DE69028233T2

DE69028233T2 - Lichtstrahlabtastsystem

Info

Publication number: DE69028233T2
Application number: DE69028233T
Authority: DE
Inventors: Akira C O Dainippon S Kuwabara; Hideaki Ogawa; Eiichi Tamaki; Yasuyuki C O Dainippon Sc Wada; Takumi C O Dainippon S Yoshida
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1989-04-07
Filing date: 1990-04-03
Publication date: 1997-04-17
Anticipated expiration: 2010-04-04
Also published as: EP0391362A2; US5225924A; EP0391362A3; EP0391362B1; DE69028233D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Strahlabtastsystem zur Abtastung von lichtempfindlichem Material mit mehreren optischen Strahlen für die Ausbildung eines Bildes auf dem lichtempfindlichen Material, und insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Technik zur unabhangigen Änderung des Durchmessers von Strahlpunkten und des Abstandes von Pixeln auf dem lichtempfindlichen Material.

Beschreibung des Standes der Technik

Ein optisches Strahlabtastsystem, welches mehrere Laserstrahlen verwendet, (bzw. ein Mehrstrahlabtastsystem) ist oftmals in einem Laser-Plotter zur Aufzeichnung eines Schwarzweißbildes auf lichtempfindlichem Material oder in einem Scanner zur Aufzeichnung eines Halbtonbildes mit Halbtonpunkten auf lichtempfindlichem Material zur Verminderung der Abtastzeit vorgesehen.
Fig. 1 ist ein Diagramm, welches Abtastlinien zeigt, die mit einem Mehrstrahlabtastsystem gezogen sind. Mehrere Abtastlinien L&sub1;-L&sub1;&sub1;, die sich in einer Hauptabtastrichtung X erstrecken, sind in einer Nebenabtastrichtung Y nebeneinander angeordnet. Beispielsweise laufen zur Ausbildung eines Bildes zwei Strahlen gleichzeitig längs der Abtastlinien. Das Mehrstrahlabtastsystem ist so eingerichtet, daß zwei Strahlpunkte SP&sub1; und SP&sub2;, die einen Durchmesser d haben und einen Abstand 1 voneinander getrennt sind, auflichtempfindlichem Material ausgebildet werden. Der Abstand 1 genügt der folgenden Gleichung:
1 = (2n - 1)P (1)
wobei P ein Pixelabstand (oder Abtastlinienabstand) und n eine natürliche Zahl ist. In Fig. 2 ist die natürliche Zahl n zwei.
Wie mit einem Paar von Pfeilen AR&sub1; angedeutet, laufen die beiden Strahlpunkte SP&sub1; und SP&sub2; zunächst längs der Abtastlinien L&sub1; und L&sub4;. Als nächstes werden die Strahlpunkte SP&sub1; und SP&sub2; um einen Abstand 2P in einer Nebenabtastrichtung Y relativ zum lichtempfindlichen Material bewegt und laufen dadurch längs der Abtastlinien L&sub3; und L&sub6;.
Die Bewegung der Strahlpunkte SP&sub1; und SP&sub2; in der Nebenabtastrichtung Y und der Abtastvorgang in der Hauptabtastrichtung werden abwechselnd wiederholt, wodurch parallele Abtastvorgänge, die mit Paaren von Pfeilen AR&sub1;-AR&sub4; wiedergegeben sind, erzielt werden. Dementsprechend werden die Abtastlinien L&sub1;, L&sub3;, L&sub5;, ..., L&sub1;&sub1;, die mit ungeraden Ordnungszahlen spezifiziert sind, mit dem ersten Strahlpunkt SP&sub1; und die Abtastlinien L&sub2;, L&sub4;, ..., L&sub1;&sub0;, die mit geraden Ordnungszahlen spezifiziert sind, mit dem zweiten Strahlpunkt SP&sub2; abgetastet.
Der Pixelabstand wird manchmal erhöht, so daß Bildausbildungsgeschwindigkeit gewonnen wird. Bei anderer Gelegenheit wird der Pixelabstand vermindert, so daß ein Bild genauer ausgebildet wird. Wenn ein optisches Strahlabtastsystem, das einen Einzelstrahl verwendet, verwendet wird, kann der Pixelabstand durch Veränderung der Taktimpulse zur Steuerung der Zuführzeit von Bilddaten oder durch Änderung der Abtastgeschwindigkeit eingestellt werden. Wenn ein Mehrstrahlabtastsystem verwendet wird, bewirkt eine Änderung des Pixelabstands das folgende Problem:
Wenn ein Mehrstrahlabtastsystem verwendet wird, gilt die folgende Gleichung:
(2n&sub1; - 1)P&sub1; = (2n&sub2; - 1)P&sub2; (2)
wobei P&sub1; und P&sub2; Pixelabstände und n&sub1; und n&sub2; natürliche Zahlen sind. Wenn die natürlichen Zahlen n&sub1; und n&sub2;, die der Gleichung (2) genügen, aufgefunden sind, ist irgendeiner der Abstände P&sub1; und P&sub2; erzielbar, unabhängig vom Abstand zwischen den Strahlpunkten SP&sub1; und SP&sub2; Wenn umgekehrt ein Paar von natürlichen Zahlen n&sub1; und n&sub2;, die der Gleichung (2) genügen, nicht aufgefunden werden, sind die Abstände SP&sub1; und SP&sub2; nicht austauschbar, wenn nicht der Abstand zwischen den Strahlpunkten SP&sub1; und SP&sub2; verändert wird. Dies läßt sich folgendermaßen erklären: Der Abstand l&sub1; zwischen den Strahlpunkten SP&sub1; und SP&sub2; ist durch die folgende Gleichung gegeben, wenn der Pixelabstand P&sub1; ist:
l&sub1;= (2n&sub1; - 1)P&sub1; (3)
Andererseits ist, wenn der Pixelabstand P&sub2; ist, der Abstand l&sub2; zwischen den Strahlpunkten SP&sub1; und SP&sub2; durch die folgende Gleichung gegeben:
l&sub2; = (2n&sub2; - 1)P&sub2; (4)
Die Abstände SP&sub1; und SP&sub2; können daher nicht gleich sein, wenn nicht die Gleichung (2) erfüllt ist.
Der Abstand 1 zwischen den Strahlpunkten kann durch Änderung des Verkleinerungsfaktors eines optischen Verkleinerungssystems im Mehrstrahlabtastsystem eingestellt werden; dies vermindert die Größe der auf dem lichtempfindlichen Material ausgebildeten Strahlpunkte. Mit diesem Verfahren werden jedoch sowohl der Durchmesser d der Strahlpunkte als auch der Abstand 1 geändert. Der Abstand 1, das heißt, der Pixelabstand, läßt sich dementsprechend nach diesem Verfahren nicht unabhängig ändern. Ähnlich kann der Durchmesser d nicht getrennt vom Pixelabstand geändert werden.
Auch das folgende Problem ist für einen Scanner bekannt, der einen Hauptabtastvorgang durch Ablenken von wenigstens einem optischen Strahl durchführt, während er den Nebenabtastvorgang durch sequentielles Bewegen eines Strahlabtastsystems relativ zum lichtempfindlichen Material durchführt. Das Problem besteht darin, daß Abtastlinien infolge der Bewegung für das Nebenabtasten geneigt sind. Die Fig. 2A bis 2C veranschaulichen auf einem lichtempfindlichen Material 1 ausgebildete geneigte Abtastlinien. Ein Bildausbildungsbereich 2 auf dem lichtempfindlichen Material 1 ist in eine Anzahl von parallelen Streifen 2a, 2b, ..., 2z unterteilt. Die parallelen Streifen 2a-2z werden in dieser Reihenfolge getrennt abgetastet.
In Fig. 2A wird ein optischer Strahl zyklisch in einer Richtung X abgelenkt, während das lichtempfindliche Material 1 in einer Richtung (-Y) bewegt wird, wodurch der erste Streifen 2a in einem Bereich zwischen den Stellen YA und YB in der Richtung Y abgetastet wird. Die anderen Streifen 2b- 2z werden in der gleichen Weise abgetastet. Da dieses Teilungsabtastverfahren einen kleineren Ablenkwinkel erfordert als ein Verfahren, bei welchem ein Laserstrahl die volle Breite des Bildausbildungsbereichs 2 abtastet, bewirkt das Teilungsabtastverfahren weniger Ablenkfehler. Wenn ferner die Abtastbreite kleiner ist, läßt sich die Brennweite der Abtastlinse vermindern und ist der Durchmesser des Abtaststrahls verringert, wodurch ein Bild feiner ausgebildet werden kann. Ferner kann das Teilungsabtastverfahren ein Bild schneller als ein Verfahren ausbilden, bei welchem der Hauptabtast- und der Nebenabtastvorgang durchgeführt werden, indem ein optisches Abtastsystem und das lichtempfindliche Material 1 mechanisch relativbewegt werden, weil das Teilungsabtastverfahren weniger Bewegung von schweren Teilen erfordert.
Auch gemäß dem Teilungsabtastverfahren sind jedoch die Abtastlinien zur Richtung X, in die ein Laserstrahl abgelenkt wird, geneigt. Die Richtung, in welcher ein Strahlpunkt auf dem lichtempfindlichen Material 1 läuft, hängt von der Ablenkgeschwindigkeit VX (nicht gezeigt) und einer Nebenabtastgeschwindigkeit (bzw. der Geschwindigkeit der Bewegung des lichtempfindlichen Materials) ab. Dies führt dazu, daß sich das Abtastlinienfeld 4 in einer Richtung erstreckt, die von links nach rechts nach oben geht. Infolgedessen ist ein auf dem lichtempfindlichen Material 1 ausgebildetes Bild ebenfalls zur Richtung X geneigt.
Wenn alle Streifen 2a-2z in einem Bereich zwischen den Stellen YA und YB mit gleicher Ablenkrichtung abgetastet werden, kann die Neigung mit mehreren Verfahren kompensiert werden. Gemäß einem der einfachsten Verfahren wird die Neigung durch Einstellen des Winkels zwischen der Ablenkrichtung und der Richtung, in der das lichtempfindliche Material 1 bewegt wird, auf einen von 900 abweichenden speziellen Wert kompensiert. JP-A-55-11917 beschreibt auch eine Technik zur Kompensierung der Neigung durch Ablenken eines Laserstrahls in der Nebenabtastrichtung sowie in der Hauptabtastrichtung.
Wenn die Nebenabtastvorgänge aller Streifen in der gleichen Richtung durchgeführt werden, wird im übrigen das lichtempfindliche Material 1 in der Richtung Y nach Beendigung des Abtastvorganges eines jeden Streifens voll zurückgeführt; dies bedeutet einen Zeitverlust infolge der Rückkehrbewegung. Zur Beseitigung dieses Zeitverlustes ist eine hin und her gehende Abtastvorrrichtung wünschenswert, die den Nebenabtastvorgang von der Stelle YB zur Stelle YA in den Streifen ausführt, die mit geraden Ordnungszahlen spezifiziert sind.
Wenn der hin und her gehende Abtastvorgang durchgeführt wird, ist die Nebenabtastrichtung für die Streifen, die mit ungeraden Ordnungszahlen (im folgenden als ungeradzahlige Streifen bezeichnet) spezifiziert sind, unterschiedlich von derjenigen für die Streifen, die mit geraden Ordnungszahlen spezifiziert sind (im folgenden als geradzahlige Streifen bezeichnet). Wie in Fig. 2C gezeigt, ist die Neigung des Abtastlinienfeldes 4 in den ungeradzahligen Streifen gegenüber derjenigen in den geradzahligen Streifen umgekehrt. Wenn folglich das oben angegebene Verfahren zur Kompensierung der Neigung angewandt wird, kann die Neigung in den ungeradzahligen Streifen möglicherweise kompensiert werden, die Neigung in den geradzahligen Streifen würde aber, wie in Fig. 2B gezeigt, zunehmen. Ferner hängt der Grad der Neigung von der Abtastgeschwindigkeit VX und VY ab.
Wie oben beschrieben, wird die Neigung der Abtastlinien durch verschiedene Gründe bewirkt. Wenn der Pixelabstand und der Durchmesser der Strahlpunkte getrennt eingestellt werden, ist es wichtig, die Neigung der Abtastlinien zu kompensieren, wie später noch beschrieben wird. Die oben beschriebenen Verfahren zur Kompensierung der Neigung sind jedoch in diesem Fall nicht geeignet. Ein neues Verfahren zur Kompensierung der Neigung ist dementsprechend wünschenswert, wenn der Pixelabstand und der Durchmesser der Strahlpunkte getrennt eingestellt werden.
Um mit obigen Problemen fertig zu werden, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein optisches Strahlabtastsystem eines Mehrstrahltyps, welches einen Pixelabstand getrennt von einem Strahlpunktdurchmesser einstellen kann.
Ein optisches Strahlabtastsystem enthält im übrigen oftmals einen akustooptischen Deflektor (AOD) bzw. Ablenker zum Ablenken von optischen Strahlen, um so den Hauptabtastvorgang durchzuführen.
Da der AOD den- Ablenkwinkel schnell ändern kann, wird er oftmals in einem System zur Durchführung zur Hochgeschwindigkeitsstrahlabtastung verwendet. Wenn der AOD den Abtastwinkel rasch ändert, zeigt sich ein sogenannter Zylinderlinseneffekt, wie dies im Stand der Technik wohlbekannt ist. Der Zylinderlinseneffekt ist in L.D. Dickson, "Optical Considerations for an Acoustooptic Deflector", Applied Optical, Vol 11, No. 10, Oktober 1972, S. 2196-2202 beschrieben.
Fig. 3A veranschaulicht schematisch den Zylinderlinseneffekt eines AOD. Ein AOD 213 weist eine akustische Zelle 213a und einen piezoelektrischen Wandler 213b auf. Eine mit dem Wandler 213b erzeugte Ultraschallwelle 5 breitet sich in der akustischen Zelle 213a aus. Die Ultraschallwelle S ist in Fig. 3A schematisch mit parallelen Linien gezeichnet. Ein kleineres Intervall der parallelen Linien bedeutet eine höhere Frequenz der Ultraschallwelle. Die Frequenz der Ultraschallwelle 5 wird wiederholt von einem Maximalwert fmax zu einem Minimalwert fmin linear durchgestimmt.
Wenn die optischen Strahlen La und Lb in die akustische Zelle 213a eingeführt werden, werde gebeugte Strahlen La1 und Lb1 erster Ordnung erzeugt. Der Beugungswinkel θ der gebeugten Strahlen La1 und Lb1 ist durch die folgende Gleichung gegeben:
θ θ,5fλ/v (5)
wobei f die Frequenz der Ultraschallwelle, λ die Lichtwellenlänge und v die akustische Geschwindigkeit in der akustischen Zelle 213a ist.
Wenn die Frequenz der Ultraschallwelle 5 sich mit hoher Geschwindigkeit ändert, um den Beugungswinkel θ rasch zu ändern, enthält die akustische Zelle 213a akustische Wellen eines bestimmten Frequenzbandes gleichzeitig. Da der einfallende Strahl Lb weiter vom Wandler 213b weg ist als der einfallende Strahl La, wird der einfallende Strahl LB mit einer akustischen- Frequenz fb gebeugt, die höher als die akustische Frequenz fa ist, bei der der einfallende Strahl La gebeugt wird. Der Beugungswinkel θb des abgehenden Strahls Lb1 ist daher größer als der Beugungswinkel θa des abgehenden Strahls La1. Das heißt, wenn die Ultraschallwelle von einer niedrigeren Frequenz zu einer höheren Frequenz durchgestimmt wird, wirkt der AOD 213 als Konkavlinse. Wenn andererseits die Ultraschallwelle von einer höheren Frequenz zu einer niedrigeren Frequenz durchgestimmt wird, wirkt der AOD 213 als Konvexlinse. Diese Effekte werden Zylinderlinseneffekt genannt.
