DE3001653C2

DE3001653C2 -

Info

Publication number: DE3001653C2
Application number: DE3001653A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Minoura; Kazuhiro Yokohama Kanagawa Jp Hirayama
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1979-01-20
Filing date: 1980-01-17
Publication date: 1991-05-08
Also published as: JPS5598719A; JPS6123531B2; US4312588A; DE3001653A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Aufzeichnungsvorrichtung zum Aufzeichnen mittels mehrerer Laser-Teilstrahlenbündel gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Eine solche Aufzeichnungsvorrichtung ist bekannt (DE-OS 27 55 575). Bei dieser bekannten Aufzeichnungsvorrichtung kommt ein akusto-optischer Modulator zur Anwendung, der das auf ihn einfallende Strahlenbündel in mehrere Teilstrahlen bündel aufteilt. Dieser ermöglicht eine Hochgeschwindig keits-Aufzeichnung dadurch, daß durch gleichzeitiges Anle gen von Ultraschallwellen mit verschiedenen Frequenzen gleichzeitig mehrere voneinander unabhängig modulierte Teilstrahlenbündel erzeugt werden, so daß mit mehreren Strahlen gleichzeitig aufgezeichnet und abgetastet werden kann.

Bei einer Aufzeichnungsvorrichtung, bei der mit einem akusto-optischen Modulator und lediglich einem einzigen Strahlenbündel zur Aufzeichnung und Abtastung gearbeitet wird und demzufolge eine Ultraschallwelle nur einer einzigen Frequenz angelegt wird, wird die Intensität des Primär-Beugungslichtes maximal, wenn der Einfallwinkel des auf dem Modulator einfallenden Strahlenbündels so gewählt ist, daß das Primär-Beugungslicht dem optimalen Braggschen Winkel entspricht.

Im Gegensatz zu dem vorstehend erläuterten Fall wird der Einfallswinkel bei einem akusto-optischen Element, das eine Strahlenbündelaufteilung vornimmt, auf folgende Weise fest gelegt.

Die Fig. 1 zeigt die Abhängigkeit der Intensität des Primär-Beugungslichts von dem Einfallswinkel R für den Fall, daß der akusto-optische Modulator zwei verschiedene Frequenzen empfängt.

Die Kurven A und B entsprechen jeweils den Frequenzen ν A und ν B und haben jeweils Maximalpunkte. Folglich wird dann, wenn der Einfallswinkel entsprechend dem Maximalwert einer der Kurven gewählt wird, die Intensität für die andere Kurve unvermeidbar niedriger. Die beiden Teilstrah lenbündel mit derart unausgeglichenen Intensitäten ergeben an dem Aufzeichnungs-Material unterschiedliche Energiedichten, was einen Unterschied in der Dichte und/oder in dem Durchmesser der aufgezeichneten Punkte ergibt. Zur Vermeidung eines derartigen Unterschieds wird gemäß der Darstellung in Fig. 1 der Einfallwinkel zu R_o entsprechend dem Kreuzungspunkt der Kurven A und B gewählt, wodurch die den beiden Frequenzen entsprechenden Intensitäten einander gleich gewählt werden, so daß sich gleiche Punkte-Dichten und -Durchmesser ergeben. Da der genannte Einfallstrahl- Winkel R_o zur Erzielung gleicher Intensitäten bei den gebeugten Teilstrahlenbündeln nicht der maximalen Intensität für eine jeweilige Frequenz entspricht, ergibt eine eventuelle Abweichung des tatsächlichen Einfallswinkels von dem gewählten Winkel R_o einen Unterschied zwischen den Intensitäten, was gemäß der vorstehenden Erläuterung zu einem Unterschied der Punkte- Dichte oder des Punkte-Durchmessers führt.

Die Aufzeichnungsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbe griffs von Patentanspruch 1, bei der ein akusto-optischer Modulator verwendet wird und die Abtastung mit mehreren unabhängigen Teilstrahlenbündeln erfolgt, ist in der DE-OS 27 55 575 beschrieben, wobei deren optische Anordnung von dem Laser bis zu dem Modulator schematisch in Fig. 2 gezeigt ist, in welcher ein Laser 1, Linsen 2 und 3 für die Verengung des Strahlenbündel-Durchmessers und ein akusto- optischer Modulator 4 gezeigt sind. Die Strahlverengungs- Linsen 2 und 3 bilden ein afokales Linsensystem für die Verringerung des Durchmessers Bi des von dem Laser 1 her einfallenden Laser-Strahlenbündels auf einen Austritt strahl-Durchmesser Bo. Auf eine Änderung ΔR_i des Winkels hin, den das aus dem Laser 2 austretende Strahlenbündel mit der optischen Achse des Strahlverengers aus den Linsen 2 und 3 einschließt, zeigt der aus dem Strahlverenger austre tende und in den akusto-optischen Modulator eintretende Strahl eine Änderung ΔR_o des Einfallwinkels R_o gemäß folgender Beziehung:

ΔR_o = (Bi/Bo) × ΔR_i (1).

