DE2458424A1

DE2458424A1 - Vorrichtung zum aufzeichnen von information auf ein aufzeichnungsmedium mit hilfe eines fliegenden abtastfleckes

Info

Publication number: DE2458424A1
Application number: DE19742458424
Authority: DE
Inventors: Gary K Starkweather
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1973-12-20
Filing date: 1974-12-10
Publication date: 1975-07-03
Also published as: GB1490092A; NL7415490A; JPS5093719A; FR2255621A1; FR2255621B1; DE2458424B2; CA1043011A

Description

ÜB. SCi.tit.... ·. . . ■' ' DR. WEH.

säen f li-i. ;..!Λί;:τι« 10, Dezember 1974

P 8712

XEROX CORP.

Xerox Square, Rochester, N.Y. 14-644, USA

Vorrichtung suin Aufzeichnen von Information auf ein Aufzeichnungsmedium mit Hilfe eines fliegenden Abtastfleckes

Die Erfindung betrifft eine Torrichtung zum Aufzeichnen von Information aus einem elektrischen Signal 'auf ein abgetastetes Medium mit Hilfe eines fliegenden Abtastfleckes.

Sie findet bevorzugte Anwendung, um dem abgetasteten Medium eine Videoinformation mitzuteilen. Zur Steuerung der Abtastzyklen verwendet die erfindungsgemäße Vorrichtung ein rotierendes Polygon mit mehreren Facetten,,

Verschiedene optische Lösungswege für eine Abtastung mit fliegendem Abtastfleck zu dem Zweck, den Informationsgehalt eines modulierten Lichtstrahles einem abgetasteten Medium mitzuteilen, haben Beachtung gefunden. Es werden Galvanometeranordnungen be~ nutzt, um das Licht über eine Vorlage streichen zu lassen, um den Informationsgehalt des Lichtstrahles auf der Vorlage aufzuzeichnen. Derartige Anordnungen enthalten reflektierende Planspiegel, die in eine schwingende Bewegung ve-rsetzt werden. Andere Verfahren verwenden Mehrfacettenspiegel, die kontinuier—

509827/0820

lieh bewegt werden« Es sind bereits verschiedene Anstrengungen unternommen worden, um die Größe des Abtastfleckes au begrenzen, damit das Abtastsystem optimal nutzbar wird.

Ein solcher Versuch ist in der US-PS 3 675 016 beschrieben. Er besteht darin, die Fleckgröße unverändert und so klein wie möglich' zu halten, indem man die Abmessungen des fokussierten Lichtstrahles derart einschränkt» daß nur ein Bruchteil, vorzugsweise die Hälfte, einer Spiegelfacette während des Abtastens beleuchtet wird. Diese Lehre, bezieht sich auf allgemeine Verfahren zur Konstanthaltung der Öffnung eines Abtasts,y3tems mit rotierendem Spiegel. Dies geschieht dadurch, daß man entweder einige Facetten des Spiegels beleuchtet oder das Licht in einem Strahl ausrichtet, der schmal genug ist, um mit Sicherheit stets, weniger als eine volle Facette au beleuchten, und die Abtastung auf den Teil des Rotationsweges der Facette beschränkt, wenn diese Facette von dem gesamten Lichtstrahl beleuchtet ist. Die Öffnungen eines solchen Systems sind jedoch in ihren Abmessungen unveränderlich, weil die. Dimensionen der rotierenden Facetten keinen Einfluß auf diese Öffnungen haben.

Das in der US-PS 3 675 016 beschriebene System hat zwar gewisse Vorzüge gegenüber der früheren Technik, es müssen jedoch verschiedene Einschränkungen hinsichtlich der Größe des Abtastfleckes und anderer Beziehungen der optischen Elemente in dem System hingenommen werden, die nicht immer erwünscht sind.

In der US-Patentanmeldung Nr. 309 874, eingereicht am 27.11.

1972, ( P?.-P.^s. .². ?£*9. PPP ) ist ein Abtastsystem mittels

fliegendem Abtastfleck beschrieben, das keine Beschränkungen der Fleckgröße und anderer Beziehungen der optischen Elemente in dem System hat. Mach der Lehre dieser Patentanmeldung kann ein endlich konjugiertes Abbildungssystem mit dem Lichtstrahl und dem rotierenden Polygon zusammenwirken. Eine Linsendublette in Reihe mit einer konvexen Abbildungslinse zwischen der Lichtquelle und dem Aufzeichnungsmedium liefert eine solche Anordnung. Zusätzlich ist in dem Strahlengang .zwischen dem Polygon und dem

509827/0820

abgetasteten Medium eine Zylinderlinse eingefügt, um ein Auslaufen und Facettenfehler des Polygons zu kompensieren.

Die Erfindung will ein Abtastsystem rait fliegendem Fleck schaffen, das dahingehend verbessert ist, daß es ein merkliches Auslaufen und Facettenfehler verträgt.

