DE19828948A1

DE19828948A1 - Polygon-Scanner mit einem Fluidfilmlager und mit aktiver Korrektur von kreuzscan- und Inscan-Fehlern

Info

Publication number: DE19828948A1
Application number: DE19828948A
Authority: DE
Inventors: Michael N Sweeney; Emery Erdelyi; Edward Schmith; Stephen F Sagan
Original assignee: Speedring Systems Inc
Current assignee: Speedring Systems Inc
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 1999-01-07
Also published as: GB9813770D0; IL125112A0; US5999302A; GB2328039A; JPH11133333A

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Scanninganordnung mit flachem Feld, die Scanlinien mit hohen Geschwindigkeiten, großer Auflösung und bei großen For maten herstellen kann. Insbesondere betrifft die Erfindung eine optische Flach bett-Scananordnung mit einem polygonen Scanner, die ein Fluidfilmlager hat, das Korrekturen von wiederholbaren und nicht wiederholbaren Kreuzscan- und In scan-Fehlern durchführt, so daß die zugeordneten Fehler auf vernachlässigbare Niveaus reduziert werden, wenn die gescannte Energie des Laserstrahls auf ihre beabsichtigte Oberfläche gerichtet wird.

In einer Scananordnung ist die Lichtquelle typischerweise ein CW-Gaslaser oder eine Laserdiode. Der Laserstrahl, welcher von einer dieser Vorrichtungen erzeugt wird, wird typischerweise zuerst durch Linsen gesammelt, die den Strahl bedin gen, entweder parallel gerichtet oder fokussiert zu sein, wird dann von einer Scan optik abgelenkt und wird dann auf einer Abbildungsoberfläche fokussiert. Die Konditionierungsoptiken können ebenso Teil der Scanoptik sein, oder können zwischen der Scanoptik plaziert sein, um das Fokussieren des Strahles, oder die passive Korrektur der Scankurve, oder das Lagern der Kreuzscan- Wobblekorrektur, die anamorphotische optische Elemente benutzt, zu beeinflus sen.

Trotz aller oben aufgeführten Alternativen werden die abgelenkten Lichtstrahlen in einer Linie gescannt, die, wenn sie mit einem separaten linearen Transportme chanismus kombiniert wird, der in eine Richtung funktioniert, welche orthogonal zu der Scanlinie ist, ein zweidimensionales Bild herstellt, welches aus einer Serie von kleinen Punkten oder Pixeln zusammengesetzt ist. Diskrete Bildelemente (Pixel oder Punkte) werden durch Modulieren der Laserlichtquelle erschaffen. Ei ne Laserdiode kann direkt durch Variieren der angewendeten Leistung moduliert werden. Ein CW-Gaslaser kann durch Benutzen äußerlicher Einrichtungen, wie einem akusto-optischen Modulator, moduliert werden.

Die Abbildungsoberfläche kann entweder flach oder gekrümmt sein, abhängig von der optischen Formgestaltungs-Konfiguration und der Anwendung der einzelnen Scanvorrichtung. In einer typischen zylindrischen Abbildungsanwendung wird z. B. ein flexibles photosensitives Material zuerst auf die Innenseite oder die Au ßenseite der zylindrischen Oberfläche eingelegt, welche in ihrem Radius der Krümmung der gescannten Energie angepaßt ist. Die optische Scanvorrichtung wird dann entlang präzisionsangefertigter Schienen mit einer konstanten Ge schwindigkeit entlang der zentralen Achse der Trommel exakt bewegt. Das photo sensitive Material, welches zu der zylindrischen Oberfläche geführt wird, oder mit ihr verbunden ist, wird durch die Lichtstrahle, die von der rotierenden Scanoptik der optischen Scanvorrichtung reflektiert werden, gescannt (oder belichtet).

Zylindrische Abbildungsanordnungen sind von Haus aus einfach, da die Krüm mung, welche durch die Funktion des Scanners erzeugt wird, durch die Krüm mung der zylindrischen Ortungsfläche korrigiert wird. Zusätzlich kann sich der Arbeitszyklus oder die Scaneffektivität den 100% nähern, wenn die kompletten 360 Grad der zylindrischen Oberfläche benutzt werden. Zylindrische Abbildungs anordnungen haben jedoch wesentliche Einschränkungen. Die Oberfläche, die zu scannen ist (oder durch das Licht zu belichten ist), muß flexibel sein und die Länge der Oberfläche wird durch die Länge der Trommel eingeschränkt. Während es möglich sein kann, die zylindrische Oberfläche groß im Radius und sehr lang her zustellen, werden in praktischer Hinsicht die Kosten und die Genauigkeitsfaktoren zunehmend unerschwinglich, wenn der Radius und die Länge der zylindrischen Oberfläche 18'' und 48'' jeweils überschreiten. Im allgemeinen kann nur eine Scan linie pro Umlauf des Scanners hergestellt werden. Somit muß der Scanner mit ei ner hohen Geschwindigkeitsrate rotieren, um eine hohe Scanrate zu erreichen. Bei hohen Geschwindigkeitsraten sind die Probleme mit dem Rauschen, der Ablen kung durch Wind und der Ablenkung der optischen Oberfläche zunehmend pro blematisch.

Die drehbare Scanoptik in dem zylindrischen Abbildungszusammenhang besteht typischerweise aus einem einzelnen Spiegel, einem Zusammenbau von mehr als einem Spiegel, oder einem Glasprisma mit einer oder zwei reflektierenden Oberflä chen. Im allgemeinen wird eine Scanlinie pro Umlauf des Scanners erzeugt, ob wohl Kramer, US-Patent Nr. 4,786,126 einen Aufbau lehrt, wodurch zwei Scan linien pro Umlauf erzeugt werden können. Die drehbare Scanoptik kann auf einer Spindel befestigt werden, die durch Ballager gelagert ist, oder durch eine Fluid filmlagerung gelagert ist. Eine Fluidfilmlagerung benutzt ein Gas oder ein Öl, um die Gleitoberflächen zu trennen und zu schmieren und kann extern unter einen inneren Druck gesetzt werden oder erzeugt ihren eigenen internen Druck, welches als selbsttätig beschrieben wird. Die Fluidfilmlagerungen sind den Ballagerungen in bezug auf die Rotationsgenauigkeit und der hohen Rotationsgeschwindigkeiten überlegen.

Die ideale zylindrische Scananordnung wird für eine sehr hohe Scanrate, eine hohe Auflösung und eine hohe Scaneffektivität geeignet sein, während diese Qualitäten für große Größen der Wiedergabemedien aufrechterhalten werden. Zum Beispiel lehrt das US-Patent Nr. 5,610,751 von Sweeney et al. eine selbstwirkende Gasla gerung, die die in einem sphärischen mit Fenster versehenen Gehäuse eingeschlos sen ist, welches benutzt wird, um einen genauen mit hoher Geschwindigkeit lau fenden, mit geringem Geräusch laufenden, schmierungsfreien, kontaminationsge schützten, langlebenden Scanmotor und einen optischen Zusammenbau zu schaf fen. Selbstwirkende Gaslagerungen werden für zylindrische Abbildungsanwen dungen mit hoher Nutzleistung bevorzugt, bei denen außergewöhnliche Genauig keit, hohe Rotationsgeschwindigkeiten, und niedriges Geschwindigkeitszittern er forderlich sind. Da die zylindrischen Abbildungsanordnungen als eine allgemein gültige Regel eine Scanlinie pro Umlauf benutzen, ist die Genauigkeit und die Wiederholbarkeit der Registrierung von benachbarten Scanlinien nur von der Ge nauigkeit und der Wiederholbarkeit der Lagerung und des Steuerungssystemes der Motorgeschwindigkeit abhängig. Der Gebrauch eines Gasfilmlagers liefert eine ge naue Plattform, die die vorherrschende Technologie für zylindrische Abbildungs anordnungen geworden ist.

Zusammengefaßt sind die zylindrischen Abbildungsanordnungen von Haus aus einfach, jedoch haben sie Mängel bei dem allgemeinen Gebrauch von Anordnungen mit flachen Bereichen, da sie große zylindrische Oberflächen und flexible Wieder gabematerialien in Einklang bringen müssen. Wie oben dargestellt, ist es ebenso zunehmend problematisch, eine einzelne Scanlinie pro Umlaufscanner aufzubauen und zu betreiben, wenn die Scanrate erhöht wird, die Maschenweite und die Auflö sung erhöht wird und die Abbildungsformatgröße vergrößert wird.

In einer typischen Abbildungsanordnung mit flachem Bereich wird z. B. ein photo sensitives Material bei konstanter Geschwindigkeit von einer Windenrolle mit senkrechter Welle oder anderen linearen Förderungsmitteleinrichtungen bewegt, welche von kontinuierlichen Rollen oder vorausgehenden Kassetten mit gestapel tem Material versorgt werden, um das Material einer stationären optischen An ordnung zum Scannen anzubieten. Alternativ kann das stationäre photosensitive Material durch Verschieben der optischen Anordnung abgebildet werden. Anord nungen mit flachem Bereich haben gegenüber den zylindrischen Abbildungsan ordnungen überlegene Allgemeinbrauchbarkeit, da die Oberfläche, auf welche ab gebildet werden soll, oder welche besichtigt werden soll, nicht begrenzt in der Län ge sein muß, nicht flexibel sein muß und somit kontinuierlich mit großer Ge schwindigkeit versorgt werden kann. Das Abbilden von steifen Metallplattenma terialien und das Überprüfen der elektronischen Bauteile erfordert den Gebrauch von Scananordnungen mit flachem Bereich.

Die Scanoptik in dem Zusammenhang der Abbildung des flachen Bereiches besteht typischerweise aus einem mitschwingenden und rotierenden einzelnen Facetten spiegel oder einem Zusammenbau aus zwei oder mehreren Spiegeln oder einem Glasprisma, welches aus einer oder zwei reflektierenden Oberflächen besteht. Es ist ebenso üblich, ein rotierendes Polygon oder Hologon zu haben, welches vielfa che reflektierende und lichtbrechende Facetten symmetrisch zu einer zentralen Rotationsachse hat.