Ein Verfahren zur Kompensation des Zylinderlinseneffekts ist beispielsweise in JP-A-60-107828 beschrieben. Gemäß diesem Verfahren wird, wie in Fig. 3B gezeigt, eine Kompensationsimse 213c auf der Bildseite des AOD 213 angeordnet. Die Kompensationslinse 213c gleicht die Beugungswinkel θc der abgehenden Strahlen La1 und Lb1 einander an.
Da der Unterschied zwischen den Beugungswinkeln θa und θb klein ist, muß die Brennweite der Kompensationslinse genau eingestellt werden, um diese Winkel einander gleich zu machen. Da die Herstellungstoleranz für die Brennweite üblicherweise plus minus 5 % beträgt, ist eine Kompensationslinse höherer Genauigkeit teuer.
Die Anzahl auflösbarer Punkte, die mit einem AOD abgetastet werden, hängt vom Bündeldurchmesser eines Lichtstrahls in einem optischen System ab. Es ist daher wünschenswert, den Durchmesser eines Lichtstrahls zu erhöhen, um die Anzahl auflösbarer Punkte zu erhöhen. Zur Erfüllung dieses Erfordernisses wird ein Linsensystem zur Aufweitung eines Lichtstrahls in der Nähe eines AOD angeordnet. Wenn ferner eine Kompensationslinse zum Kompensieren des Zylinderlinseneffekts hinzugefügt wird, wird die Anzahl von Linsen, die in dem optischen System verwendet werden, ziemlich groß. Dies macht eine Ausrichtung der Linsen schwierig.
Ein optisches- Strahlabtastsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus EP-A-θ 299 455 bekannt.
Mehrstrahlabtastsysteme sind auch aus EP-A-θ 240 347, US-A-4 733 252 und DE-A-38 06 785 bekannt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Strahlabtastsystem eines Mehrstrahltyps zu schaffen, welches einen Pixelabstand unabhängig ändern kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Strahlabtastsystem eines Mehrstrahltyps zu schaffen, welches ferner den Durchmesser von Strahlpunkten unabhängig sowie einen Pixelabstand ändern kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Neigung von Abtastlinien zu kompensieren.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Strahlabtastsystem zu schaffen, welches einen zylinderlinseneffekt eines AOD ohne Kompensationslinse hoher Genauigkeit kompensieren kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines optischen Strahlabtastsystems, welches nur eine kleine Anzahl einfacher Linsen aufweist und welches unter Kompensation des Zylinderlinseneffekts den Durchmesser eines optischen Strahls aufweiten kann.
Die Erfindung ist wie im Patentanspruch 1 definiert. Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten zeichnungen deutlicher werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Diagramm, welches schematisch ein Abtastverfahren mit Mehrfachstrahlen zeigt;
Fig. 2A bis 2C sind Diagramme, welche schematisch geneigte Abtastlinien zeigen;
Fig. 3A und 3B sind Diagramme, welche schematisch einen Zylinderlinseneffekt eines AOD zeigen;
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Bildausbildungssystems, welches ein optisches Strahlabtastsystem gemäß der vorliegenden Erfindung enthält;
Fig. 5 und 6 sind Diagramme, welche schematisch ein Abtastverfahren des Bildausbildungssystems zeigen;
Fig. 7 ist ein schematisches Blockschaltbild des Bildausbildungssystems;
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht des optischen Strahlabtastsystems;
Fig. 9 bis 12 veranschaulichen schematisch ein Verfahren zur Änderung des Schnittwinkels optischer Strahlen mit einem Strahlrichtungsdrehelement;
Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht eines Mehrstrahleinstellers;
Fig. 14 ist eine Seitenansicht eines Mehrstrahleinstellers;
Fig. 15 ist ein Diagramm, welches schematisch den Mechanismus eines Mehrstrahleinstellers zeigt;
Fig. 16 ist eine perspektivische Ansicht eines Pechan- Prismas;
Fig. 17 ist eine perspektivische Ansicht eines Ablenkwinkeleinstellers;
Fig. 18 ist eine Vorderansicht des Ablenkwinkeleinstellers;
Fig. 19 ist ein Blockschaltbild des Ablenkwinkeleinstellers;
Fig. 20 ist ein Diagramm, welches Lichtwege von Laserstrahlen innerhalb des optischen Strahlabtastsystems zeigt;
Fig. 21 veranschaulicht schematisch ein Verfahren zur Kompensation der Neigung von Abtastlinien;
Fig. 22A und 22B veranschaulichen schematisch ein Verfahren zur Änderung von Schnittwinkeln von drei Laserstrahlen;
Fig. 23 und 24 sind Vorderansichten, welche andere Typen von Ablenkwinkeleinstellern zeigen;
Fig. 25 ist eine perspektivische Ansicht eines Schwalbenschwanzprismas;
Fig. 26 bis 32 veranschaulichen andere Typen von Ablenkwinkeleinstellern;
Fig. 33 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren optischen Strahlabtastsystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 34 ist eine perspektivische Ansicht, welche einen vereinfachten Aufbau des in Fig. 33 gezeigten optischen Strahlabtastsystems zeigt;
Fig. 35A ist eine perspektivische Ansicht einer optischen Strahlablenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 35B ist eine Draufsicht der optischen Strahlablenkvorrichtung;
Fig. 35C ist eine Vorderansicht der optischen Strahlablenkvorrichtung;
Fig. 36A und 36B sind Diagramme, die schematisch ein Verfahren der Positionierung eines Strahlaufweiters auf der Gegenstandsseite eines AOD zeigen;
Fig. 37 ist eine Querschnittsansicht einer im Strahlaufweiter enthaltenen Verbundlinse;
Fig. 38 ist ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Bestätigung des Zustands der Kompensation des Zylinderlinseneffekts; und
Fig. 39 ist ein Zeitdiagramm der in Fig. 38 gezeigten Schaltung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Zunächst wird der Aufbau eines Bildzeichnungssystems, welches ein optisches Strahlabtastsystem gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, erläutert, und als weiteres werden die Details des optischen Strahlabtastsystems erläutert.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Bildzeichnungssystems 100, welches ein optisches Strahlabtastsystem gemäß der vorliegenden Erfindung enthält. Das Bildzeichnungssystem 100 umfaßt einen Zuführmechanismus 20 zum Zuführen von lichtempfindlichem Material 1 und einen auf einer Basis 10 angebrachten Zeichenmechanismus 30. Der Zuführmechanismus 20 weist einen Saugtisch 21 auf, an welchen das lichtempfindliche Material 1, wie etwa eine Glastrockenplatte, zur Befestigung angesaugt wird.
Der Saugtisch 21 ist auf einem Paar von Führungen 22 angebracht, die sich in einer horizontalen Richtung Y erstrecken. Der Saugtisch 21 kann hin und her gehend in den Richtungen (Y und -Y) mittels einer durch einen Motor angetriebenen Kugelumlaufspindel bewegt werden. Das lichtempfindliche Material 1 kann dementsprechend in den Richtungen (Y und -Y) hin und her bewegt werden.
Der Zeichenmechanismus 30 weist ein Paar von Führungen 31 auf, die sich in einer horizontalen Richtung X erstrekken. Die Richtung X liegt senkrecht zur Richtung Y. Ein Gehäuse 32 ist gleitend auf die Führungen 31 gesetzt. Ein die Erfindung verkörperndes optisches Strahlabtastsystem 200 ist im Gehäuse 32 enthalten. Ein Zeichenkopf 33, der an einem eingekerbten Abschnitt in Fig. 4 gezeigt ist, ist eine Komponente des optischen Strahlabtastsystems 200. Das Gehäuse 32, das das optische Strahlabtastsystem 200 enthält, wird durch eine Kugelumlaufspindel 35 angetrieben, welche durch einen Motor 34 gedreht wird, und damit in Richtung X oder (- X) bewegt, wobei der Zeichenkopf 33 dementsprechend in der Richtung X oder (-X) bewegt wird.
Ein He-Ne-Laser 400 ist an der Oberseite der Basis 10 angebracht. Ein vom Laser 40 erzeugter Laserstrahl 41 wird durch Strahlenteiler 42-45 in zwei Laserstrahlen 41X und 41Y unterteilt. Die Strahlenteiler 44 und 45 sind am Zeichenkopf 33 befestigt. Der Saugtisch 21 ist mit Planspiegeln 46X und 46Y versehen, die an seinen Endabschnitten in den Richtungen X bzw. (-Y) angebracht sind. Die Laserstrahlen 41X und 41Y werden durch die Spiegel 46X und 46Y reflektiert und damit zu den Strahlenteilern 44 und 45 zurückgeführt. Ein (nicht gezeigtes) Interferometer mißt eine optische Weglänge zwischen dem Strahlenteiler 45 und dem Spiegel 46X und eine zwischen dem Strahlenteiler 44 und dem Spiegel Y. Die Relativiage des lichtempfindlichen Materials in Bezug auf den Zeichenkopf 33 wird auf der Grundlage der optischen Weglängen aufgefunden.
Der Mechanismus 20 ist im übrigen mit einer (nicht gezeigten) Abschirmungshaube, die sich öffnen läßt, vollständig abgedeckt.
Fig. 5 veranschaulicht schematisch ein Zeichenverfahren im Zeichensystem 100. Der Zeichenkopf 33 emittiert zwei Laserstrahlen Ba und Bb, die auf das lichtempfindliche Material 1 einfallen. Die Laserstrahlen Ba und Bb werden periodisch in den Richtungen (X und -X) abgelenkt und als Funktion eines bestimmten Bildsignals moduliert. Wenn das lichtempfindliche Material 1 in der Richtung (-Y) bewegt wird, werden Abtastlinien L, die sich in den Richtungen (X und -X) erstrecken, mit den Laserstrahlen Ba und Bb abgetastet. Da dieses optische Strahlabtastsystems 200 ein Mehrstrahlsystem ist, führt es den Abtastvorgang gemäß dem oben unter Bezug auf Fig. 1 beschriebenen Prinzip durch. Der Pixelabstand und die Punktgröße der Laserstrahlen Ba und Bb können in diesem System jedoch getrennt verändert werden. Ferner wird, wie später noch beschrieben, eine Neigung von Abtastlinien nicht verursacht. Ein Zeichenbereich 2 auf dem lichtempfindlichen Material 1 wird gedanklich in parallele Streifen 2a, 2b, ... unterteilt, die in dieser Reihenfolge abgetastet werden.
Fig. 6 veranschaulicht schematisch die Relativbewegung des lichtempfindlichen Materials 1 und des Zeichenkopfs 33 beim Abtastvorgang. Die gedachte Linie Y&sub0; zeigt einen Lauf des Zeichenkopfs 33 in den Richtungen (X und -X).
Zunächst wird, wie in Fig. 6(a) gezeigt, der Zeichenkopf 33 an einem Ursprungspunkt positioniert, der im linken unteren Teil des lichtempfindlichen Materials 1 liegt.
Am Beginn der Abtastung wird das lichtempfindliche Material 1 in der Richtung (-Y) bewegt, wodurch der erste Streifen in der Richtung Y, wie in Fig. 6(b) gezeigt, abgetastet wird. Fig. 6(c) zeigt einen Zustand zu einer Zeit, wenn das lichtempfindliche Material 1 vollständig in der Richtung (-Y) bewegt ist. Nach diesem Zustand wird der Zeichenkopf 33 eine vorgeschriebene Strecke ΔX in der Richtung X bewegt. Die vorgeschriebene Strecke ΔX ist gleich dem Abstand zwischen den Streifen.
Der zweite Streifen 2b wird abgetastet, während das lichtempfindliche Material 1 in der Richtung Y bewegt wird, wie dies in Fig. 6(e) gezeigt ist. Nach Beendigung der Abtastung des zweiten Streifens, wie in Fig. 6(f) gezeigt, wird, wie oben beschrieben, die hin und her gehende Abtastung wiederholt. Der Zeichenbereich wird infolgedessen, wie in Fig. 6(g) gezeigt, abgetastet, wodurch ein gewünschtes Bild im Zeichenbereich aufgezeichnet wird.
Fig. 7 ist ein Blockschaltbild des Zeichensystems 100. Eine Zeicheneingabeeinheit 60, die einen Mikrocomputer und seine Peripheriegeräte umfaßt, erzeugt Vektordaten, die einen Umriß einer zu zeichnenden Figur angeben. Die Vektordaten werden in Teilvektordaten SV entsprechend den betreffenden Streifen unterteilt. Die Teilvektordaten SV werden der Zeichnungssteuereinheit 70 zugeführt.
Die Zeichnungssteuereinheit 70 erzeugt Rasterdaten in Bezug auf jede Abtastlinie auf der Grundlage der Teilvektordaten SV. Die Rasterdaten werden einem AOM-Treiber 71 als ein Ein-Aus-Modulationssignal SM zugeführt. Der AOM-Treiber 71 wandelt das Modulationssignal SM in ein AOM-Treibersignal SMD um. Ein Ablenksignal SD wird von der Zeichnungssteuereinheit 70 einem AOD-Treiber 72 zugeführt und durch den AOD-Treiber 72 in ein AOD-Treibersignal SDD umgewandelt. Diese Treibersignale SMD und SDD werden einer AOM-Einheit (oder akustooptischen Modulatoreinheit) 207 und einem AOD (oder akustooptischem Deflektor) 213 zugeführt, die in dem optischen Strahlabtastsystem 200 enthalten sind. Da das optische Strahlabtastsystem ein Mehrstrahlsystem ist, weist die AOM- Einheit 207 zwei AOM's 207a und 207b (nicht gezeigt in Fig. 7) auf, und jedes der Signale SM und SMD hat zwei Komponenten für die beiden AOM's.
Die Zeichnungssteuereinheit 70 liefert ein Motoransteuersignal MX an den Motor 34, welcher das optische Strahlabtastsystem 200 in die Richtungen (X und -X) bewegt, und ein weiteres Motoransteuersignal MY an den Motor 23, welcher das optische Strahlabtastsystem 200 in die Richtungen (Y und -Y) bewegt. Ein Laserentfernungsmesser 50, welcher das oben erwähnte Interferometer enthält, erzeugt Lagesignale SX und SY die die Position des Saugtisches 21 angeben. Die Lagesignale SY und SX werden der Zeichnungssteuereinheit 70 zugeführt. Die Zeichnungssteuereinheit 70 erzeugt das Modulationssignal SM und das Ablenksignal SD synchron mit den Lagesignalen SX und SY.
