DE3939551A1

DE3939551A1 - Optisches positionierungssystem fuer mindestens einen bildpunkt

Info

Publication number: DE3939551A1
Application number: DE3939551A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl Ing Dr Haerig
Original assignee: Linotype AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 1989-11-30
Filing date: 1989-11-30
Publication date: 1991-06-06
Also published as: ATE107782T1; JPH05500120A; DE59006260D1; EP0502965B1; WO1991008504A1; US5661586A; US5570223A; JP2687983B2; EP0502965A1; US5387995A

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Positionierungssystem für mindestens einen Bildpunkt nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bildpunktpositioniersysteme sind für vielfältige Anwendungen und in vielen Ausführungen bekannt. Eine bedeutende Gruppe dient der zeilenweisen Abtastung von Flächen, entweder zum Erfassen oder zum Schreiben von Informationen. Dominant ist hierbei ein kontinuierlich rotierendes mechanisches Lichtab lenkelement. Bei einem derartigen zum Stand der Technik gehörenden Laserdrucker wird das von einem abstimmbaren Halb leiterlaser ausgehende Strahlenbündel mit einer Abtastbe wegung entlang einer geraden Abtastlinie über ein lichtemp findliches Aufzeichnungsmaterial auf der Aufzeichnungstrommel des Laserdruckers mittels eines Hologrammoduls geführt. In den Strahlengang zwischen dem Hologrammodul und der Abtast ebene ist ferner eine fR-Linse eingefügt, um das Strahlenbün del in der Abtastebene zu fokussieren. Der Hologrammkörper ist ein transparentes Vieleck, auf dem eine gewünschte Anzahl von Hologramm-Gittern angeordnet sind, die von dem Laserstrah lenbündel beaufschlagt werden. In einem einfachsten Fall kann statt des Hologrammoduls eine Hologrammlinse vorgesehen sein. Das Hologrammodul und die Hologrammlinse stellen lichtablen kende, Wellenlängen-dispersive Elemente dar, d. h. Elemente, deren Diffraktion (Beugung) im wesentlichen von der Licht wellenlänge abhängt. Damit wird eine nicht mechanische Ablen kung des Strahlenbündels erreicht, die mit sehr hohen Ge schwindigkeiten erfolgen kann. - Bekannt sind auch Varianten dieses Positionierungssystems, in denen das Hologrammodul gleichzeitig mit mehreren Strahlenbündeln beaufschlagt wird, die beispielsweise von drei steuerbaren Lasern ausgehen. Die Auftreffwinkel der drei Strahlenbündel auf dem Hologrammodul können dabei entweder identisch oder voneinander unterschied lich sein.

Nachteilig ist bei allen diesen bekannten Ausführungsformen mit einem durchstimmbaren Laser und einem holographischen Modul bzw. Deflektionselement, daß sich nur eine recht be grenzte Anzahl von Bildpunktpositionen mit hoher Genauigkeit einstellen läßt, die insbesondere zur Herstellung typogra phisch anspruchsvollen Satzes aus Bildpunkten (Pixeln) nicht ausreicht. Die erzielbare Anzahl von Bildpunktpositionen ist bei einem optischen Positionierungssystem der einschlägigen Gattung grundsätzlich bestimmt durch den spektralen Durch stimmbereich der Lichtquelle und der erforderlichen spektralen Breite für eine genau reproduzierbare Wellenlänge. Beispiels weise ist bei einem spektralen Durchstimmbereich von Laser dioden, der etwa 10 nm beträgt und bei einer typischen Tempe raturabhängigkeit der Wellenlänge von 0,1-0,3 nm/K selbst bei einer Temperaturstabilisierung auf 0,1 K nur eine Anzahl von höchstens 1000 exakten Bildpositionen zu erzielen, während jedoch bei Abtastern für die graphische Industrie typisch viele 10 000 Positionen aufzulösen sind.

Auch die zum Stand der Technik gehörende Bildpunktpositionie rung mit Hilfe akusto-optischer Deflektoren ohne mechanische Bewegung nur durch Variation einer Schallfrequenz, die in dem akusto-optischen Deflektor erzeugt wird, hat die Beschränkung, daß der Deflektor nur eine verhältnismäßig geringe Anzahl von Bildpositionen auflösen und nur kleine Ablenkwinkel realisie ren kann.