Anordnungen mit flachen Bereichen erfordern den Gebrauch von zusätzlichen Konditionuierungsoptiken, um die Krümmung, die durch die Rotation des Scan ners hergestellt wird, wenn die Strahlen in einem Bogen abgetastet werden, abzu flachen. Diese Korrektur ist im allgemeinen als f-Theta-Korrektur bekannt. Der f-Theta-Krümmungsfehler kann auf der anderen Seite durch Abbilden auf einer zy lindrischen Oberfläche, die einen angepaßten Radius der Krümmung, wie es vor her diskutiert wurde, korrigiert werden. Die f-Theta-Krümmung kann ebenso durch lichtbrechende (Linsen) oder reflektierende (Spiegel) Einrichtungen korri giert werden. Die f-Theta-Bedingungsoptiken für große Formate von hohen Auflö sungsanwendungen können typischerweise nicht für Scanwinkel, die wesentlich größer als 22,5 Grad der Scannerrotation (45 Grad des optischen Scanwinkels) aus einem gesamten Bereich von 360 Grad ist, zufriedenstellend durchgeführt werden. Dies resultiert in einer effektiven Scaneffektivität von ungefähr 12% für eine mit flachem Bereich rotierende einzelne Facettenscanoptik, die nur eine Scanlinie pro Umlauf im Vergleich zu 100% Scaneffektivität, welche mit der zylindrischen Nä herung erreicht werden kann, erzeugen kann. Alternativ wird der Arbeitszyklus eines einzelnen mitschwingenden Facettenscanners auf 30-35% auf Kosten der großen Variationen in der Scangeschwindigkeit verbessert, welche für die Modula tion des Laserstrahls korrigiert werden müssen. Dieser Verlust der Scaneffektivi tät ist ein entscheidender Nachteil, da die Rate, bei welcher der Laser moduliert werden muß, und die augenblickliche Leistung des Lasers zusammen im Vergleich zu dem zylindrischen Abbildungsfall für eine gegebene Scanrate aufgrund der ex tremen Reduzierung der Scaneffektivität entscheidend erhöht werden müssen. Eine Multifacettenvorrichtung, wie ein Polygon oder ein Hologon, wird verwendet, wovon jede Facette den 22,5 Grad-Akzeptanzwinkel der f-Theta-Optiken bedienen kann, wodurch die Scaneffektivität für einen Polygon- oder einen Hologonscanner für Anordnungen mit flachem Bereich in der Höhe von 50-80% sein kann, wenn 8-12 Facetten verwendet werden. Jedoch erzeugt die Verwendung der vielfachen Scanoberflächen auf der Scanoptik, um die effektive Scanrate zu vervielfachen, wie es der Fall sowohl für den Polygon- als auch den Hologonscanner ist, unerwünsch te Nebeneffekte, die nur diese Art von Scanner betreffen. Der Gebrauch eines multifacettierten holographischen rotierenden Scanners hat eindeutige Vorteile im Hinblick auf den Kreuzscan-Fehler und die Scaneffektivität im Vergleich zu dem rotierenden Polygonscanner. Sein prinzipieller Nachteil ist die Erfordernis eines Lasers, der eine verfeinerte Wellenlängenstabilität hat. Solch eine Vorrichtung kann ebenso nicht für alternative Wellenlängen ohne Veränderung des Aufbaus verwendet werden und ist vollständig ungeeignet für simultanes Vielfach-Farbscannen.

Multifacettenscanner im allgemeinen und polygone Scananordnungen insbesonde re haben von Haus aus Einschränkungen darin, daß die Korrekturen für relative Fehler in den Facetten der Polygone, die die Laserenergie ablenken, um eine ge scannte Linie zu erschaffen, durchgeführt werden müssen. Wenn das Scanobjekt von dem Scanner wegbewegt wird, wie es für große Abbildungsformate der Fall ist, und wenn die Auflösung erhöht wird, so können sehr geringe Fehler in den Facet ten der Polygone mit Bezug auf ihre Rotationsachse und Variationen in der Rota tionsgeschwindigkeit wahrnehmbare Fehler erzeugen. Diese Fehler sind allgemein als Kreuzscan- und Inscan-Fehler bekannt.

Es ist bekannt, anamorphotische Korrekturoptiken zu verwenden, die Kreuzscan- Fehler korrigieren können. Diese Optiken werden zunehmend schwierig und teuer in ihrem Aufbau und ihrer Herstellung, wenn die Größe des Abbildungsformates sich erhöht. Typischerweise ist die anamorphotische Kreuzscan-Korrekturlösung in ihren Kosten und ihrer Nutzleistung auf Scanbreiten, die größer als 14'' sind und auf Auflösungen, die größer als 2,000 Punkte pro Inch sind, begrenzt. Obwohl es bekannt ist, anamorphotische Korrekturen bei Breiten von Anordnungen mit flachem Bereich in der Größenordnung von 26'' zu verwenden, sind die Kosten für solch eine Anordnung unerschwinglich. Ein zusätzlicher Nachteil der anamorpho tischen Lösung ist, daß der Gebrauch von vielfachen Wellenlängen des Lichtes, besonders zu der gleichen Zeit, begrenzt ist.

Eine bekannte Alternative zu der anamorphotischen Lösung ist der Gebrauch ei ner aktiven Kreuzscan-Korrekturlösung, die den optischen Aufbau entscheidend durch Beseitigen der Notwendigkeit anamorphotischer Korrekturelemente verein facht, welche sehr groß und sehr teuer für den Betrieb bei großem Format sein würde, und die das Ziel, ein System zu haben, welches polychromatisch ist, ein schränken. Neben dem Kreuzscan-Fehler ist die Inscan-Fehlerkomponente ebenso von gleichbedeutender Wichtigkeit für sowohl die zylindrische als auch die Flach bereichs-Abbildung. Für eine rotierende Optik, die eine einzelne Scanlinie pro Umlauf erzeugt, sind die Inscan-Fehler einzig der Genauigkeit und der Wiederhol barkeit der Rotationsgeschwindigkeit zuzuschreiben. Bis zu einem entscheidenden Grad muß die Genauigkeit nicht so gut wie die Wiederholbarkeit sein. Für Abbil dungsanordnungen erzeugen kleine Variationen in der Geschwindigkeit, die sich an dem gleichen Ort von einer Scanlinie zu der nächsten wiederholen, keinen Fehler, der für das menschliche Auge wahrnehmbar ist. Vielfache Facettenscanner, wie das rotierende Polygon, erfordern verfeinerte Genauigkeit der Geschwindig keitssteuerung als auch Wiederholbarkeit, da jede Facette einen Abschnitt der ge samten Rotation darstellt und die Periode von jedem Abschnitt fast identisch sein muß. Ansonsten werden inscanverwandte Fehler leicht sichtbar.

Bei dem Gebrauch eines Polygonscanners wird, ob jetzt passive oder aktive Ein richtungen verwendet werden, um den Kreuzscan-Fehler zu korrigieren, die dreh bare Scanoptik gemeinsam auf einer Welle befestigt, die durch einen Lagerzusam menbau getragen wird, welcher normalerweise radiale und Axialdruck- Lagerungskomponenten beinhaltet. Die Fluidfilmlagerungen werden in Scannern eines jeden Typs verwendet, bei denen außergewöhnliche Genauigkeit, hohe Rota tionsgeschwindigkeiten und niedriges Geschwindigkeitszittern erforderlich sind.

Es ist für die vorliegende Diskussion wesentlich, im Hinblick auf das Fehlen einer üblichen Terminologie innerhalb der optischen Scan- und Präzisionsinstrumenten industrie im allgemeinen, zwischen sich nicht wiederholenden und sich wiederho lenden Fehlerquellen zu unterscheiden. Nicht wiederholende oder Zufallsfehler sind schwierig zu isolieren und zu korrigieren. Die Quellen der nicht wiederholen den Fehler im Zusammenhang mit optischen Scanvorrichtungen werden oft durch aerodynamische oder Luftwiderstandsverlusteffekte bei der rotierenden Optik oder Fehlern in der Lagerung, die die Scanoptik trägt, welche die Rotationsachse des Scanners definiert, verursacht.

Wiederholungsfehler wiederholen sich in der Form von periodischen und vorher sagbaren Mustern und können im allgemeinen gemessen werden, und sie können in vielen Fällen durch Benutzen einer Rückkopplungs-Fehlerkorrektur kompen siert werden.

Bei den Anwendungen mit flachem Bereich ist es bekannt, daß die rotierende Po lygon-Scanoptik ein größeres Potential für die Geschwindigkeit und die Effektivi tät im Vergleich zu dem Gebrauch des mitschwingenden Scanners oder des einzel nen Facettenrotationsscanners hat. Die Polygon-Scanoptik ist überlegen, da für jede Rotation derjenigen eine Polygonscanoptik, die "n" Anzahl an Facetten hat, "n" Anzahl an Scanlinien herstellt, wohingegen für die einzelne Facetten- Rotationsscanoptik oder dem mitschwingenden Scanner für jeden Umlauf der Scanoptik eine Scanlinie hergestellt wird. Somit ist es wünschenswert, die Scanra te der Scanoptik zu maximieren, um eine Abbildung mit hoher Auflösung auf einer gegebenen Abbildungsoberfläche in so kurz wie möglichen Zeitbeträgen zu erhal ten. Zusätzlich zu dem rotierenden Polygonscanner, der bei einer größeren Scanra te arbeitet, kann eine größere Öffnung benutzt werden, und die reflektierenden Oberflächen der Polygon-Scanoptik sind weniger anfällig für die Verzeichnung von zentrifugalen Körperkräften im Vergleich zu Einzelfacetten rotierenden und mit schwingenden Scannern.

Jedoch kann dieses Potential der Polygon-Scanoptik nicht verwirklicht werden, wenn nicht die Scanfehler, die nur die polygone Scanningvorrichtung betreffen, in Übereinstimmung mit dem Aufbau der gesamten Scananordnung gebracht werden können. In diesem Zusammenhang ist es wichtig wahrzunehmen, daß die Bildher stellungsqualität und die Produktivität einer polygonen optischen Scanvorrichtung weitestgehend von ihrer Präzision und von der Scanrate und der Scaneffektivität der polygonen Scanoptik der Vorrichtung jeweils abhängt. Die Präzision ist not wendig, um höhere Auflösungen zu erreichen, und eine höhere Scanrate und Ef fektivität sind notwendig, um die Hochauflösungsbilder schneller zu machen.

Ein entscheidender Scanfehler, der bei polygonen Scanvorrichtungen üblich ist, ist der "Kreuzscan"-Fehler. Der Kreuzscan-Fehler bezieht sich insbesondere auf Feh ler an den Orten der Scanlinien in einer Richtung, die senkrecht zu den Linien, die gescannt werden, ist. Das polygone Kreuzscan-Fehler-Phänomen ist das Ergebnis von einem oder mehreren der drei getrennten Fehlerquellen. Die erste Fehlerquel le ist die Genauigkeit der rotierenden Achse des motorangetriebenen Lagerungs zusammenbaus, auf welcher das Polygon befestigt ist oder damit integriert ist. Diese Art von Fehler ist im allgemeinen von sich nicht wiederholender Natur. Die zweite Fehlerquelle ist die Parallelität der wirklichen Rotationsachse von der Spindel und der virtuellen Achse des Polygons. Diese Art von Fehler ist im allge meinen von sich wiederholender Natur. Die virtuelle Achse wird als die Achse de finiert, die am besten für die relativen Winkel von jedem der polygonen Facetten geeignet ist. Die dritte Fehlerquelle sind die relativen Winkelfehler von jeder Fa cette zu der definierten bestgeeignetsten virtuellen Achse. Dieser Fehler ist eben falls von sich wiederholender Natur. All diese Fehler summieren sich zusammen, was in einem zusammengesetzten Kreuzscan-Fehler resultiert.

