CN102455507A - 用于光源单元的调整装置和用于光源单元的调整方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及用于光源单元的调整装置和用于光源单元的调整方法。一种用于安装在包括偏转器的光学扫描装置上的光源单元的调整装置，所述光源单元包括激光光源和会聚光学元件，并将会聚的光束引向偏转器，所述调整装置包括：分割元件，用于将所述光束分割为在主扫描方向和副扫描方向中的至少一个上的多个光束；成像光学元件，用于将所述多个光束成像在光接收元件上；和调整机构，用于调整会聚光学元件与激光光源之间的在会聚光学元件的光轴方向上的相对位置ΔX以及会聚光学元件与激光光源之间的在与会聚光学元件的光轴正交的方向上的相对位置ΔY和ΔZ。

Description

用于光源单元的调整装置和用于光源单元的调整方法

技术领域

本发明涉及一种用于将安装在包括偏转器的光学扫描装置上的光源单元中的激光光源和会聚光学元件的调整装置以及用于该调整装置的调整方法。本发明更具体地涉及一种用于调整光源单元的激光光源与会聚光学元件之间的相对位置的调整装置和调整方法。所述光源单元至少包括激光光源和会聚光学元件，所述会聚光源元件用于会聚从激光光源出射的光束，并将该光束引向偏转器，并且从光源单元出射的光束限于供设在光学扫描装置中的激光光源与偏转器之间的光阑使用，以使得在主扫描方向上的光束宽度和在副扫描方向上的光束宽度彼此不同。

背景技术

按照惯例，在安装在激光束打印机和数字复印机上的光学扫描装置的、包括激光光源和会聚光学元件的光源单元的制造中，在独立的处理中精细地调整激光光源与会聚光学元件之间的相对位置。光源单元的后级上的扫描光学系统通常是光学扫描装置中的放大光学系统，并且必需严格调整激光光源相对于光源单元的会聚光学系统的相对位置。如果不执行严格调整，则光束斑点直径在诸如感光鼓的将被扫描的表面上增大，或者光束不能在期望的照射位置上成像，从而导致难以进行高清晰度的打印和颜色配准校准。

对于用于光源单元的激光光源与会聚光学元件之间的相对位置的调整方法和调整装置，已提出了一些提议。根据日本专利申请公开No.H08-136781中所述的调整工具，从附连的光源单元出射的光被工具透镜成像为斑点。对于成像的光束斑点，由物镜、放大光学系统和照相机构造的检测系统读取光束斑点的轮廓，图像处理设备计算斑点直径，计算给出最小光束斑点直径的焦深中心，并确定与光轴正交的截面上的照射位置是否在最优位置。对保持会聚光学系统的透镜镜筒进行三维控制和驱动，以使得焦点和照射位置最优。图20将这种调整方法概括为算法。在图20中所示的流程图中，在焦点方向上相对于设计位置Xo在±dX×N范围中以间距dX移动准直透镜2×N+1次，在每个位置处读取光束斑点的轮廓，从而计算散焦量ΔX，并进一步计算照射位置偏移ΔY和ΔZ(日本专利申请公开No.H08-136781中的段落[0034]至[0038]和图4A至8和图14)。

根据日本专利申请公开No.H08-136781，还描述了一种不是基于光束斑点直径、而是基于激光束的光量的峰值来确定焦点的确定方法(段落[0049])。

而且，诸如包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)的单片多束型的多束型光学扫描装置被作为光学扫描装置制成产品。作为利用多束配置的结果，还必需校准相对于会聚光学系统的光轴的一行发光点的垂直度。如果垂直度没有被校准，则产生光束之间的焦点差异，即，所谓的不对称模糊。例如，日本专利申请公开No.H11-064755提出了这样一种方法，该方法涉及对于两个发光点，在对第一发光点的聚焦之后，重复一定次数激光元件的旋转调整和准直透镜的精细调整，同时观测对第二发光点的聚焦(段落[0024]、图4A和4B)。

然而，用于激光光源单元的常规调整方法具有必需长调整时间的问题。

根据日本专利申请公开No.H08-136781，必需重复下述处理预定次数，即，将激光光源与会聚光学元件之间的间隔改变少量dX(散焦)，读取光束斑点的轮廓，并计算斑点直径和峰值光量。在图20中重复斑点轮廓的读取和斑点直径的计算2×N+1次。基于根据散焦的斑点直径和峰值光量的变化来计算最佳焦点位置，从而调整激光光源与会聚光学元件之间的间隔，这因而造成重复操作需要工时的问题。

