[发明专利]利用单个旋转部件的光学图案发生器

说明书

本申请是申请号为200680011652.9、申请日为2006年02月09日、发明创造名称为“利用单个旋转部件的光学图案发生器”的中国专利申请的分案申请。

相关申请

本申请依据35USC§119(e)要求2005年2月14日申请的美国临时专利申请序列号60/652,891的优先权，其标题是“High Efficiency，High Speed Optical Pattern Generator Using a Single Rotating Component”；而且它是2003年2月14日申请的美国专利申请序列号10/750,790的部分继续，其标题是“High Speed，High Efficiency Optical Pattern Generator Using Rotating Optical Element”。所有上述的主题全文合并在此供参考。

技术领域

本发明一般涉及利用光学方法产生图形图案，例如，像点，光斑，或线的阵列。尤其是，本发明涉及利用单个旋转部件产生这种图案，该旋转部件有用于偏转入射光束不同偏转量的多个偏转扇区。

背景技术

利用光学方法产生预定图案的光斑或扫描线段可以用在各种应用中。数字复印机，指纹识别，手持条形码扫描仪，工业应用，光表演娱乐，显示器，电信交换和医学应用是少数的几个例子。或许，用于产生图形图案的最普通机构是倾斜反射镜(例如，电流计驱动的振荡反射镜)和利用旋转凸多面镜的反射。

然而，基于倾斜反射镜的光学图案发生器通常有不适合某些应用的特征。例如，在这些系统中的扫描操作通常是由往返倾斜反射镜实现的。但是，往返运动要求反射镜先停顿，然后作反向运动。这就需要耗费时间，从而限制它的扫描速率。为了提高这些系统的扫描速率，往往利用震荡运动驱动反射镜，其速率接近它的共振频率。然而，这就严重限制可以产生的图案。例如，由于反射镜的运动被局限于振荡运动，所以，产生不规则的图案是困难的。近似共振的条件还限制可以实现的扫描速率范围。例如，由于不能在很大的范围内满足近似共振的条件，在很大的扫描速率范围内调谐这种系统是困难的。此外，共振扫描仪的角扫描速度通常是正弦形的，它不适合在每点的停留时间必须是基本恒定的大量应用。

若需要二维图案(例如，一系列平行的扫描线或二维光斑图案)，则通常是沿两个方向同时倾斜单个反射镜，或使用两个协调的倾斜反射镜。在许多情况下，光的利用效率也是重要的，例如，激光。效率的定义可以是，在治疗面上沉积所需图案的部分能量与光源在给定时间周期内产生的总能量之比。若图案与背景比较是稀疏的，则最好是关断光源和快速地扫描整个背景，然后，当光束停留在需要曝光的光斑上时使它发光，并按照这样的方式曝光图案中的光斑，它可以使光源在时间上是被有效利用的。这就需要能够加速，减速和快速停止的更昂贵的装置。由于这些特征，基于电流计的系统和凸的多面镜系统不太适合产生高速图案，尤其是，如果该图案是不规则图案或稀疏图案。

在旋转多面镜方法中，三维多面镜的侧面是反射镜，而多面镜是围绕中心轴旋转的。当每个反射镜侧面旋转通过入射光束时，该光束被反射而产生扫描线上的一个点。每个反射镜侧面通过光束的旋转可以产生一条扫描线。若所有的反射镜侧面是相同的(例如，制作有多面镜底的相同锥形角)，则反复地跟踪相同的扫描线。若反射镜侧面是不同的，则在每个侧面旋转通过光束时，可以跟踪不同的扫描线。例如，通过改变每个侧面的锥形角，被反射的光束可以跟踪一系列扫描线。

然而，旋转多面镜方法还有不适合某些应用的缺点。例如，产生一系列扫描线的系统可以因旋转而产生象差。为了跟踪一系列扫描线，每个侧面有不同的锥形角，它可以沿垂直于扫描方向的方向偏移基础扫描线。然而，当每个侧面旋转通过光束时，倾斜侧面的取向也产生旋转。这可以造成偏移量的变化和/或其他多余的象差。一个例子是扫描线弓形。理想的扫描线通常是直线段，但实际的扫描线往往弧形段。弧形段的下垂是弓形。在旋转多面镜扫描仪的情况下，有非零锥形角的侧面产生弓形扫描线。弓形量的大小是与锥形角有关。在多面镜扫描仪的情况下，不同的锥形角用于跟踪多条扫描线或在不同的位置上产生光斑，因此，不但每条扫描线是弓形，而且该弓形是随不同的扫描线而变化。最顶部扫描线的弓形与最底部扫描线的弓形之差可以是很大的。