DE3927885A1 - Vorrichtung zum erfassen von elektrostatischem oberflaechenpotential - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erfas­ sen eines elektrostatischen Oberflächenpotentials und einen Lesekopf hierfür.

Die Anmelderin hat vorangehend ein Abbildungssystem und ein Aufzeichnungssystem vorgeschlagen, in denen mit einer Ab­ bildungsvorrichtung mit Foto/Foto-Wandlerelementen ein op­ tisches Bild mit hoher Auflösung erzeugt wurde und mittels Foto-Ladungswandlerelementen das optische Bild auf einem Aufzeichnungsmaterial als latentes Ladungsbild aufgezeich­ net wurde. Ferner hat die Anmelderin für das Erfassen der Verteilung von elektrostatischem Oberflächenpotential eine Vorrichtung vorgeschlagen, die zum Auslesen des latenten Ladungsbilds von dem Aufzeichnungsmaterial und damit zum Erzeugen eines das latente Ladungsbild darstellenden elek­ trischen Signals eingesetzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung für das Erfassen von elektrostatischem Oberflä­ chenpotential sowie einen verbesserten Lesekopf hierfür zu schaffen.

Zur Lösung der Aufgabe enthält ein erfindungsgemäßer Lese­ kopf einen in einem Lichtweg angeordneten Satz aus doppelt brechenden Elementen, der eine Eintrittsfläche, durch die das Licht in den Satz eintritt, und eine Austrittsfläche hat, durch die das Licht aus dem Satz austritt, wobei die Doppelbrechungselemente derart gewählt und angeordnet sind, daß das Licht bei dem Eintreten in den Satz über die Ein­ trittsfläche zu einem Normalstrahl und einem extraordinären Nebenstrahl aufgeteilt wird, die jeweils in dem Satz auf voneinander verschiedenen Wegen verlaufen und die zusammen­ treffen, wenn sie an der Austrittsfläche aus dem Satz aus­ treten.

Ferner enthält zur Lösung der Aufgabe eine Vorrichtung zum Erfassen von Oberflächenpotential an einem Meßobjekt eine Lichtquelle zur Abgabe von Licht, einen dem Meßobjekt ge­ genübergesetzten Lesekopf, der einem von dem Oberflächenpo­ tential des Meßobjekts abhängigen elektrischen Feld sowie dem Licht ausgesetzt ist und der einen Satz von doppelt brechenden optischen Modulatorschichten zum Modulieren des Lichts entsprechend dem elektrischen Feld und eine sich zwischen dem Modulatorschichtensatz und dem Meßobjekt er­ streckende dielektrische Spiegelschicht enthält, welche nach dem Austreten des Lichts aus dem Modulatorschichten­ satz das Licht zu dem Modulatorschichtensatz zurückspie­ gelt, so daß der Lesekopf das modulierte Licht abgibt, und eine Vorrichtung zum Umsetzen des modulierten Lichts in ein entsprechendes elektrisches Signal, wobei die optischen Mo­ dulatorschichten derart gewählt und angeordnet sind, daß das Licht bei dem Eintritt in den Modulatorschichtensatz in einen Normalstrahl und einen extraordinären Nebenstrahl aufgeteilt wird, welche jeweils in dem Modulatorschichten­ satz auf voneinander verschiedenen Wegen verlaufen und zu­ sammentreffen, wenn sie aus dem Modulatorschichtensatz zu der dielektrischen Spiegelschicht hin austreten.

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

Fig. 1 ist eine Darstellung einer Vorrichtung zum Erfassen von elektrostatischem Oberflächenpotential gemäß ei­ nem Ausführungsbeispiel.

Fig. 2 ist eine Darstellung eines Lesekopfs gemäß Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Darstellung eines abgewandelten Lesekopfs.