Große nutzbare Ablenkwinkel bei hoher Positionierungsgenauig keit können bekannte opto-mechanische Positionierungssysteme aufweisen, bei denen das lichtablenkende Element insbesondere um eine Drehachse rotiert. Insbesondere sind Polygonspiegel mit Flächen, die unter 45° zur Drehachse angeordnet sind, vorteilhaft, da die damit erzielte 1 : 1 Umsetzung von Drehwinkel in Scanwinkel eine gute Positioniergenauigkeit erlaubt. Ab lenkprismen mit 90°-Umlenkung (wie die voranstehenden Polygon spiegel) sind außerdem unempfindlich gegen Störungen der idealen Spiegelposition, z. B. durch Lagerwobbeln oder durch Vibration. Bemerkenswert kippunempfindlich ist ein rotierendes Pentaprisma mit einem nachfolgenden Abtastobjektiv.

Allerdings besteht bei allen bekannten optischen Positionie rungssystemen das Problem, das Strahlenbündel nicht nur in einer ersten Abtastrichtung über einen Aufzeichnungsträger bzw. eine abgetastete Fläche schnell zu bewegen, sondern auch eine Justierung in einer davon abweichenden, insbesondere zu der ersten Abtastrichtung rechtwinkligen Richtung zu erzielen. Eine solche Justierung der Bildposition unabhängig von der betriebsmäßig genutzten Ablenkbewegung ist mit den bekannten opto-mechanischen Mitteln nur schwer zu verwirklichen, wenn eine hohe Einstellgenauigkeit und Reproduzierbarkeit gewünscht werden. Entsprechende optisch-mechanische Konstruktionen sind aufwendig und beanspruchen erheblichen Raum in dem Strahlen gang des Positionierungssystems. Eine dynamische Korrektur oder Justierung innerhalb einer Scanlinie, abhängig von dem Abtastwinkel, ist so nur aufwendig möglich.

Abgesehen davon besteht bei den geschilderten optisch-mecha nischen Ablenkern, welche mindestens ein Strahlenbündel über die Bildebene oder abzutastende Fläche im Abtastbetrieb bewegen, der Wunsch nach Erhöhung der nutzbaren Abtastge schwindigkeit. Diese Erhöhung kann generell dadurch erzielt werden, daß nicht nur mit einem Bildpunkt, sondern mit mehre ren, vorzugweise in gleichbleibendem Abstand zueinander geführten Bildpunkten abgetastet wird. Bei den bevorzugten opto-mechanischen Abtastsystemen, die mit einem Polygonspie gel mit Flächen unter 45° zur Drehachse oder mit wenigstens einem Prisma aufgebaut werden und die im Idealfall mit einem in der Drehachse liegenden Strahlenbündel beaufschlagt werden, ist es nicht möglich, mehrere Strahlenbündel parallel zuein ander und damit zum Teil zwangsläufig außerhalb der Drehachse liegend zu erweitern, da eine Rotation des ablenkenden Ele ments oder Deflektors sich in einer Rotation der Bildpunkte auswirkt, soweit diese nicht in der optischen Achse bzw. der Drehachse liegen. Wären in einem Bereich der Abtastlinie mehrere Bildpunkte auf einer zur Abtastrichtung rechtwinkligen Linie angeordnet, so würde diese Linie sich entsprechend dem jeweiligen Drehwinkel zu der Abtastlinie hin neigen.

Daraus ergibt sich die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung, allgemein ein optisches Positionie rungssystem der eingangs genannten Gattung so weiterzubilden, daß bei hoher Auflösung einer großen Anzahl von Bildpositionen die Bildpositionen nicht nur in einer ersten Ablenkrichtung ablenkbar sind, sondern mit einem zusätzlichen Freiheitsgrad in einer davon abweichenden Richtung.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in dem kennzeich nenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.

Die Erfindung besteht im wesentlichen aus einer Kombination eines zweiten lichtablenkenden Elements, welches die Haupt ablenkbewegung in einer sogenannten zweiten Ablenkrichtung die Bildpunktpositionierung mit großer Genauigkeit und Auflö sung bewerkstelligt, mit einem Wellenlängen-dispersiven Ele ment, mit dem das Strahlenbündel in einer beliebigen Ablenk richtung, der sogenannten ersten Ablenkrichtung, abgelenkt werden kann, und zwar mit um Größenordnungen höherer Genauig keit und Reproduzierbarkeit, jedoch nur in einem kleinen Abtastbereich. Hierzu gehört eine Lichtquelle, die ein Strah lenbündel einer einstellbaren bzw. steuerbaren Wellenlänge abgibt. Da das lichtablenkende Element, welches die Hauptab lenkbewegung hervorruft, in erster Näherung Wellenlängen unabhängig sein soll, ist eine freie Überlagerbarkeit der beiden Ablenkungen gegeben. Durch Steuerung der Lichtquelle wird nur eine geringfügige Auslenkung aus der Bildpunktposi tion bewirkt, die in Hauptablenkrichtung durch den zweiten Ablenker bestimmt ist. Diese zusätzliche Ablenkung, insbeson dere zur Justierung, kann sehr rasch und über längere Zeit räume erfolgen, da kein Verschleiß mechanischer Teile zu befürchten ist. Durch die Kombination der opto-mechanischen Positionierung mit zusätzlich Wellenlängen-gesteuerter Posi tionierung zur frei überlagerbaren Feineinstellung lassen sich vorteilhafte Positionierungssysteme verwirklichen, die insbesondere bei kompaktem und stabilem Aufbau eine hohe Genauigkeit der Bildpunktpositionierung realisieren.

