DE3329040A1 - Verfahren und einrichtung zur lichtstrahlabtastung - Google Patents
Verfahren und einrichtung zur lichtstrahlabtastungInfo
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Description
Lj Hamburg, den 10. August 1983
270983 (F-399-P) Priorität: 14.9.1982, USA, Patentanmeldung Nr. 417926
Anmelder:
Spectra-Physics, Inc.
3333 North First Street
3333 North First Street
San Jose, California / USA
Verfahren und Einrichtung zur Lichtstrahlabtastung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Lichtstrahlabtastung mit einer Quelle parallel gebündelten, monochromatischen
Lichts und Mitteln zum Richten des von dem parallel gebündelten Lichtes gebildeten Strahls, einschließlich einer
drehbaren Vorrichtung zum Ablenken des Strahls. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur im wesentlichen gradlinien
Führung eines Lichtstrahls, der in einer Quelle parallel gebündelten, monochromatischen Lichts erzeugt wird, entlang
einer Abtastlinie durch Ablenkung des Lichtes entlang der Linie.
Die US-PS'3881 802 zeigt, wie ein drehbares Prisma benutzt
werden kann mit einer ein Dachprisma enthaltenden, reflektie-
renden Vorrichtung j, um einen Lichtstrahl zweimal durch das
Prisma in einer Weise zu führen, daß - entlang einer Linie in beiden Richtungen abgetastet wird, wobei Auslenkungen in
einer Richtung senkrecht zur Linie der Abtastung und Rückführung vermieden wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung und ein Verfahren für eine möglichst gradlinie Abtastung zu
schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Einrichtung gemäß Anspruch
geschaffen. Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Kern der Erfindung ist die Verwendung eines drehbares Rades mit einer Mehrzahl von lichtablenkenden Facetten auf dem
Umfang des Rades. Dabei wird wiederholend in einer Richtung abgetastet, wenn jede Facette in dem eintreffenden Strahl
gedreht wird.
In einer besonderen Ausführungsform werden Prismen als Facetten
benutzt, und zwar in einer großen Zahl, so daß jedes Prisma nur über einen kleinen Winkel gedreht wird. Es ist
der Winkel, über den die Abtastung am wirksamsten ist.
Im einzelnen wird in der Abtasteinrichtung und dem Verfahren nach der Erfindung ein parallel gebündelter, monochromatischer
Lichtstrahl auf einen Richtspiegel oder einen Strahlteilerwürfel gerichtet, der in Flucht mit dem Umfang eines
Rades liegt, auf dem eine Mehrzahl lichtablenkender Facetten,
insbesondere Prisma angeordnet ist.
Ein Antriebsmotor dreht das Rad und damit die Facetten um eine mit der Radachse zuammenfallende Drehachse. Das Rieht-
element richtet den Lichtstrahl auf eine Vorderseite einer Facette, wenn das Rad und damit die umfänglichen Facetten
an dem Richtelement vorbeigedreht werden.
Ein Porro-Prisma ist auf der von dem Richtelement abgekehrten
Seite des Rades angeordnet, um den abgelenkten Strahl zu empfangen, der aus der Rückseite der Facette austritt,
und um den Strahl zurückzureflektieren durch die Facette hindurch, so daß der Strahl durch jede an dem Richtelement
vorbeilaufende Facette zweimal hindurchgeht.
Dabei erzeugen in einer Ausführungsform der Erfindung der
Richtspiegel und das Porro-Prisma eine Trennung der zwei Durchgänge des Strahles durch die Facette. In einer anderen
Ausführungsform der Erfindung bewirken ein Strahlteilerwürfel
und das Porro-Prisma eine Überlappung der zwei Durchgänge des Strahles durch eine Facette.
In der mit einem Strahlteilerwürfel ausgestatteten Ausführungsform
wird linear polarisiertes Licht benutzt in Verbindung mit die Polarisation umkehrenden Mitteln, derart,
daß der Abtaststrahl bestmöglich genutzt wird.
