DE2627693A1

DE2627693A1 - System zur abtastung eines lichtstrahls

Info

Publication number: DE2627693A1
Application number: DE19762627693
Authority: DE
Inventors: Olof Bryngdahl; Wai-Hon Lee
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1975-06-25
Filing date: 1976-06-21
Publication date: 1977-01-13
Also published as: US4106844A; FR2317674B3; NL7606290A; DK283776A; SE7606940L; FR2317674A1; JPS524853A

Description

P AT E N TA NWÄLTE

XEROX COBPOEATION Xerox Square, Rochester,
New York 14644 U.S.A.

A. GRÜNECKER

OFV-SNS.

H. KiMKEl-DEY

DR-INCl

W. STOCKMAiR

DH.-ING -_AaE !CALTTCM)

K. SCHUMANN

OR. BER. ΝΛΤ. · DlPL-PKYiS

P. H. JAKOB

dPL-ING.

G. BEZOLD

DR. FEfI ΜΛΤ- ÖPw-

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE A3

21 Juni

P 10 076-40/kü

System zur Abtastung eines Lichtstrahls

Die Erfindung betrifft ein System zur Abtastung eines Lichtstrahls über eine oberfläche als eine Vielzahl von Lichtpunkten.

Die herkömmlichen, mit Lasern arbeitenden Abtastsysteme verwenden häufig mechanische Abtasteinrichtungen, wie beispielsweise polygone Prismen, um ein Objekt abzutasten. Die Herstellungskosten solcher polygonen Prismen sind jedoch relativ hoch, weil für die Ausbildung der reflektierenden Oberflächen eine sehr hohe Winkelgenauigkeit erforderlich ist. Es ist deshalb versucht worden, alternative Abtasttechniken zu entivickeln

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TELEFON (OSO) 22386S

TEi-FX OS-O3 38O

MONAfAT

Die Nutzung rotierender, holographischer Gitter für die Abtastung von Bildern wurde zuerst von Cindrich in einein Artikel beschrieben, der in Applied Optics, Band 6, Seite 1531 (1967) veröffentlicht wurde. Anschließend erläuterten McMahon et al (Applied Optics, Band 8, Seite 399 (1969)) ein zweidimensionales Raster-Abtastsystem, das mit einem Satz von rotierenden Hologrammen arbeitet. Durch die Verwendung von Hologrammen ließ sich das mechanische System solcher Abtasteinrichtungen wesentlich vereinfachen. Da weiterhin die Form der Oberfläche für die Aufzeichnung der Hologramme keiner Einschränkung unterworfen war, konnte die Geometrie der Abtastoberfläche so ausgewählt v/erden, daß sich ein mechanisch stabiles System ergab, das trotzdem eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit ermöglichte. Im allgemeinen läßt sich bei der Verwendung holographischer Techniken der mechanische Teil der Abtasteinrichtung von dem optischen Teil trennen. Zu den v/eiteren Vorteilen holographischer Abtasteinrichtungen gehören:

(1) Genauigkeit (die nur durch die Lagegenauigkeit beeinflußt wird) und Wirtschaftlichkeit der Herstellung holographischer Gitter;

(2) zwei- oder dreidimensionale Rasterabtastung; und .

(3) Rasterabtastung mit mehreren Wellenlängen für Farbwiedergaben.

Bekannte holographische Abtasteinrichtungen sind bei— speilsweise in den folgenden amerikanischen Patentschriften beschrieben: 3 614 193; 3 721 486; und 3 721 487.

Die Gitter bei den herkömmlichen Abtasteinrichtungen weisen im Grunde eine Raum- bzw. Ortsfrequenz auf. Die Abtastung wird durchgeführt, indem die. Winkelorientierung des Gitters geändert wird. Ein Lichtstrahl kann jedoch auch abgelenkt werden, indem die Ortsfrequenz der Gitter in einer Weise variiert wird, wie sie bei 'den Ablenkeinrichtungen für akustische Strahlen ver—

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wendet wird; dadurch ergibt sich ein weniger komplexes Abtastsystem. Obwohl sich bei der Abtasteinrichtung nach der US-PS 3 721 486 ein Gitter mit variabler Ortsfrequenz erreichen läßt, indem zwei Gitter mit einer einzigen Ortsfrequenz kombiniert werden, stellt die Verwendung eines zusätzlichen Gitters eine offensichtliche Einschränkung der praktischen Nutzung dar. Ein Gitter mit variabler Ortsfrequenz kann so aufgebaut v/erden, daß die unterschiedliche Ablenkung des Lichtstrahls erzeugt wird, indem verschiedene Teile des Gitters über den Lichtstrahl bewegt werden, wie es von Wollenmann et al in einem Artikel beschrieben wird, der in dem Journal of the Optical Society of America, Band 64, Seite 562 (1974) veröffentlicht wurde. Das Gitter mit variabler Ortsfrequenz kann durch einen Glaskeil mit variabler Neigung ersetzt werden, wie in den US-PS 2 976 362 und US-PS 3 818 beschrieben wird, obwohl die Flexibilität eines holographischen Gitters bei einem Laser-Abtastsystem wesentliche Vorteile mit sich bringt. Ein herkömmliches Gitter mit variabler Ortsfrequenz, das für die Abtastung durch einen Laserstrahl eingesetzt werden kann, ist eine Fresnel-Zonenplatte, deren Ortsfrequenz sich linear mit ihrem Radius ändert. Bei diesem System (Wollenmann et al) wird das Gitter durch eine interferometrische Technik auf eine transparent Walze aufgezeichnet, die mit einem Photoresist beschichtet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Laser-Abtastsystem der angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem rechnererzeugte, generalisierte optische Beugungselemente, wie beispielsweise Hologramme, dazu verwendet werden, eine Laserabtastzeile zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lichtquelle, durch eine Linsenanordnung, die so angeordnet ist, daß sie durch das Licht von dieser Lichtquelle bestrahlt wird und dieses Licht auf einen ersten

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Brennpunkt konvergiert, der sich auf einer vorherbestimmten Achse befindet, durch ein optisches Gitter mit variabler Ortsfrequenz, das zwischen der Linsenanordnung und dem Brennpunkt angeordnet ist, und durch eine Vorrichtung zur Bewegung des optischen Gitters relativ zu dem darauffallenden Licht, wobei eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Abtastbrennflecken, die relativ zu der vorherbestimmten Achse einen vorherbestimmten geometrischen Ort beschreiben, erzeugt wird, und wobei die Abtastpunkte eine Abtastzeile des vorherbestimmten geometrischen Ortes auf der Oberfläche bilden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß ein Laserabtastsystem geschaffen wird, bei dem rechnererzeugte, generalisierte, optische Beugungselemente, wie beispielsweise Hologramme, als Gitter mit variabler Ortsfrequenz eingesetzt werden. Weil die Durchlässigkeit der rechnerzeugten Hologramme binär gemacht werden kann, lassen sie sich relativ einfach herstellen und duplizieren. Die rechnererzeugten Hologramme können auf planares Material aufgezeichnet und dann auf eine Walze aufgebracht werden, um abgetastet zu werden; als Alternative hierzu können sie auf eine Scheibe aufgezeichnet werden. Obwohl der Beugungswirkungsgrad von gebleichten rechnererzeugten Hologrammen hoch ist (maximal 43%), kann die Wellen— front durch interferometrische Techniken auf ein dickes Aufzeichnungsmaterial kopiert werden, um einen noch höheren Beugungswirkungsgrad zu erreichen. Weil im allgemeinen rechnererzeugte Hologramme unter der Steuerung eines Digitalrechners hergestellt werden, sind sie flexibler als andere Hologrammtypen· So kann beispielsweise die Änderung der Ortsfrequenz eines rechnererzeugten Hologramms so gesteuert werden, daß sich lineare und nicht lineare Abtastraten bzw. Abtastgeschwindigkeiten sowie raumvariante Fokussierungseingenschaften ergeben.