Gemäß Fig. 1 werden von einem Laser 1 Lichtstrahlen abgege­ ben, die über eine Linse 2 und einen Polarisator 3 zu einem Strahlenteiler 4 gelangen. Die Linse 2 setzt die ankommen­ den Lichtstrahlen in ausgerichtete Lichtstrahlen mit gleichförmiger Stärke um. Der Polarisator 3 setzt die aus­ gerichteten Lichtstrahlen in linear polarisierte Licht­ strahlen um. Die Lichtstrahlen aus dem Polarisator 3 durch­ laufen den Strahlenteiler 4 und gelangen dann zu einem Le­ sekopf RA. Der Lesekopf RA ist sehr nahe einer nutzbaren Oberfläche eines zu messenden Objekts bzw. eines Aufzeich­ nungsmaterials O gegenübergesetzt. Die nutzbare Oberflä­ che des Objekts O trägt ein Potential, dessen Verteilung Bildinformationen darstellt. D.h., die nutzbare Oberfläche des Objekts O trägt ein latentes Ladungsbild. Von dem Lese­ kopf RA werden die Lichtstrahlen entsprechend dem Potential an der nutzbaren Oberfläche des Objekts O derart moduliert, daß die modulierten Lichtstrahlen die Bildinformationen übertragen. Der Lesekopf RA gibt die modulierten Licht­ strahlen zu dem Strahlenteiler 4 zurück ab. Die Lichtstrah­ len aus dem Lesekopf RA werden durch den Strahlenteiler 4 über eine Wellenlängenplatte 5 und einen Analysator 6 zu einem fotoelektrischen Wandler 7 reflektiert. Die Wellen­ längenplatte 5 dient zum Einstellen der effektiven Licht­ stärke. Der fotoelektrische Wandler 7 setzt die modulierten Lichtstrahlen in ein entsprechendes elektrisches Signal um, das die Bildinformationen enthält.

Gemäß Fig. 1 und 2 hat der Lesekopf RA einen Schichtenauf­ bau aus einer lichtdurchlässigen Elektrodenschicht Et, op­ tischen Modulatorschichten PML1 und PML2 und einer dielek­ trischen Spiegelschicht DML. Die optischen Modulatorschich­ ten PML1 und PML2 sind zwischen die lichtdurchlässige Elek­ trodenschicht Et und die dielektrische Spiegelschicht DML eingefaßt. Die dielektrische Spiegelschicht DML ist dem Meßobjekt O gegenübergesetzt, während die transparente Elektrodenschicht Et von dem Meßobjekt O abgewandt angeord­ net ist. Über die transparente Elektrodenschicht Et treten die Lichtstrahlen aus dem Strahlenteiler 4 in die optischen Modulatorschichten PML1 und PML2 ein. Die optischen Modula­ torschichten PML1 und PML2 bestehen aus einem Material, das entsprechend einem angelegten elektrischen Feld den Wellen­ typ bzw. die Wellenart des Lichts verändert. Ein Beispiel für das Material der optischen Modulatorschichten PML1 und PML2 ist ein Einkristall von Lithiumniobat, das den elek­ trooptischen Effekt zeigt.

Gemäß den vorstehenden Ausführungen treten die Lichtstrah­ len aus dem Strahlenteiler 4 über die transparente Elektro­ denschicht in die optischen Modulatorschichten PML1 und PML2 ein. Die Lichtstrahlen durchlaufen die optischen Modu­ latorschichten PML1 und PML2 und erreichen die dielektri­ sche Spiegelschicht DML. Danach werden die Lichtstrahlen durch die dielektrische Spiegelschicht DML reflektiert und durch die optischen Modulatorschichten PML1 und PML2 sowie die Elektrodenschicht Et hindurch zu dem Strahlenteiler 4 zuruckgeleitet.

Die optischen Modulatorschichten PML1 und PML2 des Lese­ kopfs RA werden durch die dielektrische Spiegelschicht DML hindurch dem elektrischen Feld ausgesetzt, das von dem an dem Objekt O ausgebildeten latenten Ladungsbild abhängig ist. Die transparente Elektrodenschicht Et ist geerdet, um es zu ermöglichen, die optischen Modulatorschichten PML1 und PML2 dem das Bild darstellenden elektrischen Feld aus­ zusetzen. Daher ändert sich der Wellentyp der durch die op­ tischen Modulatorschichten PML1 und PML2 durchgelassenen Lichtstrahlen entsprechend dem elektrischen Feld derart, daß die Lichtstrahlen die dem latenten Bild entsprechenden Informationen übertragen. Im einzelnen ändert sich der Wel­ lentyp, nämlich der Winkel der Polarisationsebene der Lichtstrahlen entsprechend der Potentialverteilung des la­ tenten Ladungsbilds. Der Analysator 6 ermöglicht es, daß der fotoelektrische Wandler 7 den Winkel der Polarisations­ ebene der Lichtstrahlen zu einer Umsetzung in ein amplitu­ denmoduliertes elektrisches Signal erfaßt.