Aufgrund der oben erwähnten überlegenen Vorteile des Scannens mit flachem Be reich im Vergleich zu dem zylindrischen Scannen ist es der Gegenstand von vielen Anstrengungen in dem Stand der Technik gewesen, polygone Scanoptikanordnun gen mit verschiedenen Fehlerkorrekturschemen zu entwickeln. Zum Beispiel of fenbart und lehrt das US-Patent Nr. 5,365,364 von Taylor den Aufbau einer Ab bildungsanordnung mit komplett reflektierendem flachen Bereich mit vielfachen Facetten, die eine hohe Scaneffektivität haben, welche für den Gebrauch bei zahl reichen Betriebswellenlängen des Lichtes, der durch den komplett reflektierenden Aufbau ermöglicht wird, geeignet ist. Die Taylor-Vorrichtung wird als aerodyna misch eben dargestellt, um die Lagerungsabweichung aufgrund der Ablenkung durch den Wind zu reduzieren und dementsprechend hat sie ein Potential für ver besserte Scanraten, die durch verbesserte Scaneffektivität erreicht werden.

Das US-Patent Nr. 5,281,812 von Lee et al. offenbart und lehrt ein Abbildungssy stem mit flachem Bereich mit einer f-Theta-Linse, die eine geschlossene Schleifen steuerungsanordnung benutzt, um für die sich wiederholenden und sich nicht wie derholenden Kreuzscan-Fehler eines Polygonscanners in Realzeit durch Verwirkli chung eines neuen piezoelektrischen angetriebenen Spiegels zu korrigieren. Die Druckschrift von Lee et al. lehrt die Einschränkung von einzelnen facettierten Scannern in dem Kontext des flachen Bereiches, die Probleme mit akusto optischen Modulatoren, um die Kreuzscan-Korrektur zu beeinflussen, und die Ko sten und Verwirklichungseinschränkungen des Gebrauches von anamorphotischen Kreuzscan-Korrekturoptiken. Lee et al. lehrt ebenso die fundamentalen Begren zungen der natürlichen Frequenz des Federmassensystems, welches in der Ver wirklichung eines Spiegels, der bei hoher Frequenz durch piezoelektrische Stell glieder angetrieben wird, eingebaut ist.

Das US-Patent Nr. 5,247,174 von Berman offenbart und lehrt eine Abbildungs anordnung mit flachem Bereich, die eine f-Theta-Linse hat, welche ein geschlosse nes Regelungssystem benutzt, um die sich wiederholenden und sich nicht wieder holenden Kreuzscan-Fehler des Polygonscanners in Realzeit durch Anfügen des Endes eines Faseroptik, die mit einem Gaslaser gekoppelt ist, an ein piezoelektri sches Stellglied und durch Korrigieren der Fehler des Polygonscanners durch Be wegen der Laserstrahlquelle zu korrigieren.

Das US-Patent Nr. 4,441,126 von Greenig et al. offenbart und lehrt eine Strahlablenkungsanordnung, die einen akusto-optischen Modulator hat, der mit einer Linse verbunden ist, die zwischen dem Laser und der polygonen Scanoptik angeordnet ist. Die Druckschrift von Greenig et al. offenbart eine Sensor- und Brückenschaltung, um die Position des Strahlscans und des Fehlerwertes für jede Facette der Scanoptik zu detektieren.

Die Werte werden gemittelt und ein korrigierendes Signal und eine Spannungsein stellung werden geliefert, um den Abgleich der Brücke einzustellen, um den Durchschnittswert in Richtung auf einen Referenzwert zu treiben.

Das US-Patent Nr. 4,054,360 von Oosaka et al. offenbart und lehrt ein verbesser tes Verfahren und ein Gerät zum Entfernen von Scanfehlern, die mit dem Fehlen von perfekter Parallelität in einem rotierenden polyedrischen Spiegel verbunden sind. Oosaka et al. lehrt den Gebrauch eines besonderen Strahls, der entlang eines vertikal unabhängigen optischen Korrektursignales gerichtet ist und zurück zu dem Einfall auf demselben Spiegelablenkungspunkt gebracht wird, um den Fehler in der Parallelität zu eliminieren, ohne mit dem horizontalen Scannen des reflek tierten Strahles zu interferieren.

Die oben erwähnten Beispiele des Standes der Technik konzentrieren sich auf die Reduzierung der Scanfehler in polygonen Scananordnungen durch Benutzen von aktiven und passiven Einrichtungen, um die Wiederholungsfehler zu reduzieren, jedoch mangelt es an der Offenbarung, der Lehre oder des Vorschlagens der Ver wendung einer Fluidfilmlagerung zum Rotieren der polygonen Scanoptik, um die nicht wiederholenden Fehler zu reduzieren. Die Genauigkeit dieser Systeme wird durch die Genauigkeit des Lagersystems eingeschränkt, welches typischerweise nicht wiederholende Fehler beachtlich induziert.

Alternativ wird, wenn eine Fluidfilmlagerung, oder insbesondere eine selbstagie rende Gaslagerung verwendet wird, um nicht wiederholende Fehler zu reduzieren, in Verbindung mit aktiven oder passiven Einrichtungen, um die wiederholenden Fehler zu korrigieren, eine entscheidende Reduzierung der Zusammensetzungsfeh ler realisiert und die Anordnungsgenauigkeit verbessert.

Als weiteres ermöglicht die inhärente Genauigkeit und Wiederholbarkeit, die durch eine Fluidfilmlagerung gewährt wird, ebenso den Gebrauch eines offenen Regelungssystems für die aktive Korrektur der wiederholbaren Scanfehler. Offene Regelkreiskorrekturtechniken sind für polygone Scananwendungen nicht prak tisch, wenn nicht die sich nicht wiederholende Komponente der Anordnungsfehler auf vernachlässigbare Niveaus reduziert wird.

Aktive und passive Fehlerkorrekturtechniken sind im Stand der Technik bekannt. Aktive Kreuzscan-Korrekturen bedeuten, daß die Fehler kontinuierlich rückver folgt und abgebildet beim Betrieb der Anordnung werden und einige Arten von Mechanismus innerhalb des Aufbaues führen kontinuierlich einen gleichen und entgegengesetzten Fehler zu dem des Zusammensetzungsfehlers der rotierenden Polygonunteranordnung aus. Die Techniken des Standes der Technik beinhalten den Gebrauch eines akusto-optischen Modulators auf der Strecke zwischen der Laserquelle und dem rotierenden Polygon. Der akusto-optische Modulator kann verwendet werden, um den Strahl in exakt entgegengesetztem Winkel zurückzu richten, welches jede polygone Facette dazu anhält, vernachlässigbare Kreuzscan- Fehler zu erzielen. Eine alternative Lösung, welche benutzt worden ist, ist das Neigen eines Spiegels in der Anordnung durch Benutzen einer Vorrichtung, wie eines piezoelektrischen Stellgliedes oder eines Stellgliedes vom Schwingspulentyp. Die piezoelektrischen Stellglieder, die Schwingspulen-Stellglieder und viele andere Typen an Stellgliedern von ähnlicher Anlage werden weitestgehend als elektrome chanische Stellglieder klassifiziert.

Eine zweite unerwünschte Fehlerquelle bei optischen Scananordnungen resultiert aus dem "Inscan-Fehler". Der Inscan-Fehler bezieht sich insbesondere auf Fehler in der Anordnung der Scanlinien in einer Richtung, die parallel zu den Linien sel ber ist. Die Inscan-Fehler können ebenso Kreuzscan-Fehler verursachen, da Ge schwindigkeitsvariationen der polygonen Scanoptik in Anordnungsfehlern auf dem gescannten Medium resultiert. Ähnlich zu den Kreuzscan-Fehlern ist der In scan-Fehler ebenso das Ergebnis einiger Komponenten, die sowohl wiederholbar als auch nicht wiederholbar sind. Die erste Quelle des Inscan-Fehlers bezieht sich auf die Genauigkeit der rotierenden Achse der Lagerung. Wenn die rotierende Achse der Lagerung nicht perfekt mit der rotierenden Achse der polygonen Sca noptik ausgerichtet ist, wird es einige wiederholbare Fehler geben. Der zweite Fehler ist die relative Höhe einer jeden polygonen Facette zu der Achse der Rotati on der Lagerung. Wenn die Lagerung eine nahezu perfekte Rotationsachse hat, wie es der Fall für eine Fluidfilmlagerung ist, so werden die Facetten-Höhenfehler auf die Herstellung des Polygons eingeschränkt und ihre Registrierung auf die La gerungsachse eingeschränkt. Die Facetten-Höhenfehler resultieren in Längenva riationen von einer gescannten Linie zu der nächsten. Die Fehlermuster sind mit jeder kompletten Rotation des Polygons wiederholbar. Die Facetten-Höhenfehler können auf vernachlässigbare Niveaus durch gesteuerte Erzeugungsprozesse, die auf die Erzeugung des Polygons angewendet werden, reduziert werden. Dieser Fehler kann ebenso durch Veranlassen von kleinen Veränderungen in der Rotati onsgeschwindigkeit des Scanners korrigiert werden.

Der dritte Fehler, der den Inscan-Fehler bewirkt, bezieht sich auf die Genauigkeit der Geschwindigkeitssteuerung der Rückkopplungssteuerungsanordnung, die die Rotationsgeschwindigkeit des Polygons steuert. Das Problem des Inscan-Fehlers für die polygone Scananordnung ist für die hohe Auflösung der Abbildungsanord nungen mit flachem Bereich am entscheidensten. Dies ist so, da die Entfernung von dem Polygon zu den wiedergebenden Medien dazu tendiert, groß zu sein und die zusätzlichen Geschwindigkeitsfehler, die geringer als 1/1.000.000 eines Umlau fes des Scanners sind, können bemerkenswert inscan-verwandte Mittel herstellen. Einzelne Facetten-Scananordnungen können viel größere Geschwindigkeitsverän derungen solange tolerieren, wie das Geschwindigkeitsprofil sich von einem Um lauf des Scanners zu dem nächsten wiederholt. Als ein Beispiel haben typische ein zelfacettierte luftgelagerte Rotationsscanner zusätzliche Geschwindigkeitsfehler von der Größenordnung von 5-10 Teilen pro Mio./Umlauf (PPM/rev), wiederholen sich jedoch an jedem Interessenpunkt in dem Scan mit einer Genauigkeit von we niger als 1,0 PPM/rev. Da der polygone Scanner eine Vielfalt von Scanlinien pro Umlauf erzeugt, kann die zusätzliche Geschwindigkeitsvariation nicht toleriert werden.

Es ist wichtig, zwischen "kurzzeitigen" und "langzeitigen" Fehlern zu unterschei den. Die kurzzeitigen Fehler werden hierin als Fehler definiert, die innerhalb Bruchteilen eines Umlaufes bis zu einigen tausend Umläufen des rotierenden Scanners auftreten. Langzeitige Fehler werden als Fehler definiert, die über mehr als einige tausend Umläufe des rotierenden Scanners auftreten, oder auf der ande ren Seite über eine entscheidende Zeitperiode oder eine Anzahl an Scanlinien de finiert werden. Kurzzeitige und langzeitige Fehler können beide von wiederholen der und nicht wiederholender Form sein. Sehr kleine kurzzeitige Fehler sind dafür bekannt, Abbildungsanomalien, wie die "Streifenbildung" zu erzeugen. Im allge meinen können große Fehler, die über längere Zeitperioden sich ausdehnen, tole riert werden. Wirkliche Toleranzen hängen von vielen Faktoren, die nur eine be sondere Abbildungsanwendung betreffen, einschließlich der Fehler-Raumfrequenz, dem Bildkontrast und der gesamten Bildverzerrung ab.

