DE3321482A1 - Scanning device having a holographic deflecting device - Google Patents

Scanning device having a holographic deflecting device

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DE3321482A1
DE3321482A1 DE19833321482 DE3321482A DE3321482A1 DE 3321482 A1 DE3321482 A1 DE 3321482A1 DE 19833321482 DE19833321482 DE 19833321482 DE 3321482 A DE3321482 A DE 3321482A DE 3321482 A1 DE3321482 A1 DE 3321482A1
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Naoto Inagi Tokyo Kawamura
Tetsuro Yokohama Kanagawa Kuwayama
Kanehiro Sorimachi
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Abstract

A scanning device, in which a holographic deflecting device is used, has a hologram which is recorded on a rotary disc, a device by means of which light beams are directed onto the hologram, and an optical device with a distortion which has the effect that light beams emerging from the hologram move linearly on a surface that is to be covered.

Description

Abtastvorrichtung mit einer holographischen AblenkvorrichtungScanning device with a holographic Deflector

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abtastvorrichtung mit einer holographischen Ablenkvorrichtung zum Ablenken von Lichtstrahlen mittels eines Hologramms für eine Abtastbewegung zur Verwendung in einem Aufzeichnungsgerät nie einem Kopiergerät oder einem Sichtanzeigegerät.The invention relates to a scanning device with a holographic deflection device for deflecting light beams by means of a hologram for a scanning movement for use in a recorder never one Copier or a display device.

Im allgemeinen wird in einem Laserstrahldrucker oder einer Laserstrahl-Sichtanzeigevorrichtung zum Aufzeichnen oder Darstellen eines Bilds durch Ablenken von Lichtstrahlen zu einer Abtastbewegung ein Galvanometerspiegel oder em PoIygonaldrehspiege1 verwendet. Bei einem Galvanometerspiegel ist es jedoch gewöhnlich schwierig, eine lineare Abtastung unter hoher Geschwindigkeit herbeizuführen, so daß daher normalerweise ein Galvanometerspiegei nur zur AbtastungGenerally used in a laser beam printer or a Laser beam display device for recording or Representation of an image by deflecting light rays to a scanning movement of a galvanometer mirror or a polygonal rotating mirror1 used. With a galvanometer mirror however, linear scanning is usually difficult to bring about at high speed, so that therefore normally a Galvanometerpiegei only for scanning

- 4 - DE 3082- 4 - DE 3082

mit geringer Geschwindigkeit verwendet wird. Andererseits muß bei einem System mit einem Polygonaldrehspiegel ein schweres Material wie Glas oder Metall in Umlauf versetzt werden, so daß bei einem solchen System Probleme insofern auftreten, als das Trägheitsmoment groß wird und die Drehzahl begrenzt ist, während des Umlaufs eine Flächenverformung durch Schwerkraft bzw. Schwungkraft entsteht und eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit wie beispielsweise hinsichtlich des Neigungswinkels einer jeden Fläche oder der Flächengenauigkeit zu sehr hohen Kosten führt.is used at low speed. on the other hand must be in a system with a polygonal rotating mirror Heavy material such as glass or metal are put into circulation, so that there are problems with such a system occur when the moment of inertia becomes large and the Speed is limited, a surface deformation during rotation by gravity or centrifugal force and an improvement in performance such as leads to a very high cost in terms of the inclination angle of each surface or the surface accuracy.

Als Verfahren zum Lösen dieser Probleme ist aus der JP-OS 161211/1980 ein Verfahren bekannt, bei dem eine holographische Ablenkvorrichtung verwendet wird. Diese holographischeAs a method for solving these problems, JP-OS 161211/1980 known a method in which a holographic Deflector is used. This holographic

Ablenkvorrichtung weist gemäß der Darstellung in Figur 1 der Zeichnung ein räumliches Hologramm oder ein Relief-Hologramm 2 an einer dünnen Drehscheibe 1 auf und lenkt Lichtstrahlen zur Abtastbewegung dadurch um, daß die Scheibe um eine Drehachse 3 herum in Umlauf versetzt wird; dieseAccording to the illustration in FIG. 1 a spatial hologram or a relief hologram of the drawing 2 on a thin turntable 1 and deflects light beams for scanning movement by the fact that the disc is set in rotation about an axis of rotation 3; these

Ablenkvorrichtung hat Aufmerksamkeit als eine Lichtablenkvorrichtung erregt, welche kompakt, leicht, sowohl für die Massenproduktion als auch für den Betrieb mit hoher Drehzahl geeignet und preiswert ist.Deflector has attention as a light deflector energized, which are compact, lightweight, both for mass production and for high speed operation is suitable and inexpensive.

Diese holographische Abtastvorrichtung bzw. Ablenkvorrichtung, die die vorstehend angeführten Vorteile hat, hat jedoch andererseits die nachstehenden Unzulänglichkeiten:This holographic scanning device or deflection device, which has the advantages listed above, however, has the following shortcomings on the other hand:

(a) Die Richtung der auf das Hologramm 2 fallenden .(a) The direction of those falling on the hologram 2 .