Die optischen Modulatorschichten PML1 und PML2 bestehen aus dem gleichen doppelt brechenden einachsigen Einkristallen und haben die gleiche Dicke. Die optischen Modulatorschich­ ten PML1 und PML2 sind derart angeordnet, daß ihre jeweili­ gen Kristallachsen CA zueinander in bezug auf die Ebene der Grenzfläche zwischen den Modulatorschichten spiegelsymme­ trisch sind.

Gemäß Fig. 2 wird dann, wenn ankommendes Licht P1 durch die transparente Elektrodenschicht Et hindurch in die optische Modulatorschicht PML1 eintritt, das Licht in einen Normal­ strahl 20 und einen extraordinären Nebenstrahl 30 geteilt, die voneinander weg verlaufen. Der Normalstrahl 20 verläuft in der gleichen Richtung wie das ankommende Licht P1, wäh­ rend der Nebenstrahl 30 von der Wegrichtung des ankommenden Lichts P1 abweicht. Nachdem der Normalstrahl 20 und der Ne­ benstrahl 30 die optische Modulatorschicht PML1 durchlaufen haben, treten sie in die optische Modulatorschicht PML2 ein. Wenn der Normalstrahl 20 und der Nebenstrahl 30 in die optische Modulatorschicht PML2 eintreten, verläuft der Nor­ malstrahl 20 ohne Richtungsänderung weiter, während der Ne­ benstrahl 30 seine Verlaufsrichtung ändert und zu dem Weg des Normalstrahls 20 hin verläuft. Nachdem der Normalstrahl 20 und der Nebenstrahl 30 die optische Modulatorschicht PML2 durchlaufen haben, erreichen sie die dielektrische Spiegelschicht DML. An der Oberfläche der dielektrische Spiegelschicht DML treffen der Normalstrahl 20 und der Ne­ benstrahl 30 zusammen, so daß sie von der dielektrischen Spiegelschicht DML gemeinsam reflektiert werden und durch die optischen Modulatorschichten PML1 und PML2 hindurch je­ weils auf ihren Einfallslichtwegen bei dem Auftreffen auf die dielektrische Spiegelschicht DML zurückgelangen.

Auf diese Weise heben die Doppelbrechungen der optischen Modulatorschichten PML1 und PML2 einander hinsichtlich des Wegs des ankommendes Lichts P1 auf, so daß dieses auf der dielektrischen Spiegelschicht DML genau an einer einzigen Stelle auftrifft. Dadurch ist eine Abnahme des latenten La­ dungsbilds mit hohem Auflösungsvermögen gewährleistet. Im Gegensatz dazu bewirkt im Falle eines herkömmlichen Lese­ kopfs, in dem nur eine optische Modulatorschicht aus einem doppelt brechenden Einkristall verwendet ist, die Doppel­ brechung der einzigen optischen Modulatorschicht eine Ver­ setzung zwischen dem Normalstrahl und dem Nebenstrahl an ihren Auftreffstellen an der dielektrischen Spiegelschicht, wodurch das Auflösungsvermögen hinsichtlich des aufgenomme­ nen Bilds verringert ist.

Mittels einer (nicht gezeigten) geeigneten Abtastvorrich­ tung werden die Lichtstrahlen in bezug auf das latente La­ dungsbild an dem Objekt O derart versetzt, daß das Ladungs­ bild abgetastet wird.

Der Lesekopf RA kann drei oder mehr optische Modulator­ schichten enthalten, solange folgende Bedingung erfüllt ist: Die voneinander getrennten normalen und extraordinären Strahlen treffen an der Oberfläche der dielektrischen Spie­ gelschicht DML zusammen.

