DE4300739A1 - Verfahren zur Korrektur von Zeilenpositionsfehlern beim Aufzeichnen und Abtasten von Informationen mit einem Laserstrahl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur von Zeilenpositionsfehlern nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Zum Aufzeichnen von Informationen auf einen Aufzeich­ nungsträger wie Papier oder fotografischen Film wird in zunehmendem Maß die Lasertechnologie eingesetzt. Laser­ drucker zur Datenausgabe von Computern sind in allen Bereichen der Bürokommunikation anzutreffen. Diese Technologie wird auch immer häufiger zur Ausgabe von Informationen auf lichtempfindliche Materialien, z. B. auf Mikrofilme, medizinische Filme oder auf Druckplat­ ten eingesetzt.

Bei Laserstrahl-Scannern zum Aufzeichnen oder Abtasten von alphanumerischen oder graphischen Informationen wird im allgemeinen ein Laserstrahl von einem computer­ gesteuerten Lichtmodulator, z. B. einem akusto-optischen Modulator, in seiner Intensität moduliert und über ein bewegbares Ablenkelement, z. B. einen Polygonspiegel, Schwingspiegel, eine Hologondisc oder dergl. zeilenwei­ se zu einer Bildempfangsfläche auf dem Aufzeich­ nungs- oder Abtastträger umgelenkt. Hierzu ist eine Vielzahl unterschiedlicher Vorrichtungen bekannt. Es besteht dabei jedoch häufig das Problem, daß durch Fehler des Ablenkelements oder seiner Antriebsvorrichtung die Position des Laserstrahls senkrecht zur Bildzeile von der exakten Zeilenposition abweicht. Zur Korrektur dieses sogen. Cross-Scan-Fehlers sind eine Reihe von Korrekturverfahren bekannt.

In dem von Gerald F. Marshall herausgegebenen Buch "La­ ser Beam Scanning", Dekker, New York (1985) sind auf den Seiten 73 bis 84 eine Reihe von Cross-Scan-Korrek­ turverfahren beschrieben. Bei einem dort beschriebenen elektronischen Verfahren wird die Position des Laser­ strahls in der Aufzeichnungsebene gemessen und dem Meß­ ergebnis entsprechend der Strahl vor dem Ablenkelement durch einen akusto-optischen Hilfsmodulator so abge­ lenkt, daß der Strahl in seine richtige Position ge­ langt. Dieses Verfahren ist jedoch nicht anwendbar, wenn mehrere Laserstrahlen simultan zur Aufzeichnung benutzt werden, die sich auf dem Ablenkelement alle in einem Punkt schneiden, d. h., sich in diesem Punkt nur durch ihre Winkellage bezüglich der optischen Achse un­ terscheiden und schließlich über eine F-Theta-Linse auf die Bildebene abgebildet werden. Die verschiedenen La­ serstrahlen würden dabei unabhängig vom Strahlwinkel vor der auf das Ablenkelement abbildenden Linse jeweils auf die gleiche Position in der Bildebene abgebildet. Auch die bei Marshall genannten optischen Korrekturver­ fahren, beispielsweise mit Zylinderlinsen, versagen bei der Verwendung mehrerer simultan auf dem Ablenkelement überlagerter Laserstrahlen. Die Korrektur erfolgt hier durch Abbilden der Polygonfacette auf die Bildebene in Cross-Scan-Richtung mit Zylinderlinsen. Sie führt dazu, daß nach dem Polygon nur durch einen Winkel voneinander getrennte Laserstrahlen wieder auf dem gleichen Punkt auf der Bildebene abgebildet werden. Deswegen sind hier mehrere Laserstrahlen nicht simultan zur Aufzeichnung einsetzbar.

