DE19752888C2 - Mikrooptischer Laserscanner und Abtastverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mikrooptischen Lasers­ canner nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Mikrooptische Laserscanner werden für zahllose Anwen­ dungen wie beispielsweise bei der Laserbeschriftung, der Sicherheitstechnik, der Objektverfolgung in der Militärtechnik, der Diagnostik in der Medizintechnik, bei der optischen Inspektion, als Laserradar, für die scannende Mikroskopie oder auch in Registrierkassen als Barcode-Lesegeräte eingesetzt.

Dabei wird Licht eines Lasers auf ein Objekt proji­ ziert und in einer Rasterbewegung über dieses hinweg­ geführt, um zum Beispiel auf der Objektoberfläche eine physikalische Änderung hervorzurufen oder um spezielle Informationen über das Objekt zu gewinnen, indem das zurückgestreute oder reflektierte Licht wieder in ein Meßsignal umgewandelt wird. Wichtige optische Kriterien von Scannern sind dabei das Auflö­ sungsvermögen (Anzahl der auflösbaren Punkte pro Flä­ cheneinheit), die Punktbildqualität (aufgrund der Beugungsbegrenzung durch die Scanneroptik) sowie der maximale Ablenkwinkel, der den überstreichbaren und untersuchbaren Objektbereich festlegt. Wichtige me­ chanische Parameter sind dabei die Abtastrate und die -geschwindigkeit sowie die Linearität der Abtastung (Verschiebung des Lichtreflex auf dem Meßobjekt in Abhängigkeit von der Zeit).

Im Stand der Technik sind zwei Gruppen von Scanner­ prinzipien bekannt, die sich als konventionelle sowie mikrooptische Scannerprinzipien unterteilen lassen. Die konventionellen Scannerprinzipien, die sich in der Praxis bewährt haben, sind beispielsweise Poly­ gonscanner, Galvanometerscanner, holographische Scan­ ner sowie akusto-optische Scanner. Sowohl beim Poly­ gon- als auch beim Galvanoscanner wird die Ablenkung durch eine Spiegelkippung erreicht. Vorteilhaft ist dabei, daß die Spiegel keine Aberration in die Licht­ strahlenbündel einführen. Beim holographischen und akusto-optischen Scanner wird die Ablenkung des Lichtstrahles über Oberflächen- oder Volumengitter ausgenutzt, die unter gewissen Bedingungen auch beu­ gungsbegrenztes Verhalten ermöglichen. Derartige her­ kömmliche Scanner sind beschrieben bei Leo Beiser "Laser Scanning Notebook" SPIE Optical Engineering Press 1992.

Nachteilig bei derartigen herkömmlichen Scannern ist die Größe der Baugruppen, insbesondere der Antriebs­ komponenten für die beweglichen Bauelemente. Diese Antriebskomponenten müssen obendrein große Kräfte aufbringen, da die zu bewegenden optischen Komponenten sehr schwer sind und mit großen Geschwindigkeiten bewegt werden müssen. Der Energieverbrauch ist dem­ entsprechend hoch.

Bei mikrooptischen Scannern wird die Strahlablenkung beispielsweise durch eine kollimierende Mikrolinse erzeugt, die lateral zu einer abstrahlenden Licht­ quelle (zum Beispiel einer Lichtleitfaser oder einem Laser) verschoben wird. Dabei ist die Auflösung bei vorausgesetzter beugungsbegrenzter Funktion der Mi­ krolinse durch das Verhältnis von maximaler Verschie­ bung der Linse zur Größe der abstrahlenden Quelle gegeben. Der Hauptvorteil mikrooptischer Laserscanner ist, daß kurze Verstellwege von typischerweise 50 bis 500 µm und damit kurze Ablenkzeiten im Millisekunden­ bereich realisiert werden können. Es bietet sich hier eine Verbindung mit miniaturisierten Aktuatoren an, so daß solche mikrooptischen Laserscanner kleiner als konventionelle Scankörper sind. Allerdings ist durch die Bewegung des Lichtstrahles an den Mikrolinsen die Auflösung auf typischerweise 50 bis 100 begrenzt. Andererseits ergeben sich bei einer Quellengröße von wenigen µm beispielsweise für eine verlangte Auflö­ sung von 1000 und mehr, wie sie bei herkömmlichen Scannern ohne weiteres möglich ist, Verstellwege von mehreren Millimetern. Mit diesen großen erforderli­ chen Stellwegen lassen sich jedoch keine kurzen Schaltzeiten zwischen beliebigen Positionen und damit nur eine geringe Geschwindigkeit der Abtastung erzie­ len.