Das erfindungsgemäße System verwendet ein rotierendes Polygon mit mehreren Facetten,- um die Abtastzyklen zu steuern.

Zur angestrebten Verbesserung sieht das erfindungsgemäße System als optische Elemente mindestens zwei Linsen vor, deren eine optische Ebene keine Brechkraft hat und deren andere Ebene brechend wirkt, um die Schärfentiefe des optischen Systems zu erhöhen und ein etwaiges Auslaufen, sowie Facettenfehler des Polygons zu kompensieren.

Wie das erfindungsgemäße Abbildungssystem im einzelnen gestaltet ist, geht aus dem kennzeichnenden Teil des ersten Anspruchs hervor.

Die Erfindung sieht also ein Abtastsystem mit fliegendem Fleck vor, das ein rotierendes Polygon mit mehreren Facetten als Element, verwendet, um ein Strahlenbündel zu einem Fleck auf einem Medium zu fokussieren und diesen Fleck das Medium über die Abtastbreite hin überstreichen zu lassen. Eine Lichtquelle, etwa ein Laser, erzeugt ein Strahlenbündel praktisch senkrecht zu den Facetten des Polygons und letztere reflektieren das auffallende Lichtbündel in aufeinanderfolgenden Abtastzyklen auf das Medium. Im Zusammenwirken mit der Lichtquelle und dem Polygonsind weitere optische Glieder vorgesehen, um eine angestrebte Schärfentiefe des Flecks und eine ausreichende Auflösung des optischen Systems zu liefern.

Gemäß der Erfindung ist in dem Strahlengang zwischen dem Polygon und dem abgetasteten Medium eine Linse eingefügt, die in einer optischen Ebene brechend wirkt und in der anderen Ebene praktisch keine Brechkraft hat, und zwar derart, daß ihre bre-

50 9827/0 820

chende Ebene parallel zur Rotationsachse des Polygons liegt. Das von den Facetten des Polygons reflektierte Lichtbündel fällt auf die konvexe Fläche der Linse und wird an einer bestimmten Stelle.auf der Oberfläche des. abgetasteten Mediums fokussiert, ungeachtet etwaiger Auelauf- und Facettenfehler.

V/eiter ist gemäß der Erfindung in dem Strahlengang zwischen der !lichtquelle und dem Polygon noch eine zweite, ähnlich gestaltete Linse eingeschoben, und zwar mit ihrer brechenden 'Ebene senkrecht zur Rotationsachse des Polygons, um-das Lichtbündel auf die Facetten des Polygons abzubilden.

Das ursprüngliche Lichtbündel kann mittels eines Videosignals moduliert werden. Dadurch wird der Informationsgehalt im Videosignal dem Lichtstrahl selbst aufgeprägt. Das abzutastende Medium ist so gewrählt, daß es für den modulierten Strahl empfindlich ist und dessen Informationsgehalt, der in dem Abtastfleck enthalten ist, in nutzbarer'Form in der Abtastbreite auf seiner Oberfläche aufzeichnet.

Die Erfindung umfaßt auch die Anwendung des Abtastsystems mit fliegendem Abtastfleck in der Hochgeschwindigkeits-Xerographie. Das abgetastete Medium kann in diesem Fall aus einer xerographischen Trommel bestehen, die sich nacheinander durch eine Aufladestation, eine Belichtungsstation, wo der J?leck die Abtastbreite der Trommel überstreicht, eine Entwicklungsstation und eine Übertragungsstation dreht, wo eine Kopierpapierbahn mit der Trommel in Kontakt gebracht wird und eine elektrostatische Entladung empfängt, um die Übertragung des entwickelten Bildes von der Trommel auf das Kopierpapier zu induzieren. Eine Schmelzeinrichtung fixiert dann die Bilder auf dem Kopierpapier, während dieses zu einer Ausgabestation läuft.

Die erfindungsgemäße Abtastvorrichtung hat den Vorzug, "an den Kontaktstellen des Abtastfleckes mit dem abgetasteten Medium eine gleichbleibende wirksame Fleckgröße vorzusehen. Ferner hat das erfindungsgemäße System eine verbesserte Leistung und gewährleistet eine verbesserte Folge der Abtastzyklen.

5 0 98 27/082 0

„ Γ - _

2Α5842Α

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einee Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen- Darin aeigen:

Fig.1 eine isometrische Darstellung eines erfindungsgemäßen Abtastsystems mit fliegendem Abtastfleck;

Fig.2a eine perspektivische Seitenansicht der Korrektionslinsenanordnung, die ein integraler Bestandteil des in Fig.1 gezeigten*Abtastsystems ist}

Pig.2b eine perspektivische Ansicht von oben auf beide Korrek- · tionslinsen.