Lichtstrahlen ist begrenzt;Light rays is limited;

(b) wenn eine Abbildungslinse verwendet wird, ist deren optische Achse in bezug auf die Oberfläche des Hologramms 2 geneigt; und(b) when an imaging lens is used is the optical axis thereof inclined with respect to the surface of the hologram 2; and

..

"1 l':\ I Γ: ·:'":. ": 332U82"1 l ': \ I Γ: ·:'" :. ": 332U82

- 5 - DE 3082- 5 - DE 3082

(c) der Beugungswinkel der Lichtstrahlen ist groß und es ist schwierig, ein Relief-Hologramm herzustellen.(c) the diffraction angle of the light rays is large and it is difficult to make a relief hologram.

D.h., bei dieser holographischen Ablenkvorrichtung ist der Einfallwinkel 8i der auf das Hologramm 2 fallenden Lichtstrahlen Li auf einen besonderen Wert beschränkt, damit die Linearität der in der Ablenkrichtung austretenden Lichtstrahlen Ld eingehalten ist. Diese Beschränkung hinsichtlich des Ei nf allvi/inke Is 9i ergibt im praktischen Einsatz eine Beschränkung hinsichtlich des Lagezusammenhangs zwischen der Lichtquelle und der holographischen Ablenkvorrichtung. Ferner ist die optische Achse der Abbildungslinse so zu legen, daß sie mit dem Hauptstrahl der Austritts-Lichtstrahlen Ld zusammenfällt und bezüglich der Drehachse 3 der Drehscheibe 1 nicht parallel, sondern schräg steht; daher ist im Falle der Heßgeräteausrüstung die Auslegung schwierig und es ist in manchen Fällen unmöglich, einen Freiraum sicherzustellen. Ferner betragen bei dieser holographischen Ablenkvorrichtung der Einfallwinkel Bi und der Austrittswinker Bd in bezug auf die Oberfläche des Hologramms 2 ungefähr 45° und es ist als Beugungswinkel des Lichts ein Ablenkwinkel von ungefähr 90° in bezug auf die Richtung der einfallenden Lichtstrahlen Li erforderlich, so daß beispielsweise bei der holographischen Ablenkvorrichtung mit der Gestaltung der Oberfläche als Relief oder Gitter der Ablenkwinkel zu groß ist und die Herstellung einer solchen Ablenkvorrichtung schwierig ist. Falls die Ablenkvorrichtung trotzdem hergestellt werden kann, kann sie nicht als praktisch einsetzbar bezeichnet werden, da der Energie-Wirkungsgrad sehr gering ist.That is, in this holographic deflector, the Angle of incidence 8i of the light rays falling on the hologram 2 Li limited to a special value, so that the linearity of the light rays emerging in the deflection direction Ld is complied with. This limitation with regard to the Einfallvi / inke Is 9i results in practical use Restriction with regard to the positional relationship between the light source and the holographic deflection device. Furthermore, the optical axis of the imaging lens is so too place them with the chief ray of the exit light rays Ld coincides and with respect to the axis of rotation 3 of the Turntable 1 is not parallel, but inclined; therefore, in the case of the heater equipment, the design is difficult and in some cases it is impossible to have a free space to ensure. Furthermore, in this holographic deflector, the angle of incidence Bi and the exit angle Bd with respect to the surface of the hologram 2 are approximately 45 ° and it is a deflection angle of about 90 ° with respect to the direction as the diffraction angle of the light of the incident light rays Li required so that for example in the case of the holographic deflection device with the design of the surface as a relief or grid the deflection angle is too large and such a deflector is difficult to manufacture. If the deflector can be produced anyway, it cannot be called practical because of the energy efficiency is very low.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abtastvorrichtung mit einer holographischen Ablenkvorrichtung /u schaffen, bei der die Linearität der Ablenkung erzielbarThe invention is based on the object of a scanning device with a holographic deflector / u create where the linearity of the deflection can be achieved

- 6 - DE 3082- 6 - DE 3082

ist, ohne daß bezüglich des Hologramms der Einfallwinkel und der Austri ttswinkel eingeschränkt sind.is without the angle of incidence with respect to the hologram and the exit angle are restricted.

Ferner soll mit der Erfindung eine Abtastvorrichtung mit einer holographischen AbIenkuorrichtung geschaffen werden, die es ermöglicht, daß ein eine abzutastende Fläche überstreichender Strahlenpunkt sich mit einer bezüglich des Umlaufs des Hologramms gleichförmigen Geschwindigkeit bewegt.
y
A further aim of the invention is to create a scanning device with a holographic scanner which enables a beam point sweeping over an area to be scanned to move at a uniform speed with respect to the rotation of the hologram.
y

Bei der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung mit der holographischen Ablenkvorrichtung wird die Nichtlinearitat der aus dem Hologramm austretenden Lichtstrahlen dadurch ausgeschaltet, daß die Verzeichnung eines optischen Abbildungs-ο In the scanning device according to the invention with the holographic Deflection device is the non-linearity of the light rays emerging from the hologram are switched off in that the distortion of an optical imaging ο

systems genutzt wird. Ferner wird die Gleichförmigkeit dersystems is used. Furthermore, the uniformity of the

Geschwindigkeit dadurch erreicht, daß das Hologramm derSpeed achieved in that the hologram of

holographischen Ablenkvorrichtung nichtlinear gestaltet wird.holographic deflector is designed non-linear.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.The invention is explained below on the basis of exemplary embodiments explained in more detail with reference to the drawing.