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Weiterhin wird ein verbessertes Laserabtastsystem geschaffen, bei dem eine Abtastzeile erzeugt wird, indem ein rechnererzeugtes Hologramm und eine Linse zwischen einem beleuchtenden Laserstrahl und der Ebene der Abtastzeile angeordnet werden. Dabei können rotierende, rechnererzeugte Hologramme mit Gittern mit variabler Ortsfrequenz dazu verwendet werden, eine Laser-Abtastzeile zu erzeugen. Und schließlich können durch dieses verbesserte Abtastsystem drei Typen von Abtastrnustern (ein-, zwei- und dreidimensional), kontinuierlich und diskontinuierlich, realisiert v/erden.

Die Erfindung schafft also ein Laser-Abtastsystem, bei dem eine Abtastzeile erzeugt wird, indem ein rechnererzeugtes Hologramm und eine Linse zwischen einem einfallenden Laserstrahl und der Ebene der Abtastzeile angeordnet werden. Drei Typen von Abtastmustern (ein-, zwei- und dreidimensional), kontinuierlich sowie diskontinuierlich, können unter Verwendung der Prinzipien der Erfindung realisiert werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs beispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, sche matischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine herkömmliche holographische Abtasteinrichtung ;

Fig. 2 den Aufbau eines regulären bzw. regelmäßigen binären Gitters;

Fig. 3 ein rechnererzeugtes Hologramm mit raumvarianter Ortsfrequenz;

Fig. 4 ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer

Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

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Fig« 5 eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine vereinfachte Rechnerzeichnung eines rechnererzeugten Hologramms, wie es bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;

Fig. 7 eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 Beugungsmuster, wie sie sich aus der Bestrahlung bestimmter Flächen des in Fig. 6 gezeigten Hologramms ergeben;

Fig. 9 die abgetasteten Laserpunkte als Funktion der Lage des in Fig.6 gezeigten Hologramms;

Fig.10 die Auflösung der Laser-Abtasteinrichtung für mehrere Abtastzeilen;

Fig.11 eine Darstellung zur Erläuterung, wie das Leistungsspektrum der raumvarianten, optischen Systeme beliebig geformt und die Bewegung des generalisierten Seugungselementes für die Abtastung genutzt v/erden kann;

Fig.12 der Aufbau einer Abtasteinrichtung,bei dem eine Abtastzeile durch Rotieren eines scheibenförmigen optischen Elementes erreicht wird;

Fig.13 (a) ein rechnerzeugtes Hologramm und Fig.13 (b) das entsprechende Abtastmuster; und

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Fig. 14 zusätzliche zweidirnensionale Abtastungen, die durch rechnererzeugte Hologramme gebildet werden, die dem Hologramm nach Fig. 13 (a) ähneln.

Um die Vorteile der vorliegenden Erfindung besser herausstellen zu können, soll im folgenden eine herkömmliche, holographische Abtasteinrichtung kurz beschrieben werden. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, wird dabei .eine rotierende Gitter—Abtasteinrichtung bzw. ein rotierendes Abtastgitter 10 mit einem Gitter bzw. einer Strichplatte 12 verv/endet, deren Gitterkonstante d ist. Das Gitter 10 wird durch einen kollimierten bzw. parallelen Laserstrahl 14 beleuchtet, der durch einen Laser 16 erzeugt wird. Wenn die Linien bzw. Striche des Gitters parallel zu der vertikalen (v) Achse sind, v/erden die gebeugten Wellen + erster Ordnung von derii Gitter 12 auf der horizontalen (u) Achse bei u = +/\_ F/d bei der bildseitigen hinteren Brennebene 20 der Einstell- bzw. Fokussierlinse 18 fokussiert, wobei F die Brennweite dieser Linse ist. Wenn sich das Gitter 10 in Richtung des Pfeils 22 dreht, bewegen sich die beiden fokussierten Punkte bzw. Flecken nach den Beziehungen

u = + R cos</>

ν = + R sini (1)

wobei R = ^, F/d und φ der Drehwinkel der Abtasteinrichtung 10 relativ zu der vertikalen Achse ν (in der Fig. Null) und PV die Wellenlänge des Laserstrahls 14 sind. Der geometrische Ort der fokussierten, abgetasteten Punkte bzw. Flecken bildet einen Kreis mit dem Radius R in der Frequenzebene 20, wobei sich die Abtastlinien längs eines Bogens eines Kreises befinden.

Diese kreisförmige Abtastung kann durch bestimmte Verfahren in eine lineare Abtastung.Umgewandelt werden; dabei können beispielsweise Techniken eingesetzt werden, wie sie in der oben erwähnten US-PS 3 721 486 be-

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schrieben sind. Ein zweites Gitter kann im Tandem mit dem ersten Güter angeordnet und so bewegt werden, daß es sich 90 außer Phase mit dem ersten Gitter dreht. Wenn die beiden Gitter in Reihe vorgesehen sind, ergeben sich vier Punkte bzw. Flecken in der Frequenzebene 20. Wenn die Konstanten der beiden Gitter gleich sind, bildet der geometrische Ort der vier Punkte zwei gerade Linien, die durch die Gleichung

u = + v. (2)

beschrieben werden können. Die Zahl der Punkte, die durch die rotierende Gitter-Abtasteinrichtung adressiert werden können, läßt sich auf folgende Weise bestimmen. Wenn der Durchmesser des Laserstrahls 14 D ist, beträgt die Größe des beugungsbegrenzten Punktes in der Frequenzebene 20 Ά. F/D. Für eine Abtastzeile wird dadurch ein Winkel θ in der Frequenzebene bedeckt bzw. überstrichen, wobei die Zahl der auflösbaren Punkte N längs der Abtastung

N = RQO/XF

= 9(D/d). (3)

beträgt. Das Verhältnis D/d stellt die Zahl der Gitterperioden bzw.Gitterabstände dar, die durch den Laserstrahl beleuchtet v/erden. Wenn E
sind, beträgt N~ 25,000.

beleuchtet v/erden. Wenn D = 25 mm, θ = 60 und d = l/i m

Da die vorliegende Erfindung die Verwendung eines binären Gitters mit räumlich varianter Frequenz und insbesondere ein rechnererzeugtes, generalisiertes optisches Beugungselement, wie beispielsweise ein Hologramm (CGH) mit dieser Eigenschafft, in einer Laser-Abtasteinrichtung betrifft, soll im folgenden das Binärgitter mathematisch beschrieben werden.

