DE3711606C2 - Optisches Abtastsystem - Google Patents

Optisches Abtastsystem

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Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Abtastsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Ein optisches Abtastsystem dieser Art ist aus der US-PS 41 80 822 bekannt. Bei diesem Abtastsystem findet an den beiden dort vorgesehenen akusto-optischen Einrichtungen eine Amplitudenmodulation statt, so daß an beiden akusto-optischen Einrichtungen jeweils das Helligkeitssignal gesteuert wird. Nur der Winkel des Abtaststrahls wird gesteuert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Abtastsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem sowohl der Einfallswinkel des Abtastlichtstrahls an dem die Ablenkung dieses Lichtstrahls bewirkenden Spiegelpolygon oder Schwingspiegel als auch der Versatz des Lichtstrahls auf der Spiegelfläche in verhältnismäßig einfacher Weise korrigierbar sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben.
In der Zeichnung sind die Komponenten des vorgenannten Ausführungsbeispiels schematisch dargestellt. Eine Lichtquelle 1 sendet ein paralleles Lichtstrahlenbündel aus, das auf ein erstes, als Kondensor ausgebildetes Linsensystem L₁ auftrifft. Im Lichtweg dahinter ist in der Ebene des minimalen Querschnitts des Lichtstrahlenbündels eine erste akusto-optische Einrichtung 3 angeordnet, welche das auftreffende Lichtstrahlenbündel entsprechend einer elektrischen Bildinformation S(t) optisch moduliert und um einen Winkel θM1 ablenkt. Dieser Ablenkwinkel entspricht dem Betrag der Versetzung einer Position, an welcher das Lichtstrahlenbündel auf das jeweilige Spiegelelement 5 einer Spiegelpolygons auftrifft. Die Auftreffposition ist durch den Betrag der Neigung der Spiegelfläche des Spiegelelementes 5 vorbestimmt. Die Frequenz F₁ des Treibersignals für die erste akusto-optische Einrichtung 3 ist durch folgende Gleichung bestimmt:
F₁ K (θM1 + S(t)),
worin K ein durch die Eigenschaften der Einrichtung bestimmter Proportionalitätsfaktor und S(t) das vorerwähnte binäre Datensignal darstellen.
Das von der ersten akusto-optischen Einrichtung 3 abgelenkte Lichtstrahlenbündel gelangt nach Durchlaufen eines zweiten, aus den beiden Linsen L₂ und L₃ bestehenden Linsensystems auf eine zweite akusto-optische Einrichtung 4. Diese zweite akusto-optische Einrichtung 4 ist in einem vorbestimmten Abstand l₁ vom Punkt des durch das zweite Linsensystem bewirkten minimalen Querschnitts dieses Strahlenbündels angeordnet und lenkt das auftreffende Lichtstrahlenbündel um einen Winkel θM2 ab, der dem Betrag der Neigung der Fläche des jeweiligen Spiegelelementes 5 des Spiegelpolygons entspricht. Die Frequenz F₂ des die zweite akusto-optische Einrichtung 4 steuernden Signals wird durch folgende Beziehung wiedergegeben:
F₂ = K·θM2,
worin K wiederum einen von den Eigenschaften der Einrichtung abhängigen Proportionalitätsfaktor darstellt.
Das von der zweiten akusto-optischen Einrichtung 4 abgelenkte Lichtstrahlenbündel gelangt durch ein drittes Linsensystem L₄, welches das Lichtstrahlenbündel parallel richtet, zu einem vierten Linsensystem, das aus den Linsen L₅ und L₆ besteht und den Querschnitt des Lichtstrahlenbündels um den Faktor M vergrößert, so daß der vom Lichtstrahlenbündel auf der Fläche des jeweiligen Spiegelelementes 5 des Spiegelpolygons erzeugte Lichtfleck einen vorbestimmten Durchmesser aufweist. Das querschnittsmäßig vergrößerte Lichtstrahlenbündel fällt auf die Fläche des jeweiligen Spiegelelementes in einem vorbestimmten Winkel θP.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird der Einfallswinkel θP des auf die Fläche des jeweiligen Spiegelelementes 5 des Spiegelpolygons auftreffenden Lichtstrahlenbündels ausgedrückt durch die Gleichung
θP = θM2·l₁/f₄·M, (1)
worin f₄ die Brennweite des dritten Linsensystems L₄ bedeutet.
