DE3743837A1

DE3743837A1 - Laserstrahlaufzeichnungsoptik fuer die aufzeichnung langer bildzeilen

Info

Publication number: DE3743837A1
Application number: DE19873743837
Authority: DE
Inventors: Hans Joachim Dr Rer Nat Vedder
Original assignee: Agfa Gevaert AG
Current assignee: Agfa Gevaert Healthcare GmbH
Priority date: 1987-12-23
Filing date: 1987-12-23
Publication date: 1989-07-13
Also published as: DE3743837C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Laserstrahl-Aufzeichnungs optik für die Aufzeichnung langer Bildzeilen mit einem Laser, einem bewegbaren Ablenkelement (wie Polygonspie gel, Schwingspiegel, Hologondisc oder dergl.) und einer Bildempfangsfläche, auf die ein Laserstrahl durch das bewegte Ablenkelement in einer Bildzeile abgebildet wird und die senkrecht zur Zeilenrichtung (x) zeilen weise fortschaltbar ist, mit einer ersten Linsenkombi nation zur Fokussierung des Laserstrahles auf das Ab lenkelement und einer weiteren Linsenkombination zur Fokussierung des durch das Ablenkelement umgelenkten Laserstrahles auf die Bildzeile und mit je einer Zylin derlinse in der ersten und der weiteren Linsenkombina tion zur Kompensation von durch Fehler des Ablenkele mentes und/oder seiner Bewegungsvorrichtung auftreten den Abweichungen des Laserstrahles senkrecht zur Bild zeile (sog. Cross-Scan-Fehler) .

Eine Laserstrahlaufzeichnungsoptik der eingangs genann ten Art ist in dem Artikel von J.M. Fleischer et al., IBM J. Res. Develop., Seiten 479 bis 483, vom September 1977 beschrieben. Dabei ist in der ersten Linsenkombi nation unmittelbar vor dem Ablenkelement eine erste einfache Zylinderlinse vorgesehen, während in der wei teren Linsenkombination unmittelbar nach dem Ablenkele ment ein Toroid angeordnet ist. Ein Toroid ist dabei deshalb notwendig, weil bei Verwendung einer zweiten, einfachen Zylinderlinse bei großen Ablenkwinkeln (für lange Bildzeilen) infolge des schiefen Strahldurch tritts durch die Zylinderlinse die Bildebene der zwei ten Linsenkombination gekrümmt ist bzw. bei einer gera den Bildzeile der Spotdurchmesser des Laserstrahles zu den Zeilenrändern hin immer größer wird. Toroide sind aber sehr aufwendig in ihrer Herstellung und daher teu er.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer La serstrahlaufzeichnungsoptik der eingangs genannten Art zur Aufzeichnung langer Bildzeilen unter Vermeidung von Toroiden und unter Verwendung von zwei nur einfachen Zylinderlinsen nicht nur den Cross-Scan-Fehler zu be seitigen, sondern auch eine Krümmung der Bildzeile bzw. eine Vergrößerung des Spotdurchmessers des Laserstrah les in der Bildebene zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs.

Durch die Anordnung der zweiten Zylinderlinse in einem zur zweiten Linsenkombination gehörenden Teleskopsystem wird erreicht, daß innerhalb des Teleskopsystems der Strahlenverlauf immer parallel zur optischen Achse des Systems erfolgt, unabhängig davon, unter welchem Winkel der Laserstrahl vom Ablenkelement reflektiert wird. Da durch ergibt sich ständig ein senkrechter Strahleinfall auf die zweite Zylinderlinse in der Ebene senkrecht zu deren Brechkraft, so daß die zusätzliche Strahlablen kung in Zeilenrichtung und deren Folgen aufgehoben sind. Somit kann eine einfache, nicht toroide Zylinder linse Verwendung finden.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläu tert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Cross-Scan-Fehlers,

Fig. 2a bis 2b Teile eines bekannten Laserstrahlenganges in zwei zueinander senkrechten Ebenen zur Laser strahlaufzeichnung auf eine kurze Bildzeile,

Fig. 3 eine bekannte Laserstrahlaufzeichnungsanordnung zur Aufzeichnung von langen Bildzeilen, wobei von unterschiedlichen Stellungen des Ablenkele mentes kommende Laserstrahlen unterschiedlich gezeichnet sind,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Laserstrahlaufzeichnungs optik zur Aufzeichnung von langen Bildzeilen, wobei von unterschiedlichen Stellungen des Ab lenkelementes kommende Laserstrahlen unter schiedlich gezeichnet sind.