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht, die den inneren Aufbau des optischen Strahlabtastsystems 200 zeigt. Ein Ar&spplus;-Laser 201 gibt einen einzelnen Laserstrahl LB&sub0; ab, welcher einem AOM 202 zur Korrektur der Intensität des Laserstrahls zugeführt wird. Wenn der Durchmesser von Strahlpunkten auf dem lichtempfindlichen Material 1 geändert wird, korrigiert der AOM zur Gewinnung optimaler Belichtungsbedingungen die Intensität des Laserstrahls. Die Größe der Korrektur wird vorab experimentell unter Berücksichtigung der Charakteristik des lichtempfindlichen Materials 1 aufgefunden, wobei ein tatsächlicher Korrekturwert in Bezug auf eine Kombination des Durchmessers von Strahlpunkten und dem Abstand von Pixeln aufgefunden wird. Im allgemeinen wird die Intensität mit dem Durchmesser der Strahlpunkte erhöht, um die Leuchtenergie pro Einheitsfläche aufrechtzuerhalten.
Der den AOM 202 verlassende Laserstrahl LB&sub0; wird durch einen Spiegel 203 reflektiert und durch einen Strahlenteiler 204 in zwei Laserstrahlen LBa und LBb geteilt. Der erste Strahl LBa wird durch einen Spiegel 205 reflektiert, durchläuft eine Kondensorlinse 206a und fällt auf den AOM 207a ein. Der AOM 207a moduliert den Laserstrahl LBa ansprechend auf die erste Komponente des AOM-Treibersignals SMD und steuert den Strahl LBa ein-aus. Ein modulierter Strahl B&sub1; wird durch einen Kollimator 208a kollimiert und einem später beschriebenen Mehrstrahleinsteller 300 zugeführt.
Der durch den Strahlenteiler 204 erzeugte zweite Strahl LBb wird über eine Kondensorlinse 206b dem AOM 207b zugeführt. Der AOM 207b führt eine Ein-Aus-Modulation auf dem Strahl LBb ansprechend auf die zweite Komponente des AOM- Treibersignals SMD durch. Ein modulierter Strahl B&sub2; wird durch einen Kollimator 208b kollimiert und dem Mehrstrahleinsteller 300 nach Reflexion durch einen Spiegel 209 zugeführt. Die beiden Strahlen B&sub1; und B&sub2; fallen auf den Mehrstrahleinsteller 300 senkrecht zueinander ein.
Die beiden modulierten Strahlen können durch betreffende Laserquellen, wie etwa Halbleiterlaser, oder durch andere bekannte Mittel erzeugt werden. Wenn Halbleiterlaser verwendet werden, sind die AOMs 207a und 207b oder andere Arten von Modulationsmitteln nicht erforderlich, weil die Halbleiterlaser ihre eigenen Laserstrahlen ein-aus-steuern können.
Fig. 9 ist ein Diagramm, welches schematisch ein Prinzip der Richtungsdrehung von auf den Mehrstrahleinsteller 300 gegebenen Lichtstrahlen zeigt. Der Mehrstrahleinsteller 300 weist ein Strahlrichtungsdrehelement 301 auf, wie dieses in Fig. 8 gezeigt ist. Das Strahlrichtungsdrehelement 301 hat denselben Aufbau wie ein Strahlenteiler und weist eine Halbspiegelfläche 302 auf. Ein Teil des ersten Strahls B&sub1; geht gerade durch die Halbspiegelfläche 302 hindurch und wird ein Strahl Ba, wie er in Fig. 9 gezeigt ist. Ein Teil des zweiten Strahls B&sub2; wird indessen mit der Halbspiegelberfläche 302 zu einem reflektierten Strahl Bb reflektiert. Die beiden Strahlen Ba und Bb schneiden einander an einem bestimmten Punkt PC auf der Bildseite des Elements 301, dem vorab eine Drehversetzung gemäß einer später beschriebenen Regel verliehen wird. Der AOD 213 wird am Schnittpunkt PC angeordnet und lenkt die Strahlen Ba und Bb zyklisch ab. Die mit dem AOD 213 abgelenkten Strahlen Ba und Bb werden mit einer Abtastlinse 216 in parallele Strahlen umgewandelt. Der Abstand zwischen dem Schnittpunkt PC und der Abtastlinse 216 wird so eingestellt, daß er gleich der Brennweite f der Abtastlinse 216 ist.
Der Grund, warum die Strahlen B&sub1; und B&sub2; in die Strahlen Ba und Bb, die einander im Punkt PC schneiden, umgewandelt werden, ist der folgende: Um den Pixelabstand auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Materials 1 unabhängig zu ändern, muß der Abstand 1 zwischen den beiden Strahlpunkten auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Materials änderbar sein, wie weiter oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert worden ist. Zu diesem Zweck ist ein Mechanismus zur Änderung des Abstandes zwischen den Strahlen Ba und Bb im optischen Strahlabtastsystem 200 erforderlich.
Wenn jedoch die Strahlen Ba und Bb einander parallel gemacht werden und- der Abstand zwischen den Parallelstrahlen verändert wird, wird der oben angegebene Zweck nicht erreicht. Das heißt, wenn die Strahlen Ba und Bb direkt einander parallel gemacht werden, konvergieren die parallelen Strahlen nach Durchlaufen der Abtastlinse 216 im gleichen Punkt, und dementsprechend kann der Pixelabstand nicht auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Zur Erreichung des obigen Zwecks müssen die beiden Strahlen Ba und Bb daher einander schneiden.
Die beiden Strahlen Ba und Bb werden im Punkt PC wegen der folgenden Tatsachen zum Schneiden gebracht. Erstens ist der Durchmesser einer einlaßseitigen Apertur des AOD 213 ziemlich klein, da ein für das AOD-Element verwendeter Kristall ziemlich klein ist. Da zweitens der Durchmesser von Strahlpunkten auf dem lichtempfindlichen Material 1 mit zunehmendem Durchmesser der Strahlen B&sub1; und B&sub2; abnimmt, kann der Durchmesser der Strahlen B&sub1; und B&sub2; nicht reduziert werden, wenn der Durchmesser von Strahlpunkten auf dem lichtempfindlichen Material vermindert werden soll. Wenn der Durchmesser der Strahlen B&sub1; und B&sub2; wegen der zweiten Tatsache ziemlich groß eingestellt wird, während die beiden Strahlen B&sub1; und B&sub2; zum Schneiden gebracht werden, können die beiden Strahlen B&sub1; und B&sub2; aufgrund der ersten Tatsache nicht in den AOD 213 eingeführt werden, wenn der Schnittpunkt zu weit weg von der Mitte des AOD angeordnet wird. Wenn ein Polygonspiegel anstelle des AOD 213 verwendet wird, ist es schwierig, das optische System so aufzubauen, daß die Parallelstrahlen stets durch ein und dieselbe Spiegelfläche des Polygonspiegels reflektiert werden, weil die Spiegeloberfläche üblicherweise nicht hoch genug ist.
Bei dieser Ausführungsform werden daher die Strahlen B&sub1; und B&sub2; in sich schneidende Strahlen Ba und Bb umgewandelt, und der Schnittwinkel θ geändert, wodurch der Abstand l&sub0; zwischen den Parallelstrahlen, die durch die Abtastlinse 216 parallel gemacht werden, verändert wird. Da der Abstand l&sub0; einem Abstand 1 zwischen Strahlpunkten auf dem lichtempfindlichen Material 1 entspricht, wird entsprechend der Pixelabstand geändert. Der AOD 213 wird am Schnittpunkt PC aus dem oben angegebenen Grund angeordnet. Auch wenn der Schnittwinkel θ geändert wird, werden dementsprechend die Strahlen Ba und Bb sicher in den AOD 213 eingeführt. Der Schnittpunkt PC liegt nicht notwendigerweise in der Mitte des AOD 213, er kann vielmehr an der Einlaßapertur des AOD 213 angeordnet werden. Wenn ein Polygonspiegel oder ein Galvanospiegel anstelle des AOD 213 verwendet wird, wird seine Spiegelfläche am Schnittpunkt PC angeordnet. Der Brennpunkt der Abtastlinse 216 wird am Schnittpunkt PC angeordnet, so daß die Strahlen Pa und Pb auf der Bildseite der Abtastlinse 216 unabhängig vom Schnittwinkel θ zu parallelen Strahlen werden.
Der Schnittwinkel θ wird beliebig verändert, während der Schnittpunkt PC an der gleichen Stelle gemäß den folgenden Regeln gehalten wird. Bei dieser Ausführungsform wird der Schnittwinkel θ durch Drehversetzung des Elements 301 um ein bestimmtes Drehzentrum CR geändert. Eine Referenzposition des Strahlrichtungsdrehelements 301 wird an die Stelle gesetzt, wo das Element 301 angeordnet wird, wenn der Halbspiegel 302 an einer in Fig. 10 gezeigten Stelle 302a angeordnet wird. Der Abstand A zwischen der Referenzposition des Elements 301 und der Drehmitte CR hängt von einer optischen Weglänge a zwischen der Referenzposition und dem Schnittpunkt PC ab.
Fig. 10 veranschaulicht schematisch, wie der Abstand A aufgefunden wird. Es wird angenommen, daß das (nicht gezeigte) Element 301 um einen Winkel β um die Drehmitte CR gedreht wird, und daß die Strahlen Ba und Bb einander im Schnittpunkt PC im Winkel θ schneiden. Symbole in Fig. 10 sind folgendermaßen definiert:
PR: Punkt auf der Halbspiegelfläche 302, an der der Strahl B&sub2; -reflektiert wird;
FH: Linie parallel zum Strahl B&sub1; gezogen durch den Punkt PR;
FH: Normale der Halbspiegelfläche 302;
F&sub4;&sub5;: eine unter π/4 zur Richtung des auf die Halbspiegelfläche 302 einfallenden Strahls B&sub2; geneigte Linie;
α: Winkel zwischen der Linie FN und der Richtung des einfallenden Strahls B&sub2;; und
h: Höhe des Punktes PR vom optischen Weg des Strahls B&sub1; aus.
Der Winkel zwischen den Linien FM und FH ist (α - θ) und der Winkel zwischen den Linien FH und dem einfallenden Strahl B&sub2; π/2. Dementsprechend gilt die folgende Gleichung (6):
(α - θ) + α = π/2 (6)
Da der Winkel zwischen den Linien F&sub4;&sub5; und FH π/4 ist, gilt die folgende Gleichung (7):
(α - θ) + β = π/4 (7)
Die folgende Gleichung ergibt sich durch Elimination von α in den Gleichungen (6) und (7):
β = θ/2 (8)
Die folgenden Gleichungen (9) und (10) gelten dabei auch:
tanβ = h/A (9)
tanθ = h/a (10)
Der Abstand A wird mit den Gleichungen (8) und (9) aufgefunden:
A = h/tanβ = h/tan(θ/2) = h(1-cosθ)1/2 /(1 + cosθ)1/2 (11)
Die folgende Gleichung erhält man aus der Gleichung (10):
cosθ = cos[tan&supmin;¹(h/a)] (12)
Die folgende Gleichung erhält man durch Einsetzen der linken Seite von Gleichung (12) in die Gleichung (11):
A = (a² + h²)1/2 + a (13)
Die Gleichung (13) zeigt, daß der Abstand A vom Abstand a abhängt. Der Wert des Abstands a und der Höhe h sind beispielsweise folgendermaßen:
a = 300 mm (14)
h = θ,04 mm (15)
In der Gleichung (13) ist der Wert h vernachlässigbar verglichen mit dem Wert a. Daher gilt die folgende Näherung:
A 2a (16)
Das heißt, der Abstand A zwischen der Drehmitte CR und der Referenzposition 302a ist zweimal so lang wie die optische Weglänge a zwischen der Referenzposition 302a und dem AOD 213. Der Mehrstrahleinsteller 300 ist so aufgebaut, daß er die Drehversetzung auf das Element 301 gemäß dem Ausdruck (16) gibt.
Das Element 301 wird nicht parallel nach oben versetzt, sondern wird um die Drehmitte CR drehversetzt. Der Reflexionspunkt PR weicht daher von der Mitte der Halbspiegeloberfläche 301 ab, wenn der Schnittwinkel θ nicht null ist. Fig. 11 veranschaulicht übertrieben den Fall, gezeichnet in durchgehenden Linien, wo das Element 301 parallel nach oben bewegt und um seine Mitte gedreht wird. Fig. 11 veranschaulicht auch einen weiteren Fall, gestrichelt gezeichnet, wo das Element 301 um die Drehmitte CR gedreht wird. Fig. 12 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Fig. 11 in der Nähe des Reflexionspunkts PR Symbole in den Fig. 11 und 12 sind folgendermaßen definiert:
J: Mittelpunkt der Halbspiegelfläche 302 des mit durchgehenden Linien gezeichneten Elements 301;
K: Mittelpunkt der Halbspiegelfläche 302 des gestrichelt gezeichneten Elements 301;
PCE (Fig. 11): tatsächlicher Schnittpunkt um Δa vom idealen Schnittpunkt PC infolge des Unterschieds zwischen den Mittelpunkten J und K versetzt;
FL: optischer Weg des Strahls Bb, wenn das Element 301 an der mit durchgehenden Linien gezeigten Position angeordnet ist;
FB: optischer Weg des Strahls Bb, wenn das Element 301 an der gestrichelt gezeichneten Position angeordnet ist;
ΔH: Abstand zwischen den optischen Wegen FL und FB gemessen in vertikaler Richtung;
T: Fuß des Lots vom Punkt K auf eine Linie PRJ; und e,g: in Fig. 12 gezeigte Abstände.
Der Abstand g ist durch den folgenden Ausdruck gegeben:
g = 2a - 2a cosβ = 2a(1 - cosβ) (17) Ein Winkel PRKT hängt vom Winkel β für die Drehung der Halbspiegeloberfläche 302 folgendermaßen ab:
PRKT = π/4 + (18)
Daher ist der Abstand ΔH durch die folgende Gleichung gegeben:
ΔH = - e
= g tan(π/4 + β) - g tanβ
= g [tan(π/4 + β) - tanβ]
= 2a(1 - cosβ) (1 + tan²β) (1 - tanβ) (19)
Die folgende Gleichung gilt ebenfalls, wie in Fig. 11 gezeigt:
Δa = ΔH/tan(2β) (20)
Der Winkel β ist klein gewählt, so daß die folgende Näherung gilt:
tanβ β (21)
tan(2β) 2β (22)
cos β 1 - β²/2 (23)
Die Abweichung Δa ist durch den folgenden Ausdruck, der aus den Ausdrücken (19) bis (23) gewonnen ist, gegeben:
Δa Δβ(1 + β²)/[2(1 - β)] (24)
Durch Elimination von vernachlässigbaren Termen im Ausdruck (24) gilt der folgende Ausdruck:
Δa aβ/2 (25)
Es wird nun angenommen, daß:
a = 300 mm (26)
h = 0,04 mm (27)
Der Winkel β ist näherungsweise folgendermaßen gegeben:
β tanβ
= h/(2a)
= (2/3)x 10&supmin;&sup4; (28)
Der Wert der Abweichung Δa wird aus den Ausdrücken (25), (26) und (28) folgendermaßen aufgefunden:
Δa 10&supmin;² (29)