Zusammengefaßt ist jetzt der Stand der Technik einzeln oder in irgendeiner Kombination offenbart und gelehrt worden, und es besteht weiterhin ein entschei dender Bedarf für ein optisches Scansystem mit hoher Geschwindigkeit, großem Format, flachem Bereich, hoher Auflösung mit Kosten, die solch eine Vorrichtung praktisch und verwendbar für eine entscheidende Anzahl von Anwendungen macht. Insbesondere fehlt es dem Stand der Technik und es verbleibt ein Bedarf von einer Scananordnung mit flachem Bereich, die einen Polygonscanner mit einer Fluidfilmlagerung benutzt, um nicht wiederholende Scanfehler zu reduzieren, und welche ein offenes Regelungssystem für die aktive Korrektur der wiederholbaren Scanfehler hat, und welches zum Herstellen von großen Formaten mit hoher Auf lösung und hohen Scanraten geeignet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abbildungslösung mit flachem Bereich zur Ver fügung zu stellen, die sich der Auflösung der momentanen zylindrischen Abbil dungsanordnungen angleichen kann, den Formatgrößen von solchen Anordnun gen gleichkommt, die Scanrate, die mit solchen Anordnungen möglich ist, über trifft, während eine überlegene Anordnung mit flachem Bereich gegenüber der zy lindrischen Abbildungslösung verwendet wird. Die Erfindung bezieht sich auf eine optische polygone Scanvorrichtung mit flachem Bereich, die speziell für das mono chromatische und polychromatische Scannen mit flachem Bereich für große For mate mit hoher Scanrate und hoher Auflösung für Abbildungs- und Überwa chungszwecke entwickelt ist.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1, 2, 3, 7, 8 und 9 gelöst.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine polychromatische polygone Sca nanordnung, die eine rotierende Polygon-Scanoptik, eine Fluidfilmlagerung, die rotierbar die rotierende Polygon-Scanoptik lagert, und eine Scanfehlerkorrektur hat. Insbesondere ist die Fluidfilmlagerung eine selbstwirkende Gaslagerung, die außergewöhnlich niedrige sich nicht wiederholende Fehler aufweist. Der Scanner der Erfindung beinhaltet weiterhin eine Kammer, die mit einem Fenster ausge stattet ist, zum Reduzieren sich nicht wiederholender Fehler, die durch die Ablen kung durch den Wind von der rotierenden Polygon-Scanoptik induziert werden, eine PLL-Steuerungsanordnung, die bei dem Gebrauch der Fluidfilmlagerung mit niedrigem Geschwindigkeitszittern vorausgesetzt wird, ein reflektierendes multis pektrales f-Theta-Korrekturschema, eine Festkörperlaserlichtquelle und ein Kreuzscan-Korrekturmechanismus, um die Position der Laserdiode zu verschie ben, um den Winkel des Laserstrahls, wenn er jede Facette des Polygons adres siert, zu beeinflussen. Der Kreuzscan-Korrekturmechanismus hat eine hohe na türliche Frequenz und sehr geringe Fähigkeit, so daß die Vorrichtung bei außer gewöhnlich hoher Geschwindigkeit betrieben werden kann, um aktiv die sich wie derholenden Kreuzscan-Fehler zu korrigieren, welche in der Scananordnung, die betrachtet wird, identifiziert werden.

Die Erfindung bezieht sich ebenso auf ein Verfahren zum Identifizieren und Kor rigieren von wiederholbaren Fehlern in einer polygonen Scananordnung, welche eine Fluidfilmlagerung für die rotierende Polygon-Scanoptik hat.

Die offenbarte Erfindung resultiert aus der systematischen Reduzierung der Quellen von sich nicht wiederholenden kurzzeitigen Fehlern. Sobald die Quellen der kurzzeitigen sich nicht wiederholenden Fehler minimiert werden, können die kurzzeitigen sich wiederholenden Fehler gemessen werden, isoliert und durch ei nige Verfahren reduziert werden. Die kurzzeitigen Wiederholungsfehler werden in "Kreuzscan"- und "Inscan"-Komponenten aufgeteilt.

Durch Gebrauch einer Fluidfilmlagerung im allgemeinen und einer selbstwirken den Gaslagerung im besonderen der aerodynamischen Stromlinienform der poly gonen Scanoptik und einer mit Fenstern versehenen Umhüllung, die die rotieren de polygone Scanoptik umgibt, um die Fehler, welche durch die Ablenkung durch den Wind induziert werden, zu minimieren, kann die sich nicht wiederholende Komponente der Kreuzscan-Fehler virtuell eliminiert werden, welches nur die wiederholbare Komponente zurückläßt. Die wiederholbare Komponente kann dann gemessen, isoliert und durch aktive Korrektur durch Benutzen eines Kreuz scan-Korrekturmechanismus und einer offenen Regelungsschleifenanordnung werden.

Im Zusammenhang mit dem Gebrauch von polygonen Scannern zum Erzeugen von Scanlinien auf den Wiedergabemedien offenbaren die wiederholbaren und nicht wiederholbaren Kreuzscan-Fehler die Reduzierung der Abbildungsauflösung, die direkt proportional zu der Größe der Zusammensetzungsfehler ist. Wenn die Genauigkeit der Lagerung der undeutlichste Fehler ist, wie in dem Fall einer Fluidfilmlagerung, und Luftturbulenzeffekte minimiert werden, so wird ein wie derholbares Kreuzscan-Fehlermuster, welches als "Streifenbildung" bekannt ist, hergestellt. Da das Streifenbildungsphänomen höchst unwünschenswert ist, und da es stark wiederholbar mit jeder Rotationsperiode des Scanners ist, mißt und korrigiert die vorliegende Erfindung die Kreuzscan-Fehler, um die Streifenbildung zu eliminieren.

Um erfolgreich eine aktive Kreuzscan-Korrekturanordnung für polygone Scanner, die elektromechanische Motivvorrichtungen, wie piezoelektrische und Schwingspu lenstellglieder, oder elektrooptische Vorrichtungen, die die offensichtliche Bewe gung der Laserquelle beeinflussen, benutzen, durchzuführen, benutzt die Erfin dung eine selbstwirkende Gaslagerung, um die rotierende Achsenwiederholbarkeit sicherzustellen und sich nicht wiederholende Fehler zu minimieren.

Wie bei der Kreuzscan-Fehlerkomponente ist die nicht wiederholende Fehlerkom ponente des Inscan-Fehlers durch Benutzen eines Polygonscanners, der eine Fluidfilmlagerung im allgemeinen und eine selbstwirkende Gaslagerung im beson deren, aerodynamische Stromlinienformung der polygonen Scanoptik und eine mit Fenstern versehene Umhüllung, die die rotierende polygone Scanoptik umgibt, um die Fehler, welche durch die Ablenkung durch den Wind induziert werden, zu mi nimieren, hat, vernachlässigbar geworden. Zusätzlich ist ein optischer Codierer auf der rotierenden Welle der selbstwirkenden Gaslagerung angeordnet, um eine gut wiederholbare Wellenrotationsreferenz zu erzeugen. Die niedrige Reibung, die ho he Präzision des selbstwirkenden Gaslagers kombiniert mit dem wiederholbaren optischen Codierer, liefern die gemeinsame Fähigkeit der hervorragenden Ge schwindigkeitssteuerung in dem Polygonscanner der vorliegenden Erfindung.

Ähnlich zu der Kreuzscan-Fehlerkomponente ist das wesentliche Problem des Korrigierens des Inscan-Fehlers, daß die sich nicht wiederholbare Komponente des Inscan-Fehlers virtuell eliminiert wird, welches nur die wiederholbare Komponen te zurückläßt, welche gemessen, isoliert und durch aktive Korrektur reduziert werden kann. In diesem Fall wird die herausragende Geschwindigkeitssteuerung des polygonen Scanners verwendet.

Die grundlegendste Methode des in Übereinstimmungsbringens der Inscan-Fehler ist der Aufbau und die Herstellung der Lagerung, der polygonen Scanoptik und der Geschwindigkeitssteuerungsanordnung mit einem Niveau, daß restliche In scan-Fehler vernachlässigbare Effekte bei erzeugten Abbildungen haben werden. Die vorliegende Erfindung macht es möglich, die Nutzleistung der polygonen Ab bildungsunteranordnung von der elektronischen Steuerungsanordnung zum Mo dulieren der Laserunteranordnung zu entkoppeln. Diese Methode ermöglicht den Aufbau und die Herstellung der polygonen Abbildungsunteranordnung als ein al leinstehendes Produkt, welches zum Wechselwirken mit einer breiten Vielfalt von Anwendungsplattformen geeignet ist. Somit wird die rotierende Geschwindigkeit des polygonen Scanners mit ausreichender Präzision gesteuert, um die inscanver wandten Werkzeuge oder das Brauchen der aktiven Synchronisierung der Modu lation des Lasers mit der Rotation des Scanners zu eliminieren.

Die Fluidfilmlagerung oder insbesondere eine selbstwirkende Gaslagerung für die polygone Scanunteranordnung, der Gebrauch der aktiven Kreuzscan- Korrekturtechnik, um für das Wiederholen relativer Neigungsfehler in der Poly gonfacette zu korrigieren, und der Gebrauch einer Rückkopplungssteuerungsan ordnung, die bei dem wiederholbaren Codierer vorausgesetzt wird, der durch den Gebrauch der Fluidfilmlagerung ermöglicht wird, bieten große Freiheit für den Aufbau der Bedingungsoptiken des Postscannens. Im wesentlichen ist der Aufbau der Bedingungsoptiken des Postscannens so aufgebaut, als wenn ein perfektes ro tierendes Polygon in Gebrauch wäre. Wie vorher diskutiert wurde, werden für den Kontext der flachen Bereichsabbildung die f-Theta-korrigierenden Optiken ver wendet, um die Krümmung des reflektierten gescannten Abbildungsbereiches ab zuflachen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht den Gebrauch von reflektieren den f-Theta-Optiken, um einen Aufbau zu liefern, der in einem nahezu universell flachen Bereichslinienabbilder resultiert, der von der Lasermodulation entkoppelt werden kann und der über einen breiten Bereich der Laserwellenlängen ohne chromatische Dispersion betrieben werden kann. Neben dem universelleren Ge brauch für einem breiten Bereich der einzelnen Wellenlängenanwendungen ist die offenbarte Anordnung für das simultane Abbilden mit allen Farben geeignet. Die offenbarte Erfindung paßt ebenso leicht den Gebrauch von brechenden f-Theta- Optiken an.