Figur 1 ist eine Darstellung einer holographischen -r- Ablenkvorrichtung.Figure 1 is a representation of a holographic deflector -r-.

Figur 2 zeigt eine Ausführungsbeispiel der Abtastvorrichtung mit einer holographischen Ablenkvorrichtung.Figure 2 shows an embodiment of the scanning device with a holographic deflector.

QQ Figuren 3A bis 3G zeigen Verzeichnungskennlinien der in Figur 2 gezeigten Abtastvorrichtung.QQ Figures 3A to 3G show distortion characteristics of the scanning device shown in FIG.

Figur 4 stellt Verzeichnungskennlinien nach Figur 3 in bezug auf die Bildhöhe und den Einfallwinkel dar.FIG. 4 shows distortion characteristics according to FIG. 3 in relation to the image height and the angle of incidence.

- 7 - DE 3082- 7 - DE 3082

Figur 5 ist eine graphische Darstellung, die denFigure 5 is a graph showing the

Zusammenhang zwischen dem Einfallwinkel und dem Austrittswinkel der in Figur 2 gezeigten holographischen Ablenkvorrichtung zeigt.
5
Shows the relationship between the angle of incidence and the angle of exit of the holographic deflection device shown in FIG.
5

Figur 6 zeigt eine holographische Ablenkvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Abtastvorrichtung.Figure 6 shows a holographic deflection device according to an embodiment of the scanning device.

Figur 7 veranschaulicht die Gestaltung des Hologramms der in Figur 6 gezeigten holographischen Ablenkvorrichtung.FIG. 7 illustrates the design of the hologram of the holographic deflection device shown in FIG.

Beschreibt man das Funktionsprinzip der holographischen Ablenkvorrichtung nach Figur 1, so stellt ein Hologramm 2One describes the principle of operation of the holographic Deflection device according to FIG. 1, a hologram 2

ein Beugungsgitter aus geraden Linien mit gleichen Teilungs-15 a diffraction grating made up of straight lines with equal pitch 15

abständen dar. Ein solches Hologramm 2 kann ein räumliches Hologramm oder ein Oberflächengestaltungs-Hologramm der Gitter-Ausführung sein. Es sei nun der jeweilige Teilungsabstand des durch das Hologramm 2 gebildeten Beugungsgitters mit ρ bezeichnet. Wenn unter Verwendung des in Figur 1 gezeigten Koordinatensystems der Lichtstrahlenvektor der einfallenden Lichtstrahlen Li zuSuch a hologram 2 can be a spatial Hologram or a surface design hologram of the Be lattice execution. It is now the respective pitch of the diffraction grating formed by the hologram 2 is denoted by ρ. When using the in Figure 1 of the coordinate system shown, the light ray vector of the incident light rays Li

IK = ( ΐ, m, n)IK = ( ΐ, m, n)

= (cos θϊ, sin Bi, 0) ... (1)= (cos θϊ, sin Bi, 0) ... (1)

definiert ist, die Wellenlänge des Lichts '\(μιη) ist, die Beugungsordnung N ist, der Drehwinkel des Hologramms 2 gleich φ ist und der Zustand, bei dem das Beugungsgitter des Hologramms 2 mit der Z Achse zusammenfällt, durch ^=O gegeben ist, dann ergibt sich der Lichtstrahlenvektor IK1 der 30is defined, the wavelength of the light is' \ (μιη), the diffraction order is N, the angle of rotation of the hologram 2 is φ and the state in which the diffraction grating of the hologram 2 coincides with the Z axis is given by ^ = O , then the light ray vector IK 1 of 30 results

austretenden Lichtstrahlen Ld aus der folgenden Gleichung:emerging light rays Ld from the following equation:

IK1 = ( V , m1, n') ... (2)IK 1 = ( V , m 1 , n ') ... (2)

wobei X1, m1 und n1 durch die folgenden Gleichungen gegeben sind:
35
where X 1 , m 1 and n 1 are given by the following equations:
35

- 8 - DE 3082- 8 - DE 3082

V = Il - (m·)2 - (n')2}1/2 ... (3) m· = sin θί + (NA/p)cos φ ... (4) η· = -(NX/p)sin φ ... (5) V = Il - (m) 2 - (n ') 2 } 1/2 ... (3) m = sin θί + (NA / p) cos φ ... (4) η = - (NX / p) sin φ ... (5)

Wenn nun die Beugungsordnung N nur die erste Ordnung ist und die Wellenlänge ^ konstant ist, kann der Vektor bzvi/. die Richtung IK1 der austretenden Lichtstrahlen Ld als eine Funktion des Drehwinkels Φ mit dem Einfallwinkel 8i der einfallenden Lichtstrahlen Li und dem Teilungsabstand ρ als Parameter ausgedrückt vi/erden.If the diffraction order N is only the first order and the wavelength ^ is constant, the vector bzvi /. the direction IK 1 of the exiting light rays Ld as a function of the angle of rotation Φ with the angle of incidence 8i of the incident light rays Li and the pitch ρ expressed as a parameter vi / earth.

