DE3742510A1

DE3742510A1 - HOLOGONE SCAN SYSTEM

Info

Publication number: DE3742510A1
Application number: DE19873742510
Authority: DE
Inventors: Charles J Kramer
Original assignee: HOLOTEK Ltd
Current assignee: HOLOTEK Ltd
Priority date: 1986-12-15
Filing date: 1987-12-15
Publication date: 1988-06-23
Also published as: GB2207773A; GB8729024D0; GB2207773B; JPH01124817A

Abstract

A hologon scanner system comprises: a planar light transmissive member 10 having a diffraction grating formed thereon; means (e.g. a laser) for providing a beam of light incident upon an area of the planar light transmissive member; means 18 for rotating the planar light transmissive member about an axis with the grating member 10 inclined at a predetermined angle to the axis so that a beam of light propagating in the direction of the axis is diffracted by the grating member 10 to produce a diffracted beam transverse to the axis and which scans e.g. a substantially bow free line across an image surface. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Laserabtastsysteme, die eine im wesentlichen bogenfreie Abtastlinie oder Zeile über einer Aufnahmeoberfläche vorsehen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Abtastsystem unter Verwendung einer Hologonablenkvorrichtung (ein auf dem Beugungsgitter basierendes Ablenkelement), die um eine Achse drehbar ist, wobei der Winkel, über den ein Laserstrahl bei Ausführung der Abtastlinie abtastet, gleich dem Winkel ist, um den die Hologonablenkvorrichtung (Hologondeflektor) sich dreht.The invention relates to laser scanning systems, the one essentially non-arcuate scan line or line over one Provide the receiving surface. The invention relates in particular to a scanning system using a hologone deflector (one based on the diffraction grating Deflection element) which is rotatable about an axis, the Angle over which a laser beam runs when the scan line is executed scans is equal to the angle through which the hologone deflector (Hologone deflector) rotates.

Die Erfindung ist besonders geeignet zur Anwendung in Laserdruckern, wo die genaue Wiedergabe verschiedener Bilder einschließlich alphanumerischer Zeilen graphischer und Halbtonbilder von der Geradigkeit und Regelmäßigkeit (Kollinearität) der Abtastungen bei der Ausführung aufeinanderfolgender Linien oder Zeilen der Bilder abhängt, und wo die Gleichheit des Drehwinkels und des Strahlabtastwinkels die Modulation des Strahls längs der Linie oder Zeile vereinfacht, insbesondere bei der Synchronisierung der Modulationssignale mit der Bewegung des Strahls.The invention is particularly suitable for use in laser printers, where the exact rendering including various images alphanumeric lines of graphic and halftone images straightness and regularity (collinearity) of the scans when executing successive Lines or lines of pictures depends, and where the equality the angle of rotation and the beam scanning angle the modulation simplified the beam along the line or line, in particular when synchronizing the modulation signals with the movement of the beam.

Laserabtaster müssen wiederholt kollineare, gerade Linien mit hoher Pixel-zu-Pixel-Gleichförmigkeit und keinem Verlust an Pixeln erzeugen, um so die qualitativ hochstehende Reproduktion der Bilder zu ermöglichen. Um die für eine hohe Auflösung besitzende Anwendungsfälle erforderliche hohe Pixel- Dichte zu erreichen, muß das Abtastsystem für die sogenannte Flachfeld-Abbildung in der Lage sein. Für solche Abbildungs- Anwendungsfälle muß der Bogen der Abtastlinie im wesentlichen eliminiert werden, und auch Kreuzabtastfehler infolge von beispielsweise Wobble im Deflektor, und ferner müssen Facette-zu-Facette-Nichtgleichförmigkeiten kompensiert werden.Laser scanners must repeatedly have collinear, straight lines with high pixel-to-pixel uniformity and no loss of pixels in order to produce the highest quality reproduction of the pictures. To that for a high resolution possessing use cases required high pixel To achieve density, the scanning system for the so-called Flat field imaging will be able to. For such mapping Applications, the arc of the scan line must essentially are eliminated, and also cross-scanning errors as a result from, for example, wobble in the deflector, and also must Facet-to-facet non-uniformities can be compensated for.

Um Bogen- und Kreuzabtastfehler zu eliminieren, wurden bereits verschiedene Abtastsysteme beschrieben. US-PS 44 75 787 schlägt ein System zur Eliminierung von Kreuzabtastfehlern in einem Drehspiegelabtaster vor. Dieses System ist teuer in der Ausbildung, da es Spiegeloberflächen mit einer Flachheit einer Genauigkeit von ungefähr ¹/₁₆ einer Wellenlänge des Laserlichts erfordert. Weitere Möglichkeiten zur Eliminierung von Bogen und Kreuzabtastungsfehlern in Hologonabtastern, vorgesehen durch Multi-Facetten-holographische Deflektoren, sind in den folgenden Artikeln von Charles J. Kramer beschrieben: "Holographic Laser Scanners for Nonimpact Printing", Laser Focus, Juni 1981, Seite 70, und "High Speed Read/Write Techniques for Advanced Printing and Data Handling", Proceedings of SPIE, 390, 165 (1983). US-PS 45 83 816 (Kramer) beschreibt ein System zum Vorsehen einer im wesentlichen bogenfreien Abtastung. US PS 42 39 326 und 43 25 601 beschreiben Verfahren zur Kompensation von Kreuzabtastfehlern in holographischen Scheiben oder Platten und in konischen Deflektoren mit holographischen Facetten von konischer Gestalt, wobei es sich hier um eine kostspielige Realisierung handelt, da die holographischen Deflektoren nicht flache Körper sind und weil die erforderlichen optischen Elemente (Linsen und Spiegel) präzise anzuordnen sind, um die Kompensation der Fehler zu bewirken.To eliminate arc and cross-scan errors, have already been different scanning systems described. U.S. PS 44 75 787 proposes a system for eliminating cross-scanning errors in a rotating mirror scanner. This system is expensive in training because it has mirror surfaces a flatness with an accuracy of approximately ½ one Wavelength of laser light required. More options to eliminate arcs and cross-scanning errors in Hologone scanners provided by multi-facet holographic Deflectors are featured in the following articles by Charles J. Kramer described: "Holographic Laser Scanners for Nonimpact Printing ", Laser Focus, June 1981, page 70, and "High Speed Read / Write Techniques for Advanced Printing and Data Handling ", Proceedings of SPIE, 390, 165 (1983). US-PS 45 83 816 (Kramer) describes a system for provision an essentially arc-free scan. US PS 42 39 326 and 43 25 601 describe methods for compensating for Cross-scanning errors in holographic disks or plates and in conical deflectors with holographic facets of conical shape, which is an expensive one Realization acts because of the holographic deflectors are not flat bodies and because the required arrange optical elements (lenses and mirrors) precisely to compensate for the errors.

Holographische Scheibendeflektoren (Ablenkvorrichtungen) mit Facetten, angeordnet an der Oberfläche der Scheibe, haben den zusätzlichen Nachteil, daß der vom Laserstrahl gebildete Winkel (der Abtastwinkel R _s) beim Abtasten längs der Linie auf der Oberfläche der Aufnahmevorrichtung (Rezeptor) (im folgenden unabhängig von der Krümmung als die Bildebene bezeichnet) nicht gleich dem Drehwinkel der Scheibe ist. Der Abtastwinkel R _s ist größer als der Drehwinkel R _R, und zwar um einen Faktor gleich der Wellenlänge zum Gitterperiodenverhältnis λ/D, und zwar für den Fall, wo der Einfallswinkel annähernd gleich dem Beugungswinkel ist, (R _i = R _d). Dieser Faktor zwischen dem Abtastwinkel und dem Drehwinkel (Abtastfaktor) ist normalerweise abhängig vom Drehwinkel nicht konstant und führt daher in die Pixel-Anordnung eine Verzerrungsfehlerquelle ein. Wenn der Beugungswinkel 45° beträgt, dann ist R _s annähernd gleich 1,4142 R _R. Einen holographischen Scheibendeflektor verwendende Systeme sind nachteilig insofern, als die Synchronisation des Signals, welches den Laserstrahl bei seiner Abtastung über die Bildebene während der elektronischen Abbildung mit der Drehung des Deflektors nicht möglich ist, ohne eine spezielle Zeitsteuerschaltung, Wellenkodiermittel oder Linsensysteme, die derart ausgelegt sind, daß sie diese Nicht-Linearität des Abtastfaktors mit dem Drehwinkel berücksichtigen.Holographic disk deflectors (deflection devices) with facets, arranged on the surface of the disk, have the additional disadvantage that the angle formed by the laser beam (the scanning angle R _s ) when scanning along the line on the surface of the recording device (receptor) (hereinafter independent of the curvature referred to as the image plane) is not equal to the angle of rotation of the disk. The scanning angle R _s is greater than the angle of rotation R _R , namely by a factor equal to the wavelength to the grating period ratio λ / D, for the case where the angle of incidence is approximately equal to the angle of diffraction ( R _i = R _d ). This factor between the scanning angle and the rotation angle (scanning factor) is normally not constant depending on the rotation angle and therefore introduces a distortion error source into the pixel arrangement. If the angle of diffraction is 45 °, then R _{s is} approximately equal to 1.4142 R _R. Systems using a holographic disk deflector are disadvantageous in that the synchronization of the signal, which is not possible for the laser beam when it is scanned across the image plane during electronic imaging with the rotation of the deflector, without a special timing control circuit, shaft coding means or lens systems designed in this way that they take into account this non-linearity of the sampling factor with the angle of rotation.

Es ist ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Hologonabtastsystem vorzusehen, und zwar unter Verwendung eines planaren Hologondeflektorelements oder von solchen Elementen, das oder die eine im wesentlichen bogenfreie Abtastlinie oder -zeile erzeugen, und zwar im wesentlichen frei von Kreuzabtastfehlern infolge einer Wobble- Eigenschaft des Deflektors und von Zentrierungsfehlern, wobei ferner der Deflektordrehwinkel und der Abtastwinkel des abgelenkten Strahls für sämtliche Abtastwinkel einander gleich sind.It is a main object of the present invention to improve To provide hologone scanning system using a planar hologone deflector element or such elements, the one or the essentially bow-free Generate scan line or line, essentially free of cross-scanning errors as a result of a wobble Property of the deflector and centering errors, whereby also the deflector rotation angle and the scanning angle of the deflected beam for all scanning angles to each other are the same.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Hologonabtastsystem vorzusehen, welches eine im wesentlichen bogen- und kreuzabtastfehlerfreie gerade Abtastlinie liefert, wobei die Realisierung mit kostengünstigen planaren Hologonelementen in Anordnung mit einem drehbaren Halter möglich ist und wobei ferner die Herstellung mit niedrigen Kosten erfolgen kann und keine Empfindlichkeit gegenüber der Position der optischen Elemente darinnen besteht.Another object of the invention is to provide an improved one Hologone scanning system, which is essentially a straight and scanning line free of arcs and cross-scans delivers, the realization with inexpensive planar hologone elements in arrangement with a rotatable one Holder is possible and furthermore the production with low Cost can be made and no sensitivity to the position of the optical elements in it.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Hologonabtastsystem vorzusehen, welches im wesentlichen bogenfreie gerade Abtastzeilen (Linien) erzeugt, die sehr große Abtastwinkel gestatten, wodurch die Brennweite der optischen Vorrichtungen (Linsen oder Spiegel) außerhalb des Deflektors oder infolge der Brechkraft im holographischen Gitter) die erforderlich sind, um eine gewünschte Abtastlänge zu erzeugen (die Länge der Abtastlinie an der Rezeptoroberfläche).Another object of the present invention is to provide an improved hologone scanning system, which in generates essentially arc-free straight scan lines (lines), allow the very large scanning angle, which makes the Focal length of optical devices (lenses or mirrors) outside the deflector or due to refractive power in the holographic Grid) which are required to achieve a desired one Generate scan length (the length of the scan line on the receptor surface).

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Hologonabtastsystem vorzusehen, wo die Punktgröße und -form (der Querschnitt des Laserstrahls an der Oberfläche des Rezeptors) nicht beeinflußt werden durch den Drehwinkel des Deflektors oder durch die Wobble-Eigenschaft des Deflektors.Another object of the present invention is to provide an improved hologone scanning system where the Dot size and shape (the cross section of the laser beam the surface of the receptor) are not affected by the angle of rotation of the deflector or by the wobble property of the deflector.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Hologonabtastsystem vorzusehen, wo der einfallende Laserstrahl einen konstanten relativen Winkel bezüglich des mit dem Drehgitter assoziierten Koordinatensystems derart aufrechterhält, daß ein kollimierter einfallender Strahl parallel zur Drehachse des Gitters oder kollinear damit dann, wenn sich das Gitter quer durch die Drehachse erstreckt, durch das Gitter gebeugt wird, um einen gebeugten Strahl senkrecht zur Drehachse zu erzeugen, wodurch eine bogenfreie gerade Abtastlinie vorgesehen wird, und wobei der Einfallsstrahlwinkel R _i gleich ist dem Beugungswinkel (R _d), um so die Kreuzabtastungswinkelposition des Strahls entlang der Abtastlinie unempfindlich gegenüber Deflektor-Wobble zu machen (beispielsweise mit dem Hologon-Wobble in Beziehung stehende Strahlversetzungsverschiebungen).Another object of the invention is to provide a hologone scanning system where the incident laser beam maintains a constant relative angle with respect to the coordinate system associated with the rotating grating such that a collimated incident beam is parallel or collinear with the grating axis of rotation when the grating is transverse extending through the axis of rotation through which grating is diffracted to produce a diffracted beam perpendicular to the axis of rotation, thereby providing an arc-free straight scan line, and wherein the incident beam angle R _{i is} equal to the diffraction angle ( R _d ) so as to cross-scan the position of the beam insensitive to deflector wobble along the scan line (for example, beam displacement shifts related to the hologone wobble).

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Hologonabtastsystem vorzusehen, welches ein Drehgitter verwendet, das eine holographische optische Linse vorsieht, die einen kollimierten Eingangsstrahl auf einem Punkt an der Rezeptoroberfläche fokusiert, wobei der Punkt eine im wesentlichen bogenfreie kreuzabtastungsfehlerfreie Abtastlinie längs der Rezeptoroberfläche beschreibt.Another object of the invention is a hologone scanning system to provide which uses a rotating grille which provides a holographic optical lens that one collimated input beam at a point on the receptor surface focused, the point being essentially one arc-free cross-scan error-free scan line along the Describes the receptor surface.