In Fig.1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abtastsystems mit fliegendem Abtastfleck gezeigt. Eine Lichtquelle 1 liefert das originale Lichtbündel für das Abtastsystem. Die Lichtquelle 1 ist vorzugsweise ein Laser, der ein paralleles Strahlenbündel monochromatischen Lichtes erzeugt, das auf einfache Weise von einem Modulator 4 in Übereinstimmung mit der in einem Videosignal enthaltenen Information moduliert wird. Es kann aber auch eine andere Quelle für gerichtetes Licht verwendet werden.

Der Modulator 4 kann irgendein geeigneter Modulator sein, etwa ein elektrooptischer oder akustisch-optischer, der die Videoinformation in Form eines modulierten Lichtstrahles.6 an seinem Ausgang au liefern in der Lage ist. Der Modulator 4 kann beispielsweise eine Pockelsche Zelle sein, die aus einem Kaliumäihydrogenphosphat-Xristall besteht, dessen Brechungsindex.durch Anlegen der das Videosignal darstellenden variierenden Spannung .periodisch verändert wird. Das Videosignal kann die Information entweder mittels Modulation in einem Binärimpulscode oder mit- · tels Modulation in einem Breitbandfrequenzcode enthalten. In jedem Fall wird mit Hilfe des Modulators 4 die in dem Videosignal enthaltene Information durch den modulierten Lichtstrahl 6 repräsentiert.

Der Lichtstrahl 6 wird von einem Spiegel 8 zu einer Zylinderlinse 10 reflektiert. Die Zylinderlinse 10 liegt im Strahlen-

. 50 98 27/0820

-6- 2Λ58424

gang awiochen dem Spiegel 8 und dem Polygon 16 und zwar derart, daß ihre brechende Ebene praktisch senkrecht zur Rotationsachse des Polygons 16 angeordnet ist. Die Zylinderlinse 10 bildet in Kombination mit einer Abbildungslinse 18 Bilder des Strahles 6 zu einem horizontalen Fächer von Energie ab, der am Polygon 16 eine Strahlverteilung in der Größenordnung von 40 mm in der brechenden Ebene und 1 mm in der Richtung parallel zur Rotationsachse des Polygons 16 bildet, so daß' wenigstens zwei Facetten des Polygons 16 beleuchtet werden. Die Linse 10 ist notwendig, um entweder einen virtuellen oder einen reellen axialen Punkt des Strahles 6 durch einen Brennpunkt beispielsweise auf der anderen Seite der Linse 10 zu einem reellen Bild abzubilden. Am Brennpunkt divergiert der Strahl 6 zu einem Strahlenbündel 12, welches auf mindestens zwei benachbarte Facetten eines abtastenden Polygons 16 fällt. Die Linse 10 kann sogar eine sphärische oder torische Linse sein, vorausgesetzt, daß ihre brechende Ebene in gleicher Weise zum Polygon 16 orientiert ist.

In einem Abstand S2 von der vordersten beleuchteten Facette des Polygons 16 ist eine Abbildungslinse 18 mit Abstand S^ von der Linse 10 angeordnet. Die Linse 18 hat einen solchen Durchmesser D, daß sie mit dem aufgefächerten Lichtbündel 12 zusammenwirkt und ein konvergentes Bündel 20 erzeugt, das die gewünschten Facetten beleuchtet und nach seiner Reflexion in Form von Lichtstrahlenbündeln 22 auf einer Brennebene 24 im Abstand d vom Polygon 16 fokussiert wird. Statt einer Linse 18 läßt sich auch ein mehrteiliges Linsensystem verwenden. Die Brennweite f der Linse 18 steht mit S., S₂ und~d in der durch die folgende Gleichung für dünne Linsen gegebenen Beziehung:

1 1 ₌ Λ

S₁ S₂ + d f

Eine optimale Beziehung zwischen der Linse 10, der Linse 18 und dem Polygon 16 ist durch die nachfolgenden mathematischen Ausdrücke herstellbar:

509827/0820

2^58424

Die Brennweite der Linse 18 erzeugt in einem Abstand entlang dem Strahlengang von der Linse 10 zur Aufzeichnungsfläche eine Vergrößerung oder Verkleinerung M. Dieser Abstand D_m ist S₁ + S₂ + d.

Die Vergrößerung der Linse 18 ist dann

M =

^S1

Die Brennweite f der Linse 10 ist so groß, daß die horizontale Verbreiterung des Fleckes, die von ihr hervorgerufen wird, auf folgende Weise bestimmt ist. Da ein Laserstrahlenbündel im wesentlichen parallel ist, ist die horizontale Breite des Fleckes

WH =2,44 λ f_o/h,

worin λ, die Wellenlänge des Lichtes und h der Durchmesser des von dem Laser oder der sonstigen Lichtquelle 1 gerichteten Strahlenbündel im Brennpunkt der Linse.10 ist. In diesem Fall sagt man, daß die Fleckgröße Wtt durch Brechung begrenzt ist, da die Ausdehnung des Strahlenbündels und die Brennweite der Linse 10 die Fleckgröße bestimmen und nicht die Ausdehnung der Lichtquelle. Wenn die Lichtquelle 1 eine merkliche Größe hat, dann wird die Fleckgröße Wtt durch die folgende Gleichung bestimmt:

