DE69026564T2 - Strahlabtastvorrichtung und Bildinformationsschreibvorrichtung - Google Patents
Strahlabtastvorrichtung und BildinformationsschreibvorrichtungInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Strahl- Abtastvorrichtung, insbesondere auf eine Laserstrahl- Abtastvorrichtung, in der beispielsweise eine Abtastoberfläche, die mit Elementen zum Aufzeichnen eines Bildes angeordnet ist, mit einem von einem Laser emittierten Lichtstrahl abgetastet wird und Information hinsichtlich der Position des angelegten Laserstrahls auf der Abtastoberfläche genau bestimmt wird, wenn Bildinformation aufgezeichnet wird, und wodurch das Abtasten auf der Abtastoberfläche mit hoher Genauigkeit realisiert wird.
- Bis jetzt sind zahlreiche Laser-Abtastvorrichtungen vorgeschlagen worden, in denen ein Laserstrahl von einem Galvanometer oder dergleichen abgelenkt wird, so daß er auf eine Abtastoberfläche gerichtet wird, auf der Elemente für die Bildaufzeichnung angeordnet sind, und Bildinformation wie beispielsweise Zeichen oder Bilder usw. aufgezeichnet wird. Dieser Typ der Vorrichtung wird weitverbreitet für solche Geräte wie beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige, eine Laser-Markiervorrichtung und eine Laser-Beschneidvorrichtung verwendet, die jeweils Bildinformation auf den Flüssigkristall, die Metallplatte oder dergleichen schreiben kann.
- In DE-A-37 22 085 wird eine Strahl-Abtastvorrichtung beschrieben, die optische Ablenkeinrichtungen zum Ablenken eines Lichtstrahls, so daß er zu einer vorbestimmten Oberfläche geführt wird, und Abtastvorrichtungen zum Verändern von einem Ablenkwinkel und/oder einer Ablenkposition der optischen Ablenkeinrichtung umfaßt, so daß der Lichtstrahl zweidimensional auf der vorbestimmten Oberfläche abgetastet wird.
- Aus US-A-4 829 339 ist ein fotografisches System zur genauen Wiedergabe von kodierter Information auf einem Aufzeichnungsmaterial bekannt. Dieses System umfaßt eine Bild- /Lichtquelle, einen Rückkoppelungs-Sensor, eine Linsenanordnung, eine Steuereinrichtung, eine Aufzeichnungsmaterialanordnung und einen Lasersensor, wodurch kodierte Information in Abschnitte zerlegt wird, eingestellt wird und transmitiert wird, so daß die Abschnitte korrekt ausgerichtet sind und sich glatt zu einem wiedergegebenen Schlußbild vereinigen.
- Figur 1 zeigt schematisch die Hauptbestandteile eines Galvanometers, der als eine Ablenkeinrichtung in herkömmlichen Laserstrahl-Abtastvorrichtungen zur Steuerung der Ablenkung eines Laserstrahls verwendet wird.
- In Figur 1 bezeichnet Bezugszeichen 8 einen Spiegel, der an einer Dreh-Achswelle 9 befestigt ist. Ein elektrischer Motor dreht die Achswelle 9 bei einer konstanten Geschwindigkeit. Eine Feder 11, die verwendet wird, um eine Drehkraft in der Rückwärtsrichtung zu der Drehrichtung der Achswelle 9 zu verursachen, ist an einem Ende an der Achswelle 9 und an dem anderen Ende an den Gehäuse 13 angebracht.
- Ein Kapazitätssensor 12, der an der Achswelle 9 an einem Teil angebracht ist, um Information für die Drehung der Achswelle 9 zu erhalten, bestimmt den Drehwinkel der Achswelle.
- In Figur 1 wird ein auf den Spiegel 8 von einem Laser (nicht gezeigt) einfallender Lichtstrahl abgelenkt, indem man den Spiegel 8 oszillieren läßt, so daß die Abtastoberfläche abgetastet wird. Gleichzeitig wird der Drehwinkel des Spiegels durch den Kapazitätssensor 12 bestimmt, so daß der Antrieb des Drehzustandes des Elektromotors 10 gesteuert wird, und somit der Abtastzustand auf der Abtastoberfläche gesteuert wird.