Ferner bezweckt die Erfindung ein Hologonabtastsystem anzugeben, welches die Verwendung eines einfallenden Strahls mit sehr großer Apertur gestattet, und zwar dadurch, daß man den Hologondeflektor bezüglich der Drehachse des Deflektors derart zentriert, daß fast seine gesamte Oberfläche zur Ablenkung des Strahls verwendet werden kann, wodurch die Auflösung des durch das System erzeugten Bildes erhöht wird.Furthermore, the invention aims to provide a hologone scanning system which involves using an incident beam very large aperture allowed, namely that the Hologone deflector with respect to the axis of rotation of the deflector centered so that almost its entire surface is for distraction of the beam can be used, increasing the resolution of the image generated by the system is increased.

Ferner wird erfindungsgemäß ein Hologondeflektorsystem vorgesehen, welches mit einem Deflektor kleinen Durchmessers realisiert werden kann, wobei dieser mit sehr hohen Geschwindigkeiten gedreht wird, und zwar insbesondere geeignet für schnelle Abbildanwendungsfälle wie bei mit hoher Geschwindigkeit betriebenen internen Trommelabbildsystemen.Furthermore, a hologone deflector system is provided according to the invention, which with a small diameter deflector can be realized, this at very high speeds is rotated, particularly suitable for fast imaging applications such as at high speed operated internal drum imaging systems.

Ferner sieht die Erfindung ein Hologondeflektorsystem vor, welches einen Hologondeflektor mit einer oder mehreren planaren Facetten verwendet, die auf flachen Substraten hergestellt werden können, die leichter herstellbar sind, als Facetten mit gekrümmten (beispielsweise zylindrischen oder konischen) Oberflächen, und die anders als gekrümmte Facetten gleiche Einfalls- und Beugungswinkel für eine verminderte Kreuzabtastfehlerempfindlichkeit gegenüber Deflektor- Wobble vorsehen, und die ferner derart einstellbar sind, daß Facetten-Differenzen nach der Herstellung kompensiert werden können (wobei es sich bei den Facetten-Differenzen beispielsweise handelt um den Facetten-Intensitätsdurchlaß, Facetten-Substratkeil und Facetten-Gitterperiodizität).The invention further provides a hologone deflector system, which is a hologone deflector with one or more planar Facets used that are made on flat substrates can be, which are easier to manufacture than Facets with curved (e.g. cylindrical or conical) surfaces, and the other than curved facets same angles of incidence and diffraction for a reduced Cross-scan error sensitivity to deflector Provide wobble, and which are further adjustable in such a way that facet differences are compensated for after manufacture can be (being the facet differences for example, the facet intensity transmission, Faceted substrate wedge and faceted lattice periodicity).

Die Erfindung bezweckt ferner einen Hologonabtaster vorzusehen, der eine Vielzahl von individuellen Gitter-Facetten besitzt, die in einstellbarer Weise innerhalb eines drehbaren Halters angeordnet sind, und wobei die Einstellung derselben möglich ist, und zwar durch Kippen oder Neigen der Facetten, um von Facette zu Facette den Kreuzabtastfehler zu kompensieren, der durch kleine Differenzen in der Gitterperiode hervorgerufen wird, ferner durch die sogenannte Substratkeilbildung oder durch festliegende Neigungen der Welle des Motors, der in Antriebsbeziehung mit dem Hologonabtaster steht.The invention also aims to provide a hologone scanner, of a variety of individual grid facets possesses that is adjustable within a rotatable Holder are arranged, and the setting of the same is possible, by tilting or tilting the Facets to cross-scan errors from facet to facet compensate for that by small differences in the grating period is caused, also by the so-called substrate wedge formation or by fixed inclinations of the shaft of the motor, which is in drive relation with the hologone scanner stands.

Kurz gesagt, verwendet ein erfindungsgemäßes Hologonabtastsystem mindestens ein planares lichtdurchlässiges Glied mit einem darauf ausgebildeten holographischen Diffraktionsgitter. Das Gitter ist vorzugsweise ein holographisches Gitter. Das Gitter ist um eine Achse drehbar und ist vorzugsweise Teil einer Anordnung mit einem Halter, der um die Achse durch einen Motor gedreht wird. Das Gitter ist mit einem vorbestimmten Winkel gegenüber der Achse derart geneigt, daß der in Richtung längs der Achse sich fortpflanzende Laserlichtstrahl, vorzugsweise kollimiertes Lichtkollinear oder parallel zur Achse durch das Gitter gebeugt wird, um einen gebeugten Strahl quer und möglicherweise senkrecht zur Achse zu erzeugen, der eine bogenfreie Linie über eine Bildoberfläche hinweg über einen Abtastwinkel R _s abtastet, der gleich dem Drehwinkel R _R des Gitters ist. Der vorbestimmte Winkel, mit dem das Gitter geneigt ist, ist derart gewählt, daß der Winkel zwischen der Richtung des sich längs der Achse fortpflanzenden Strahls und der normalen zum Gitter, wenn vorhanden, der Einfallswinkel des Strahles auf das Gitter R _i und der Beugungswinkel R _d des gebeugten aus dem Gitter austretenden Strahls sich zum vorbestimmten Winkel addieren, der 90° sein kann, und wobei ferner sin R _i + sin R _d gleich dem Verhältnis aus der Wellenlänge des Lichts zur Gitterperiode (λ/D) ist.In short, a hologone scanning system according to the invention uses at least one planar translucent member with a holographic diffraction grating formed thereon. The grid is preferably a holographic grid. The grid is rotatable about an axis and is preferably part of an arrangement with a holder which is rotated about the axis by a motor. The grating is inclined at a predetermined angle with respect to the axis such that the laser light beam propagating in the direction along the axis, preferably collimated light collinear or parallel to the axis, is diffracted through the grating to produce a diffracted beam transverse and possibly perpendicular to the axis, which scans an arc-free line across an image surface over a scanning angle R _s which is equal to the angle of rotation R _{R of} the grating. The predetermined angle at which the grating is inclined is chosen such that the angle between the direction of the beam propagating along the axis and the normal to the grating, if any, the angle of incidence of the beam on the grating R _i and the angle of diffraction R _{d of} the diffracted beam emerging from the grating add up to the predetermined angle, which can be 90 °, and furthermore sin R _i + sin R _d is the ratio of the wavelength of the light to the grating period ( λ / D) .

Eine Vielzahl von planaren Gittern (Hologonfacetten) kann im Halter angeordnet werden, und zwar mit Radialabstand, angeordnet gegenüber der Achse und umfangsmäßig mit Abstand voneinander um die Achse herum angeordnet. Ein einziges Gitter kann verwendet werden, welches quer zur Achse angeordnet ist und wobei vorzugsweise die Achse durch die Mitte desselben verläuft. Für den mehrere Facetten aufweisenden Hologondeflektor definieren die Facetten einen pyramidenförmigen Hologonabtaster, wenn vier Facetten verwendet werden.A variety of planar grids (hologone facets) can be found in Holders are arranged, with a radial distance, arranged with respect to the axis and circumferentially spaced apart arranged around the axis. A single grid can be used, which is arranged transversely to the axis and preferably the axis through the center thereof runs. For the multi-faceted hologone deflector the facets define a pyramid-shaped hologone scanner, when four facets are used.

Das Gitter kann Kraft derart besitzen, um den Strahl auf einen Punkt an der Rezeptoroberfläche (der Bildebene) zu fokusieren. Die Bildebene kann planar sein, wenn die Flachfeld- Abbildung erwünscht ist. Alternativ kann die Bildebene zylindrisch sein, und der Abtaster angeordnet in der Mitte des Zylinders oder der Trommel hat die Rezeptoroberfläche auf der Innenseite derselben. Der Abtaster kann längs der Achse vorwärtsbewegt werden, um aufeinanderfolgende kollineare Abtastlinien auf der zylindrischen Rezeptoroberfläche abzutasten.The grating can have force to direct the beam to focus a point on the receptor surface (the image plane). The image plane can be planar if the flat field Figure is desired. Alternatively, the image plane be cylindrical, and the scanner arranged in the middle of the cylinder or drum has the receptor surface on the inside of it. The scanner can run along the Axis are moved forward to successive collinear Scanning lines on the cylindrical receptor surface to feel.

Es kann ein Prisma verwendet werden, durch welches das einfallende kollimierte Licht zum Gitter läuft, um so das Gitter mit Einfalls- und Beugungswinkeln von weniger als 45° auszustatten (beispielsweise eine 30°-Ablenkung im Prisma und 30° gleiche Einfalls- und Ablenkwinkel). Der gebeugte Strahl tritt senkrecht zur Drehachse des Gitters aus und es ergibt sich eine bogenfreie kreuzabtastungsfehlerunempfindliche Abtastung.A prism can be used through which the incident collimated light runs to the grating, so does the grating with angles of incidence and diffraction of less than 45 ° equip (for example a 30 ° deflection in the prism and 30 ° same angles of incidence and deflection). The bowed Beam emerges perpendicular to the axis of rotation of the grating and it the result is an arc-free cross-scan error-insensitive Scanning.

Der einfallende Strahl im Einzelfacettenfall, im Mehrfachfacettenfall oder im Fall einer Facette mit Fokusierkraft erhält einen konstanten Relativwinkel bezüglich des mit dem Drehgitter bzw. den Drehgittern assoziierten Koordinatensystems, wodurch eine im wesentlichen bogenfreie gerade Abtastlinie vorgesehen wird, die wegen der gleichen Einfalls- und Beugungswinkel unempfindlich ist gegenüber Kreuzabtastfehlern, die mit dem Wobble des Gitters bei dessen Rotation assoziiert sind.The incident beam in the single facet case, in the multiple facet case or in the case of a facet with focusing power a constant relative angle with respect to the Rotating grate or the coordinate system associated with the rotating grids, creating a substantially arc-free straight scan line is provided, which because of the same and diffraction angle is insensitive to cross-scanning errors, the one with the wobble of the grid as it rotates are associated.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigtFurther advantages, aims and details of the invention result itself from the description of exemplary embodiments on the basis the drawing; shows in the drawing

Fig. 1 eine schematische teilweise geschnittene Seitenansicht eines Hologonabtastsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figure 1 is a schematic partially sectioned side view of a hologone scanning system according to an embodiment of the invention.

Fig. 2 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 eines Hologonabtastsystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; FIG. 2 shows a view similar to FIG. 1 of a hologone scanning system according to a further exemplary embodiment of the invention;

Fig. 2A eine Ansicht ähnlich Fig. 1 eines Hologonabtastsystems, wo Gitter und Linse derart geneigt sind, daß von der Bildoberfläche zurückreflektiertes Licht abgelenkt wird gegenüber der Bahn des Lichtes, welches auf das Gitter einfällt; FIG. 2A is a view similar to FIG. 1 of a hologone scanning system, where the grating and lens are inclined such that light reflected back from the image surface is deflected with respect to the path of the light which is incident on the grating;

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 eines Hologonabtastsystems, welches ein holographisches Linsenstrahldeflektorgitter gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet; Fig. 3 is a view similar to Figure 1 of a Hologonabtastsystems which uses a holographic Linsenstrahldeflektorgitter according to another embodiment of the invention.

Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 eines Hologonabtastsystems unter Verwendung eines Prismas zur Vorablenkung des einfallenden kollimierten Strahls; Fig. 4 is a view similar to Fig. 1 of a hologone scanning system using a prism to deflect the incident collimated beam;

Fig. 5 schematisch in einer Darstellung ähnlich Fig. 1 ein Hologonabtastsystem in einer Prä-Objektiv-Hologonabtastanordnung und unter Verwendung eines Paares von planaren Gitterstrahldeflektoren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; FIG. 5 shows schematically in a view similar to Figure 1, a Hologonabtastsystem in a pre-lens Hologonabtastanordnung and using a pair of planar Gitterstrahldeflektoren according to another embodiment of the invention.

Fig. 6 eine Schnittansicht längs Linie 6-6 in Fig. 7, und zwar einer Multifacetten-Hologonabtastanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; FIG. 6 shows a sectional view along line 6-6 in FIG. 7, specifically a multi-facet hologone scanning arrangement according to a further exemplary embodiment of the invention;

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 6, wobei die oberen Klemmringe entfernt sind, um so die Facetteneinheiten vollständig darzustellen; FIG. 7 is a top view of the arrangement of FIG. 6 with the upper clamping rings removed so as to fully represent the facet units;

Fig. 8 eine Seitenansicht einer der Facetteneinheiten, wie sie in der in den Fig. 6 und 7 gezeigten Anordnung verwendet werden; Fig. 8 is a side view of one of the facet units as used in the arrangement shown in Figs. 6 and 7;

Fig. 9 eine Endansicht der Facetteneinheit gemäß Fig. 8; Fig. 9 is an end view of the facet assembly shown in Fig. 8;

Fig. 10 eine schematische Schnittansicht längs Linie 10-10 in Fig. 11, wobei ein Prä-Objektiv-Hologonabtastsystem entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt ist, welches in gewisser Weise dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ähnelt; Fig. 10 is a schematic sectional view taken along line 10-10 in Fig. 11, showing a pre-objective hologone scanning system according to another embodiment, which is somewhat similar to the embodiment of Fig. 2;

Fig. 11 eine Draufsicht auf das Abtastsystem der Fig. 10; Fig. 11 is a top view of the scanning system of Fig. 10;

Fig. 12 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Hologonabtastsystems, wo der Abtaststrahl, derart angeordnet ist, daß er kollineare Linien auf eine zylindrische Oberfläche abtastet, welche die Bildebene am Innenumfang einer Trommel definiert; Fig. 12 is a schematic view of a hologone scanning system according to the invention, where the scanning beam is arranged to scan collinear lines on a cylindrical surface which defines the image plane on the inner periphery of a drum;

Fig. 13 einen Schnitt längs Linie 13-13 in Fig. 12, und Fig. 13 is a section along line 13-13 in Fig. 12, and

Fig. 14 und 15 Ansichten ähnlich den Fig. 10 und 11, wobei ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Fig. 14 and 15 are views similar to FIGS. 10 and 11, wherein a further embodiment of the invention is shown.