In dem erfindungsgemäßen Positionierungssystem wird die Position des Bildpunkts - abgesehen von der Ablenkung des Bildpunkts durch das zweite lichtablenkende Element, welches Wellenlängen - unabhängig ist - bestimmt durch die relative Anordnung der Lichtquelle zu dem Wellenlängen-dispersiven Element sowie durch die von der Lichtquelle emittierte Wellen länge. Der erreichbare Positionierbereich wird dabei begrenzt durch den Teil des optischen Systems zwischen dem Bildpunkt und dem Wellenlängen-dispersiven Element, durch die Dispersion des Elements sowie durch den Wellenlängenbereich, über den die Lichtquelle durchgestimmt werden kann. Die voranstehenden Parameter lassen sich in weiten Grenzen anwendungsabhängig wählen.

Als geeignete Lichtquellen einstellbarer Wellenlänge können breitbandig oder in multiplen Linien emittierende Lampen mit nachgeschalteten variablen Monochromatoren, breitbandig durchstimmbare Laser, wie Farbstofflaser oder Festkörperlaser mit Cr- oder Ti-Dotierung, Halbleiterlaser oder auch Gaslaser mit multiplen Emissionslinien verwendet werden.

Als Beispiel soll die bisherige Beschreibung erläutert werden. Der mechanische, zweite Ablenker sei ein rotierender Spiegel- oder Prismenablenker mit einer typischen Anzahl von 15 000 auflösbaren Punkten bei 20 µm Punktabstand bzw. 30 000 Punkten bei 10 µm Punktabstand und einer Genauigkeit im Bereich eini ger µm bis hinunter zu einigen Zehntel µm. Für den ersten Ab lenker sei die Wellenlänge der Lichtquelle um 10 nm zu vari ieren, und die Schrittgröße für sicher reproduzierbare Varia tion sei 0.1 nm. Dann ergeben sich 100 ansprechbare Positio nen. Die Dispersion des vorgesehenen Elementes sei so auf die nachfolgende Optik abgestimmt, daß bei 10 nm Wellenlängen- Variation sich der Bildpunkt um 20 µm verschiebt. Das ent spricht einer räumlichen Auflösung von 0.2 µm pro Wellenlän gen-Varianz von 0.1 nm. Damit liegt hier die Auflösung des ersten Ablenksystems um mehr als eine Größenordnung höher als die des zweiten Ablenksystems, jedoch bei weit stärker einge engtem Scanbereich. In der Kombination jedoch können die Stärken beider Systeme vereint werden.

In der weiteren Ausführung von Beispielen werde das dispersi ve Element mit einem im wesentlichen parallelen Strahlenbün del beaufschlagt und befinde sich vor einer Fokussieroptik.

Wird als dispersives Element ein Gitter mit Gitterperiode D verwendet, so ergibt sich für eine Wellenlängen unter Einstel lung der Bragg-Bedingung

D sin w(λ) = λ, (Gl.1)

wobei w der Winkel zur Gitternormalen ist und somit der halbe Winkel zwischen der nullten und ersten Beugungsordnung des Gitters unter Bragg-Inzidenz.

Sei D = 0,2 mm und sei die mittlere Wellenlänge der variablen Lichtquelle λ_o = 800 nm, so ergibt sich w(λ_o) = 0,2292 Grad, oder in anderer Notation gleich 4 mrad. Für die benachbarte Wellenlängen λ ergibt sich in guter Nähe rung

Δw = Δλ w (λ₀)/λ₀ = 0,005 mrad/nm (Gl.2)

mit Δλ = λ-λ₀.

Mit einer Brennweite f der verwendeten, dem Gitter nachfolgenden Fokussieroptik von f = 400 mm eine Auslenkung in der Bildebene von

Δy = f tan (Δw), (Gl.3)

damit also Δy = 2 µm pro Δλ = 1 nm, also bei 10 nm Wellenlängenänderung eine Auslenkung von 20 µm.

