DE69733529T2

DE69733529T2 - Gerät und Verfahren zum mehrstrahligen Abtasten einer Innenfläche

Info

Publication number: DE69733529T2
Application number: DE69733529T
Authority: DE
Inventors: Norihisa Ashigarakami-gun Takada
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1997-10-29
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2017-10-30
Also published as: DE69733529D1; EP0840493B1; US6369929B2; EP1571824B1; US20010019443A1; EP1571824A1; EP0840493A3; EP0840493A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtasten einer Innenfläche einer zylindrischen Trommel mit zwei Lichtstrahlen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 4.
Beschreibung des Standes der Technik
Es ist ein Innenflächen-Abtasttyp einer Lichtstrahlabtastvorrichtung bekannt, bei dem ein Lichtstrahl, beispielsweise ein Laserstrahl, in eine zylindrische Trommel eingeleitet wird, um deren Innenfläche abzutasten. Um die Aufzeichnungsgeschwindigkeit der Vorrichtung dieser Art zu steigern, wurde ein System mit mehreren Lichtstrahlen, das heißt ein Mehrstrahl-Abtastsystem, vorgeschlagen.
Bei dem Innenflächen-Abtasttyp der Vorrichtung werden mehrere Lichtstrahlen entlang einer Mittelachse der zylindrischen Trommel zu einem drehenden Ablenker (Spinner) geleitet, der sich auf der Mittelachse der zylindrischen Trommel befindet und sich dreht. Der Spinner lenkt die einfallenden Lichtstrahlen in radialer Richtung der drehenden Trommel ab. Der Spinner enthält beispielsweise einen reflektierenden Spiegel, der mit hoher Geschwindigkeit umläuft und gegenüber der Mittelachse der Trommel einen Winkel von etwa 45° bildet. Wenn allerdings mehrere Lichtstrahlen einfach in den Spinner eingeleitet werden und dabei die relativen Positionen der Lichtstrahlen erhalten bleiben, schwankt eine Relativlage der Lichtstrahlen nach der Ablenkung durch den Spinner periodisch, während sich der Drehwinkel des Spinners ändert. Die Verlagerung der Lichtstrahlspuren auf der Innenfläche der Trommel ändert sich mit der Drehstellung der reflek tierenden Fläche des Spinners. Deshalb werden mehrere Abtastlinien auf der Aufzeichnungstrommel periodisch gekrümmt und kreuzen einander. Eine korrekte Abtastung wird nicht erreicht.
Um die Krümmungen und Überkreuzungen der Abtastlinien zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, daß ein Lichtstrahl von den mehreren Lichtstrahlen als Referenzstrahl verwendet wird und dieser Referenzstrahl mit der Mittelachse des optischen Abtastsystems zum Fluchten gebracht wird (mit der Mittelachse der Aufzeichnungstrommel), während die übrigen Lichtstrahlen um den Referenzstrahl synchron mit dem Umlauf des Spinners gedreht werden. Bei einer solchen Anordnung können die gekrümmten Abtastlinien begradigt werden, da ein Intervall zwischen den einzelnen Lichtstrahlen konstant bleibt. Durch Ändern eines Intervalls zwischen dem Referenzstrahl und den übrigen Lichtstrahlen läßt sich außerdem das Intervall zwischen den Abtastzeilen ändern, wobei ihr Linienabstand aufrechterhalten bleibt.
Die japanische offengelegte Patentanmeldung (KOKAI) Nr. 5-27188 (entsprechend dem US-Patent 5 504 619), die den Stand der Technik gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 4 bildet, sowie die Veröffentlichung Nr. 5-276335 zeigt ein System, bei dem ein Ablenkelement (ein Prisma oder dergleichen) mit fester Ablenkgröße synchron mit der Drehung des Spinners gedreht wird. Außerdem zeigen die US-patente 5 097 351 und 5 502 709 ein System, bei dem Lichtstrahlen außer einem Referenzstrahl zweidimensional abgelenkt werden.
Bei dem ersteren System zum Drehen des Ablenkelements mit fester Ablenkgröße gibt es ein Problem insofern, als es wegen der konstanten Ablenkgröße nicht möglich ist, das Strahlintervall zu ändern, so daß man den Abtastzeilen-Abstand nicht ändern kann. Obschon der Abtastzeilen-Abstand vorzugsweise entsprechend der Aufzeichnungsdichte geändert wird, kann das herkömmliche System die Dichte der Abtastzeilen nicht abhängig von der Aufzeichnungsdichte ändern. Um außerdem das Ablenkelement synchron mit dem mit hoher Drehzahl umlaufenden Spinner zu drehen, ist ein hochgenauer mechani scher Drehübertragungsmechanismus von Nöten. Dieser Mechanismus ist aber kaum verfügbar und ist teuer.
Bei letzterem System zum zweidimensionalen Ablenken der Lichtstrahlen besteht die Notwendigkeit, mehrere Ablenker zu verwenden, beispielsweise Piezospiegel und akustooptische Elemente (akusto-optische Modulatoren, im folgenden mit AOM abgekürzt). Außerdem müssen Lichtstrahlen zweidimensional auf komplizierte Weise in entgegengesetzter Richtung abgelenkt werden, während eine konstante gegenseitige Beziehung in zwei orthogonalen Richtungen (X-, Y-Richtungen) aufrechterhalten bleibt. Daher ist eine komplizierte und exakte Steuerung erforderlich, die Abtastqualität läßt sich schwerlich stabilisieren. Dies führt zu einem teuren Gerät.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde unter den oben aufgezeigten Umständen gemacht, und es ist ein erstes Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum gleichzeitigen Abtasten einer Innenfläche einer zylindrischen Trommel mit zwei Lichtstrahlen zu schaffen, wobei die Abtastzeilen mit einfacher Steuerung begradigt sind, ohne daß ein zweidimensionales Lichtstrahlablenkelement verwendet wird, und außerdem ein Abtastzeilenabstand geändert werden kann, um dadurch den Aufbau eines Systems zu vereinfachen.
Ein zweites Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zum gleichzeitigen Abtasten einer Innenfläche einer zylindrischen Trommel mit zwei Lichtstrahlen, wobei die Abtastzeilen mit einfacher Steuerung begradigt werden ohne die Verwendung eines zweidimensionalen Lichtstrahl-Ablenkelements, während das Abtastzeilenintervall geändert werden kann, um dadurch den Aufbau zu vereinfachen.
Erreicht werden diese Ziele durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 4.
Im vorliegenden Fall wird auf einer Bilderzeugungs- oder Fokussierebene der Lichtstrahlen ein rechtwinkliges X-Y-Koordinatensystem unterstellt. Das Intervall (der Abstand) r zwischen zwei Lichtstrahlen wird auf einen konstanten Wert eingestellt, die Winkelgeschwindigkeit des Spinners beträgt ω, ein Offset- oder Versatzwinkel des Spinners gegenüber einer maximalen Ablenkrichtung beträgt ψ. Die Lichtstrahlen werden eindimensional auf der X-Achse und auf der Y-Achse abgelenkt, so daß eine Koordinate von einem der Lichtstrahlen auf der Bilderzeugungsebene (x = r·cos(ωt + ψ), y = 0) beträgt, und eine Koordinate des anderen Lichtstrahls in der Bilderzeugungsebene (x = 0, y = r·cos(ωt + ψ)) beträgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Mechanismus zum Kompensieren der Lage der Lichtstrahlen vorgesehen. Der Mechanismus kann folgendermaßen aufgebaut sein:
Eine Strahlpositions-Detektoreinrichtung dient zum Detektieren der Bilderzeugungs- oder Fokussierstelle der Lichtstrahlen, bevor die Lichtstrahlen auf dem Spinner auftreffen. Die erfaßten Strahlpositionen werden verglichen mit Soll-Positionen, die aus in dem Ablenkgrößenspeicher abgespeicherten Soll-Ablenkgrößen (-winkeln) erhalten werden, ferner werden Kompensationsgrößen zum Kompensieren einer Differenz zwischen den Positionen erhalten und in einem Kompensationsgrößenspeicher abgespeichert. Es erfolgt eine Doppelstrahlabtastung bei gleichzeitiger Steuerung der Ablenkgrößen unter Verwendung der Kompensationsdaten.