Bekanntlich führen optische Elemente eine bestimmte Phasenänderung über der Wellenfront ein, die sich durch ein System mit solchen Elementen fortpflanzt. Die Erzeu-

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gung bzw. Darstellung dieser Änderung mit Beugungselementen durch den Aufbau bzw. die Struktur von Raummustern kann bei der Herstellung einer optischen Abtasteinrichtung ausgenutzt werden.

Es ist möglich, bei der Rechnererzeugung solcher Elemente verschiedene wesentliche und nützliche Merkmale vorzusehen. So kann beispielsweise die geometrische Form der Elemente beliebig in der Weise ausgewählt werden, daß entweder eine Translations- oder Rotationsbewegung erzeugt v/erden kann; außerdem kann das Ausmaß und die Richtung des Phasengradienten räumlich beliebig in der Weise variiert werden, daß jede Struktur von Abtastmustern erzeugt werden kann; und schließlich kann die Krümmung der Phasenänderung räumlich beeinflußt werden, so daß ein Abtastmuster auf Oberflächen mit unterschiedlichen Formen gebildet werdeh kann. Sowohl die Fokussierungsals auch die Ablenkeigenschaften können in dem rechnererzeugten Hologramm enthalten sein.

Die Struktur eines regelmäßigen bzw. regulären, in Fig.2 dargestellten Binärgitters 30 kann durch die folgende Gleichung beschrieben werden:

• -q/2 < x/T + η < q/2 ; (4)

dabei bedeuten T die Gitterkonstante, η eine ganze Zahl und q einen Parameter, der zur Steuerung der Linienbreite bzw. Strichbreite in dem Gitter verwendet v/ird. Die Durchlässigkeit bzw. der Durchlaßgrad des Gitters beträgt bei (Xjy) in Abhängigkeit davon, ob die Gleichung 4 erfüllt ist, entweder 1 oder 0. Die Struktur des rechnergesteuerten Hologramms (CGH) mit räumlich varianter Raurnfrequenz bzw. Ortsfrequenz ist in Fig.3 dargestellt und kann ebenfalls durch eine ähnliche Gittergleichung beschrieben werden:

-q/2< $(x,y)/2/T+ η ^. q/2 (5) ; wenn ein CGH gemäß Gleichung 5 hergestellt wird, beträgt

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die Ortsfrequenz V (x,y) des CGH 40 längs x

(x,y) = 1 db(x,v) (6)

Im folgenden.wird auf Fig. 4 bezug genommen; wenn das CGH 40 über den Laserlichtstrahl 42 bewegt wird, ändert sich der Ablenkwinkel 0 des Lichtstrahls 42 durch Y (^xjy) gemäß der folgenden Gleichung:

sinQ =A\) (x,y) (7)

Für eine Laser-Abtasteinrichtung ist wesentlich, daß die Abtastrate bzw. Abtastgeschwindigkeit linear ist. Deshalb muß γ (x₅y) eine lineare Funktion von χ sein. Für diese spezielle Änderung der Ortsfrequenz wird aus Gleichung 6 die folgende Differentialgleichung erhalten:

d Φ (x,y) = 2Xx/ν/ χ (8)

a^x

Die Parameter w und^x sollen im folgenden im einzelnen beschrieben v/erden. Aus der Gleichung 3 ergibt sich die folgende Gleichung:

(x,y) =Tfx²/w4x + g(y) (9);

dabei ist g(y) eine Integrationskonstante, die den Teil der Phase des CGH darstellt, der von y abhängt; diese Konstante wird auf anderem Wege bestimmt. Um ein außeraxiales bzw. nicht axiales CGH zu erzeugen, wird angenommen, daß folgende Beziehung gilt:

g(y) =7fy²/wAx + 2Ty/T. (10) Mit diesem g(y) wird die Phase des CGH 40 gleich

(x,y) =ΊΠ^{χ2 +} y²)wAx + 2jy/T. (H)

Das CGH 40 erzeugt eine Wellenfront, die einer Wellenfront ähnelt, die durch eine außeraxiale sphärische Zonenplatte bzw. Zonenlinse erzeugt wird. Ein Verfahren zur Herstellung von CGH¹s wird in dem Artikel von Wai-Hon Lee in'Applied Optics" , Band 13, Seite 1677, Juli 1974 erläutert, dessen Inhalt hiermit auch in die

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vorliegende Anmeldung eingeführt wird. Durch Auswahl einer geeigneten Form von g(y) kann das CGK 40 äquivalent zu einem Interferograrnm sein, das durch Interferieren einer sphärischen Welle mit einer geneigten bzw. gekippten ebenen Welle erzeugt wird. Wenn die Abtastrichtung längs χ verläuft, erzeugt die geneigte ebene Welle eine Trägerfrequenz (die Frequenz, auf der die Phaseninformationen gespeichert werden) in einer Richtung, die senkrecht zu der Abtastrichtung ist. Der Träger eines CGH verhindert, daß die Abtastzeile durch die ungebeugten Lichtbereiche (Licht 0-ter Ordnung) verläuft. Die Lage der Streifen bzw. Ringe in dem CGH kann bestimmt werden, indem die Gleichung 11 in die Gleichung 5 eingesetzt und nach y aufgelöst wird. Es kann gezeigt werden, daß folgende Beziehung gilt:

Γ 2 "■■■■■ ₂-| 1/2

γ = W4X/T + (W4x/T) - (2n+g)w*.x - χ J (12)

Das CGH besteht also aus einem Satz von Parabeln. Der Abstand der Parabeln ist nicht gleichmäßig, sondern mit einer Erhöhung des Viertes von η werden sie enger bzw. rücken näher aufeinander zu. Da die Streifen in dem CGH analytisch bestimmt v/erden können, bleibt nur noch das Problem, eine Beziehung zwischen den Parametern T, w und /^x sowie den Parametern der Abtasteinrichtung herzustellen.

Es.soll beispielsweise angenommen werden, daß ein CGH 40 durch einen parallelen Laserstrahl bei χ = χ beleuchtet wird. Die Phase der gebeugten Wellenfront von dem CGH 40 ist

φ(χ,γ) = T₁^ - ^xo^{)2 +}

(χ + y )/wAx. + 2 H y/T-2 Il xx /w4x +TfxVwdjx (13)

Das erste Glied in der Wellenfront stellt eine sphärische bzw. Kugelwelle mit der Brennweite wdx/^ dar. Das zweite Glied stellt eine Meigung in der gebeugten

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wellenfront dar. Das dritte Glied, das sowohl in χ als auch in χ linear ist, ist für die Ablenkung bzvu Auslenkung des Laserstrahls verantvyortlich. Der Ablenkungswinkel als Funktion von χ v/ird gegeben durch

sin9 = ^x_Q

Wenn w der Durchmesser des Laserstrahls ist, beträgt die Winkelauflösung des gebeugten Strahls ^ 0 = ~\/vr. Aus Gleichung 14 ergibt sich auch folgendes: wenn CGH 40 von χ nach x_q +/\x bewegt wird, ändert sich der Winkel des gebeugten Strahls um^O (d.h., </± χ ist die Strecke, um die CGH 40 in die x-Richtung bewegt v/erden muß, um eine Änderung des Ablenkungswinkel von4© zu bewirken). Deshalb ist ^x in (j)(x,y) die Strecke, um die sich CGH 40 bewegen muß, um die nächsten auflösbaren Lagen zu adressieren. Für ein CGH mit der Lgnge L kann die Zahl der auflösbaren Positionen K bestimmt werden durch