Die Abweichung Δa ist vernachlässigbar klein. Das heißt, der Fehler, der durch die Tatsache bewirkt wird, daß der Reflexionspunkt PR von der Mitte der Halbspiegelfläche 302 abweicht, ist vernachlässigbar. Wenn mit anderen Worten das Element 301 um die Drehmitte CR gedreht wird, welche durch die Beziehung, daß A = 2a ist, eingerichtet ist, schneiden sich die Strahlen Ba und Bb stets im Punkt PC Wenn das System mit einem Mechanismus versehen ist, der so betreibbar ist, daß das Element 301 unter der Bedingung
β = (1/2)tan&supmin;¹ (h/A)
angetrieben wird, schneiden die Strahlen Ba und Bb einander streng im Punkt PC
Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht eines Mehrstrahleinstellers 300, der gemäß dem oben beschriebenen Prinzip aufgebaut ist. Fig. 14 ist eine schematische Seitenansicht des Mehrstrahleinstellers. Der Mehrstrahleinsteller 300 weist das Strahlrichtungsdrehelement 301 und einen Kerbgelenkmechanismus 303 eines Monoblocktyps auf, der dem Element 301 die Drehversetzung verleiht. Der Kerbgelenkmechanismus 303 ist durch Bearbeiten eines einzelnen elastischen Körpers, wie etwa eines Metallblocks, hergestellt. Der Kerbgelenkmechanismus 303 weist Rahmenteile 311 bis 314 als rechteckig geformte Trägerstruktur auf. Das Element 314, das auf der rechten Seite der Fig. 13 liegt, ist mit Armen 315 und 316 verbunden, die sich horizontal über Kerbabschnitte 321 bzw. 322 erstrecken. Die linken Enden der Armelemente 315 und 316 sind mit einem Mittelelement 317 durch Kerbabschnitte 323 bzw. 324 verbunden.
Ein Kerbabschnitt 325 ist unter dem Kerbabschnitt 324 ausgebildet. Der Kerbabschnitt 325 ist mit einem Armelement 318 verbunden, das sich auf seiner rechten Seite erstreckt. Das Armelement 318 ist mit dem Rahmenelement 311 durch einen Kerbabschnitt 326 verbunden. Das rechte Ende des Armelements 318 ist mit einem piezoelektrischen Element 330 durch einen Kerbabschnitt 327 verbunden. Das Rahmenelement 314 ist ferner mit einem Trägerelement 331 zur Halterung eines Mikrometers 332 verbunden. Das piezoelektrische Element 330 kann durch Betätigen des Mikrometers 332 in vertikaler Richtung versetzt werden.
Das Strahlrichtungsdrehelement 301 ist am Mittelelement 317 befestigt. Der erste Strahl B&sub1; kommt von der linken Seite der Fig. 13, durchläuft ein im Rahmenelement 312 und im Mittelelement 317 ausgebildetes Loch 341. Ein Teil des ersten Strahls B&sub1;, der gerade durch die Halbspiegelfläche 302 der Elemente 301 hindurch geht, durchläuft ferner ein weiteres Loch 342, das im Rahmenelement 314 und im Halterungselement 331 ausgebildet ist, und wird so zum Strahl Ba. Der zweite Strahl B&sub2;, der von der Oberseite kommt, durchläuft ein im Rahmenelement 313 und im Armelement 315 ausgebildetes Loch 343 und fällt auf die Halbspiegelfläche 302 ein. Ein Teil des Strahls P&sub2;, der durch die Halbspiegeloberfläche 302 reflektiert wird, durchläuft das Loch 342 und wird so der Strahl Bb.
Da die Kerbabschnitte 321-327 verhältnismäßig kleine Querschnitte in dem Kerbgelenkmechanismus 303, der aus einem elastischen Körper besteht, haben, werden elastische Verzerrungen nur an den Kerbabschnitten 321-327 bewirkt. Mit anderen Worten ist der Kerbgelenkmechanismus 330 ein einziges Gelenk, wobei die Kerbabschnitte 321-327 als Gelenkknoten und die Elemente 315-318 als Gelenkarme wirken.
Wie in Fig. 14 gezeigt, unterscheiden sich Vertikalpositionen der Kerbabschnitte 321 und 323 um einen Abstand Δu. Die Vertikalpositionen der Kerbabschnitte 322 und 324 unterscheiden sich ebenfalls um den Abstand Δu. Fig. 15 ist ein Diagramm, das schematisch die Funktion des Kerbgelenkmechanismusses 303 zeigt. In Fig. 15 schneiden sich fortgesetzte Linien der Armelemente 315 und 316 in einem Punkte CA. Die Elemente 315, 316 und 317 bilden einen vierknotigen Gelenkmechanismus 340, der mit einem Hebel 341 verbunden ist, dessen Drehpunkt der Kerbabschnitt 326 ist. Die Längen der Elemente sind so bestimmt, daß eine Vertikalversetzung des Strahlrichtungsdrehelements 301 infolge der Bewegung des Gelenkmechanismusses 340 verglichen mit dem Abstand 2a vernachlässigbar ist. Wenn folglich der vierknotige Gelenkmechanismus betätigt wird, wird das Mittelelement 317, das heißt, das Element 301, um den Punkt CA gedreht. Wenn der Kerbgelenkmechanismus 303 so ausgelegt ist, daß der Abstand zwischen dem Element 301 und dem Punkt CA gleich dem oben erwähnten Abstand 2a ist, entspricht der Punkt CA der in Fig. 9 gezeigten Drehmitte CR, und das Element 301 wird, wie in Fig. 9 gezeigt, drehversetzt.
Der Hebel 341 wird durch das piezoelektrische Element 330 bewegt. Wenn sich beispielsweise das piezoelektrische Element 330 ausdehnt und eine abwärtsgerichtete Kraft F auf den Kerbabschnitt 327 aufbringt, wird eine aufwärtsgerichtete Kraft FL auf den Kerbabschnitt 325 aufgebracht, der am linken Ende des Hebels 341 angeordnet ist. Folglich wird eine Drehkraft FC auf das Mittelelement 317 aufgebracht, wodurch das Element 301 um die Drehmitte CA = CR drehversetzt wird. Das Mikrometer 332 wird im übrigen zur Grobjustierung der Anfangsposition des Elements 301 verwendet.
Eine Beziehung zwischen dem Schnittwinkel θ und dem Betrag ΔLP der Ausdehnung (nicht gezeigt) des piezoelektrischen Elements 330 kann vorab mittels einer Analyse, beispielsweise gemäß einer finiten Elementenmethode aufgefunden werden. Der Kerbgelenkmechanismus 300 ist so aufgebaut, daß die folgende Gleichung gilt:
θ = 2β = 3,0ΔLP (30)
Der Betrag ΔLP der Ausdehnung für einen gewünschten Schnittwinkel θ wird durch die Gleichung (30) gefunden, und das piezoelektrische Element 330 wird so betrieben, daß es die Ausdehnung entsprechend bewirkt.
Bezug nehmend auf Fig. 8 werden die so mit dem Mehrstrahleinsteller 300 eingestellten Strahlen Ba und Bb durch einen Spiegel 210 reflektiert und schneiden einander im Schnittpunkt PC im AOD 213. Aus Gründen der Bequemlichkeit der Darstellung ist der Zustand des Schneidens in Fig. 8 nicht gezeichnet. Der in Fig. 9 definierte Abstand a entspricht einer optischen Weglänge vom Element 301 zum AOD 213. In Fig. 8 wird die Richtung der Strahlen Ba und Bb geändert, und die in Fig. 9 gezeigte Drehmitte CR liegt auf einer durch den Mehrstrahleinsteller 300 und den Spiegel 210 gezogenen verlängerten Linie.
Der AOD 213 lenkt die beiden Strahlen Ba und Bb in der Ablenkrichtung DF&sub0; zyklisch ab. Die abgelenkten Strahlen Ba und Bb fallen auf die Abtastlinse 216 ein und werden parallele Strahlen, deren Abstand vom Schnittwinkel θ abhängt. Die parallelen Strahlen Ba und Bb werden durch einen Spiegel 217 reflektiert und in den Zeichenkopf 33 eingeführt.
Die Größe der durch den Mehrstrahleinsteller 300 eingestellten Strahlen Ba und Bb kann durch Strahlaufweiter, wie später noch beschrieben, verändert werden. In diesem Fall werden die Lagen der Drehmitte CR und des AOD 213 in Anbetracht der durch die Strahlaufweiter bewirkten Verzerrung der Strahlen bestimmt.
p Der Zeichenkopf 33 weist einen Ablenkrichtungseinsteller 400 auf, der in dessen oberstem Teil installiert ist. Der Ablenkrichtungeinsteller 400 weist ein Pechan-Prisma 401 und einen Prismendrehmechanismus 402 auf. Wie es im Stand der Technik bekannt ist, ist das Pechan-Prisma 401 eines von Bilddrehprismen. Wenn das Pechan-Prisma 401 auf seiner Mittelachse gedreht wird, dreht sich das Bild durch das Pechan- Prisma um einen Winkel, der zweimal der Drehwinkel des Pechan-Prismas ist. Das heißt, wenn das Pechan-Prisma 401 um einen Winkel Φ gedreht wird, dreht sich die Ablenkrichtung DF&sub0; um einen Winkel 2Φ, wodurch die Ablenkrichtung auf der Bildseite des Pechan-Prismas 401 zu DF wird.
Fig. 17 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels des Ablenkrichtungseinstellers 400 und Fig. 18 seine Vorderansicht. Der Ablenkrichtungseinsteller 400 weist das Pechan-Prisma 401 und einen Prismendrehmechanismus 402 auf. Der Prismendrehmechanismus 402 ist mit dem Pechan-Prisma 401 so verbunden, daß er dieses auf der Mittelachse des Pechan- Prismas dreht, um damit die Ablenkrichtung der Strahlen Ba und Bb beliebig zu drehen.
Der Prismendrehmechanismus 402 umfaßt einen äußeren Rahmenkörper 403 rechteckiger Form, Blattfedern 404-407, die vom äußeren Rahmenkörper gehaltert werden und sich von den jeweiligen Ecken des äußeren Rahmenkörpers in radialer Weise nach innen erstrecken, sowie einen inneren Rahmenkörper 408, der durch die Blattfedern gehaltert wird. Das Pechan-Prisma 401 ist im inneren Rahmenkörper 408 befestigt, wobei ein Spiegel 409 an der Oberseite des Pechan-Prismas 401 befestigt ist. Ferner sind zwei piezoelektrische Elemente 410 und 411 horizontal zwischen dem äußeren und inneren Rahmenkörper 403 und 408 eingesetzt. Die piezoelektrischen Elemente 410 und 411 sind mit elastischen Elementen mit Kerbabschnitten 412 bis 415 (gezeigt in Fig. 18) an ihren beiden Enden versehen. Wie in Fig. 18 gezeigt, liegt das piezoelektrische Element 410 um einen Abstand ΔZ höher als der Mittelpunkt Z&sub0; des Pechan-Prismas 401, und das piezoelektrische Element 411 liegt im gleichen Abstand ΔZ niedriger als der Mittelpunkt Z&sub0;. Dementsprechend legen, wenn die piezoelektrischen Elemente 410 und 411 um den gleichen Betrag ausgedehnt werden, diese ein Kräftepaar an das Pechan-Prisma 401, wodurch das Pechan-Prisma 401 auf dem Mittelpunkt C&sub0; gedreht wird. Wenn die Ansteuersignale an die piezoelektrischen Elemente 410 und 411 inaktiviert werden, kehrt das Pechan- Prisma 401 ansprechend auf die elastischen Kräfte der Blattfedern 404-407 in seine Anfangsstellung mit seinem Anfangswinkel zurück.
An der Oberseite des äußeren Rahmenkörpers 403 sind ein Halbleiterlaser 416 und ein Strahlenteiler 417 befestigt. Ein vom Laser 416 abgegebener Laserstrahl LS wird durch den Strahlenteiler 417 reflektiert, durchläuft ein Loch 418 und erreicht den Spiegel 409. Der vom Spiegel 409 reflektierte Laserstrahl geht nach oben, durchläuft den Strahlenteiler 417 und ein Loch 419 und erreicht eine Lagemeßvorrichtung (PSD; Position Sensing Device) 420, die oberhalb des äußeren Rahmenkörpers 403 befestigt ist. Wenn das Pechan-Prisma 401 durch die piezoelektrischen Elemente 410 und 411 um einen Winkel Φ gedreht wird, wird der Winkel Φ als eine Versetzung des Lichtpunkts auf der PSD 420 festgestellt.
Fig. 19 ist ein Blockschaltbild des Ablenkrichtungseinstehers 400. Zunächst wird ein gewünschter Wert für einen Pixelabstand P in die Zeichnungssteuereinheit 70 eingegeben. Die Zeichnungssteuereinheit 70 berechnet einen Kompensationswinkel δ zur Kompensation der Neigung von Abtastlinien auf der Grundlage des Pixelabstands P. Der Kompensationswinkel δ ist durch den folgenden Ausdruck gegeben:
δ 44 (VY/VX) (31)
wobei VX die Ablenkgeschwindigkeit von Laserstrahlen entsprechend dem Pixelabstand P und VY die Zuführgeschwindigkeit des lichtempfindlichen Materials ist.
Der Pixelabstand P und die Geschwindigkeiten VX und VY haben die folgenden Beziehungen:
VX x τx = P (32)
VY x = τy (33)
wobei τx und τy Taktzyklen von Abtasttakten in den Richtungen X und Y sind. Der Pixelabstand P wird beispielsweise durch Änderung der Wert von τx und τy geändert. Die Zeichnungssteuereinheit 70 erzeugt auch ein Streifenangabesignal Sc, das angibt, ob ein gerade gezeichneter Streifen durch eine ungerade oder eine gerade Ordnungszahl spezifiziert ist.
Ein Sollwertgenerator 440 berechnet einen Drehwinkel Φ&sub0; des Pechan-Prismas auf der Grundlage des Kompensationswinkels δ. Der Winkel Φ ist durch die folgende Gleichung gemäß dem Drehprinzip der Ablenkrichtung gegeben.
Φ&sub0; = γ(δ/2) (34)
wobei der Koeffizient γ (+1) für einen ungeradzahligen Streifen und (-1) für einen geradzaligen Streifen ist.
Die PSD 420 gibt ein Paar von Richtungssignalen S&sub1; und S&sub2;, die in Fig. 19 gezeigt sind, an ihrem Elektrodenpaar aus, wie dies bekannt ist. Eine bekannte PSD-Signalverarbeitungsschaltung 430 berechnet eine Versetzung Δt eines Lichtpunkts auf einer Nachweisoberfläche der PSD auf der Grundlage der Nachweissignale S&sub1; und S&sub2; Ein Teiler 431 teilt die Versetzung Δt durch 21p, wobei lp der Abstand zwischen dem Spiegel 409 und der PSD 420 ist, um damit den tatsächlichen Winkel Φ der Drehung des Pechan-Prismas 401 zu gewinnen. Der Teiler enthält zwei, weil der Ablenkwinkel des Nachweisstrahls LS zweimal der Winkel Φ des Pechan-Prismas 401 ist.
Der tatsächliche Winkel Φ und der Sollwinkel Φ werden einer PID-Regelschaltung 442 zugeführt. Die PID-Regelschaltung 442 erzeugt ein Proportionalsignal, ein Integralsignal und ein Differentialsignal in Bezug auf eine Differenz (Φ&sub0; - Φ) und liefert ein als Kombination dieser drei Signale ausgebildetes PID-Regelsignal an einen piezoelektrischen Treiber 443. Der piezoelektrische Treiber 443 erzeugt ein piezoelektrisches Ansteuersignal SPZ und liefert dieses an die piezoelektrischen Elemente 410 und 411, um sie im gleichen Betrag auszudehnen oder zusammenzuziehen.