Wenn der Kompensationsmechanismus vorhanden ist, kann eine Vorabtastung getrennt für jeden Lichtstrahl vor dem Aufzeichnen der Bilddaten vorgenommen werden. Die Kompensationsdaten für jeden Lichtstrahl werden gewonnen und abgespeichert. Hierdurch lassen sich Einflüsse durch Temperaturänderungen, Langzeit-Änderungen des optischen Systems oder dergleichen beseitigen. Man kann eine korrekte hochgenaue Abtastung erreichen.
Die Kompensationsdaten können in angemessenen Zeitabständen neu eingeschrieben werden. Wenn beispielsweise die Netzspannung eingeschaltet wird, oder jedesmal wenn eine vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist, jedesmal, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Bildseiten ausgegeben wurde, abhängig von einer Anforderung seitens einer Bedie nungsperson oder zu anderen Zeitpunkten kann ein Befehl zum erneuten Einschreiben gegeben werden.
Als Lichtstrahlen eignen sich Laserstrahlen. In diesem Fall werden vorzugsweise akustooptische Modulationselemente (AOM) als eindimensionale Lichtstrahl-Ablenkelemente verwendet. Die Strahlpositions-Detektoreinrichtung kann derart aufgebaut sein, daß ein Viertelpositions-Detektorelement um die Bilderzeugungs- oder Fokussierebene herum angeordnet wird. Die Bildfokussierebene läßt sich erhalten, indem man einen zusammengesetzten Lichtstrahl mit einem Strahlaufspalter trennt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Trommelinnenflächen-Abtastgeräts, der gemäß einem Prinzip einer ersten Ausführungsform der Erfindung betrieben wird;
2 ist ein Blockdiagramm, welches eine Ablenksteuerung der Vorrichtung nach 1 darstellt;
3 ist eine anschauliche Darstellung einer Strahlpositions-Detektoreinrichtung für das Gerät nach 1;
4 ist eine anschauliche Darstellung eines Prinzips der Ablenksteuerung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
5A bis 5D sind anschauliche Ansichten einer Beziehung zwischen einer Drehstellung eines Spinners und einer Lichtstrahlposition bei der ersten Ausführungsform, wobei die linken Seiten Strahlpositionen auf einer in 3 gezeigten Bilderzeugungsebene P1 und die rechten Seiten die entsprechenden Seitenansichten des Spinners zeigen;
6A bis 6D sind perspektivische Ansichten des Spinners entsprechend den 5A bis 5D und zeigen die Positionen des Spinners gemäß den Phasenänderungen (Phasenwinkeln) θ gemäß 4;
7 ist eine Konzeptdarstellung eines Lichtstrahl-Emissionsteils und einer Optik nach einer anderen Vorrichtung, bei der das Prinzip der ersten Ausführungsform angewendet wird;
8 ist eine Konzeptdarstellung eines Lichtstrahl-Emissionsteils und einer Optik in einer noch weiteren Vorrichtung, bei der das Prinzip der ersten Ausführungsform angewendet wird;
9 ist eine Konzeptansicht eines Lichtstrahl-Emissionsteils und einer Optik einer weiteren Vorrichtung, bei der das Prinzip der ersten Ausführungsform angewendet wird;
10 ist eine perspektivische Ansicht einer Trommelinnenflächen-Abtastvorrichtung, die nach einem Prinzip betrieben wird, welches nicht durch die Ansprüche abgedeckt ist;
11 ist ein Blockdiagramm einer Ablenksteuerung für die Vorrichtung nach 10;
12 ist eine Konzeptansicht einer weitere Vorrichtung, bei dem das obige Prinzip angewendet wird;
13 ist eine anschauliche Darstellung des obigen Prinzips einer Lichtstrahl-Ablenksteuerung; und
14 zeigt Abtastzeilen-Spuren auf der Innenfläche einer zylindrischen Trommel, wenn für die Lichtstrahlen keine Steuerung erfolgt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Anhand der 4, 5 und 6 soll im folgenden ein Prinzip einer ersten Ausführungsform der Erfindung erläutert werden. 4 ist eine anschauliche Darstellung einer Ablenksteuerung für Lichtstrahlen L₁ und L₂, die von einer Lichtquelle entlang einer Mittelachse C einer zylindrischen Aufzeichnungstrommel in Richtung eines Spinners (auch als Rotor bezeichnet) 30 laufen. 5A–5D sind anschauliche Darstellungen der Relation zwischen einer Drehstellung des Spinners 30 und Positionen der Lichtstrahlen L₁ und L₂. 6A–6D sind perspektivische Ansichten des Spinners. In der folgenden Beschreibung beträgt ein Offset- oder Versatzwinkel ψ = 0. Insbesondere fällt eine die Lichtstrahlen L₁ und L₂ beinhaltende Ebene zusammen mit einer Maximal-Ablenkrichtung des Spinners.
Der Lichtstrahl L₁ läuft entlang der X-Achse eines rechtwinkligen X-Y-Koordinatensystems mit Ursprung auf der Mittelachse C der Bildfokussierebene der Lichtstrahlen hin und her. Außerdem läuft der Lichtstrahl L₂ entlang der Y-Achse. Wenn eine Gerade AB, welche die Orte A und B der Bildfokussierung der Lichtstrahlen L1 und L2 einen Winkel θ(= ωt) mit der X-Achse bildet, beträgt die Koordinate für A (x = r cosθ, y = 0), die Koordinate für B beträgt (x = 0, r·sinθ). Der Abstand zwischen A und B beträgt d = (x² + y²)^1/2 = r. Wenn r konstant ist, dreht sich der Lichtstrahl L₁ um den Lichtstrahl L₂ mit einem Radius r und einer Winkelgeschwindigkeit ω. In der gleichen Weise dreht sich der Lichtstrahl L₂ um den Lichtstrahl L₁ unter gleichen Bedingungen.
Der Zustand soll anhand der 5 und 6 erläutert werden. In 5A bis 5D sind jeweils eine Ansicht einer Strahlposition auf einer Bilderzeugungs- oder -fokussierebene P1 gemäß 3 dargestellt, wenn die Phase (der Drehwinkel) θ sich um 90° geändert hat, dargestellt auf der linken Seite, während rechts eine entsprechende Seitenansicht des Spinners 30 gezeigt ist. 6A bis 6D zeigen Stellungen des Spinners 30, geändert entsprechend den Phasenänderungen (des Winkels) θ gemäß 4.