Aus der DE 37 43 837 C2 ist eine Linsenanordnung be­ kannt, mit der der Cross-Scan-Fehler eines Laserstrahls beim Aufzeichnen von Bildzeilen zu beseitigen ist. Dort ist genau beschrieben, wie ein Cross-Scan-Fehler ent­ steht und wie unter Verwendung von Zylinderlinsen oder einem Teleskopsystem eine optische Korrektur des Cross-Scan-Fehlers erfolgen kann. Auch die hier vorge­ schlagenen Korrekturmethoden haben den Nachteil, daß mehrere, bezüglich der Zeilenrichtung übereinander an­ geordnete Laserstrahlen, die simultan über die Bild­ fläche geführt werden, alle in einem Punkt auf der Bildebene zusammenlaufen und dabei nicht geeignet sind, simultan verschiedene Informationen aufzuzeichnen. Die­ se Methoden sind daher nicht geeignet, um den Cross- Scan-Fehler in einem Mehrstrahl-Laser-Scanner zu korri­ gieren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Korrektur von Cross-Scan-Fehlern in einem Laserstrahl-Scanner anzugeben, das mit den bekannten Vorrichtungen durchführbar und auch für Mehrstrahl-Sy­ steme geeignet ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Hauptanspruch beschriebene Erfindung. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß beim zei­ lenweisen Aufzeichnen von Informationen mit Laser­ strahlen Fehlpositionierungen der Laserstrahlen auf dem Aufzeichnungsträger nicht völlig vermeidbar sind, daß es aber möglich ist, stark fehlpositionierte Strahlen gezielt von der Aufzeichnung auszuschließen.

Dazu werden die Laserstrahlen mit einem akusto-opti­ schen Modulator ein- bzw. ausgeschaltet. Sie werden eng benachbart über den Aufzeichnungsträger geführt, d. h. in einem Abstand, der kleiner ist als der Zeilenab­ stand. Periodische Fehlpositionierungen, die insbeson­ dere durch Facettenfehlwinkel eines rotierenden, poly­ gonalen Ablenkspiegels hervorgerufen werden, können da­ bei vorteilhaft ausgeglichen werden, indem die Fehlpo­ sitonierungen facettenweise ermittelt und indem facet­ tenzugeordnet in einem Computerspeicher abgespeichert wird, ob ein bestimmter Laserstrahl zur Aufzeichnung benutzt werden soll oder nicht. Der Computer steuert damit die Aufzeichnung.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels mit Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Mehrstrahl-Laser-Scanner und die

Fig. 2a bis 2c Aufzeichnungslinien der Laserstrahlen mit und ohne Korrektur und die

Fig. 3a und 3b Strahlengänge durch eine Sammellinse.

Fig. 1 zeigt einen Mehrstrahl-Laser-Scanner zum Auf­ zeichnen von alphanumerischen Informationen auf einen Aufzeichnungsträger, hier auf einen Mikrofilm 18. Von einem Laser 10 geht ein Laserstrahl 1a aus, der mit einer Linse 12 in einen Mehrkanal-akusto-optischen Mo­ dulator 13 (AOM) fokussiert wird. Der Strahl tritt vor dem AOM 13 durch eine schräg gestellte Glasplatte 11, welche als Strahlvervielfacher wirkt. Sie ist auf ihrer Vorderseite bis auf den Eintrittsbereich des Primär­ strahls 1a voll verspiegelt und trägt auf ihrer Rück­ seite dielektrische Beschichtungen in Form eines Stu­ fencoatings. Auf der Rückseite der Glasplatte 11 treten parallele Laserstrahlen 1 bis 4 gleicher Intensität aus. Diese werden im AOM 13 simultan mit individuellen Intensitätsmodulationen entsprechend der auszugebenden Bildinformation beaufschlagt. Die Steuerung des aku­ sto-optischen Modulators erfolgt durch einen Compu­ ter 20, dem die aufzuzeichnenden Bildinformationen über eine Schnittstelle 22 zugeführt werden. Durch eine dem akusto-optischen Modulator 13 nach­ geschaltete Sammellinse 14 der Brennweite f wird die räumliche Separation s der einzelnen Laserstrahlen 1 bis 4 in eine Winkelseparation gemäß der Bezie­ hung a = ^s/f umgewandelt. Die Laserstrahlen 1 bis 4 werden dabei durch die Linse 14 auf einem Ablenkele­ ment 15, im Ausführungsbeispiel einem rotierenden Poly­ gonspiegel, alle in einem Punkt überlagert, dort re­ flektiert und dann von einer F-Theta-Abbildungslinse 16 mit der Brennweite F in die Bildebene 17 des Mikro­ films 18 abgebildet. Die Laserstrahlen 1 bis 4 sind auf dem Polygonspiegel 15 nur über den Winkel a separiert. Dies gewährleistet, daß nach dem Passieren des Polygon­ spiegels 15 und des F-Theta-Objektivs 16 die reflek­ tierten Laserstrahlen 1′ bis 4′ in der Bildebene 17 wiederum räumlich um eine Strecke D = a × F in Richtung Y zueinander versetzt sind. Anforderungen an die Spot­ größe in der Bildebene können eingehalten werden durch Zwischenschalten eines nicht näher gezeigten Teleskop­ systems in den Abbildungsstrahlengang gemäß der DE 37 43 837 C2. Selbstverständlich können in den Ab­ bildungsstrahlengang noch weitere, den einzelnen Anwen­ dungsfällen angepaßte optische Elemente eingefügt oder einzelne Elemente weggelassen oder durch äquivalente Mittel ersetzt werden. Zum Beispiel können die Laser­ strahlen statt von der einen Glasplatte 11 durch meh­ rere verschiedene Strahlteiler geführt werden.