U = L/Δ χ (15)

Weil die Ortsfrequenz auf CGH 40 längs χ linear von χ abhängt, tritt die maximale Ortsfrequenz \) längs χ bei χ = _+ L/2 auf und ist gleich ν = W 2 v/^x. Beim Aufbau des CGH ist es zweckmäßig, y zu einem vielfachen der Trägerfrequenz l/T zu machen. Dadurch ergibt sich die folgende Beziehung:

L/2wA χ = Q/T (16) ,

wobei Q eine Konstante ist. Setzt man Gleichung 15 in Gleichung 16 ein, so ergibt sich

N = 2Qw/T

= 2QN_f (17) ,

wobei H_f = w/T ist. N_f ist gemäß Definition gleich der Zahl der Gitterabstände bzw. Gitterkonstanten längs der durch den Laserstrahl beleuchteten y-Achse. Gleichung 17 ähnelt Gleichung 3 insoweit, daß N proportional zu der Zahl der Gitterabstände ist, die durch den

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Lichtstrahl bedeckt bzw. überstrichen werden. Es wird darauf'hingcwiesen, daß W unabhängig von der Länge L oder der Breite w des Gitters ist. In diesem spezieilen CGH stehen auch die Parameter w und L in einer Beziehung zueinander. Bei einer Überprüfung der Ortsfrequenz des CGH stellt man fest, daß gilt

Y = l/T + y/w4x für 0<y<w (18).

Weil das CGH binär ist, treten höhere Ηβ-rmonische von ν auf. Um ein Überlappen der Raumfrequenzen von der ersten und höheren Harmonischen zu vermeiden, muß der maximale Wert vonv kleiner als oder gleich 2/T sein. Deshalb ergibt sich aus Gleichung 18:

:Ξ l/T (19).

Setzt man die Gleichung 19 in . die Gleichung 16 ein, so ergibt sich:

L/w ^ 2Q

L* 2Qw (20).

Diese Gleichung gibt das Aspektverhältnis (das Verhältnis zwischen Länge und Breite) des Hologramms an. Zusätzlich zu der Berechnung nach Gleichung 20 wird die Breite w des CGH oft durch die Punktgröße bestimmt, die für die Abtastung erforderlich ist. Die Gleichungen 15 bis 20 sind die Grundgleichungen für das CGH, das bei der Abtasteinrichtung nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wie es in den Figuren 6, 8, 9 und 10 dargestellt ist. Die Abtastzeilen auf der Frequenzebene 44 werden erzeugt, indem verschiedene Teile des CGH 40 über den Laserstrahl 42 bewegt werden.

Aus praktischen Gründen.wird das CGH 40 oft durch einen konvergierenden Strahl 46 beleuchtet, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Im einzelnen wird dabei der durch einen Laser 50 erzeugte Strahl 48 durch ein Objektiv bzw.

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eine Linse 58 auf das CGH 40 konvergiert, wie sich der Figur entnehmen läßt. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Blendenöffnung bzw. Blendenzahl des Objektivs bzw. der Linse 52 nur durch die Punktgröße bestimmt wird. Bei einem konvergierenden Strahl 46 fällt jedoch nun der Brennpunkt der abgetasteten Punkte auf die gebogene Oberfläche A. Um eine flache Abtastung an der Frequenzebene 54 zu erzeugen, wird das CGH 40 auf der vorderen Brennebene einer Linse angeordnet, wie in Fig. 4 dargestellt ist, und das CGH 40 durch eine Punktquelle in einem Abstand vmx/Λ- von dem CGH bestrahlt (eine Punktquelle wird in der Brennebene eines Objektivs bzw. einer Linse gebildet, die in einem Laserstrahl angeordnet ist). Unter Verwendung dieses Verfahren wird die für die Linse 52 erforderliche Blendenzahl bzw. Blendenöffnung sowohl durch den abgetasteten Winkel θ als auch.die Punktgröße bestimmt. Dies führt oft dazu, daß eine Linse mit kleiner Blendenzahl in dem Abtastsystem vorhanden ist. Es wird darauf hingev/iesen, daß die Frequenzebene 54 der Oberfläche eines abzutastenden Dokumentes bzv/. einer Vorlage oder der Oberfläche eines Photorezeptors bzw. eines lichtempfindlichen Teils entsprechen kann, wie sie bei einem herkömmlichen Laser-Abtastsystem verwendet werden.

Das CGH 40 kann auch dazu benutzt v/erden, die Feldkrümmung zu korrigieren. Urn eine Fokussierung auf dem Punkt 60 und nicht auf dem Punkt 62 in Fig. 5 zu erhalten, muß die in dem CGH 40 aufgezeichnete Wellenfront einen Bestandteil enthalten, der den Brechwert des CGH als Funktion des Ablenkungswinkels ändern kann. Da der konvergierende Strahl zu einem Brennpunkt in einem Abstand kommt, der gleich der hinteren Brennweite der Linse 52 ist, muß aufgrund von geometrischen Betrachtungen die Brennweite des Korrekturgliedes im CGH 40 gleich -F/(l-cosO) sein. Die in dem CGH aufgezeichnete V/ellenfront wird nun

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- ¹⁵ - 2627093

(}>(x₅y) =Τϊ r /w4x +Tr (l-cosQ)/F + 2Tf y/T (21),

2 2 2

wooei r = χ + y ist. Das zweite Glied in der Gleichung 21 verhält sich wie eine dünne Linse mit variabler Brennweite. Der Ablenkungswinkel 0 steht mit den Parametern w und Δ χ durch die Ortsfrequenz des CGH durch die folgende Gleichung in Beziehung:

sinO =.
und

\J = x/wAx (22).

Deshalb kann φ (x,y) geschrieben werden als , . -— ρ ο C I ;? ? 9 ? \ ι

ip(x,y)· =itr /w^x +Tfr Il - \y 1-A x /im χ J/^F (23).

Die Zufügung des Korrekturgliedes in Φ(χ,γ) erhöht irr, alggemeinen die Anforderungen an die Bandbreite des CGH. Dies läßt sich durch eine Analyse der Ortsfrequenzen erkennen, die durch die Funktion φ(χ,y) in Gleichung 23 erzeugt werden. Für O kleiner als 20 gilt φ(χ,γ) ^]fr²/wAx +TfAr²X²/2W²^x²F (24).