Wird als dispersives Element eine nicht senkrecht durchtrete ne Grenzfläche eines Prismas in Luft verwendet, so ergibt sich bei der Annahme von BK7 als Material des Prismas ein Brechungsindex von etwa n = 1,511 und eine Dispersion von Δn/Δη = 2×10^-5/nm bei der zentralen Wellenlänge λ = 780 nm. Für einen inzidenten Winkel des Strahlenbündels von w_i = 14 Grad zur Austrittsfläche ergibt sich bei λ = 780 nm für den Austrittswinkellenkwinkel w_a gemäß dem Brechungsgesetz

n sin(w_i) = sin(w_a), (Gl.4)

wobei schon der Brechungsindex der Luft mit 1 benutzt wurde, zu:

w_a (780 nm)=arc sin(1,511 sin 14 Grad)=21,4411 Grad.

Für λ = 770 nm ergibt sich

w_a (770 nm)=arc sin(1,5112 sin 14 Grad)=21,4440 Grad.

Die Winkeldifferenz transformiert sich über die Fokussierop tik von f = 400 mm gemäß Gl.3 zu abgerundet Δy = 20 µm in der Bildebene. Damit ist ebenfalls bei 10 µm Wellenlängenänderung die im oberen Beispiel angegebene Positionsverschiebung erreicht.

Zur Vergrößerung des Positionierbereichs außerhalb der zwei ten, d. h. der Hauptablenkrichtung, können mehrere Wellen längen-dispersive Elemente im Strahlengang hintereinander geschaltet werden oder ein solches Element kann nach zusätz licher konstanter Umlenkung des Strahlengangs mehrfach durch laufen werden. Die Positionierung des Bildpunkts außerhalb der zweiten, Hauptablenkeinrichtung durch Wellenlängensteue rung der Lichtquelle in Verbindung mit wenigstens einem Wellenlängen-dispersiven Element ist besonders für kleine Positionsänderungen bei hoher Präzision der Positionierung als additives Stellglied in einem opto-mechanischen Abtastsystem geeignet. Damit entfallen sonst notwendige, aufwendige mecha nische Positionierelemente, die sehr stabil aber auch äußerst fein reproduzierbar sowie schnell einstellbar sein müssen. Die Möglichkeit, durch Steuerung der Wellenlänge der Licht quelle sowohl eine Grundjustage einer vorbestimmten Position des Bildpunkts, als auch dynamische Änderungen um diese Position herum, insbesondere zur Kompensation von System fehlern ohne aufwendige mechanische Stellelemente und deren Antrieb zu erreichen, ist ein besonderer Vorzug des erfin dungsgemäßen Positionierungssystems.

Vorzugsweise weicht dazu nach Anspruch 2 die erste Ablenkrich tung von der Hauptablenkrichtung ab.

In einer Fortführung der Erfindung, die sich auf mehrere Lichtquellen und davon ausgehende Strahlenbündel erstreckt, die gleichzeitig zu positionierende Bildpunkte beinhalten, ist das Positionierungssystem nach Anspruch 3 vorgesehen. Danach weist das Positionierungssystem zur gleichzeitigen Positionierung mehrerer Bildpunkte eine entsprechende, d. h. gleiche Anzahl Lichtquellen unterschiedlicher einstellbarer Wellenlängen auf. Die von diesen Lichtquellen ausgehenden Strahlenbündel werden mittels des zweiten lichtablenkenden Elements, welches auch hier in erster Näherung Wellenlängen unabhängig ist, in einer gemeinsamen Ebene verlaufend ausge lenkt und beaufschlagen wenigstens ein zusätzliches optisches Element, welches nach dem zweiten lichtablenkenden Element angeordnet ist. Im Ausgangsstrahlengang des zusätzlichen optischen Elements ist wenigstens das eine Wellenlängen dispersive Element dergestalt angeordnet, daß mit ihm die Strahlenbündel unterschiedlicher Wellenlänge voneinander ge trennt werden. - Damit können vorteilhaft multiple Bildpunkte unter gemeinsamer Nutzung der bildpunktformenden zusätzlichen optischen Elemente erzeugt werden.

Nach Anspruch 3 beaufschlagen die Strahlenbündel mindestens ein weiteres optisches Element des Systems gemeinsam.