Fig. 1 zeigt einen kollimierten Laserlichtstrahl, der auf einen planaren Gitterstrahldeflektor 10 auftrifft. Der Strahldeflektor (Strahlablenkvorrichtung) ist ein Hologon mit einer einzigen Facette. Das Gitter kann entweder holographisch gebildet sein, und zwar darauf repliziert, oder es kann mechanisch auf einer Seite eines Substrats gebildet sein. Der Ausdruck "Hologon" umfaßt sämtliche solche Gitter. Das Gitter 10 ist in einem Halter 12 angeordnet, der eine Austrittsöffnung oder eine Apertur 14 aufweist. Der Halter 12 hat vorzugsweise zylindrische Gestalt, kann aber ein Körper mit geraden Seiten sein. Der Halter 12 und das Gitter 10 werden um eine Achse 16 gedreht, die sich mittig durch das Gitter 10 erstreckt. Der einfallende Strahl pflanzt sich in der Richtung der Achse fort und verläuft vorzugsweise kollinear mit der Achse. Das Gitter 10 kann von geradliniger Gestalt sein (quadratisch, rechteckig oder mehrere Seiten aufweisen). Die Gitteroberfläche ist flach und planar (eben). Das Gitter paßt in Schlitze im Halter, welche das Gitter unter einem vorbestimmten Winkel bezüglich der Drehachse anordnen. Vorzugsweise sind der Winkel des Einfallsstrahls R _i bezüglich der Gittersubstratnormalen und der Winkel des gebeugten Strahls R _d bezüglich der Gittersubstratnormalen gleich. R _i ist an der Oberfläche des Substrats gezeigt, die entgegengesetzt zu der Oberfläche liegt, auf der das Gitter ausgebildet ist, wohingegen R _d auf der Seite des Substrats gezeigt ist, auf der das Gitter ausgebildet ist. Es gibt einen kleinen Beugungswinkel innerhalb des Substrats, der praktisch die R _i = R _d Bedingung nicht beeinflußt. Fig. 1 shows a collimated beam of laser light incident on a planar Gitterstrahldeflektor 10th The beam deflector is a single facet hologone. The grid can either be holographically formed, replicated thereon, or mechanically formed on one side of a substrate. The term "hologon" encompasses all such grids. The grating 10 is arranged in a holder 12 which has an outlet opening or an aperture 14 . The holder 12 is preferably cylindrical in shape, but can be a body with straight sides. The holder 12 and the grid 10 are rotated about an axis 16 which extends centrally through the grid 10 . The incident beam propagates in the direction of the axis and is preferably collinear with the axis. The grid 10 can be of a rectilinear shape (square, rectangular or have several sides). The grid surface is flat and planar (flat). The grid fits into slots in the holder which arrange the grid at a predetermined angle with respect to the axis of rotation. Preferably, the angle of the incident beam R _i are relative to the grating substrate normal and the angle of the diffracted beam R _d with respect to the grating substrate Normals. R _i is shown on the surface of the substrate opposite to the surface on which the grid is formed, whereas R _{d is shown} on the side of the substrate on which the grid is formed. There is a small diffraction angle within the substrate that practically does not affect the R _i = R _d condition.

Die Anordnung aus dem Gitterhalter 12 und dem Gitter 10 wird um die Drehachse 16 mittels eines Motors 18 gedreht, dessen Welle 20 mit dem Halter 12 verbunden ist. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die Befestigungsgrundplatten für den Motor nicht dargestellt.The arrangement of the grating holder 12 and the grating 10 is rotated about the axis of rotation 16 by a motor 18 whose shaft 20 is connected to the holder 12th To simplify the illustration, the mounting base plates for the motor are not shown.

Das in Fig. 1 gezeigte Abtastsystem gehört zu einer Prä-Objektiv- Konfiguration und besitzt eine Fokusierlinse 22, die mit ihrer optischen Achse senkrecht zur Drehachse 16 angeordnet ist. Die Linse fokusiert den aus dem Gitterhalter austretenden gebeugten Strahl auf eine Rezeptoroberfläche 24, welche die Bildebene vorsieht. Ein Umlenk- oder Faltspiegel 26 kann zwischen der Linse und der Bildebene 24 verwendet werden, um die Länge des Abtastsystems zu vermindern. Die Fokusierlinse ist eine Mehrelementlinse, welche den gebeugten Strahl in einen Punkt auf der Bildebene fokusiert. Der Punkt wird während jeder Drehung des Gitters 10 einmal längs der Abtastlinie abgetastet. Der Gitterhalter und die Anordnung können einen kleinen Durchmesser besitzen und ein geringes Gewicht aufweisen, um so eine Drehung mit hoher Geschwindigkeit zu ermöglichen. Die Konfiguration des Halters, insbesondere dann wenn diese zylindrisch geformt ist, minimieren die Luftverluste.The scanning system shown in FIG. 1 belongs to a pre-objective configuration and has a focusing lens 22 which is arranged with its optical axis perpendicular to the axis of rotation 16 . The lens focuses the diffracted beam emerging from the grating holder onto a receptor surface 24 which provides the image plane. A deflecting or folding mirror 26 can be used between the lens and the image plane 24 to reduce the length of the scanning system. The focusing lens is a multi-element lens that focuses the diffracted beam into a point on the image plane. The point is scanned once along the scan line during each rotation of the grating 10 . The grid holder and assembly can be small in diameter and light in weight so as to enable rotation at high speed. The configuration of the holder, especially if it is cylindrical in shape, minimizes air loss.

Das Hologonabtastsystem mit dem planaren Gitter erzeugt eine bogenfreie Abtastlinie mit einer Kreuzabtastungswinkelposition, die im wesentlichen unempfindlich ist gegenüber Deflektor- Wobble und Zentrierungsfehlern, was weiter unten noch im einzelnen erläutert wird. In dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel liegt die Gitteroberfläche, wo die Beugung auftritt, unter dem Winkel von 45° gegenüber der Drehachse 16 des Halters 12, die kollinear mit der Achse der Motorwelle 20 verläuft. Unter diesen Bedingungen ist ein einfallender kollimierter Lichtstrahl, der sich entlang der Drehachse fortpflanzt, ebenfalls kollinear mit der Drehachse 16 und besitzt daher einen konstanten Einfallswinkel bezüglich der Normalen zur Gitteroberfläche. Für diese Abtastgeometrie behält der einfallende Strahl also einen konstanten relativen Winkel bezüglich des mit dem Drehgitter 10 assoziierten Koordinatensystems, und daher ist der Beugungswinkel R _d vom Gitter 10 konstant mit dem Drehwinkel R _R. Es wird eine bogenfreie gerade Abtastlinie über die Bildebene 24 hinweg für diese Geometrie erhalten, wenn der gebeugte Strahl senkrecht zur Drehachse 16 verläuft. The hologone scanning system with the planar grating produces an arc-free scan line with a cross-scan angular position that is substantially insensitive to deflector wobble and centering errors, which will be explained in more detail below. In the example shown in FIG. 1, the grating surface where the diffraction occurs is at an angle of 45 ° with respect to the axis of rotation 16 of the holder 12 , which is collinear with the axis of the motor shaft 20 . Under these conditions, an incident collimated light beam that propagates along the axis of rotation is also collinear with the axis of rotation 16 and therefore has a constant angle of incidence with respect to the normal to the grating surface. For this scanning geometry, the incident beam therefore maintains a constant relative angle with respect to the coordinate system associated with the rotating grating 10 , and therefore the diffraction angle R _d from the grating 10 is constant with the rotating angle R _R. An arc-free straight scan line across the image plane 24 is obtained for this geometry when the diffracted beam is perpendicular to the axis of rotation 16 .

Wie in dem oben genannten Artikel in den "Proceedings of the SPIE" erläutert, besteht der Vorteil des Vorhandenseins eines Einfallswinkels zur Gitteroberfläche gleich dem Beugungswinkel (R _i = R _d) darin, daß die Kreuzabtastungswinkelposition des gebeugten Strahls selbstkompensiert ist bezüglich des Deflektor-Wobbles, wodurch der Kreuzabtastfehler reduziert wird.As explained in the above article in the "Proceedings of the SPIE", the advantage of having an angle of incidence to the grating surface equal to the angle of diffraction ( R _i = R _d ) is that the cross-scan angular position of the diffracted beam is self-compensated for the deflector wobble , which reduces the cross-scan error.

Wenn d⌀ die Änderung der Deflektororientierung infolge von Wobble ist, dann ist die Änderung des Beugungswinkels dR _d bezüglich der festen Bildebenenkoordinaten die folgende:If d⌀ is the change in deflector orientation due to wobble, then the change in diffraction angle d R _d with respect to the fixed image plane coordinates is as follows:

Für R _i = R _d und kleine Werte von ⌀ reduziert sich die Gleichung (1) auf Null.For R _i = R _d and small values of ⌀, equation (1) is reduced to zero.

Für die in Fig. 1 gezeigte Abtastergeometrie ist der Einfallsstrahlwinkel R _i bezüglich der Normalen (der) Oberfläche des Gitters 10 45° und der Beugungswinkel R _d bezüglich dieser Gitternormalen ist ebenfalls 45°. Eine bogenfreie Abtastlinie, deren Kreuzabtastungswinkelposition sehr unempfindlich gegenüber Deflektor-Wobble ist, wird für die Geometrie der Fig. 1 erreicht, und zwar infolge der Tatsache, daß der gebeugte Strahl aus dem Deflektor senkrecht zur Deflektordrehachse (R _i + R _d = 90°) austritt und dadurch, daß R _i = R _d. Eine bogenfreie Abtastlinie kann für den Fall erreicht werden, wo R _i nicht gleich R _d ist. Wenn beispielsweise das Gitter 10 in Fig. 1 derart orientiert ist, daß R _i gleich 30°, R _d gleich 60° und der gebeugte Strahl senkrecht zur Drehachse 16 verläuft, so ist R _i + R _d gleich 90° und die Abtastlinie ist bogenfrei. Für diesen Fall ist der Kreuzabtastungspositionsfehler der Abtastlinie 100mal mehr empfindlich gegenüber Deflektor-Wobble als der Fall, wo R _i = R _d. For the scanner geometry shown in FIG. 1, the incident beam angle R _i with respect to the normal (the) surface of the grating 10 is 45 ° and the diffraction angle R _d with respect to this grating normal is also 45 °. An arc-free scan line, whose cross-scan angular position is very insensitive to deflector wobble, is achieved for the geometry of FIG. 1 due to the fact that the diffracted beam from the deflector is perpendicular to the deflector axis of rotation ( R _i + R _d = 90 °) emerges and in that R _i = R _d . An arc-free scan line can be achieved for the case where R _{i is} not equal to R _d . For example, if the grating 10 in FIG. 1 is oriented such that R _i is 30 °, R _d is 60 ° and the diffracted beam is perpendicular to the axis of rotation 16 , then R _i + R _d is 90 ° and the scanning line is free of arcs . In this case, the cross-scan position error of the scan line is 100 times more sensitive to deflector wobble than the case where R _i = R _d .

In einer praktischen Ausbildung der in Fig. 1 gezeigten Art, wo die Gitteranordnung des Gitters 10 und der Halter 12 fest an der Welle 20 des Motors angeordnet sind, ist ein fester Kipp- oder Neigungswinkel der Drehachse 16 des Gitters bezüglich der Wellenachse 20 von ungefähr 1 bis 10 Bogenminuten normalerweise infolge von Herstellungstoleranzen unvermeidbar. Selbst 6 Minuten eines festen Kippwinkels würden auf 1,25 Sekunden des festen Abtaststrahlneigungswinkels an der Bildebene für den Fall reduziert, wo R _i = R _d. Ein Vorteil des Abtastsystems besteht darin, daß dieser feste Neigungswinkel keine relativen Änderungen in der Kreuz- oder Querabtastungsposition zwischen den Abtastungen für das Einzel- Facetten-Deflektorgitter 10 bewirkt, da der Kipp- oder Neigungswinkel der gleiche ist für jede Abtastlinie oder -zeile. Der Substratkeil des Gitters 10 führt keinen Kreuzabtastfehler ein, weil er den gleichen Neigungsfehler pro Abtastung erzeugt.In a practical embodiment of the type shown in FIG. 1, where the grating arrangement of the grating 10 and the holder 12 are fixedly arranged on the shaft 20 of the motor, a fixed tilt or inclination angle of the axis of rotation 16 of the grating with respect to the shaft axis 20 is approximately 1 to 10 minutes of arc typically unavoidable due to manufacturing tolerances. Even 6 minutes of a fixed tilt angle would be reduced to 1.25 seconds of the fixed scan beam tilt angle at the image plane for the case where R _i = R _d . An advantage of the scanning system is that this fixed tilt angle does not cause relative changes in the cross or cross scan position between scans for the single facet deflector grating 10 because the tilt or tilt angle is the same for each scan line or line. The substrate wedge of the grating 10 does not introduce a cross-scan error because it produces the same tilt error per scan.

Relative Änderungen des festen Deflektorneigungswinkels (Zufalls-Wobble) infolge von Motorlagerungenauigkeiten und/oder -vibrationen ist der Grund des Kreuzabtastfehlers. Solche Fehler werden im wesentlichen eliminiert durch die Verwendung gleicher Einfalls- und Beugungswinkel. Man betrachtet beispielsweise einen Beispielsfall, wo die Motorlagerungenauigkeit und/oder -vibrationen einen maximalen Wobble-Fehler zwischen der Motorwellenachse und der Drehachse 16 von ungefähr 5 Bogensekunden hervorrufen. Gemäß der Gleichung (1) ist der sich ergebende Kreuzabtastfehler für ein Gitter mit R _i gleich R _d gleich 45° 2,42 × 10^-⁴ Sekunden. Diese Größe der Versetzung im gebeugten Strahl ist so klein, daß sie mit konventionellen optischen Instrumenten nicht gemessen werden kann.Relative changes in the fixed deflector tilt angle (random wobble) due to motor bearing inaccuracies and / or vibrations is the reason for the cross-scanning error. Such errors are essentially eliminated by using the same angles of incidence and diffraction. For example, consider an example where the motor bearing inaccuracy and / or vibration causes a maximum wobble error between the motor shaft axis and the axis of rotation 16 of approximately 5 arc seconds. According to equation (1), the resulting cross-scan error for a grid with R _i equal to R _d is 45 ° 2.42 × 10 ^{− -} seconds. This amount of dislocation in the diffracted beam is so small that it cannot be measured with conventional optical instruments.