In allen Ausführungsformen der Erfindung ist der Eintrittswinkel des Abtaststrahles in das Richtelement ein großer
Winkel, der so gewählt ist, daß die Schwankungen in der Reflektivität
klein gehalten werden, die sich aus dem zusammengesetzten Winkel des Abtaststrahles und der Normalen zur
Strahlteilerfläche bzw. der Normalen zur Richtspiegelfläche ergeben, wenn der Strahl aus der Vorrichtung austritt. Dies
führt zu einer Strahlübertragung, die verhältnismäßig unempfindlich für den Abtastwinkel ist.
Eine Linse fokussiert den Strahl nach seinem zweiten Durch-
gang durch eine Facette. Hierfür wird nach der Erfindung eine einfache Meniskuslinse benutzt, die in einem gewissen
Abstand von der Facette liegt. Die Linse hat gewölbte Flächen, die so gewählt sind, daß die Aberrationen in der Bildebene
klein bleiben. Die Radien der gewölbten Linsenaußenflächen sind so gewählt, daß der Strahl nahezu lotrecht
durch die Linsendicke hindurchgeht.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Servosteuerung
für das Richtelement benutzt, um dieses aufgrund von Schwankungen in der Bewegung eines Objektes zu bewegen, auf
das der Abtaststrahl gerichtet wird, z.B. Schwankungen in der Drehzahl einer Trommel eines Laser-Druckers. Dadurch
werden kleine Schwankungen in der Bewegung des Objektes ausgeglichen und die Geradheit der Abtastzeile auf dem Gegenstand
aufrecht erhalten.
Die Erfindung liefert ein Verfahren zur Optimierung der Gradheit der Abtastzeile durch Einstellen der Winkel zwischen
dem ankommenden Strahl und der Radachse, der ersten Prismen- bzw. Facettenfläche und der Radachse und der zweiten
Prismenfläche und der Radachse. Wenn einer der Winkel konstant gehalten wird und die zwei anderen justiert werden,
kann eine günstigste Lösung erreicht werden. Durch fortlaufende Änderung der Parameter wird ein zweites und ein drittes
Optimum erzielt. Unter diesen kann ein besseres Optimum ausgesucht werden, in der die Geradheit einer Zeile
verbessert ist»
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung werden
anstelle der Prismenfacetten Hologramm-Facetten benutzt, die alle im wesentlichen dieselbe Gitterteilung haben. Anstelle
der Brechung des Lichtstrahles durch die Prismenfacetten tritt hier die Beugung des Lichtstrahles an den Hologramm-Facetten.
Die Erfindung unterscheidet sich von der Einrichtung und dem Verfahren gemäß US-PS 3881 802 in der Verwendung einer
Vielzahl von Prismen auf dem Umfang eines drehbares Rades, um so einen Abstaststrahl zu erzeugen, der nur in einer
Richtung in einer Anordnung abtastet, in der jedes Prisma nur über einen kleinen Winkel mit Bezug auf den ankommenden
Abtaststrahl gedreht wird. Nach der Erfindung tastet der Abtaststrahl nur in einer Richtung ab, so daß eine neue Abtastzeile
am selben Punkt begonnen und in derselben Richtung abgetastet wird, wenn jeweils eine Prismenfacette in eine
Stellung gedreht wird, in der die Facette in Flucht mit dem ankommenden Abtaststrahl ist.
Das Verfahren und die Einrichtung nach der Erfindung können mit besonderem Nutzen in 'einem Laser-Drucker verwendet werden,
in welchem es erforderlich ist, z.B. nur von links nach rechts abzutasten und dann die Abtastung nicht zurückzuführen,
während das Papier für die Abstastung der nächsten Zeile vorbewegt wird.
Neben der Verwendung für Laser-Druckwerke kann die Erfindung auch für das Abtasten von Dokumenten benutzt werden.