Dieses Element ist vorteilhaft das typischerweise aufwendige Objektiv zur Fokussierung der Bildpunkte, das dadurch nur einmal ausgeführt werden muß. Nach Anspruch 4 dient als zusätzliches optisches Element ein Objektiv zum gemeinsamen Fokussieren der Bildpunkte, welches nach dem zweiten Ablenker angeordnet ist und in deren Meridionalebene die Strahlenbündel durch Bewegung des zweiten, Wellenlängen-unabhängigen Ablen kers im wesentlichen verlaufen. Gerade für ein solches Scan- Objektiv, das für außeraxiale Nutzung besonders aufwendig ausgeführt werden muß, ist eine gemeinsame Beaufschlagung durch alle Strahlenbündel vorteilhaft.

In einer Abwandlung des Prinzips nach Anspruch 3 ist es möglich, mehrere Strahlenbündel in der abgetasteten Fläche bzw. Bildfläche zu einem Bildpunkt mittels des Wellenlängen dispersiven Elements auch dann vereinen, wenn die Strahlen bündel bis zu dem Wellenlängen-dispersiven Element separat verlaufen. Zum Zusammenführen der Bildpunkte verschiedener Quellen können zusätzliche mechanische Mittel zur Grobjustage vorgesehen sein, zu der zusätzlich eine Feinjustage durch Wahl der geeigneten Wellenlängen der Lichtquellen gehört. Anwendungsbeispiele sind Abtastscanner, die mit Lichtquellen verschiedener Spektralbereiche jeweils einen Bildpunkt abtas ten oder Positionierungseinrichtungen, die eine hohe Energie in einem Punkt vereinen sollen und deshalb mehrere Licht quellen in diesem Punkt abbilden.

In dem in dem Anspruch 3 angegebenen Positionierungssystem, bei dem jedoch die Bildpunkte verschiedener Quellen vorbe stimmte separate Positionen absolut wie auch relativ zuein ander einnehmen sollen, kann die relative Positionierung ebenfalls durch Einstellung geeigneter Wellenlängen der Lichtquellen erreicht werden. Diese relativen Positionen können auch zeitlich durch Steuerung der Lichtwellenlängen verändert werden ohne die Anforderungen an die mechanische Ausführung und die Stabilität des Positionierungssystems durch Verwendung zusätzlicher mechanischer Stellelemente zu erhöhen.

Bevorzugt wird das optische Positionierungssystem nach An spruch 5 so ausgebildet, daß durch das Wellenlängen-dispersive Element das ihn beaufschlagende Strahlenbündel im wesent lichen rechtwinklig zu der zweiten, der Hauptablenkrichtung abgelenkt wird. - Damit hat die Ablenkung in der ersten Ablenkrichtung zur Justierung, Bildpunkttrennung oder Strahl bündelvereinigung durch Änderung der Wellenlänge keinen Einfluß auf die Positionierung in Richtung der zweiten Ablenk richtung; die beiden Ablenkbewegungen sind maximal entkoppelt.

Wie erörtert, kann das zweite lichtablenkende Element, welches die betriebsmäßige Hauptablenkung hervorruft, Bestandteil eines opto-mechanischen Ablenkers sein. Dieser ist besonders dann vorteilhaft, wenn es sich um Polygonspiegelflächen handelt, die unter 45° zur Drehachse angeordnet sind oder um ein Prisma, insbesondere Pentaprisma, bei dem die Reflexion an einigen Prismenflächen genutzt wird und das weitgehend, zusammen mit einem nachfolgenden Objektiv, wobbelkompensierend wirkt.

Für einige Anwendungen vorteilhaft ist das Wellenlängen dispersive Element mit dem bewegten, insbesondere rotierenden Teil des optisch-mechanischen Ablenkers fest verbunden. Der Vorteil besteht insbesondere darin, daß die wirksame Fläche des Wellenlängen-dispersiven Elements damit klein gehalten werden kann und nicht den betriebsmäßigen Ablenkwinkel zu überdecken braucht, und die Inzidenz auf das dispersive Element kann besser konstant gehalten werden, unabhängig vom Drehwinkel. Vorteilhaft kann als Lichtquelle steuerbarer Wellenlänge ein Laser verwendet werden.

Alternativ kann gemäß Anspruch 10 als zweites lichtablenkendes Element ein akusto-optischer Ablenker mit dessen bekannten Vorteilen dienen, dessen Ablenkung im wesentlichen eine Funktion der Schallfrequenz ist. Soweit die hierbei außerdem auftretende lichtwellenlängen-abhängige Ablenkung stört, kann diese durch die Ansteuerung des akusto-optischen Ablenkers kompensiert werden. Somit kann dieser akusto-optische Ablenker als Element mit im wesentlichen lichtwellenlängen-unabhängiger Ablenkung im Sinne des Anspruchs 1 angesehen werden.