In einer anderen mikrooptischen Anordnung werden Mi­ krolinsenarrays in einer konfokalen Anordnung zur Strahlablenkung genutzt, wobei die Arrays gegenein­ ander in lateraler Richtung verschoben werden. In dieser Anordnung kann die Auflösung bei geringen Stellwegen (unter 1 mm) deutlich verbessert werden. Sie besitzt jedoch den gravierenden Nachteil, daß sie wie ein Beugungsgitter wirkt und mehrere Beugungsord­ nungen anregt, was zu Energieverlusten des Licht­ strahlbündels und zu Mehrdeutigkeiten aufgrund meh­ rerer Meßstrahlen führt. Außerdem kann der Strahl nicht kontinuierlich abgelenkt werden, sondern es können nur diskrete Richtungen, die der Gittergeome­ trie des Beugungsgitters entsprechen, abgetastet wer­ den.

Die US 5,161,045 A beschreibt einen Laserscanner mit einer Laserquelle zur Erzeugung eines Lichtstrahls. Das koherente Licht wird dabei durch ein erstes und zweites zweidimensionales planares Linsen-Array ge­ leitet. Die Linsen-Arrays sind optisch derart gekop­ pelt, daß das Licht, welches das zweite Array ver­ läßt, in eine Vielzahl von Beugungsordnungen, bei de­ nen eine konstruktive Interferenz zwischen den Licht­ strahlen auftritt, zerlegt wird.

Aus E. A. Watson, Analysis of beam steering with de­ centered microlens arrays, Optical Engineering, Vol. 32, No. 11, Nov. 1993, S. 2665-2670 ist ein Verfahren für die Lenkung optischer Strahlen beschrieben, bei dem eine Kaskade aus dezentrierten Mikrolinsen einge­ setzt wird. Die Größenordnung der Lenkung ist dabei vom Ausmaß der Dezentrierung abhängig.

Aus G. F. McDearmon et al., Comparison of conventio­ nal and microlens-array agile beam steerers, Procee­ dings of SPIE, Vol. 2383, S. 167-178 sind Untersu­ chungen hinsichtlich der optischen und mechanischen Leistungsfähigkeit verschiedener Varianten von beweg­ lichen Strahlablenkern untersucht. Diese basieren auf refaktiven Mirkolinsen-Arrays im sichtbaren und in­ fraroten Wellenlängenbereich.

T. D. Milster et. al., Modeling and Measurement of a micro-optic beam deflector, Proceedings of SPIE, Vol. 1625, 1992, S. 78-83 beschreiben den Aufbau eines mi­ krooptischen Strahlungsablenker. Dieser Ablenker be­ steht aus zwei Arrays, die in einem Quadratnetz ange­ ordnet sind.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ei­ nen mikrooptischen Laserscanner sowie ein optisches Scanverfahren zur Verfügung zu stellen, die ohne Lei­ stungseinbuße eine hohe Abtastgeschwindigkeit bei ho­ her Auflösung ermöglichen.

Diese Aufgabe wild durch den mikrooptischen Laser­ scanner nach dem Anspruch 1 und durch das Abtastverfahren nach dem Anspruch 10 in Verbindung mit ihren Merkmalen ge­ löst.

Bei dem hier vorgestellten Abtastverfahren erfolgt die Aufrasterung eines Objektes derart, daß das Ob­ jekt durch eine erste Scanstufe in grobe Einheiten entsprechend der Auflösung der ersten Scanstufe ein­ geteilt wird. Durch die zweite und weitere Scanstu­ fen, die in gleicher Weise kaskadiert sein können, wird jeweils eine der Einheiten der vorangehenden Scanstufe feiner unterteilt und abgetastet entspre­ chend der Auflösung der zweiten bzw. weiteren Scan­ stufen. Dies ermöglicht es, mit sehr geringen Stell­ wegen der einzelnen Scanstufen jeden Punkt im Scan­ feld rasch und mit geringen Stellbewegungen der Ak­ tuatoren anzusprechen.