Der Drehwinkel Φ des Pechan-Prismas 401 wird gemäß der oben beschriebenen Regelung gleich dem Sollwert Φ&sub0;. Da der auf die Hysterese der piezoelektrischen Elemente zurückgehende Einfluß auf den Drehwinkel gleichzeitig eliminiert wird, dreht sich die Ablenkrichtung der Strahlen Ba und Bb um den Winkel δ (= 2Φ&sub0;). Der Ablenkrichtungeinsteller 400 kann dabei in Open-Loop-Weise gesteuert werden. In diesem Fall wird das piezoelektrische Ansteuersignal Spz vorzugsweise jedesmal dann auf null zurückgesetzt, um die piezoelektrischen Elemente 410 und 411 in ihre Anfangszustände zurückzuversetzen, wenn der Winkel Φ zu ändern ist, um einen Hystereseeffekt zu eliminieren.
Erneut Bezug nehmend auf Fig. 8 durchlaufen die Strahlen Ba und Bb mit ihrer gedrehten Ablenkrichtung eine Relais- Linse 218 und erreichen einen veränderbaren Fokussierungsmechanismus 500. Fig. 20 veranschaulicht schematisch die Funktion der Relaislinse 218. Das Pechan-Prisma 401 ist nicht gezeichnet, sondern es ist der bequemeren Darstellung wegen nur seine Lage in Fig. 20 gezeigt, und der in Fig. 8 gezeigte Spiegel 217 ist weggelassen. Wie in Fig. 20 gezeigt, sind die die Abtastlinse 216 verlassenden Strahlen Pa und Pb zueinander parallel, und jeder dieser Strahlen ist ein konvergentes Strahlenbündel, das an einem Konvergenzpunkt Fa bzw. Fb konvergiert. Das Pechan-Prisma 401 ist an den Konvergenzpunkten Fa und Fb angeordnet. Das Pechan-Prisma 401 kann an anderen Stellen nach dem AOD 213 unter Berücksichtigung einer optischen Weglänge des Pechan-Prismas angeordnet werden. Die Strahlen Ba und Bb werden durch eine Relaislinse 218 zur Überschneidung gebracht und durch eine Objektlinse 501 (bzw. eine von Objektlinsen 502-504), die später noch beschrieben wird, auf das lichtempfindliche Material 1 fokussiert. Die beiden Linse 216 und 218 werden in dieser Ausführungsform zur Erhöhung der Freiheitsgrade bei der Systemkonzepierung verwendet.
Der veränderbare Fokussierungsmechanismus 500 weist Objektlinsen 501 bis 504 auf, deren Brennweiten voneinander verschieden sind. Die Objektlinsen 501-504 werden durch einen Linsenhalter 505 in Scheibenform mit Löchern für die Objektlinsen gehaltert. Die Außenfläche des Linsenhalters 505 ist zu einem Zahnrad gemacht, welches mit einem Antriebszahnrad im Eingriff ist. Das Antriebszahnrad 508 wird durch einen Antriebsmotor 507 gedreht, wodurch sich der Linsenhalter 505 auf seiner Achse 506 dreht.
Wenn eine der Objektlinsen (beispielsweise 501) des Linsenhalters 505 vorn Revolvertyp ausgewählt wird, wird die ausgewählte Linse 501 in die Stellung bewegt, an der die Strahlen Ba und Bb durchgehen. Die Strahlen Ba und Bb werden auf das lichtempfindliche Material 1 durch eine spezielle Verkleinerung der ausgewählten Objektlinse 501 fokussiert. Wenn andere Objektlinsen 502 ausgewählt werden, ändert sich die Größe der Punkte SPa und SPb der Strahlen Ba und Bb sowie der Abstand 1 zwischen den Punkten. Gemäß dieser Ausführungsform kann die Größe der Punkte SPa und SPb auf eine von vier Werten, die den Objektlinsen 501 bis 504 zu eigen sind, eingestellt werden.
Die Kombination aus Abtastlinse 216 und Relaislinse 218 oder die Kombination aus Relaislinse 218 und Objektlinse kann im übrigen auch durch ein anderes optisches System, wie etwa eine Zoom-Linse, die ihre Brennweite verändern kann, ersetzt werden.
Gemäß obiger Ausführungsform können die Größe der Punkte SPa und SPb und ihr Abstand 1 folgendermaßen durch Auswählen von einer der Objektlinsen des veränderbaren Fokussiermechanismusses 500 geändert werden:
die Größe: d&sub1; T d&sub2;
der Abstand l&sub1; T l&sub2;
Der Abstand 12 kann mit dem Mehrstrahleinsteller 300 getrennt auf den Wert l&sub2; zurückgeführt werden, indem der Strahlwinkel θ entsprechend eingestellt wird. Infolgedessen läßt sich die Punktgröße getrennt vom Abstand 1 verändern. Andererseits wird, wenn der Schnittwinkel θ verändert wird, während die ausgewählte Objektlinse nicht verändert wird, nur der Abstand 1 geändert; der Pixelabstand wird also getrennt von der Punktgröße geändert.
Wenn das lichtempfindliche Material 1 in Richtung (-Y), wie in Fig. 21(a) gezeigt, bewegt wird, ändert der Ablenkrichtungseinsteller 400 die Ablenkrichtung um den Winkel δ, gemessen im Uhrzeigersinn von der X-Achse aus. Die Neigung der Abtastlinien auf dem lichtempfindlichen Material 1 wird dementsprechend korrigiert, und die Abtastlinien werden parallel zur Richtung X, wie in Fig. 21(b) gezeigt, angeordnet. Wenn andererseits das lichtempfindliche Material 1 in der Richtung (+Y), wie in Fig. 21(c) gezeigt, bewegt wird, kehrt sich das Vorzeichen des Kompensationswinkels δ zur Gewinnung der in Fig. 21(b) gezeigten Abtastlinien um. Wenn die Abtastgeschwindigkeit einhergehend mit einer Änderung des Pixelabstands geändert wird, wird der Kompensationswinkel entsprechend geändert.
Die vorliegende Erfindung läßt sich auf eine Vorrichtung anwenden, die mehr als drei Laserstrahlen verwendet. Fig. 22A veranschaulicht ein Verfahren zur Umwandlung von drei Strahlen B&sub1;-B&sub3; in einander schneidende Strahlen Ba -Bc. Die Richtungen der Strahlen B&sub2; und B&sub3; werden durch (nicht gezeigte) betreffende Strahlrichtungsänderungselemente mit Halbspiegelflächen 302A und 302B geändert. Ferner werden zwei Gelenkmechanismen, die die gleichen wie der in Fig. 13 gezeigte Kerbgelenkmechanismus 330 sind, zur getrennten Versetzung der Halbspiegelflächen 302A und 302B verwendet. Da der Abstand zwischen dem Schnittpunkt PC und der Halbspiegeloberfläche 302A von demjenigen zwischen dem Schnittpunkt PC und der Halbspiegeloberfläche 302A verschieden ist, wird dementsprechend der Abstand zwischen der Halbspiegeloberfläche 302A und ihrer Drehmitte unterschiedlich von demjenigen zwischen der Halbspiegeloberfläche 302B und ihrer Drehmitte eingestellt.
Wenn wenigstens drei Strahlen verwendet werden, sind die Abstände zwischen den Strahlpunkten auf dem lichtempfindlichen Material 1 nicht notwendigerweise einander gleich. Im allgemeinen werden, wenn m Strahlen verwendet werden, wobei m eine ganze Zahl größer als 2 ist, Abstände l&sub1;&sub2;, l&sub1;&sub3;, ..., l1m von einem ersten Strahlpunkt zu betreffenden Strahlpunkten auf dem lichtempfindlichen Material 1, die in Fig. 22B gezeigt sind, so eingestellt, daß die folgende Gleichung gilt:
lij = [mIj + (j-1)]P
wobei j eine ganze Zahl von 2 bis m und Ij eine natürliche Zahl ist. Wenn die Gleichung (34) erfüllt ist, wird der Zeichenbereich durch Bewegen des lichtempfindlichen Materials um einen Abstand m mal dem Pixelabstand P für jeden Strahlablenkvorgang voll abgetastet. Diese Methode beruht auf dem Prinzip, daß eine i-te Abtastlinie unter m Abtastlinien, wobei i eine ganze Zahl von 1 bis m ist, durch den i- ten optischen Strahl abgetastet wird. Wenn die Gleichung (34) erfüllt ist, können die Abstände zwischen den Strahlpunkten beliebig geändert werden.
Der Strahleinsteller 300 kann auch einen anderen Aufbau haben, der das Strahldrehelement 301 drehversetzen kann. Fig. 23 ist eine Vorderansicht eines Beispiels einer anderen Art von Mehrstrahleinsteller. Der Mehrstrahleinsteller weist eine Bühne 370 und piezoelektrische Elemente 371 und 372 auf. Das Element 301 ist auf der Bühne 370 befestigt, und die Bühne 370 wird durch die piezoelektrischen Elemente 371 und 372 an Kerbgelenkabschnitten, die an der Unterseite der Bühne 370 ausgebildet sind, gehaltert. Wenn Ausdehnungsbeträge der piezoelektrischen Elemente 371 und 372 voneinander verschieden sind, wird das Element 301 in einer Richtung θa, die in Fig. 23 gezeigt ist, drehversetzt.
Fig. 24 ist eine Vorderansicht eines weiteren Beispiels des Mehrstrahleinstellers. Der Mehrstrahleinsteller weist einen Vierknoten-Gelenkmechanismus mit drei Armen 381-383 auf, die gelenkig miteinander verbunden sind. Das Element 301 wird um einen Punkt PR drehversetzt, an welchem sich Verlängerungslinien der Arme 381 und 383 schneiden.
Als Bilddrehprisma ist neben dem Pechan-Prisma ein in Fig. 25 gezeigtes Schwalbenschwanzprisma 450 wohlbekannt. Die Ablenkrichtung DF wird durch Drehen des Schwalbenschwanzprismas auf seiner Mittelachse mit dem in Fig. 17 gezeigten Prismendrehmechanismus geändert. Wenn ein konvergenter Strahl das Schwalbenschwanzprisma durchläuft, wird Astigmatismus bewirkt. Zur Korrektur des Astigmatismus ist der das Schwalbenschwanzprisma 450 aufweisende Ablenkungsrichtungseinsteller vorzugsweise zwischen einem Strahlaufweiter (nicht gezeigt), der auf der Bildseite des AOD 213 angeordnet ist, und der in Fig. 8 gezeigten Abtastlinse 216 angeordnet. Wenn der das Schwalbenschwanzprisma 450 aufweisende Ablenkungsrichtungseinsteller auf der Bildseite der Abtastlinse 216 angeordnet wird, wird eine Astigmatismuskorrekturlinse 451 an der Objektseite der Abtastlinse 216 angeordnet, wie dies in Fig. 26 gezeigt ist. Da das Pechan- Prisma 401 keinen Astigmatismus verursacht, kann es an irgendeiner Stelle zwischen dem AOD 213 und dem veränderbaren Fokussiermechanismus 500 angeordnet werden.
Das Schwalbenschwanzprisma 450 ist drei Spiegeln 452- 454, wie sie in Fig. 27 gezeigt sind, äquivalent. Die drei Spiegel können daher anstelle des Schwalbenschwanzprismas verwendet werden. In diesem Fall werden die drei Spiegel als ganzes unter Aufrechterhaltung der Lagebeziehungen zwischen den drei Spiegeln gedreht.
Ein in Fig. 28 gezeigter Spiegel 455 kann im übrigen zur Änderung der Ablenkrichtung der Laserstrahlen Ba und Bb verwendet werden. Wenn der Spiegel 455 auf einer Achse Φm gedreht wird, wird die Ablenkrichtung DF ebenfalls gedreht. Da die Reflexionspositionen der Strahlen Ba und Bb auf dem Spiegel 455 ansprechend auf die Drehung des Spiegels 455 gedreht werden, werden die Mittelwege der durch den Spiegel 455 reflektierten Strahlen Ba und Bb entsprechend versetzt. Das Pechan-Prisma 401 oder das Schwalbenschwanzprisma 450 ist dem Spiegel 455 vorzuziehen, um diese Versetzung zuvermeiden.
Fig. 29 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Mechanismus 460 zum Drehen des Pechan-Prismas 401. Der Mechanismus 460 weist eine Scheibe 462 mit einem Fenster 461 auf. Das Pechan-Prisma 401 ist in das Fenster 461 eingesetzt. Die Scheibe 462 ist auf einer Basis 463 angebracht und wird durch Ausdehnung eines piezoelektrischen Elements 463 zur Drehung auf seiner Mittelachse angetrieben; das Pechan-Prisma 401 wird mit der Scheibe 462 entsprechend gedreht.
Fig. 30 ist eine Vorderansicht eines weiteren Mechanismus 470 zum Drehen des Pechan-Prismas. Der Mechanismus 470 weist einen Vierknoten-Kerbgelenkmechanismus 471 auf, der durch ein piezoelektrisches Element 472 bewegt wird. Verlängerungen von Armen 473 und 474, die entgegengesetzte Seiten des Gelenkmechanismus 470 bilden, schneiden einander an einer Mitte Z&sub0; des Pechan-Prismas 401. Das Pechan-Prisma 401 wird auf der Mitte Z&sub0; ansprechend auf das Ausdehnen und das Zusammenziehen des piezoelektrischen Elements 472 gedreht.
Fig. 31 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Mechanismus zum Drehen des Schwalbenschwanzprismas 450. Der Mechanismus weist eine Bühne 481 und piezoelektrische Elemente 482 und 483 auf. Das Schwalbenschwanzprisma 450 ist auf der Bühne 481 befestigt, und die Bühne 481 wird durch die piezoelektrischen Elemente 482 und 483 gehaltert. Das Schwalbenschwanzprisma 450 kann durch Ausdehnen und Zusammenziehen der piezoelektrischen Elemente 482 und 483 in entgegengesetzte Richtungen gedreht werden. Die in den Fig. 29-31 gezeigten Mechanismen können im übrigen sowohl auf das Pechan-Prisma 401 als auch auf das Schwalbenschwanzprisma 450 angewendet werden.
Fig. 32 ist eine perspektivische Ansicht eines Mechanismus zum Drehen der Ablenkrichtung mit dem in Fig. 28 gezeigten Spiegel 455. Der Mechanismus weist eine Bühne 491 und piezoelektrische Elemente 492 und 493 auf. Die Bühne 491 in Dreiecksform wird durch die piezoelektrischen Elemente 492 und 493 gehaltert. Der Spiegel 455 wird durch Ausdehnen und Zusammenziehen der piezoelektrischen Elemente 492 und 493 in entgegengesetzte Richtungen gedreht.
Die Neigung der Abtastlinien wird wünschenswerterweise mit dem Ablenkungsrichtungseinsteller 400 kompensiert. Wenn jedoch die Zuführgeschwindigkeit VY des lichtempfindlichen Materials 1 verhältnismäßig niedrig ist und der Zeichenvorgang durchgeführt wird, während das lichtempfindliche Material 1 in nur einer Richtung bewegt wird, kann die Kompensation der Neigung tatsächlich weggelassen werden. In diesem Fall kann dementsprechend der Strahlrichtungseinsteller 400 weggelassen werden.
Gemäß der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung sind Schnittwinkel einer Anzahl von optischen Strahlen in Ablenkmitteln variabel, und Abstände zwischen der Anzahl von optischen Strahlen können beliebig geändert werden. Daher läßt sich ein Pixelabstand auf dem lichtempfindlichen Material getrennt von einer Punktgröße ändern. Ferner sind die optischen Strahlen so angeordnet, daß sie sich stets in den Ablenkmitteln schneiden, und die optischen Strahlen verfehlen die Ablenkmittel auch dann nicht, wenn die Abstände zwischen den Lichtstrahlen geändert werden.