Somit wird bei der vorstehend erläuterten optischen Anord nung die Änderung ΔR_i des Winkels des aus dem Laser aus tretenden Strahlenbündels um Bi/Bo zu der Änderung ΔR_o des in den akusto-optischen Modulator eintretenden Strahlenbün dels vergrößert.

Durch die DE-OS 28 24 113 und die DE-OS 22 04 498 sind Auf zeichnungsvorrichtungen bekannt, bei denen dem optischen System der gattungsbildenden Aufzeichnungsvorrichtung ver gleichbare optische Systeme vorgesehen sind, die jedoch in gleicher Weise wie das optische System der gattungsbildenden Aufzeichnungsvorrichtung als afokale Strahlverenger ausgebildet sind. Durch die DE-AS 20 42 508 ist bei einer gattungsfremden Vorrichtung ein optisches System in Form einer Einzellinse bekannt, bei dem ein Strahlenbündel paralleler Strahlen von einem bewegbaren Spiegel aus auf das optische System gerichtet wird, dessen Abstand zum optischen System gleich der Brennweite desselben ist. Die Anordnung gemäß dieser Vorveröffentlichung hat jedoch ins gesamt zum Ziel, einen sich ändernden Winkel zu verstärken. Die US-PS 36 87 025 bezieht sich auf die Ausbildung einer fR-Linse. Soweit in dieser Veröffentlichung der Strahlen verlauf vor einem Ablenkspiegel der dort erläuterten Auf zeichnungsvorrichtung beschrieben ist, liefert das vorgesehene optische System einen kollimierten Strahl.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsge mäße Aufzeichnungsvorrichtung im Hinblick auf Intensitäts schwankungen zu verbessern, die durch Änderung der Richtung des auf dem Strahlenauslaß des Lasers austretenden Strah lenbündels verursacht sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Aufzeichnungs vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst, d. h. im wesent lichen dadurch, daß das zwischen dem Strahlauslaß des Lasers und dem Modulator angeordnete optische System ein konvergierendes optisches System ist und daß bestimmte Abstände zwischen dem Strahlauslaß, dem optischen System und dem Modulator eingehalten sind.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist erreicht, daß sich Änderungen des Winkels, unter dem das Strahlenbündel aus dem Strahlauslaß des Lasers austritt, auf den Einfall winkel des Strahlenbündels am Modulator weniger als bei der gattungsgemäßen Aufzeichnungsvorrichtung auswirken, was wiederum zur Folge hat, daß Dichte und Durchmesser der mit tels der Aufzeichnungsvorrichtung aufgezeichneten Punkte weniger störend durch im Betrieb auftretende oder toleranz bedingte Änderungen des Austrittwinkels des Strahlenbündels aus dem Laser beeinflußt werden.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist im Unter anspruch unter Schutz gestellt;
gemäß diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird der genannte Unterschied Δ S gleich Null gewählt, wobei vorzugsweise das konvergierende System ein telezentrisches System bildet, dessen Pupille an dem Strahlauslaß des Lasers liegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel für Intensitäten von mittels eines Mehrfach-Modulators modu lierten Teilstrahlenbündels zeigt.

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die ausschnittsweise ein Beispiel einer herkömmlichen Aufzeichnungsvorrichtung zeigt.

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die ausschnittsweise das Prinzip der erfindungsgemäßen Aufzeichnungsvorrichtung zeigt.

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht eines Ausführungsbei spiels der Aufzeichnungsvorrichtung.

Fig. 5 ist eine grafische Darstellung für den Vergleich der erfindungsgemäßen Aufzeichnungsvorrichtung mit einer her kömmlichen Vorrichtung.

Fig. 6 ist eine Abwicklungsdarstellung der Vorrichtung nach Fig. 4.