Dazu weist der Laserscanner eine aus einem Linsen­ array mit geeigneter numerischer Apertur bestehende Fokussierungsoptik auf, die zwischen je zwei ver­ schieblichen mikrooptischen Baugruppen angeordnet ist.

Diese Anordnung zweier kaskadierter mikrooptischer, strahlablenkender Baugruppen ermöglicht es, die Vor­ teile der mikrooptischen Bauweise (Baugröße, Schalt­ zeiten, Komponentenpreis und Preis des Gesamtsystems) beizubehalten und zugleich das Problem des begrenzten Auflösungsvermögens herkömmlicher mikrooptischer La­ serscanner zu lösen.

Durch die Verwendung refraktiver mikrooptischer Bau­ elemente werden die eingeführten Wellenfrontaberra­ tionen für den abtastenden Lichtstrahl vernachlässig­ bar. Mikrooptische Bauelemente sind einfach und mit vergleichsweise geringem Aufwand herstellbar und er­ möglichen auch den Einsatz miniaturisierter Aktuato­ ren. Sie erlauben insgesamt in Verbindung mit dem er­ findungsgemäßen Kaskadierungsprinzip eine hohe opti­ sche Auflösung bei vergleichsweise geringen Verstell­ wegen der Aktuatoren. Ein derartiger mikrooptischer Laserscanner kann jeden Punkt im Scanfeld sehr schnell ansprechen. Beispielsweise sind für mechani­ sche Steller wie Piezosteller Schaltzeiten von ca. 1 ms typisch.

Weiterhin besitzt das kaskadierte Scanverfahren nach der vorliegenden Erfindung den Vorteil, daß für die einzelnen optischen verschieblichen Baugruppen einfa­ che Komponenten verwendet werden können, die in der Herstellung und Montage kostengünstig sind. Durch die kurzen Stellwege, die zwischen 10 µm und wenigen hun­ dert µm betragen können, sind auch die Stellwege der Aktuatoren klein, so daß auch die Aktuatoren für die verschieblichen Bauelemente kostengünstig und einfach herzustellen sind. Es können hierfür auch Standard­ aktuatoren, beispielsweise Piezostellelemente, ver­ wendet werden. Insgesamt ergibt sich auch ein sehr kompakter Aufbau des gesamten mikrooptischen Laser­ scanners.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Laserscanners und des erfindungsgemäßen Abtastverfah­ rens werden in den abhängigen Ansprüchen gegeben.

Die zweiten und weiteren verschieblichen Objektbau­ gruppen weisen vorteilhafterweise ein Objektfeld der­ art auf, daß sämtliche von der jeweiligen vorherge­ henden Optikbaugruppe auf der weiteren Optikbaugruppe auftreffenden Lichtstrahlen keine Aberration erfah­ ren. Es ist hierdurch insgesamt möglich, beugungsbe­ grenztes Verhalten und damit optimale optische Eigen­ schaften des gesamten mikrooptischen Laserscanners zu erzielen.

Durch Verwendung einer Redirektionsoptik sowie einer Fokussierungsoptik werden Punkte in einer Ebene gene­ riert, die äquidistanten Abstand besitzen. Damit wird eine genaue Zuordnung der Rasterpunkte zu den Ablenk­ winkeln möglich. Bei Verwendung eines Mikrolinsenar­ rays für die Fokussierungsoptik ergibt sich das Auf­ lösungsvermögen des Gesamtsystems als Produkt der Auflösungsvermögen der verschieblichen Optikbaugrup­ pen (Scanstufen) vor und hinter der Mikrolinse. Diese Mikrolinse kann als Einzelkomponent gefertigt werden und im System montiert werden, so daß eine kostengün­ stige Montage des mikrooptischen Laserscanners mög­ lich ist.

Besonders vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen mikrooptischen Laserscanner ist, daß durch die Ver­ wendung von Mikrooptiken, inbesondere für die erste Scanstufe, und den Einsatz eines Mikrolinsenarrays als Fokussierungsoptik Aberrationen der optischen Bündel nur noch eine zu vernachlässigende untergeord­ nete Rolle spielen.