Die Geradigkeit der Abtastlinie ist eine Funktion davon, wie senkrecht der Abtaststrahl ist bezüglich der Deflektordrehachse 16. Wenn der Abtaststrahl einen Winkel R _x bezüglich der Ebene bildet, die senkrecht zur Deflektordrehachse verläuft, so weicht die Abtastlinie von einer geradlinigen Bahn um den Wert Δ Y ab, der wie folgt gegeben ist:The straightness of the scan line is a function of how perpendicular the scan beam is with respect to the deflector axis of rotation 16 . If the scanning beam forms an angle R _x with respect to the plane which is perpendicular to the deflector axis of rotation, then the scanning line deviates from a straight line by the value Δ Y , which is given as follows:

wobei X die Verschiebung der Abtastlinie von der Mitte der Bildebene und Z die Brennweite der Fokusierlinse 22 ist (oder der Abstand von der Oberfläche 10 des Gitters, wo die Beugung auftritt, zur Mitte der Bildebene, wenn keine Linse nach dem Gitter 10 vorgesehen ist). Beispielsweise ergibt sich für den Fall, wo Z = 530 mm, X = 165 mm und R _x = 0,1°, der Wert Δ Y = 0,043 mm.where X is the displacement of the scan line from the center of the image plane and Z is the focal length of the focusing lens 22 (or the distance from the surface 10 of the grating where diffraction occurs to the center of the image plane if no lens is provided after the grating 10 ) . For example, for the case where Z = 530 mm, X = 165 mm and R _x = 0.1 °, the value Δ Y = 0.043 mm.

Es ist aus diesem Beispiel klar, daß sich eine bogenförmige Abtastlinie aus sehr kleinen Abweichungen des Abtaststrahls gegenüber dem senkrechten Verlauf zur Deflektordrehachse ergibt. Der Abtaststrahlwinkel bezüglich der Drehachse 16 wird bestimmt durch den Winkel, den die Gitter-Facette 10 mit der Achse 16 bildet, d. h. den Winkel R _i, die Wellenlänge λ, des einfallenden Lichtes auf die Gitter-Facette 10 und die Gitterperiode D. Für die Gitter-Facettennormale wird die Beziehung zwischen R _i und R _d durch die Gitter-Gleichung gegeben:It is clear from this example that an arcuate scanning line results from very small deviations of the scanning beam with respect to the perpendicular course to the deflector axis of rotation. The scanning beam angle with respect to the axis of rotation 16 is determined by the angle which the grating facet 10 forms with the axis 16 , ie the angle R _i , the wavelength λ , of the incident light on the grating facet 10 and the grating period D. For the The relationship between R _i and R _{d is given} by the lattice equation:

sin R _i + sin R _d = λ/D (3)
sin R _i + sin R _d = λ / D (3)

Für die in Fig. 1 gezeigte Geometrie gilt R _i = R _d = 45° und λ/D = 1,4142. Wenn die Gitter-Facette auf 45° bezüglich der Drehachse 16 liegt, so verläuft der abgetastete Strahl exakt senkrecht zur Drehachse und es ergibt sich eine bogenfreie Abtastlinie. Wenn die Gitter-Facette um einen kleinen Winkel gegenüber 45° zum einfallenden Strahl abweicht, so ergibt sich aus der Gleichung (1), daß der Abtaststrahl im wesentlichen senkrecht zur Drehachse 16 verläuft und die Abtastlinie wird im wesentlichen bogenfrei sein. Wenn andererseits die Gitter-Facette sich auf 45° bezüglich der Drehachse 16 befindet und R _i etwas gegenüber 45° zur Gitternormalen abweicht, so wird R _d um die gleiche Größe abweichen und kann einen meßbaren Bogen in die Abtastlinie einführen. R _i = R _d = 45 ° and λ / D = 1.4142 applies to the geometry shown in FIG. 1. If the grating facet is at 45 ° with respect to the axis of rotation 16 , the scanned beam runs exactly perpendicular to the axis of rotation and there is an arc-free scanning line. If the grating facet deviates by a small angle from the incident beam by 45 °, it follows from equation (1) that the scanning beam runs essentially perpendicular to the axis of rotation 16 and the scanning line will be essentially free of arcs. If, on the other hand, the grating facet is at 45 ° with respect to the axis of rotation 16 and R _i deviates somewhat from 45 ° to the grating normal, then R _{d will} deviate by the same size and can introduce a measurable arc into the scanning line.

Das Erfordernis einer bogenfreien Abtastlinie besteht darin, daß der einfallende Strahl parallel zur Deflektordrehachse 16 verläuft, und daß der abgelenkte Strahl senkrecht zur Drehachse 16 liegt. Diese Bedingung kann erreicht werden, selbst wenn R _i gleich R _d ist und beide diese Winkel gleich einem sich von 45° unterscheidenden Winkel sind. Beispielsweise wird eine bogenfreie Abtastung für R _i = R _d = 30° erreicht, wenn der einfallende Lichtstrahl mit einem anderen Winkel zur Drehachse abgelenkt wird, so daß die drei Winkel nämlich der Ablenkwinkel, R _i und R _d sich zu 90° addieren. Ein Abtastsystem mit einer derartigen Anordnung ist in Fig. 4 gezeigt und wird weiter unten im einzelnen diskutiert.The requirement of a bow free scan line is that the incident beam is parallel to the Deflektordrehachse 16, and that the deflected beam is perpendicular to the axis of rotation 16th This condition can be achieved even if R _{i is} equal to R _d and both these angles are equal to an angle different from 45 °. For example, an arc-free scanning for R _i = R _d = 30 ° is achieved when the incident light beam is deflected at a different angle to the axis of rotation, so that the three angles namely the deflection angle, R _i and R _d add up to 90 °. A scanning system with such an arrangement is shown in Fig. 4 and will be discussed in more detail below.

Für einige Fälle mag es nicht zweckmäßig sein, R _i gleich R _d vorzusehen, um zu vermeiden, daß zurückreflektiertes Licht vom Gitter sich zurück längs des einfallenden Strahlpfades zur Laserquelle fortpflanzt, was Geisterstrahlen oder Laserinstabilität bewirken kann. Dieses Problem kann dadurch vermieden werden, daß man den einfallenden Strahl leicht bezüglich der Gitterdrehachse 16 neigt oder kippt, und zwar durch geringfügige Änderung von g/D. Wenn λ/D gleich 1,413 ist, so kann der einfallende Strahl bezüglich der Achse 16 um 0,1° gekippt werden, oder ein Winkel von 44,9° bezüglich der Normalen-Gitteroberfläche bilden. Der Abtaststrahl bildet für diesen Fall einen Winkel von 90,0018° bezüglich der Drehachse. Es ergibt sich ein geringfügiger Bogen der Abtastlinie, der für die meisten Druck- und anderen Bildreproduzier- Anwendungsfälle unwesentlich ist.In some cases, it may not be appropriate to provide R _i equal to R _d to avoid reflected light from the grating propagating back along the incident beam path to the laser source, which can cause ghost rays or laser instability. This problem can be avoided by slightly tilting or tilting the incident beam with respect to the grating axis of rotation 16 by a slight change in g / D. If λ / D is 1.413, the incident beam can be tilted by 0.1 ° with respect to axis 16 , or form an angle of 44.9 ° with respect to the normal grating surface. In this case, the scanning beam forms an angle of 90.0018 ° with respect to the axis of rotation. There is a slight arc of the scan line that is insignificant for most printing and other image reproduction applications.

Ein signifikanter Vorteil des Abtastsystems gemäß Fig. 1 gegenüber konventionellen Hologonablenksystemen unter Verwendung von Facetten, angeordnet an einer Scheibe, wobei die Beugungsoberflächen der Facetten in einer Ebene senkrecht zur Drehachse der Scheibe liegen, besteht in der Beziehung des Strahlabtastwinkels R _s zum Drehwinkel R _R. Für ein Scheibenhologon mit einem Einfallswinkel R _i gleich dem gebeugten Winkel R _d ist die Beziehung zwischen λ/D, dem Drehwinkel R _R und dem Strahlabtastwinkel R _s die folgende: A significant advantage of the scanning system of FIG. 1 over conventional Hologonablenksystemen using facets arranged on a disc, said diffraction surfaces of the facets in a plane perpendicular are to the rotational axis of the disc, is in the relationship of Strahlabtastwinkels R _s to the rotational angle R _R. For a disk hologon with an angle of incidence R _i equal to the diffracted angle R _d , the relationship between λ / D, the angle of rotation R _R and the beam scanning angle R _{s is} as follows:

R _s = g/D R _R. (4)
R _s = g / D R _R. (4)

Wenn beispielsweise R _i = R _d = 45°, so ist λ/D=1,4142 und der Strahlabtastwinkel R _s in einem Scheibenhologon ist das 1,4142fache des Drehwinkels R _R.For example, when R _i = R _d = 45 °, it is λ / D = 1.4142 and the beam scan angle R _s is in a Scheibenhologon the 1,4142fache the rotational angle R _R.

Für die Anordnung gemäß Fig. 1 und auch jedes andere Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Abtastwinkel des abgelenkten Strahls stets gleich dem Abtastdrehwinkel und ist keine Funktion des λ/D-Verhältnisses des Gitterdeflektors. Die Gleichheit von Abtastwinkel und Drehwinkel vereinfacht sowohl die optische Konstruktion der Abtastlinse und auch des elektronischen Systems für die Modulation des Laserstrahls, um zu drucken und in anderer Weise Information auf der Rezeptoroberfläche an der Bildebene aufzuzeichnen.For the arrangement according to FIG. 1 and also every other exemplary embodiment of the invention, the scanning angle of the deflected beam is always the same as the scanning rotation angle and is not a function of the λ / D ratio of the grating deflector. The equality of scan angle and angle of rotation simplifies both the optical design of the scan lens and the electronic system for modulating the laser beam to print and otherwise record information on the receptor surface at the image plane.

Die Rotationssymmetrie des in Fig. 1 gezeigten Abtastsystems gestattet die Verwendung großer Abtastwinkel, weil die Abtastlinie im wesentlichen bogenfrei ist und das Abtaststrahlprofil konstant mit dem Deflektorgitter-Drehwinkel ist und nicht elliptisch geformtwird, wie dies der Fall für Scheibenhologonabtast-Vorrichtungen ist.The rotational symmetry of the scanning system shown in Fig. 1 permits the use of large scanning angles because the scanning line is essentially free of arcs and the scanning beam profile is constant with the deflector grating rotation angle and is not elliptically shaped as is the case for disc hologone scanners.

Die Fokusierlinse ist vorzugsweise eine Flachfeld-f-R- Linse, so daß der Abtastpunkt eine konstante Größe und Geschwindigkeit über das gesamte Abtastfeld hinweg aufweist. Nur die Tangentenfunktion muß bei der Konstruktion der Linse 22 betrachtet werden, weil der Abtastwinkel R _s gleich dem Drehwinkel R _R des Deflektors ist. Dies ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, welches die Kosten der Realisierung des Abtastsystems vermindert. Vorzugsweise ist die Linse 22 eine Flachfeld-f-R-Linse mit einem großen Abtastwinkel im Bereich von ±25° bis ±30°. Ebenfalls deshalb, weil kollimiertes Licht auf der Linse 22 einfällt, wird die Position des auf die Bildebene fokusierten Punktes nur durch Winkeländerungen in dem gebeugten Strahl beeinflußt und ist unempfindlich gegenüber Strahlverschiebungsversetzungen. Ein weiterer Vorteil der in Fig. 1 gezeigten Abtastvorrichtungsgeometrie besteht darin, daß der Gitterdeflektor 10 um die Drehachse 16 zentriert ist und daß daher seine gesamte Oberfläche gleichzeitig zur Ablenkung des einfallenden Strahls verwendet werden kann, ohne daß der Strahl abgeschnitten wird. Diese Deflektorgeometrie gestattet, daß sehr große Einfallsstrahlsaperturen verwendet werden können, und zwar verglichen mit dem Durchmesser des Deflektorgehäuses 12, und es besteht daher Eignung für Abbildanwendungsfälle mit hoher Auflösung. Die zentrierte Gitterdeflektorgeometrie stellt auch sicher, daß Änderungen in der Facetten-Beugungseffizienz nur eine Funktion relativer Änderungen im Einfallsstrahlpolarisationszustand, assoziiert mit der Deflektordrehung sind. Es gibt keine relative Änderung des Polarisationszustands, wenn ein zufällig (beliebig, random) oder zirkularpolarisierter einfallender Laserstrahl verwendet wird. Änderungen der Facetten-Beugungseffizienz sind normalerweise proportional zum Quadrat des Cosinus des Deflektordrehwinkels, wenn ein linearpolarisierter einfallender Laserstrahl verwendet wird.The focusing lens is preferably a flat field f - R lens, so that the scanning point has a constant size and speed over the entire scanning field. Only the tangent function has to be considered in the construction of the lens 22 because the scanning angle R _{s is} equal to the angle of rotation R _{R of} the deflector. This is another feature of the invention which reduces the cost of implementing the scanning system. The lens 22 is preferably a flat field f - R lens with a large scanning angle in the range from ± 25 ° to ± 30 °. Also because collimated light is incident on the lens 22 , the position of the point focused on the image plane is only affected by angular changes in the diffracted beam and is insensitive to beam displacement dislocations. Another advantage of the scanner geometry shown in Fig. 1 is that the grating deflector 10 is centered about the axis of rotation 16 and therefore its entire surface can simultaneously be used to deflect the incident beam without cutting the beam. This deflector geometry allows very large incidence beam apertures to be used compared to the diameter of the deflector housing 12 and is therefore suitable for high resolution imaging applications. The centered grating deflector geometry also ensures that changes in facet diffraction efficiency are only a function of relative changes in the incident beam polarization state associated with deflector rotation. There is no relative change in the state of polarization when an incident (random) or circularly polarized incident laser beam is used. Changes in facet diffraction efficiency are usually proportional to the square of the cosine of the deflector angle of rotation when using a linearly polarized incident laser beam.

Ein Nachteil der Einzel-Facetten-Deflektorgeometrie der Fig. 1 besteht darin, daß der Arbeitszyklus des Abtastsystems niedrig ist, wenn die Bildebene 24 eine flache Oberfläche ist. Der Arbeitszyklus des Abtastsystems kann für den Einzel- Facetten-Deflektor sehr hoch sein, wenn die Bildebene die Form einer Zylinderoberfläche aufweist, und zwar mit einer Symmetrieachse kollinear mit der Deflektordrehachse 16 ist. Unter diesen Bedingungen kann fast der gesamte 360°- Drehwinkel des Deflektors bei der Abtastung jeder Linie verwendet werden. Die Kollinearität der Zylinderoberflächenachse mit der Deflektordrehachse stellt sicher, daß jede Abtastlinie gerade ist, und zwar selbst dann, wenn der abgelegte Strahl nicht senkrecht zur Deflektordrehachse verläuft.A disadvantage of the single facet deflector geometry of Fig. 1 is that the scan system's duty cycle is low when the image plane 24 is a flat surface. The working cycle of the scanning system can be very high for the single-facet deflector if the image plane has the shape of a cylinder surface, and that is with a symmetry axis is collinear with the deflector axis of rotation 16 . Under these conditions, almost the entire 360 ° angle of rotation of the deflector can be used when scanning each line. The collinearity of the cylinder surface axis with the deflector axis of rotation ensures that each scan line is straight, even if the deposited beam is not perpendicular to the deflector axis of rotation.