Fig. 7 ist eine grafische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen ΔS und Ri bei einem Ausführungsbeispiel der Auf zeichnungsvorrichtung zeigt.

Fig. 8 ist eine Ansicht eines Laserstrahl-Druckers, bei dem die Aufzeichnungsvorrichtung angewendet ist.

Bei der Aufzeichnungsvorrichtung gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 3 sind ein Laser 5, ein optisches System in Form einer Linse 6 und ein akusto-optischer Modu lator 7 so angeordnet, daß der Abstand von dem Strahlauslaß 5a des Lasers 5 bis zu der konvergierenden Linse 6 und der Abstand von dem optimalen Beugungspunkt 7a des Modulators 7 bis zu der Linse 6 beide gleich der Brennweite f1 derselben sind.

Falls sich das aus dem Laser 5 austretende Strahlenbündel - im folgenden auch kurz als "Strahl" bezeichnet - aus einer Normallage (Strahl Lo) um einen Winkel Δ Ri verschiebt (Strahl Li), wird im Vergleich zu einem normalen Einfall strahl Lo′ der Einfallstrahl Li′ an dem Modulator 7 in Richtung senkrecht zur optischen Achse der Linse 6 um eine Größe f1 · Δ Ri versetzt, jedoch bleibt der Einfallwinkel des Strahls Li′ in bezug auf den akusto-optischen Modulator 7 der gleiche wie derjenige des Strahls Lo′ in bezug auf den Modulator 7.

Das vorstehend beschriebene optische System bildet ein sog. telezentrisches System, dessen Pupille an dem Strahlenaus laß 5a des Lasers liegt, wodurch der Hauptstrahl der Strahlen nach dem Austreten aus der Linse 6 parallel zur opti schen Achse liegt, so daß die Richtung des aus der Linse 6 austretenden Strahls selbst dann unverändert bleibt, wenn sich der Strahlen-Einfallwinkel an der Linse 6 ändert.

Wie aus der folgenden Beschreibung deutlich wird, ist es jedoch in der Praxis nicht notwendig, ein derartig vollkom menes telezentrisches System zu schaffen.

Die Fig. 4 zeigt eine Aufzeichnungsvorrichtung, bei der eine Abtastvorrichtung verwendet ist, wobei der Laser 5, die konvergierende Linse 6 mit einer Brennweite f1, der akusto-optische Modulator 7 für die Erzeugung mehrerer Teilstrahlenbündel in Abhängigkeit von Ultraschallwellen mehrerer Frequenzen, eine Sammellinse 8 mit einer Brenn weite f2, eine Sammellinse 9 mit einer Brennweite f3, ein Dreh-Ablenkspiegel 10, eine Abbildungslinse 11 mit einer Brennweite f4 und ein fotoempfindliches Material 12 gezeigt sind.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Anordnung ist der Abstand von dem Strahlauslaß 5a des Lasers bis zu der Linse 6 zu f1 + ΔS angenommen, während der Abstand von der Linse 6 zu dem Modulator 7 gleich f1 gewählt ist, wobei die Abstände von dem Hauptpunkt der Linse 6 aus gemessen sind.

Falls bei dieser Anordnung der Strahl aus dem Strahlauslaß 5a, der von der Linse 6 den Abstand f1 + ΔS hat, seine Richtung um den Winkel ΔRi ändert, ergibt sich die Ände rung ΔRo des Strahlen-Einfallwinkel an dem Modulator 7 zu:

ΔRo = ΔS · ΔRi/f1 (2).

Wenn ΔS = 0 gilt, ist das vorstehend beschriebene System auf das in Fig. 3 gezeigte telezentrische System zurückge führt, bei welchem ΔRo ständig gleich Null ist.

Die Fig. 5 zeigt die Funktion der beschriebenen Aufzeich nungsvorrichtung, wobei die Linie g1 den Fall darstellt, daß zwischen dem Laser und dem Modulator gemäß der Darstellung in Fig. 2 entsprechend der Beziehung (1) ein Strahlverenger verwendet wird, während die Linie g2 den Fall darstellt, daß entsprechend der Beziehung (2) gemäß der Darstellung in Fig. 4 ein konvergierendes System in Form der Sammellinse 6 verwendet wird.