Um Änderungen der optischen Parameter der einzelnen Baugruppen des Laserscanners bei sich ändernden Um­ weltbedingungen, wie beispielsweise Temperatur oder Luftfeuchtigkeit, zu kompensieren, kann der Lasers­ canner zusätzlich eine Meßoptik zur Erzeugung eines Regelungssignales enthalten, mit dem die Aktuatoren entsprechend der Ablenkung des Lichtstrahls durch die Optikbaugruppen gesteuert werden. Auf diese Weise können Änderungen des Lichtpfades des Abtastlicht­ strahles kompensiert werden.

Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen mikrooptischen Laserscanner,

Fig. 2 einen mikrooptischen Laserscanner,

Fig. 3 einen mikrooptischen Laserscanner,

Fig. 4 einen mikrooptischen Laserscanner unter Verwendung von Spiegeln,

Fig. 5 den Einsatz einer Feldlinse in einem mikrooptischen Laserscanner nach einer der vorangehenden Figuren,

Fig. 6 den Aufbau einer Scanstufe eines mikroopti­ schen Laserscanners nach den Fig. 1 bis 4,

Fig. 7 die schematische Beschreibung der Auflösung eines Objektfeldes nach dem erfindungsgemä­ ßen Verfahren, und

Fig. 8 die schematische Beschreibung der Auflösung eines Objektfeldes nach dem erfindungsgemä­ ßen Verfahren.

Fig. 1 zeigt einen zweistufigen Laserscanner. Der Laserscanner weist eine Linse 1 auf, die als Kollima­ tionsoptik, Strahlablenker und erste Scanstufe für ein divergentes Eingangsbündel 2 fungiert. Die Linse 1 ist in beide Richtungen lateral zu diesem Eingangs­ bündel 2 verschieblich und lenkt das Eingangsbündel 2 auf eine Redirektionsoptik 6 ab. Die Redirektionsop­ tik 6 besteht aus einer Linse, deren Brennweite unge­ fähr dem Abstand zu der Linse 1 entspricht. Sie lenkt das Bündel derart um, daß es parallel zur optischen Achse läuft. Der Redirektionslinse 6 ist ein Linsen­ array 7 mit einer angepaßten numerischen Apertur nachgeordnet, das die auf es einfallenden Lichtbündel fokussiert, wobei in einer Fokusebene 8 dieses Lin­ senarrays 7 Lichtflecke entstehen. Zu jedem Zeitpunkt wird dabei immer nur eine Linse des Linsenarrays durch ein Lichtbündel ausgeleuchtet.

Das über die Redirektionsoptik 6 und den Mikrolinsen­ array 7 fokussierte Licht fällt anschließend auf eine Linse 10, die als zweite Scanstufe ebenfalls in beide orthogonalen, zum Lichtstrahl lateralen Richtungen beweglich ist. Auch diese Linse 10 wirkt als Kollimator und als Strahlablenker. Das Objektfeld dieser Linse ist genügend groß, so daß keine störenden Aber­ rationen bei Bündeln auftreten, die vom Rand des Mi­ krolinsenarrays 7 herrühren. Der in Fig. 1 darge­ stellte mikrooptische Laserscanner weist weiterhin einen Strahlteiler 12 auf, der einen Teil des von der Linse 10 abgelenkten Bündels auf einen Umlenkspiegel 13 leitet. Dieser Teil wird anschließend durch eine Linse 14 auf einen positionsempfindlichen Detektor, einen CCD-Chip 15 fokussiert. Der Detektor erzeugt ein positionsspezifisches Detektorsignal, das an­ schließend zur Ansteuerung der einzelnen (nicht dar­ gestellten) Aktuatoren für die Linsen 1 und 10 ver­ wendet wird. Bei Veränderung der Linsencharakteristi­ ka oder des Strahlganges insgesamt aufgrund geänder­ ter Umweltbedingungen wie beispielsweise Luftfeuch­ tigkeit oder Temperatur kann mit diesem Detektorsi­ gnal die Positionierung des Lichtstrahls nachgeregelt und die Umwelteinflüsse etc. kompensiert werden.

Der von dem Strahlteiler 12 durchgelassene Licht­ strahl fällt anschließend auf ein nicht dargestelltes Objekt, das folglich über die Bewegung der Linsen 1 und 10 abgetastet oder beschrieben wird.