Der Betrag der Versetzung S der Auftreffposition, an welcher das Lichtstrahlenbündel auf die Fläche des jeweiligen Spiegelelementes 5 auftrifft, wird durch folgende Gleichung bestimmt:
S ≃ [-f₂·f₄·θM1/f₃ + (l₁ + f₄)·θM2]·M (2)
worin f₂ und f₃ die Brennweite der ersten Linse L₂ bzw. der zweiten Linse L₃ des zweiten Linsensystems bedeuten. Der Abstand l₁ der zweiten elektro-akustischen Einrichtung 4 vom Punkt des durch das zweite Linsensystem bewirkten minimalen Querschnitts des Strahlenbündels hat einen positiven Wert, wenn die zweite elektro-akustische Einrichtung 4 im Strahlengang vor dem vorgenannten Punkt des durch das zweite Linsensystem bewirkten minimalen Querschnitts des Strahlenbündels angeordnet ist, und einen negativen Wert, wenn sie im Strahlengang hinter diesem Punkt angeordnet ist.
Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird zuerst der Ablenkwinkel θM2 der zweiten elektro-akustischen Einrichtung 4 auf einen Wert unter Berücksichtigung des Betrages der Neigung der Fläche des jeweiligen Spiegelelementes 5 des Spiegelpolygons eingestellt, woraufhin die Brennweite der Linsensysteme und der Abstand l₁ so bestimmt werden, daß folgende Gleichung erfüllt wird:
θM1 = [f₃·(l₁+f₄)/(f₂·f₄)]·θM2 (3)
Wenn die erste akusto-optische Einrichtung 3 so ausgelegt wird, daß sie einen Ablenkungswinkel θM1 bewirkt, der durch die obige Gleichung bestimmt ist, kann der Versatz der Position, an welcher das Lichtstrahlenbündel auf die Fläche des jeweiligen Spiegelelementes 5 des Spiegelpolygons auftrifft, im wesentlichen eliminiert werden.
Wird beispielsweise angenommen, daß f₂ = 340 mm, f₃ = f₄ = 280 mm, M = 15 und l₁ = 30 mm betragen und daß θP oder der Einfallswinkel des auf die Fläche eines Spiegelelementes 5 des Spiegelpolygons auftreffenden Lichtstrahlenbündels nach Einstellung auf die Neigung der Spiegelfläche 10,3′′ beträgt, ergibt die Gleichung (1), daß der Winkel der durch die zweite akusto-optische Einrichtung 4 bewirkten Ablenkung θM2 = 0,40° ist. Die Gleichung (3) ergibt für den Winkel der durch die erste akusto-optische Einrichtung 3 bewirkten Ablenkung einen Wert von θM1 = 0,36°. Wenn θM1 auf diesen Wert eingestellt wird, kann der Versatz der Auftreffstellung des auf das jeweilige Spiegelelement des Spiegelpolygons auftreffenden Lichtstrahlenbündels im wesentlichen eliminiert werden.
Es soll weiterhin der Fall angenommen werden, daß f₂ = 310 mm, f₃ = f₄ = 280 mm, l₁ = 30 mm und M = 15 betragen und daß θP auf 10,3′′ eingestellt ist, wie im ersten Fall. Die Gleichungen (1) und (2) ergeben dann θM1 = θM2 = 0,4°. Das heißt, der Ablenkwinkel der ersten akusto-optischen Einrichtung 3 kann dem der zweiten akusto-optischen Einrichtung 4 gleichgemacht werden, so daß der Versatz der Auftreffposition des auf das jeweilige Spiegelelement 5 des Spiegelpolygons auftreffenden Lichtstrahlenbündels wirksam korrigiert werden kann. In diesem Fall können die beiden akusto-optischen Einrichtungen 3 und 4 mit einem einzigen Ablenkoszillator gesteuert werden, was zu einem einfachen Schaltungsaufbau führt.
Die erste akusto-optische Einrichtung 3 kann in Abweichung von der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform im Strahlengang etwas außerhalb der Position angeordnet werden, an der das Lichtstrahlenbündel nach dem Durchtritt durch das Linsensystem L₁ den minimalen Querschnitt aufweist. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß beide elektro-akustische Einrichtungen 3, 4 an der Eliminierung des Versatzes der Auftreffposition des Lichtstrahlenbündels auf der Fläche des jeweiligen Spiegelelements 5 des Spiegelpolygons teilnehmen. Allerdings werden in diesem Fall die Gleichungen (1) bis (3) nicht vollständig erfüllt, falls nicht zusätzliche Korrekturen eingeführt werden. Trotzdem wird auch in diesem Fall die gestellte Aufgabe weitgehend gelöst, wenn die erste und zweite akusto-optische Einrichtung 3 und 4 so eingestellt werden, daß sie der Neigung der jeweiligen Spiegelelemente 5 des Spiegelpolygons und dem Versatz der Auftreffposition des Lichtstrahlenbündels auf diesen Spiegelelementen entsprechen.
Obgleich bei der beschriebenen Ausführungsform die erste akusto-optische Einrichtung 3 die Lichtmodulation hinsichtlich Ein-/Ausschaltung und Ablenkung übernimmt, kann die Teilfunktion der Ein-/Ausschaltung auch durch eine zusätzliche elektro-optische Einrichtung erfolgen, die auf der zur Lichtquelle 1 gewandten Seite des ersten Linsensystems L₁ angeordnet sein kann.
