使用旋转光学元件的高速高效率光学图案生成器制造技术

本发明专利技术涉及一种光学图案发生器，其包括一个或更多个多面旋转光学元件，所述光学元件引入对旋转不敏感的偏移。生成偏移的部件围绕光学元件的旋转轴旋转对称。因而随着光学元件旋转，偏移部件的效果不变。此外，可以将旋转光学元件设计为彼此抵消不希望的光学效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及光学地生成图的图案，诸如点阵列或扫描线阵 列。更具体地，本专利技术涉及使用多面旋转光学元件生成这种图案。
技术介绍
点或扫描线的图案的光学生成用于很多应用。数字复印机、打印 机、指紋识别、手持条形码扫描仪、工业应用、光影娱乐、显示、电 信交换、以及医学应用是几个例子。或许用于生成图的图案的最普通 的机构是倾斜反射镜(例如由检流计驱动的震荡反射镜)和来自旋转 多面棱体的反射。然而，基于倾斜反射镜的光学图案生成器典型具有不适合于某些 应用的特征。例如，在这些系统中的扫描典型地通过前后倾斜反射镜而实现。然而前后移动需要反射镜停止然后反转方向。这花费时间， 限制扫描速率。为了提高这些系统的扫描速率，反射镜经常以接近其 共振频率的速率的震荡移动被驱动。然而，这严格限制了可以生成的 图案。例如，由于反射镜移动被约束为震荡移动，因此很难生成不规 则图案。近共振(near-resonance)的条件也限制了能够实现的扫描速 率的范围。例如，由于在宽的范围上不能满足近共振的条件，因此很 难在宽的扫描速率范围上调谐这种系统。如果期望获得二维图案(例 如一系列平行扫描线或点的二维图案)，则典型地，要么在两个方向 上同时倾斜单个反射镜，要么使用两个协同的倾斜反射镜。在很多情况下，使用诸如激光的光的效率也很重要。该效率可以定义为，与光 源在给定时间期间所产生的总能量相比，处理表面上的所需图案中储 存的能量的分数。如果图案与背景相比是稀疏的，优选地关断光源， 并且快速在背景上扫描，接着当该光束已经安置在要曝光的该点之上 时再将其接通，并且以在时间上有效地利用光源的方式来曝光该图案 中的点。这需要一个能够加速、减速、以及快速安置的甚至更易响应 的装置。这些特征的结果是，基于检流计的系统不适合高速图案生成， 尤其是如果图案是不规则的或稀疏的图案。在该旋转多面棱体方法中，三维多面棱体的侧面作为反射镜，并 且多面棱体围绕中心轴旋转。随着每个反射侧面旋转通过入射光束， 反射该光束以便生成扫描线上的点。每个反射的侧面旋转通过光束产 生一条扫描线。如果所有的反射侧面都相同(例如，基于多面棱体制造相同的棱锥角)，则相同的扫描线一遍又一遍地画线(trace)。如 果反射侧面不同，则随着每个侧面旋转通过光束，可以画出不同的扫 描线。例如，通过改变每个侧面的棱锥角，反射光束可以画出一系列 扫描线。然而，旋转多面棱体方法也有不适合某些应用的缺点。例如，产 生一 系列扫描线的系统会由于旋转而遭受象差。为了画出 一 系列扫描 线，每一侧面都具有不同的棱锥角，该棱锥角将基本扫描线在垂直于 扫描方向的方向上偏移。然而，随着每一侧面旋转通过光束，有角度 的侧面的方向也旋转。这会引起偏移量的变化和/或其他不希望的象 差。 一个例子是扫描线弓形。理想扫描线大体上是直线段，而实际扫 描线经常是弧形段。弧形段的垂度是弓形。在旋转多面棱体扫描仪的 情况下，具有非零棱锥角的侧面生成弓形扫描线。弓形弯曲的量取决 于棱锥角。在使用不同棱锥角来画多条扫描线或在不同位置上生成点 的光学多面棱体扫描仪中，不仅每条扫描线弓形弯曲，而且该弓形对 于一条扫描线和下一条扫描线是不同的。最上方的扫描线的弓形和最 下方的扫描线的弓形之间的差异会相当显著。取决于具体应用，由旋转引起的扫描线弓形和其他效果可以引起 其他问题。例如在一些应用中，扫描动作用于补偿扫描仪相对于目标 的移动，使得即使扫描仪相对于该目标移动，光束仍理想地保持在目 标的固定点上。在这种情况下，扫描线弓形将引起光束在垂直于扫描 方向的方向上的移动。如果该移动与光束在目标上的停留时间相比很 慢，则该弓形有效地引入在垂直方向上的不希望的移动。如果该移动 与光束在目标上的停留时间相比很快，则该径向偏转的弓形在与未补 偿的切线移动组合时，有效地模糊该光束，增加了该光束在目标上的 点的大小。典型地，以上两种效果都是不期望的。因而，需要一种可以高速运转的光学图案生成器，尤其用于生成 不规则图案。还需要一种象差和/或模糊降低的图案生成器。
