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】
【国外来华专利技术】
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、指纹识别、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，其具有一一对应的面。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专利技术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轨迹(ray trace)。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的图案生成器的旋转光学元件的顶视图。图4B是示出了由图4A的旋转光学元件产生的扫描线的弓形修正的图。图5A是根据本专利技术的另一个图案生成器的透视图。图5B是通过图5A的图案生成器的光线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生成沿偏移方向偏移的图阵列的光学图案生成器，该图案生成器包括第一多面旋转光学元件，其具有旋转轴和围绕该旋转轴旋转的多个面，其中：随着每个面旋转通过入射光束，该每个面使得入射光束从该图阵列中生成一幅图；以及一个或更多个 面包括偏移部件，该偏移部件基本上旋转对称，其中心基本上在第一光学元件的旋转轴上，并且沿偏移方向偏移该图，其中该偏移方向总体上与光学元件的径向方向对准。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【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]