht sich der Gleichstrommotor in 50 Mikroschritten pro Schritt bzw. 10.000 Mikroschritten je Umdrehung. Natürlich können auch andere Motoren eingesetzt werden, etwa Servo-Gleichstrommotoren (mit oder ohne Bürsten), aber derartige Motoren sind natürlich im Vergleich zum Gleichstrom-Schrittschaltmotor 17 der National Electric Manufacturers Association (NEMA) teuer und erfordern auch teurere Steuerungssysteme.

Das Schwungrad 202 bringt eine gewisse Trägheit in das System ein, um etwaige Artefakte zu dämpfen, die durch den Schrittschaltmotor 196 bedingt sein könnten. Bei einer beispielhaften Ausführungsform besteht das Schwungrad 202 aus feinstbearbeitetem Messing.

Die Antriebsrolle 204 ist im Schwungrad 202 integriert und liegt in der Drehachse des Schwungrades. Die Antriebsrolle 204 weist ihrerseits eine davon ausgehende Welle 208 auf, die drehbar mit der zweiten Sockelkonsole 116 verbunden ist, wie dies an der Konsolenverlängerung 209 angedeutet ist. Die Antriebsrolle 204 ist allgemein sanduhrförmig ausgebildet, so dass eine V-Nut zur Aufnahme des Kabels 160 entsteht. Wie auch in Fig. 4 zu erkennen ist, ist am gegenüberliegenden Ende des linearen Translationssystems 52 eine mit der ersten Sockelkonsole 114 verbundene Spannrolle 210 angeordnet. Die Spannrolle 210 ist ebenfalls sanduhrförmig ausgebildet, so dass eine V-Nut zur Aufnahme des Kabels 160 entsteht. Dabei wird das Kabel 160 vom ersten Kabelendlager 156 aus um die Spannrolle 210 und um die Antriebsrolle 204 herum bis zu seinem Ende am zweiten Kabel-Endlager 158 gespannt gehalten. Durch die Spannung des Kabels 160 wird ein eventueller Schlupf des Kabels 160 im Betrieb des linearen Translationssystems 52 verhindert.

Unter Bezugnahme auf Fig. 8 (und auch auf Fig. 1-7) wird nun ein Funktions-Blockdiagramm einer beispielhaften Funktion eines Filmbelichtungssystems mit einem erfindungsgemäßen linearen Translationssystem beschrieben. Eine mit einer Stromquelle 211 (bei 213 angedeutet) verbundene Steuerung 212 dient dazu, wie bei 214 angedeutet, den Motor 196 selektiv zu aktivieren. Die Steuerung 212 kann ein computer- oder mikroprozessor-basiertes System sowie eine Folge logischer Gatter, Schalter oder anderer Mechanismen enthalten, die in der Lage sind, den Motor 196 selektiv und kontrolliert zu aktivieren. Außerdem kann die Steuerung 212 dazu dienen, Steuersignale für andere Teile des Laserabbildungssystems zu empfangen und abzugeben, unter anderem Steuersignale von der oder für die Laserscaneinrichtung 50, wie bei 216 und 218 angedeutet. Bei Aktivierung des Motors 196 dreht sich die Motorwelle, die ihrerseits die Antriebsrolle 195 dreht (bei 212 angedeutet). Der Druckmechanismus 198 verbindet den Motor 196 mit der zweiten Sockelkonsole 116, um ein eventuelles Schlagen des Motors zu minimieren. Der Zugmechanismus 200 drückt die Antriebsrolle 195 gegen das Schwungrad 192. Während die Antriebsrolle 195 sich dreht und das Schwungrad 202 antreibt (bei 214 angedeutet), sorgt die Antriebsrolle 195 für eine Untersetzung zwischen dem Motor 196 und dem Schwungrad 202. Das Schwungrad 202 seinerseits dreht die Antriebsrolle 204 (bei 216 angedeutet), wobei diese mit dem Schwungrad 202 einstückig ausgebildet sein kann.

Die Antriebsrolle 204 bewegt das zwischen der Antriebsrolle 204 und der Spannrolle 210 in Spannung gehaltene Kabel 174 (bei 218 angedeutet) und setzt damit die Drehbewegung in eine lineare Bewegung um. Das Kabel 160 bewegt den Schlitten 152 (bei 220 angedeutet) in linearer Richtung entlang der ersten Führungsschiene 110 und der zweiten Führungsschiene 212. Da der Laserscanner 50 mit dem Schlitten 152 verbunden ist (bei 222 angedeutet), wird während des schrittweisen Abtastens einer Abtastzeile auf der abgetasteten Fläche der Laserscanner 50 durch den Schlitten 152 entlang der auf der Krümmungsmittellinie liegenden Längsachse 56 bewegt.

Das erfindungsgemäße lineare Translationssystem weist minimale Geschwindigkeitsabweichungen auf und ermöglicht damit ein "kontinuierliches" Abtasten oder "in Mikroschritten kontinuierliches" Abtasten durch den Laserscanner 50. Bei einem mit einem erfindungsgemäßen linearen Translationssystem durchgeführten Versuch betrugen die gemessenen Geschwindigkeitsabweichungen Δ V/V&sub0; des Systems weniger als 0,5%. Die gemessene Positionsgenauigkeit lag bei kontinuierlicher Messung unter 1 Mikrometer zwischen den Spitzen, gemessen über eine Distanz von 85 Mikrometer.