W> = f ' tan θ
n ο

worin θ der eingeschlossene Winkel des Ausstrahlungsbereiches der Lichtquelle 1, gesehen von der Linse 10 aus·, ist. Wenn die gewünschte Fleckgröße auf der Aufzeichnungsfläche Q ist, dann' beträgt die erforderliche Vergrößerung der Linse 18

für den Fall der Beschränkung durch Brechung. Im Fall einer merklichen Größe der Lichtquelle gilt:

M = £. ■
W

Sobald M bekannt ist, kann die Brennweite f- der Linse 18 in

509827/0820

Annäherung durch die folgende Gleichung "bestimmt werden:

S₁ + S₂ + d D_T
¹ (M + 1/M + 2) (M + 1/M +2)

In der bevorzugten Ausführungsform steht die. Rotationsachse des Polygons 16 senkrecht auf der Ebene, in der die. Lichtstrahlen 6 laufen. Die Facetten des Polygons 16 sind verspiegelte Flächen, die alles auf sie fallende licht reflektieren. Bei Eotation des Polygons 16 werden von den ent sprechenden beleuchteten Facetten zwei Lichtstrahlenbündel reflektiert und über einen Abtastwinkel umgelenkt, so daß eine Abtastung mit fliegendem Fleck erfolgt. Alternativ kann die Abtastung mit fliegendem Abtastfleck auch mit Hilfe einer anderen geeigneten Einrichtung ausgeführt werden, beispielsweise mittels verspiegelter piezoelektrischer Kristalle oder mittels schwingend bewegter Planspiegel.

Die Rotationsachse des Polygons 16 verläuft senkrecht zur Ebene, in der die Lichtstrahlenbündel 6 laufen. Die Facetten des Polygons 16 sind Spiegelflächen, die alles auf sie fallende Licht reflektieren. Bei Rotation des Polygons 16 werden unter der Annahme, daß zwei benachbarte Facetten gleichzeitig beleuchtet werden, zwei Lichtbündel 22 von den betreffenden beleuchteten Facetten reflektiert und durch einen Abtastwinkel Qt ausgelenkt zum Zweck der Abtastung mit fliegendem Lichtfleck.

Bei all diesen Anordnungen befinden sich die reflektierenden Flächen in einem Abstand S- von dem Ausgangsbrennpunkt des Lichtbündels 12 und liegen im rechten Winkel zu der durch den Strahl 6 vorgegebenen Ebene, so daß die reflektierten Strahlenbündel in der gleichen Ebene laufen wie der Strahl 6. Die Brennebene 24 liegt unmittelbar an einem Aufzeichnungsmedium 25, dessen Oberfläche 26 auf einer Abtastbreite χ mit den betreffenden Brennflecken der konvergenten Lichtstrahlenbündel in Kontakt gebracht wird.

50 9827/0820

Selbst wenn im Verlauf des Abtastzyklus eine gekrümmte Brennebene 24 beschrieben wird, ist über die ganze Abtastbreite χ hin eine gleichbleibende KLeckgröße gewährleistet. Die Linse liefert im Zusammenwirken mit der Abbildungslinse 18 ein endlich konjugiertes Abbildungssystem, das eine- große Schärfentiefe df erlaubt, die mit den Kontaktstellen eines Lichtfleckes über die· Abtastbreite s hin auf der Oberfläche 26 des Mediums 25 zuso.nmenfällt. In einer alternativen Ausführung kann die Abbildungslinse 18 im Strahlengang zwischen dem Polygon 16 und 'dem Medium 25 angeordnet sein, wie in der US-Patentanmeldung Nr.

309 874, eingereicht am 27.1 T. 1972, ( SWÄ .². 2% PP?. )

beschrieben«

Das Medium 25 kann eine xerographische Trommel sein (nicht dargestellt), die sich nacheinander durch eine Aufladestation, von einer Koronaentladungseinrichtung verkörpert, eine Belichtungsstation, wo der vom.rotierenden Polygon 16 herkommende, Strahl auf der Trommel eine.Abtastbreite χ überstreicht, weiter durch eine Entwicklungsstation, verkörpert durch ein Kaskadenentwicklungsgehäuse und eine Übertragungsstation dreht, wo eine Kopierpapierbahn mit'der Trommel in Kontakt gebracht wird und eine elektrostatische Entladung aufnimmt, um eine Übertragung des entwickelten Bildes von der Trommel auf das Kopierpapier zu induzieren. Eine Schmelaeinrichtung fixiert die Bilder auf dem Kopierpapier.