Nach Anspruch 11 ist in einem optischen Positionierungssystem für mindestens einen Bildpunkt, der mittels je eines Strahlen bündels, welches von je einer spektral schmalbandigen Licht quelle ausgeht, sowie mittels mindestens insgesamt eines Wellenlängen-dispersiven Elements, welches die Strahlenbündel beaufschlagen, erzeugt wird, jeweils die Lichtquelle einer diskreten Wellenlänge mit den von dem Lichtbündel, welches von dieser Lichtquelle ausgeht, beaufschlagten Wellenlängen dispersiven Elementen so kombiniert, daß sich die gewünschte Bildpunktposition einstellt. Das optische Positionierungs system nach Anspruch 11 bezieht sich also auf eine Fertigungs stufe, in der für das jeweilige System geeignete Kombinationen von Lichtquellen mit diskreten, nicht variablen Wellenlängen sowie von in Ausführung und Anordnung angepaßten Wellenlängen dispersiven Elementen gewählt werden. Insbesondere können so Lichtquellen mit diskreten, durch den Fertigungsprozeß be dingten oder bestimmbaren Emissionswellenlängen, wie Halb leiterlaserdioden, selektiert werden. Dazu wird z. B. ein passendes Wellenlängen-dispersives Element aus einer Anzahl ähnlicher Wellenlängen-dispersiver Elemente mit leicht unter schiedlicher Dispersion ausgewählt und mit einer oder einem Paar der jeweiligen Halbleiterlaserdioden kombiniert. Bei mehr als zwei Bildpunkten ist ab der dritten Quelle je ein weiteres, separat beaufschlagtes dispersives Element vorzu sehen, oder aber vorteilhaft je eine Quelle variabler Wellen länge, wie in Anspruch 1 bzw. Anspruch 3 beschrieben.

Als Wellenlängen-dispersives Element kann allgemein vorteil haft eine ebene Gitterstruktur verwendet werden. Dies schließt die Verwendung einer akusto-optisch erzeugten Gitterstruktur mit ein.

Diese kann insbesondere nach Anspruch 13 durch wenigstens ein Hologramm realisiert sein.

Das Wellenlängen-dispersive Element kann aber auch konventio nell nach Anspruch 14 aus mindestens einem optischen Element bestehen, in welches ein Strahlenbündel außerhalb seiner optischen Achse eindringt. Dabei kann es sich um eine Linse handeln, deren prismatische Wirkung bzw. chromatische Aber ration außerhalb der Hauptachse genutzt wird. So kann ein zusätzliches Wellenlängen-dispersives Element in dem optischen Positionierungssystem entfallen.

Nach Anspruch 15 kann das Wellenlängen-dispersive Element mindestens eine im wesentlichen plane Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufweisen, die schräg zur Achse eines beaufschlagenden Strahlenbündels orientiert ist. Dies schließt die Verwendung eines Prismas mit ein.

Im einzelnen wird zu verschiedenen Ausführungen Wellenlängen dispersiver Elemente auf die erwähnte EP-OS 2 77 883 hinge wiesen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung mit vier Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung eines optischen Positionierungssystems, in dem ein Strahlengang zweifach abgelenkt wird,

Fig. 2 schematisch einen Teil eines optischen Positionierungs systems, in dem mehrere Strahlenbündel in einem Bild punkt vereinigt werden, in einer Draufsicht oder Seitenansicht,

Fig. 3 ein optisches Positionierungssystem mit einem spiegeln den Deflektor, der im wesentlichen in der Rotations achse von dem Strahlenbündel beaufschlagt wird, in einer schaubildlichen Darstellung und

Fig. 4 vergrößert in einer Seitenansicht herausgezeichnet, das lichtablenkende Element.