- In der herkömmlichen Laser-Abtastvorrichtung, die in Figur 1 gezeigt ist, sind jedoch die folgenden Probleme aufgetreten, wenn Abtasten durch schnelle Ablenkung des Laserstrahls versucht wird.
- (a) Schnelle Beschleunigung oder Abbremsung verursacht eine Verdrillung der Dreh-Achswelle. Als ein Ergebnis trat ein Fehler zwischen dem Drehwinkel des Spiegels und dem durch die Kapazität nachgewiesenen Drehwinkel auf. Entsprechend ist es schwierig, eine genaue Positionsinformation der Position des angelegten Laserstrahls auf der Abtastoberfläche zu erhalten.
- (b) Wenn ein Versuch gemacht wird, das Trägheitsmoment der drehenden Teile zu verringern, so daß die Antwortcharakteristik verbessert wird, muß eine Begrenzung auferlegt werden, wenn der Kapazitätssensor angebracht wird.
- Hinsichtlich der vorstehenden Nachteile in dem herkömmlichen Gerät ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lichtstrahl-Abtastvorrichtung bereitzustellen, die die Fähigkeit hat, den Zustand der Position des angelegten Lichtstrahls auf einer Abtastoberfläche genauer zu steuern und ein Gerät zum Schreiben von Bildinformation bereitzustellen, das solch eine Abtastvorrichtung verwendet.
- Die Aufgabe wird durch eine Strahl-Abtastvorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
- Die Erfindung wird durch die in den Unteransprüchen erwähnten Merkmale weiterentwickelt.
- Figur 1 ist ein schematisches Diagramm einer herkömmlichen optischen Ablenkeinrichtung.
- Figur 2 ist ein schematisches Diagramm, das Hauptteile eines Gerätes zum Schreiben von Bildinformation gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
- Figur 3 ist ein schematisches Diagramm, das Hauptteile eines Gerätes zum Schreiben von Bildinformation gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
- Eine Laser-Abtastvorrichtung, die nachstehend als ein Beispiel der vorliegenden Erfindung erklärt wird, arbeitet wie folgt. In einer Laser-Abtastvorrichtung wird ein Lichtstrahl von einer Lichtquelle von mindestens einer Strahl- Ablenkvorrichtung reflektiert und wird auf eine Abtastoberfläche gerichtet. Und ein Strahlteiler befindet sich beim Abtasten zwischen der Strahl-Ablenkvorrichtung und der Abtastoberfläche, und durch den Strahlteiler wird ein Teil des Lichtstrahls von der Strahl-Ablenkeinrichtung senkrecht zum optischen Weg von der Ablenkeinrichtung geteilt, wenn sich die Ablenkeinrichtung in dem Bezugszustand befindet. Einer dieser Strahlen wird zu einer optischen Nachweiseinrichtung geführt, wobei der Ablenkwinkel der Ablenkeinrichtung durch Steuereinrichtungen durch die Verwendung des Ausgangssignals von der optischen Nachweiseinrichtung gesteuert wird.
- Figur 2 stellt die Hauptkomponenten einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
- In dieser Figur bezeichnet Bezugszeichen 1 einen Laser- Oszillator und Bezugszeichen 2 stellt den Laserstrahl dar. Eine X-Achsen-Strahlabtastvorrichtung 3 kann durch einen Elektromotor (wie beispielsweise einen Servomotor oder Galvanometer) angetrieben werden, wobei ein ebener Spiegel 3a an einem Ende befestigt ist. Durch Oszillieren oder Drehen dieses Spiegels 3a (in dieser Ausführungsform durch Drehen des Spiegeis um seine Träger-Achswelle) wird der Laserstrahl 2 reflektiert und abgelenkt, wobei eine Abtastoberfläche 6, die später beschrieben wird, in der x-Richtung abgetastet wird. Eine Y-Achsen-Strahlabtastvorrichtung 4 kann durch einen Elektromotor (wie beispielsweise einen Servomotor oder Galvanometer in dieser Ausführungsform) als eine Antriebseinrichtung angetrieben werden, wobei ein ebener Spiegel 4a an einem Ende befestigt ist. Durch Oszillieren oder Drehen dieses spiegels 4a (in dieser Ausführungsform durch Drehen des Spiegels 4a um seine Träger-Achswelle) wird der Laserstrahl 2, der durch die Y-Achsen-Strahlabtastvorrichtung 4 abgelenkt wird, reflektiert und abgelenkt, wobei er die Abtastoberfläche 6, die später beschrieben wird, in der Y- Richtung abtastet.
- Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Strahlteiler mit einem Halbspiegel. Er teilt den Laserstrahl, der von dem Spiegel 4a der optischen Y-Achsenabtastvorrichtung 4 abgelenkt worden ist, in zwei Strahlen, den transmitierten Strahl 2a und den reflektierten Strahl 2b. Die Abtastoberfläche 6 ist das Objekt, das von dem Laserstrahl 2a abgetastet wird, wobei Bildinformation auf die Abtastoberfläche geschrieben wird. In dieser Ausführungsform wird ein hochpolymerer Flüssigkristall verwendet, der die Fähigkeit zum thermischen Schreiben hat. Eine optische Nachweiseinrichtung 7 mit einem zweidimensionalen CCD-Flächensensor bestimmt die Information der Position des von dem Strahlteiler 5 reflektierten, angelegten Laserstahls 2b. Somit kann die Information der Position des angelegten Laserstrahls auf das Objekt erhalten werden, indem man den Lichtstrahl von den Spiegeln 3a und 4a nachweist, so daß eine genauere Steuerung für die angelegte Position realisiert wird.
- In der vorliegenden Ausführungsform ist der Strahlteiler 5 so eingestellt, daß der Laserstrahl 2b senkrecht zu dem optischen Weg des Laserstrahls 2a geteilt wird, der von dem Spiegel 4a kommt, wenn die Spiegeloberfläche 3a der X-Achsen- Strahlabtastvorrichtung 3 und die Spiegeloberfläche 4a der Y- Achsen-Strahlabtastvorrichtung 4 im Standard-Zustand vorliegen (beispielsweise wenn der Einfallspunkt des Laserstrahls 2 auf das Zentrum 6a der Abtastoberfläche 6 eingestellt ist). Mit anderen Worten sind, wenn die zwei geteilten Laserstrahlen 2a und 2b im Standard-Zustand sind, sie senkrecht zueinander eingestellt.
- Ferner sind der Abtastabstand des Laserstrahls 2a auf der Abtastoberf l-:che 6 und der Abtastabstand des Laserstrahls 2b auf der Oberfläche der optischen Nachweiseinrichtung 7 so eingestellt, daß sie eine ähnliche Beziehung haben. Mit anderen Worten ist, wenn sich die optische Nachweiseinrichtung 7 an einer äquivalenten Position auf dem Transmisionsstrahl-Weg von dem Strahlteiler 5 befindet, wäre die Lichtempfangsoberfläche der optischen Nachweiseinrichtung 7 parallel zu der Abtastoberfläche 6 (oder der Einfallswinkel des Abtast- Lichtstrahls auf der Lichtempfangsoberfläche der Nachweiseinrichtung ist immer derselbe wie der auf der Abtastoberfläche 6). Der Abtaststrahl wird somit tatsächlich nachgewiesen, so daß sowohl ein Fehler als auch die Information für die zu steuernde optische Abtastvorrichtung durch genau einen Flächensensor gefunden werden kann.
- Ein Teil 21 zum Ausgeben eines Abweichungssignals berechnet die Abweichung zwischen dem Ausgangssignal von der optischen Nachweiseinrichtung 7 und dem Zielwert-Eingabesignal von außen, und sendet dieses Abweichungssignal an einen Steuerteil 22. Der Steuerteil 22 verursacht, daß ein Antriebsteil 23 auf der Grundlage des Signals von dem Teil 21 zum Ausgeben eines Abweichungssignals betrieben wird. Auf der Grundlage des Signals von dem Steuerteil 22 stellt der Antriebsteil 23 die Drehungen des Spiegels 3a der optischen X- Achsen-Abtastvorrichtung 3 und des Spiegels 4b der optischen Y- Achsen-Abtastvorrichtung 4 ein und steuert die Position des angelegten Laserstrahls 2a auf der Abtastoberfläche 6.