Nutzbare Bilder kommen dadurch zustande, daß der Informationsgehalt des Abtastfleckes durch die modulierte, variierende Lichtintensität je nach seiner Lage innerhalb der Abtastbreite χ repräsentiert wird. Wenn der Abtastfleck eine geladene Fläche über einen vorgegebenen Abtastwinkel CL hin überstreicht^ zerstreut er die elektrostatische Aufladung nach Maßgabe seiner Lichtintensität» Das auf diese Weise erzeugte elektrostatische Ladung sinus t er wird in der 'Entwicklungsstation entwickelt und dann auf das Kopierpapier übertragen. Die xerographische Trommel wird mit Hilfe einer Reinigungseinrichtung, beispielsweise einer rotierenden Bürste, gereinigt, bevor sie von der Aufla-

509827/0820

deeinrichtung wieder aufgeladen v/ird* Auf diese V/eise wird der Informationsgehalt des Abtastfleckas auf einem beständigeren und nutzbaren Medium aufgezeichnet. Selbstverständlich können auch andere, bisher gebräuchliche Verfahren angewandt werden, mn im Zusammenwirken mit einem Abtastfleck dessen Informationsgehalt nutz-bar zu machen«

Da Auslauffehler und Polygonfacettenfehler die Qualität der Bildübertragung auf dag abgetastete Medium verschlechtern, ist in dem Strahlengang zwischen dem Polygon und dem abgetasteten Medium eine Zylinderlinse 36 mit ihrer brechenden Ebene praktisch parallel zur Rotationsachse des Polygons 16 und mit ihrer Öffnung in Fluchtung mit der Öffnung des Polygons 16 angeordnet. Die Linse 36 kann auch sphärisch oder torisch sein, vorausgesetzt, daß ihre'brechende Ebene in gleicher V/eise orientiert ist. Die Linsen 10 und 36 können entweder bikonvex oder plankonvex oder Meniskuslinsen sein. Das Lichtstrahlenbündel 22 trifft auf die konvexe Fläche der Linse 36 auf und wird auf eine Ebone 24 in eiiier vorbestimmten Lage in einer Ordinate fokussiert, die senkrecht zur Abtaotrichtung auf der Oberfläche 26 des Mediums 25 steht.

Wie Pig.2 zeigt, wird das Polygon 16 von einem Motor 40 kontinuierlich angetrieben und seine Drehung wird mit einem Synchronisiertingssignal synchronisiert, das die Abtastfrequens darstellt, um das originale Videosignal zu erhalten. Bei Verwendung einer xerographischen Trommel·bestimmt die Drehfrequenz der Trommel den Abstand der Abtastζ eilen. Eine gegenüber der gewünschten Lage außerachsige Drehung des Polygons 16 verursacht Auslauffehler oder im vorliegenden Fall eine Auslenkung des Strahles 22 in vertikaler Richtung von der gewünschten Abtastlinie weg. Bei Annahme einer Winkelabweichung β von der gewünschten Rotationsachse für das Polygon 16 kennzeichnet ein Auslaufwinkelp die Abweichung von der beabsichtigten Abtastrichtung. Andere fehlerhafte Stellungen der optischen Elemente in dsm System, etwa eine falsche Ausrichtung der Facetten, können ebenfalls die gleichen Auslaufwirkungen haben.

50 9 8 27/0820 bad original

- ■ 11 —

Durch die Anordnung der Zylinderlinse 36.im Strahlengang v/erden jedoch derartige Effekte kompensiert. Die Zylinderlinse 36 ist in einem Abstand b von dem Ausgangspunkt der Winkelab-weichung β angebracht. Die Kompensation kommt dadurch zustande, daß die außerachsigen Strahlen durch die konvexen Flächen der Zylinderlinse 36 gehen. Die Zylinderlinse 36 fokussiert dann das Strahlenbündel 22 au einem Fleck auf einer bestimmten Abtastzeile in der Brennebene 24 in einem Abstand b^f von der Zylinderlinse 36. Damit die Zylinderlinse 36 mit Sicherheit ausreicht, ist eine Länge L für sie vorgesehen, die annähernd gleich oder größer als die Abtastbreite χ ist. Um bei dem bevorzugten Ausführungs-. beispiel die optimale Besiehung zwischen den Linsen 18 und 36 zu bestimmen, muß die Öffnung D der Abbildung3linse 18 ungefähr gleich 2ax/f- sein, wobei das Öffnungsverhältnis L^ annähernd gleich x/2a tan OC ist. Die Brennweite der Zylinderlinse 36 f₂ ist definiert als 1/b + 1/b¹ = i/f₂· Daraus läßt sich die optimale Brennweite fp berechnen, um den Abstand des fokussierten Abtastfleckes von der Zylinderlinse 36 zu bestimmen.