Andererseits besteht zwischen dem Teilungsabstand p, der Wellenlänge λ , dem Einfallwinkel Si und dem Austrittswinkel 8d der folgende Zusammenhang: On the other hand, there is between the pitch p, the Wavelength λ, the angle of incidence Si and the angle of exit 8d the following relationship:

sin ei + sin 9d = Νλ/ρ ... C6)sin ei + sin 9d = Νλ / ρ ... C6)

Daraus kann ρ ermittelt werden, wenn Bi und Bd bestimmt sind.From this, ρ can be determined if Bi and Bd are determined are.

Die Koordinaten Z und Y eines auf einer abzutastenden Fläche wie beispielsweise einem Aufzeichnungsmaterial an einer Stelle in einem Abstand F vqn dem Hologramm 2 gebildeten Lichtbilds sind gegeben durch:The Z and Y coordinates of a surface to be scanned such as a recording material a point at a distance F from the hologram 2 formed Photographs are given by:

Y = F. ImVA1I ... (8)Y = F. ImVA 1 I ... (8)

Die Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Abtastvorrichtung mit der holographischen^ Ablenkvorriehtung. In Figur 2 usw. bezeichnen den Bezugszeichen in Figur 1'gleichartige Bezugszeichen gleiche Elemente.Figure 2 shows an embodiment of the scanning device with the holographic deflection device. In Figure 2 etc. denote the same reference numerals in Figure 1 ' Identical elements are referenced.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist an der hus- In the embodiment of Figure 2 is on the house

332Η82332-82

- 9 - DE 3082- 9 - DE 3082

trittsfläche des Hologramms 2 eine Abbi1dungslinse 10
mit einer optischen Achse 0 angebracht, welche parallel zu der Drehachse der Drehscheibe 1 verläuft.
the step surface of the hologram 2 is an imaging lens 10
attached with an optical axis 0, which runs parallel to the axis of rotation of the turntable 1.

Es ist nun vorauszusetzen, daß die Verzeichnungseigenschaften der Abbildungslinse 10 durchIt is now assumed that the distortion properties the imaging lens 10 through

y = g(6) = F.(e + a3e3 + a5e5 + a?e7 + ..)y = g (6) = F. (e + a 3 e 3 + a 5 e 5 + a ? e 7 + ..)

... (9)
gegeben sind, wobei θ der Einfallwinkel an der Abbildugslmse 10 ist und F die Brennweite der Abbildungslinse bzu/. des Abbildungsobjektivs ist. Wenn 8' = cos" (.£' ) gilt, ist die Lage Y!, Z' eines dabei auf der Abbildungsebene gebildeten Lichtbilds gegeben durch:
... (9)
are given, where θ is the angle of incidence at the imaging lens 10 and F is the focal length of the imaging lens bzu /. of the imaging lens. If 8 '= cos "(. £') applies, the position Y !, Z 'of a light image formed on the imaging plane is given by:

Ζ' - gt8')-n'.{(m.)2 + (η·)2Γ1/2 ^ (ιΐ) Ζ '- gt8') - n '. {( M. ) 2 + ( η ·) 2 Γ 1/2 ^ (ιΐ)

Aus diesen Gleichungen ist ersichtlich, daß die Lage Y', Z' des Lichtbilds durch die Verzeichnungseigenschaften
der Abbildungslinse 10 beeinflußt ist.
It can be seen from these equations that the position Y ', Z' of the light image is determined by the distortion properties
the imaging lens 10 is affected.

Die Figuren 3A bis 3G veranschaulichen Abtastlinien beiFigures 3A to 3G illustrate scan lines at

der Abtastung mit dem Lichtbild in diesem Fall, wobei in 25the scanning with the light image in this case, wherein in 25

diesen Figuren eine Abweichung in der Richtung der Y-Achse in bezug auf den Abtastbereich in der Richtung der Z-Achse mit dem Austrittswinkel Bd als Parameter für verschiedene Einfallwinkel θι des Halogramms 2 aufgetragen ist. BeiIn these figures, a deviation in the Y-axis direction with respect to the scanning range in the Z-axis direction with the exit angle Bd as a parameter for various Angle of incidence θι of the halogram 2 is plotted. at

„-. dieser Berechnung sind jedoch die Werte F = 100 (mm),"-. of this calculation, however, are the values F = 100 (mm),

Λ = 0,8 μπι und N = I vorausgesetzt, wobei der Ursprung der Y-Achse die Lage des Lichtbilds bei ^=O einnimmt. Die Figuren 3A bis 3D betreffen einen Fall, bei dem für die Verzeichnungseigenschaften a, = a,- = a7 = 0 gilt,Assuming Λ = 0.8 μπι and N = I, the origin of the Y-axis taking the position of the light image at ^ = O. Figures 3A to 3D relate to a case in which the distortion properties a, = a, - = a 7 = 0,

ο,- während die Figuren 3E bis 3G einen Fall betreffen, beiο, - while Figures 3E to 3G relate to a case

