DE3711606C2 - Optisches Abtastsystem - Google Patents
Optisches AbtastsystemInfo
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
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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).
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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