Da für die praktische Ausübung der Erfindung auch die Öffnung D₂ der Zylinderlinse 36 bestimmt werden muß, ist die folgende Beziehung zweckmäßig:
D₂ = 2b tanß

Wenn man f₂ und D₂ bestimmt hat, ist es hilfreich, das notwendige Öffnungsverhältnis L₂ für die Linse 36 zu bestimmen: Öffnungsverhältnis L₂ = £₂/D₂ = W₂. "tanβ (b'+ b).

Pur das vorliegende Ausführungsbeispiel hat sich eine !Facettenanzahl von wenigstens 20 bis 30 als optimal erwiesen. Der durchquerte Abtastwinkel (C ist gleich der gewählten Facettenzahl im Verhältnis zu einer vollen Umdrehung des Polygons 16. Eine besonders zweckmäßige Anordnung hat ein Polygon mit 24 Facetten und einen Abtastwinkel von 15°. Da die notwendige Tiefenschärfe df des konvergierenden Strahlenbündel 22. mit den Abtastwinkel gC in Beziehung steht, da der Abtastwinkel C£ den

509827/0820

Krümmungsradius der Brennebene 24 vergrößert, ist es wichtig, einen Abtastwinkel OC in Beziehung zu der gewünschten.Abtastbrei te χ festzulegen. Pur eine Abtastbreite χ von annähernd 28 cm hat sich ein Abtastvjinkel QC von 12 bis 18° bei 20 bis 30 Facetten auf dem Polygon 16 als Optimum erwiesen.

Fig.2b ist eine perspektivische Ansicht von oben auf das in »2a gezeigte optische System.

Eine weitere optimale Beziehung ist, daß die Zylinderlinse 36 in einem Abstand von der Oberfläche 26 des Mediums 25 angeordnet ist, der annähernd gleich der Brennweite f₂ der Linse 36 ist.

Das erfindungsgemäße optische System liefert einen praktisch 100$igen Arbeitszyklus für den gesamten Abtastwinkel C6 mit Hilfe der Beleuchtung von wenigstens zwei benachbarten Facetten. Die Beleuchtung zweier benachbarter Facetten ist besonders zweckmäßig. Bei einer solchen Beleuchtung wird in einem Abstand gleich der Abtastbreite χ hinter den vorauslaufenden Abtastfleck ein zweiter Abtastfleck vorgesehen, so daß praktisch keine Wartezeit zwischen den aufeinanderfolgenden Abtastungen besteht. Mit der kontinuierlichen Drehung des Polygons 16 werden weitere benachbarte Facetten nacheinander beleuchtet und liefern nacheinander konvergente Strahlenbündel, die dem vorauslaufenden konvergenten Strahlenbündel 22 folgen, und dies nach Wunsch in einem Abstand yon nicht mehr als dem Abtastwinkel. Auf diese Weise ist ein Abtastsystem mit fliegendem Abtastfleck geschaffen, das einen extrem hohen Nutzzyklus hat.

Ein weiterer Vorzug der speziellen Anordnung der optischen Elemente, wie sie vorstehend beschrieben wurde, besteht darin, daß die Brennweite f₂ der Linse 36 groß genug gewählt werden kann, um eine erhöhte Schärfentiefe df zu ergeben und eine Beabstandung der Linse 36 von dem Aufzeichnungsmedium 25 zu ermöglichen, so daß die sonst strenge Anforderung an die Oberflächenqualität für die Linse 36 erleichtert wird.

50 9827/0820

Claims

A nsp r ü C_- h e

Vorrichtung zum Aufzeichnen von Information aus einem elektrischen Signal auf ein abgetastetes Medium mit Hilfe eines fliegenden Abtastfleckes, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (1), die ein Lichtstrahlenbündel hoher Intensität eraeugt, . .c

einen Modulator (4), der das Lichtstrahlenbündel entsprechend dem Informationsgehalt des elektrischen Signals moduliert,

ein optisches Abbildungssystem (10, 18), welches das modulierte Strahlenbündel (12) auf der Oberfläche (26) eines lichtempfindlichen Mediums (25) in einem vorgegebenen Abstand von einem 'zweiten Glied (18) des Systems au einem Fleck abbildet,

eine Abtasteinrichtung (16), die zwischen der Lichtquelle (1) und dem Medium (25) angeordnet und derart ausgebildet ist, daß sie den Fleck quer über das Medium streichen läßt, um den Informationsgehalt des Fleckes dem Medium mitzuteilen,' ■

eine erste, zum Abbildungssystem gehörige Linse (10) mit Brechkraft in einer optischen Ebene und keiner Brechkraft in der anderen Ebene, die eine solche Lage im Strahlengang zwischen der Lichtquelle (1) und der Abtasteinrichtung (16) hat, daß ihre brechende Ebene praktisch parallel zur Abtast~ richtung der Abtasteinrichtung ist, um eine vorgegebene Lichtverteilung des auf die Abtasteinrichtung fallenden Lichtes vorzusehen,

und eine zweite Linse (36), die in einer optischen Ebene Brechkraft und in der anderen Ebene keine Brechkraft hat und im Strahlengang des bildseitigen Strahlenbündels zwischen dem Abbildungssystem und dem Medium (25) derart angeordnet ist, daß ihre brechende Ebene senkrecht auf der Laufrichtung des Abtastfleckes steht, und deren Öffnung in einer solchen Beziehung zur Öffnung des Abbildungssystems steht,, daß Auslauffehler korrigiert werden· ■