Wenn Strahlfokussierungsmittel ein optisches System aufweisen, dessen Brennweite veränderbar ist, kann die Punktgröße ebenfalls getrennt geändert werden.
Wenn Ablenkrichtungsdrehmittel und Mittel zum Drehen der Ablenkrichtungsdrehmittel in dem optischen Strahlabtastsystem vorgesehen sind, kann die Neigung von Abtastlinien ansprechend auf die Änderung des Pixelabstands kompensiert werden. Da die Neigung in beiden Richtungen des hin und her gehenden Abtastvorgangs kompensiert werden kann, läßt sich ein Bild ohne Verzerrung auf dem lichtempfindlichen Material auch durch einen hin und her gehenden Abtastvorgang ausbilden. Da der hin und her gehende Abtastvorgang schneller durchgeführt werden kann als der Einrichtungsabtastvorgang, läßt sich dementsprechend ein verzerrungsfreies Bild schneller ausbilden.
Fig. 33 ist eine perspektivische Ansicht eines optischen Strahlabtastsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Das optische Strahlabtastsystem ist aufgebaut, indem Strahlaufweiter 211 und 214 auf der Objektseite und der Bildseite des AOD 213 hinzugefügt sind. Eine in Fig. 33 gezeigte Steuereinheit 700 enthält die Zeichnungssteuereinheit 70 und die AOD-Treiber 71 und 72.
Die Funktionen der Strahlaufweiter 211 und 214 werden im übrigen durch die Anzahl der Strahlen nicht beeinflußt. Ausführungsformen gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden daher unten mit einem einzigen optischen Strahl beschrieben.
Fig. 34 ist eine perspektivische Ansicht des optischen Strahlabtastsystems zur Abtastung eines Einzeistrahls, welche gegenüber Fig. 33 vereinfacht ist. Die in Fig. 33 gezeigten Elemente 204, 206b, 207b, 208b, 209, 300, 400 und 500 sind zur Vereinfachung weggelassen.
In Fig. 34 wird der von einem Ar&spplus;-Laser 201 abgegebene Laserstrahl LB&sub0; durch die Spiegel 203 und 205 reflektiert, wodurch die Höhe des Laserstrahls geändert wird.
Die Spiegel 203 kann um eine zur Richtung X parallele Achse in einem vorgegebenen Winkelbereich α&sub3; drehjustiert werden. Ahnlich kann der Spiegel 205 um eine zur Richtung x parallele Achse in einem vorgegebenen Winkelbereich α&sub5; drehjustiert werden. Der Spiegel 205 kann auch parallel in der Richtung Y bewegt werden. Die Winkelbereiche α&sub3; und α&sub5; sind auf wenigstens zwischen -5º und +5º eingestellt. Unter der Annahme, daß ein Abstand zwischen den Spiegeln 203 und 205 H ist, ist der Bereich ΔY, in dem der Spiegel 205 bewegt werden kann, auf wenigstens zwischen -H tans&sup0; und +H tans&sup0; eingestellt.
Die Spiegel 203 und 205 können wie oben beschrieben justiert werden, so daß linear polarisiertes Licht, dessen Polarisationsrichtung exakt parallel zur Ablenkrichtung DF ist, in den AOD 213 eingeführt wird. Der vom Laser 201 abgegebene Laserstrahl LB&sub0; ist Licht, das in der Vertikalrichtung linear polarisiert ist. Da jedoch die Polarisationsrichtung des abgegebenen Strahls einen Fehler von ungefähr 5 % hat, wird die Polarisationsrichtung mit den Spiegeln 203 und 205 korrigiert, so daß der in den AOD 213 eingeführte Laserstrahl präzise in einer Richtung parallel zur Ablenkrichtung DF&sub0;, die parallel zur Richtung Y ist, linear polarisiert ist. Gemäß der Justierung der Spiegel kann der Beugungswirkungsgrad des AOD 213 maximiert werden. Die Kombination der Spiegel 203 und 205 dreht die Polarisationsrichtung ohne Verwendung spezieller Mittel zur Drehung der Polarisationsrichtung, wie etwa eine Halbwellenlängenplatte.
Der von den Spiegeln 203 und 205 reflektierte Laserstrahl LB&sub0; wird durch die Konvergierungslinse 206a konvergent gemacht und in den AOM 207a eingeführt. Der AOM 207a führt eine Ein-Aus-Modulation auf dem Laserstrahl LB&sub0; durch und erzeugt so den abgehenden Strahl B&sub1; ansprechend auf das AOM- Treibersignal SMD. Das AOM-Treibersignal SMD wird von der Steuereinheit 700 geliefert. Der modulierte Strahl B&sub1; wird durch die Kollimatorlinse 208a zu einem Parallelbündel gemacht, durch den Spiegel 210 reflektiert und dann in ein Strahlablenksystem BD eingeführt.
Das Strahlablenksystem BD umfaßt den Horizontalaufweiter 211, den AOD 213 und den Vertikalaufweiter 214. Fig. 35A ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Strahlablenksystems BD, Fig. 35B eine Vorderansicht und Fig. 35C eine Draufsicht. Der Horizontalaufweiter 211 besteht aus einer Stablinse 211a und einer zylindrischen Konveximse 211b, von denen beide Brechkräfte in der Richtung Y haben, und weitet den Strahl B&sub1; dementsprechend nur in der Richtung Y auf. Folglich hat ein durch den Horizontalaufweiter 211 aufgeweiteter Strahl Ba1 den Querschnitt einer Ellipse, deren horizontale Achse länger als die vertikale ist. Der Horizontalaufweiter 211 wirkt auch als Kompensationslinsensystem zur Kompensation des Zylinderlinseneffekts des AOD 213, wie später noch beschrieben wird.
Der durch den Horizontalaufweiter 211 aufgeweitete Strahl Ba1 wird in den AOD 213 eingeführt. Der AOD 213 lenkt den abgehenden Strahl Ba2 ansprechend auf das von der Steuereinheit 700 gelieferte AOD-Treibersignal SDD in die Ablenkrichtung DF&sub0; parallel zur Richtung Y ab. Der abgehende Strahl Ba2 wird durch den Vertikalaufweiter 214 nur in der Richtung Z zu einem Parallelbündelstrahl B&sub2; aufgeweitet. Folglich hat der Strahl B&sub2; einen etwa kreisförmigen Querschnitt. Der Vertikalaufweiter 214 besteht aus einer Stablinse 214a und einer zylindrischen Konvexlinse 214b, von denen beide Brechkräfte in der Richtung Z haben.
Der das Strahlablenksystem BD verlassende Strahl BA wird durch ein Bildausbildungssystem IS, das die Abtastlinse 216, den Spiegel 217 und die Relaislinse 218 enthält, konvergent gemacht und auf das lichtempfindliche Material 1 fokussiert.
Da der Laserstrahl B&sub1;, wie oben beschrieben, in dem Strahlablenksystem BD aufgeweitet wird, wird die Anzahl auflösbarer Punkte auf dem lichtempfindlichen Material 1 erhöht. Die Anzahl auflösbarer Punkte ist als die Anzahl von Strahlpunkten definiert, von denen jeder auf einer Abtastlinie identifiziert werden kann. Die Anzahl auflösbarer Punkte ND ist durch die folgenden Gleichungen gegeben:
ND = W/D&sub1; (35a)
D&sub1; 1,27XF (35b)
wobei W die Abtastbreite auf dem lichtempfindlichen Material 1, D&sub1; der Durchmesser eines Punkts auf dem lichtempfindlichen Material 1, λ die Wellenlänge des Laserstrahls und F eine F- Nummer ist. Bekanntlich ist die F-Nummer folgendermaßen gegeben:
F = f/D&sub2; (36)
wobei f eine Brennweite des Bildausbildungssystems IS und D&sub2; der Durchmesser der Eintrittspupille bzw. die Weite des auf den AOD 213 einfallenden Strahls Ba1 ist. Da der auf den AOD 213 einfallende Strahl Ba1 ein Laserstrahl ist, ist der Wert D&sub2; durch die Weite des Strahls Ba1 definiert.
Die Anzahl auflösbarer Punkte ND wird anhand der Gleichungen (35a), (35b) und (36) folgendermaßten aufgefunden:
ND = WD&sub2;/1,27λf (37)
Der Wert auf der rechten Seite der Gleichung (37) wird mit Ausnahme der Weite D&sub2; des einfallenden Strahls anhand der Charakteristik des Bildausbildungssystems IS und eines Ablenkwinkels des AOD 213 bestimmt. Die Anzahl auflösbarer Punkte ND nimmt daher mit der Weite des auf den AOD 213 einfallenden Strahls Ba1 zu.
Der auf den AOD 213 einfallende Strahl Ba1 hat im übrigen den Querschnitt einer Ellipse, deren Achse in der Richtung Y, wie oben beschrieben, die längere ist. Dies deshalb, weil gemäß Herstellungseinschränkungen die Apertur des AOD 213 so vorgesehen ist, daß sie rechteckige Form hat. Die akustische Zelle 213a des AOD 213 besteht beispielsweise aus einem TeO&sub2;-Kristall, und es ist schwierig, einen TeO&sub2;-Kristall mit großem quadratischem Querschnitt herzustellen. Andererseits hängt die Anzahl auflösbarer Punkte von der Weite des einfallenden Strahls Ba1&sub1; gemessen in Ablenkrichtung DF&sub0; des AOD 213, ab. Wegen der obigen Tatsachen ist die längere Seite der rechteckigen Apertur des AOD 213 in die Ablenkrichtung DF&sub0; gelegt, und es wird ein Strahl Ba1, dessen Weite in der Ablenkrichtung DF&sub0; weiter ist, in den AOD 213 eingeführt, um die Anzahl auflösbarer Punkte ND zu erhöhen.
Von den beiden Aufweitern 211 und 214 wirkt der an der Objektseite des AOD 213 angeordnete Horizontalaufweiter 211 als Kompensationslinsensystem zur Kompensation des Zylinderlinseneffekts des AOD 213. Zur Erzielung dieser Funktion wird der Brennpunkt der Stablinse 211a nicht an der gleichen Stelle wie derjenige der zylindrischen Konveximse 211b angeordnet; sie bilden daher kein Teleskopsystem.
Fig. 36A veranschaulicht schematisch ein Verfahren zur Kompensation des Zylinderlinseneffekts mit dem Horizontalaufweiter 211. Der Wandler 213 des AOD 213 erzeugt eine Ultraschallwelle S1, deren Frequenz zu niedrigeren Werten hindurchgestimmt wird. Unter dieser Bedingung wirkt die akustische Zelle 213a des AOD 213 als Konkavlinse. Eine Brennweite der gedachten Konkavlinse ist folgendermaßen gegeben:
F&sub1; = v² T/λ Δf (38)
wobei v die akustische Geschwindigkeit in dem akustischen Medium 213a, T die Durchstimmzeit der Ultraschallwelle, λ die Wellenlänge des Laserstrahls und Δf die Bandbreite der Ultraschallwelle (=fmax-fmin) ist.
Wenn der den Horizontalaufweiter 211 verlassende Strahl Ba1 zu einem Konvergentbündel gemacht wird, das am bildseitigen Brennpunkt FC&sub1; der gedachten Konkavimse, das heißt, des AOD 213, konvergiert, wird der Konkavlinseneffekt des AOD 213 kompensiert, wodurch der abgehende Strahl Ba2 zu einem Parallelbündel gemacht wird. Der Brennpunkt FC&sub1; liegt um die Brennweite F&sub1; im Abstand von einer Beugungsposition im AOD 213. Die folgende Gleichung gilt auch:
1/1&sub1; + 1/(F&sub1; + d&sub1;) = 1/Fs (39)
wobei l&sub1; der Abstand vom bildseitigen Brennpunkt FC&sub0; der Stablinse 211a zur Zylinderlinse 211b, d&sub1; der Abstand von der Zylinderlinse 211b zur Beugungsposition der akustischen Zelle 213 und Fs die Brennweite der Zylinderlinse 211b ist.
Es läßt sich leicht verstehen, daß der Zylinderlinseneffekt des AOD 213 durch Justieren der Distanz l&sub1; kompensiert werden kann. Es ist mit anderen Worten nicht erforderlich, die Zylinderlinse 211b mit hoher Genauigkeit zu fertigen, um den Zylinderlinseneffekt zu kompensieren, vielmehr können der Abstand l&sub1; und/oder der Abstand d&sub2; zu diesem Zweck entsprechend der tatsächlichen Brennweite SS der gefertigten Zylinderlinse 211b entsprechend eingestellt werden.
Fig. 36B veranschaulicht schematisch einen Fall, wo der Wandler 213b eine Ultraschallwelle S&sub2; erzeugt, deren Frequenz nach höheren Werten hindurchgestimmt wird. In diesem Fall wirkt die akustische Zelle 213a als Konvexlinse, und ihre Brennweite ist ebenfalls durch die Gleichung (38) gegeben. Wenn der den Horizontalaufweiter 211 verlassende Strahl Ba1 zu einem Divergentbündel gemacht wird, das von einem objektseitigen Brennpunkt FC&sub2; der imaginären Konvexlinse aus divergiert, wird der Konvexlinseneffekt kompensiert, wodurch der abgehende Strahl Ba2 des AOD 213 zu einem Parallelbündel wird. Der Brennpunkt FC&sub2; liegt um die Brennweite F&sub1; von der Beugungsposition in der akustischen Zelle 213a im Abstand. Die folgende Gleichung, die ähnlich der Gleichung (39) ist, gilt in diesem Fall:
-1/(F&sub1; - d&sub1;) + 1/l&sub1; = 1/Fs (40)
Die folgende Tabelle 1 wird durch Einsetzen von konkreten Werten für die Variablen in den Gleichungen (38) bis (40) gewonnen: Tabelle 1
Die Werte F&sub1;, l&sub1; und la werden unter Annehmen der Werte von v, T, λ, Δf, d&sub1;, Fs und Fr aufgefunden, wobei Fr die Brennweite der Stablinse 211a und la (= l&sub1; + Fr) der Abstand zwischen der Stablinse 211a und der Zylinderlinse 211b ist. Wie aus der Tabelle 1 ersichtlich, können die Konkav- und Konvexlinsenwirkungen durch Einstellen der Positionen der Stablinse 211a und der Zylinderlinse 211b bei dieser Ausführungsform kompensiert werden. Wenn die Durchstimmgeschwindigkeit des AOD 213 geändert wird und die Brennweite F&sub1; der akustischen Zelle 213a infolge des Zylinderlinseneffekts geändert wird, kann der abgehende Strahl Ba2 durch Einstellen der Abstände a und d&sub1; zu einem Parallelbündel gemacht werden.
Der Horizontalaufweiter 211 ist so eingerichtet, daß er hauptsächlich die Weite des einfallenden Strahls Ba&sub1; aufweitet, um so die Anzahl auflösbarer Punkte ND zu erhöhen. Das heißt, das Strahlablenksystem BD kompensiert den Zylinderlinseneffekt des AOD 213 ohne zusätzliche Linse für die Kompensation des Effekts.
Zur Kompensation des Zylinderlinseneffekts auf der Bildseite des AOD 213 ist, wie dies oftmals im Stand der Technik geschieht, eine vom Vertikalaufweiter 214 verschiedene Kompensationslinse erforderlich. Dies liegt daran, daß die Kompensationslinse für den Zylinderlinseneffekt eine Brechkraft in der Ablenkrichtung DF&sub0; des AOD 213 (bzw. in der Richtung Y) haben sollte und der Vertikalaufweiter 214 die Brechkraft nur in der Richtung Z hat.