Die von einem Laser 1 (Gaslaser, Festkörperlaser) emit tierte Strahlung wird mit Hilfe einer Linse 2 in einen akusto-optischen Modulator (AOM) 3 fokussiert. Durch eine am Modulatorkristall des Modulators 3 angelegte Hochfrequenzspannung wird eine laufende Ultraschallwel le im Modulatorkristall erzeugt, die eine periodische Brechungsindexvariation induziert (sog. Phasengitter). An diesem Phasengitter wird ein Teil der einfallenden Strahlung gebeugt, d.h. aus der ursprünglichen Ausbrei tungsrichtung abgelenkt. Wird die angelegte Hochfre quenz mit einer zu übertragenden Datenrate amplituden moduliert, so tritt der Beugungseffekt ebenfalls mit dieser Datenrate auf. Verwendet man im nachfolgenden optischen System nur den abgelenkten Anteil des in den Modulator 3 einfallenden Laserstrahles (sog. erste Ord nung), so erhält man einen Strahl 4, dessen Intensität mit der Datenrate moduliert ist. Dabei kann sowohl bi näre Modulation (Strahlintensität "voll ein" - "voll aus") als auch analoge Modulation (graduelle Intensi tätsänderung, d.h. Halbtöne) erzeugt werden, letzteres durch eine Variation der angelegten Hochfrequenzlei stung. Die Anstiegszeit der durch die Intensitätsmodu lation erzeugten Laserstrahlimpulse ist proportional zur Größe des Laserstrahldurchmessers im Modulatorkri stall, weshalb in der Regel eine Fokussierung in den Modulator 3 notwendig wird. Der im folgenden Strahlen gang nicht mehr benötigte ungebeugte Anteil des Laser lichtes (sog. nullte Ordnung) wird nach Passieren des Modulators 3 durch eine geeignete Blende abgeblockt.

Verwendet man statt der oben erwähnten Laserquellen eine Laserdiode, so kann die Intensitätsmodulation di rekt durch Modulieren des Diodensteuerstromes erzeugt werden, so daß die Linse 2 und der Modulator 3 im Strahlengang 4 in diesem Fall nicht benötigt werden.

Nach Verlassen des Modulators 3 wird die im weiteren verwendete erste Ordnung des Laserstrahles 4 durch ein Teleskopsystem 5, 6 aufgeweitet und parallel gemacht. Die Aufweitung dient dabei der Erzeugung eines Laser strahldurchmessers D _L, mit dem später ein gewünschter beugungsbegrenzter Spotdurchmesser d _s in der Bildebe ne 7 erzeugt werden kann. Es gilt die Beziehung:

d _s = 1,27 · λ · f ₈/D _L,

wobei λ die Laserwellenlänge und f ₈ die Brennweite einer Abbildungslinse 8 sind.

Nach dem Teleskopsystem 5, 6 befindet sich im Strahlen gang 4 das Ablenkelement 9 (Polygonspiegel, Schwing spiegel oder Hologondisc). Der auf das Ablenkelement einfallende Strahl 4 wird außer in der gewünschten x-Richtung (Horizontale) auch in der y-Richtung (Verti kale) abgelenkt, verursacht durch statische und dynami sche Fehler des Ablenkelementes 9. Statische Fehler sind hier z.B. die vertikalen Fehlwinkel der einzelnen Spiegelfacetten eines Polygonspiegels bezüglich einer Bezugsfläche, bedingt durch Fertigungstoleranzen, wäh rend dynamische Fehler z.B. durch Nutationsbewegung der Drehachse des Ablenkelementes 9 induziert werden.