Die Bandbreite von (j>(x,y) ist durch die Ortsfrequenz von (J)(x,y) bei" χ = L/2 gegeben. Für y = 0 ist die Änderung der Ortsfrequenz aufgrund von <p(x,y) gleich Y (x) = x/vMx +λχ /ν/ 4x F —r

(Q/ \ X'³

_: ,·. \ f--^zahl > _λ J₁

dabei sind x¹ = 2x/L und die Blendenzahl bzw. f-Zahl = F/v/. Bei der Ableitung ofer Gleichung 25 sind die Ergebnisse der Gleichungen 14j 18 und 19 genutzt worden. Der Winkel θ ist der maximale ., durch das CGH erzeugte Ablenkungswinkel. Für θ = 10°, y\ = 6328 nm, ϊ-Zahl - 10 und Q = 5 gibt die Gleichung 25 an, daß die Bandbrei- te, die für die Aufzeichnung des CGH erforderlich ist, um 9% erhöht wird (von 274 1/mm auf 279 1/mm). Deshalb erhöht das Hinzufügen des Korrekturgliedes in den CGH 40 nicht wesentlich die Bandbreite, die für die Herstel-

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- ¹⁶ - 2S270S3

lung des CGH erforderlich ist.

Aus don folgenden Vergleich ergibt sich der Vorteil der Verwendung eines Korrekturgliedes in dem CGH. Es soll angenommen v/erden, -daß sich der abgetastete Strahl in einem Winkel von 5 in Bezug auf die"optische Achse erstreckt. Ohne das Korrekturglied in dem CGH wird der Laserstrahl in einem Abstand von o,oo38F von der flachen bzw. ebenen Oberfläche fokussiert. Aus geometrischen Gründen beträgt die Punktgröße auf der flachen Oberfläche ungefähr O,OO38w, wobei w der Durchmesser des Beleuchtungsstrahls ist. Für w = 20mm beträgt die Punktgröße 76/Jm. Andererseits wird der Laserstrahl mit dem Korrekturglied in dem CGH auf der flachen Oberfläche fokussiert. Bei diesem abgetasteten Winkel ist die effektive Brennweite der Linse auf 1,OO38F verlängert worden. Dies führt nur zu einer Änderung der Punktgröße von 0,38%. Für ein System mit f/10 bedeutet dies, daß sich die Punktgröße von 12,66^um auf 12,7Opm geändert hat. Deshalb verbessert das Korrekturglied die Leistung der Abtasteinrichtung v/irklich wesentlich. Wie sich jedoch aus der Gleichung 25 ergibt, kann das Korrekturglied eine Nicht-Linearität in die Abtastung einführen. Der Abstand zwischen den abgetasteten Punkten ist proportional zu ^y /^x¹, d.h.,

d(x) = 1 + 3sin9_o (Q/f-Zahl)κ·² (26).

Das Ausmaß der Nicht-Linearität hängt von den Parame-

2 tern in Gleichung 26 ab und nimmt mit x¹ zu. Für Q_Q = 10°, Q = 5 und f-Zahl = 10 beträgt die maximale Änderung des Abstandes zwischen den abgetasteten Punkten ungefähr 26%. Je größer der abgetastete Winkel θ ist, umso stärker wird die Nicht-Linearität. Eine solche Nicht—Linearität kann verringert werden, indem die Linse 52 in geeigneter V/eise so ausgewählt wird, daß die Phasenfunktion die Feldkrümmung bzw. Bildfeldkrümmung korrigiert, während die Linearität der Abtastung beibehalten wird.

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Im folgenden soll die Abtastung eines Laserlichtstrahls durch ein raumvariantes Gitter, wie es auf einem CGH gebildet wird, erläutert werden. In Gleichung 10 wurde g(y) so ausgewählt, daß das CGH einer außeraxialen sphärischen Zonenplatte ähnelt. Für die folgende Erläuterung wird die Funktion g(y) einfach so ausgewählt, daß sie gleich 2lTy/T ist. Dies führt zu einem CGH, das einer außeraxialen zylindrischen Zonenplatte ähnelt. Durch Auswahl dieser speziellen Form für g(y) v/erden die Streifen in dem CGH Parabeln mit gleichen Abständen, die durch die folgende Gleichung definiert werden:

y = nT - x²T/2wüx (27);

weil es längs der y—Richtung nur eine konstante Ortsfrequenz gibt, läßt sich die Einschränkung für w und L in Gleichung 20 nicht länger anwenden. Deshalb können die V/erte für w und L unabhängig ausgewählt werden. Da esin der y—Richtung in dem CGH keinen Brechwert gibt, kann das optische System in der Abtasteinrichtung im Grunde astigmat#isch sein. Wenn das CGH durch einen parallelen Laserstrahl beleuchtet wird, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, wird der Laserstrahl in der y-Richtung auf der bildseitigen, hinteren Brennebene der Linse fokussiert. Der Lichtstrahl wird jedoch in der x-Rich-

2
tung in einem Abstand ±/\F /w-Δχ von der bildseitigen Brennebene fokussiert. Ohne Korrektur wird in der Frequenzebene eine Zeile statt eines fokussierten Punktes abgetastet. Der Astigmatismus in dem optischen System kann korrigiert werden, indem eine zylindrische Linse mit der gleichen Brennweite wie das CGH nahe -bei der sphärischen Linse angeordnet wird· . (Linse 58 in Fig.7).

Ein CGH, das aus den in Gleichung 27 beschriebenen Parabeln besteht, kann gemäß dem oben erwähnten Artikel von Lee unter Verwendung eines digital arbeitenden Plotters bzw. Kurvenschreibers hergestellt werden. Zur Erläuterung v/urden folgende Parameter ausgewählt:

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	2,5	mm,
Q =	2,
N_f -	80,
w =	2o	cm und
L· =	120	cm.

Es wird daraufhingewiesen, daß L nicht gleich Qw ist wie in Gleichung 23. Die Zahl der auflösbaren Punkte, die durch diese CGH adressiert werden können, beträgt 320 (aus Gleichung 14). Ein vereinfachter Entwurf bzw. eine Skizze eines solchen CGH ist in Fig. 6 dargestellt, wobei zu erkennen ist, daß sich die Ortsfrequenz der Gitter linear längs der Abtast (x)-Richtung ändert. Das tatsächliche, als Abtastelement verwendete CGH wird auf einem Film auf 1/20 seiner Originalgröße verkleinert und anschließend an einer rotierenden, transparenten Walze angebracht. Die Größe des CGH kann unter Verwendung einer Kamera, mit der photographische Verkleinerungen durchgeführt v/erden können, verringert v/erden; als Alternative hierzu kann das CGH direkt auf einen Film unter Verwendung einer Laser-Abtasteinrichtung aufgezeichnet werden.