- 10 - DE 3082- 10 - DE 3082

dem für die Verzeichnungseigenschaften a, = 0,5, a,. = 0,33 und a- = 0 gilt.that for the distortion properties a, = 0.5, a ,. = 0.33 and a- = 0 applies.

c Figur 4 ist eine graphische Darstellung, in welcher die dabei auftretende Verzeichnung aufgetragen ist. In der Figur 4 ist auf der Ordinate die Bildhöhe y aufgetragen, während auf der Abszisse der Einfallwinkel Gi aufgetragen ist. Eine Kennlinie « entspricht der aus den Gleichungen jQ (7) und (8) ermittelten Lage Y, Z und veranschaulicht den Fall, daß y = F« tan8 gilt, eine Kennlinie β veranschaulicht den Fall, daß gemäß den Figuren 3A bis 3Dy= F.B gilt, und eine Kennlinie y veranschaulicht den Fall, daß gemäß den Figuren 3E bis 3G y = F'(8 + Ο,5Θ3 + 0,3385) gilt.c FIG. 4 is a graphic representation in which the distortion that occurs is plotted. In FIG. 4, the image height y is plotted on the ordinate, while the angle of incidence Gi is plotted on the abscissa. A characteristic curve corresponds to the position Y, Z determined from equations jQ (7) and (8) and illustrates the case that y = F tan8 applies, a characteristic curve β illustrates the case that according to FIGS. 3A to 3Dy = FB applies, and a characteristic curve y illustrates the case in which, according to FIGS. 3E to 3G, y = F '(8 + Ο, 5Θ 3 + 0.338 5 ) applies.

Die Figur 5 ist eine graphische Darstellung, in der aus der vorstehend beschriebenen Analyse der Zusammenhang zwischen dem Einfallwinkel Oi und dem optimalen Austrittswinkel 9d aufgetragen ist. In der Figur 5 entspricht eine Kurve B dem Fall gemäß den Figuren 3A bis 3D, während eine Kurve C dem Fall gemäß den Figuren 3E bis 3G entspricht; auf der Kurve C ist für die Bedingung Bi = Bd der Wert 8i = Bd = 41° zu ermitteln. Aus den Figuren 3, 4 und 5 sind die folgenden Gegebenheiten ersichtlich:FIG. 5 is a graph showing the relationship between the angle of incidence Oi and the optimal exit angle 9d is applied. In FIG. 5, one corresponds to Curve B corresponds to the case according to FIGS. 3A to 3D, while a curve C corresponds to the case according to FIGS. 3E to 3G; on curve C is the value for the condition Bi = Bd 8i = Bd = 41 ° to be determined. From Figures 3, 4 and 5 the following conditions can be seen:

,,

(d) Der Zusammenhang zwischen dem Einfallwinkel θί(d) The relationship between the angle of incidence θί

und dem optimalen Austrittswinkel Bd, der die Linearität der Abtastlinie des Lichtbilds ergibt, ändert sich mit den Verzeichnungseigenschaften der Abbildungslinse 10;and the optimal exit angle Bd, which is the linearity the scan line of the light image changes with the distortion properties of the imaging lens 10;

ου . (e) der optimale Austrittswinkel Sd wird gemäß der Darstellung durch die Kurve B in Figur 5 groß, wenn die Verzeichnungskennlinie der Abbildungslinse 10 negativ ist; ου . (e) the optimum exit angle Sd becomes large as shown by the curve B in Fig. 5 when the distortion characteristic of the imaging lens 10 is negative;

(f) wenn die Verzeichnungskennlι nie der Abbildungslinse 10 negativ ist, wird die Abweichung der Abtastlinie(f) if the distortion characteristics never of the imaging lens 10 is negative, the deviation of the scan line becomes

332U82332U82

- 11 - DE 3082- 11 - DE 3082

von der geraden Linie groß; undfrom the straight line large; and

(g) wenn die Verzeichnungskennlinie der Abbildungslinse lü positiv ist, wie es durch die Kennlinie y in Figur 4 veranschaulicht ist, werden im Gegensatz dazu der Einfallu/inkel θι und der optimale Austrittswinkel 8d klein und es vi/ird auch die Abweichung klein.(g) If the distortion characteristic of the imaging lens is positive, as illustrated by the characteristic y in FIG. 4, the angle of incidence θι and the optimal exit angle 8d become small and the deviation also becomes small.

Aus der vorstehenden Analyse ist ersichtlich, daß bei der jQ Kombination aus dem Hologramm 2 und der Abbildungslinse 10" die dem Stand der Technik anhaftenden Probleme dadurch lösbar sind, daß die Abbildungslinse 10 eine positive Verzeichnungskennlmie bzw. positive Verzeichnungseigenschaften erhält.From the above analysis it can be seen that in the jQ combination of the hologram 2 and the imaging lens 10 " the problems inherent in the prior art can be solved in that the imaging lens 10 has a positive distortion characteristic or positive distortion properties.