Im vorliegenden Anwendungsfall zur Informationsausgabe von alphanumerischen Zeichen auf einem Mikrofilm 18 be­ tragen die Abstände aufeinanderfolgender Zeilen in der Bildebene 17 nur wenige Mikrometer. Die zugehörigen Strahlwinkel a der Laserstrahlen sind dann so klein, daß unter Umständen die daraus zurückgerechneten Kanal­ abstände im Modulator 13 technisch nicht realisierbar sind. Eine Abhilfe besteht dann darin, daß alle Teile des optischen Systems, die sich im Strahlengang vor dem Polygonspiegel 15 befinden, um seine optische Achse ge­ schwenkt werden. Dazu sind sie beweglich gelagert. Der in Y-Richtung gemessene Abstand der Schreibstrahlen 1′ bis 4′ kann dadurch in der Bildebene 17 verkleinert werden. Dies führt allerdings dazu, daß die zu einem festen Zeitpunkt betrachteten Schreibstrahlen 1′ bis 4′ in der Bildebene 17 nicht mehr senkrecht untereinander liegen, sondern unter einem Winkel b schräg zur Y-Rich­ tung. Für die bildrichtige Datenausgabe der einzelnen Schreibstrahlen 1′ bis 4′ sind dann entsprechende zeit­ liche Offsetwerte der zugehörigen AOM-Kanäle zu berück­ sichtigen. Die Schreibstrahlen 1′ bis 4′ werden in Zei­ lenrichtung X simultan auf Aufzeichnungslinien 1′′ bis 4′′ über den Mikrofilm 18 geführt. Jedem Schreibstrahl ist eine Aufzeichnungslinie zugeordnet. Der Mikro­ film 18 wird in der zur Zeilenrichtung senkrechten Richtung Y weitertransportiert.

Die Zeilenpositionsfehler der Schreibstrahlen 1′ bis 4′ in Y-Richtung werden vor allem verursacht durch relati­ ve mechanische Fehlwinkel der einzelnen Polygonfacet­ ten 15 des Polygonspiegels 15. Sie sind dann periodisch in der Anzahl der Polygonfacetten. Diese Fehler werden korrigiert, indem der horizontale Abstand der simultan über die Bildebene 17′ abgelenkten Schreibstrahlen 1′ bis 4′ kleiner als der Zeilenabstand D gewählt wird, und daß zum Schreiben, d. h., zur Informationsausgabe nur diejenigen Schreibstrahlen 1′ bis 4′ benutzt wer­ den, die der exakten Zeilenposition am nächsten kommen. Die übrigen, nicht benutzten Schreibstrahlen werden durch denselben akusto-optischen Modulator 13 vollstän­ dig auf Dunkel geschaltet, der auch die Intensität der benutzten Schreibstrahlen moduliert.