Figur 7 zeigt ein System, das als Alternative zu dem System nach Fig. 5 verv/endet v/erden kann. Der Laserstrahl 70 von dem Laser 50 wird durch einen Modulator 72 in Abhängigkeit von den Informationen moduliert, die auf einen Photorezeptor aufgezeichnet werden sollen, der sich in der Frequenzebene 54 befindet. Der Laserstrahl wird durch eine Linse 74 bzw. 76 erweitert bzw. ausgebreitet und parallel gemacht bzw. kollimiert. Der Lichtstrahl wird mit Hilfe von Prismen 78 und 80 durch das CGH 40 gerichtet und dann durch eine Linse 52 und eine sphärische Linse 58 auf die Frequenzebene 54 fokussiert. Das CGH 40 ist auf der Oberfläche einer trasnparenten Walze 81 angebracht, die an einem Träger 82 befestigt ist; das Prisma 78 ist innerhalb

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der transparenten Walze 81 angeordnet, wie sich der Figur entnehmen läßt. Die Walze 81 wird durch einen Motor 86 über eine Antriebswelle 88 in Richtung des Pfeils 84 gedreht. Wenn die in Fig. 6 durch (a) markierte Floche bestrahlt wird, ergibt sich ein Fraunhofer-Beugungsmuster des CGH 40, wie es in Fig. 8a dargestellt ist. Der Punkt bzw. Fleck in der Mitte wird durch den ungebeugten Strahl verursacht. Die Linien auf jeder Seite des Mittelflecks stammen von den gebeugten Wellen des CGH. Die Längen der Linien werden durch die quadratische Phasenänderung des CGH längs χ verursacht. Eine der gebeugten Wellen erster Ordnung von dem CGH wird in einem kleinen Abstand von der bildseitigen Brennebene der Linse L fokussiert. V/eil das Hologramm astigmatisch ist, wie oben erläutert wurde, führt dies zu den in Fig. 8b gezeigten Linien. Fig. 8c zeigt das Ergebnis der Korrektur des Astigmatismus in dem CGH mit einer zylindrischen Linse. Die Abhängigkeit der abgetasteten Punkte von der Lage des CGH ist in Fig. 9 dargestellt. Die Figuren 9 (a)—(c) zeigen die Lagen der Punkte in der Frequenzebene, wenn die in Fig. 6 mit (a)-(c) markierten Flächen bestrahlt werden, während Fig. 9 (d) die vollständige Abtastzeile zeigt, wenn die Walze, auf der das CGH befestigt ist, sich dreht. Die Länge der Abtastzeile ist ungefähr viermal so groß wie die Trägerfrequenz, die durch den Wert von Q und Gleichung 17 bestimmt wird. Fig. 10 (a)-(c) zeigt die Auflösung der Laser-Abtasteinrichtung bei 100 Punkten/Abtastung, 200 Punkten/Abtastung bzw. 300 Punkten/Abtastung.

Die verschiedenen Punkte/Abtastung wurden durch Einstellung des Modulators 72 (siehe Fig. 7) erhalten. Die Fig. 10 (a) und (b) stellen dar, wie die 100 bzw. 200 Punkte gut aufgelöst■wurden. Obwohl die in Fig.10 (c) dargestellten Punkte auflösbar sind, liegen 300 Punkte nahe bei der theoretischen Grenze für das System.

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Beuguivjselernente (d.h., die oben beschriebenen rechner— erzeugten Hologramme) können mit herkömmlichen Brec-hungs-Reflexionselemcnten kombiniert v/erden, so daß der Hauptteil der Fokussierung mittels einer einfachen Linse erfolgt und nur die Ablenkung- und kleineren Fokussierungskorrekturen mit dem CGH durchgeführt werden.

Fig. 11 (a) stellt dar, wie ein rechnererzeugtes optisches Element 90 in Kombination mit einer Linse 92 eine Lichtwelle in jedes gewünschte Muster umwandeln kann« Bei dem Element 90 kann es sich um jedes beliebige Element handeln, das eine Abweichung bzw. Ablenkung eines Lichtstrahls erreichen kann (wie beispielsweise Variationen im Reflexionsindex des Elementes, Neigung der Spiegeloberfläche, Hologramm); ein solches Element 90 wird in der .Vorderen Brennebene der Linse 92 in dem kollimierten bzw. parallelen, monochromatischen Lichtstrahl 94 angeordnet. Die örtlichen Phasenveränderungen des Elementes werden in der Figur als eine Kombination von ablenkenden (Prismen) und fökussierenden (Linsen) Bestandteilen 96 bzw. 98 dargestellt. Wenn die durch das optische Element 90 eingeführte Phasenfunktion φ(χ,γ) ist, hat die Senkrechte zu der das Element 90 verlassenden Wellenfrönt die Richtung

k"¹ d 6/d X, k"¹ 2 Ή 3y (28)r

und ihr Krümmungsradius ist

ic-² Qc² + &&3 γ) ²j^3/ VIa²^y²1 c

dabei bedeuten: k = 2|i/^ , x,y die' Koordinaten in; deir vorderen bzw. objektseitigen Brennebene der Linse 92 ('Brennweite- f_T ) und x^f , y¹ die Koordinaten in der hin*· teren bzv/. bildseitigen Brennebene (die- Fräunhöfersehe Beugungsebene F) ·- In dem paräxlalen bzw. äGhserinähen oder achsenparallelen Bereich gilt

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_₂₁_ 2827S93

^χ' = ^fL ^ j6(x,y) , γ¹ = ^fLd/5(x,y) (30) k ^x k dy

weiterhin wird das Licht in einem Abstand

z· = - f_T ²/f^(x,y) (31)

von der Frequenzebene (f„ (x,y) stellt die Brennweite des CGH dar) fokussiert. Das in Fig. 11 (a) dargestellte Karten—Transformationssystem wird im einzelnen in der schwebenden amerikanischen Patentanmeldung, serial no. 544 526 beschrieben, die am 27. Januar 1975 eingereicht und auf die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung übertragen-wurde; der Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung wird auch in die vorliegende Beschreibung eingeführt.

Eine dem Karten-Transformationssystem nach Fig. 11 (a) äquivalente Abtastung ist in Fig. 11 (b) dargestellt. Ein schmaler Licht (Laser)-Strahl 102 tritt längs der optischen Achse der Linse 92 ein, wobei das optische Element 90 in Richtung des Pfeils 104 über den Lichtstrahl 102 bewegt wird. Rund um die Ebene 100 wird nun bei der Abtastung das gleiche.Muster wie in Fig. 11 (a) erzeugt.

Die Ablenkung © , die in der Beugung erster Ordnung des Beugungselementes mit einer Raumfrequenz ν erreicht wird, ist durch die Gleichung

sinQ = λ ν

gegeben. Bei diesen Elementen stellt ν (x,y)' den entscheidenden Parameter dar.-Variationen der prismatischen und'Linseneffekte über den einzelnen Bauteilen werden durch eine^:geeignete örtliche Änderung der Frequenz der Gitterstruktur eingeführt, wie oben und in der zuvor erwähnten schwebenden Anmeldung· erläutert wurde.