In 5A befindet sich zur Zeit ωt = (0 ± 2n)π Bogenmaß (n: natürliche Zahl) der Lichtstrahl L₁ an der Stelle (r, 0), der Lichtstrahl L₂ befindet sich bei (0, 0). In der gleichen Weise zeigen die 5B, 5C und 5D den Zustand ωt = (1/2 ± 2n)π, ωt = (1 ± 2n)π und ωt = (3/2 ± 2n)π. In dem in 5A dargestellten Zustand werden die von dem Spinner 30 reflektierten Lichtstrahlen L₁ und L₂ in Richtung der X-Achse geleitet. Dementsprechend werden die Lichtstrahlen L₁ und L₂ auf eine Innenfläche einer zylindrischen Trommel projiziert, während die Reihenfolge von L₁ und L₂ in Richtung der Mittelachse C (Richtung der Z-Achse) beibehalten wird.
Wenn sich die Phase um π/2 ändert, um den Zustand gemäß 5B zu erreichen, beträgt eine Koordinate des Lichtstrahls L₁ auf der Bilderzeugungsebene (x = 0, y = 0), und die Koordinate des Lichtstrahls L₂ auf der Bilderzeugungsebene lautet (x = 0, y = r). Gleichzeitig wird auch der Spinner 30 um π/2 gedreht, um den Zustand gemäß 6B einzunehmen. In dieser Situation werden die Lichtstrahlen L₁ und L₂ in Richtung der Y-Achse reflektiert. Die Reihenfolge der Lichtstrahlen L₁ und L₂, die auf eine Innenfläche der Aufzeichnungstrommel projiziert werden, wird in Richtung der Z-Achse beibehalten. Wie aus dem oben Gesagten entnehmbar ist, werden, wenn die Lichtstrahlen L₁ und L₂ periodisch ihre Lagen synchron mit der Drehung des Spinners 30 ändern, die Lichtstrahlen L1 und L2 entlang parallelen geraden Abtastlinien (Abtastlinien) über die Innenfläche der zylindrischen Trommel geführt. Durch Ändern eines Abstands r zwischen den Lichtstrahlen L₁ und L₂ läßt sich außerdem ein Intervall zwischen den Abtastzeilen ändern.
Die obige Erläuterung basiert auf der Bedingung, daß der Spinner keinen Versatz relativ zu den beiden Lichtstrahlen aufweist, das heißt, daß der Spinner in einer Richtung orientiert ist, in der der maximale Winkel liegt, um den die auf den Spinner auftreffenden Lichtstrahlen abgelenkt werden (eine Maximalablenkrichtung des Spinners). Wenn der Spinner aus einem reflektierenden Spiegel besteht, der gegenüber der Trommel- Mittelachse einen Winkel von 45° bildet, werden folglich die einfallenden Lichtstrahlen um 90° abgelenkt.
Wenn die Maximal-Ablenkrichtung des Spinners (in 5 und 6 die Längsrichtung (oder der größere Durchmesser) einer elliptischen Spiegelfläche des Spinners 30) nicht übereinstimmt mit einer Ebene, welche die beiden Lichtstrahlen enthält, beträgt der Versatzwinkel ψ, wenn die jeweiligen Lichtstrahlen eindimensional auf der X-Achse und der Y-Achse abgelenkt werden, so daß die Koordinate eines Lichtstrahls in der Bilderzeugungsebene lautet: (x = r·cos(ωt + ψ), Y = 0)während die Koordinate des anderen Lichtstrahls in der Bilderzeugungsebene lautet: (x = 0, y = r·sin(ωt + ψ)).
Hierdurch bilden beide Lichtstrahlen parallele gerade Abtastlinien (Hauptabtastlinien) auf der Innenfläche der zylindrischen Trommel.
1 ist eine Teil-Konzeptdarstellung einer Lichtstrahl-Abtastvorrichtung zum Abtasten gemäß dem Prinzip der ersten Ausführungsform. 2 ist ein Blockdiagramm eines Steuersystems. 3 ist eine anschauliche Darstellung einer Strahlpositions-Detektoreinrichtung.
In den 1 und 2 bezeichnet Bezugszeichen 10 eine Laserquelle, beispielsweise einen He-Ne-Laser, oder einen Ar-Laser oder dergleichen. Ein Laserstrahl L₀, der von der Laserquelle 10 abgestrahlt wird, wird von einem polarisierenden Strahlaufspalter 12 aufgetrennt in einen P-polarisierten Strahl (der polarisierte Strahl mit einem elektrischen Feld, welches in einer Ebene parallel zu der Schnittebene schwingt, welche einen einfallenden Strahl und einen reflektierten Strahl enthält), und einen S-polarisierten Strahl (dies ist der polarisierte Strahl, dessen elektrisches Feld in einer Ebene vertikal zur Einfallebene schwingt). Der P-polarisierte Strahl ist der Lichtstrahl L₁, der über eine Gruppe von Linsen in einen AOM1 als eindimensionales Lichtstrahl-Ablenkelement projiziert wird.
Wie weiter unten beschrieben wird, wird der AOM1 angesteuert von einer Ultraschallwelle mit einer spezifischen Frequenz, erzeugt von einem Wandler. Ein einfallender Lichtstrahl wird mit einer durch die Ultraschallwelle gebildeten stehenden Welle gebeugt. Das primäre oder eindimensional gebeugte Licht wird von einer (nicht gezeigten) Lichtsperrplatte der Dimension Null ausgewählt. Durch Variieren der Frequenz eines Treibersignals (Hochfrequenzsignals, HF-Signals) des AOM1 wird der Beugungswinkel des Lichtstrahls L₁ etwas in einer Richtung der X-Achse geändert (vergleiche 1 und 2). Außerdem wird das Treibersignal (das HF-Signal) von einem Binär-Bildsignal moduliert.
Der von dem Strahlaufspalter 12 abgetrennte S-polarisierte Strahl, nämlich der Lichtstrahl L₂, wird über einen Spiegel 14 und eine Gruppe von Linsen in einen AOM2 projiziert. Dessen Treibersignal (HF-Signal) wird von einem Binär-Bildsignal moduliert. Durch Variieren der Frequenz des Treibersignals kann der Ablenkwinkel des Lichtstrahls L₂ etwas in Richtung der Y-Achse geändert werden (vergleiche 1 und 2).
Beide Lichtstrahlen L₁ und L₂ werden von der Linsengruppe vergrößert, die in 2 dargestellt ist, anschließend werden sie von einem Spiegel 16 und einem polarisierenden Strahlaufspalter 18 kombiniert. Ein zusammengesetzter Lichtstrahl L₃ wird in seinem Durchmesser von Linsen 22 und 24, die einen Strahlaufweiter 20 bilden, vergrößert und geändert. Der Strahl L₃ wird dann entlang der Mittelachse C einer Trommel (eines Zylinders) 26 in die Trommel 26 eingeleitet.
Auf der Mittelachse C der Trommel 36 befindet sich eine Fokussierlinse 28 und der Spinner 30, die zusammen ein optisches Abtastsystem bilden. Der Spinner 30 besitzt eine reflektierende Spiegelfläche, die unter einem Winkel von etwa 45° in bezug auf die Mittelachse (Drehachse) angeordnet ist, und er wird von einem Motor mit hoher Geschwindigkeit gedreht. Der Motor ist mit einem Drehkodierer 32 als Winkeldetektoreinrichtung ausgestattet, um den Drehwinkel (θ = ωt) des Spinners 30 zu erfassen. Speziell wird bei jedem spezifizierten Drehwinkel ein Impulssignal p ausgegeben, und außerdem wird ein Referenz-Stellungssignal p₀ ausgegeben, welches eine Referenzstellung für eine Drehung angibt. Der in Richtung des Spinners 30 geleitete Lichtstrahl L₃ läuft durch einen Strahlaufweiter 20 und die Sammellinse 28 auf der Drehachse und wird auf der inneren Umfangsfläche der Trommel 26 oder auf einem Aufzeichnungsbogen 34 an der Innenfläche der Trommel 26 fokussiert.