D.h., es bestand früher gemäß der vorstehenden Beschreibung zur Erzielung der Linearität allein mittels des Hologramms 2 unter Einfluß der Wirkung der Neigung die einzige Lösung (Bi, 9d) = (45°, 45°), während zum Erzielen der Linearität durch eine Kombination aus dem Hologramm 2 und der Abbildungslinse 10 im Vergleich zu dem Fall, daß nur das Hologramm 2 verwendet wird, der Freiheitsgrad gesteigert ist. Infolgedessen können zum Erzielen der Linearität jeweils durch das Hologramm 2 und die Abbildungslinse 10 eine Kurve positiver Krümmung (oder negativer Krümmung) und eine Kurve negativer Krümmung (oder positiver Krümmung) so gewählt werden, daß sie gegeneinander versetzt sind.That is, it existed earlier as described above to achieve linearity solely by means of the hologram 2 under the influence of the effect of the inclination the only solution (Bi, 9d) = (45 °, 45 °), while to achieve the Linearity through a combination of the hologram 2 and the imaging lens 10 compared to the case that only the hologram 2 is used, the degree of freedom is increased is. As a result, in order to achieve linearity, each of the hologram 2 and the imaging lens 10 a curve of positive curvature (or negative curvature) and a curve of negative curvature (or positive curvature) be chosen so that they are offset from one another.

Bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft zwar die optische Achse 0 der Abbildungslinse 10 parallel zu der Drehachse 3 der Drehscheibe 1, jedoch muß die optische Achse nicht immer parallel zur Drehachse sein. D.h., die Abbildungslinse 10 kann so angeordnet werden, daß bei dem Austritt der aus dem Hologramm 2 austretenden und auf die Abbildungslinse 10 fallenden AustrittslichtstrahlenIn the embodiment shown in Figure 2 runs although the optical axis 0 of the imaging lens 10 is parallel to the axis of rotation 3 of the turntable 1, but the optical Axis cannot always be parallel to the axis of rotation. That is, the imaging lens 10 can be arranged so that at the exit of the exit light rays emerging from the hologram 2 and falling on the imaging lens 10

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Ld aus der Abbildungslinse 10 der Austrittswinkel in bezug auf die Axialrichtung der Drehachse 3 noch größer wird.Ld from the imaging lens 10 related to the exit angle on the axial direction of the axis of rotation 3 becomes even greater.

Es wird nun ein Verfahren zum Erzielen der Gleichförmigkeit der Geschwindigkeit beschrieben. Falls gemäß der vorstehenden Beschreibung die Abtastlinie linearisiert wird, werden primär die Verzeichnungseigenschaften der Abbildungslinse 10 bestimmt. Bei dem Ausführungsbeispiel wird unter Berücksichtigung der Verzeichnungseigenschaften der Abbildungslinse 10 die Gleichförmigkeit der Geschwindigkeit des Lichtbilds dadurch erzielt, daß die zeitliche Änderung der Einfallrichtung der auf die Abbildungslmse 10 fallenden Lichtstrahlen mit dem Umlauf des Hologramms gesteuert wird. ZuThere is now a method of achieving uniformity the speed described. If the scan line is linearized as described above, primarily the distortion properties of the imaging lens 10 determined. In the embodiment, taking into account of the distortion properties of the imaging lens 10, the uniformity of the speed of the light image achieved in that the change in the direction of incidence over time of the light rays falling on the imaging lens 10 is controlled with the circulation of the hologram. to

diesem Zweck weist bei dem Ausführungsbeispiel der Abtast-15 for this purpose, in the exemplary embodiment, the scanning 15

vorrichtung das Hologramm eine Gruppe nicht auf herkömmliche Weise linearer, sondern nichtlinearer Kurven auf.device the hologram on a group of non-linear, rather than linear, curves in the conventional manner.

Sobald einmal die Verzeichnungseigenschaften der Abbildungslinse 10 festgelegt sind, wird in bezug auf den Drehwinkel p.primär die Soll-Austrittsrichtung der Lichtstrahlen aus dem Hologramm festgelegt, um damit die Geschwindigkeit des Lichtbilds an der Abbildungsebene gleichförmig zu halten. Wie nämlich aus der vorstehenden Gleichung (11)Once the distortion properties of the imaging lens 10 are set, is with respect to the angle of rotation p.primarily the target exit direction of the light rays from the hologram is determined in order to increase the speed to keep the light image uniform at the imaging plane. Namely, as from the above equation (11)

„p. ersichtlich ist, welche die Lage des Lichtbilds auf der zu überstreichenden Fläche darstellt, müssen bei festgelegten Verzeichnungseigenschaften g(8) der Abbildungslmse 10 die Werte m1 und n1 vorbestimmte Werte annehmen, damit die Lage des Lichtbilds auf der zu überstreichenden Fläche"P. It can be seen, which represents the position of the light image on the surface to be swept, with defined distortion properties g (8) of the imaging lens 10, the values m 1 and n 1 must assume predetermined values so that the position of the light image on the area to be swept

QQ eine erwünschte Lage ist. Zur freien Einstellung der Werte m' und n1 wird die Gestaltung des Hologramms herangezogen. Üblicherweise dreht ein lineares Hologramm um den Winkel P, wenn die Drehachse um den Winkel Gi dreht; durch das nichtlineare Gestalten von Hologrammen 2a, 2b, 2c, ...QQ is a desirable location. The design of the hologram is used to freely set the values m 'and n 1. Usually a linear hologram rotates through the angle P when the axis of rotation rotates through the angle Gi; through the non-linear design of holograms 2a, 2b, 2c, ...