Das Strahlablenksystem hat weitere Vorteile, wie folgt. Da der Zylinderlinseneffekt an der Objektseite des AOD kompensiert wird, wird der den AOD 213 verlassende Strahl Ba2 zu einem Parallelbündel. Dadurch können der Vertikalaufweiter 214, der an der Bildseite des AOD 213 angeordnet ist, und das Bildausbildungssystem IS ein telezentrisches System bilden, insbesondere der Vertikalaufweiter 214 ein teleskopisches System sein. Dementsprechend kann die Konvergenzcharakteristik jener optischen Systeme sich nicht verschlechtern.
Wie oben beschrieben, ist der Horizontalaufweiter 211, der an der Objektseite des AOD 213 angeordnet ist, als Konvergenzsystem oder Divergenzsystem zur Kompensation des Konkav- oder Konvexzylinderlinseneffekts aufgebaut. Andererseits ist der an der Bildseite des AOD 213 angeordnete Vertikalaufweiter 214 als teleskopisches System aufgebaut. Die Spezifikationen der Stablinsen 211a und 214a werden einander gleich gemacht, und diejenigen der Zylinderlinsen 211b und 214b werden ebenfalls einander gleich gemacht.
Die Spezifikationen der Linsen 211a, 214a, 211b und 214b werden folgendermaßen bestimmt. Zuerst werden die Brennweite Fr der Stablinsen 211a und 214a und die Brennweite F&sub5; der Zylinderlinsen 211b und 214b bestimmt. Die Summe der Brennweiten Fr und F&sub9;, das heißt, (Fr + Fs), ist gleich der Länge des Vertikalaufweiters 214, der ein teleskopisches System ist, und nahezu gleich der Länge des Horizontalaufweiters 211. Kürzere Werte der Brennweiten Fr und Fs sind daher bevorzugt, um die Gesamtlänge des optischen Systems zu verkürzen. Es wird ferner berücksichtigt, daß Linsen kürzerer Brennweite schwierig zu bauen sind. Das Verhältnis (Fs/Fr) sollte auch berücksichtigt werden, weil das Verhältnis (Fs/Fr) die Vergrößerung des Horizontalaufweiters 211 bedeutet, die die Weite des Strahls Ba1 auf die Weite der Apertur des AOD 213 aufweitet. Wegen obiger Punkte wird der Durchmesser der Stablinsen 211a und 214a zu 6 mm bestimmt. Folglich wird deren Brennweite Fr zu 4,4 mm. Die Brennweite Fs der Zylinderlinsen 211b und 214a wird dementsprechend zu 64 mm bestimmt.
Als nächstes werden die Form der Zylinderlinsen 211b und 214b und ihre Materialien bestimmt. Wenn die Zylinderlinsen 211b und 214b Einzellinsen sind, ist es schwierig, die Aberrationen unter gewünschten Werten zu halten. Bei dieser Ausführungsform wird daher eine Verbundlinse CL, wie sie in Fig. 37 gezeigt ist, als Zylinderlinsen 211b und 214b verwendet. Die Verbundlinse CL besteht aus einer Konkavlinse CL&sub1; und einer Konvexlinse CL&sub2;. Die Linsenparamter der Verbundlinse CL sind die folgenden:
r&sub1;: Krümmung der Außenfläche der Konkavlinse CL&sub1;
r&sub2;: Krümmung der Grenzfläche zwischen der Konkavlinse CL&sub1; und der Konvexlinse CL&sub2;
r&sub3;: Krümmung der Außenfläche der Konvexlinse CL&sub2;
t&sub1;: Dicke der Konkavlinse CL&sub1;
t&sub2;: Dicke der Konvexlinse CL&sub2;
n&sub1;: Brechungsindex der Konkavlinse CL&sub1;
n&sub2;: Brechungsindex der Konkavlinse CL&sub2;
Die Brennweite der Verbundlinse, das heißt, die Brennweite Fs der Zylinderlinsen 211b und 214b wird folgendermaßen als Funktion f&sub1; der Linsenparameter ausgedrückt:
Fs = f&sub1; (r&sub1;, r&sub2;, r&sub3;, t&sub1;, t&sub2;, n&sub1;, n&sub2;) (41)
Wie oben angegeben, wird die Brennweite Fs auf 64 mm eingestellt.
Hinsichtlich des Horizontalaufweiters 211 ist es erforderlich, die Queraberration so weit wie möglich zu vermindern, während der Abstand vom AOD 213 gemäß der Gleichung (39) oder (40) bestimmt wird. Im allgemeinen wird der Wert der Aberration in Bezug auf zwei Bündel berechnet, welche durch die Positionen verlaufen, die 70 % und 100 C% eines effektiven Durchmessers (oder einer Pupille) der Linse entsprechen. Werte der Queraberration DY(7) und DY(10) an den Positionen, die 70 % und 100 % des effektiven Durchmessers des Horizontalaufweiters 211 entsprechen, werden als Funktionen f&sub2; und f&sub3; der Linsenparameter ausgedrückt:
DYA( 7) = f&sub2;(r&sub1;, r&sub2;, r&sub3;, t&sub1;, t&sub2;, n&sub1;, n&sub2;) (42)
DYA(10) = f&sub5;(r&sub1;, r&sub2;, r&sub3;, t&sub1;, t&sub2;, n&sub1;, n&sub2;) (43)
Es ist dabei erforderlich, die Winkelaberration des Vertikalaufweiters 214 zu vermindern, weil der Vertikalaufweiter 214 als teleskopisches System (oder afokales System) aufgebaut ist. Der Wert der Winkelaberration wird ebenfalls in Bezug auf zwei Bündel berechnet, die durch die Positionen gehen, die 70 % und 100 % eines effektiven Durchmessers der Linse entsprechen. Werte der Winkelaberration DYA(7) und DYA(10) an den Positionen, die 70 % und 100 % des effektiven Durchmessers des Horizontalaufweiters 214 entsprechen, werden ebenfalls als Funktionen f&sub4; und f&sub5; der Linsenparameter folgendermaßen ausgedrückt:
DYA( 7) = f&sub4;(r&sub1;, r&sub2;, r&sub3;, t&sub1;, t&sub2;, n&sub1;, n&sub2;) (44)
DYA(10) = f&sub5;(r&sub1;, r&sub2;, r&sub3;, t&sub1;, t&sub2;, n&sub1;, n&sub2;) (45)
Werte der Linsenparameter werden durch die DLS-Methode (Damped Least Square Method) oder dergleichen auf der Grundlage der Ausdrücke (42) bis (45) bestimmt. Da der Wert der Brennweite Fs, wie oben angegeben, bestimmt wird, können die Ausdrücke (42) bis (45) beispielsweise mit der DLS-Methode unter Verwendung des Ausdrucks (41) als Randbedingung aufgelöst werden. Einige Computerprogramme zur Durchführung der DLS-Methode, wie etwa "Super-Oslo" von Sinidair Optics, Inc., sind zur Lösung obigen Problems verfügbar.
Die folgenden Werte sind Beispiels für die so gewonnenen Linsenparameter:
r&sub1; = ∞, r&sub2; = 23,77 mm, r&sub3; = -44,26 mm,
t&sub2; = 3 mm, t&sub2; = 5,2 mm,
n&sub1; = 1,8059 (SF11)&sub1; n&sub2; = 1,7642 (LaF7)
Gemäß dem obigen Beispiel besteht die Konkavlinse CL&sub1; aus SF11 und die Konvexlinse CL&sub2; aus LaF7.
Der die Verbundlinse CL enthaltende Horizontalaufweiter 211 kann eine Queraberration von nicht mehr als 3 µm und eine Wellenfrontaberration von nicht mehr als λ/4 erreichen. Der die Verbundlinse CL enthaltende Vertikalaufweiter 214 kann eine Winkelaberration von nicht mehr als 50 µrad und eine Wellenfrontaberration von nicht mehr als λ/4 erreichen.
Wenn die Zylinderlinse als Einzellinse aus SF11 mit hohem Brechungsindex gefertigt wird, wird ihre Brennweite Fs größer als 75 mm, was bei weitern länger als diejenige der Verbundlinse CL ist. Im Gegensatz dazu wird bei obiger Ausführungsform die Gesamtlänge der Aufweiter 211 und 214 durch Verwendung der Verbundlinse CL reduziert.
Kurz gesagt können bei obiger Ausführungsform sowohl der Aufweiter 211 eines fokalen Systems als auch der Aufweiter 214 eines afokalen Systems als Kombinationen der gleichen Stablinsen (211a, 214a) einer verhältnismäßig kurzen Brennweite und der gleichen Zylinderlinsen (211b, 214b) einer verhältnismäßig langen Prennweite aufgebaut werden. Ferner können die Aberrationen der Aufweiter 211 und 214 deutlich niedrig gemacht und ihre Gesamtlängen verkürzt werden.
Wie oben beschrieben, kann der Zylinderlinseneffekt durch Einstellen des Abstandes la (= l&sub2; + Fr) zwischen den Stablinsen 211a und den Zylinderlinsen 211b im Horizontalaufweiter 211 gemäß der Gleichung (36) oder (37) kompensiert werden. Da jedoch der Herstellungsfehler einer Brennweite ungefähr 5 % beträgt, ist es wünschenswert, zu bestätigen, ob der Zylinderlinseneffekt gut kompensiert ist oder nicht, und den Abstand la, falls nötig, neu einzustellen.
Die Steuerschaltung 700 erzeugt ein Signal zur Bestätigung des Ergebnisses der Kompensation des Zylinderlinseneffekts. Fig. 38 ist ein Blockschaltbild des Innenaufbaus der Steuerschaltung 700.
Wenn eine gewöhnliche Abtastoperation durchgeführt wird, verbindet ein Schalter 75 einen Punktdatenspeicher 73 und den AOD-Treiber 71. Punktdaten SR (oder Rasterdaten), die von einer (nicht gezeigten) externen Schaltung an die Steuerschaltung 700 geliefert werden, werden im Punktdatenspeicher 73 gespeichert. Der Punktdatenspeicher 73 empfängt ein Lesestartsignal SSTA, das von einem Kippfrequenzgenerator 77 zugeführt wird, und liefert die Punktdaten SR als Modulationssignal SM synchron mit einem Lesetaktsignal SCLK, das von einem Synchronisierungssignalgenerator 76 gegeben wird, an den AOD-Treiber 72. Der AOD-Treiber 71 erzeugt das AOD-Treibersignal SMD ansprechend auf das Modulationssignal SM und steuert damit den AOM 207 ein-aus. Der AOD-Treiber 72 erzeugt das AOD-Treibersignal SDD ansprechend auf ein Kippfrequenzsignal VT, das vom Kippfrequenzsignalgenerator 77 geliefert wird, um damit den AOD 213 zu steuern.
Wenn das Ergebnis der Kompensation des Zylinderlinseneffekts nicht bestätigt wird, wird der Schalter 75 so geschaltet, daß ein Testmusterdatenspeicher 74 und der AOM- Treiber 711 verbunden werden. Fig. 39 ist ein Zeitdiagramm bei dem Vorgang zur Bestätigung des Kompensationsergebnis ses. Das Kippfrequenzsignal VT wird ansprechend auf das Lesestartsignal SSTA und synchron mit dem Lesetaktsignal SCLK erzeugt. Das Kippfrequenzsignal VT und das AOD-Treibersignal SDD bewirken, daß der Wandler 213b des AOD 213 eine Ultraschallwelle erzeugt, deren Frequenz von einem niedrigen Wert zu einem hohen Wert in einem Zyklus von 70 µs durchgestimmt wird. Das vom Testmusterspeicher 74 ausgegebene Modulationssignal SM (daher das AOM-Treibersignal SMD) schaltet den AOM 207 einige Male (viermal in Fig. 39) in jedem Durchstimmzyklus ein. Dadurch wird das lichtempfindliche Material 1 mit dem Strahl B wie in Fig. 34 gezeigt, abgetastet. Bei jedem Abtastvorgang können einige Punkte BS&sub1;, BS&sub2;, ... auf dem lichtempfindlichen Material 1 mit einem bestimmten Abstand beobachtet werden. Es ist einfach zu beurteilen, ob der Astigmatismus gut eliminiert ist, indem die so auf dem lichtempfindlichen Material 1 ausgebildeten Strahlpunkte BS&sub1;, BS&sub2;&sub1; ... beobachtet werden. Da der Durchmesser der Strahlpunkte BS&sub1;, BS&sub2;, ... nur wenige µm beträgt, werden im übrigen Beobachtungsmittel zum Beobachten der Strahlpunkte BS&sub1;, BS&sub2;, zwischen dem Linsensystem 218 und dem lichtempf indlichen Material 1 eingeführt. Das Linsensystem 218 ist im übrigen ein telezentrisches System, das den Strahl Ba2 eines den AOD 213 verlassenden Parallelbündels, wie oben beschrieben, zusammenzieht. Die Beobachtungsmittel können so aufgebaut sein, daß die Strahlpunkte BS&sub1;, BS&sub2;, ... mit ihrem Linsensystem aufgeweitet werden und der Beobachter die aufgeweiteten Strahlpunkte mit bloßem Auge beobachtet. Stattdessen können die Beobachtungsmittel auch eine CCD-Kamera zur Gewinnung der Bilder der Strahlpunkte BS&sub1;, BS&sub2;, ... und eine Bildröhre zur Wiedergabe der Bilder enthalten.
Wenn beobachtet wird, daß der Astigmatismus nicht ausreichend eliminiert ist, wird der Abstand a zwischen der Stablinse 211a und der Zylinderlinse 211b im Horizontalaufweiter 211 erneut justiert. Durch diese Justierung läßt sich der Astigmatismus reduzieren, während der Zylinderlinsen effekt des AOD 213 gut kompensiert wird.
Bei obiger Ausführungsform sind die unidirektionalen Aufweiter 211 und 214 in der gleichen Kombination von Stabunsen und Zylinderlinsen aufgebaut. Die unidirektionalen Aufweiter können aber auch mit mehreren Zylinderlinsen aufgebaut sein. Da die Stablinse ein Typ von Zylinderlinse im breiten Sinne des Wortes ist, kann von den Aufweitern in obiger Ausführungsform gesagt werden, daß sie zwei Zylinderlinsen enthalten.
Was den unidirektionalen Aufweiter 211, der an der Objektseite des AOD 213 angeordnet ist, anbelangt, werden die Positionen der Zylinderlinsen 211a und 211b, das heißt, die Abstände la und d&sub1;, so bestimmt, daß der den AOD 213 verlassende Strahl Ba2 zum Parallelbündel wird. In dem Maße, wie dieser Zweck erreicht wird, kann die Zylinderlinse mit der im Vergleich kürzeren Brennweite der beiden Linsen, die Stablinse 211a in dieser Ausführungsform, durch eine Konkavlinse ersetzt werden. Da der Aufweiter 214 auf der Bildseite des AOD 213 in diesem Fall zu einem teleskopischen System gemacht werden kann, können die beiden unidirektionalen Aufweiter auf der Objektseite und der Bildseite des AOD 213 in der gleichen Kombination von zwei Zylinderlinsen aufgebaut sein. Im allgemeinen kann, wenn der unidirektionale Aufweiter auf der Objektseite des AOD mit einer Anzahl von Zylinderlinsen aufgebaut ist, der andere unidirektionale Aufweiter auf der Bildseite mit den gleichen Zylinderlinsen aufgebaut sein.
Die Positionen der Zylinderlinsen eines an der Objektseite eines AOD angeordneten ersten unidirektionalen Aufweiters werden so bestimmt, daß der den AOD verlassende Strahl ein Parallelbündel wird, wodurch der Zylinderlinseneffekt ohne zusätzliche Kompensationslinse hoher Genauigkeit kompensiert werden kann.
Ferner kann einer an der Bildseite des AOD angeordneter zweiter unidirektionaler Aufweiter mit den gleichen Zylinderlinsen wie der erste unidirektionale Aufweiter aufgebaut sein, wobei dieser einfache Aufbau den Durchmesser des Lichtstrahls aufweiten sowie den Zylinderlinseneffekt kompensieren kann.