Hinter dem Strahlaufteiler 18 befindet sich eine Bildfokussierlinse 26, so daß ein Teil der Lichtstrahlen L₁ und L₂, die den Strahlaufteiler 18 passiert haben, in der Brennebene (der Bilderzeugungsebene) P1 der Linse 22 und einer weiteren, konjugierten Brennebene P2 fokussiert wird. In der Brennebene P2 oder einer Stelle, die geringfügig von der Ebene P2 abweicht, befindet sich ein Viertelpositions-Detektorelement 38 als Strahlpositions-Detektorelement zum Erfassen von Strahlpositionen der Lichtstrahlen L₁ und L₂. Die Bildfokussierlinse 36 und das Viertelpositions-Detektorelement 38 bilden eine Strahlpositions-Detektoreinrichtung 40.
In 2 bezeichnet Bezugszeichen 42 eine AOM-Steuerung als Ablenkelement-Steuereinrichtung, welche den AOM1 und den AOM2 synchron mit dem Drehwinkel θ des Spinners 30 steuert. Ein Ablenkgrößenspeicher 44 speichert Ablenkdaten zum Ablenken der Lichtstrahlen L₁ und L₂ eindimensional in Richtung der X-Achse bzw. der Y-Achse. Insbesondere wird eine Funktion von x₀ = cos(ωt + ψ), y₀ = sin(ωt + ψ) in Form einer numerischen Tabelle oder in Form eines Ausdrucks gespeichert.
Die AOM-Steuerung 42 liest aus dem Speicher 44 die dem Drehwinkel θ = ωt des Spinners 30 entsprechenden Daten x₀, y₀. Durch separates Integrieren von eingegebenen Daten für den Abstand r zwischen den Lichtstrahlen L₁ und L₂ werden die Ablenkgrößen oder Ablenkwerte x = r·cos(ωt + ψ), y = r·sin(ωt + ψ) gewonnen. Anschließend werden durch Senden von Analogspannungen entsprechend den Ablenkgrößen x und y zu einem VCO (einem nicht dargestellten spannungsgesteuerten Oszillator) Treiberfrequenzen fx und fy für den AOM1 bzw. den AOM2 gewonnen, die notwendig sind, um die Ablenkgrößen oder -werte x und y zu erzeugen. Die AOM-Steuerung 42 liefert Treibersignale (HF-Signale) mit den Treiberfrequenzen fx und fy an den AOM1 bzw. den AOM2, um diese AOMs zu steuern.
Im Ergebnis können der AOM1 und der AOM2 die Lichtstrahlen L₁ und L₂ mit x = r·cos(ωt + ψ) bzw. y = r·sin(ωt + ψ) ablenken. Während dieses Vorgangs werden die Lichtstrahlen außerdem mit dem Binär-Bildsignal moduliert, und auf den Abtastzeilen wird ein Bildelement geschrieben, welches abhängig vom Bildsignal ein- oder ausschaltet. Da außerdem die Brechungswirkungsgrade des AOM1 und des AOM2 sich abhängig von den Ablenkwinkeln ändern, ist es bevorzugt, die Spannungen der Treibersignale gleichzeitig so zu steuern, daß die Änderung der Brechungswirkungsgrade derart kompensiert werden, daß die Intensitäten der Lichtstrahlen L₁ und L₂ gleichförmig werden.
Bei der ersten Ausführungsform korrigiert die Strahlpositions-Detektoreinrichtung 40 Schwankungen in den Ablenkwinkeln, die bedingt sind durch Temperaturänderungen und zeitlich bedingte Kennlinienänderungen des AOM1, des AOM2, der Optik und dergleichen. Speziell wird vor dem Aufzeichnen eines Bilds auf der Innenfläche der Trommel jeder der Strahlen L₁ und L₂ einer Vorabtastung unterzogen. In diesem Fall wird ein Teil des Lichtstrahls L₁ oder L₂ von dem polarisierenden Strahlteiler 18 aufgetrennt und über die Bildfokussierlinse 36 zu dem Viertelpositions-Detektorelement 38 geleitet, welches Spannungen entsprechend den Mengen des auf vier Photodetektorelemente auftreffenden Lichts ausgibt. Abhängig von der Verteilung der Ausgangsspannungen gewinnt eine Strahlpositions-Detektorschaltung 36 Daten über die Strahlposition des Lichtstrahls L₁ oder L₂, das heißt der Strahlposition auf der Bilderzeugungsebene P2.
Damit schwankt die gewonnene Strahlposition periodisch mit dem Drehwinkel θ des Spinners 30. Die ermittelte Strahlposition wird verglichen mit einer Normal-Strahlposition, was in einem Prozessor 48 geschieht, der eine Kompensationsgrößenarithmetik darstellt. Die Daten über die Normal-Strahlposition lauten x = r·cos(ωt + ψ), y = r·sin(ωt + ψ) und werden in dem Ablenkgrößenspeicher 44 gespeichert. Abweichungen gegenüber der Normal-Strahlposition werden als Ablenkgrößen Δx, Δy zur Kompensation verwendet. Der Prozessor 48 ermittelt die Kompensationsgröße Δx, Δy zum Verschieben der detektierten Strahlpositionen in korrekte Positionen. Daten über die Ablenkgrößen Δx, Δy werden außerdem in einem Kompensationsgrößenspeicher 50 gespeichert. Auf diese Weise werden die Kompensationsdaten für die Lichtstrahlen L₁ und L₂ gespeichert.
Beim realen Abtastvorgang für die Bildaufzeichnung auf der Innenfläche der Trommel liest die AOM-Steuerung 42 aus dem Ablenkgrößenspeicher 44 die Ablenkgrößen x und y entsprechend dem Drehwinkel θ = ωt + ψ des Spinners 30. Die AOM-Steuerung liest ferner aus dem Kompensationsgrößenspeicher 50 die Kompensationsgrößen Δx, Δy entsprechend demselben Drehwinkel θ. Summen dieser Größen (x + Δx), (y + Δy) dienen als Ablenkgrößen bezüglich der Lichtstrahlen L₁ bzw. L₂. Die AOM-Steuereinrichtung 42 generiert Treibersignale mit Frequenzen, die diesen kompensierten Größen (x + Δx), (y + Δy) entsprechen, und sie moduliert die Treibersignale mit dem Binär-Bildsignal, bevor sie dem AOM1 bzw. dem AOM2 zugeleitet werden.
Im Ergebnis werden die Lichtstrahlen L₁ und L₂ in die korrekten Positionen abgelenkt und können dann zwei gleichmäßig beabstandete gerade Abtastlinien auf der Innenfläche der zylindrischen Trommel 26 ziehen. Außerdem bewegt der Spinner 30 während einer einmaligen Umdrehung sich um eine Distanz entsprechend einem Intervall zwischen zwei Hauptabtastzeilen in Richtung der Mittelachse (Richtung der Z-Achse), das heißt in Nebenabtastrichtung.
Wie oben erwähnt, wird bei dem in den 1 und 2 gezeigten Gerät ein Laserstrahl L₀ aus der Laserquelle 10 von dem polarisierenden Strahlteiler 12 in zwei Lichtstrahlen L₁ und L₂ aufgetrennt. Möglich sind auch andere Strukturen, die in den 7, 8 und 9 dargestellt sind.