In Fig. 1 ist ein optisches Positionierungssystem mit einer Lichtquelle steuerbarer Wellenlänge 1 dargestellt, in deren Strahlengang ein Wellenlängen-dispersives Element 2, ein optisch-mechanischer Ablenker 3, der um eine Drehachse 4 drehbar ist, sowie ein Abtastobjektiv 5 angeordnet ist. Das von der Lichtquelle emittierte Licht wird durch das Abtast objektiv 5 in Bildpunkten entlang einer Abtastlinie 6 abge bildet. Die Abtastbewegung 7 in der Abtastlinie 6 geht auf das Drehen des optisch-mechanischen Ablenkers 3 zurück und wird auch als betriebsmäßige oder zweite Abtastbewegung bezeichnet. Die Abtastlinie 6 ist bei einer Lichtwellenlänge λ₁ abgetastet worden. Dieser Lichtwellenlänge entspricht beispielsweise eine momentane Bildpunktposition B(λ₁). Wenn an der Lichtquelle 1 in diesem Augenblick eine andere Wellen länge eingestellt wird, springt die Bildposition hervorgerufen durch das stationäre Wellenlängen-dispersive Element 2 in die Bildposition B(λ₂). In Fig. 1 ist der Sonderfall dargestellt worden, daß beide Bildpunkte B(λ₁) und B(λ₂) in der gleichen Abtastlinie 6 liegen. Allgemein kann jedoch in anderen Aus führungsformen die erste Ablenkbewegung, die durch die Ände rung der Wellenlänge der Lichtquelle 1 hervorgerufen wird, in jeder Richtung zu der zweiten Ablenkbewegung erfolgen.

In dem Positionierungssystem gemäß Fig. 2 sind drei Licht quellen, die unterschiedliche Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃ emittieren, mit 8, 9 und 10 bezeichnet. Die Strahlenbündel, die von diesen Lichtquellen ausgehen, treffen sich in einem Wellenlängen-dispersiven Element 11, durch welches sie im Abstand zueinander als Bildpunkte B(λ₁), B(λ₂) und B(λ₃) auf einer nicht dargestellten Abtastfläche positioniert werden. Die relative Lage der Bildpunkte B(λ₁), B(λ₂), B(λ₃) kann durch Einstellung der Wellenlänge der Lichtquellen 8-10 verändert werden. Durch einen mechanischen Deflektor, der zur Vereinfachung nicht dargestellt ist, können die drei Bild punkte in der dargestellten Lage neben- bzw. übereinander entlang der Abtastlinie bewegt werden.

In dem Positionierungssystem nach Fig. 3 wird ein optisch mechanischer Ablenker (Deflektor 12) verwendet, der im ein zelnen in Fig. 4 dargestellt ist. Der optisch-mechanische Ablenker rotiert um eine ideelle Drehachse 13 und ist durch eine spiegelnde Fläche 14 symbolisiet. Ein Wellenlängen dispersives Element 15 ist in dem optisch-mechanischen Ab lenker integriert, so daß es mitgedreht wird. Ein Strahlen bündel 16 trifft in Richtung der ideellen Drehachse 13 auf das Wellenlängen-dispersive Element 15 und die spiegelnde Fläche 14, wobei das Strahlenbündel 16 aus zwei Teilstrahlen bündeln 17 und 18 der Lichtquellen 19 und 20, siehe Fig. 3, bestehen kann. Die Teilstrahlenbündel 17 und 18 mit den Wellenlängen λ₁ und λ₂ werden durch ein halbdurchlässiges optisches Element 21 zu dem Strahlenbündel 16 vereinigt. Ein Abtastobjektiv 22, siehe Fig. 3, ist im Ausgangsstrahlengang des Wellenlängen-dispersiven Elements 15 zwischen dem Deflek tor und einer nicht bezeichneten Bildebene so angeordnet, daß die Bildpunkte in der planen Bildebene positioniert werden. Die Abtastlinien 23 und 24 sind durch das Wellenlängen-disper sive Element 15 hier senkrecht zu der Abtastdrehung versetzt und werden deshalb im wesentlichen parallel verschoben über der Bildebene abgelenkt.

Mit einem solchen Positionierungssystem lassen sich auch bei vorgesehener vorteilhafter 90°-Umlenkung im mechanischen Ablenker oder Deflektor multiple parallele Schreibspuren verwirklichen.

In Fig. 4 ist im einzelnen dargestellt, wie der Austritts winkel W(λ₁) und W(λ₂) sowie W(λ₃) von den Lichtwellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃ abhängen. Die Lichtwellenlängen können dabei von mehreren Lichtquellen ausgehend gleichzeitig in dem Strahlenbündel 16 auftreten oder aber zeitlich nacheinander von nur einer umgesteuerten Lichtquelle emittiert werden.

Das Abtastobjektiv 22 wird vorzugsweise in der Meridional ebene durch das mittels der spiegelnden Fläche 14 um 90° umgelenkte Strahlenbündel 18 der Wellenlänge λ₂ durchlaufen. Das Strahlenbündel der Wellenlänge λ₁ geht geringfügig außer halb der Meridionalebene durch das Abtastobjektiv hindurch.