Piezoelektrische Stellglieder und andere Strahlablenkungstechnologien, wie dieje nigen, die auf elektrooptischen Prinzipien basieren, sind zu angemessenen Preisen erhältlich, um die Korrektur der polygonen Kreuzscan-Fehler zu beeinflussen. Das wesentliche Merkmal der offenbarten Erfindung ist es, die sich nicht wiederholen den Fehler auf ein solches Niveau zu reduzieren, daß die sich wiederholenden verbleibenden Fehler genau gemessen werden können und dann korrigiert werden können.

Die Elektroniken der Erfindung zum Korrigieren der Kreuzscan- und Inscan- Fehler sind relativ einfach, leicht erhältlich, und deshalb relativ günstig. Die Er findung benutzt ebenso eine rotierende Geschwindigkeits- Steuerungsunteranordnung, die relativ günstig ist und insbesondere zum Ge brauch mit der selbstwirkenden Gaslagerung der Erfindung in Verbindung mit ei nem optischen Codierer, der relativ günstig ist, geeignet ist.

Die offenbarte Erfindung ist einfach, für große Öffnungen anpassungsfähig, ist für das Abbilden oder Überprüfen von flachen Weiten, die größer als 14'' und unend lich in der Länge sind, geeignet, ist für Scanraten, die größer als 1000 Hz sind, geeignet, ist für Auflösungen, die größer als 1000 dpi sind, geeignet, ist von der Lasermodulation entkoppelt, um nahezu identische Scanlinien von einer Facette zu der nächsten herzustellen, und ist aufgrund ihres reflektiven Aufbaus für Farb abbildungen gut geeignet. Im Hinblick auf das obenerwähnte werden zahlreiche Ziele und Vorteile durch die vorliegenden Erfindung erreicht.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, die Einflüsse von sich nicht wiederholenden kurzzeitigen Fehlern durch Gebrauch einer Fluidfilmlagerung, insbesondere einer selbstwirkenden Gaslagerung in Verbindung mit der aerodynamischen Stromlini enform und durch den Gebrauch einer Kammer, die mit Fenstern versehen ist, um sich nicht wiederholende Störungen aufgrund der Ablenkung durch den Wind zu minimieren, ist die Erfindung darauf gerichtet, die verbleibenden, sich wiederho lenden Fehler und die sich nicht wiederholenden Fehlerkomponenten der polygo nen Scanoptik zu identifizieren und die sich nicht wiederholenden Fehler auf ei nen vernachlässigbaren Betrag zu minimieren.

Weiterhin ist die Erfindung darauf gerichtet, einen polygonen Scanner zu liefern, der eine Einrichtung zum Korrigieren von sich wiederholenden restlichen Fehler signalen der Kreuzscan- und Inscan-Fehler, die mit dem Betrieb der rotierenden polygonen Scananordnung verbunden sind, hat.

Es ist die Erfindung weiterhin darauf gerichtet, einen polygonen Scanner zu lie fern, der eine exakt rotierende Achse hat, welche von einer elektronischen Steue rungsanordnung gesteuert wird, um separat die sich wiederholenden Inscan- und Kreuzscan-Fehlerkomponenten zu beeinflussen.

Die Erfindung ist zudem darauf gerichtet, einen polygonen Scanner entsprechend der Erfindung zu liefern, der den Inscan-Fehler, der durch den Gebrauch einer Geschwindigkeit-Rückkopplungssteuerungsanordnung minimiert wird, welche von der Wiederholbarkeit eines optischen Codierers, der auf der rotierenden Achse der selbstwirkenden Luftlagerungsspindel betrieben wird, abhängt, hat.

Die Erfindung ist auch darauf gerichtet, einen polygonen Scanner zu liefern, der einen Kreuzscan-Fehler hat, welcher durch die Hochgeschwindigkeitsverschiebung eines Diodenlasers durch ein piezoelektrisches Stellglied oder durch die Neigung eines Spiegels, um eine virtuelle Verschiebung des Diodenlasers zu beeinflussen, die durch Information von einem wiederholbaren Fehlerprofil, welches in einem Speicher gespeichert ist, betätigt werden, minimiert wird, und die reale oder vir tuelle Verschiebung des Diodenlasers verursacht eine Winkelverschiebung des Strahles, die gleich oder entgegengesetzt dem Fehler von jeder Facette der polygo nen Scanoptik ist. Für den Gebrauch eines Gaslasers oder bei dem Gebrauch von simultaner Farbabbildung wird die bevorzugte Ausführungsform ein Spiegel sein, der durch den Gebrauch eines piezoelektrischen Stellgliedes geneigt wird. Für den Gebrauch einer Einzelwellenanwendung, die eine Laserdiode benutzt, soll die be vorzugte Ausführungsform die Laserdiode direkt auf dem piezoelektrischen Stell glied befestigen. Für den Gebrauch eines Gaslasers oder für den Gebrauch von gleichzeitiger Einführung von vielfachen Laserfarben ist der Gebrauch eines pie zoelektrisch geneigten Spiegels die bevorzugte Ausführungsform. Eine elektroopti sche Vorrichtung kann ebenso die Bedingungen der obigen Laserdurchführungss zenen zufriedenstellen.

Die Erfindung ist zudem darauf gerichtet, ein polygones Scansystem zu liefern, das ein Kreuzscan-Fehler-Profil hat, welches kontinuierlich durch Synchronisieren der Hochgeschwindigkeitsverschiebung eines Diodenlasers und durch die Einrichtung eines piezoelektrischen Stellgliedes in eine entgegengesetzte Richtung um einen Betrag, der gleich dem wiederholbare Fehler für eine besondere Facette der poly gonen Scanoptik korrigiert wird.

Die Erfindung ist weiterhin darauf gerichtet, eine wahlweise selbstkalibrierende Anordnung zu liefern, die periodisch kleine Wiederholungsfehler, die durch Lang zeitdrift verursacht werden, detektiert, eine elektronische Karte der Wiederho lungsfehler erzeugt, elektronisch die Wiederholungsfehler korrigiert, die Einrich tungen zum Korrigieren von Langzeitdriften liefert und deshalb periodisch das polygone Fehlerprofil, das von dem Werk gemessen wurde, selbst kalibriert. Auf grund des Gebrauches des selbstwirkenden Gaslagers kann die Korrektur nur durch Beeinflussung der Phase und der Amplitude einer sinusförmigen Kompo nente durchgeführt werden, welche in der Korrekturkarte, die von dem Werk auf gestellt wird, summiert wird. Aufgrund der außergewöhnlich kurzzeitigen Wieder holbarkeit des selbstwirkenden Gaslagers müssen die sinusförmige Phasen- und Amplitudenkorrektur nicht bei hohen Update-Raten eingeführt werden.

Die Erfindung ist weiterhin darauf gerichtet, eine Geschwindigkeitssteuerungsan ordnung zu liefern, die ausschließlich die Kreuzscan-Korrekturanordnung be treibt. Als direkte Konsequenz des Gebrauches eines Gaslagers und anderer Ein richtungen, um sich nicht wiederholende Fehler auf ein vernachlässigbares Niveau zu reduzieren, kann ein wiederholbares Zusammensetzungsfehlerprofil, wie es durch die Messung der Periode von jedem Scan konstruiert wird, aufgezeichnet werden. Ein inverser Fehler kann dann in die PLL-Geschwindigkeitssteuerungsanordnung summiert werden, um den Inscan-Fehler im wesentlichen zu korrigieren.

Die Erfindung ist weiterhin darauf gerichtet, eine polygone Scananordnung mit großem Format, hoher Scanrate, hoher Auflösung und flacher Bereichsabbildung zu liefern, die reflektierende f-Theta-Korrekturoptiken hat, die eine polygone Sca noptik benutzen, welche von einem Fluidfilmlager getragen wird, und die aktive Korrektur benutzen.

Die Erfindung ist weiterhin darauf gerichtet, eine rotierende Polygonscanoptik zu liefern, die ein selbstwirkendes Gaslager, eine Umhüllung, die mit Fenstern ausge stattet ist, welche die rotierende polygone Scanoptik umfaßt, und eine aktive Feh lerkorrekturanordnung zum Realisieren außergewöhnlicher hoher Scanraten im Vergleich zu mitschwingenden Scannern und Einzelfacetten-Scannern, während ebenso eine größere Scaneffektivität geliefert wird, hat.

Die Erfindung ist weiterhin darauf gerichtet, die oben erwähnten Ziele in einer Vorrichtung zu erreichen, die zu relativ vernünftigen Preisen, welches vorher nicht möglich war, hergestellt werden kann.

Die Erfindung ist zudem darauf gerichtet, ein Scansystem zu liefern, das bau steinartig im Aufbau und in den Wechselwirkungen mit einer Einrichtung zum Befördern des Objektes, welches zu scannen ist und den computerisierten Einrich tungen, um das Laserelement selber zu modulieren, so daß die allgemeine Brauch barkeit des Gegenstandes der Erfindung als ein alleinstehendes Produkt optimiert wird, um viele verschiedene Kunden in zahlreichen Industrien zu dienen, ist.

Diese und andere Ziele der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Be schreibung der bevorzugten Ausführungsformen, die in Verbindung mit den beige fügten Zeichnungen gesehen werden, welche kurz wie folgt beschrieben werden, offensichtlicher werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Fig. 1 ist eine perspektivische schematische Ansicht einer polygonen Sca nanordnung mit offenem Regelkreis und mit flachem Bereich gemäß der ersten Ausführungsform.

Fig. 2 ist eine perspektivische schematische Ansicht einer polygonen Sca nanordnung mit flachem Bereich mit wahlweiser Selbstkalibrierung zum Korrigie ren von Langzeitdriften.

Fig. 3 ist eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der polygonen Scananordnung mit flachem Bereich.

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht einer alternierenden Ausführungsform einer stationären Laserdiode und einer elektrooptischen Vorrichtung.

Fig. 5 ist ein optisches Schema einer Laserlichtquelle, die eine kollimierte stationäre Lichtquelle benutzt.

Fig. 6 ist ein optisches Schema einer Laserlichtquelle, die eine divergierende stationäre Lichtquelle benutzt.

Fig. 7 ist ein Graph, der die hohe Wiederholungsnatur des periodischen In scan-Fehlers für acht Umläufe einer polygonen Scanoptik mit acht Facetten, die mit einer selbstwirkenden Gaslagerung entsprechend der vorliegenden Erfindung verbunden ist, darstellt.

Fig. 8 ist ein Graph, der die Verbesserung darstellt, die durch genaues Mes sen des stark wiederholbaren Inscan-Fehlerprofiles und durch Beeinflussen der passenden Korrektur erreicht wird.

Fig. 9 ist ein Graph, der die starke wiederholende Natur der Kreuzscan- Fehler für acht Umläufe der polygonen Scanoptik darstellt, wie sie auf einem selbstwirkenden Luftlager entsprechend der vorliegenden Erfindung rotiert.