Fig. 2 zeigt ein Abtastsystem ähnlich dem der Fig. 1. Die gleichen Teile sind daher mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. In Fig. 2 wird die Bildebene 24 durch eine zylindrische Oberfläche auf der Innenseite einer Trommel vorgesehen, die für den Durchgang des Abtastrahls (den gebeugten Strahl) offen ist. Die Symmetrieachse der Trommel in Fig. 2 verläuft kollinear mit der Deflektordrehachse 16. Eine Fokusierlinse 28 ist in der Öffnung angeordnet, durch welche der gebeugte Strahl läuft. Die Linse 28 ist Teil der Anordnung mit dem Gitter 10 und Halter 12. Der Halter 12 kann auch zylindrisch sein. Die Linse dreht sich mit der Anordnung. Die Linse 28 ist als ein Einzelelement Plan-Konvex- Linse dargestellt. Eine zementierte oder mit Luftzwischenraum angeordnete Duplettenlinse oder eine Mehrfach-Elementlinse, wie dies im Fall für die Linse 22 in Fig. 1 ist, kann ebenfalls verwendet werden. Durch Verwendung eines zylindrischen (beispielsweise die Innenseite eines Sektors einer Trommel) Bildoberfläche und einer Oberfläche deren Achse kollinear mit der Drehachse 16 verläuft, besitzt der Abtastbildpunkt eine konstante Größe und Geschwindigkeit längs der gesamten Bildoberfläche. Der Abtastwinkel kann 360° betragen, wenn dies gewünscht wird, wodurch ein sehr hoher Arbeitszyklus für das System erreicht wird. Fig. 2 shows a scanning system similar to that of Fig. 1. The same parts are therefore given the same reference numerals. In Fig. 2, the image plane 24 is provided by a cylindrical surface on the inside of a drum which is open to the passage of the scanning beam (the diffracted beam). The axis of symmetry of the drum in FIG. 2 is collinear with the deflector axis of rotation 16 . A focusing lens 28 is placed in the opening through which the diffracted beam passes. The lens 28 is part of the arrangement with the grating 10 and holder 12 . The holder 12 can also be cylindrical. The lens rotates with the arrangement. The lens 28 is shown as a single element plan-convex lens. A cemented or air-spaced doublet lens or a multiple element lens, as is the case for lens 22 in Fig. 1, can also be used. By using a cylindrical (for example the inside of a sector of a drum) image surface and a surface whose axis is co-linear with the axis of rotation 16 , the scanning pixel has a constant size and speed along the entire image surface. The scan angle can be 360 ° if desired, which results in a very high duty cycle for the system.

Die Winkelrichtung der die Linse 28 verlassenden Strahlen ist im wesentlichen unempfindlich gegenüber Wobble des Halters 12, da die Hauptebenen der Linse nahe der Mitte der Linse angeordnet sind. Wenn der Halter 12 um einen Punkt wobbled, der versetzt ist gegenüber der Linsenmitte, so hat der aus der Linse austretende Strahl die gleiche Strahlrichtung, obwohl er verschoben ist. Wenn beispielsweise der Halter um 5 Bogensekunden um seine Mitte (die Drehachse 16) gekippt ist, die beispielsweise 1 cm gegenüber der Linse angeordnet ist, so ist der aus der Linse austretende Strahl nur um 0,24 µm verschoben. Diese Verschiebung ist so klein, daß das in Fig. 2 gezeigte Abtastsystem praktisch unempfindlich gegenüber Deflektor-Wobble ist.The angular direction of the rays exiting lens 28 is substantially insensitive to wobble of holder 12 since the principal planes of the lens are located near the center of the lens. If the holder 12 is wobbled by a point which is offset from the center of the lens, the beam emerging from the lens has the same beam direction, although it is displaced. If, for example, the holder is tilted by 5 arc seconds around its center (the axis of rotation 16 ), which is arranged, for example, 1 cm from the lens, the beam emerging from the lens is only shifted by 0.24 μm. This shift is so small that the scanning system shown in FIG. 2 is practically insensitive to deflector wobble.

Fig. 2A zeigt ein Abtastsystem ähnlich dem der Fig. 1 und 2, wobei die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. In der Fig. 2A ist der Fall veranschaulicht, wo das Gitter 10 gekippt, ist, um zu vermeiden, daß zurückreflektiertes Licht von der Bildoberfläche auf der Trommel 24, d. h. eine zylindrische Oberfläche kollinear mit der Drehachse 16, daran gehindert wird, sich zurück längs des Pfades des einfallenden Strahles zur Laserquelle fortzupflanzen, wie dies oben diskutiert wurde. Die Kollinearität der zylindrischen Oberflächenachse mit der Deflektor (Gitter 10) Drehachse stellt sicher, daß, wie oben diskutiert, jede Abtastlinie gerade ist, und zwar selbst dann, wenn der abgelenkte Strahl nicht senkrecht (um einen Winkel R _T gekippt) und nicht senkrecht zur Deflektordrehachse 16 verläuft. Der Einfallswinkel R _i ist gleich dem Beugungswinkel R _d. Das Gitter ist jedoch derart gekippt oder geneigt, daß der gebeugte Abtaststrahl gegenüber der Senkrechten zur Achse 16 um R _T abweicht. Beispielsweise können R _i und R _d 42,5° sein und R _T kann 5° sein. Fig. 2A shows a scanning system similar to that of FIGS. 1 and 2, wherein the same parts are provided with the same reference numerals. In FIG. 2A, the case is illustrated where the grating 10 is tilted, is to avoid that light reflected back from the image surface on the drum 24 that is, a cylindrical surface is collinear with the axis of rotation 16, prevented from moving back along to propagate the path of the incident beam to the laser source as discussed above. The collinearity of the cylindrical surface axis with the deflector (grating 10 ) axis of rotation ensures that, as discussed above, each scan line is straight, even when the deflected beam is not perpendicular (tilted by an angle R _T ) and not perpendicular to Deflector axis of rotation 16 extends. The angle of incidence R _i is equal to the diffraction angle R _d . However, the grating is tilted or inclined in such a way that the diffracted scanning beam deviates from the vertical to the axis 16 by R _T. For example, R _i and R _{d can be} 42.5 ° and R _T can be 5 °.

Die Hauptachse der Nach-Objektiv-Linse (d. h. die nach dem Objektiv angeordnete Linse) ist, wie üblich, längs des Abtaststrahls angeordnet, wenn er sich in der Mitte der Abtastung befindet. Demgemäß ist die Ebene der Linse gegenüber der Drehachse geneigt, und zwar ebenfalls um den Neigungswinkel R _T. Der Abtaststrahl wird dann bei Rückreflexion um einen Winkel von 10° zum Abtaststrahl zurückreflektiert. Das rückreflektiert Licht trifft dann in der Nähe des Motors 18 auf und geht nicht durch die Linse 22 oder das Gitter. In einigen Fällen, wo das zirkularpolarisierte Licht durch das Gitter depolarisiert wurde (linearpolarisiert wurde), vermeidet die gekippte Konfiguration den Durchgang eines Teils des zurückreflektierten Lichtes zurück längs des Pfades des einfallenden Strahls in den Laser, wodurch die Störung mit dem Betrieb des Lasers vermieden wird.The major axis of the post-objective lens (ie, the post-objective lens) is, as usual, along the scan beam when it is in the center of the scan. Accordingly, the plane of the lens is inclined with respect to the axis of rotation, also by the angle of inclination R _T. In the case of back reflection, the scanning beam is then reflected back by an angle of 10 ° to the scanning beam. The retroreflected light then strikes near the motor 18 and does not pass through the lens 22 or the grating. In some cases where the circularly polarized light has been depolarized (linearly polarized) through the grating, the tilted configuration avoids the passage of some of the reflected light back along the path of the incident beam into the laser, thereby avoiding interference with the operation of the laser .

Fig. 3 zeigt ein Abtastsystem ähnlich dem Abtastsystem der Fig. 1 und 2, wobei wiederum die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Das im System der Fig. 3 verwendete holographische Gitter 30 ist in der Form einer holographischen optischen Linse mit "Leistung" aufgebaut. Fig. 3 shows a scanning system similar to the scanning system of Figs. 1 and 2, again, the same parts are provided with the same reference numerals. The holographic grating 30 used in the system of Fig. 3 is constructed in the form of a "performance" holographic optical lens.

Für diesen Fall beugt und fokusiert der Gitterdeflektor 30 den kollimierten Eingangsstrahl auf einen Punkt an der Bildebene auf der Bildoberfläche 24. In dem System gemäß Fig. 3 behält der einfallende Strahl einen konstanten relativen Winkel bezüglich des Koordinatensystems, welches mit dem rotierenden Gitter 30 assoziiert ist und daher bleiben die Abbildeigenschaften der holographischen Linse konstant, wenn das Gitter 30 um die Achse 16 gedreht wird. Infolge der konstanten Winkelbeziehung, die der kollimierte einfallende Strahl bezüglich des Gitterdeflektors 30 aufrechterhält, besitzt der Abtastpunkt eine konstante Größe und Geschwindigkeit entlang der gesamten Bildoberfläche 24, wenn diese Oberfläche ein Zylinder ist, dessen Symmetrieachse kollinear mit der Deflektordrehachse 16 verläuft.In this case, the grating deflector 30 deflects and focuses the collimated input beam onto a point on the image plane on the image surface 24 . In the system of FIG. 3, the incident beam maintains a constant relative angle with respect to the coordinate system associated with the rotating grating 30 and therefore the imaging properties of the holographic lens remain constant as the grating 30 is rotated about the axis 16 . Due to the constant angular relationship that the collimated incident beam maintains with respect to the grating deflector 30 , the scanning point has a constant size and velocity along the entire image surface 24 if that surface is a cylinder whose axis of symmetry is collinear with the deflector axis of rotation 16 .

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wo die gleichen Teile wie in den vorhergehenden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im System der Fig. 4 wird ein Prismenelement 32 im Pfad des einfallenden Strahls verwendet, um den Winkel zu reduzieren, um den das Gitter das einfallende Licht beugen (ablenken) muß. Anstelle eines Prismas könnte ein zweites Gitter verwendet werden, um den Beugungsgesamtwinkel herabzuteilen. Das beispielsweise in Fig. 4 gezeigte Gitter besitzt gleiche Einfalls- und Beugungswinkel R _i = R _d = 30°. Dies sieht einen Gesamtbeugungswinkel von 60° vor. Das Prisma 32 beugt den einfallenden Strahl um einen Winkel von 30°. Der kombinierte Winkel, mit dem das Prisma und das Gitter das Licht beugen, ist 90°, wobei es sich hier um den gleichen Winkel handelt, um den das einfallende Licht im System der Fig. 1, 2 und 3 gebeugt wird. Fig. 4 shows a further embodiment of the invention, where the same parts as in the previous figures are provided with the same reference numerals. In the system of FIG. 4, a prism element 32 is used in the path of the incident beam in order to reduce the angle by which the grating has to bend (deflect) the incident light. Instead of a prism, a second grating could be used to divide the total diffraction angle. The grating shown for example in FIG. 4 has the same angle of incidence and diffraction R _i = R _d = 30 °. This provides a total diffraction angle of 60 °. The prism 32 bends the incident beam by an angle of 30 °. The combined angle at which the prism and the grating bend the light is 90 °, which is the same angle by which the incident light is diffracted in the system of FIGS. 1, 2 and 3.

Durch Verminderung des Winkels, um den das Gitter das Licht beugt, wird die Herstellung des Gitters vereinfacht. Dies ist ein bemerkenswertes Merkmal, insbesondere für Abtastsysteme, die mit Licht kürzerer Wellenlängen arbeiten, wie beispielsweise im Bereich tiefen Blaus und im Bereich des ultravioletten Teils des Spektrums. By reducing the angle at which the grating blocks the light bends, the manufacture of the grid is simplified. This is a remarkable feature, especially for scanning systems, who work with light of shorter wavelengths, like for example in the area of deep blues and in the area of ultraviolet part of the spectrum.

Das Gitter 30 gemäß Fig. 4 ist als ein Gitter mit Fokusierkraft dargestellt. Ein Gitter wie das Gitter 10 ohne Fokusierkraft kann verwendet werden. Sodann kann eine Linse entweder eine feste externe Linse, wie beispielsweise die Linse 22, oder eine Linse, wie beispielsweise Linse 28, angeordnet in der Öffnung 14 und drehbar mit dem Gitter 30 verwendet werden.The grating 30 of FIG. 4 is shown as a grid having Fokusierkraft. A grating such as grating 10 without a focusing force can be used. Then, a lens can either be a fixed external lens, such as lens 22 , or a lens, such as lens 28 , disposed in opening 14 and rotatable with grating 30 .

Wenn gewünscht, kann anstelle eines einfallenden kollimierten Strahls (der eine einfallende kollimierte Wellenfront vorsieht), wie dies in dem System der Fig. 1 bis 4 und auch in anderen Ausführungsbeispielen, die noch zu beschreiben sind, dargestellt ist, eine divergierende oder konvergierende sphärische Wellenfront von einer Laserlichtpunktquelle aus verwendet werden, die an der Drehachse 16 zentriert ist. Wenn eine divergierende Wellenfront verwendet wird (in Fig. 3), die von einem Punkt auf der Drehachse 16 ausgeht, die sich auf dem gleichen Abstand längs der Drehachse 16 wie die Mitte der Abtastlinie auf der Bildebene gegenüber der Beugungsoberfläche befindet, so haben jeder der einfallenden und gebeugten Strahlen gleiche Einfalls- und Beugungswinkel R _i = R _d; daher wird die Größe und die Form des Punktes an der Bildebene im wesentlichen unempfindlich gegenüber Wobble im Gitterelement gemacht.If desired, a diverging or converging spherical wavefront can be used instead of an incident collimated beam (which provides an incident collimated wavefront) as shown in the system of Figures 1-4 and also in other embodiments to be described can be used from a laser light source that is centered on the axis of rotation 16 . If a diverging wavefront is used (in Fig. 3) which starts from a point on the axis of rotation 16 which is at the same distance along the axis of rotation 16 as the center of the scan line on the image plane opposite the diffraction surface, each of them has incident and diffracted rays have the same angle of incidence and diffraction R _i = R _d ; therefore, the size and shape of the dot on the image plane is made essentially insensitive to wobble in the grid element.