Mit dem erfindungsgemäßen optischen Abtastsystem werden gleichzeitig eine Korrektur des Einfallswinkels und eine Korrektur des Versatzes der Auftreffposition des Lichtstrahlenbündels auf dem jeweiligen Spiegelelement erreicht. Dadurch wird verhindert, daß Licht auf ein optisches Kondensorsystem bei auf der Fläche des jeweiligen Spiegelelementes versetzter Auftreffposition geleitet wird. Hierdurch wird einer Verschlechterung des auf der Abtastfläche zu erzeugenden Bildes entgegengewirkt. Außerdem kann das abgelenkte Lichtstrahlenbündel in bezug auf seinen Querschnitt deutlich vergrößert werden, ohne daß es zu einem erheblichen Versatz der Auftreffposition kommt, was zu größerem Spielraum in der baulichen Gestaltung des Abtastsystems führt.

Claims (4)

1. Optisches Abtastsystem, umfassend
  • (a) ein im Strahlengang eines parallelen Lichtstrahlenbündels angeordnetes, aus einem rotierenden Spiegelpolygon oder einem Schwingspiegel bestehendes Spiegelelement (5) zur Ablenkung des Lichtstrahlenbündels in einer Abtastrichtung,
  • (b) ein in Strahlrichtung des Lichtstrahlenbündels vor dem Spiegelelement (5) angeordnetes sammelndes erstes Linsensystem (L₁),
  • (c) eine in Strahlrichtung hinter dem ersten Linsensystem (L₁) angeordnete erste akusto-optische Einrichtung (3), die im oder in der Nähe eines Brennpunktes des ersten Linsensystems (L₁) angeordnet ist,
  • (d) ein in Strahlrichtung des Lichtstrahlenbündels hinter der ersten akusto-optischen Einrichtung (3) und vor dem Spiegelelement (5) angeordnetes sammelndes zweites Linsensystem (L₂, L₃),
  • (e) eine in Strahlrichtung des Lichtstrahlenbündels hinter dem zweiten Linsensystem (L₂, L₃) angeordnete zweite akusto-optische Einrichtung (4) und
  • (f) ein in Strahlrichtung des Lichtstrahlenbündels zwischen der zweiten akusto-optischen Einrichtung (4) und dem Spiegelelement (5) angeordnetes drittes Linsensystem (L₄),
  • (g) wobei die zweite akusto-optische Einrichtung (4) zur Kompensation einer durch Neigung der jeweiligen Spiegelfläche des Spiegelelementes (5) bedingten Auslenkung des Lichtstrahlenbündels quer zur Abtastrichtung steuerbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • (h) die zweite akusto-optische Einrichtung (4) in dem vom zweiten Linsensystem (L₂, L₃) ausgehenden Strahlenbündel in einem vorbestimmten Abstand (l₁) vom Punkt des durch das zweite Linsensystem bewirkten minimalen Querschnitts dieses Strahlenbündels angeordnet ist,
  • (i) die zweite akusto-optische Einrichtung (4) derart steuerbar ist, daß der Winkel der Reflexion des Lichtstrahlenbündels an der jeweiligen Spiegelfläche des Spiegelelementes (5) quer zur Abtastrichtung unabhängig von der Neigung der Spiegelfläche konstant bleibt, und
  • (j) die erste akusto-optische Einrichtung (3) derart steuerbar ist, daß ein lagemäßiger Versatz des Lichtstrahlenbündels beim Auftreffen auf die Spiegelfläche des Spiegelelementes (5) im wesentlichen eliminiert wird.
2. Optisches Ablenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide akusto-optische Einrichtungen (3, 4) durch einen gemeinsamen Oszillator steuerbar sind.
3. Optisches Abtastsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Linsensystem (L₂, L₃) zwei Linsen aufweist und folgende Beziehung erfüllt ist: θM1 = [f₃·(l₁ + f₄)/(f₂·f₄)]·θM2,worin bedeuten:
θM1 = Ablenkwinkel der ersten akusto-optischen Einrichtung (3),
θM2 = Ablenkwinkel der zweiten akusto-optischen Einrichtung (4),
l₁ = Abstand der zweiten akusto-optischen Einrichtung (4) vom Punkt des durch das zweite Linsensystem (L₂, L₃) bewirkten minimalen Querschnitts des Strahlenbündels,
f₂ = Brennweite der ersten Linse des zweiten Linsensystems (L₂, L₃),
f₃ = Brennweite der zweiten Linse des zweiten Linsensystems (L₂, L₃) und
f₄ = Brennweite des dritten Linsensystems (L₄).
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