Fig. 10 ist ein Graph, der die Verbesserung darstellt, die durch genaues Messen des stark wiederholbaren Kreuzscan-Fehlerprofiles und durch Beeinflus sen der passenden Korrektur erreicht wird.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Mit Bezug auf Fig. 1 wird eine polygone Scananordnung 10 mit flachem Bereich und offenem Regelungskreis gezeigt. Die polygone Scananordnung mit flachem Bereich und offenem Regelungskreis beinhaltet eine rotierende polygone optische Vorrichtung 50, die eine Fluidfilmlagerung 88 hat. Die Scananordnung 10 beinhal tet eine Linienscan-Geschwindigkeitssteuerung 100, die phasenstarr zu den Aus gängen eines optischen Codierers 51 ist, der mit der Spinachse der polygonen opti schen Vorrichtung 50 verbunden ist und exakt zu ihr ausgerichtet ist und erzeugt einen Ausgang, der die Rotationsgeschwindigkeit eines elektrischen Motors 52 und einen multifacettenpolygonen Spiegel oder die Scanoptik 54 steuert. Der polygone Spiegel 54 hat eine Vielzahl von Facetten 56, die auf seiner Peripherie angeordnet sind. Die polygone Scananordnung 10 beinhaltet ebenso eine Kreuzscan-Fehler- Korrekturunteranordnung 200 mit offenem Regelkreis, die auf die Scanpositions daten antwortet, welche von der Kreuzscan-Fehler-Korrekturunteranordnung 100 ausgegeben werden und erzeugt ein Ausgangssignal, welches ein piezoelektrisches Stellglied 60 betätigt.

Eine Laserdiode 62, die mit dem piezoelektrischen Stellglied 60 verbunden ist, er zeugt einen Laserlichtstrahl 64, der in Richtung auf die rotierende polygone Sca noptik 54 durch ein Fenster 66 gerichtet ist. Die Laserdiode 62 wird durch das pie zoelektrische Stellglied 60 übertragen, um für wiederholbare Winkelfehler in der polygonen optischen Vorrichtung 50 zu korrigieren. Die Laserbedingungsoptiken 68 werden zwischen der Laserdiode 62 und der rotierenden polygonen Scanoptik 54 angeordnet. Der Laserlichtstrahl, der von einer Facette 56 der rotierenden mit Multifacetten ausgestatteten polygonen Scanoptik 54 reflektiert wird, ist auf das Medium, das zu scannen ist, gerichtet.

Ein linearer Transportmechanismus 72 transportiert das Medium 70 in eine Rich tung, die durch den Pfeil 74 angezeigt wird, senkrecht zu der Scanrichtung des Laserlichtstrahles, der durch den Pfeil 76 angezeigt wird.

Lichtbrechende oder reflektierende Korrekturoptiken 28 sind zwischen der poly gonen Scanoptik 54 und dem Medium 70, das zu scannen ist, angeordnet.

Die Linienscan-Geschwindigkeitssteuerung 100 besteht aus synchronisierender logischer Schaltung 102, die ein Indexsignal (eines pro Umlauf) und ein Zahlsignal (Inkremenz/Umlauf) von dem optischen Codierer 51 empfängt und erzeugt ein Scanpositionssignal. Das Scanpositionssignal wird verwendet, um die Inscan- und die Kreuzscan-Fehler-Korrekturunteranordnung 200 mit der Rotationsposition der rotierenden polygonen Scanoptik 54 zu synchronisieren. Auf diese Weise werden die Inscan- und Kreuzscan-Fehler auf die korrespondierende Facette der polygo nen Scanoptik 54 abgebildet. Ein zweiter Ausgang der synchronisierenden logi schen Schaltung 102 wird ein EPROM für Fehler mit festem Muster 104 empfan gen, das den verbleibenden Inscan-Geschwindigkeitsfehler, der als ein Korrektur faktor verwendet wird, um die eigentlichen Strahl-Geschwindigkeitsfehler an der Abbildungsebene zu minimieren, speichert. Das Fehler-EPROM von festgesetztem Muster speichert die Information der verbleibenden Inscan-Fehler aufgrund des Plattenausgangs des Codierers und der Höhenvariationen der Facetten von der multifacettenpolygonen Scanoptik.

Ein Referenzgenerator 106 liefert die notwendige Frequenzreferenz an einen Pha sendetektor 110 durch Aufteilen der Ausgangsfrequenz eines Quartzoszillators 108. Die Geschwindigkeitsauswahl der polygonen Scanoptik 54 wird durch die Auswahl des Bedieners von einem Einteilungsfaktor, der benötigt wird, um die passende Referenzfrequenz für jede Geschwindigkeit zu erzeugen, durchgeführt. Der Ausgang des Referenzgenerators 106 muß stabil sein und virtuell zitterfrei sein. Der Phasendetektor 110 empfängt das synchronisierende Signal von der syn chronisierenden logischen Schaltung 102 und das Zählsignal von dem optischen Codierer 51 und gibt eine analoge Fehlerspannung aus, die mit dem Ausgang des Fehler-EPROM 104 mit festgesetztem Muster summiert wird in einer Servokom pensationsschaltung 112. Ein Digital-/Analog-Umwandler 116 (D/A) wandelt den digitalen Ausgang des Fehler-EPROM 104 mit festgesetztem Muster in ein analo ges Signal um, bevor es mit dem Ausgang des Phasendetektors 110 summiert wird. Die Servokompensationsschaltung 112 liefert die notwendige Verstärkung, die be nötigt wird, um die Geschwindigkeitsphasenschleife zu schließen und die System stabilität aufrechtzuerhalten. Eine PID-Steuerungsschleife wird an diesem Punkt durchgeführt, die eine Steuerungsanordnung vom Typ II bildet, welche eine straffe Steuerung über die rotierende Rate der polygonen Scanoptik 54 hinweg aufrecht erhält. Die Motorgeschwindigkeit wird durch einen Pulsbreitenmodulator (PWM) und durch eine Kommutationsschaltung 114 in Antwort auf den Ausgang von der Servokompensationsschaltung 112 gesteuert. Während ein Standard- Dreiphasenstromrichter-Gleichstrommotor 52 die bevorzugte Ausführungsform ist und in Fig. 1 dargestellt wird, kann jeder geeignete Motortyp und geeignete elek tronische Antriebsschaltung verwendet werden, wie hysteresesynchrone oder Permanentmagnetbürstenmotoren verwendet werden.

Die Kreuzscan-Fehler-Korrekturunteranordnung 200 besteht aus einem Facetten fehler-EPROM 202, welcher die Korrekturinformation des Kreuzscan-Fehlers für jede Facette 56 speichert. Der Facettenfehler-EPROM 202 wird durch die Scanpo sitionsdaten, die von der synchronisierenden logischen Schaltung 102 empfangen werden, adressiert und gibt die Kreuzscan-Fehler-Korrekturdaten aus. Die Kor rekturdaten der Kreuzscan-Fehler werden auf das piezoelektrische Stellglied 60 angewendet über einen Digital-/Analog(D/A)-Umwandler 204 und einen Hoch spannungsverstärker 206. Das piezoelektrische Stellglied 60 wandelt den Ausgang des Hochspannungsverstärkers 206 in eine mechanische Verschiebung um, wel ches die Position der Laserdiode 62 auf eine Weise moduliert, daß die polygonen Winkelfehler ausgelöscht werden.

Vor der Benutzung wird die polygone Scananordnung 10 kalibriert, um die wie derholbaren Inscan- und Kreuzscan-Fehler zu definieren, welche in dem Fehler- EPROM 104 mit festgesetztem Muster gespeichert sind und in dem Facettenfehler- EPROM 202 jeweils gespeichert sind. Die Fig. 7-10 stellen die Einrichtungen dar, durch welche diese Fehler gemessen und verifiziert werden können.

Nach der Kalibrierung ist der Betrieb der polygonen Scananordnung 10 mit fla chem Bereich wie folgt:
Die polygone optische Vorrichtung 50 wird betätigt und die polygone Scanoptik 54 mit Multifacetten wird bei einer gewünschten Geschwindigkeit während der Steuerung der Linienscan-Geschwindigkeitssteuerung 100 gedreht. Jede Facette 56 der polygonen Scanoptik 54, eine zu einem Zeitpunkt, wird den Lichtstrahl, der durch die Laserdiode 62 erzeugt wird, reflektieren, um das Medium 70 auf dem linearen Transportmechanismus 72 in eine Richtung zu scannen, die durch den Pfeil 74 angezeigt wird senkrecht zu der Richtung der Bewegung des Mediums, welches durch den Pfeil 76 angezeigt wird, zu scannen. Die Korrektur für die Feh ler mit festgesetztem Muster von dem Fehler-EPROM 105 mit festgesetztem Mu ster werden durch die Scanpositionsdaten adressiert, die von der synchronisieren den logischen Schaltung 102 ausgegeben werden und werden auf die Servokom pensationsschaltung 112 angewendet, um Inscan-Fehler mit festgesetztem Muster zu korrigieren. In ähnlicher Weise wird der Facettenfehler EPROM 202 durch die Scanpositionsdaten adressiert, die von der synchronisierenden logischen Schaltung 102 ausgegeben werden, und wird auf das piezoelektrische Stellglied 60 angewen det, um die Laserdiode 62 zu verschieben, welches die Kreuzscan-Fehler bei dem Scannen des Mediums korrigiert.

Mit Bezug auf Fig. 2 wird eine wahlweise Selbstkalibrationsausführung der Sca nanordnung mit flachem Bereich gezeigt. In dieser Ausführungsform sind die po lygone optische Vorrichtung 50, das piezoelektrische Stellglied 60, die Laserdiode 62, die Linsenkorrekturoptik 68, die lichtbrechenden oder reflektierenden Korrek turoptiken 28, die Medien 70, der lineare Transportmechanismus 72 und die Linien scan-Geschwindigkeitssteuerung 100 dieselben wie mit Bezug auf Fig. 1 be reits diskutiert wurde. Die Kreuzscan-Fehlerkorrektur 300 weicht von derjenigen, die in Fig. 1 gezeigt wird, ab. In der selbstkalibrierten Ausführungsform beinhal tet der lineare Transportmechanismus 72 einen Kreuzscan-Fehlerdetektor 78, der periodische, langzeitige Kreuzscan-Fehler-Information an einen Kreuzscan-Fehler- Prozessor 308 über einen Verstärker 310 liefert. Der Kreuzscan-Fehlerprozessor 308 empfängt ebenfalls Scanpositionsdaten von der synchronisierenden logischen Schaltung 102 und enthält einen Korrekturalgorithmus, der notwendig ist, um ein Update-Schema der Kreuzscan-Korrektur durchzuführen. Die Ausgänge von dem Kreuzscan-Fehlerprozessor 308 treiben einen Sinusfehler-EPROM 312 an, der ebenso Scanpositionsdaten von der synchronisierenden logischen Schaltung 102 empfängt. Der Sinusfehler-EPROM 312 enthält eine Sinusfunktion, die über einen 360°-Bereich abgeglichen wird. Die Phase und Amplitude der Sinusfunktion ist unabhängig einstellbar und wird durch den Scanfehler-Prozessor 308 gesteuert.