In den Fig. 2a bis 2c sind die Auswirkungen des Kor­ rekturverfahrens dargestellt. Die Aufzeichnungsli­ nien 1′′ bis 4′′ haben auf dem Mikrofilm 18 genau wie die Schreibstrahlen 1′ bis 4′ den halben Zeilenabstand D/2. Mit durchgezogenen Linien sind diejenigen Aufzeich­ nungslinien bezeichnet, auf denen die Informationsaus­ gabe erfolgt, in Fig. 2a, 2b z. B. die Linien 2′′ und 4′′. Mit gestrichelten Linien sind diejenigen Aufzeich­ nungslinien bezeichnet, deren zugeordnete Schreib­ strahlen durch den akusto-optischen Modulator 13 voll­ kommen auf Dunkel geschaltet sind, hier z. B. die Linien 1′′ und 3′′. 5 und 6 bezeichnen zwei aufeinanderfolgende Bildzeilen. Ihr Abstand D beträgt 10 Mikrometer. Ein mechanischer Fehlwinkel einer Polygonfacette bewirkt, daß der gesamte "Mehrstrahlkamm", d. h., die Schreib­ strahlen 1′ bis 4′ um einen gleichen Betrag V in Rich­ tung Y verschoben ist und somit auch alle Aufzeich­ nungslinien 1′′ bis 4′′. Durch eine entsprechende Neuzu­ ordnung der elektronischen Schreibkanäle in dem AOM zu den Laserstrahlen 1 bis 4 kann nun der Fehler in der Zeilenpositon verringert werden. So ergibt sich für das in Fig. 2 dargestellte Beispiel bei einem unkorrigier­ ten Cross-Scan-Fehler d1 von 40% eines Zeilenab­ stands D durch Übergang der Schreibstrahlzuordnung vom zweiten und vierten Strahl gemäß Fig. 2b auf den er­ sten und dritten Strahl gemäß Fig. 2c eine Verringe­ rung des Cross-Scan-Fehlers auf einen korrigierten Wert d2 von 10% des Zeilenabstandes. Insgesamt wird bei einer Aufteilung von zwei Schreibstrahlen pro Bild­ zeile ein maximaler Cross-Scan-Fehler von 50% des ver­ tikalen Laserstrahlabstands, d. h., 25% des nominellen Zeilenabstands, erreicht. Voraussetzung für dieses Kor­ rekturverfahren ist jedoch die vorherige Kenntnis der Fehlpositionierung v der Schreibstrahlen 1′ bis 4′ in der Bildebene 17 bzw. der jeweiligen Facettenfehlwinkel des verwendeten Polygonspiegels 15 (Fig. 1). Hierzu können entweder die Facettenfehlwinkel des Polygonspie­ gels 15 vorab sehr genau gemessen und die entsprechen­ den Fehlpositionierungen berechnet werden oder es kann die Fehlpositionierung der Schreibstrahlen 1′ bis 4′ di­ rekt in der Bildebene 17 mit einem Positionsdetektor 19 gemessen werden. Im ersten Fall sind nur facettenperio­ dische Fehler korrigierbar, im zweiten Fall auch spon­ tan auftretende Fehler der Schreibstrahlpositionen, z. B. verursacht durch Nutation der Drehachse des Poly­ gonspiegels 15.

Die Facetten von Polygonspiegeln sind im allgemeinen sehr gleichmäßig plan. Alle Laserstrahlen des "Mehr­ strahlkamms" 1′ bis 4′ weisen deshalb innerhalb einer Facette 15a praktisch dieselbe Fehlpositionierung auf und es ist bei Verwendung eines Positionsdetektors 19 ausreichend, die Position nur eines Strahls 1′ bis 4′ zu messen.

Aufgrund der gemessenen oder berechneten Fehlpositionen der Schreibstrahlen 1′ bis 4′ in der Bildebene 17 wird für jede Bildzeile 5, 6 berechnet, welche Schreibstrah­ len 1′ bis 4′ benutzt werden, um einen möglichst gerin­ gen Zeilenpositionsfehler sicherzustellen. Die auszuge­ benden Daten werden dann denjenigen Kanälen des aku­ sto-optischen Modulators 13 zugeführt, die diesen Schreibstrahlen zugeordnet sind. Die übrigen Kanäle werden mit "Null" beaufschlagt.

In dem Fall, in dem die Facettenfehlwinkel vorab genau gemessen werden, wird die Kanalzuordnung ebenfalls be­ rechnet und einem Speicher des Computers 20 facetten­ zugeordnet abgespeichert. Während der Bildaufzeichnung kann dann anhand der gemessenen, aktuellen Winkelposi­ tion des Polygonspiegels 15 oder seines Antriebsmo­ tors 21 bestimmt werden, welche Facette im Strahlengang der Laserstrahlen 1 bis 4 liegt und die richtige Kanal­ zuordnung im Computer 20 getroffen werden.

Die Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Aus­ führungsbeispiel eingeschränkt, sondern kann vielfach variiert werden, z. B. indem statt des einen Lasers und des Strahlvervielfachers mehrere Laser eingesetzt wer­ den. Sie ist auch nicht beschränkt auf Vielstrahl-Scan­ ner, sondern genausogut anwendbar auf Scanner mit nur einem Laserstrahl. Mit der Erfindung werden die ein­ gangs erwähnten Probleme umgangen, die bei den Verfah­ ren aus dem genannten Stand der Technik auftreten.