In dem System der Fig. 1 bis 3 weist die Gitteroberfläche zur Öffnung 14 im Halter 12 hin, durch welche der abgelenkte Strahl läuft. Alternativ kann das Gitter auf einem Substrat ausgebildet sein, welches mit Luftabstand gegenüber einer Schutzplatte angeordnet ist. Solche Gitter werden in den Systemen der Fig. 5 und 6 bis 9 verwendet. In Fig. 2 weist die Gitteroberfläche zur Linse 28 zum Schutz hin und in Fig. 4 weist die Gitteroberfläche zum Prisma 32 zum Schutz hin.In the system of FIGS . 1 to 3, the grating surface points towards the opening 14 in the holder 12 through which the deflected beam passes. Alternatively, the grid can be formed on a substrate which is arranged with an air gap in relation to a protective plate. Such grids are used in the systems of FIGS. 5 and 6 to 9. In Fig. 2, the grating surface faces the lens 28 for protection and in Fig. 4 the grating surface faces the prism 32 for protection.

Fig. 5 zeigt ein Hologonabtastsystem mit einer Deflektoranordnung 40. Bei dieser Anordnung wird ein Halter mit einer zylindrischen Seitenwand 42 und einem Träger oder einer Basis 44 verwendet. Der Umfang der Basis 44 ist abgestuft. Die Seitenwand 42 ist mit der Basis 44 in der Stufe zusammengebaut. Die Seitenwand besitzt Austrittsfenster 46 und 48, und zwar um 180° entgegengesetzt zueinander angeordnet und entgegengesetzt zu planaren Beugungsgittereinheiten 50 und 52. Diese Fenster können mit Glasscheiben 53 abgedeckt sein. Dies vermindert das Pfeifen. Diese Gitter sind gesonderte Facetten. Die Gitterbeugungsoberflächen sind an vorbestimmten spitzen Winkeln bezüglich der Drehachse 54 der Anordnung 40 angeordnet. Ein weiteres Paar von Gittern kann entgegengesetzt zu entsprechenden Öffnungen in der Seitenwand 42 des Halters verwendet werden, und zwar geneigt in gleichen Winkeln zur Drehachse 54. Die Gitter definieren dann eine pyramidenförmige Hologonabtastvorrichtung mit vier mit Abstand von 90° voneinander angeordneten Gittern. Das obere Ende der zylindrischen Seitenwand 42 besitzt eine Stufe, in der ein Glas oder eine andere durchlässige Scheibe 42 angeordnet ist und durch einen Klemmring 72 gehalten ist. Der Ring 74 kann in das obere Ende der Wand 42 eingeschraubt sein oder aber durch eine Festpassung festgelegt sein. Fig. 5 shows a Hologonabtastsystem with a deflector 40th In this arrangement, a holder with a cylindrical side wall 42 and a support or base 44 is used. The scope of the base 44 is graduated. The side wall 42 is assembled with the base 44 in the step. The side wall has exit windows 46 and 48 , arranged 180 ° opposite one another and opposite to planar diffraction grating units 50 and 52 . These windows can be covered with glass panes 53 . This reduces the whistling. These grids are separate facets. The grating diffraction surfaces are arranged at predetermined acute angles with respect to the axis of rotation 54 of the arrangement 40 . Another pair of grids can be used opposite to corresponding openings in the side wall 42 of the holder, inclined at equal angles to the axis of rotation 54 . The grids then define a pyramid-shaped hologone scanner with four grids spaced 90 ° apart. The upper end of the cylindrical side wall 42 has a step in which a glass or other permeable pane 42 is arranged and is held by a clamping ring 72 . The ring 74 can be screwed into the upper end of the wall 42 or can be fixed by a tight fit.

Die Beugungsoberflächen der Gitter sind in einem Substrat ausgebildet, welches durch eine Platte geschützt ist. Jedes Gitter ist einzeln hergestellt und sodann im Halter angeordnet. Die unteren Kanten jedes Gitters sind schwenkbar in Nuten 56 und 58 in der Basis 44 angeordnet. Die unteren Enden werden durch einen Federklemmechanismus 60 festgelegt, wobei der Mechanismus 60 eine konische Scheibe 62 aufweist, die an den Oberseiten der Gittereinheiten 50 und 52 am unteren Ende derselben anliegt. Die oberen Enden liegen sandwichartig zwischen Federn 64 und 66 und Einstellschrauben 68 und 70. Durch Ausfahren oder Zurückziehen der Schrauben 68 und 70 können die Kippwinkel der Gitter bezüglich der Drehachse und dem kollimierten einfallenden Laserstrahl, der parallel zur Drehachse 54 verläuft, eingestellt werden. Diese Einstellung stellt den vorbestimmten Winkel der Gitteroberflächen bezüglich der Achse 54 und den einfallenden Strahl derart ein, daß die 90°-Ablenkung zwischen den einfallenden und den gebeugten Strahlen erreicht wird; der erforderliche Kippwinkel des Gitters kann, wenn die Blockierung von zurückreflektiertem Licht, wie in Fig. 2A erreicht werden soll, dadurch erhalten werden, daß man diese Einstellung vornimmt.The diffraction surfaces of the gratings are formed in a substrate which is protected by a plate. Each grid is made individually and then placed in the holder. The lower edges of each grid are pivotally disposed in grooves 56 and 58 in the base 44 . The lower ends are fixed by a Federklemmechanismus 60, the mechanism 60 comprises a conical disc 62, which at the lower end thereof abuts against the tops of the grid units 50 and 52nd The upper ends are sandwiched between springs 64 and 66 and adjusting screws 68 and 70 . By extending or retracting the screws 68 and 70 , the tilt angles of the grids with respect to the axis of rotation and the collimated incident laser beam, which runs parallel to the axis of rotation 54 , can be adjusted. This adjustment adjusts the predetermined angle of the grating surfaces with respect to axis 54 and the incident beam such that 90 ° deflection between the incident and diffracted beams is achieved; the required tilt angle of the grating, if the blocking of back reflected light, as is to be achieved in Fig. 2A, can be obtained by making this adjustment.

Der Gitterkipp-Einstellmechanismus kann dazu verwendet werden, um von Facette zu Facette (von Gitter zu Gitter) den Kreuzabtastfehler zu kompensieren, der durch kleine Differenzen in der Facetten-Periodizität (D-Werte) hervorgerufen wird. Die Kipp- oder Neigungseinstellung kann auch dazu verwendet werden, um hinsichtlich des Substratkeils und/oder fester Winkelversetzungen der Achse 54 der Anordnung 40 bezüglich der Drehachse 80 des Motors 82, der die Anordnung 40 um die Achse 54 dreht, zu kompensieren. Eine Befestigungs- oder Basisplatte für den Motor ist zur Vereinfachung der Darstellung nicht dargestellt.The lattice tilt adjustment mechanism can be used to compensate from facet to facet (from grating to grating) for the cross-scan error caused by small differences in facet periodicity (D values). The tilt or tilt adjustment can also be used to compensate for the substrate wedge and / or fixed angular misalignments of the axis 54 of the assembly 40 with respect to the axis of rotation 80 of the motor 82 which rotates the assembly 40 about the axis 54 . A mounting or base plate for the motor is not shown to simplify the illustration.

Eine Fokusierlinse 84 ähnlich der Linse 22 (Fig. 1) kann dazu verwendet werden, um den Abtaststrahl (den gebeugten Strahl) in eine Bildebene auf einer Rezeptoroberfläche 24 zu fokusieren.A focusing lens 84 similar to lens 22 ( FIG. 1) can be used to focus the scanning beam (the diffracted beam) into an image plane on a receptor surface 24 .

Die Gitter werden hergestellt, um gleiche Einfalls- und Beugungswinkel (R _i = R _d) zu erzeugen, die im dargestellten Falle 45° zur Normalen zur Beugungsoberfläche der Gitter sind. Wenn sich die Anordnung 40 dreht, so kommt immer eines der Gitter ins Spiel. Bei zwei Gittern ist der Arbeitszyklus annähernd das Doppelte des Systems gemäß Fig. 1. Mit vier Gittern ist der Arbeitszyklus annähernd das 4fache des Systems der Fig. 1.The gratings are produced in order to produce equal angles of incidence and diffraction ( R _i = R _d ), which in the case shown are 45 ° to the normal to the diffraction surface of the gratings. As assembly 40 rotates, one of the grids always comes into play. With two grids, the duty cycle is approximately double that of the system of FIG. 1. With four grids, the duty cycle is approximately four times that of the system of FIG. 1.

Es ist vorzuziehen, daß die planaren Gitter 50 und 52 ohne optische Kraft hergestellt werden, da das Wobbeln Strahlversetzungsfehler (Kreuzabtastungsfehler) einführen kann. Diese Fehler können eliminiert werden, wenn eine divergierende Wellenfront verwendet wird, die von einer Punktquelle auf der Drehachse 54 aus ausgeht, und zwar einer Punktquelle, angeordnet mit einem Abstand gegenüber der Gitteroberfläche gleich dem Abstand von der Gitteroberfläche zur Bildebene.It is preferred that the planar gratings 50 and 52 be fabricated without optical power because the wobble can introduce beam displacement errors (cross-scan errors). These errors can be eliminated if a diverging wavefront is used which originates from a point source on the axis of rotation 54 , namely a point source arranged at a distance from the grating surface equal to the distance from the grating surface to the image plane.

Der Halter kann im Querschnitt quadratisch anstelle eines kreisförmigen Querschnittes sein. Ein zylindrischer Halter von kreisförmigem Querschnitt wird bevorzugt, um Luftverluste zu vermeiden.The holder can be square in cross section instead of one circular cross section. A cylindrical holder of circular cross-section is preferred to air loss to avoid.

Obwohl es bevorzugt ist, diese Abtaster in einer Vor-Objektiv- Konfiguration, wie in den Fig. 1 bis 5 gezeigt, zu verwenden, können sie doch auch in einer Post- oder Nach-Objektiv- Deflektorbetriebsart angeordnet sein; das bedeutet, die Fokusierlinse befindet sich im einfallenden Strahlpfad vor der Abtastanordnung. Die Post- oder Nach-Objektiv-Betriebsart ist nicht bevorzugt, insofern als die ebenen Gitter-Facetten sowohl Coma als auch Astigmatismus in den Abtastfokusierstrahl einführen. Diese Aberrationen können vollständig in einem Punkt des Abtastfeldes partiell in anderen Punkten des Feldes kompensiert werden, und zwar durch Einführung der entgegengesetzten Größe dieser Aberrationen in den einfallenden Strahl. Dies kann erreicht werden durch Kippen der Nach- Objektiv-Fokusierlinse, wenn eine Korrektur nur für Axialstrahlen erfolgt, oder aber es kann ein dispersives Element, wie beispielsweise ein Prisma oder ein Gitter zwischen der Fokusierlinse und der Deflektoranordnung angeordnet werden. Wenn ein Gitter in der Nach-Objektiv-Betriebsart verwendet wird, so sollte es die gleiche Gitterperiode wie die Hologondeflektoren besitzen. Sodann kann ein Kompensationsgitterelement verwendet werden, um den dispersionsinduzierten Kreuzabtastfehler zu kompensieren, der durch die Wellenlängenausbreitung in der Eingangslaserquelle hervorgerufen wird. Die Nach-Objektiv-Abtastanordnung ist empfindlicher gegenüber dem Kreuzabtastfehler, hervorgerufen durch Deflektor- Wobble und Versetzungsfehler, und zwar verglichen mit der Vor-Objektiv-Abtastgeometrie gemäß den Fig. 1 bis 5.Although it is preferred to use these scanners in a pre-lens configuration as shown in Figures 1 to 5, they can be arranged in a post or post-lens deflector mode; this means that the focusing lens is located in the incident beam path in front of the scanning arrangement. Post or post-lens mode is not preferred in that the flat grating facets introduce both coma and astigmatism into the scan focus beam. These aberrations can be fully compensated for in one point of the scanning field, partially in other points of the field, by introducing the opposite magnitude of these aberrations into the incident beam. This can be achieved by tilting the post-objective focusing lens if a correction is only made for axial beams, or a dispersive element, such as a prism or a grating, can be arranged between the focusing lens and the deflector arrangement. If a grating is used in the post-lens mode, it should have the same grating period as the hologone deflectors. A compensation grating element can then be used to compensate for the dispersion-induced cross-scan error caused by the wavelength propagation in the input laser source. The post-lens scanning arrangement is more sensitive to the cross-scanning error caused by deflector wobble and misalignment compared to the pre-lens scanning geometry according to FIGS. 1 to 5.

Der Hauptvorteil der Nach-Objektiv-Abtastgeometrie besteht darin, daß die Fokusierlinse von geringerer Qualität (weniger teuer) sein kann als die Vor-Objektiv-Deflektorfokusierlinse, weil sie nur auf der Achse arbeiten muß. Die Vor-Objektiv- Abtastgeometrie gemäß Fig. 2 hat den Vorteil der Nach-Objektiv-Abtastvorrichtung insoferne als eine weniger teuere Einzellinse stets auf der Achse verwendet wird. Die Geometrie der Fig. 2 zeigt weder Coma noch Astigmatismus, da die Gitter-Facette in kollimiertem Licht verwendet wird.The main advantage of post-lens scanning geometry is that the focusing lens can be of lower quality (less expensive) than the pre-lens deflector focusing lens because it only has to work on the axis. The pre-objective scanning geometry according to FIG. 2 has the advantage of the post-objective scanning device in that a less expensive single lens is always used on the axis. The geometry of Fig. 2 shows neither coma nor astigmatism since the grating facet is used in collimated light.

Die Fig. 6 bis 9 zeigen eine Hologonabtastanordnung 79 ähnlich der Anordnung gemäß Fig. 5. Es sind hier fünf Hologonablenkgitter oder Facetten 80 vorgesehen. Jede Facette ist von im ganzen dreieckiger Gestalt. Sie passen innerhalb eines zylindrischen Halters 82 zusammen, wobei dieser eine zylindrische Seitenwand 84 aufweist, die an den oberen und unteren Enden abgestuft ist. Der Halter 82 besitzt eine scheibenförmige Basis 86 mit einem kreisförmigen Flansch 88, der in die Bodenstufe der zylindrischen Seitenwand paßt und kann mit der zylindrischen Seitenwand zusammengebaut werden, und zwar entweder durch eine Kraftpassung, durch Bindemittel oder durch Schrauben. Die Basisplatte, auf der der Motor angeordnet ist, ist aus Gründen der Einfachheit nicht dargestellt. FIGS. 6 to 9 show a Hologonabtastanordnung 79 similar to the arrangement shown in Fig. 5. There are provided here five Hologonablenkgitter or facets 80th Each facet is generally triangular in shape. They fit within a cylindrical holder 82 , which has a cylindrical side wall 84 which is stepped at the upper and lower ends. The holder 82 has a disc-shaped base 86 with a circular flange 88 which fits into the bottom step of the cylindrical side wall and can be assembled with the cylindrical side wall either by a force fit, by a binding agent or by screws. The base plate on which the motor is arranged is not shown for the sake of simplicity.