Eine weitere Einsatzmöglichkeit besteht im Schreiben auf einer mit Selen beschichteten Trommel einer Fotokopiereinrichtung.
In einer solchen Einrichtung wird durch den Laser die Zeile abgetastet, und der Strahl aus- und eingeschaltet
in Reihenfolge zur Erzeugung der Zeichen auf der Trommel. Ein Merkmal der Erfindung ist, daß der Strahl leicht gesteuert
werden kann, um .kleinen Schwankungen der Trommel zu folgen, die durch Vibration verursacht sein können. Bei Verwendung
eines Strahlteilers, z.B. eines Strahlteilerwürfels, kann dieser durch ein Galvanometer gekippt werden, so daß
der Strahl veranlaßt wird, auf der Trommel über eine kleine Strecke auf- und abzulaufen, so daß kleine Schwankungen in
- sr -
der Geschwindigkeit der Trommel ausgeglichen werden können.
Die Erfindung bietet auch Vorteile bei Erzielung der Linearität. Bei vielen Abtastvorrichtungen wird der Strahl
durch einen sich drehenden Spiegel bewegt, wobei der Strahlwinkel das Doppelte des Spiegelwinkels ist. Dies führt zu
einer Nichtlinearität zwischen der Bewegung des Strahles und der Bewegung des Rades. In dem hier beschriebenen System ist
aufgrund des Prisma-Abtastverfahrens eine stärke Linearität zwischen der Drehung des Rades und der Bewegung des Strahles
auf der Abtastzeile. Zumindest ist die Nichtlinearität höchstens die Hälfte derjenigen, die bei üblichen Abtasteinrichtungen
oder Scannern mit Drehspiegeln auftritt.
Die Linearität kann noch weiter dadurch verbessert werden, daß besonderen Codierungsmarken auf dem Prismenrad benutzt
werden. Jede Marke wird mit einem optischen Hilfssystem
wahrgenommen und zeigt ein gleiches Abtastincrement an, wodurch sich weitere Vorteile ergeben.
Ein besonderer Vorteil liegt in der Unempfindlichkeit der Strahllage gegenüber Schlagen oder Wackeln des Rades. Da das
Prismenrad sich mit hoher Geschwindigkeit dreht, tritt aufgrund von Unausgeglichenheiten ein Wackeln auf. Wegen der
Prismeneigenschaften wird durch dieses Wackeln nicht die Strahllage beeinflußt, die bis zur Abtastzeile durchgeht.
Ein weiterer Vorteil des Systems rührt daher, daß der Strahl von einem Punkt hinter dem Rad zu kommen scheint, so daß
eine einfache Linse .zur Fokussierung benutzt werden kann. Dadurch werden die Kosten der Einrichtung gering gehalten.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Wellenlängenabhängigkeit
der Abtastlage wesentlich geringer als bei holographischen Scannern ist, die aber ebenfalls in dieser be-
40'
sonderen Anwendungsform benutzt werden können. Bei einem holographischen Scanner ist die Strahllage eine direkte
Funktion der Wellenlänge. In der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die Strahllage eine Funktion der Brechung, die von
dem Brechungsindex abhängt, der im Vergleich zur Beugung eine weniger starke Änderung mit der Wellenlänge zeigt.
Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und
den Zeichnungen, in denen die Erfindung beispielsweise erläutert und dargestellt ist.
Es zeigen:
Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Abtast- oder Scanner-Einrichtung mit einer Anordnung sich drehender
Prismen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine Draufsicht entsprechend der Linie und den Pfeilen 2-2 der Fig. 1,
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht eines Teiles der Fig. zur Veranschaulichung der Zuordnung eines Richtspiegels
einer sich drehenden, mit einer Vielzahl von Facetten ausgestatteten Prismeneinrichtung,
eines reflektierenden Porro-Prismas und einer Einzellinse zur Fokussierung des Abtaststrahles,
Fig. 4 eine der Fig.3 entsprechende Teildarstellung zur
Veranschaulichung der optischen Verhältnisse in einer Ausfuhrungsform der Erfindung,
Fig. 5 eine Endansicht einer aus einer Vielzahl von Prismen-Facetten
bestehenden Anordnung,
Fig. 6 die Ansicht eines Schnittes entlang der Linie und in Richtung der Pfeile 6-6 der Fig. 5 und
λλ
Fig. 7 eine der Fig.1 entsprechende Darstellung einer Ausführungsform, bei der das Prismenrad durch
eine Hologrammanordnung ersetzt is.t.