Fällt der abgelenkte Strahl nach Passieren des Ablenk elementes 9 ohne Vornahme von optischen oder elektroni schen Korrekturen auf die abbildende Abbildungslinse 8 auf (Fig. 1), so ergibt sich in der Bildebene 7 nach der Abbildungslinse 8 eine vertikale Fehlpositionie rung Δ (y) einer Scanzeile (sog. Cross-Scan), die durch folgende Beziehung beschrieben wird:

Δ (y) = f ₈ · ⊖ (y),

wobei ⊖ (y) der vertikale Fehlwinkel des Strahles, ver ursacht durch den Fehlwinkel des Ablenkelementes 9 ist.

Bei größeren Formaten, d.h. langbrennweitigen Abbil dungslinsen 8 übersteigt diese Fehlpositionierung be reits bei Fehlwinkeln ⊖ (y) von nur einigen Bogense kunden die zulässigen Größen für den Cross-Scan-Fehler von ca. 1 bis 20% des nominellen Zeilenabstandes.

Eine seit langem bekannte Korrekturmöglichkeit für den Cross-Scan-Fehler ⊖( y) besteht in der Verwendung eines Zylinderlinsenpaares I, II, wobei eine Zylinderlinse I vor und die andere Zylinderlinse II nach dem Ablenkele ment 9 aufgestellt wird (Fig. 2 bis 4). Beide Zylinder linsen sind so angeordnet, daß ihre Brechkraft senk recht zur gewünschten Ablenkrichtung x liegt. Die erste Zylinderlinse I erzeugt dabei einen Fokus des einfal lenden Laserstrahles 4 senkrecht zur Ablenkrichtung x auf der Spiegelfläche des Ablenkelementes 9. In bekann ten Ausgestaltungen (Fig. 2) ist die zweite Zylinder linse II direkt hinter dem Ablenkelement 9 angeordnet, um den nun in einer Richtung fokussierten Strahl 4 wie der parallel zu machen, bevor der Einfall auf die ab bildende Linse 8 erfolgt. Wie die Fig. 2 und 3 ver deutlichen, wird dadurch der Cross-Scan-Fehler Δ (y) exakt auskorrigiert, solange der Zylinderlinsenfo kus f _I, f _II genau auf der Ablenkfacette liegt. Durch Radialschlag des Polygonspiegels während der Dre hung und die inhärente Radialbewegung der Facettenober fläche, bedingt durch die nicht auf der Facettenfläche liegende Drehachse, ist dies allerdings in der Praxis nicht der Fall. Deshalb ist die Korrektur des Cross- Scan-Fehlers Δ (y) nicht mehr beliebig hoch, sondern wird durch den folgenden Ausdruck beschrieben:

K = Δ (s)/f _II,

wobei K der Korrekturgrad, Δ (s) eine Größe proporti onal zur Abweichung der Facettenoberfläche vom Zylin derlinsenfokus, f _II die Brennweite der zweiten Zylin derlinse II sind.

Bei größeren Scanwinkeln ⊖ (x) muß die zweite Zylin derlinse II in dieser Aufstellungsversion als Toroid, d.h. als senkrecht zur Achse der Brechkraft gekrümmte Zylinderlinse ausgebildet werden, um eine ebene Abbil dungsfläche nach der Abbildungslinse 8 zu gewährlei sten. Zylinderlinsen, wie sie in Fig. 2b gezeigt sind, erzeugen wegen des schrägen Durchgangs des sich fort laufend in seiner Richtung verändernden Strahles 4 zu den Zeilenenden hin einen immer größeren Spotdurchmes ser d _s und führen zu einem gekrümmten Bildfeld. Die ser untragbare Zustand wird bisher durch Toroide be seitigt. In der Ebene senkrecht zur Brechkraft der Zy linderlinsen I und II wird der Strahlengang 4 dann durch die Toroide nicht beeinflußt, so daß horizontale Scanwinkelablenkungen durch diesen Korrekturaufbau nicht verändert werden. Die Herstellung der hierbei notwendigen Toroide II ist jedoch sehr schwierig. Sie soll durch den im folgenden beschriebenen optischen Aufbau gemäß Fig. 4 erfindungsgemäß vermieden werden.