Bei der Beschreibung der folgenden Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben Bauelemente wie in Fig. 1, so daß auf ihre weitere Beschreibung jeweils verzichtet wird.

Fig. 2 zeigt einen weiteren mikrooptischen Laserscan­ ner, bei dem einfallendes paralleles Laserlicht 3 durch eine Fokussierungslinse 5 in ein fokussiertes paralleles Eingangsbündel 4 umgewandelt wird und die­ ses anschließend als Eingangsbündel auf die Linse 1, die die erste Scanstufe darstellt, fällt. Die weitere Vorrichtung ist dieselbe wie in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen weiteren mikrooptischen Laserscan­ ner wie in Fig. 1, wobei jedoch die Redirektionsoptik aus einem Prismenarray 6a aus verschiedenen Prismen besteht. Die weitere Vorrichtung ist dieselbe wie in Fig. 1.

Fig. 4 zeigt einen weiteren mikrooptischen Laserscan­ ner, bei dem ein einfallendes paralleles Eingangsbün­ del 3, das beispielsweise von einem Laser herrührt, durch einen Spiegel 18 umgelenkt wird. Bei diesem Laserscanner sind folglich die Scanstufen durch kipp­ bare Spiegel 18 bzw. 19 für die erste Scanstufe bzw. zweite Scanstufe realisiert. In diesem Falle ist vor der zweiten Scanstufe 19 eine Kollimationslinse not­ wendig, in deren hinterer Brennebene sich der Spiegel 19 der zweiten Scanstufe befindet. Die weitere Vor­ richtung ist dieselbe wie in Fig. 1.

Die bei den zuvor beschriebenen Figuren als zweite Scanstufe verwendete Linse 10, die gleichzeitig als Kollimator und Strahlablenker wirkt, wenn sie durch Aktuatoren lateral zum Strahl verschoben wird, benö­ tigt ein Objektfeld, das genügend groß ist, damit alle Bündel, auch die von den Linsen am Rande des Linsenarrays 7 kommenden Lichtbündel, keine oder ver­ tretbare Aberrationen aufweist. Dieses Problem kann, wie in Fig. 5 gezeigt, durch die Verwendung einer Feldlinse 11 gelöst werden, wobei die Feldlinse 11 in der Fokusebene 8 des Linsenarrays angeordnet ist. Hierdurch wird die Ausleuchtung der Linse 10 der zweiten Scanstufe wesentlich verbessert.

Fig. 6 zeigt den Aufbau einer Scaneinheit, bei­ spielsweise der ersten oder der zweiten oder weiterer Scaneinheiten aus zwei einzelnen Linsen. Im Gegensatz zu den in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Scanopti­ ken kann jede zweidimensionale Scaneinheit auch aus zwei einzelnen Linsen 17 und 18 bestehen, wobei je­ weils eine der Linsen in einer Richtung verschieblich ist. Sofern beide Linsen 17 und 18 in jeweils zuein­ ander orthogonalen Richtungen verschieblich sind, läßt sich durch die Anordnung zweier derartiger Lin­ sen 17 und 18 der einfallende Lichtstrahl in jede beliebige Richtung zweidimensional ablenken, so daß auch durch diese Anordnung ein zweidimensionaler Laserscanner realisiert werden kann. Vorteilhaft hieran ist, daß einfach gebaute und kostengünstig herstellbare lineare Aktuatoren für jede der einzel­ nen Linsen verwendet werden können.

Fig. 7 zeigt die Abtastung eines Objektfeldes 21 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Das Objektfeld 21 wird durch die Ablenkung des Lichtstrahls in der ersten Scanstufe in einzelne Rasterstufen (Pixel) 22 aufgeteilt. Dabei entspricht die Geometrie des ein­ zelnen Pixels der Geometrie des Linsenarrays. In dem dargestellten Beispiel wird durch ein rechteckiges Linsenarray eine rechteckige Rasterung in der ersten Scanstufe erzielt. Es sind jedoch auch hexagonale oder andere beliebig geformte Rasterungen möglich. Das gesamte in Fig. 7A dargestellte Scanfeld besteht folglich aus einzelnen Rasterstufen 22. Fig. 7B stellt eine derartige Rasterstufe 22 dar. Dieses Pi­ xel 22 wird nunmehr durch die Ablenkung des Abtast­ strahles in der zweiten Scanstufe in die Richtungen 23A und die darauf orthogonal stehende Richtung 23B abgetastet. Mit der zweiten Scanstufe wird dadurch erreicht, daß innerhalb eines einzelnen Pixels der ersten Scanstufe ein deutlich feiner und kontinuier­ licher zweidimensionaler Laserscanner in die beiden Richtungen 23A und 23B ausgeführt wird.