Ein Facettenfehler-EPROM 302 und ein Digital-/Analog-Umwandler 304 sind im wesentlichen die gleichen wie das Facettenfehler-EPROM 202 und der Analog- /Digitalumwandler 204, die in bezug auf Fig. 1 diskutiert wurden. Der Ausgang des Sinusfehler-EPROM 312 wird in ein Analogsignal durch den Digitalumwandler 314 umgewandelt und wird durch eine Summierschaltung 316 mit dem Ausgang des Digital-/Analog-Umwandlers 304 summiert. Das verstärkte Signal wird dann auf das piezoelektrische Stellglied 60 über einen Hochspannungsverstärker 306 angewendet. Die Amplitude des Ausgangs von dem Digital-/Analog-Umwandler 314 wird durch den Scanfehler-Prozessor 308 gesteuert.

Mit Bezug auf Fig. 3 wird eine erste Ausführungsform der polygonen Scanan ordnung 10 mit flachem Bereich gezeigt. Die Scananordnung besteht aus einem Gehäuse 11, das teilweise die Laserbedingungsoptiken 68 umhüllt, der polygonen optischen Vorrichtung 50 und den Korrekturoptiken 28. Das piezoelektrische Stellglied 60 und die Laserdiode 62 werden in einer Laserlagerung 12, die mit ei nem Ende des Gehäuses 11 verbunden ist, befestigt und die polygone optische Vorrichtung 50 wird auf der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 11 innerhalb einer separaten Kammer 14 befestigt, um den Einfluß der Ablenkung durch den Wind zu reduzieren. Die Laserbedingungsoptiken 68 werden mit einem Tragezy linder 16 verbunden, der von der Laserlagerung 12 sich in das Gehäuse 11 er streckt. Ein f-Theta-Korrekturspiegel 20 korrigiert die f-Theta-Bereichskrümmung und richtet das konvergierende Laserlicht auf das angezeigte Linienbild 76 mit flachem Bereich. Das Laserlicht wird durch die Laserdiode 62 emittiert, das dann auf die Bedingungsoptiken 62 trifft, die das Laserlicht in die rotierende polygone Scanoptik 54 durch das Fenster 66 richtet. Die Laserdiode 62 wird durch eine se parate elektronische Steuerungsanordnung moduliert, die nicht Teil der offenbar ten Erfindung ist. Die Bedingungsoptiken 68 weiten auf, kolliminieren und fokus sieren das Laserlicht zur Darstellung in den Facetten der rotierenden polygonen Scanoptik 54. Die Achsen der rotierenden polygonen Scanoptiken 54 werden ge neigt, so daß jede Facette der polygonen Scanoptik auf den konditionierten Laser lichtstrahl trifft und das Licht zu einem flachen Post-Scan-Spiegel 18 richtet, der mit dem Gehäuse 11 verbunden ist, wo es auf einen f-Theta-Korrekturspiegel 20 reflektiert wird, der dazu dient, die Krümmung des Laserstrahles abzuflachen, wenn der sich zu der gewünschten Scanlinienbreite an dem Medium 70 ausdehnt. Das Licht, welches von dem f-Theta-Korrekturspiegel 20 reflektiert wird, wird auf einen zweiten flachen Spiegel 22 gerichtet, der innerhalb des Gehäuses 11 befestigt ist, von welchem es zu dem Medium durch eine Öffnung 24, die in dem Gehäuse 11 angeordnet ist, reflektiert wird. Eine Schutzabdeckung 26 umschließt das Gehäuse 11 und schränkt den Einlaß von Dreck und anderen Kontaminationen in die opti sche Cavität ein.

Aufeinanderfolgende angrenzende Facetten der rotierenden polygonen Scanoptik 54, die ähnlich auf das konditionierte Laserlicht, welches durch die Laserdiode 62 emittiert wird, treffen, werden das Licht dazu veranlassen, sequentiell über das Medium 70 hinweg gescannt zu werden. Jede Facette wird wiederholbare Fehler relativ zu jeder anderen und der wahren Rotationsachse der rotierenden polygonen Scanoptik 54 haben. Das piezoelektrische Stellglied 60 mit der Laserdiode 62, die verbunden ist, werden die Laserdiode in einer linearen Weise bewegen, so daß die Bahn des Lichtes, welches von der Bedingungsoptik 62 ausgeht, parallel zueinan der gescannt wird.

Die polygone optische Vorrichtung 50 hat ein Trageteil 80, das fest mit dem Ge häuse 11 innerhalb einer separaten Kammer 14 verbunden ist. Eine selbstwirken de Gaslagerung 88 hat eine rotierbare Spindel 90, auf welcher die rotierende poly gone Scanoptik 54, ein elektrischer Motor 52 und ein Codierer 51 befestigt sind. Der Codierer hat eine Zählspur mit hoher Schreibdichte und eine Indexspur, um präzise Informationen der Rotationsrate von der Spindel als auch ihre präzise Winkelposition zu liefern. Die Zählspur- und die Indexspurinformationen, die durch den Codierer geliefert werden, sind gut wiederholbar, da der Codierer direkt auf der Spindel 90 der selbstagierenden Gaslagerung 88 befestigt ist. Die wieder holbaren Fehler bei der Rotationsrate und der Winkelposition, welche aus den Fehlern in dem Codierer resultieren, werden durch die gleichen Einrichtungen korrigiert, die andere wiederholbare Fehler in der polygonen Scananordnung kor rigieren.

Fig. 4 zeigt eine alternierende Ausführungsform zum Verschieben des Licht strahles, der durch eine Quelle des Laserlichtes emittiert wird. In dieser Anord nung kann die Laserlichtquelle 400 eine Laserdiode oder jede andere Art von La serlichtquelle, wie ein Gaslaser, sein. Die Laserlichtquelle 400 wird fest von der Tragestruktur 402, die mit dem Gehäuse 11 verbindbar ist, getragen. Die Laser bedingungsoptiken 68 sind mit einem zylindrischen Fortsatz 404 der Tragestruk tur 402 verbunden, der sich in das Gehäuse 11, wie mit Bezug auf Fig. 3 be schrieben, erstreckt. Eine elektrooptische Strahlablenkungsvorrichtung 406 ist zwischen der Laserlichtquelle 400 und den Laserbedingungsoptiken 68 angeord net. Die elektrooptische Strahlablenkungsvorrichtung 406 kann von jeder Art, die im Stand der Technik bekannt ist, sein, welche funktionell in der gleichen Weise, wie die physikalische Verschiebung der Lichtquelle relativ zu der optischen Achse der Bedingungsoptiken 68 wirkt.

Fig. 5 veranschaulicht eine andere Anordnung zum Verschieben des Lichtstrah les, der durch eine Quelle des Laserlichtes emittiert wird. Es ist möglich, die Kreuzscan-Korrektur durch Vorhandensein einer festgesetzten Laserquelle und durch Benutzen von einer oder mehreren Linsen, die auf einem piezoelektrischen Stellglied befestigt sind, durchzuführen. Ein kollimierter (unendlich parallel zu) Strahl, der in die Linse (oder die Linsen) 410 eintritt, wird in einer Abbil dungsebene 412 fokussiert. Ein piezoelektrisches Stellglied 414 wird dann die Lin se verschieben, welches in einer direkten Translation des fokussierten Strahles, der die gleiche Verschiebung wie diejenige von der Linse 410 hat, resultiert, wie es in Fig. 5 dargestellt wird. Die divergierende Energie von dem verschobenen Fo kuspunkt wird durch die Strahlbedingungsoptiken 68 gesammelt, was in einer Winkelverschiebung in dem Strahl resultiert, wenn er an den Facetten 56 der ro tierenden polygonen Scanoptik 54 vorhanden ist, wodurch das Potential des Kor rigierens des Kreuzscan-Fehlers, wie vorher diskutiert, vorhanden ist.

Fig. 6 veranschaulicht nun eine andere mögliche Anordnung zum Verschieben des Lichtstrahles, der durch eine Quelle des Laserlichtes emittiert wird. Ein festge setzter Fokus 420 ist bei einer unendlichen Parallele der Linse (oder der Linsen) 416 vorhanden, trifft auf die Linsen, und wird auf der anderen Seite der Linsen in der Abbildungsebene 418 fokussiert. Die Translation der Linsen 416 durch das piezoelektrische Stellglied 418 resultiert wiederum in einer Translation des fokus sierten Lichtstrahls, und in Verbindung mit weiteren Strahlbedingungsoptiken resultiert sie in einer winkligen Verschiebung des Strahles, der auf den Facetten 56 der rotierenden polygonen Scanoptik 54 vorhanden ist. Der Gebrauch der Linse (oder der Linsen) 416 mit zwei endlichen parallelen Fokuspunkten 420 und 422 bietet die Möglichkeit an, die Größe der Translation des übertragenen Fokuspunk tes entsprechend der Gleichung (f1 + f2)/f1 zu erhöhen.

Fig. 7 stellt die gute Wiederholungsnatur des Inscan-Fehlers für acht Umläufe einer polygonen Scanoptik mit acht Facetten, die mit der Welle des selbstwirken den Gaslagers entsprechend der vorliegenden Erfindung verbunden ist, dar.

Fig. 8 stellt die Verbesserung dar, die durch Anwenden einer passenden Korrek tur auf die gut wiederholbaren Inscan-Fehler erreicht wird.

Fig. 9 stellt die gute Wiederholungsnatur der Kreuzscan-Fehler für einige Um läufe der polygonen Scanoptik dar, wie sie auf einem selbstwirkenden Gaslager entsprechend der vorliegenden Erfindung rotiert wird.

Fig. 10 stellt den Kreuzscan-Fehler, nachdem die Korrektur durchgeführt wird.

Die polygone Optikvorrichtung 50 ist so vorgesehen, daß sie gut wiederholbare Kreuzscan-Fehler, die nicht schlimmer als 10-20 mal von denjenigen der Endan forderungen der Anordnung sind, erzeugen wird. Die polygone Optikvorrichtung hat ebenso eine Rückkopplungssteuerungsanordnung der Geschwindigkeit, die die kurzzeitige zusätzliche Geschwindigkeit der rotierenden polygonen Scanoptik 54 auf weniger als 1/1 000 000 eines Umlaufes zwischen aufeinanderfolgenden Um läufen steuert. Die Fähigkeit, sowohl die Inscan- als auch die Kreuzscan-Fehler zu korrigieren, wird durch den Gebrauch des selbstwirkenden Gaslagers 88 ermög licht, dem Achtgeben auf aerodynamische Stromlinienform der polygonen Scanop tik 54 und dem Gebrauch eines separaten Gehäuses, welches mit Fenstern verse hen ist, für die polygone Scanoptik 54, so daß die kurzzeitigen nicht wiederholen den Quellen der Fehler vernachlässigbar sind.