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Ein weiterer Aufbau einer für die Praxis verwendbaren Abtasteinrichtung ist in Fig. 12 dargestellt. Das optische Beugungs (holographische)-Element 106 ist als ringförmiger Sektor auf einer Scheibe 108 geformt, die sich in Richtung eines Pfeils 110 dreht. Das rechnererzeugte Hologramm in der Figur ist ein 2~\f Sektor, d.h., pro Umdrehung der Scheibe Io8 wird eine Abtastzeile gebildet. Gemäß der Anmeldung und unter Berücksichtigung von Dimensionsbetrachtungen kann das Hologramm loG einen Sektor von 2jf/η einnehmen, so daß n-Abtastungen pro Umdrehung möglich sind. Aufgrund der Matur der Brechungselemente können mehrere solcher Brechungselemente übereinander auf dem gleichen Aufzeichnungsmedium angeordnet werden, um gleichzeitig mehrere unabhängige Abtastmuster zu erzeugen (d.h., die in dar Figur erzeugten Abtastzeilen 112 und 114). Durch geeignete Positionierung eines Haskenelernentes wird entweder die Abtastzeile 112 oder die Abtastzeile 114 maskiert bzw. abgedeckt, so daß die jeweils übrigbleibende Abtastzeile für die Abtastung einer Oberfläche eingesetzt v/ird. Ein Laserstrahl 116 wird durch das CGH Io6 gebeugt, so daß der gebeugte Strahl durch eine Linse 118 in der Frequenzebene fokussiert werden kann.

Figur 13 (a) stellt ein rechnererzeugtes Hologramm dar, während Fig. 13 (b) das entsprechende Abtastmuster zeigt. Eine Translationsbewegung des rechnererzeugten Hologramms über einen Laserstrahl bewirkt, wie oben beschrieben wurde, daß sich der gebeugte Strahl. in einer Spirale verschiebt.

Fig. 14 stellt zusätzliche zweidimenaionale Abtastun—. gen dar, wobei die zur .Erzeugung ,der Äbtastmuster eingesetzten rechnererzeugten Hologramme den Hologrammen ähneln, wie .sie in Fig. 13 (a) gezeigt sind. Eine Translationsbewegung des rechnererzeugten Hologramms

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bewirkt die aufeinanderfolgende Abtastung der dargestellten Muster.

Bei den oben beschriebenen, rotierenden Gitter-CGH¹s mit variabler Ortsfrequenz wird die Zahl der abgetasteten Punkte durch 2\) w bestimmt, wobei 0 die maximale Ortsfrequenz des Gitters längs der abgetasteten Richtung ist. Wenn die Aufzeichnung des CGH mit einem fokussierten Laserstrahl durchgeführt wirrt, beträgt ein typischer Wert für y 300 1/rnrn. Sogar mit einer Strahlbreite w von 20mm, können 12.000 Punkte von der Abtasteinrichtung erhalten werden. Die Zahl der Punkte kann durch Verwendung größerer Werte für w noch weiter gesteigert werden. Für ein CGH, das der außeraxialen sphärischen Zonenplatte ähnelt, muß jedoch" die Länge L größer als Qw sein. Dies bedeutet, daß die Zahl der abgetasteten Punkte in einer Beziehung zu der Abtastgeschwindigkeit steht. Wenn es sich als Alternative hierzu bei dem CGH um eine außeraxiale zylindrische Zonenplatte handelt, wie oben erläutert wurde, dann stehen L. und w in keiner Beziehung zueinander. Dies bedeutet, daß die Abtastgeschwindigkeit unabhängig von w ist.

Wenn das CGH dazu verwendet wird, einen Lasersträhl mit einer Wellenlänge in sichtbarem Bereich abzutasten, werden der maximale Ablenkungswinkel und die Zahl der abgetasteten Punkte durch die Bandbreite der Auswertungsbzw* Auftragungseinrichtung begrenzt, die für die Herstellung des .CGH eingesetzt wird. Wenn jedoch das CGH dazu verwendet wird, einen- Strahl von einem COp-Laser abzutasten, der eine -Wellenlänge von 10,.6 jüjn hat, wird, die· Anforderung an die Bandbreite der Auftragungseinrichtung wenigstens um das Zwanzigfache verringert.

Bei den mechanischen Abtasteinrichtungen mit mehfflä— chigen Abtastelementen, wie sie bisher verwendet wurden, steht der Abtastwinkel in einer Beziehung zu dem Winkel,

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der sich von jeder Seitenfläche zu der Drehachse erstreckt. Die Abtastgeschwindigkeit einer solchen Abtasteinrichtung ' kann durch Verwendung einer größeren Zahl von Seitenflächen erhöht werden, Dann wird jedoch der Abtastwinkel kleiner. Bei der oben beschriebenen, holographischen Abtasteinrichtung hängt der Abtastv/inkel nur von der höchsten Ortsfrequenz in dem CGH ab. Wenn viele CGH¹s nacheinander bzw« in Folge auf dem gleichen Filmstück aufgezeichnet werden_? kann die Abtastgeschwindigkeit der Abtasteinrichtung ohne Änderung des Abtastwinkels erhöht werden.

Weil die Abtastung des Lichtstrahls in der Frequenzebene des CGH durchgeführt wird, ist die Abtastung unempfindlich gegenüber Bewegungen oder Lagen des CGH in einer zu der Abtastrichtung senkrechten Richtung. Diese Eigenschaft der Abtasteinrichtung kann für die Anzeige bzw. Darstellung von Farbbildern ausgenutzt v/erden. Ein mögliches Verfahren besteht darin, drei CGH¹S parallel auf dem gleichen Film aufzuzeichnen. Jedes CGH ist für eine der drei Grundfarben ausgelegt. Wenn die CGH¹s einzeln durch rote, grüne und blaue Laserstrahlen beleuchtet werden, kombiniert die Fokussierlinse in Fig. 4 die drei Strahlen, so daß eine einzige Abtastzeile entsteht, um Farbbilder darzustellen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird das CGH zuerst auf einen Film aufgezeichnet und dann für die Abtastung um eine Walze gewickelt. Das CGH kann auch durch interferometrische Techniken von seiner Filmaufzeichnung auf ein anderes Aufzeichnungsmaterial kopiert "werden, das bereits die für die Abtastung geeignete Geometrie hat Cbeispielsweise eine transparent Walze oder eine Scheibe). Wird die Wellenfront von dem CGH auf ein dickes Aufzeichnungsmaterial kopiert, so läßt sich die Beugungsleistung bzw. der Beugungswirkungsgrad eines Hologramms für die Anwendung als Abtastein-

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richtung weiter steigern.

-Patentansprüche-

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I

Claims

Patentansprüche

IJ System zur Abtastung eines Lichtstrahls über eine Oberfläche als eine Vielzahl von Lichtpunkten, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (16,5o), durch eine Linsenanordnung, die so angeordnet ist, daß sie durch das Licht von dieser Lichtquelle (16,50) bestrahlt wird und dieses Licht auf einen ersten Brennpunkt konvergiert, der sich auf einer vorherbestimmten Achse befindet, durch ein optisches Gitter (30) mit variabler Ortsfrequenz, das zwischen der Linsenanordnung und dem Brennpunkt angeordnet ist, und durch eine Vorrichtung zur Bewegung des optischen Gitters (30) relativ zu dem darauffallenden Licht, wobei eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Abtastbrennflecken, die relativ zu der vorherbestimmten Achse einen vorherbestimmten geometrischen Ort beschreiben, erzeugt wird, und wobei die Abtastpunkte eine Abtastzeile des vorherbestimmten geometrischen Ortes auf der Oberfläche bilden.
2.System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Gitter (30) ein rechnererzeugtes Hologramm (CGH) aufweist.
3. System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle einen Laser (16,50) aufweist.