In der Fig. 5 ist die Änderung ΔRo des Strahlen-Einfall winkels an dem Modulator 7 auf der Ordinate als Funktion der Änderung ΔRi des Strahlen-Austrittswinkels aus dem Laser dargestellt. Falls die Größe ΔS so gewählt ist, daß sie der folgenden Bedingung genügt:

|ΔS| < (Bi/Bo) · f1 (3),

ergibt sich der Vorteil, daß der Wert ΔRo kleiner als der jenige ist, der mit einem Strahlverenger gemäß Fig. 2 erzielbar ist.

Allgemein kann die Änderung ΔRo des Strahlen-Einfallwin kels an dem akusto-optischen Modulator - verglichen mit der herkömmlichen Anordnung mit Strahlverenger - um einen Faktor (Bi/Bo)/(S/f1) kleiner gemacht werden, wobei Bi der Durchmesser des aus dem Laser austretenden Strahls ist, während Bo der Punktdurchmesser an dem optimalen Beugungs punkt in dem akusto-optischen Modulator der Aufzeichnungs vorrichtung ist.

Der optimale Wert dieses Punktdurchmessers Bo ist durch die Frequenz der an den Modulator angelegten Ultraschallwelle bestimmt.

Ferner wird der optimale Wert der Brennweite f1 der Linse 6 gemäß folgender Gleichung bestimmt:

f1 = π/4λ · Bi · Bo (4)

Durch Einsetzen dieser Gleichung (4) in die Gleichung (3) ergibt sich:

|ΔS| < (π/4λ) · B_i ² (5)

wobei λ die Wellenlänge des Laserstrahls ist.

Die Fig. 6 ist eine Abwicklungsansicht der Aufzeichnungs vorrichtung nach Fig. 4, wobei eine Trennung von zwei Strahlen um einen Abstand P an dem fotoempfindlichen Mate rial entsprechend zwei an den akusto-optischen Modulator angelegten Ultraschall-Frequenzen dargestellt ist. Wenn die beiden Ultraschall-Frequenzen an den Modulator mit einem Winkel Ro zwischen der Ausbreitungsrichtung der Ultraschallwellen und der optischen Achse des optischen Systems angelegt werden, werden zwei um einen Winkel ΔR_o′ voneinander entfernte Primärbeugungs-Strahlen 13 und 14 erzeugt, die an dem fotoempfindlichen Material fokussierte Punkte ergeben, welche voneinander um einen Abstand P ent fernt sind, der durch folgende Gleichung gegeben ist:

P = β · f2 · ΔR_o′ (6)

wobei β die zusammengesetzte Vergrößerung der optischen Anordnung aus der Sammellinse 9 und der Abbildungslinse 11 ist, durch die der Brennpunkt der Sammellinse 8 und das fotoempfindliche Material 12 zueinander konjugiert gehalten werden. Falls die Linse 8 und die Linse 9 ein (als Relais linsensystem bezeichnetes) afokales System bilden, ist der Wert β durch f4/f3 gegeben.

Im folgenden wird ein Zahlenbeispiel für die Aufzeichnungs vorrichtung angegeben.

Falls ein He-Ne-Laser mit einer Wellenlänge λ = 632,8 nm verwendet wird, wird aus der Gleichung (4) bei einem Strahlen-Austrittsdurchmesser Bi von 1,2 nm und einem Punktdurchmesser Bo von 0,15 mm in dem Modulator die optimale Brennweite f1 der Linse 6 zu 223,4 mm bestimmt, so daß gemäß der Gleichung (5) der Wert |ΔS| kleiner als 1787 mm sein soll. Dabei sind die Durchmesser definiert als doppel ter radialer Abstand zwischen der Achse des betrachteten Strahlenbündels und demjenigen Punkt, an dem die Intensität abgefallen ist auf 1/e² des Intensitätsmaximums, wobei e die Basis der natürlichen Logarithmen ist.

Die Tabelle 1 zeigt die relativen Intensitäten der gebeugten Strahlen 13 und 14 in Abhängigkeit von einer Änderung ΔR_o des dem Strahlen-Einfallwinkels an dem Modulator:

Tabelle 1

Die vorstehend angegebenen Schwankungen der Beugungs-Intensität ergeben Schwankungen der Lichtmenge, der das foto empfindliche Material ausgesetzt ist, und führen zu Ände rungen der aufgezeichneten Punktgröße.

Wenn gemäß den vorstehenden Ausführungen der Abstand zwischen dem Laser 5 und der Linse 6 so gewählt wird, daß die Bedingung

|ΔS| < 1787 mm

erfüllt ist, sind für das Zahlenbeispiel die Beugungs- Intensitäten des akusto-optischen Modulators den mit dem herkömmlichen Strahlverenger erzielbaren überlegen.