Die Seitenwand 84 besitzt eine Öffnung 96, in der eine Linse angeordnet werden kann, oder andernfalls wird eine gesonderte Vor-Objektiv-Fokusierlinse verwendet. Die Linse fokusiert den gebeugten Strahl 98 auf die Bildebene. Ein kollimierter einfallender Strahl 101 tritt durch die Oberseite des Halters 82 ein.The sidewall 84 has an opening 96 in which a lens can be placed, or otherwise a separate pre-objective focusing lens is used. The lens focuses the diffracted beam 98 onto the image plane. A collimated incident beam 101 enters through the top of the holder 82 .

Die Gitter 80 sehen die gleiche Beugung und Einfallswinkel vor wie die Gitter der Abtastsysteme gemäß den Fig. 1, 2 und 5. Die Gitter selbst besitzen ein Substrat 102, welches in einem Rahmen 104 mit einem Fenster enthalten ist. Die Gitter sind holographisch gebildet, und zwar auf der Innenoberfläche 106 des Substrats 102. Die Gitteroberfläche wird dadurch wie in Fig. 5 geschützt. Die Rahmen 104 sind an ihren Enden in einer konischen Vertiefung 100 in der Basis 86 des Halters befestigt. Ein Federklemmechanismus 109 mit einer konischen Scheibe 108 liegt an der Oberseite der Gitterelemente nahe deren unteren Enden an. Diese Scheiben liegen entgegengesetzt zu den Einstellschrauben 110, die sich durch die Basis 86 erstrecken.The gratings 80 provide the same diffraction and angle of incidence as the gratings of the scanning systems according to FIGS. 1, 2 and 5. The gratings themselves have a substrate 102 which is contained in a frame 104 with a window. The gratings are formed holographically on the inner surface 106 of the substrate 102 . The grid surface is protected as in FIG. 5. The frames 104 are attached at their ends in a conical recess 100 in the base 86 of the holder. A spring clamp mechanism 109 with a conical washer 108 abuts the top of the grid elements near their lower ends. These washers are opposite the adjustment screws 110 which extend through the base 86 .

Zylindrische Glieder 112 am oberen Ende jedes Rahmens 104 sind an den Stufen 114 nahe dem oberen Ende der zylindrischen Seitenwände 84 getragen. Die zylindrischen Glieder 112 haltern die Gitter schwenkbar für eine Kipp- oder Neigungseinstellung. Diese Einstellungen werden durch die Schrauben 110 bewirkt. Der Winkel der Gitteroberflächen 106 kann individuell eingestellt werden, wie dies unter Bezugnahme auf die Gitter 50 und 52 (Fig. 5) beschrieben wurde.Cylindrical links 112 at the top of each frame 104 are supported on steps 114 near the top of cylindrical side walls 84 . The cylindrical members 112 pivotally support the grids for tilt or tilt adjustment. These settings are effected by the screws 110 . The angle of the grating surfaces 106 can be individually adjusted as described with reference to grating 50 and 52 ( FIG. 5).

Ein Klemmring 116 mit einer konischen Bodenoberfläche 118 hält die Gitter 80 an ihrem Platz, wobei die Schwenkbewegung derselben für Einstellzwecke gestattet ist. Der Ring 116 kann in das obere Ende des Halters eingeschraubt sein. Eine Schutzplatte 119 und Haltering 120 können über dem Klemmring 116 zusammengebaut sein.A clamping ring 116 with a conical bottom surface 118 holds the grids 80 in place, the pivoting movement of which is permitted for adjustment purposes. The ring 116 can be screwed into the upper end of the holder. A protective plate 119 and retaining ring 120 can be assembled over the clamping ring 116 .

Mit fünf Gitter-Facetten ist der Arbeitszyklus der Abtastvorrichtung annähernd das 5fache der Abtastvorrichtungen gemäß Fig. 1. Die Arbeitsweise des Abtastsystems der Fig. 6 bis 9 ist ähnlich dem in bezug auf Fig. 5 beschriebenen System.With five grating facets, the duty cycle of the scanner is approximately 5 times the scanner of FIG. 1. The operation of the scanner of FIGS . 6 through 9 is similar to the system described with respect to FIG. 5.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 sei eine Hologonabtastanordnung beschrieben, die in einer Art und Weise ähnlich der Abtastanordnung gemäß Fig. 2 arbeitet. Ein Motor 130 ist an eine Befestigungsplatte 132 angeordnet. Die Befestigungsplatte kann an einer Basisplatte 134 befestigt sein. Die Welle 136 des Motors 130 ist verbunden mit und kollinear zu der Achse eines zylindrischen Halters 138 mit zwei Teilen 140 und 142. Ausrichtöffnungen 144 und 146 enthalten Ausrichtstifte oder Schrauben und dienen zur Ausrichtung und zur Halterung der Halteteile 140 und 142 miteinander. Die Zwischenfläche zwischen den Teilen 140 und 142 verläuft längs einer Ebene 148 unter annähernd 45° gegenüber der Drehachse 150 des Halters. Der obere Teil 140 besitzt einen Schlitz 152, der das Hologonbeugungsgitterelement 154 aufnimmt. Dieses Element wird an seinem Platz derart gehalten, daß seine Mitte mit der Drehachse 150 koinzident verläuft, wenn die Teile 140 und 142 des Halters 138 miteinander zusammengebaut werden. Um 180° voneinander angeordnete Löcher 156 und 158 sind vorgesehen. Das Loch 156 ist derart abgestuft, daß es als eine Halterung für eine Fokusierlinse 160 dient. Diese Linse wird an ihrem Platz durch einen Linsenhaltering 162 gehalten. Das äußere Loch 158 nimmt eine Ausgleichsschraube 164 auf. Um ein höheres Ausmaß an Ausgleich oder Balance in allen Ebenen zu erhalten, können zusätzliche Ausgleichs- oder Balanceschrauben in Löchern 161 verwendet werden, die mit Gewinde versehen sein können. Kollimiertes einfallendes Licht von einem Laser kann in das Loch 166 eintreten, welches kollinear mit der Achse 150 verläuft. Dieses Licht wird in dem Gitter 154 gebeugt und der gebeugte Strahl tritt durch die Austrittsöffnung 156 aus. Er wird durch die Linse 160 auf die Bildoberfläche fokusiert.With reference to FIGS . 10 and 11, a hologone scanner arrangement will be described which operates in a manner similar to the scanner arrangement of FIG. 2. A motor 130 is arranged on a mounting plate 132 . The mounting plate may be attached to a base plate 134 . The shaft 136 of the motor 130 is connected to and collinear with the axis of a cylindrical holder 138 with two parts 140 and 142 . Alignment openings 144 and 146 contain alignment pins or screws and serve to align and hold the holding parts 140 and 142 together. The interface between the parts 140 and 142 runs along a plane 148 at approximately 45 ° with respect to the axis of rotation 150 of the holder. The upper part 140 has a slot 152 which receives the hologone diffraction grating element 154 . This element is held in place so that its center is coincident with the axis of rotation 150 when the parts 140 and 142 of the holder 138 are assembled together. Holes 156 and 158 arranged 180 ° apart are provided. The hole 156 is stepped so that it serves as a holder for a focusing lens 160 . This lens is held in place by a lens retaining ring 162 . The outer hole 158 receives a compensating screw 164 . To obtain a higher level of balance in all levels, additional balance or balance screws can be used in holes 161 , which can be threaded. Collimated incident light from a laser can enter hole 166 , which is collinear with axis 150 . This light is diffracted in the grating 154 and the diffracted beam exits through the exit opening 156 . It is focused on the image surface by the lens 160 .

Die in den Fig. 10 und 11 gezeigte Abtastvorrichtung kann mit einer minimalen Anzahl von Teilen und niedrigen Kosten hergestellt werden und sieht eine im wesentlichen bogenfreie Abtastlinie vor, die ebenfalls im wesentlichen frei von Kreuzabtastfehlern ist, wie dies auch der Fall war für die Abtastvorrichtung gemäß den Fig. 1 bis 9.The scanner shown in Figures 10 and 11 can be manufactured with a minimal number of parts and low cost and provides a substantially non-arcuate scan line which is also substantially free of cross-scan errors, as was the case for the scanner of Figure 10 Figs. 1 to 9.

In den Fig. 12 und 13 ist ein Drucksystem für die graphische Reproduktion auf einer Bildoberfläche 200 angeordnet auf dem zylindrischen Innenumfang einer Trommel 202 dargestellt. Der Innenumfang der Trommel kann eine Rezeptoroberfläche, wie beispielsweise eine Druckplatte haltern. Eine Abtastsubanordnung 204, ähnlich der in den Fig. 9 und 10 gezeigten, ist innerhalb der Trommel angeordnet und ist beweglich längs eines Schlittens 206 mit einer Achse parallel zur Trommelachse. Der Schlitten wird an entgegengesetzten Enden desselben und auf Lagern 208, 210 getragen. Das Lager 210 ruht auf einer Basis 212, die auch einen Schlittenmotor 214 trägt. Der Motor kann einen Translationsmechanismus, wie beispielsweise eine Schraube, antreiben, welche eine Gleit- oder Schlittenanordnung 216 längs der mechanischen Achse 218 des Schlittens bewegt (diese Achse verläuft parallel zur Trommelachse). FIGS. 12 and 13 show a printing system for graphic reproduction arranged on an image surface 200 on the cylindrical inner circumference of a drum 202 . The inner circumference of the drum can hold a receptor surface, such as a printing plate. A scanning subassembly 204 , similar to that shown in Figures 9 and 10, is disposed within the drum and is movable along a carriage 206 with an axis parallel to the drum axis. The sled is carried on opposite ends thereof and on bearings 208, 210 . The bearing 210 rests on a base 212 which also carries a carriage motor 214 . The motor can drive a translation mechanism, such as a screw, that moves a slide or carriage assembly 216 along the mechanical axis 218 of the carriage (this axis is parallel to the drum axis).

Die Teile der Abtastanordnung, die den Teilen gemäß den Fig. 10 und 11 ähnlich sind, sind durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. Das Beugungsgitterelement 154 ist derart angeordnet, daß seine Mitte mit dem kollimierten Laserstrahl 220 zusammenfällt, wobei der Strahl durch die Linse 160 auf die Bildebene 200 fokusiert wird. Aufeinanderfolgende kollineare Linsen werden mit 360° um die zylindrische Bildebene herum während jeder 360°-Drehung des Halters 138 und der Gitter- Facette 154 abgetastet.The parts of the scanning arrangement which are similar to the parts according to FIGS . 10 and 11 are identified by the same reference numerals. The diffraction grating element 154 is arranged such that its center coincides with the collimated laser beam 220 , the beam being focused on the image plane 200 by the lens 160 . Successive collinear lenses are scanned at 360 ° around the cylindrical image plane during each 360 ° rotation of the holder 138 and the grating facet 154 .

Der Laserstrahl wird durch einen Laser 230 erzeugt. Das Bild wird gebildet durch die Modulation der Intensität des Strahls vom Laser in einem elektro-optischen Modulator 232 infolge einer elektrischen Signaleingangsgröße. Der Strahl wird durch Strahlexpansions-Teleskopoptikmittel 233 expandiert und durch Linse 235 kollimiert.The laser beam is generated by a laser 230 . The image is formed by modulating the intensity of the beam from the laser in an electro-optical modulator 232 due to an electrical signal input. The beam is expanded by beam expansion telescope optics 233 and collimated by lens 235 .

Das in den Fig. 12 und 13 veranschaulichte System liefert im wesentlichen bogenfreie und kreuzfehlerfreie kollineare Abtastlinien zur Erzeugung von Bildern mit hoher Auflösung auf zylindrischen Oberflächen; das System ist besonders geeignet für die Herstellung von Druckplatten.The system illustrated in Figures 12 and 13 provides substantially arc-free and cross-error free collinear scan lines for producing high resolution images on cylindrical surfaces; the system is particularly suitable for the production of printing plates.

Um eine gleichförmige Beugungseffizienz über die Abtastlinie weg und gleichförmige Intensität längs der gesamten Abtastlinie vorzusehen (da die Beugungseffizienz für sinusförmige Oberflächenreliefgitter, gebildet in Photoresistmaterial von dem Polarisationszustand des Lichtes abhängt) ist es zweckmäßig nichtpolarisiertes (zufälliges) oder zirkularpolarisiertes einfallendes Licht von der Laserquelle 230 zu verwenden. Es ist zweckmäßig und bevorzugt gegenüber der Verwendung eines zufallspolarisierten Lasers im Laser optische Mittel vorzusehen (Wellenplatten oder andere übliche Mittel), um einen zirkularpolarisierten Strahl zu erzeugen. Die Verwendung eines zirkularpolarisierten Laserstrahls sichert auch ab gegenüber Laserinstabilität infolge spiegelnder reflektierender Rückkopplung, da zirkularpolarisiertes Licht seinen Polarisationszustand bei Rückreflexion ändert. Dies ist ein Merkmal des Systems der Fig. 12 und 13, weil ein spekular (spiegelmäßig) reflektierter Strahl von der Bildoberfläche 200 sich sodann längs des einfallenden Abtaststrahls zurückfortpflanzt und durch die Optik eingefangen wird, da er nicht in der Lage ist, andere Gebiete der Bildoberfläche zu belichten, wenn das Gitter das Licht nicht linear polarisiert. Im letztgenannten Fall kann der abgelenkte Strahl gekippt werden, wie dies in der Diskussion der zylindrischen Trommelbildoberfläche oben und in Fig. 2A erwähnt wurde, so daß der abgelenkte Strahl nicht senkrecht zur Bildoberfläche verläuft. Dann pflanzt sich das spekularreflektierte Licht nicht zurück in der Richtung des Abtaststrahles fort und tritt nicht in das optische System ein und wird nicht zum Laser zurück geleitet.In order to provide uniform diffraction efficiency across the scan line and uniform intensity along the entire scan line (since the diffraction efficiency for sinusoidal surface relief gratings formed in photoresist material depends on the state of polarization of the light) it is convenient to add non-polarized (random) or circularly polarized incident light from the laser source 230 use. It is expedient and preferred to provide optical means (wave plates or other conventional means) over the use of a randomly polarized laser in the laser in order to generate a circularly polarized beam. The use of a circularly polarized laser beam also protects against laser instability as a result of specularly reflective feedback, since circularly polarized light changes its polarization state when it is reflected back. This is a feature of the system of Figs. 12 and 13 because a specularly reflected beam from the image surface 200 then propagates back along the incident scanning beam and is captured by the optics since it is unable to cover other areas of the Expose the image surface when the grating does not linearly polarize the light. In the latter case, the deflected beam can be tilted as mentioned in the discussion of the cylindrical drum image surface above and in Fig. 2A so that the deflected beam is not perpendicular to the image surface. Then the specularly reflected light does not propagate back in the direction of the scanning beam and does not enter the optical system and is not returned to the laser.