Ein Scanner 11, Fig.1, der mit einem optischen System nach
der Erfindung ausgestattet ist, enthält im einzelnen einen Motor 13, eine Welle 15, ein drehbares Rad 17, dessen Außenumfang
mit einer Vielzahl von Prismenfacetten 19, siehe Fig. 5 und 6, besetzt ist, einen Laser 21 zur Erzeugung eines
Strahles 23 aus parallel gebündeltem Licht, einen Richtspiegel 25, ein Porro-Prisma 27 mit zwei im Winkel von 90 zueinander
stehenden reflektierenden Flächen, eine Sammellinse 29 und eine Fläche 31, auf die der Abtaststrahl projiziert
wird. Die Fläche 31 liegt im Abstand der Brennweite f von der Linse 29.
Die Abtasteinrichtung 11 erzeugt einen Abtaststrahl 33, der
in nur einer Richtung geführt wird, wie durch den Pfeil 32 in Fig. 2 zwisghen den extremen Strahlauslenkungen 33 A und
33 B angedeutet ist, die durch die strichpunktierten Linien in Fig.2 dargestellt sind.
Fig.3 zeigt Einzelheiten des Weges, auf dem der aus dem Laser
21 stammende Strahl 23 reflektiert und gebrochen und dann durch die Optik des Abtastsystems fokussiert wird, um
den Abtaststrahl 33 zu bilden.
Wie Fig.3 zeigt, wird der Strahl 23 durch den Richtspiegel
25 reflektiert und auf eine Fläche 35 derjenigen Prismen-Facette 19 des sich, drehenden Rades 17 geworfen, die in Flucht
mit dem reflektierenden Strahl 23 zu diesem Zeitpunkt ist. Diese Fläche 35 bricht den Strahl in der in Fig.3 dargestellten
Weise,, und der Strahl wird außerdem gebrochen, wenn er
aus der Prismenfacette an der Fläche 37 austritt. Der Strahl trifft dann auf eine erste Fläche 39 des Porro-Prismas 27,
wo er auf die zweite Fläche 41 des Porro-Prismas 27 reflektiert
wird. Die zweite Fläche 41 reflektiert den Strahl erneut und zurück auf die Fläche 37 des Prismas. Der Strahl
wird dann beim Eintritt in das Prisma und erneut beim Austritt aus dem Prisma an der Fläche 35 gebrochen.
Der Strahl ist bei Austritt aus der Fläche 35 und weitergehend zur Linse 29 im wesentlichen parallel in der Ebene der
Zeichnung zu dem vom Richtspiegel 25 auf die Fläche 35 reflektierten. Strahl.
Die Linse kann in der Ausführungsform der Abtasteinrichtung
11 gem. Fig. 1-3 eine Einzellinse sein, die nur zwei gewölbte Flächen hat, eine erste gewölbte Fläche 43 und eine
zweite gewölbte Fläche 45. Beim Durchgang durch die Linse 29, Fig.3, wird der Strahl 23 in einen fokussierten Strahl 33
umgewandelt.
Die Abtastwirkung wird erzeugt durch die Drehung der Prismenfacette
19 im Weg der beiden Durchgänge des Strahles 23 durch
diese Prismenfacette 19.