Es sei angenommen, daß größere Schwankungen der Beugungs- Intensität als in der Tabelle 1 angegeben sind, nicht erfolgen sollen. Durch Einfügen von f1 = 223,4 und ΔR_o < 1 × 10^-3 in die Gleichung (2) erzielt man daher:

ΔS · ΔRi < 223,4 × 10^-3 (7)

was in Fig. 7 grafisch dargestellt ist.

Wie schon ausgeführt wurde, lautet die Bedingung für die Erzielung eines besseren Ergebnisses im Vergleich zu dem herkömmlichen Strahlverenger:

ΔS < 1787 mm (8)

Da ferner der Abstand von dem Strahlauslaß des Lasers bis zu der Linse 6 positiv sein muß, ist folgende Bedingung zu erfüllen:

ΔS < -f1 = -223,4 mm (9)

Diese Bedingungen (7), (8) und (9) sind in den gestrichelten Bereichen in Fig. 7 erfüllt.

Die Fig. 8 zeigt schematisch den grundsätzlichen Aufbau eines Rechnerausgabe-Druckers, bei dem die beschriebene Aufzeichnungsvorrichtung verwendet wird. Bei diesem Drucker wird der von dem Laser abgegebene Laserstrahl über ein kon vergierendes optisches System 22 gemäß den vorstehenden Ausführungen in den akusto-optischen Modulator 7 eingegeben, in welchem im Ansprechen auf aus einem nicht gezeigten Rechner aufgenommene Signale eine Strahlenmodu lation erfolgt. Die aus dem Modulator 7 austretenden mehreren modulierten Strahlen werden mittels eines afokalen optischen Systems 24 aufgeweitet, damit der Durchmesser der aufgezeichneten Punkte klein ist, und treffen auf den poly gonalen Dreh-Ablenkspiegel 10, der eine oder mehrere Spiegelflächen hat und mittels eines Antriebsmechanismus 25 gedreht wird. Die mittels dieses Dreh-Ablenkspiegels 10 in eine horizontale Schwenkbewegung versetzten Strahlen werden durch eine Abbildungslinse 11 mit fR-Charakteristik als Punkte auf einer fotoempfindlichen Trommel 28 fokussiert.

Die gemäß den vorstehenden Ausführungen modulierten und abgelenkten Laserstrahlen werden auf die fotoempfindliche Trommel 28 gerichtet und durch ein bekanntes elektrofoto grafisches Verfahren in ein sichtbares Bild umgesetzt, das dann auf gewöhnliches Papier 33 übertragen und an diesem als Hartkopie fixiert wird. Die an sich bekannten übrigen Elemente des Druckers werden hier nicht weiter erläutert.

Claims

1. Aufzeichnungsvorrichtung zum Aufzeichnen mittels meh rerer Laser-Teilstrahlenbündel,
mit einem ein Strahlenbündel abgebenden Laser,
einem akusto-optischen Modulator, der das auf ihn ein fallende Strahlenbündel in die Teilstrahlenbündel aufteilt und diese zwecks Aufzeichnung zugleich unabhängig voneinander moduliert,
und einem optischen System, das zwischen dem Strahlauslaß des Lasers und dem Modulator angeordnet ist und den Durchmesser des Strahlenbündels beim Einfall auf den Modulator im Vergleich zum Durchmesser des Strahlenbündels beim Einfall auf das optische System verkleinert, dadurch gekennzeichnet,
daß das optische System ein konvergierendes optisches System (6, 22) ist und derart zwischen dem Laser (5) und dem Modulator (7) angeordnet ist,
daß sein Abstand zu dem Modulator (7) durch die Brennweite (f1) des optischen Systems gegeben ist und daß sein Abstand zum Strahlauslaß (5a) im Bereich der Brennweite (f1) des optischen Systems liegt,
wobei der Unterschied (ΔS) zwischen dem Abstand zum Strahlauslaß und der Brennweite (f1) des optischen Systems folgender Bedingung genügt: |ΔS| < π · Bi²/4λund wobei Bi der Durchmesser des auf das optische System einfallenden Strahlenbündels und λ dessen Wellenlänge ist.

2. Aufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Unterschied (ΔS) zwischen dem Abstand zum Strahlauslaß (5a) und der Brennweite (f1) des optischen Systems gleich Null ist.