gemäß der Darstellung in Figur 6 ist es aber möglich, denhowever, according to the illustration in FIG. 6, it is possible to use the

332H82332H82

- 13 - DE 3082- 13 - DE 3082

Drehwinkel der Hologramme in bezug auf den Drehwinkel DAngle of rotation of the holograms in relation to the angle of rotation D

der Drehachse 3 zu verändern. Die Figur 7 ist eine vergrößerte Ansicht, die die Gestaltung der in Figur 6 gezeigten Hologramme zeigt. Gemäß der Darstellung in Figur 5the axis of rotation 3 to change. FIG. 7 is an enlarged view showing the configuration of that shown in FIG Shows holograms. According to the illustration in FIG. 5

7 besteht die Struktur des Hologramms aus einer Gruppe7, the structure of the hologram consists of one group

unter gleichen Teilungsabständen ρ angeordneter Kurven, deren konkave Flächen bzw. Teile der Drehachse zugewandt sind. Die Gestaltung der Gruppe 11 der Kurven wird folgendermaßen festgelegt: Falls gemäß der vorstehenden Beschreibung 10curves arranged at the same pitch ρ, the concave surfaces or parts of which face the axis of rotation are. The design of group 11 of the curves is determined as follows: If as described above 10

die Verzeichnungseigenschaften der Abbildungslinse 10 festgelegt sind, wird der erwünschte Lichtstrahlenvektor IK1 = (m1, n1, i!1 ) in bezug auf den Drehwinkel β der holographischen Ablenkvorrichtung bestimmt. Zum Erzielen der Werte m1, n' und ^1 kann der Winkel B dadurch bestirnt wer-, the distortion properties of the imaging lens 10 are determined, the desired light beam vector IK 1 = (m 1 , n 1 , i! 1 ) is determined with respect to the angle of rotation β of the holographic deflection device. To achieve the values m 1, n 'and ^ 1, the angle B thereby advertising bestirnt,

den, daß der Wert ρ in den Gleichungen (3), (4) und (5) durch (ß - B) ersetzt wird, um die erwünschten Werte m1, n1 und lf folgendermaßen zu erzielen:that the value ρ in equations (3), (4) and (5) is replaced by (ß - B) to achieve the desired values m 1 , n 1 and l f as follows:

m' = sin 9i + (Νλ/ρ)«cos(φ - 0) ... (12) 20m '= sin 9i + (Νλ / ρ) «cos (φ - 0) ... (12) 20th

η1 = -(Νλ/ρ)«βίηίφ - 0) ... (13)η 1 = - (Νλ / ρ) «βίηίφ - 0) ... (13)

wobei der tatsächliche Winkel β eingesetzt wird. Infolgedessen kann die Hüllkurve einer Folge von Daten für diesen 25where the actual angle β is used. As a result, the envelope of a sequence of data for this 25th

Winkel θ die Gruppe 11 der Kurven des Beugungsgitters sein.Angle θ be the group 11 of the curves of the diffraction grating.

D.h., die Wahl wird so getroffen, daß an einer Stelle, an der die Einfallachtstrahlen Li einfallen, wenn die HoIo-OQ gramme 2a, 2b, 2c... um $ gedreht sind, die Gruppe 11 der Kurven als ein lineares Beugungsgitter angesehen werden kann, das im wesentlichen um (0 - Θ) schräg steht; dadurch wird Gleichförmigkeit der Geschwindigkeit erzielt.That is, the choice is made such that at a point where the incident eight rays Li are incident when the HoIo-OQ grams 2a, 2b, 2c ... are rotated by $ , the group 11 of the curves are regarded as a linear diffraction grating can, which is inclined essentially by (0 - Θ); this achieves speed uniformity.

ο,- In der vorstehenden Beschreibung wurde hinsichtlich desο, - In the above description, with regard to the

::::·::.: J ό I I ^ ö z:::: · ::.: J ό I I ^ ö z

- 14 - DE 3082- 14 - DE 3082

Erzielens der Gleichförmigkeit der Geschwindigkeit ein Fall in Betracht gezogen, bei dem der zwischen dem Lichtstrahlenvektor IK1 und der optischen Achse der Abbildungslinse 10 gebildete Winkel Θ' der Gleichung Θ1 = cos £'In order to achieve the uniformity of speed, consider a case where the angle Θ 'formed between the light ray vector IK 1 and the optical axis of the imaging lens 10 of the equation Θ 1 = cos £'

entspricht, nämlich die optische Achse 0 der Abbildungslinse 10 und die Richtung der in den Figuren 1 und 2 dargestellten X-Achse miteinander übereinstimmen; falls jedoch zu/ischen der optischen Achse der Abbildungslinse 10 und der Richtung der Drehachse 3 der Ablenkvorrichtung ein vorbestimmter Winkel besteht, kann durch den Fachmann auch leicht die Gestaltung der Kurvengruppe in diesem Fall dadurch festgelegt werden, daß das Koordinatensystem um den Winkel ψ geschwenkt wird, so daß die optische Achse der Abbildungslinse 10 und die X-Achse miteinander über-corresponds, namely the optical axis 0 of the imaging lens 10 and the direction of the X-axis shown in Figures 1 and 2 coincide with one another; if, however, too / regard the optical axis of the imaging lens 10 and the direction of the rotation axis 3 of deflector a predetermined angle is, the design of the curve group can be prepared by the skilled person easily in this case are defined by the fact that the system of coordinates by the angle ψ is pivoted so that the optical axis of the imaging lens 10 and the X-axis over-

. . .. . .

emstimmmen.agree.