Claims

1. Optisches Positionierungssystem für mindestens einen Bildpunkt (B) mit mindestens einem ersten lichtablenken den, Wellenlängen-dispersiven Element (2), mit welchem mindestens ein von einer Lichtquelle (1) steuerbarer Lichtwellenlänge ausgehendes Strahlenbündel in einer ersten Ablenkbewegung ablenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste lichtablenkende Element (2) in einem Strah lengang eines zweiten lichtablenkenden Elements (3) ange ordnet ist, mit welchem das Strahlenbündel zusätzlich ab lenkbar ist, daß das zweite lichtablenkende Element (3) eine wellenlängenunabhängige Ablenkung aufweist und daß der Ablenkbereich des ersten lichtablenkenden Elements klei ner als derjenige des zweiten lichtablenkenden Elements ist.

2. Optisches Positionierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem zweiten lichtablenkenden Element (3) das Strahlenbündel in einer von der ersten Ablenkbewegung verschiedenen zweiten Ablenkbewegung (7) ablenkbar ist.

3. Optisches Positionierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Positionierung mehrerer Bildpunkte (Bλ₁, Bλ₂, Bλ₃) eine entsprechende Anzahl Lichtquellen (8, 9, 10) unterschiedlicher, einstellbarer Wellenlängen vorgesehen sind, daß von den Lichtquellen ausgehende Strahlenbündel mittels des zweiten strahlablenkenden Elements in einer gemeinsamen Ebene verlaufend abgelenkt werden und wenigstens ein zusätzliches optisches Element beaufschlagen und daß im Ausgangsstrahlengang des zusätz lichen optischen Elements wenigstens das eine Wellen längen-dispersive Element (11) so angeordnet ist, daß mit ihm die Strahlenbündel unterschiedlicher Wellenlänge vorzugsweise in einer anderen Richtung als der zweiten Ablenkrichtung voneinander getrennt werden.

4. Optisches Positionierungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche optische Element eine Optik (22) ist, welche nach dem zweiten strahlenablenkenden Element angeordnet ist, und daß die Strahlenbündel (18) durch Bewegung des zweiten, wellenlängenunabhängigen Ablenkers (3) im wesentlichen in einer Meridionalebene der Optik (22) verlaufen.

5. Optisches Positionierungssystem nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenlängen-dispersive Element (15) dergestalt in dem Strahlengang angeordnet ist, daß das ihn beauf schlagende Strahlenbündel (16) im wesentlichen recht winklig zu der zweiten Ablenkrichtung abgelenkt wird.

6. Optisches Positionierungssystem nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite lichtablenkende Element (14) Bestandteil eines optisch-mechanischen Ablenkers (12) ist.

7. Optisches Positionierungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite lichtablenkende Element (12) ein um eine Drehachse (13) rotierender spiegelnderDeflektor (14) ist, der im wesentlichen in der Rotationsachse von dem Strah lenbündel (16) beaufschlagt wird.

8. Optisches Positionierungssystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenlängen-dispersive Element (15) mit dem bewegten, insbesondere rotierenden Teil des optisch mechanischen Ablenkers (12) fest verbunden ist.

9. Optisches Positionierungssystem nach einem der vorangehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle einen Laser umfaßt, dessen Wellenlänge einstellbar ist.

10. Optisches Positionierungssystem nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite lichtablenkende Element ein optisch akustischer Ablenker ist.

11. Optisches Positionierungssystem für mindestens einen Bild punkt, der mittels je eines Strahlenbündels, welches von je einer spektral schmalbandigen Lichtquelle ausgeht, sowie mittels mindestens insgesamt eines Wellenlängen dispersiven Elements, welches die Strahlenbündel beauf schlagen, erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Lichtquelle einer diskreten Wellenlänge mit den von dem Lichtbündel, welches von dieser Lichtquelle ausgeht, beaufschlagten Wellenlängen-dispersiven Elementen so kombiniert ist, daß sich insgesamt die gewünschten Bildpunktpositionen einstellen.

12. Optisches Positionierungssystem nach einem der vorangehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenlängen-dispersive Element mindestens eine ebene Gitterstruktur aufweist.

13. Optisches Positionierungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterstruktur durch wenigstens ein Hologramm gebildet ist.

14. Optisches Positionierungssystem nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenlängen-dispersive Element aus mindestens einem optischen Element besteht, in welches ein Strahlen bündel außerhalb seiner optischen Achse eindringt.

15. Optisches Positionierungssystem nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenlängen-dispersive Element mindestens eine im wesentlichen plane Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufweist, die schräg zur Achse eines beaufschlagenden Strahlenbündels orientiert ist.