S09827/0820

- Ί4 -
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS dio Abtasteinrichtung (16) ein Polygon' mit mehreren reflektier end en Facetten, die das auf sie fallende modulierte .Strahlenbündel auf das Medium (25) zurückwerfen, sowie einen Antrieb zum Drehen des Polygons umfaßt, so daß das reflektierte Licht in aufeinanderfolgenden Spuren quer über das Medium abgelenkt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet* daß die erste und die zweite -Linse (10, 36) Zylinderlinsen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die brechende Ebene der ersten Zylinderlinse (10) praktisch senkrecht zur Rotationsachse des Polygons liegt und die brechende Ebene der zweiten Zylinderlinse (36) praktisch parallel zur Rotationsachse des Polygons.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) ein Laser ist, der ein paralleles Lichtstrahlenbündel mit praktisch gleichmäßiger Intensität aussendet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite f der ersten Zylinderlinse (10) annähernd gleich h W_H/2,44Ä-ist, worin h der Durchmesser des Lichtstrahlenbündels am Brennpunkt dieser ersten Linse (10), ¥_H die horizontale Abmessung des Abtastfleckes auf dem Medium (25) und λ, die Wellenlänge des Lichtes bedeutet»
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zylinderlinse (36) eine Öffnung Bp = 2 b taXLß hat, worin b der Abstand dieser Linse vom Ausgangspunkt des Auslauffehlers und β das Winkelmaß des Auslauffehlers bedeuten, und daß diese Linse (36) eine Brennweite f₂ hat, die durch die Gleichung i/f₂ = i/b + 1/V gegeben ist, worin b' der Abstand dieser Linse von der

509827/0820

Brennebene (24) ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, • daß die "zweite Zylinderlinse (36) ein Öffnungsverhältnis Lp hat, für das gilt: L₂ ^ V/ [2 tan (V + b)"j ,. woring "b der Abstand der Linse vom Ausgangspunkt des Auslauffehlers, V der Abstand dieser Linse von der Brennebene und β das Winkelmaß des Auslauffehlers ist.
9. Vorrichtung.nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtquelle (1) eine merkliche Ausdehnung hat und daß die Brennweite der ersten Zylinderlinse (10) annähernd gleich W-rr/tan θ ist, x^orin.W-g die horizontal-· Ie Größe des Fleckes auf dem Medium und θ der den Ausstrahlungsbereich der Lichtquelle (1) einschließende Winkel ist.
10. Vorrichtung zum Aufzeichnen von Information aus einem elektrischen Signal auf ein abgetastetes Medium mit Hilfe eines fliegenden Abtastfleckes, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (1), die·ein Lichtstrahlenbündel hoher Intensität erzeugt, . .

einen Modulator (4), der das Lichtstrahlenbündel entsprechend dem Informationsgehalt des elektrischen Signals moduliert,

ein erstes optisches Abbildungssystem (10) mit Brechkraft in einer optischen Ebene und im wesentlichen keiner Brechkraft in der anderen Ebene, um das modulierte Strahlenbündel (6) aufzufächern,

einem zweiten optischen Abbildungssystem (18), das mit dem ersten Abbildungssystem (10) zusammenwirkt, um das von dem ersten Abbildungssystem (10) aufgefächerte Strahlenbündel (20) auf einen Fleck in einer Brennebene .(24) abzubilden, wobei die Brennebene (24) mit der Oberfläche (26) eines

509827/0820

im Abstand vorn zweiten Abbildungssystem (18) angeordneten lichtempfindlichen Mediums (25) zusammenfällt,

einem Polygon (16) mit mehreren reflektierenden Facetten', die im optischen Weg des aufgefächerten Strahlenbündels (20) derart angeordnet sind, daß gleichzeitig mehrere Facetten beleuchtet werden und das Strahlenbündel auf das Medium (25) reflektieren, . . '

wobei das erste optische Abbildungssystem so angeordnet ist, daß seine Brechebene im wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse des Polygons (16) liegt,

einer Einrichtung (4Ό), mit der das Polygon (16) derart in Drehung versetzbar ist, daß das reflektierte Strahlenbündel (22) in einem bestimmten Winkelbereich in aufeinanderfolgenden Spuren quer über das Medium (25) abgelenkt wird,

sowie ein drittes optisches Abbildungssystem (36), das in . einer optischen Ebene Brechkraft und in der anderen Ebene praktisch keine Brechkraft hat und im Strahlengang des bildseitigen Strahlenbündels zwischen dem zweiten Abbildungssystem (18) bzw. Polygon (16) und dem Medium (25) derart angeordnet ist, daß seine brechende Ebene praktisch parallel zur Rotationsachse des Polygons (16) liegt, um Auslauffehler zu korrigieren.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,- dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) ein Leaser ist, der ein paralleles Lichtstrahlenbündel mit praktisch gleichmäßiger Intensität aussendet.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1Q oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das erste optische Abbildungssystem (10) eine erste Zylinderlinse (10) ist, und daß das dritte optische Abbildungssystem (36) eine zv/eite Zylinderlinse (36) ist.