In einem in 7 dargestellten Gerät wird ein Laserstrahl L₀, der von einer Gaslaserquelle 10 abgestrahlt wird, beispielsweise einem He-Ne-Laser oder einem Ar-Laser, von einem Strahlenteiler 60 in zwei Laserstrahlen L₁a und L₂a aufgetrennt. Dem einen Laserstrahl L₂a wird von einem λ/2-Plättchen 62 eine Phasendifferenz von λ/2 aufgeprägt. Die beiden Laserstrahlen L₁a und L₂a, die auf diese Weise nicht miteinander interferieren, werden in demselben optischen System, welches oben erläutert wurde, abgelenkt und kombiniert. In 7 sind gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen und Symbolen wie in 2 versehen, eine Beschreibung wird nicht wiederholt.
In einem in 8 dargestellten Gerät werden zwei Laserdioden 64 und 66 verwendet. Die Laserdioden 64 und 66 emittieren linear polarisierte Lichtstrahlen (Laserstrahlen) L₁b und L₂b. Die Laserdioden sind derart angeordnet, daß ihre Polarisationsrichtungen orthogonal zueinander verlaufen. Die beiden Lichtstrahlen L₁b und L₂b werden von Kollimatoren 68 bzw. 70 kollimiert und anschließend über den AOM1 und den AOM2 einem polarisierenden Strahlenteiler 72 zugeführt, der die beiden Lichtstrahlen miteinander kombiniert. Ein zusammengesetzter Lichtstrahl L₃b wird über einen Strahlaufweiter 74 einer Abtastoptik zugeleitet.
Wenn außerdem die Laserdioden 64 und 66 als Lichtquellen in der beschriebenen Weise eingesetzt werden, erfolgt eine Modulation durch das Binär-Bildsignal mit den Laserdioden 64 und 66. Insbesondere werden basierend auf dem Bildsignal die Laserdioden 64 und 66 ein- und ausgesteuert. Deshalb können der AOM1 und der AOM2 nur die Lichtstrahlen L₁b bzw. L₂b ablenken.
In einer in 9 gezeigten Vorrichtung sind der AOM1 und der AOM2 aus 8 ersetzt durch bewegliche Spiegel 76 bzw. 78. Die linear polarisierten Richtungen für die Lichtstrahlen L₁c und L₂c aus den Laserdioden 80 und 82 sind derart eingestellt, daß die Laserstrahlen zu einem S-polarisierten bzw. einem P-polarisierten Strahl werden. Die beweglichen Spiegel 76 und 78 drehen sich um Achsen parallel zu den betreffenden Polarisationsrichtungen, um die Lichtstrahlen L₁c und L₂c abzulenken. In 9 sind gleiche Teile wie in 8 mit gleichen Bezugszeichen oder Symbolen versehen und werden deshalb nicht noch mal beschrieben.
Als beweglichen Spiegel 76 oder 78 zur Verwendung in der Vorrichtung nach 9 steht ein piezoelektrischer Spiegel mit einem piezoelektrischen Element, ein Galvanome terspiegel mit einem Galvanometer oder dergleichen zur Verfügung. Bei der anhand der 1 bis 6 beschriebenen Ausführungsform verwendet der Spinner 30 einen Spiegel, der unter einem Winkel von 45° in Bezug auf die Mittelachse C der Trommel 26 angeordnet ist. Anstelle des Spiegels kann durch Drehen eines Beugungsgitters der Lichtstrahl (Laserstrahl) entlang der Mittelachse C der Innenfläche der Trommel zugeführt werden.
Gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung werden die beiden in den Spinner eingeleiteten Lichtstrahlen eindimensional in zueinander orthogonalen Richtungen abgelenkt, während zwischen den beiden Lichtstrahlen ein konstantes Intervall aufrechterhalten wird, und zwar synchron mit einem Drehzyklus des Spinners. Ohne Verwendung eines zweidimensionalen Lichtstrahl-Ablenkelements läßt sich also das Intervall zwischen den Abtastzeilen ändern. Mit beiden Lichtstrahlen läßt sich ein hochqualitatives Bild auf der Innenfläche der zylindrischen Trommel bei hoher Geschwindigkeit aufzeichnen. Da das zweidimensionale Lichtstrahl-Ablenkelement überflüssig ist, ist der Aufbau des Geräts einfach und billig, die Betriebsart ist stabil.
Um die beiden Lichtstrahlen auf diese Weise eindimensional abzulenken auf der Bilderzeugungsebene der Lichtstrahlen, ist das rechtwinklige X-Y-Koordinatensystem so aufgebaut, daß die Hin- und Herrichtung für den einen Lichtstrahl L₁ der X-Achse entspricht und die Hin- und Herrichtung des anderen Lichtstrahls L₂ der Y-Achse entspricht. In dem Koordinatensystem werden die Lichtstrahlen derart abgelenkt, daß der eine Lichtstrahl L₁ den Wert x = r·cos(ωt + ψ) und der andere Lichtstrahl L₂ den Wert y = r·sin(ωt + ψ) hat.
Vorzugsweise wird die Stelle des auf den Spinner auftreffenden Lichtstrahls von der Strahlpositions-Detektoreinrichtung erfaßt, die Kombinationsgröße, die notwendig ist, um die erfaßte Strahlstellung in eine Soll-Stellung zu verschieben, ist in dem Kompensationsgrößenspeicher abgespeichert, und zur Zeit der Bildaufzeichnung wird die Kompensationsgröße aus dem Kompensationsgrößenspeicher ausgelesen, um das Ausmaß der Ablenkung zu korrigieren. Durch Erhalten der Kompensationsgröße zur richtigen Zeit, beispielsweise vor der Bildaufzeichnung, und durch Überschreiben des Inhalts des Kompen sationsgrößenspeichers kann der Einfluß von Temperaturänderungen oder zeitlich bedingten Kennlinienänderungen oder dergleichen in der Optik beseitigt werden. Darüber hinaus läßt sich die Bildqualität steigern.
Als Lichtstrahlen eignen sich Laserstrahlen. Bei der Ausführungsform kann als eindimensionales Lichtstrahl-Ablenkelement ein akusto-optisches Element (AOM) verwendet werden.
NICHT BEANSPRUCHTE AUSFÜHRUNGSFORM
Ein Prinzip einer Ausführungsform wird anhand der 13 und 14 erläutert. 13 ist eine anschauliche Darstellung eines Prinzips einer Lichtstrahl-Ablenksteuerung gemäß einer nicht beanspruchten Ausführungsform, 14 zeigt Abtastzeilenverläufe auf einer Innenfläche einer zylindrischen Trommel D. L₀ ist ein Referenzstrahl und L₁ ist ein weiterer Lichtstrahl. Diese Lichtstrahlen L₀ und L₁ passieren eine (nicht dargestellte) Fokussierlinse und werden in radialer Richtung der Trommel D von einem Spinner oder Rotor reflektiert, der sich auf einer Mittelachse CL der Trommel D dreht, damit die Strahlen auf der Innenfläche der Trommel D fokussiert werden. Der Spinner ist beispielsweise ein reflektierender Spiegel, welcher mit hoher Geschwindigkeit umläuft und unter einem Winkel von 45° gegenüber der Mittelachse angeordnet ist.
Ein Drehwinkel des Spinners in bezug auf die Trommel D ist mit θ bezeichnet. Der Referenzstrahl L₀ wird entlang der Mittelachse CL der Trommel D projiziert und zieht eine gerade Abtastlinie, das heißt eine Referenzabtastlinie SL₀ auf der Innenfläche der Trommel, wie in 14 zu sehen ist. Der andere Strahl L₁ ist unter einem kleinen Winkel ϕ_y in Richtung θ = θ₀ für den Einfall auf den Spinner geneigt. In der folgenden Beschreibung ist der Lichtstrahl L₁ auch als schräg einfallender Strahl bezeichnet.