Der Strahl 23 wird bei jedem Durchgang durch die Prismenfacette in einer Kegelform abgelenkt. Beim ersten Durchgang
durch das Prisma wird der Strahl in Uhrzeigerrichtung auf der Kegelfläche abgelenkt, und auf seinem Rücklauf durch
dieselbe Facette dreht der Strahl entgegen dem Uhrzeigersinn. Das Nettoergebnis besteht darin, daß die Winkelbewegung des
Strahles in der einen Richtung aufgehoben und in der orthogonalen Richtung die· Winkelbewegung zugefügt wird. Im Hinblick
auf Fig.2 wird die Bewegung in der durch den Pfeil 32 angezeigten Richtung zugefügt und in der dazu orthogonalen
Richtung, nämlich rechtwinklig zu der Zeichenebene der Fig.2, aufgehoben.
Diese Abtastwirkung, die durch eine Facette verursacht wird, wird bei jeder auf dem Umfang des Rades 17 angeordneten Facette
wiederholt. Eine gewisse Unterbrechung der Abtastwirkung ergibt sich an der Grenzfläche 20 zwischen benachbarten
Facetten. Diese Unterbrechung beträgt bei einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung etwa 30 %.
Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei
welcher die Teile, die mit Teilen in der Ausführungsform
gern» Fig. 1-3 übereinstimmen, mit denselben Bezugszahlen versehen
sind.
In dem Beispiel der Fig.4 benutzt der Durchmesser des Laserstrahles
23 denselben Prismenraum bei jedem Durchgang durch das Prisma. Das hat den Vorteil, daß ein kleineres Prisma genügt.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist
das Prismenrad 17 ein aus Kunststoff geformtes Prismenrad.
Durch Benutzung eines kleineren Prismas vereinfacht sich die Herstellung. Bei gewissen Anwendungen können die Prismenfacetten
Fresnel-Prismen sein.
In der Einrichtung gem. Fig.4 wird der parallel gebündelte
Laserstrahl 23 durch einen Strahlteilerwürfel 51 reflektiert, und nicht durch einen Richtspiegel 25, wie nach Fig.3. Die
oberen und unteren Grenzen des Strahles 23 nach der Reflexion sind in Fig.6 mit 53 und 55 bezeichnet.
Beim ersten Durchgang durch die Prismenfacette 19 wird der Abschnitt des Strahles, der durch den Strahlteilerwürfel 51
reflektiert worden ist, doppelt gebrochen, und der durch das Prisma von links nach rechts gehende Strahl benutzt dasselbe
Volumen des Prismas wie der Strahl, der durch das Prisma von rechts nach links nach Reflexion durch das Porro-Prisma 27
läuftο Damit wird das erforderliche Prismenvolumen stark
verringert.
Wie Fig.6 ferner zeigt, wird der an der Fläche 35 der
Prismenfacette 19 austretende Strahl, ausgenommen beim Abtastvorgang,
durch im wesentlichen den gleichen Teil des Strahlteilers 51 übertragen, der von dem ursprünglichen
Strahl 23, der vom Laser kommt, benutzt wird. Der für die Abtastung nutzbare Teil des Strahles ist die Lichtmenge,
die durch den Strahlteiler 51 hindurch übertragen wird.
Um den Strahl 23 maximal zu nutzen, ist vorgesehen, daß der Strahl polarisiert ist und der Strahlteiler 51 die Fähigkeit
hat, den Strahl in Abhängigkeit von seiner Polarisation zu übertragen oder zu reflektieren. Ein nicht dargestelltes
Polarisationsumwandlungselement ist im optischen Weg zwischen dem Strahlteiler und dem Porro-Prisma vorgesehen. Das Element
wandelt eine p-Polarisation in eine s-Polarisation um.
Dieses Element kann eine Viertelwellenlänge-Platte sein. Es ist auch möglich, die p-Polarisation in eine s-Polarisation
dadurch umzuwandeln, daß auf dem Porro-Prisma 27 Beschichtungen vorgesehen werden, die die Polarisationsebene drehen.
Durch Benutzung der Polarisationstrennung ist es möglich, den gesamten linear polarisierten Strahl 23 auf den Schirm
31 der Abtastvorrichtung zu richten.