Die Gruppe 11 der Kurven kann leicht durch eine zweckdienliehe numerische Berechnung aufgrund der vorangehend genannten Gleichungen ermittelt werden, jedoch wird die Ge-20 The group 11 of curves can easily be replaced by an expedient numerical calculation can be determined based on the above equations, however, the Ge-20

staltung dieser Gruppe der Kurven zu einer kompliziertenshaping this group of curves into a complex one

Funktionsgleichung, falls die Gestaltung genau ermittelt werden soll. In Anbetracht des Verfahrens zur Herstellung des tatsächlichen Beugungsgitters ist es jedoch zweckdienlich und praktisch, eine Annäherung durch einen Kreisbogen 25Function equation if the design is to be determined precisely. Considering the method of manufacture however, of the actual diffraction grating, it is convenient and practical to approximate it by an arc of a circle 25th

vorzunehmen, dessen Mitte in der Richtung der Drehachse der Ablenkvorrichtung liegt. In diesem Fall ist es erforderlich, mit Hilfe eines Computers eine derartige Aufteilung herbeizuführen, daß die Abweichungen von der Linearität und der Gleichförmigkeit der Geschwindigkeit minimal sind.make the center of which lies in the direction of the axis of rotation of the deflector. In this case it is necessary with the help of a computer to bring about such a division that the deviations from linearity and the uniformity of speed are minimal.

Eine Abtastvorrichtung, bei der eine holographische Ablenkvorrichtung verwendet wird, weist ein auf einer drehbaren Scheibe aufgezeichnetes Hologramm, eine Vorrichtung, mit der Lichtstrahlen auf das Hologramm qenchtrt werden, undA scanning device that uses a holographic deflector is used, comprises a hologram recorded on a rotatable disk, a device with the light rays are quenched onto the hologram, and

eine optische Vorrichtung mit einer Verzeichnung auf, diran optical device with a distortion on it, dir

332U82332U82

* ^ « ft * · ft* «ft · ·* ^ «Ft * · ft *« ft · ·

- 15 - DE 3082- 15 - DE 3082

bewirkt, daß sich an einer zu überstreichenden Fläche die aus dem Hologramm austretenden Lichtstrahlen linear bewegen causes the move light rays emerging from the hologram linearly

Claims (5)

PatentansprücheClaims 1. Abtastvorrichtung mit einer holographischen Ablenkvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nichtlinearitat der Abtastlinie der mittels der holographischen Ablenkvorrieh tung (1, 2) abgelenkten Lichtstrahlen durch die Verzeichnungs eigenschaften einer Abbildungslinse (10) korrigiert ist, wodurch die Abtastlinie linearisiert ist.1. Scanning device with a holographic deflection device, characterized in that a non-linearity the scan line of the means of the holographic deflection device device (1, 2) deflected light rays by the distortion properties of an imaging lens (10) is corrected, whereby the scan line is linearized. 2. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungslinse (10) Verzeichnungseigenschaften hat, durch die der Winkel, der durch die aus der Abbildungslmse austretenden Lichtstrahlen in bezug auf die Drehachse (3) der Ablenkvorrichtung (1, 2) gebildet ist, größer als der Winkel u/ird, der durch die auf die Abbildungslinse fallenden Lichtstrahlen in bezug auf die Drehachse der Ablenkvorrichtung gebildet ist.2. Scanning device according to claim 1, characterized in that that the imaging lens (10) has distortion properties through which the angle formed by the light rays emerging from the imaging lens with respect to the The axis of rotation (3) of the deflection device (1, 2) is formed larger than the angle u / ird, which is formed by the on the imaging lens falling light rays with respect to the axis of rotation of the Deflector is formed. 3. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse (0) der Abbi1 dungs Linse (10) im wesentlichen parallel zu der Drehachse (3) der Ablenkvorrichtung (1, 2) verläuft.3. Scanning device according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the optical axis (0) of the imaging lens (10) essentially parallel to the axis of rotation (3) of the Deflection device (1, 2) runs. 4. Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hologramm (2) der holograph! sehen Ablenkvorrichtung (1, 2) nichtlinear unter gleichem4. Scanning device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the hologram (2) the holograph! see deflection device (1, 2) non-linear under the same - 2 - DE 3082- 2 - DE 3082 Teilungsabständen gestaltet ist.Pitch is designed. 5. Abtastvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hologramm (2) eine Gruppe (11) von Bogenkurven aufweist, deren Mittelpunkte in der Richtung der Drehachse (3) liegen.5. Scanning device according to claim 4, characterized in that that the hologram (2) has a group (11) of arc curves, the centers of which in the direction the axis of rotation (3).
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