Wie in 14 gezeigt ist, zieht der schräg einfallende Strahl L₁ eine gekrümmte Abtastlinie SL₁, die dann am meisten von der Referenz-Abtastlinie SL₀ entfernt ist, wenn der Drehwinkel des Spinners θ = θ₀ beträgt. Da ϕ_y ein kleiner Winkel ist, beträgt der Abstand d zwischen den Abtastzeilen d = f·tanϕ_y ≈ f·ϕ_y, wobei f die Brennweite der Fokussierlinse ist.
Wenn auf der Trommel gemäß 14 ein X-Y-Koordinatensystem eingerichtet wird, läßt sich die Koordinate der Abtastzeile SL₁, die von dem schräg einfallenden Lichtstrahl L₁ gezogen wird, durch folgende Formeln ausdrücken: x = f·ϕy·sin(θ – θ3) y = f·ϕy·cos(θ – θ0)
In diesem Zustand ist die Einfallrichtung des schräg einfallenden Lichtstrahls L₁ in einer Richtung orthogonal zur Neigungsrichtung von ϕ_y um ϕ_x geneigt. In diesem Fall läßt sich eine Koordinatenstelle auf der Abtastlinie SL₁ des schräg einfallenden Lichtstrahls L₁ durch folgende Formeln ausdrücken: x = f·ϕy·sin(θ – θ0) – f·ϕy·cos(θ – θ0) (a) y = f·ϕy·cos(θ – θ0) + f·ϕx·sin(θ – θ0) (b)
In den Gleichungen ist ϕ_y eine Konstante, und ϕ_x ist eine Variable, die sich synchron mit dem Drehwinkel θ des Spinners ändert und eine Funktion des Winkels θ ist.
Um die Abtastlinie SL₁ zu begradigen und ihren Abstand von der Referenzabtastlinie SL₁ auf einen konstanten Wert d einzustellen, muß y gemäß obiger Formel (b) so groß sein wie ein konstanter Wert d = f·ϕ_y, und folglich f·ϕy = f·ϕy·cos(θ – θ0) + f·ϕx·sin(θ – θ0) ϕy(1 – cos(θ – θ0)) = ϕx·sin(θ – θ0) ·ϕx = ϕy(1 – cos(θ – θ0))/sin(θ – θ0) (c): mit θ ≠ θ₀
Wenn außerdem θ = θ₀, so gilt ϕ_x = 0.
Wenn ein Punkt θ = θ₀ im Ursprung des X-Y-Koordinatensystems liegt, so beträgt der Versatzwinkel des Spinners θ = θ₀. Deshalb erhält man aus der obigen Formel (c):
Wenn θ ≠ θ₀, ϕ_x = ϕ_y(1 – cosθ)/sinθ.
Wenn θ = θ₀, ϕ_x = 0.
Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß, nachdem ϕ_y durch ϕ_y = d₀/f bestimmt ist, so daß der Abstand d zwischen den Abtastzeilen SL₀ und SL₁ einem vorbestimmten Abstand d₀ entspricht, ϕ_x mit der Drehung des Spinners gemäß obiger Formel (c) geändert wird, demzufolge die Abtastlinien SL₀ und SL₁ durch gerade und parallele Linien mit einem Zwischenabstand d₀ gebildet werden.
Im vorliegenden Fall ändert sich die Abtastlinie SL₁ gegenüber der Referenzabtastlinie SL₀ in der Phase einer X-Richtung (Hauptabtastrichtung). Die Varianz läßt sich aus folgender Formel ermitteln. Speziell ergibt sich durch Einsetzen von ϕ_x aus der Formel (c) für ϕ_x in der Formel (a) folgendes:
Deshalb wird ein Synchronisationssignal (Taktzeit) der Abtastzeile SL₁ um X verzögert und kompensiert gemäß der Formel (d).
Wie oben ausgeführt wurde, wird bei dem Prinzip der zweiten Ausführungsform der Erfindung dann, wenn das Intervall oder der Abstand zwischen den Abtastzeilen auf den Wert d eingestellt ist, die Y-Richtungs-Neigung (der Ablenkwinkel) ϕ_y auf einen konstan ten Wert d/f eingestellt. Da ausschließlich die Neigung in X-Richtung (Ablenkwinkel) ϕ_x in der Formel (c) für die Abtastung erhalten werden kann, vereinfacht sich die Steuerung.
Da außerdem ϕ_y ein fixer Wert sein kann, um den Lichtstrahl beispielsweise in Y-Richtung abzulenken, kann der Spiegel vorab mechanisch zu einem vorbestimmten Ablenkwinkel bewegt werden. Deshalb kann ein AOM-Element, ein Piezospiegel oder dergleichen zum Ändern des Ablenkwinkels bei hoher Geschwindigkeit entfallen, und man kann einen billigen Aufbau errichen. Die arithmetische Operation für ϕ_x kann während des Abtastvorgangs im Echtzeitbetrieb erfolgen. Alternativ kann eine arithmetische Operation durchgeführt werden, um das Ergebnis zu speichern, und die Abtastung kann erfolgen, während die gespeicherten Ergebnisse gelesen werden.
10 ist eine Konzeptdarstellung mit teilweise weggelassenen Teilen einer Trommelinnenflächen-Abtastvorrichtung basierend auf dem Prinzip der zweiten Ausführungsform. 11 ist ein Blockdiagramm des dazugehörigen Steuersystems.
In den 10 und 11 bezeichnen Bezugszeichen 110 und 112 Laserdioden, die linear polarisierte Lichtstrahlen (Laserstrahlen) L₀ und L₁ abstrahlen. Die Laserdioden sind deshalb so angeordnet, daß die Polarisationsrichtungen senkrecht aufeinander stehen. Beide Lichtstrahlen L0 und L1 werden von Kollimatoren 114 bzw. 116 kollimiert und anschließend über akusto-optische Modulatorelemente AOM101 bzw. AOM102 einem polarisierenden Strahlaufteiler 118 zugeleitet, welcher die Lichtstrahlen kombiniert. Wenn als Referenzstrahl der eine Lichtstrahl L₀ verwendet wird, kann der AOM101 weggelassen werden.
Ein zusammengesetzter Lichtstrahl L₂ wird in seinem Strahldurchmesser von Linsen 122 und 124, die einen Strahlaufweiter 120 bilden, vergrößert und geändert. Der Strahl L₂ wird entlang einer Mittelachse CL einer Trommel (eines Zylinders) 126 in die Trommel 126 geleitet.
Auf der Mittelachse CL der Trommel 126 befindet sich eine Fokussierlinse (Sammellinse) 128 sowie ein Spinner (Rotor) 130, die eine Abtastoptik bilden. Der Spinner 130 besitzt eine reflektierende Spiegelfläche mit einem Winkel von etwa 45° gegenüber der Mittelachse (Drehachse), und er wird von einem Motor mit hoher Drehzahl gedreht. Der Motor besitzt einen Drehkodierer 132 als Winkeldetektoreinrichtung, um einen Drehwinkel (θ = ωt) des Spinners 130 zu erfassen. Der dem Spinner 130 zugeleitete Strahl passiert den Strahlaufweiter 120 und die Fokussierlinse 128 auf der Drehachse und wird auf die Innenumfangsfläche der Trommel 126 oder auf einen Aufzeichnungsbogen 134 fokussiert.