In den Fig. 3a und 3b ist nochmals grafisch darge­ stellt, warum die elektronische Cross-Scan-Korrektur mittels eines akusto-optischen Hilfsmodulators oder eines Mittenfrequenzshifts des AOM 13, wie sie in dem zitierten Buch von Marshall beschrieben ist, bei einem Mehrstrahl-Laser-Scanner gemäß Fig. 1 nicht anwendbar ist. Der Mehrstrahlkamm 1 bis 4 würde dabei von dem AOM um einen Winkel C gegenüber der optischen Achse 19 aus­ gelenkt (Fig. 3b). Die zwischen AOM und Polygonspie­ gel 15 liegende Sammellinse 14 bewirkt dann jedoch, daß in der Brennebene der Sammellinse, in welcher die re­ flektierende Facette 15a des Polygonspiegels liegt, der Mehrstrahlkamm mit und ohne der Auslenkung dieselbe Winkelverteilung 20 hat wie ohne Frequenzshift (Fig. 3a, 3b). Er ist lediglich um eine Strecke 1 gegenüber der optischen Achse 19 parallel versetzt. Dies ist am Beispiel des Laserstrahls Nr. 2 besonders leicht zu se­ hen, der in Fig. 3a koinzident mit der optischen Ach­ se 19 ist und in Fig. 3b hinter der Sammellinse 14 pa­ rallel zur optischen Achse 19 verläuft. Die gleiche Winkelverteilung des Mehrstrahlkamms mit und ohne Aus­ lenkung hat zur Folge, daß Winkelfehler der Polygonfa­ cette auch zu Winkelfehlern der reflektierten Strahlen führen. Sie können daher mit diesem Verfahren nicht kompensiert werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Korrektur von Zeilenpositions­ fehlern senkrecht zur Zeilenrichtung (X) in einer Vorrichtung zum zeilenweisen Aufzeichnen oder Abtasten von Informationen mittels minde­ stens eines Laserstrahls (1′ bis 4′) und eines Ablenkelements (15) auf einem Aufzeichnungs­ träger (18) mit einem bestimmten Zeilenab­ stand (D), dadurch gekennzeichnet, daß der Ab­ stand zwischen zwei vom Laserstrahl (1′ bis 4′) auf dem Aufzeichnungsträger (18) überstrichenen Aufzeichnungslinien (1′′ bis 4′′) kleiner ist als der Zeilenabstand (D) und daß der Laser­ strahl (1′ bis 4′) in Abhängigkeit von seiner senkrecht zur Zeilenrichtung X gesehenen Y-Lage auf dem Aufzeichnungsträger (18) ein- oder aus­ schaltbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Laserstrahl (1′ bis 4′) mit einem akusto-optischen Modulator (13) ein- und aus­ schaltbar ist und daß der akusto-optische Mo­ dulator (13) von einem Computer (20) gesteuert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkele­ ment (15) ein rotierender Polygonspiegel ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Y-Lage des Laser­ strahls (1′ bis 4′) von einem Positionsdetek­ tor (19) gemessen wird und das Meßergebnis an den Computer (20) übermittelt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auf­ zeichnungsträger (18) gleichzeitig von mehre­ ren, eng benachbarten Laserstrahlen (1′ bis 4′) überstrichen wird, daß der Abstand (D2) zweier benachbarter Laserstrahlen (1′ bis 4′) senk­ recht zur Zeilenrichtung (X) einen Bruchteil des Zeilenabstands (D) beträgt, und daß nur diejenigen Laserstrahlen eingeschaltet sind, deren Position einer exakten Zeilenposition am nächsten kommt.

6. Verfahren nach Anspruch 3 und 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Laserstrahlen (1 bis 4) auf dem Polygonspiegel (15) alle in einem Punkt überlagert werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer (20) eine Zu­ ordnungstabelle enthält, die für jede Facet­ te (15a) des Polygonspiegels (15) die Zuordnung der ein- und auszuschaltenden Laserstrahlen (1 bis 4) enthält.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Verkleinerung des Abstands der Laserstrahlen (1′ bis 4′) auf dem Aufzeichnungsträger (18) das optische System, welches sich im Strahlengang vor dem Ablenk­ element (15) befindet, um seine optische Achse geschwenkt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Drehwinkel des Polygonspie­ gels (15) bezüglich seiner Drehachse gemessen und an den Computer (20) übermittelt wird.