In der Ausführung nach Fig.4 hat der Strahl bei Austreten aus
der Fläche 35 der Prismenfacette 19 einen zusammengesetzten Winkel wegen der Abtastung mit Bezug auf die Normale des
Strahlteilers. Das heißt, der Strahl hat einen Winkel in der Ebene der Zeichnung, der von den verschiedenen Brechungen
während des Abtastvorganges abhängt; der Strahl hat aber auch einen Winkel mit Bezug auf den Strahlteiler 51, der mit Bezug
auf die Zeichenebene bei 90° liegt. Das ist der Abtastwinkel.
Nach Fig.4 trifft der Strahl 23 den Strahlteiler 51 unter
einem Winkel von 45°, Dieser 45°-Winkel wird gewählt, um die
AS
Schwankungen in der Reflektivität bei Austritt des Strahles aus der Vorrichtung gering zu halten, wobei diese Schwankungen
sich aus dem zusammengesetzten Winkel des Abtaststrahles und der Normalen zur Strahlteilerfläche ergeben. Dies läßt
sich durch das Folgende veranschaulichen. Falls der Strahl 23 vom Laser in den Strahlteiler 51 unter einem Winkel eintritt,
der rechtwinklig zu der Zeichenebene der Fig.4 liegt (anstelle des Eintritts in den Strahlteiler 51 auf einer Linie in
der Zeichenebene der Fig.4, wie dargestellt), und falls der
Strahl dann durch den 45°-Strahlteiler 51 (oder den Richtspiegel 25 der Fig. 1) durch das Prisma auf das Porro-Prisma
und die Linse 29 gerichtet würde, würde der Abtastwinkel zu dem 45 -Winkel zu- bzw. abgezogen und den Einfallwinkel von
35° auf 55° verändern. Diese große Winkeländerung würde zu einer großen Änderung in der Reflektivität führen.
Für alle Arbeiten ist eine gerade Abtastlinie erwünscht. Der Prismenwinkel und die Winkel zwischen dem Strahl und dem
Prisma und der Motorachse des Prismas können so gewählt werden, daß die Welligkeit der Linie äußerst gering wird. Computerstudien
zeigen, daß für jeden Prismenwinkel ein Optimum erreichbar ist.
Der empfindlichste Parameter ist die Achse des Motors in Beziehung
zum ankommenden Strahl. Das Beispiel der Fig.4 zeigt den Strahl, der nach Reflexion am Strahlteilerwürfel 51 zur
Motorachse einen Winkel 61 von 6° hat. Der Winkel 63 zwischen der ersten Fläche und der Normalen zur Radachse ist angenähert
17°, und der Winkel 65 zwischen der zweiten Fläche des Prisma und der Normalen zur Motorachse ist angenähert
15 . Dies ergibt einen eingeschlossenen Winkel 67 von 32° das Prisma 19. Die sich ergebende Abtastlinie ist äußerst
gerade über einem Abtastwinkel von plus oder minus 10° bed einem achtseitigen Prismenrad.
Für andere Prismenwinkel gibt es ein Optimum zwischen dem
Parameter des Strahleintrittswinkels, der Radachse und den zwei Prismenflächen. Aufgrund dieser Beziehung und der körperlichen
Anordnung der optischen Komponenten gem. Fig.6 ist es möglich, die Geradheit der Abtastlinie dadurch zu optimieren,
daß geringfügige Verbesserungen oder Änderungen an dem Strahleintrittswinkel, dem Winkel zwischen Motorachse
und der ersten Fläche, dem Winkel zwischen der Motorachse und der zweiten Fläche des Prismas und dem Winkel zwischen
der Motorachse und dem in das Prisma eintretenden Strahl vorgenommen werden.
