基于激光扫描的f-θ透镜设计(3)

He-Cd激光器示意图见图1-4。图中，1 镉池，2 电泳限制段，3 冷凝镉，4 Cd?。

图中整个放电管由玻璃制作，阳极是钨金属杆，阴极是一个铝制圆罩。阳极端一边有一个镉池，周围有专用电炉丝，镉金属加热到164?C时就能蒸发。

图1-4 He-Cd激光器

当镉蒸发时，镉蒸汽源源不断地从镉池向放电管扩散。随着镉池温

度的升高，镉蒸汽的密度越来越大。在放电区，由于彭宁效应，镉原子被氦亚稳态原子电离并激发，与此同时，在电场作用下，Cd离子从阳极向阴极流动，这就是所谓的电泳过程。电泳过程对产生连续激光是必不可少的。

2. He-Cd激光器的特性

氦镉激光器在不少方面都与氦氖激光器相似。在He-Ne激光器中，主要的激发机理是应用Ne与亚稳态He原子的碰撞。在He-Cd激光器中，碰撞为电离型或所谓彭宁效应。另外，He-Cd系统比任何其他的辉光放电激光器的波长都短，它能发出近于紫外光（3250A）和蓝光（4416A）的光线。He-Cd激光器的单位腔长功率是He-Ne激光器的二倍，尤其它能发出442毫微米的短波长的蓝光，因此，有很大的用途，

??因为很多光敏介质都对蓝光敏感。

He-Cd激光器的电能转换效率介于He-Ne激光器和Ar?激光器之间，它的最大光输出功率可达50mW。但它的预热时间较长，达数分钟，这是由于镉蒸汽饱和时间较长的缘故。同样原因，假如在关机后再重新启动，需等待10—15分钟才能工作。He-Ne激光器和Ar?激光器启动时间则短的多。He-Cd激光器的寿命一般在2000—4000小时，它很适用于激光打印机这样的扫描装置。 1.2.4 氩离子激光器 1. Ar?激光器的结构

氩离子激光器由放电管、磁场和谐振腔组成，还有一个外部电源。激光器结构见图1-5。激光器中放电管由一串相互绝缘的石墨圆环构成。其最主要的优点是导热性好，耐热冲击，溅射阈值较高。由于工作时温度较高，整个腔体需用循环水冷却，激光管全部用石英制成，它的内部除了石墨放电管、水冷却管外，还有储气槽，可以消除放电管两端的气压差。为使用方便起见，谐振腔采用平凹内腔结构。

图1-5 Ar激光器结构

?2. Ar?激光器的特点

氩原子失去电子成为氩正离子Ar?。Ar?激光能级之间的跃迁产生激光，称为氩离子激光。Ar?激光器发出蓝色的激光，在可见光光谱中，

Ar?激光器能发出两条谱线的光，一条为488毫微米波长，一条为515

毫微米波长。它与He-Ne激光器和He-Cd激光器相比，具有更高的增盖（这里是指单位腔长发出的功率）。但电能转换率也最差。

氩离子激光器可以发出从15毫瓦到几瓦功率的激光。较大功率的

Ar?激光器需用水致冷。因此，氩离子激光器往往用于大型激光扫描装

置上，像条形码扫描、打印机一类都不采用Ar?激光器。除非设计一种腔体自冷装置，从而把Ar?激光器设计成小型空气致冷式，并可以在20

Ar?激光器的电能转换效率差，—25毫瓦功率下工作。大约只有0.003%，

不过在工作持续时间不长的场合，采用这种激光器较好，因为它的输出光功率较高，而且是连续发光。光盘在写入信号时，往往使用它。

氩离子激光器还有两大优点，一个是快速预热；一个是能产生质量极佳的光束。它发出的光束很稳定，随时间而变化的光束涨落很小。谐振腔管子的寿命比起上两种激光器来说要短，能达到几千小时就不错了。另外，由于单位腔长功率大，所以同样的光功率，它只需要He-Ne激光器的1/3长就够了。

1.3 改善激光扫描成像质量的几种方法

激光扫描成像的质量和光点尺寸大小、光点锐度、密度(或光强)的均匀性、光点位置精度、图像局部边沿的平滑、扫描线的间距和线性等都有直接的关系。

1.3.1 激光扫描系统的自动调焦系统

由于光点小，焦深也很小，环境温度变化或者振动的影响都会使光学系统离焦，得不到小的光点而影响像质。图1-6给出了有一个自动聚焦系统，在像平面的开始扫描一侧有一个由光栅和光探测器组成的聚焦探测器。当激光扫描没有离焦时，光点小，当光点处在光栅透明部分时，光点透过的光比较大;光点扫描到光栅不透明部分时，光点从光栅透明部分漏过去的光小；经过处理，这时光探测器的信号幅值大，如果光点离焦时，光点变大，光点扫描处于光栅透明部分时，透过的光相对小，而光点处于光栅不透明部分时，由于光点增大，漏的光变大。经处理后光探测的幅值就小。用对比测量的方法可以得到较好的效果。对比V值的计算： V=（Imax-Imin）/（Imax+Imin）。用这种方法不受激光功率的影响。为了得到最大的灵敏度，光点直径和光栅节距的关系应是：光点直径为0.6?0.8倍的光栅节距。光探测器的信号通过对比处理电路驱动聚焦调整机构，使光点保持在正确聚焦状态。

图1-6 激光扫描系统的自动调焦系统

1.3.2 提高缩小光点锐度和减小光点尺寸的辅助技术

光点尺寸和锐度一般是由光学系统决定的。由于半色调图像是由单位长度的网点表达，每一个网点由若干个小的激光点组成，例如半色调

图像如果需要256个灰阶，则需16?16个光点。在相同灰阶数的情况下，半色调图像光电尺寸约是连续色调图像光点尺寸的十分之一左右，所以用于半色调图像的激光照排机的光点尺寸远小于连续色调的激光记录仪。国外400DPI的彩色激光记录仪相当于彩色喷墨4，000PDI。为了得到更小的光点，除了提高光学质量要求以外，还要采取其他辅助措施实现。曝光时间长，光点大，曝光时间短，光点小。这就要求激光照排机提高调制频率，或者减小脉冲宽度。这样不但可以得到较小的光点尺寸，而且也可以得到锐度较好的光点。 1.3.3 提高图像平滑度和改善像质的方法

为改善图像边缘的锯齿状缺陷，可用软件的方法在参差不齐的空间填补一个小的光点或一个灰阶光点，使像元光点移位达到平滑目的。 1.3.4 光点直径与光点间隔的关系

激光扫描要得到较好的像质，光点直径d和光点的间隔s有一定的比例关系。一般光点重叠率在30%?50%之间。 1.3.5 像元时钟技术

前面提到在采用转镜时，用同轴的圆光栅信号保证光点的正确位置。光栅信号在与行起始信号同步后，即向计算机申请点阵信息，计算机开始向声光调制器（AOM）传送文图信息控制AOM。圆光栅的信号作为像元时钟，其优点是可消除电机转速的误差。摆镜因为不是等角速度运动不能用圆光栅，而采用安装在等效像面位置的长光栅，用一束参考光束扫描长光栅，通过光电器接收产生电信号，但是参考光栅必须通过同一光路并与扫描光束偏离一个角度，偏离主扫描线便于安装长光栅，长光栅信号作为像元时钟。激光打印机由于分辨率较低，则用安装在机芯内的晶振作为像元时钟。这种情况要求电机转平稳，激光照排机

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