In den Fig. 14 und 15 ist eine Hologonabtastanordnung ähnlich der in den Fig. 10 und 11 gezeigt. Hier sind zwei Halterunteranordnungen 240 und 242 vorgesehen, und zwar aufgespalten längs einer Ebene 45° zur Drehachse 250. Bolzen 244 und 246 verbinden die Anordnungen 240 und 242. Eine Bolzen- und Unterlegscheibenanordnung 267 verbindet die miteinander verbundenen Halterunteranordnungen 240 und 242 und eine zylindrische napfförmige Ausgleichs- oder Balancebasis 268 mit der Welle 270 eines Motors 272. Die Basis fügt Masse unterhalb der Ebene hinzu, wo die Motorwelle aus dem Motor austritt und bewegt den Schwerpunkt der Drehanordnung über die Lagerebene des Motors. Das Beugungsgitter 274 ist sandwichartig zwischen den Subanordnungen angeordnet, wie dies in den Fig. 10 und 11 gezeigt ist. Es ist ebenfalls eine Fokusierlinse 276 vorgesehen, die durch einen Haltering 278 in einem Zylinder 280 gehalten wird, der in die Bohrungsöffnung 282 eingeschraubt sein kann, um hinsichtlich der Variationen der Brennweite der unterschiedlichen Linsen eine Einstellung vorzunehmen. Der einfallende Strahl tritt von oben her durch die Öffnung 266 kollinear mit der Achse 250 ein. Der gebeugte Strahl senkrecht zur Achse tritt durch die Bohrung 282 und die Linse 276 aus.FIGS . 14 and 15 show a hologone scanner arrangement similar to that in FIGS . 10 and 11. Two holder subassemblies 240 and 242 are provided here, namely split along a plane 45 ° to the axis of rotation 250 . Bolts 244 and 246 connect assemblies 240 and 242 . A bolt and washer assembly 267 connects the interconnected bracket subassemblies 240 and 242 and a cylindrical cup-shaped balance base 268 to the shaft 270 of a motor 272 . The base adds mass below the plane where the motor shaft exits the motor and moves the center of gravity of the rotating assembly over the motor's bearing plane. Diffraction grating 274 is sandwiched between the subassemblies, as shown in FIGS . 10 and 11. A focusing lens 276 is also provided, which is held by a retaining ring 278 in a cylinder 280 which can be screwed into the bore opening 282 in order to make an adjustment with regard to the variations in the focal length of the different lenses. The incident beam enters from above through opening 266, collinear with axis 250 . The diffracted beam perpendicular to the axis exits through bore 282 and lens 276 .

Ein Gegengewicht 286 ist in einer Bohrung 288 diametral entgegengesetzt und kollinear mit der Strahlauslaßbohrung angeordnet. Ausgleichs- oder Balanceschraubenlöcher 290 und 292 sind diametral entgegengesetzt und senkrecht zur Wellenachse vorgesehen, um einen Ausgleich in zwei Ebenen zu schaffen.A counterweight 286 is diametrically opposed in a bore 288 and is collinear with the jet outlet bore. Compensation or balance screw holes 290 and 292 are diametrically opposed and perpendicular to the shaft axis to provide compensation in two planes.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:In summary, the invention provides the following:

Ein Hologonabtastsystem, welches eine im wesentlichen bogenfreie Abtastlinie oder Linien über eine Oberfläche hinweg erzeugt, und zwar unter Verwendung eines planaren und vorzugsweise holographischen Gitters angeordnet in einer Halteanordnung, die um eine Achse verdreht wird. Die Oberfläche des Gitters befindet sich unter einem konstanten Einfallswinkel bezüglich eines kollimierten Laserstrahllichtes, welches sich längs der Drehachse fortpflanzt. Die Gitterperiode für die Wellenlänge des Laserstrahls und für das Koordinatensystem assoziiert mit dem Drehgitter sieht einen Beugungswinkel vom Gitter vor, der mit dem Drehwinkel konstant ist; der gebeugte Strahl verläuft quer und annähernd senkrecht zur Drehachse. Eine im wesentlichen bogenfreie gerade Abtastlinie wird über die Rezeptoroberfläche hinweg erhalten, die eine flache Bildebene oder eine zylindrische Bildebene sein kann, und zwar mit ihrer Achse entlang der Drehachse des Gitters. Der Strahlabtastwinkel über die Rezeptoroberfläche hinweg ist gleich dem Drehwinkel des Gitters, an Stelle eines in Beziehungstehens mit dem Drehwinkel um einen Faktor annähernd gleich dem Verhältnis aus Wellenlänge des Laserlichtes zu der Gitterperiode.A hologone scanning system which is essentially one non-curved scan line or lines across a surface generated, using a planar and preferably arranged in a holographic grating Holding arrangement that is rotated about an axis. The surface the grid is below a constant Angle of incidence with respect to a collimated laser beam light, which propagates along the axis of rotation. The Grating period for the wavelength of the laser beam and for sees the coordinate system associated with the rotating grid a diffraction angle from the grating that matches the angle of rotation is constant; the diffracted beam runs across and approximately perpendicular to the axis of rotation. An essentially non-arcuate straight scan line is across the receptor surface get away with a flat image plane or a can be cylindrical image plane, with its axis along the axis of rotation of the grid. The beam scanning angle across the receptor surface is equal to the angle of rotation of the grid, instead of being related to the Angle of rotation by a factor approximately equal to the ratio from wavelength of the laser light to the grating period.

Claims

1. Hologone scanning system in which the following is provided:
a planar, light-transmitting member with a diffraction grating shape on it,
Means for providing a light beam incident on an area of the limb with an angle of incidence R _i which is substantially equal to the angle of diffraction R _d at each point across the entire area or area,
Means for rotating the member about an axis, the grating being inclined at a predetermined angle with respect to the axis such that the light beam propagating in the direction of the axis is diffracted by the grating to produce a diffracted beam transverse to said axis, which scans a substantially arc-free line across an image surface over a scanning angle R _S = R _R , where R _{R is} the angle of rotation or rotation of the grating, the predetermined angle being such that the angle of incidence of the beam onto the grating R _i and the diffraction angle R _{d of} the diffracted beam emerging from the grating is substantially the same and remains constant over all angles of rotation R _R and sin R = λ / 2 D, where R is approximately equal to R _i , which is approximately equal to R _d for is all of R _R , where λ is the wavelength of light and D is the grating period.

2. System according to claim 1, characterized in that the Grid is a holographic grid.

3. System according to claim 1 or 2, characterized in that the one propagating along the axis mentioned Beam consists of collimated light and in one Direction runs along the axis.

4. System according to one or more of the preceding claims, characterized in that funds are provided are around the propagating along the axis mentioned To deflect the beam with respect to the grating to one to provide other than the angle of incidence and diffraction, the diffraction angle and the predetermined one Angle the angle between the diffracted beam and the Define axis.

5. System according to claim 4, characterized in that the Deflecting means are a prism.

6. System according to claim 4, characterized in that the Deflection means are a grid.

7. System according to one or more of the preceding claims, characterized in that the planar member is arranged such that the axis of rotation through this runs through.

8. System according to any one of the preceding claims, in particular according to claim 7, characterized in that the planar limb is rectilinear in shape and that the Axis runs through the middle of this link.

9. System according to one or more of the preceding claims, characterized in that R _i = R _d and the angle differing from R _i and R _d and the aforementioned predetermined angle add up to 90 °.

10. System according to any one of the preceding claims, characterized in that λ / D = 1.4142.

11. System according to one or more of the preceding claims, characterized in that the rotating means a holder with a central axis have a motor for rotating the holder, wherein the axis of the holder is the axis of rotation and where finally the mentioned link arranged on the holder and is rotatable with it.

12. System according to one or more of the preceding claims, characterized in that the link is radial is offset from the axis.

13. System according to one or more of the preceding claims, in particular according to claim 11, characterized in that that a plurality of the links each with a planar diffraction grating arranged in the holder are arranged opposite each other with a radial distance the axis and circumferentially from each other around the Offset axis.

14. System according to one or more of the preceding claims, in particular according to claim 13, characterized in that that the multitude of limbs is at least one Pair of links has 180 ° with respect to each other are offset, and wherein the predetermined angles between the grids and the axis essentially are the same and opposite to each other.

15. System according to any one of the preceding claims, characterized characterized that the beam of each of the gratings when there rotates about the axis through the beam.

16. System according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the grid members are arranged symmetrically around the axis.

17. System according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the rotating means have a holder that has an input for the beam has at one end and exit window for the bowed Beam, perpendicular to the mentioned Axis in the wall of the holder and opposite to the grid members, the holder further having a base having one end of each of the links at the base is arranged, namely tilted arranged with respect the axis, and finally being a motor for rotation of the holder is provided around the axis.

18. System according to any one of the preceding claims, characterized by means of adjusting the tilting of the Grid member with respect to the axis, whereby the predetermined Angle is set to cross-scan errors due to the variation of the grating period, wedge errors in the Link and the inclination of the axis mentioned with respect to the to compensate for the coordinate system associated with the grid.

19. System according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the rotating means have the following: a holder for the grid with a support surface and a side surface, means for pivoting storage one end of the grid member on one of the surfaces, and means for movably supporting the opposite End of the lattice on the other of the surfaces to so to pivot the link and tilt it adjust, thereby setting the predetermined angle becomes.

20. System according to one of the preceding claims, characterized through a variety of the lattice members that to be carried by the holder, each of the grid members radial and opposite to the axis and circumferentially are offset from one another around the axis, whereby separate of the swiveling and movable suspension elements are provided for each of the grid members.

21. System according to any one of the preceding claims, characterized through a pre-objective focusing lens between the grating element and the image plane for focusing the diffracted beam at a point above that mentioned Line gropes.

22. System according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the following is provided: a holder for the grille with an opening along the mentioned axis for the entry of the in the direction of the Axis of propagating light beam and an opening for the exit of the diffracted beam perpendicular to the Axis, with the focusing lens in the exit opening is arranged and rotated with the grid.

23. System according to one of the preceding claims, characterized by means for providing a cylindrical surface around said axis of rotation, the cylindrical surface providing the image surface on which said line over a scanning angle R _{s is} equal to the angle of rotation R _{R of} the grating around mentioned axis is scanned.

24. System according to claim 23, characterized by a Sufficient focal length pre-objective focusing lens, to focus the diffracted beam on the image plane.

25. System according to any one of the preceding claims, in particular according to claim 23, characterized in that a drum provides a cylindrical surface, and with an axis collinear with the axis of rotation, whereby an arrangement the grating member rotating in the drum and means for arranging along the axis subject to a translational movement to successive Lines across the cylinder surface to feel.

26. System according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the grating is a holographic optical Lens that forms the diffracted beam into one Point focussing on the line or line mentioned.

27. Hologone scanner, characterized through a planar substrate with one formed therein Diffraction grating, means for rotating the grating around an axis and means for adjustable arrangement of the Grid with respect to a predetermined acute angle the axis.

28. The apparatus according to claim 27, characterized in that that the grating is a holographic diffraction grating.

29. The device according to claim 27, characterized by means to provide a source of collimated coherent Light to a beam in a direction along the mentioned Provide axis that hits the grid.

30. Device according to one of the preceding claims, in particular according to claim 27, characterized in that that the rotating means have a holder for the grid, with a support surface and a side surface, Means for pivoting one end of the lattice member on one of the surfaces mentioned and Means for movably holding the opposite End of the grid, on the other of the surfaces, so as to pivot the grating and the inclination (Tilt) and set the predetermined angle thereof.

31. Device according to one of the preceding claims, in particular according to claim 27, characterized in that that a plurality of the grid members are carried by the holder each, radially and with respect to the axis offset and further circumferentially from each other about the axis moved around and further separate the swiveling and movable suspension elements for each of the Lattices with lattice elements are provided.

32. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the rotating means a holder have a first opening for impinging on the grid Light, collinear with the axis, one second opening in the mentioned housing for through that Grating light diffracted perpendicular to the axis, and wherein a focusing lens is also provided in the second opening is.

33. Device according to one of the preceding claims, in particular according to claim 27, characterized in that that the rotating means have a holder, a planar or flat link with the grid on the inner surface the same, with a protective member further arranged a window on the planar link above the inner surface the same defined.

34. Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the rotating means a holder have for the grid, a motor for rotating the Holder, the motor being connected to the holder Has a balancing mass connected to the Shaft between the holder and the motor, the mass is bowl-shaped and has a base that with the Shaft is connected and sides that are away from the holder extend around the engine.

35. Device according to one of the preceding claims, in particular according to claim 34, characterized in that the base diametrically opposite openings perpendicular to the shaft, namely for recording the counterweights.

36. System according to one of the preceding claims, in particular according to claim 23, characterized in that Laser means provide the beam with a polarization, selected from the circular polarization and any Polarization comprehensive group.

37. System according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the predetermined angle and one itself different from the angle of incidence and the angle of diffraction Angle the angle between the bowed Define the beam and the axis.

38. System according to claim 10, characterized in that R _i = R _d = 45 °, the angle differing from R _i and R _{d being} 0 °.

39. System according to one of the preceding claims, characterized in that R _i = R _d and the grating is sufficiently inclined with respect to a perpendicular to the axis mentioned in such a way that the light reflected from the image surface does not return through the grating along the path of the Light beam that is diffracted by the grating is propagated.

40. System according to claim 39, characterized in that the Image surface is cylindrical and collinear with the Axis is arranged.

41. System according to claim 39, characterized in that the grating is inclined or tilted relative to the axis by an inclination or tilt angle R _T , in such a way that the diffracted beam differs in the direction from a direction 90 ° to the axis mentioned by the angle of inclination R _T , where R _i and R _d and any angle which the beam incident on the grating forms with the axis add up to 90 °, and furthermore a post-objective lens is arranged in the path of the light beam , namely with its main axis, inclined with respect to the normal to the axis mentioned about R _T.