Anders formuliert, wird zunächst mit der ersten Scanstufe ein Pixel eines groben Rasters adressiert und anschließend innerhalb dieses Pixels die Fein­ struktur (beim Kennzeichnen eines Objektes beispiels­ weise ein Buchstabe) geschrieben oder beim Abtasten eines Textes beispielsweise ein Buchstabe gelesen. Danach wird ein anderes Pixel des groben Rasters adressiert und so weiter. Dieses Schreiben eines Buchstabens durch Grob- und Feinrasterung mittels zweier Scanstufen ist in Fig. 8 dargestellt.

Prinzipiell ist auch eine weitere Kaskadierung durch zusätzliche Scaneinheiten möglich, um die Gesamtauf­ lösung weiter zu steigern. Zu beachten ist dabei, daß mittels dieses Abtastverfahrens auch eine kontinuier­ liche Abtastung bzw. Scannen eines Objektes möglich ist, da die letzte Scanstufe kontinuierlich durchge­ führt werden kann.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel wurde eine Eingangsstrahlung mit einer Wellenlänge von 630 nm und einem Fokusdurchmesser von 2 µm verwendet. Die erste Scanlinse 1 transformiert dieses Bündel in ein Bündel mit etwa 100 µm Durchmesser auf dem Redirektor 6 bzw. dem Linsenarray 7. Das Linsenarray 7 besteht aus 50 × 50 Linsen mit einer Größe von jeweils 100 µm auf einem rechteckigen Raster. Das Bündel leuchtet folglich im wesentlichen jeweils nur einzelne Linse des Linsenarrays 7 aus.

Die Linse 1, die die erste Scanstufe darstellt, ist in zwei zueinander senkrechten Ebenen lateral zum einfallenden Lichtstrahl um jeweils 100 µm bewegbar. Dies entspricht gemäß dem Fokusdurchmesser der Ein­ gangsstrahlung einer Auflösung der ersten Scanstufe von 100 µm/2 µm ist gleich 50.

Die Linsen des Linsenarrays 7 besitzen eine numeri­ sche Apertur von etwa 0,25 und fokussieren das auf sie einfallende Licht wieder auf einen Fokusdurchmes­ ser von ca. 2 µm.

Die zweite Scanlinse 10, die für ein Objektfeld von 5 × 5 mm im Quadrat entsprechend der Größe des Lin­ senarrays korrigiert ist, ist ebenfalls in zwei zu­ einander senkrechten Ebenen lateral zum einfallenden Lichtstrahl um jeweils 100 µm bewegbar. Dies ent­ spricht wiederum entsprechend dem Fokusdurchmesser der Eingangsstrahlung einer Auflösung von ebenfalls 100 µm/2 µm ist gleich 50.

Mit der ersten Linse 1 wird nun jeweils eine einzelne Mikrolinse des Linsenarrays 7 beleuchtet und eine Grobeinheit (Pixel) der ersten Scanstufe adressiert. Mit der zweiten Scanstufe wird die derart adressierte Grobeinheit der ersten Scanstufe entsprechend der Auflösung der zweiten Scaneinheit wiederum in viele kleinere Einheiten unterteilt. Insgesamt ergibt sich eine eindimensionale Auflösung von 50 × 50 = 2500. Werden die Aktuatoren, die die beiden Linsen 1 und 10 bewegen und die in den Figuren nicht dargestellt wur­ den, aufeinander abgestimmt bewegt, so läßt sich mit dem in der Fig. 1 dargestellten mikrooptischen Laserscanner ein Scanfeld mit 2500 × 2500 Punkten Auflösung abtasten. Dadurch, daß jede der Linsen in jede der Richtungen nur um maximal fünfzig Schritte verschoben werden muß, kann jeder einzelne Punkt des Scanfeldes mit sehr kurzer Schaltzeit abgetastet wer­ den.