Weiterhin ist der Strahlaufweiter 120 mit einem Strahlteiler 136 ausgestattet, von dem ein Teil des zusammengesetzten Strahls L₂ abgeteilt und einem Quadranten-Detektorelement 138 zugeleitet, so daß die Strahlpositionen der Lichtstrahlen L₀ und L₁ erfaßt werden können. Der Strahlteiler 136 und das Quadranten-Detektorelement 138 bilden eine Strahlpositions-Detektoreinrichtung.
Der AOM101 und der AOM102 werden von einer Ultraschallwelle angesteuert, die von einem Wandler erzeugt wird, um einen einfallenden Lichtstrahl mit einer von der Ultraschallwelle erzeugten stehenden Welle zu beugen. In diesem Fall wird eindimensional gebeugtes Licht von einer (nicht gezeigten) Lichtsperrplatte der Dimension Null ausgewählt. Durch Ändern der Frequenz des Ultraschalltreibersignals werden Winkel der Lichtstrahlen L₀ und L₁ geändert.
Der AOM101 und der AOM102 können die Lichtstrahlen zweidimensional ablenken. Insbesondere sind sie mit zwei Sätzen von Wandlern in zueinander rechtwinkligen Richtungen ausgestattet. Der in den AOM101 oder AOM102 eingeleiteten Lichtstrahl kann unabhängig von beiden orthogonalen Richtungen abgelenkt werden. Der eine Lichtstrahl L₀ wird hier als Referenzstrahl benutzt und befindet sich auf der Mittelachse CL der Trommel 126 und des Spinners 130.
Wenn der Referenzstrahl L₀ präzise auf die Mittelachse CL gelegt werden kann, erübrigt sich der AOM101. Wenn dies allerdings schwierig ist, wird die Strahlposition des Referenzstrahls L₀ mit Hilfe der Strahlpositions-Detektoreinrichtung 138 erfaßt, es werden Kompensationsdaten für den AOM101 gespeichert, und während des Abtastvorgangs wird der Referenzstrahl L₀ korrekt auf die Mittelachse CL gelegt.
Der AOM 102 kippt gemäß dem oben erläuterten Prinzip den schräg einfallenden Lichtstrahl L₁ um ϕ_x und ϕ_y in X- bzw. in Y-Richtung. Der Neigungswinkel ϕ_y wird in einer AOM-Steuerung 140 erhalten, die an den einen Wandler des AOM102 ein Treibersignal mit einer Frequenz legt, welche die Neigung ϕ_y hervorruft. Wie oben erwähnt, ist ϕ_y ein fixer Wert, der sich aus einer Brennweite f der Fokussierlinse 128 errechnet.
In einer Arithmetikeinheit 142 wird ϕ_x ermittelt. Die arithmetische Operation erfolgt entsprechend der obigen Formel (c) unter Verwendung des Spinner-Drehwinkels θ und ϕ_y. Das Ergebnis ϕ_x wird an eine AOM-Steuereinheit 144 gegeben, in welcher eine Frequenz zum Erzeugen der Neigung ϕ_x erhalten wird. Ein Treibersignal mit dieser Frequenz wird an den anderen Wandler des AOM102 gelegt. Die arithmetische Operation für ϕ_x kann während der Abtastung im Echtzeitbetrieb erfolgen. Alternativ können durch Speichern eines Operationsergebnisses in einem Speicher Daten während des Abtastvorgangs aus dem Speicher ausgelesen werden.
Außerdem wird die Strahlposition des schrägen einfallenden Strahls L₁ von dem Strahlpositions-Detektorelement 138 erfaßt. Die erfaßte Strahlposition wird zu der AOM-Steuereinheit 144 oder 140 zurückgeleitet. Anschließend kann die Strahlposition so korrigiert werden, daß sie mit ϕ_x oder ϕ_y übereinstimmt. Die Korrektur kann während der Abtastung im Echtzeitbetrieb stattfinden. Alternativ kann eine Vorabtastung erfolgen, um Daten für die Korrektur vorab zu speichern.
Die Laserdioden 110 und 112 werden von einer Lichtquellensteuerung 146 gesteuert, welche die Laserdioden 110 und 112 abhängig von einem Binär-Bildsignal basierend auf einem Takt ein- und ausschaltet, welcher mit dem Drehwinkel θ des Spinners 130 synchro nisiert ist. Die Laserdiode 110 zum Emittieren des Referenzstrahls L₀ wird synchron mit dem Drehwinkel θ zur Taktzeit ein- und ausgeschaltet. Allerdings wird die Laserdiode 112 zum Emittieren des schrägen einfallenden Lichtstrahls L¹ zu der Taktzeit ein- und ausgeschaltet, die abhängig von der obigen Formel (d) korrigiert ist.
12 zeigt einen weiteren Aufbau, bei dem das Prinzip der zweiten Ausführungsform der Erfindung Anwendung findet. In der Figur bezeichnet 150 die Laserquelle, zum Beispiel einen He-Ne-Laser oder einen Ar-Laser. Ein Laserstrahl L₀₀, der von der Laserquelle 150 emittiert wird, wird von einem polarisierenden Strahlaufspalter 152 aufgetrennt in einen P-polarisierten Lichtstrahl (der polarisierte Strahl schwingt mit dem elektrischen Feld in einer Ebene parallel zur Einfallebene, welche das einfallende Licht und das reflektierte Licht beinhaltet) und einen S-polarisierten Lichtstrahl (den polarisierten Strahl, dessen elektrisches Feld in einer Ebene vertikal zur Einfallebene schwingt). Der P-polarisierte Lichtstrahl dient als Referenzstrahl L₀ und wird über eine Linsengruppe in den AOM101 projiziert.
Der von dem Strahlteiler 152 abgetrennte S-polarisierte Lichtstrahl L₁ wird über einen Spiegel 156 und eine Linsengruppe in den AOM102 projiziert. Beide Lichtstrahlen L₀ und L1 werden von den jeweiligen Linsengruppen vergrößert und von einem Spiegel 154 sowie einem polarisierenden Lichtstrahlaufteiler 158 kombiniert. In 12 sind identische Teile wie in den 10 und 11 mit gleichen Bezugszeichen oder Symbolen versehen, die Beschreibung wird nicht wiederholt.
Bei dieser Ausführungsform kann der AOM ersetzt werden durch einen beweglichen Spiegel. Als beweglicher Spiegel kann ein Piezospiegel mit einem Piezoelement, ein Galvanospiegel mit einem Galvanometer oder dergleichen verwendet werden. Bei der obigen Ausführungsform enthält der Spinner 130 einen Spiegel, der sich unter einem Winkel von 45° gegenüber der Mittelachse CL der Trommel 126 dreht. Anstelle des Spiegels kann der Lichtstrahl (Laserstrahl) durch Drehen eines Beugungsgitters entlang der Mittelachse CL geführt werden, um an die Innenfläche der Trommel abgelenkt zu werden.
Bei der zweiten Ausführungsform wird ein Lichtstrahl als der Referenzstrahl auf die Mittelachse des Spinners projiziert. Der andere schräg einfallende Strahl wird um einen spezifizierten Winkel ϕ_y in der Ebene geneigt, die die Mittelachse enthält, und wird außerdem in der Richtung orthogonal zu jener Ebene um den Winkel ϕ_x geneigt, welcher sich durch einen spezifischen Ausdruck bestimmt, in dem der Spinner-Drehwinkel θ und ϕ_y verwendet werden.