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4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche gebogen ist, und daß die vorherbestimmten geometrischen Orte ihr entsprechen.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche die Oberfläche eines Dokumentes aufweist.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche die Oberfläche eines Photorezeptors aufweist.
7. System zur Abtastung eines Lichtstrahls über eine Oberfläche als eine Vielzahl von Lichtpunkten, gekennzeichnet durch eine punktfÖrmige Lichtquelle (16,50), durch ein optisches Gitter (30) mit variabler Ortsfre— quenz, das so angeordnet ist, daß es durch die punktförmige Lichtquelle (16,50) bestrahlt wird, weiterhin durch eine im Abstand von dem optischen Gitter (30) angeordnete Linse, um das durchfallende Licht auf einen ersten Brennpunkt zu konvergieren, der sich auf einer Ebene befindet, und durch eine Vorrichtung zur Bewegung des. optischen Gitters (30) relativ zu dem auffallenden Licht,' wobei eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Abtast-Brennflecken, die eine Abtastzeile in der Ebene beschreiben, erzeugt wird.

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8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die punktförnige Lichtquelle (50) in der Brennebene einer Linse gebildet wird, die in einem Laserstrahl angeordnet ist.
9. System nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Gitter (30) ein
rechnererzeugtes Hologramm (CGH) aufweist.
10. System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch
gekennzeichnet j daß der Brechwert des rechnererzeugten Hologramms (CGH) als Funktion der Lage der Licht-

•_ abtastpunkte geändert wird, wobei die Lichtpunkte in der Ebene fokussiert werden.
11. System nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche die Oberfläche eines Dokumentes aufweist.
12. System nach einem der Ansprüche.7 bis IQ, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche die Oberfläche eines Photorezeptors aufweist.
13. System zur Abtastung eines Lichtstrahls über eine Oberfläche als eine Vielzahl von Lichtpunkten, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (16,50), durch eine Einrichtung zur Modulation des Lichtes in Abhängigkeit von Informationen, die auf ein Medium

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aufgezeichnet werden, das sich in einer Ebene befindet, durch ein optisches Gitter (30) mit variabler Ortsfrequenz, das so angeordnet ist, daß das modulierte Licht auf das erste Gitter (30) fällt, durch eine Linsenanordnung zur Fokussierung des durch das optische Gitter (3o) durchgelassenen Lichtes zu einer vorherbestimmten Achse auf der Ebene, und durch eine Vorrichtung zur Bewegung des optischen Gitters (30) relativ zu dem auffallenden Licht, wobei eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Abtast-Brennflecken, die relativ zu der vorherbestimmten Achse einen vorherbestimmten geometrischen Ort beschreiben, erzeugt wird, und wobei die Abtastpunkte eine Abtastzeile der vorherbestimmten Orte auf der Oberfläche bilden.
14. System nach Anspruch- 13', dadurch gekennzeichnet, daß das optische Gitter (30) ein rechnererzeugtes Hologramm (CGH) aufweist.
15. System nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle einen Laser (50) aufweist.
16. System nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das rechnererzeugte Hologramm (CGH) auf einer transparenten Walze angebracht ist.
17. System nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch

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gekennzeichnet, daß die Oberfläche die Oberfläche eines Dokumentes auf v/eist.
18. System nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche die Oberfläche eines Photorezeptors aufweist.
19 .Verfahren zur Abtastung einer Lichtquelle über eine Oberfläche als eine Vielzahl von Lichtpunkten, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle (16,50) vorgesehen wird, daß das Licht von der Lichtquelle (16,50) zu einem ersten Brennpunkt konvergiert wird, der sich auf einer vorherbestimmten Achse befindet, daß ein optisches Gitter (30) mit variabler Ortsfrequenz zwischen einer Linsenanordnung und dem Brennpunkt angeordnet wird, und daß das optische Gitter (30) relativ zu der darauffallenden Strahlung bewegt wird, wobei eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Abtast—Brennflecken, die relativ zu der vorherbestimmten Achse eine vorherbestimmten geometrischen Ort beschreiben, erzeugt wird, und wobei die Abtastflecken eine Abtastzeile der vorherbestimmten geometrischen Orte auf der Oberfläche bilden.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Gitter ein rechnererzeugtes Hologramm (CGH) aufweist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche' 19 oder 20, da-

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durch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (16,50) einen Laser aufweist.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche gebogen ist, und daß die vorherbestimmten geometrischen Orte dieser Oberfläche entsprechen.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche die Oberfläche eines Dokumentes aufweist.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche die Oberfläche eines Photorezeptors aufweist»
25. Verfahren zur Abtastung einer Lichtquelle über eine Oberfläche als eine Vielzahl von Punkten, dadurch gekennzeichnet, daß eine punktförmige Lichtquelle (16,50) vorgesehen wird, daß ein optisches Gitter (30)'mit variabler Ortsfrequenz so angeordnet wird, daß es durch die punktförmige Lichtquelle (16,50) bestrahlt wird, daß das durch das optische Gitter (30) fallende Licht zu einem ersten Brennpunkt konvergiert wird, der sich auf einer Ebene befindet, und daß das optische Gitter (3o) relativ zu der auffatLenden Strahlung bewegt wird, wobei eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Abtast— Brennflecken, die eine Abtastzeile in der Ebene beschrei—

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ben, auf der Oberfläche erzeugt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die punktförmige Lichtquelle (16,50) in der Brennebene einer Linse erzeugt wird_? die in einem Laserstrahl angeordnet ist.
27.Verfahren nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnetj daß das optische Gitter (30) ein rechnererzeugtes Hologramm (CGH) aufweist.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechwert des rechnererzeugten Hologramms (CGH) als Funktion der Lage der Lichtabtastpunkte geändert wird, wobei die Lichtpunkte in der Ebene fokussiert werden.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche die Oberfläche eines Dokumentes aufweist.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche die Oberfläche eines Photorezeptors aufweist.
31. Verfahren zur Abtastung eines Lichtstrahls über eine Oberfläche als eine Vielzahl von Lichtpunkten, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle (16,50) vorgesehen

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wird, daß das Licht in Abhängigkeit von den Informationen moduliert wird, die auf ein in einer Sbene angeordnetes Medium aufgezeichnet werden sollen, daß ein optisches Gitter (30) mit variabler Ortsfrequenz so angeordnet wird, daß das modulierte Licht auf dieses Gitter fällt, daß die durch das optische Gitter (30) durchgelassene Strahlung zu einer vorherbestimmten Achse in der Ebene fokussiert wird, und daß das optische Gitter (30) relativ zu der auffalenden Strahlung bewegt wird, wobei eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Abtast-Brennflecken, die einen vorherbestimmten geometrischen Ort relativ zu der vorherbestimmten Achse beschreiben, erzeugt wird, und wobei die Abtastpunkte eine Abtastlinie der vorherbestimmten Orte auf der Oberfläche bilden.
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Gitter (30) ein rechnererzeixjies Hologramm (CGH) aufweist.
33. System nach einem der Ansprüche 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (16,50) einen Laser auf v/eist.
34. System nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche die Oberfläche eines Dokumentes aufweist.
35. System nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche die Oberfläche eines Photorezeptors aufweist.

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