技术实现思路
本专利技术以几种方式克服了现有技术的局限性。在一个方面， 一个或更多个多面旋转光学元件引入了对旋转不敏感的偏移。生成该偏移 的部件围绕光学元件的旋转轴旋转对称。因而，随着光学元件旋转，偏移部件的效果不改变。在另 一个方面，两个或更多个多面旋转光学元件用于抵消彼此产 生的不希望的效果。在一个例子中， 一个旋转光学元件引入偏转，但 也引入一些不希望的光焦度。第二旋转光学元件抵消该光焦度，同时 加强该偏转。结果是不具有额外光焦度的偏转光束。在另一个例子中， 旋转光学元件生成扫描线，并且由一个旋转光学元件引入的扫描线弓 形抵消由其他旋转光学元件引入的弓形，同时加强所希望的扫描。在一个实施例中，光学图案生成器包括具有多个面的多面旋转光 学元件。随着面旋转通过光束，每个面使入射光束生成图(例如点或 扫描线)。各面共同生成图阵列。 一个或更多面包括这样的偏移部件， 该偏移部件基本上旋转对称，并且其中心基本上在旋转光学元件的旋 转轴上。该偏移部件沿着偏移方向偏移图，该偏移方向大体上与旋转 光学元件的径向方向对准。在一种实施中，不同的面将图偏移不同的量。该面可以布置为使得图偏移不均匀的量，和/或以非顺序的次序 生成。在一些实施例中，图可以比点或扫描线更复杂，并且图可以随 着时间改变。此外，图案生成器可以与另一个移动或扫描反射镜组合。 所得图案可以是诸如视频显示中的变化的二维图像。在 一 个特别的设计中，有两个相互对转(counter-rotating )的扫 描盘，其具有——对应的面。对于至少一对相应的面，两个扫描盘上 的面包括上述的偏移部件。偏移部件被实施为在一个扫描盘上的正透 镜状的元件，以及在另一个扫描盘上的负透镜状的元件。在一些应用 中，透镜状元件的焦度在面与面之间是不同的，不同的面引入不同的 偏移。该面还可以包括扫描部件，以生成扫描线，例如，在一个面上 的扫描部件引入弓形，该弓形抵消另一个面上的扫描部件引入的弓形。在另一个方面，光学图案生成器沿扫描线阵列偏转光轴。光学图 案生成器包括两个多面旋转光学元件，其中一个光学元件位于另一个 的下游。该两个旋转光学元件相互对转，并且具有对应的面。随着这 些面旋转通过光轴，这些面引起光轴沿扫描线偏转。光学元件还可以 实施弓形修正和/或扫描线偏移，如上所述。此类型的图案生成器可 以用于多种不同的应用，包括生成光学图的系统和成像系统.在另一个方面，不同的装置包括上述的偏移功能、扫描线功能、 和抵消原理的各种组合。在一些实施例中，旋转光学元件与常规扫描 仪组合。本专利技术的其他方面包括对应上述装置的方法，以及对前述全 部的应用，例如包括使用扫描线补偿移动。附图说明本专利技术具有其他优势和特征，这些优势和特征从结合附图对本发 明的以下详细描述和所附权利要求书中将更加明显，在附图中图1A是根据本专利技术的一个方面的光学图案生成器的侧截面图。 图1B是图1A的图案生成器的光学链的透视图。 图1C是示出了扫描线的偏移的图。图2是通过两个偏移部件的光线專九迹(raytrace)。 图3A是示出了偏移图案的图。图3B是用于生成图3A的偏移图案的扫描盘的顶视图。 图4A是图1的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生成多个图的光学图案生成器，该图案生成器包括：　第一多面旋转光学元件，其具有第一旋转轴和围绕第一旋转轴旋转的多个不同折射面，其中多个面的每一个包括相应的偏移部件，所述偏移部件沿着偏移方向偏移入射光束，其中所述偏移方向总体上与光学元件的径向方向对准，以及　第二多面旋转光学元件，其具有第二旋转轴和围绕第二旋转轴旋转的多个不同折射面，第二光学元件位于第一光学元件的下游，其中第一光学元件上的每个面都具有在第二光学元件上的对应的面，以及对应的面同步旋转通过光束，并且随着对应的面旋转通过光束，使光束从所述多个图中生成一个图。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：伦纳德C迪拜尼迪克蒂斯，戴维C纳波斯，乔治弗兰基尼斯，
申请(专利权)人：雷利恩特技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]