Der schräg einfallende Strahl ist in einer Richtung um einen fixen Winkel ϕ_y geneigt, und ist in die andere Richtung nur um den Winkel ϕ_x geneigt, der eine Funktion des Spinner-Drehwinkels θ ist. Die Ablenksteuerung wird vereinfacht. ϕ_x läßt sich durch die Formel (c) erhalten. Darüber hinaus kann ein beweglicher Mechanismus mit geringem Kostenaufwand hergestellt werden. Der fixe Winkel ϕ_y läßt sich bestimmen aus dem Abtastzeilenintervall d und der Brennweite f der Fokussierlinse, so daß sich das Intervall d einfach ändern läßt.
Bei der zweiten Ausführungsform können drei oder noch mehr Lichtstrahlen verwendet werden. In diesem Fall kann der Wert ϕ_y des schrägen einfallenden Lichtstrahls auf das Einfache, das Minus-Einfache, das Doppelte, das Minus-Zweifache, das Dreifache ... von d/f eingestellt werden. Auch bei der Erfindung ändert sich die Abtastrichtung der Abtastzeilen im Verlauf der Zeit unvermeidbar. Um solche Abweichungen zu vermeiden, kann der Taktzeitpunkt für jeden Lichtstrahl mit dem Spinner-Drehwinkel kompensiert werden.

Claims

Verfahren zum Abtasten einer Innenfläche einer zylindrischen Trommel mit zwei Lichtstrahlen, umfassend folgende Schritte: Einleiten von zwei Lichtstrahlen in die Trommel (26) und Ablenken der beiden in die Trommel (26) eingeleiteten Lichtstrahlen mit einem Rotor (30), der sich innerhalb der Trommel dreht, in Richtung der Innenfläche der Trommel, um die Innenfläche mit den beiden abgelenkten Lichtstrahlen abzutasten, welche ein Zeilenintervall auf der Innenfläche der Trommel definieren; gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt: eindimensionales Ablenken der beiden Lichtstrahlen in zueinander orthogonalen Richtungen, synchron mit der Drehung des Rotors (30), während ein Strahlintervall (r) zwischen den beiden Lichtstrahlen in einer Bildfokussierebene (P1, P2), die zu einer Abtastfläche (34), auf die die Lichtstrahlen fokussiert sind, konjugiert ist, konstant gehalten wird, wodurch die beiden Lichtstrahlen dem Rotor zugeleitet werden, während das Zeilenintervall bei einem Abtastvorgang konstant gehalten wird; wobei in einem rechtwinkligen X-Y-Koordinatensystem in der Bildfokussierebene der Lichtstrahlen eine X-Achse definiert ist als eine Richtung, in der ein erster Lichtstrahl der beiden Lichtstrahlen hin- und herläuft, während er eindimensional abgelenkt wird, eine Y-Achse definiert ist als eine Richtung, in der ein zweiter Lichtstrahl der beiden Lichtstrahlen hin- und herläuft, während er eindimensional abgelenkt wird, die Lichtstrahlen derart eindimensional abgelenkt werden, dass der erste Lichtstrahl die Bedingung x = r·cos(ωt + ψ), y = 0erfüllt, und der zweite Lichtstrahl die Gleichung x = 0, y = r·sin(ωt + ψ)erfüllt, wobei r das Strahlintervall, ω eine Drehwinkelgeschwindigkeit des Rotors, t die Zeit und ψ ein Versatzwinkel in einer maximalen Auslenkrichtung des Rotors ist; wobei das Zahlenintervall zwischen einem Abtastvorgang und einem anderen Abtastvorgang geändert werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Lichtstrahlen Laserstrahlen sind.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Lichtstrahlen mit Hilfe akustooptischer Ablenkelemente eindimensional abgelenkt werden.
Vorrichtung zum gleichzeitigen Abtasten einer Innenfläche einer zylindrischen Trommel mit zwei Lichtstrahlen, umfassend: einen Rotor (30), der koaxial bezüglich der zylindrischen Trommel (26) rotiert, um zwei Lichtstrahlen abzulenken, die entlang einer Mittelachse (C) der zylindrischen Trommel (26) einfallen, um so eine Innenfläche der zylindrischen Trommel abzutasten, wobei die beiden Lichtstrahlen ein Zeilenintervall auf der Innenfläche der Trommel definieren; und eine Winkeldetektoreinrichtung (32) zum detektieren eines Rotationswinkels des Rotors, gekennzeichnet durch: zwei Ablenkelemente (AOM1, AOM2) zum eindimensionalen Ablenken der beiden Lichtstrahlen in zueinander orthogonalen Richtungen, um die beiden Lichtstrahlen dem Rotor (30) zuzuführen, während ein Strahlintervall (r) zwischen den beiden Lichtstrahlen während eines Abtastvorgangs in einer Bildfokussierebene (P1, P2) konstant gehalten wird, die bezüglich einer Abtastfläche (34), auf der die Lichtstrahlen fokussiert werden, konjugiert ist; einen Speicher (44) zum Speichern von Ablenkgrößen der Ablenkelemente, notwendig zum eindimensionalen Ablenken der Lichtstrahlen in zueinander orthogonalen Richtungen synchron mit der Drehung des Rotors (30), während das Strahlintervall (r) konstant gehalten wird; und eine Ablenkelemente-Steuereinrichtung (42) zum Betreiben der Ablenkelemente, notwendig zum eindimensionalen Ablenken der Lichtstrahlen in zu einander orthogonalen Richtungen synchron mit der Drehung des Rotors (30), während das Strahlenintervall r konstant gehalten wird; und eine Ablenkelemente-Steuereinrichtung (42) zum Betreiben der Ablenkelemente (AOM1, AOM2) basierend auf dem in dem Speicher (44) gespeicherten Ablenkgrößen; wobei in einem rechtwinkligen X-Y-Koordinatensystem in der Bildfokussierebene der Lichtstrahlen eine X-Achse eine Richtung ist, in der ein erster Lichtstrahl der beiden Lichtstrahlen hin- und herläuft, während er eindimensional abgelenkt wird, eine Y-Achse eine Richtung ist, in welcher ein zweiter Lichtstrahl der beiden Lichtstrahlen hin- und herläuft, während er eindimensional abgelenkt wird, die Ablenkgröße für den ersten Lichtstrahl x = r·cos(ωt + ψ), y = 0 beträgt, und die Ablenkgröße für den zweiten Lichtstrahl x = 0, y = r·sin(ωt + ψ) beträgt, wobei r das Strahlenintervall, ω die Drehwinkelgeschwindigkeit des Rotors, t die Zeit und ψ ein Versatzwinkel in einer maximalen Ablenkrichtung des Rotors ist, wobei das Zahlenintervall sich zwischen einem Abtastvorgang und einem anderen Abtastvorgang ändern lässt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, weiterhin umfassend: Eine Strahlpositions-Detektoreinrichtung (40) zum Detektieren von Positionen der beiden Lichtstrahlen, die auf den Rotor in einer Bildfokussierebene auftreffen; einen Prozessor (48) zum Erhalten von Kompensationsgrößen, notwendig zum Verschieben der detektierten Strahlpositionen in angemessene Positionen; und einen Kompensationsgrößenspeicher (50) zum Speichern der erhaltenen Kompensationsgrößen, wobei die Ablenkgrößen kompensiert werden mit den Kompensationsgrößen durch die Ablenkelemente-Steuereinrichtung (42), welche die beiden Ablenkelemente (AOM1, AOM2) steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Lichtstrahlen Laserstrahlen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Ablenkelemente akustooptische Ablenkelemente sind.