- Bei dem vorstehenden Aufbau dieser Ausführungsform wird der von dem Oszillator 1 ausgestrahlte Laserstrahl von dem Spiegel 3a der X-Achsen-Strahlabtastvorrichtung 3 und dem Spiegel 4a der Y-Achsen-Strahlabtastvorrichtung 4 reflekiert und abgelenkt und wird auf sowohl der Abtastoberfläche 6 als auch der Oberfläche der Strahlnachweiseinrichtung 7 durch den Strahlteiler 5 abgetastet.
- Die Positionsbeziehung zwischen der Abtastoberfläche 6 und der Oberfläche der Strahlnachweiseinrichtung 7 wird zuvor eingestellt. Daher kann durch die Bestimmung des Einfallspunktes des Laserstrahls 2b auf der Oberfläche der Strahlnachweiseinrichtung 7 die Position (Abtastposition) des angelegten Laserstrahls 2a auf der Abtastoberfläche 6 mit hoher Genauigkeit erhalten werden. Dann wird die Abweichung zwischen dem Ausgangssignal von der Strahlnachweiseinrichtung 7 und dem Zielwert-Eingangssignal von außen durch den Teil zum Ausgeben des Abweichungssignals 21 erhalten, der das Abweichungssignal an den Steuerteil 22 sendet.
- Dann steuert der Steuerteil 22 den Antriebsteil 23 in Übereinstimmung mit dem Abweichungssignal von dem Teil zum Ausgeben des Abweichungssignals 21. Daraus verursacht der Antriebsteil 23, daß die X-Achsen-Strahlabtastvorrichtung 3 und die Y-Achsen-Strahlabtastvorrichtung 4 betrieben werden, und dadurch wird die Position des angelegten Laserstrahls 2a auf der Abtastoberfläche 6 gesteuert.
- In der vorliegenden Ausführungsform kann statt eines Elektromotors, um die X-Achsen- und Y-Achsen- Strahlabtastvorrichtungen die Spiegel drehen zu lassen, eine andere Antriebsvorrichtung verwendet werden, beispielsweise ein piezoelektrisches Element. Solch eine Ausführungsform ist in Figur 3 veranschaulicht. Die Bezeichnung der Teile in Figur 3 ist dieselbe wie in Figur 2. Die Bezugszeichen 3' und 4' bezeichnen Abtastvorrichtungen für die X-Achsen- bzw. Y-Achsen- Abtastvorrichtungen. Jede Abtastvorrichtung enthält ein piezoelektrisches Element. Diese können die Spiegel 3a und 4a zum Oszillieren bringen, ohne daß die Winkel der reflektierenden Oberflächen geändert werden. Die X-Achsen- Strahlabtastvorrichtung 3a oszilliert in der Richtung der X- Achse, und die Y-Achsen-Strahlabtastvorrichtung 4a oszilliert in der Richtung der Y-Achse. Durch Oszillieren der Spiegel 3a und 4a, wobei die Ablenk-(Reflexions-)Position aufgrund der Spiegel verändert werden, kann die Abtastoberfläche 6 vollständig gerade wie bei der vorhergehenden Ausführungsform abgetastet werden. Der Antriebsteil 23 ist so eingestellt, daß eine Steuerspannung an die piezoelektrischen Elemente der jeweiligen Strahl-Abtastvorrichtungen gesendet wird, womit dieselbe Steuerung der wie in der vorhergehenden Ausführungsform erreicht wird.
- Eine andere Weise, den Laserstrahl abzulenken kann sein, indem man beispielsweise den Weg einer geführten Welle verwendet.
- Die vorstehende Ausführungsform veranschaulicht einen Fall, in dem die Abtastoberfläche zweidimensional abgetastet wird. Aber diese Erfindung kann auch als eine Laserstrahl- Abtastvorrichtung angewendet werden, in der nur eine optische Ablenkeinrichtung verwendet wird, um die Abtastoberfläche eindimensional abzutasten.
- Ferner sind die in den vorstehenden Ausführungsformen erhaltenen Ergebnisse genau dieselben, wenn die Abtastoberfläche und die Strahlnachweiseinrichtung umgekehrt angeordnet sind.
- Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist das jeweilige Element wie vorstehend veranschaulicht eingestellt, wobei die Information der Position des angelegten Laserstrahls auf der Abtastoberfläche erhalten wird, so daß die Information der Position des angelegten Laserstrahls genau erhalten werden kann, ohne daß man an Einflüssen durch die Verzerrung der Dreh-Achswelle während der Drehung der optischen Ablenkeinrichtung mit hoher Geschwindigkeit leidet. Ferner gibt es keinen Bedarf, einen Sensor bereitzustellen, um den Drehwinkel der optischen Ablenkeinrichtung zu bestimmen. Auch kann das Trägheitsmoment des sich drehenden Bereiches verringert werden und die Wechselwirkung auf die Ablenkung wird verbessert. Zusätzlich muß, da das Ausgangssignal von der Strahlnachweiseinrichtung proportional zu der Veränderung des abgetasteten Abstands für das Objekt wie beispielsweise die Abtastoberfläche ist, das Ausgangssignal nicht kompensiert werden.
Claims (11)
1. Strahl-Abtastvorrichtung mit:
a) optischen Ablenkeinrichtungen (3a, 4a) zum Ablenken
eines Lichtstrahls (2), so daß er zu einer vorbestimmten
Oberfläche (6) geführt wird,
b) Abtasteinrichtungen (3, 4), um den Ablenkwinkel
und/oder die Ablenkposition der optischen Ablenkeinrichtung
(3a, 4a) so zu verändern, daß der Lichtstrahl (2)
zweidimensional auf der vorbestimmten Oberfläche (6)
abgetastet wird,
gekennzeichnet durch
c) Nachweiseinrichtungen (5, 7), um eine
zweidimensionale Abtastbedingung des Lichtstrahls (2) auf der
vorbestimmten Oberfläche (6) durch Empfangen des Lichtstrahls
(2) von der optischen Ablenkeinrichtung (3a, 4a)
nachzuweisen, und
d) Steuereinrichtungen (21, 22, 23), um den Ablenkwinkel
und/oder die Ablenkposition der optischen Ablenkeinrichtung
(3a, 4a) auf der Grundlage eines Nachweisergebnisses der
Nachweiseinrichtung (5, 7) zu korrigieren.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Abtasteinrichtung
(3, 4) den Ablenkwinkel der optischen Ablenkeinrichtung (3a,
4a) ändert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Nachweiseinrichtung
(5, 7) einen Strahlteiler (5), der in dem optischen Weg
zwischen der optischen Ablenkeinrichtung (3a, 4a) und der
vorbestimmten Oberfläche (6) angeordnet ist, und einen
optischen Detektor (7) zum Nachweisen des Strahls (2b), der
durch den Strahlteiler (5) von dem auf die vorbestimmte
Oberfläche gerichteten Strahl (2a) geteilt ist, enthält.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der optische Detektor
(7) eine Einfalisposition des Strahls (2b), der durch den
Strahlteiler (5) geteilt ist, nachweist und die
Steuereinrichtung (21, 22, 23) die Veränderung des
Ablenkwinkels auf der Grundlage der nachgewiesenen
Einfallsposition steuert.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der optische Detektor
(7) einen CCD-Flächensensor hat.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die optische
Ablenkeinrichtung (3a, 4a) einen ersten Spiegel (3a) und
einen zweiten Spiegel (4a) hat.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Abtasteinrichtung
(3, 4) eine erste Antriebseinrichtung (3) zum Drehen des
ersten Spiegels (3a) und eine zweite Antriebseinrichtung (4)
zum Drehen des zweiten Spiegeis (4a) umfaßt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Lichtstrahl (2) in
einer ersten Richtung auf der vorbestimmten Oberfläche (6)
abgetastet wird, indem der erste Spiegel (3a) durch die erste
Antriebseinrichtung (3) betrieben wird, und der Lichtstrahl
(2) in einer zweiten Richtung auf der vorbestimmten
Oberfläche (6) abgetastet wird, indem der zweite Spiegel (4a)
durch die zweite Antriebseinrichtung (4) betrieben wird.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die
in einer Vorrichtung zum Schreiben von Bildinformation
verwendet wird, wobei die optische Ablenkeinrichtung (3a, 4a)
einen Lichtstrahl (2) zu einer Objektoberfläche führt, die
zum Schreiben von Bildinformation auf die Objektoberfläche
abzutasten ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die vorbestimmte Oberfläche (6) aus einem hochpolymeren
Flüssigkristall zum Schreiben von Bildinformation auf die
Oberfläche besteht.
11. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei sowohl der erste als
auch der zweite Spiegel (3a, 4a) ebene Spiegel sind.
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