509827/082 0
13- "Vorrichtung nac-'i wenigstens einem der Ansprüche 10 "bis; 12, ' dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite f der' ersten Zylinderlinse (10) annähernd gleich h Wg/2,44 λ> ist, worin h der Durchmesser des Lichtstrahlenbündeis am " Brennpunkt dieser ersten Linse (10), WVr die horizontale Abmessung des Abtestfleckes auf dem.Medium (25) .und ^-die Wellenlänge des Lichtes bedeutet.
14. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zylinderlinse (36) eine Öffnung Dg =2 b tan β hat, worin b der Abstand dieser Linse vom Ausgangspunlct des Auslauffehlers und fi das Winkelmaß des Auslauffehlers bedeuten, und daß diese Linse (36) eine Brennweite f2 hat, die durch die Gleichung 1/fp = 1/b + 1/b' gegeben ist, worin b' der Abstand dieser Linse von der Brennebene (24-) ist.
15- Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Abbildungssystem (18) eine Brennweite f^ hat, die durch die folgende Gleichung.' gegeben ist: ■

^f 1

M + 1/M +2

worin D^ der Abstand der ersten Zylinderlinse (10) von dem Medium (25) und M die gewünschte Fleckgröße auf dem Medium geteilt durch Wtt ist.
16. Vorrichtung zum Aufzeichnen von Information aus einem Videosignal auf ein abgetastetes Medium mit Hilfe eines fliegenden Abtastfleckes, gekennzeichnet durch -

einen Leaser (1), mit dem ein Lichtstrahlenbündel (3) von •praktisch gleicher, hoher Intensität erzeugbar ist,·

509827/0820

. einen Modulator O) mit dem das Lichtstrahlenbündel (3) entsprechend den Informationsgehalt des Videosignals, das durch Binärsignale dargestellt ist, modulierbar ist,

einem Abbildungssystem (10,18,36,30), mit dem das Lichtstrahl enbündel (6) auf einen Punkt auf der Oberfläche (24-) eines lichtempfindlichen Mediums (25) fokußierbar ist,

einem Polygon (16) mit mehreren reflektierenden Facetten, das im optischen V/eg des.fokussierten Strahlenbündels (20) derart angeordnet ist, das gleichzeitig mehrere Facetten beleuchtet und das Strahlenbündel in Richtung auf das Medium (25) ableitbar ist,

einer ersten in dem Abbildungssystem (10,18,36) enthaltenen Zylinderlinse (10), 'deren brechende Ebene praktisch senkrecht zur Rotationsachse des Polygons (16). liegt,

eine Einrichtung (40)., mit der das Polygon ,(16) derart drehbar ist, daß das reflektierte Strahlenbündel (22) in einem bestimmten Winkelbereich und aufeinanderfolgenden Spuren quer über das Medium (25) geführt· wird,

und eine zx^eite Zylinderlinse (36), die im optischen Weg des- fokussierten Strahlenbündels (22) zwischen einer ersten Fokussiereinrichtung (10,18) bzw. dem Polygon (16) und dem Medium (25) angeordnet ist und deren brechende Ebene praktisch parallel zur Rotationsachse des Polygons (16) liegt, so daß Auslauffehler korrigiert werden.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite f der ersten Zylinderlinse (10) annähernd gleich h Wtj/2,44X ist, worin h der Durchmesser de Lichtstrahlenbündels am Brennpunkt dieser ersten Linse (10), . Wjj die horizontale Abmessung des Abtastfleckes auf dem Medium (25) und Z die Wellenlänge des Lichtes bedeutet.

50 9 827/0820
18. Vorrichtung nach Anspruch 17* dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlinse (10) eine Öffnung D₂ ^ 2 -b tan fr hat, worin b der Abstand dieser Linse vom Ausgangspunkt des Auslauffehlers und β das Winkelmaß des Auslauffehlers bedeutet, und daß diese Linse (36) eine Brennweite fp hat, die durch die Gleichung 1/fp = 1/b + 1/b¹ gegeben ist, worin b¹ der Abstand dieser Linse von der Brennebene (24) ist.

19- Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlinse (36) in einem Abstand von dem Medium (25) angeordnet ist, der- ungefähr gleich der Brennweite.fο dieser Linse ist.

509827/0820