Claims (12)

1. Mikrooptischer Laserscanner mit einer Laserquel­ le zur Erzeugung eines Lichtstrahles (2) und ei­ ner ersten im Pfad dieses Lichtstrahls angeord­ neten, zu der Laserquelle lateral verschiebli­ chen, refraktiven mikrooptischen Baugruppe (1) und einem Aktuator zur Bewegung der verschiebli­ chen mikrooptischen Baugruppe (1), der ersten verschieblichen mikrooptischen Bau­ gruppe (1) nachgeordnet in dem Pfad des Licht­ strahls mindestens eine weitere verschiebliche refraktive mikrooptische Baugruppe (10) angeord­ net ist, die durch mindestens einen weiteren Ak­ tuator verschiebbar ist, wobei in dem Laser­ lichtstrahl zwischen je zwei verschieblichen mi­ krooptischen Baugruppen eine Fokussierungsoptik (7) aus einem Linsenarray mit geeigneter numeri­ scher Apertur als fokussierendes Bauelement an­ geordnet ist.

2. Laserscanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede weitere ver­ schiebliche mikrooptische Baugruppe (10) ein Ob­ jektfeld aufweist, so daß sämtliche von der vor­ hergehenden verschieblichen mikrooptischen Bau­ gruppe (1) auf der weiteren verschieblichen mi­ krooptischen Baugruppe (10) auftreffenden Licht­ strahlen keine oder nur geringfügige Aberratio­ nen erfahren.

3. Laserscanner nach mindestens einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Laserlicht­ strahl zwischen je zwei verschieblichen mikroop­ tischen Baugruppen (1, 10) eine Redirektionsop­ tik (6) zur Umlenkung des Lichtstrahles parallel zur optischen Achse der mikrooptischen Baugrup­ pen angeordnet ist.

4. Laserscanner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Redirektionsop­ tik ein Prismenarray mit verschiedenen Prismen und/oder eine Linse, deren Brennweite ungefähr dem Abstand zur vorgelagerten mikrooptischen Baugruppe entspricht, aufweist.

5. Laserscanner nach mindestens einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Lichtstrahl vor den verschieblichen mikrooptischen Baugrup­ pen eine Feldlinse (20) zur Verbesserung der Ausleuchtung der verschieblichen mikrooptischen Baugruppe (10) angeordnet ist.

6. Laserscanner nach mindestens einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebliche mikrooptische Baugruppe eindimensional oder zweidimensional verschiebliche refraktive, mi­ krooptische Bauelemente aufweist.

7. Laserscanner nach mindestens einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßoptik (12 bis 15) zur Erzeugung eines Regelungssignals für die Aktuatoren entsprechend der Ablenkung des Lichtstrahles durch die verschieblichen mikroop­ tischen Baugruppe vorgesehen ist.

8. Laserscanner nach mindestens einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mikrooptischen Baugruppen zumindest teilweise als strahlablen­ kende Bauelemente Mikrolinsen, Mikrolinsenarrays und/oder Spiegel aufweisen.

9. Laserscanner nach mindestens einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mikrooptischen Baugruppen zumindest teilweise ablenkende und­ /oder kollimierende Linsen aufweisen.

10. Abtastverfahren zum Erfassen oder Beschreiben eines Objektes, wobei ein Laserlichtstrahl mit­ tels einer verschieblichen, refraktiven mikroop­ tischen Baugruppe ein erstes Mal derart abge­ lenkt wird, daß er das abzutastende Objekt über­ streicht, der Laserlichtstrahl vor dem Auftreffen auf das Objekt anschließend zumindest ein zweites Mal von einer zweiten verschieblichen, refraktiven mikrooptischen Baugruppe abgelenkt wird, wobei der abgelenkte Laserlichtstrahl vor der nächsten Ablenkung fokussiert wird.

11. Abtastverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der abgelenkte La­ serlichtstrahl vor der nächsten Ablenkung um­ gelenkt wird.

12. Abtastverfahren nach mindestens einem der An­ sprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des La­ serlichtstrahles bestimmt wird und die jewei­ ligen Ablenkungen gemäß dieser Position geregelt werden.