Die Fig. 3 zeigt einen abgewandelten Lesekopf RA, in wel­ chem die transparente Elektrodenschicht Et zwischen den op­ tischen Modulatorschichten PML1 und PML2 liegt. Hinsicht­ lich anderer Gesichtspunkte ist der Lesekopf nach Fig. 3 dem Lesekopf nach Fig. 2 gleichartig.

Es ist anzumerken, daß anstelle der vorangehend genannten Lichtstrahlen auch irgendwelche anderen elektromagnetischen Energiestrahlen wie Funkwellen, Alphastrahlen, Röntgen­ strahlen oder andere radioaktive Energiestrahlen treten können.

Ein in einem Lichtweg angeordneter Satz von Doppelbre­ chungselementen hat eine Eintrittsfläche, über die das Licht in den Satz eintritt und eine Austrittsfläche, über die das Licht aus dem Satz austritt. Die Doppelbrechungs­ elemente sind derart gewählt und angeordnet, daß das Licht nach dem Eintreten in den Satz durch die Eintrittsfläche in einen Normalstrahl und in einen Nebenstrahl geteilt wird, welche in dem Satz über jeweils voneinander verschiedene Wege verlaufen und an der Stelle zusamentreffen, an denen sie durch die Austrittsfläche hindurch austreten.

Claims (4)

1. Lesekopf, gekennzeichnet durch einen in einem Lichtweg angeordneten Satz aus Doppel­ brechungselementen (PML1, PLM2), der eine Eintrittsfläche, über die das Licht in den Satz eintritt, und eine Aus­ trittsfläche hat, über die das Licht aus dem Satz austritt, wobei die Doppelbrechungselemente derart gestaltet und angeordnet sind, daß das Licht (P1) nach dem Eintreten in den Satz über die Eintrittsfläche in einen Normalstrahl (20) und einen extraordinären Nebenstrahl (30) aufgeteilt wird, daß der Normalstrahl und der Nebenstrahl in dem Satz jeweils voneinander verschiedene Wege durchlaufen und daß der Normalstrahl und der Nebenstrahl an der Stelle zusammentreffen, an der der Normalstrahl und der Neben­ strahl aus dem Satz über die Austrittsfläche austreten.

2. Lesekopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen sich über die Austrittsfläche des Satzes (PML1, PML2) er­ streckenden dielektrischen Spiegel (DML).

3. Lesekopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daP die Doppelbrechungselemente (PML1, PLM2) überein­ andergeschichtet sind und jeweils Doppelbrechungen haben, die in bezug auf eine dazwischenliegende Grenzfläche zuein­ ander spiegelsymmetrisch sind.

4. Vorrichtung zum Erfassen von elektrostatischem Ober­ flächenpotential an einem Objekt, gekennzeichnet durch
eine Lichtquelle (1) zur Abgabe von Lichtstrahlen,
einen dem Objekt (O) gegenübergesetzten Lesekopf (RA),
der einem von dem Oberflächenpotential abhängigen elektri­ schen Feld sowie dem Licht ausgesetzt ist und der einen Satz aus doppelt brechenden optischen Modulatorschichten (PML1, PML2) zum Modulieren des Lichts entsprechend dem elektrischen Feld und eine dielektrische Spiegelschicht (DML) enthält, die zwischen dem Satz von Modulatorschichten und dem Objekt angeordnet ist und die das Licht nach dessen Austreten aus dem Satz von Modulatorschichten zu diesem zu­ rückspiegelt, wobei der Lesekopf das modulierte Licht ab­ gibt, und
eine Wandlervorrichtung (7) zum Umsetzen des modulierten Lichts in ein entsprechendes elektrisches Signal,
wobei die optischen Modulatorschichten derart gestaltet und angeordnet sind, daß das Licht nach dem Eintreten in den Modulatorschichtensatz in einen Normalstrahl (20) und einen extraordinären Nebenstrahl (30) aufgeteilt wird, die in dem Modulatorschichtensatz auf jeweils voneinander ver­ schiedenen Wegen verlaufen und die an einer Stelle zusam­ mentreffen, an denen sie die dielektrische Spiegelschicht erreichen.