Um die günstigsten Bedingungen für die Geradheit der Linie zu erreichen, wird ein eingeschlossener Prismenwinkel gewählt,
der die gewünschte Abtastung liefert, und es wird systematisch der Winkel des ankommenden Strahles justiert
und für jeden Winkel die anderen Winkel in Reihenfolge so variiert, daß die Geradheit erreicht wird. Die anderen Winkel
sind der Winkel zwischen der ersten Prismenfläche und dem eintretenden Strahl, der zweiten Fläche und dem eintretenden
Strahl und der Radachse und dem eintretenden Strahl. Zur Erreichung einer besonders geraden Linie können demnach
die Parameter der bevorzugten Ausführungsform so eingestellt
werden, daß ein Optimum erreicht wird. Die einzustellenden Parameter sind'der Winkel zwischen dem eintretenden Strahl
und der Radachse und der Winkel zwischen der ersten Fläche des Prismas und der Radachse und der Winkel zwischen der
zweiten Fläche und der Radachse. Durch Wahl eines Winkels und Änderung der anderen beiden wird ein Optimum erzielt.
Wenn die Änderung der Parameter weitergeführt wird, kann ein zweites und ein drittes Optimum erreicht werden. Daraus kann
dasjenige gewählt werden, bei welchem die Geradheit der Linie weiter verbessert ist.
In praktischen Ausführungsformen sind Arbeitslinien erzielt
worden, deren Geradheit einigen Hundertstel einer Bogense-
■κ -
künde über plus oder minus 10° entspricht. Das ist besonders
nützlich bei Laser-Druckverfahren, wo es vielfach erforderlich ist, die Bewegung der Trommel nachzuführen, um die Linie
oder Zeile auf ihrem wahren Ort zu halten. Der Strahl kann auch leicht so gesteuert werden, daß er kleinen Schwankungen
der Trommel folgt, die durch Vibration verursacht sind. So kann der Strahlteiler 51, Fig.6, durch ein Galvanometer
gekippt werden, damit der Strahl um eine geringe Strekke auf der Trommel aufwärts und abwärts läuft, so daß geringe
Schwankungen in der Geschwindigkeit der Trommel berücksichtigt werden.
Die Linearität läßt sich weiter dadurch verbessern, daß besondere Codierungsmarken 52, Fig.5, auf dem Prismenrad angebracht
werden. Jede Marke wird durch ein optisches Hilfssystem
wahrgenommen und zeigt einen entsprechenden Fortschritt der Abtastung an.
In der Ausführungsform nach Fig.7 sind die Prismenfacetten
des Rades 17 durch ein Hologramm 73 mit gleichförmigen Beugungswinkel ersetzt. Das Hologramm 73 lenkt den Strahl genau
wie ein Prisma ab, mit der Ausnahme, daß das Hologramm mit Beugung und nicht mit Brechung auf den Strahl wirkt. Das
Hologramm 73 weist eine Anzahl von Facetten 71 auf seinem Umfang auf, die eine gleichförmige Gitterteilung zeigen und
den Strahl durch Beugung beeinflussen, während im übrigen
die Anordnung und Wirkung die gleiche wie bei den mit Prismenfacetten ausgestatteten und mit Brechnung arbeitenden
Ausführungsformen gem. Fig.1-3 und 4 ist.
Claims (3)
1. Verfahren zur Optimierung der Geradheit einer Abtastzeile
einer optischen Abtastvorrichtung, in der ein in einer Quelle parallel gebündelten, monochromatischen Lichts erzeugter
Strahl durch Reflexion und Brechung auf einen Abtastschirm gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß
für den Strahl, der mittels Reflexion zweimal durch die brechende Vorrichtung hindurchgeht, die auf einer Kreisbahn
bewegt wird, gesondert zwei der folgenden drei Winkel
a) zwischen dem ankommenden Strahl und der Kreisbahnachse,
b) zwischen der ersten brechenden Fläche und der Kreisbahnachse und
c) zwischen der zweiten brechenden Fläche und der Kreisbahnachse
eingestellt werden, während der dritte Winkel konstant gehalten wird, wobei für jede Einstellungsfolge ein Optimum
ermittelt und damit ein erstes, ein zweites und ein drittes Optimum erzeugt wird, worauf die Winkel zur Erzeugung
des besten der drei Optima eingestellt werden.