Es wurde nun folgendes zur Vermeidung von Toroiden ge funden: Schließt man eine zweite gewöhnliche Zylinder linse II zwischen ein Teleskopsystem (sog. Relaylinsen system) 10, 11 ein, so wird erreicht, daß innerhalb des Teleskopsystems 10, 11 der Strahlverlauf immer parallel zur optischen Achse unabhängig vom Scanwinkel ⊖ (x) des Ablenkelementes 9 erfolgt. Dadurch ergibt sich per manent ein senkrechter Strahleinfall auf die Zylinder linse II in der Ebene x senkrecht zu deren Brechkraft. Das heißt anschaulich, daß die horizontale Strahlablen kung innerhalb des Teleskopsystems 10, 11 aufgehoben ist, weshalb dann hier eben nur einfache, d.h. nicht toroide Zylinderlinsen II anstelle eines Toroiden auch bei sehr langen Scanzeilen in x-Richtung verwendet wer den können, vgl. Fig. 4.

Letztes Abbildungselement ist die Abbildungslinse 8, die so gestaltet ist, daß der vertikale Abstand d _x des Laserpots von der optischen Achse in der Bildebe ne 7 durch die Beziehung

d _x = f ₈(x)

bestimmt ist, wobei f ₈ die Brennweite der Abbildungs linse 8 und ⊖ (x) der horizontale Scanwinkel in Abhän gigkeit von der Drehung des Ablenkelementes 9 ist. Da durch wird gewährleistet, daß Scangeschwindigkeit und Scanort immer proportional zum Scanwinkel ⊖ (x) sind. In der Abbildungsebene x wird durch horizonales Scannen zunächst nur das Schreiben einer Zeile bewirkt. Der Zeilenvorschub, d.h. das Schreiben einer Seite wird erst durch simultanes Vorschieben des Schreibmediums in y-Richtung ermöglicht.

Claims

1. Laserstrahl-Aufzeichnungsoptik für die Auf zeichnung langer Bildzeilen mit einem Laser, einem bewegbaren Ablenkelement (wie Polygon spiegel, Schwingspiegel, Hologondisc oder dergl.) und einer Bildempfangsfläche, auf die ein Laserstrahl durch das bewegte Ablenkelement in einer Bildzeile abgebildet wird und die senkrecht zur Zeilenrichtung (x) zeilenweise fortschaltbar ist, mit einer ersten Linsenkom bination zur Fokussierung des Laserstrahles auf das Ablenkelement und einer weiteren Linsenkom bination zur Fokussierung des durch das Ablenk element umgelenkten Laserstrahles auf die Bild zeile und mit je einer Zylinderlinse in der er sten und der weiteren Linsenkombination zur Kompensation von durch Fehler des Ablenkelemen tes und/oder seiner Bewegungsvorrichtung auf tretenden Abweichungen des Laserstrahles senk recht zur Bildzeile (sog. Cross-Scan-Fehler) , dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Linsen kombination (8, 10, 11) ein hinter dem Ablenk element (9) angeordnetes Teleskopsystem (10, 11) aufweist, daß das Ablenkelement (9) im Ab stand der Brennweite der ersten Linse (10) des Teleskopsystems (10, 11) vor dem Teleskopsystem (10, 11) angeordnet ist, daß die zweite Zylin derlinse (II) als einfache Zylinderlinse mit einer Brechkraft nur senkrecht zur Strahlab lenkrichtung durch das Ablenkelement (9) bzw. zur Zeilenrichtung (x) ausgebildet und zwischen den Linsen (10, 11) des Teleskopsystems ange ordnet ist, und daß zwischen dem Teleskopsystem (10, 11) und der Bildempfangsfläche (7) bzw. der Bildzeile (in x-Richtung) eine Abbildungs linse (8) zur Fokussierung des Laserstrah les (4) auf die Bildempfangsfläche (7) bzw. die Bildzeile angeordnet ist.