Der Laserstrahl trifft nacheinander auf Facetten der rotierenden polygonen Sca noptik 54, und kommt im wesentlichen freiseiend von Kreuzscan- und Inscan bahnfehlern heraus. Der gescannte Laserstrahl wird dann auf einen postscan flachen Spiegel 18 treffen, der den Laserstrahl auf einen f-Theta-Korrekturspiegel 20 richtet, der die f-Theta-Krümmung des gescannten Strahles korrigiert und den Strahl in Richtung auf einen zweiten flachen Spiegel 22 richtet, auf den der Strahl trifft und der ihn zu der Abbildungsebene hin richtet, wo reprographische Medien oder andere Objekte gescannt werden. Die flachen Spiegel 18 und 22 werden be nutzt, um den Laserstrahl in der gewünschten Bildebene zu komprimieren und zu positionieren und sie sind nicht wesentlich für die grundsätzlichen Funkti onsprinzipien der Erfindung. Ein sphärischer und asphärischer betriebener Spie gel kann als f-Theta-Korrekturspiegel 20 abhängig von der erforderlichen Abbil dungsauflösung benutzt werden. Der Gebrauch eines betriebenen Spiegels, um die f-Theta-Korrektur zu beeinflussen, resultiert in einer nahezu telezentrischen Ab bildungsdurchführung. Viele Anordnungen von flachen Spiegeln, betriebenen Spiegeln und dergleichen sind möglich, ohne von der vorliegenden Erfindung ab zuweichen.

Eine separate Beförderungseinrichtung oder ein Bandantriebsrollen-Mechanismus 72, der mit einer konstanten Geschwindigkeit betrieben wird, und welcher nicht ein Teil der offenbarten Erfindung ist, ist erforderlich, um das Medium 70 oder irgendein anderes Objekt, das zu scannen ist, der offenbarten polygonen Scanan ordnung 10 vorzulegen.

Die faseroptische Kopplung des Diodenlasers ist eine allgemein übliche angewen dete Technik, um ein verfeinertes Gauss'sches Strahlprofil herzustellen, als es durch die direkte Abbildung der lasenden Elemente des Diodenlasers selber mög lich ist. Eine andere Variation der Erfindung ist es, das Ende einer Faseroptiklitze von einer fasergekoppelten Laserdiode an dem Ende eines elektromechanischen linearen Stellgliedes zu befestigen. Tatsächlich erfährt die Quelle des Laserlichtes von der Laserdiode nun das exakte lineare Bewegungsprofil als dasjenige des Stellgliedes, ohne die Vibrationsbeschleunigungsspannungen auf die Laserdiode selber, wie sie in der Ausführung, die in Fig. 3 dargestellt ist, auftreten, anwenden zu müssen.

Eine andere Variation der vorgeschlagenen Erfindung ist das Verbinden des Endes einer Faseroptiklitze mit dem Ende eines elektromechanischen Stellgliedes, außer daß die Laserlichtquelle, die mit der Faseroptiklitze gekoppelt ist, ein Gaslaser sein kann. Beachtliche Leistungsübertragung, niedrige Trägheit, hohes Frequenzan sprechen und gute Strahlqualität werden durch den Gebrauch eines fasergekoppel ten Lasers in dem Zusammenhang der offenbarten Erfindung und der Einrichtung zum Kreuzscan-Korrigieren realisiert.

Variationen der Strahlbedingungsunteranordnung können das faseroptische Kop peln der Laserdiode oder des Gaslasers, der Faseroptikkopplung von drei Lasern in gemeinsame Strecken-Kollimationslinsen, Fokussierlinsen oder reflektierende op tische Elemente, um die gewünschte Strahlqualität, die Fokuslänge und andere optische Parameter, die typisch für Systeme dieser Art sind, herzustellen, beinhal ten.

Während die Erfindung im Hinblick auf die bevorzugte Ausführungsform mit Be zug auf einige alternative Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte es für einen Fachmann offensichtlich sein, daß Varianten und Austauschungen der Ele mente der oben beschriebenen Erfindung angewendet werden können, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dementsprechend soll der Umfang der vorliegenden Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche eingegrenzt werden.

Claims

1. Polygon-Scanner zur Verwendung in einem Flachfeld-Abbildungssystem, wo bei der Polygon-Scanner beinhaltet:

(a) eine polygone Scanoptik mit einer Anzahl (n) von Facetten;
(b) eine Einrichtung zum Drehen der polygonen Scanoptik, wobei die Rotations einrichtung eine Fluidfilmlagerung aufweist, welche die polygone Scanoptik dreh bar lagert;
(c) ein mit Fenstern ausgestattetes Gehäuse, welches die polygone Scanoptik um gibt, um die Wirkungen von Windeinflüssen auf den polygonen Scanner zu redu zieren; und
(d) eine Einrichtung zum aktiven Korrigieren einer sich wiederholenden Fehler komponente eines Kreuzscan-Fehlers, der mit dem polygonen Scanner zusam menhängt.

2. Scanner zur Verwendung bei Abbildungen, wobei der Scanner beinhaltet:

(a) eine Scanoptik mit mindestens einer reflektierenden Oberfläche;
(b) eine Einrichtung zum Drehen der Scanoptik, wobei die Rotationseinrichtung eine Fluidfilmlagerung aufweist, die die Scanoptik drehbar lagert;
(c) ein mit Fenstern ausgestattetes Gehäuse, welches die Scanoptik umgibt, um die Wirkungen von Windeinflüssen auf den Polygonscanner zu reduzieren; und
(d) eine Einrichtung zum aktiven Korrigieren einer sich wiederholenden Fehler komponente eines Kreuzscan-Fehlers, der mit dem Scanner zusammenhängt.

3. Verfahren zur Verwendung eines polygonen Scanners, wobei das Verfahren die Schritte beinhaltet:

(a) Zur Verfügung stellen einer Laserlichtquelle;
(b) Reflektieren des Laserlichtes von den Facetten der polygonen Scanoptik weg, so daß das Laserlicht auf einen entsprechenden Ort auf einer Abbildungsoberflä che reflektiert wird;
(c) Analysieren des eigentlichen Ortes des Laserlichtes auf der Abbildungsoberflä che im Vergleich zu dem beabsichtigten Ort des Paketes auf der Laserlicht- Abbildungsoberfläche;
(d) Bestimmen der Differenz zwischen dem wirklichen Ort und dem beabsichtigten Ort des Laserlichtes und Auflösen der Differenz in eine Kreuzscan- Fehlerkomponente und eine Inscan-Fehlerkomponente;
(e) Bestimmen eines Wiederholungsanteiles und eines Nichtwiederholungsanteiles der Kreuzscan-Fehlerkomponente;
(f) Überprüfen, daß der Wiederholungsanteil der Kreuzscan-Fehlerkomponente wesentlich größer als der Nichtwiederholungsanteil der Kreuzscan- Fehlerkomponente ist;
(g) Abbilden des Wiederholungsanteiles der Kreuzscan-Fehlerkomponente; und (h) aktives Korrigieren des Polygonscanners, um den Wiederholungsanteil der Kreuzscan-Fehlerkomponente zu offsetten, so daß die Differenz zwischen dem ei gentlichen Ort und dem beabsichtigten Ort des Laserlichtes kleiner wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Korrigierens des Polygonscanners das Einstellen der Position der Quelle des La serlichtes beinhaltet.

5. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die weiteren Verfahrens schritte:

(a) Bestimmen eines Wiederholungsanteils und eines Nichtwiederholungsanteils der Inscan-Fehlerkomponente;
(b) Überprüfen des Wiederholungsanteils der Inscan-Fehlerkomponente, ob sie vergleichsweise wesentlich größer als der Nichtwiederholungsanteil der Inscan- Fehlerkomponente ist,
(c) Abbilden des Wiederholungsanteils der Inscan-Fehlerkomponente; und
(d) aktives Korrigieren des Polygonscanners, um den Wiederholungsanteil der In scan-Fehlerkomponente durch Einstellen der Drehgeschwindigkeit der polygonen Scanoptik zu offsetten, so daß die Differenz zwischen dem wirklichen Ort und dem beabsichtigten Ort des Laserlichtes geringer wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die weiteren Verfahrens schritte:

(a) Bestimmen eines Wiederholungsanteils des Kreuzscan-Fehlers;
(b) Abbilden des Wiederholungsanteils der Kreuzscan-Fehlerkomponente; und
(c) aktives Korrigieren des Polygonscanners, um den Wiederholungsanteil der Kreuzscan-Fehlerkomponente durch Einstellen der Geschwindigkeit der polygo nen Scanoptik zu offsetten, so daß die Differenz zwischen dem wirklichen Ort und dem beabsichtigten Ort des Laserlichtes geringer wird.

7. Polygonscanner zur Verwendung in einem Flachfeld-Abbildungssystem wobei der Polygonscanner beinhaltet:

(a) eine polygone Scanoptik mit einer Anzahl (n) von Facetten;
(b) eine Einrichtung zum Drehen der polygonen Scanoptik, wobei die Rotations einrichtung eine selbstwirkende Gaslagerung aufweist, welche die polygone Sca noptik an einem Ende drehbar lagert;
(c) ein mit Fenstern versehenes Gehäuse, welches die polygone Scanoptik umgibt; und
(d) eine Einrichtung zum aktiven Korrigieren einer Wiederholungsfehlerkompo nente eines Kreuzscan-Fehlers, der mit dem polygonen Scanner zusammenhängt.

8. Scanner zur Verwendung in einem Flachfeld-Abbildungssystem, wobei der Scanner beinhaltet;

(a) eine Scanoptik, mit mindestens einer reflektierenden Oberfläche;
(b) eine Einrichtung zum Drehen der Scanoptik, die eine Fluidfilmlagerung bein haltet, welche die Scanoptik drehbar lagert; und
(c) eine Einrichtung zum Korrigieren eines Kreuzscanfehlers die der Scanoptik.

9. Abbildungssystem mit flachem Feld, welches umfaßt:

(a) eine Laserdiode, die einen Laserstrahl erzeugt;
(b) optische Einrichtungen zum Bearbeiten des Laserstrahles, der durch die La serdiode erzeugt wird;
(c) einen Scanner mit einer Scanoptik, die mit dem Laserstrahl und den optischen Einrichtungen zum Bearbeiten des Laserstrahles ausgerichtet ist, wobei der Scan ner weiterhin einen Motor beinhaltet, der eine Ausgangswelle aufweist, dessen fernes Ende mit der Scanoptik verbunden ist, wobei der Scanner weiterhin eine Fluidfilmlagerung beinhaltet, die die Ausgangswelle des Motors drehbar lagert, wobei der Scanner weiterhin ein Gehäuse aufweist, das die rotierende Scanoptik umhüllt, wobei das Gehäuse ein Fenster aufweist, das einen Durchlaß des Laser strahls dessen Reflektion von der Scanoptik ermöglicht;
(d) eine f-Theta-Korrekturoptikvorrichtung, die mit dem Scanner derart ausgerich tet ist, daß der Laserstrahl, der von der Scanoptik reflektiert wird, durch die f-Theta-Korrekturoptikvorrichtung hindurchläuft; und
(e) ein Mechanismus zum linearen Transport, der im Hinblick auf den Scanner und die f-Theta-Korrekturoptikvorrichtung, auf welcher der Laserstrahl gescannt wird, positioniert ist.