2. Einrichtung zur Lichtstrahlabtastung mit einer Quelle parallel gebündelten, monochromatischen Lichtes und Mitteln
zum Richten des von dem parallel gebündelten Licht gebildeten Strahls einschließlich einer drehbaren Vorrichtung
zum Ablenken des Strahles, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rad (17) auf seinem Umfang mit einer Mehrzahl von
lichtablenkenden Facetten (19; 71) versehen und mit seiner Achse (15) an einen Drehantrieb (13) angeschlossen ist,
wobei die Mittel zum Richten des Strahles eine zwischen Lichtquelle (21) und Rad (17) angeordnete reflektierende
Vorrichtung (25; 51) aufweisen, die den Strahl auf die Vorderseite jeder mit dem Rad bewegten Facette richtet,
und wobei ein Porro-Prisma (27) den an der Rückseite einer
Facette austretenden, abgelenkten Strahl aufnimmt und ihn
zurück durch die Facette auf dem sich drehenden Rad und an den Ablenkmitteln vorbei reflektiert.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad (17) ein Prismenrad und jede Facette (19) ein Prisma
ist, dessen Scheitel auf dem Umfang des Rades liegt, wobei alle Prismenfacetten denselben Prismenwinkel (67) haben.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkmittel einen Ablenkspiegel (25) aufweisen, der
außerhalb des vom Porro-Prisma (27) zurückkommenden Strahles liegt.
5. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkmittel einen Strahlteilerwürfel (51) aufweisen,
durch den aufgrund der Stellung seiner reflektierenden Fläche und seiner Anordnung der vom Porro-Prisma zurückkommende
Strahl hindurchgeht.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
Mittel zur Erzeugung linear polarisierten Lichtes am Eingang der Ablenkmittel (51) und Mittel zur Umwandlung der
Polarisation des Strahles in eine entgegengesetzte Polarisation vor dem zweiten Durchgang des Strahles durch den
Strahlteilerwürfel (51) angeordnet sind.
7. Eirichtung nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Rad (17) und die Prismenfacetten (19) als einteiliges Kunststoff-Formstück ausgebildet sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 7, gekennzeichnet durch eine Linse (29) zur Sammlung des Strahles (33) nach dem zweiten
Durchgang durch eine Facette (19).
. .: :;-;.; ; 33290Λ0
- νί-
9„ Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Linse (29) eine Einzel-Meniskus-Linse ist, die aufgrund ihrer Linsenflächen (43, 45) die Aberration in der
Bildebene (31) klein hält.
1Oo Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Krüininungsradien der Linsenflächen (43, 45) so gewählt
sind, daß der Strahl nahezu lotrecht durch die Linsendicke hindurchgeht=
11= Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß Servo-Steuermittel zur
Bewegung der Mittel (25? 51) zum Richten mit Bezug auf die Richtung des ankommenden Lichtstrahles in Abhängigkeit
von Schwankungen in der Bewegung eines Objektes vorgesehen sind, auf den der Abtaststrahl geworfen wird, so
daß damit geringe BewegungsSchwankungen des Objektes ausgeglichen
und die Geradheit der Abtastzeile auf dem Objekt aufrecht erhalten wird.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang zu den Strahl-Richtmitteln
(25; 51) eine Eintrittsachse aufweist, die in einer die Drehachse des Rades (17) enthaltenen Ebene und senkrecht
zu dieser Drehachse liegt, so daß der Eintrittswinkel an den Richtmitteln die Wirkung des Winkels zwischen
dem Abtaststrahl und der Normalen zu den Richtmitteln gering hält und die Übertragung relativ unempfindlich zum
Abtastwinkel wird.
1.3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Facetten (71) Hologrammfacetten sind, die alle im wesentlichen dieselbe Gitterteilung haben.
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