Claims

1. Optisches Strahlabtastsystem zum Abtasten von lichtempfindlichem Material mit optischen Strahlen unter Bewegung der optischen Strahlen relativ zum lichtempfindlichen Material, mit

Mitteln zum Erzeugen einer Anzahl optischer Strahlen,

Mitteln (207a, 207b) zum Modulieren der Anzahl von optischen Strahlen, gekennzeichnet durch

Strahlschwenkmitteln (301) zum Schwenken modulierter optischer Strahlen, um so eine erste Strahlengruppe zu erzeugen, welche aus optischen Strahlen besteht, die einander an einem bestimmten Punkt schneiden,

Winkeländerungsmittel (303), die mit den Strahlschwenkmitteln verbunden sind, zum Drehversetzen der Strahlschwenkmittel, um so einen Schnittwinkel der ersten Strahlengruppe zu ändern,

Ablenkmittel (213), die an dem bestimmten Punkt angeordnet sind, zum periodischen Ablenken der ersten Strahlengruppe, um so eine zweite Strahlengruppe zu erzeugen, und

Fokussierungsmittel (500) mit einer Brennweite zur Erzeugung von parallelen Strahlen aus den optischen Strahlen der zweiten optischen Strahlengruppe für ein Einstrahlen auf das lichtempfindliche Material zur Ausbildung von Lichtpunkten auf diesem,

wobei der Abstand der Paralleistrahlen von dem Schnittwinkel und der Brennweite abhängt und die Größe der Lichtpunkte von der Brennweite abhängt, womit ermöglicht wird, daß der Durchmesser der Strahlpunkte und der Abstand der Pixel auf dem lichtempfindlichen Material unabhängig voneinander geändert werden.

2. Optisches Strahlabtastsystem nach Anspruch 1, wobei die Fokussierungsmittel ein optisches Fokussierungssystem (500), dessen Brennweite änderbar ist, aufweisen.

3. Optisches Strahlabtastsystem nach Anspruch 2, wobei das optische Fokussierungssystem (500) eine Anzahl von Objektlinsen (501 - 504), deren Brennweiten voneinander verschieden sind, und einen Mechanismus zum Auswählen einer der Anzahl von Objektlinsen zur Fokussierung der zweiten Strahlengruppe auf das lichtempfindliche Material aufweist.

4. Optisches Strahlabtastsystem nach Anspruch 2, wobei das optische Fokussierungssystem (500) ein Objektiv mit veränderbarer Brennweite aufweist.

5. Optisches Strahlabtastsystem nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, welches ferner Richtungsdrehmittel (401), die zwischen den Ablenkmitteln (213) und den Fokussierungsmitteln (500) angeordnet sind, zum Drehen der Ablenkrichtung der zweiten optischen Strahlgruppe, und

Mittel (402), die mit den Richtungsdrehmitteln verbunden sind, zum Drehen der Richtungsdrehmittel, um so den Drehwinkel der Ablenkrichtung der zweiten Strahlgruppe zu verändern, aufweist.

6. Optisches Strahlabtastsystem nach Anspruch 5, wobei die Richtungsdrehmittel ein Pechan-Prisma (401) aufweisen.

7. Optisches Strahlabtastsystem nach Anspruch 5, wobei die Richtungsdrehmittel ein Schwalbenschwanzprisma (450) aufweisen.

8. Optisches Strahlabtastsystem nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, wobei

die Ablenkmittel ein akustooptischer Deflektor (213) mit einem Zylinderlinseneffekt sind, durch welchen der akustooptische Deflektor einer Konkavlinse äquivalent ist, und

das optische Strahlabtastsystem ferner

einen ersten unidirektionalen Aufweiter (211) zum Aufweiten eines jeden Strahls der ersten Strahlengruppe in einer ersten Richtung, wobei der erste unidirektionale Aufweiter aus einer ersten und einer zweiten Zylinderlinse (211a, 211b) besteht, die zwischen den Winkeländerungsmitteln (303) und dem akustooptischen Deflektor (213) angeordnet sind, wobei die erste Zylinderlinse einen jeden Strahl der ersten Strahlengruppe zu einem divergenten Bündel macht, die zweite Zylinderlinse das divergente Bündel zu einem konvergenten Bündel macht, das an einem bildseitigen Focus der Konkavlinse konvergiert und

einen zweiten unidirektionalen Aufweiter (214) zur Aufweitung eines jeden Strahls der zweiten Strahlengruppe in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung unter Belassung eines jeden den zweiten unidirektionalen Aufweiter verlassenden Strahls als Parallelbündel, wobei der zweite unidirektionale Aufweiter aus einer dritten und vierten Zylinderlinse (214a, 214b) besteht, die zwischen dem akustooptischen Deflektor (213) und den Fokussierungsmitteln (500) angeordnet sind, wobei die dritte und vierte Zylinderlinse die gleichen wie die erste bzw. zweite Zylinderlinse sind, aufweist.

9. Optisches Strahlabtastsystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, wobei

die Ablenkungsmittel ein akustooptischer Deflektor (213) mit einem Zylinderlinseneffekt sind, durch welchen der akustooptische Deflektor einer Konvexlinse äquivalent ist,

und

das optische Strahlabtastsystem ferner

einen ersten unidirektonalen Aufweiter (211) zur Aufweitung eines jeden Strahls der zweiten Strahlgruppe in einer ersten Richtung, wobei der erste unidirektionale Aufweiter aus einer ersten und zweiten Zylinderlinse (211a, 211b) besteht, die zwischen den Winkeländerungsmitteln (303) und dem akustooptischen Deflektor (213) angeordnet sind, wobei die erste Zylinderlinse einen jeden Strahl der ersten Strahlgruppe zu einem divergenten Bündel macht, die zweite Zylinderlinse das divergente Bündel zu einem konvergenten Bündel macht, das an einem gegenstandsseitigen Focus der Konvexlinse konvergiert, und

einen zweiten unidirektionalen Aufweiter (214) zur Aufweitung eines jeden Strahls der zweiten Strahlgruppe in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung unter Belassung eines jeden den zweiten unidirektionalen Aufweiter verlassenden Strahls als Parallelbündel, wobei der zweite unidirektionale Aufweiter aus einer dritten und vierten Zylinderlinse (214a, 214b) besteht, die zwischen dem akustooptischen Deflektor (213) und den Fokussierungsmitteln (500) angeordnet sind, wobei die dritte und vierte Zylinderlinse die gleichen wie die erste bzw. zweite Zylinderlinse sind, aufweist.