为了确认激光光源与会聚光学元件之间的间隔被确定和固定之后的焦点位置，进一步必需重复下述处理预定次数，即，使包括照相机的检测光学系统散焦，读取光束斑点的轮廓，并计算斑点直径和峰值光量。该确认处理也花费调整时间。

而且，根据日本专利申请公开No.H11-064755，为了对多个光束的发光元件中的每个执行散焦调整，所谓的不对称模糊调整，需要根据光束数量执行的对于每个光束的焦点测量的次数增大，从而导致调整时间增长。

如果在与光轴垂直的方向上相对地偏移激光光源和会聚光学元件，则产生打印位置的精度的误差，从而导致难以进行颜色配准校准。如果特别地在多束扫描系统中不围绕光轴进行光源的严格调整，则没有以期望的间隔实现光束间距，从而导致图像劣化。结果，为了重复每个光束的打印位置的测量和调整，调整时间增长。因此，在与光轴正交的方向上必需进行激光光源和会聚光学元件的严格定位，这引起长的组装/调整时间。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于光源单元的调整装置，该调整装置可缩短用于调整将安装在包括偏转器的光学扫描装置上的光源单元的激光光源与会聚光学元件之间的相对位置的调整时间。

用于安装在包括偏转器的光学扫描装置上的光源单元的调整装置具有以下配置。

提供一种用于将安装在包括偏转器的光学扫描装置上的光源单元的调整装置，所述光源单元包括激光光源和会聚光学元件，所述会聚光学元件用于会聚从激光光源出射的光束，并将会聚的光束引向偏转器，所述调整装置包括：分割元件，所述分割元件用于将从光源单元出射的光束分割为在主扫描方向和副扫描方向中的至少一个上的多个光束；成像光学元件，所述成像光学元件用于将被分割元件分割的所述多个光束成像在光接收元件上；和调整机构，所述调整机构用于基于与分割的多个光束对应的成像在光接收元件上的多个图像之间的相对位置和所述多个图像相对于会聚光学元件的光轴的位置来调整会聚光学元件与激光光源之间的在会聚光学元件的光轴方向上的相对位置ΔX以及会聚光学元件与激光光源之间的在与会聚光学元件的光轴正交的方向上的相对位置ΔY和ΔZ。

此外，在所述调整装置中，所述分割元件将穿过第一光阑的光束分割为在主扫描方向和副扫描方向这二者上的多个光束，所述第一光阑设置在与设在光学扫描装置中的激光光源与偏转器之间的第二光阑在光学上等效的位置处。

此外，在所述调整装置中，所述调整装置能够调整会聚光学元件与激光光源之间的在会聚光学元件的光轴方向上的相对位置、会聚光学元件与激光光源之间的在主扫描方向上的相对位置以及会聚光学元件与激光光源之间的在副扫描方向上的相对位置。

此外，在所述调整装置中，所述分割元件包括棱镜阵列，在所述棱镜阵列中，棱镜被布置为使得入射表面或出射表面是一个平坦表面，入射表面和出射表面中的另一个由彼此不平行并且与所述一个平坦表面不平行的多个平坦表面构造。

此外，在所述调整装置中，所述棱镜阵列的棱镜的布置方向与进入棱镜阵列的光束的光瞳的最大直径方向一致。

此外，在所述调整中，满足以下表达式：P×Fj+Sp＞2×Fj×Xmax×H/(4×F²)，其中，P(弧度)是在下述情况下获得的两个光束之间的相对角度，在所述情况下，从具有设计值的光源单元出射的光束被用作光瞳分割元件的棱镜阵列分割为在光瞳的最大直径方向上的两个光束，所述两个光束从棱镜阵列的出射表面出射，H是所述光束的光瞳的最大直径方向上的宽度，F是会聚光学元件的焦距，Fj是成像光学元件的焦距，Sp是成像在光接收元件上的光束的斑点直径，Xmax是激光光源与会聚光学元件之间的在光轴方向上的最大偏移量的绝对值。

此外，在所述调整装置中，所述分割元件包括透镜阵列，在所述透镜阵列中，至少入射表面或出射表面通过布置具有相同曲率的多个弯曲表面来构造。

此外，在所述调整装置中，所述透镜阵列的布置方向至少与进入透镜阵列的光束的光瞳的最大直径方向一致。

提供一种光源单元，该光源单元使得会聚光学元件与激光光源之间的在会聚光学元件的光轴方向上的相对位置以及会聚光学元件与激光光源之间的在与会聚光学元件的光轴正交的方向上的相对位置被所述调整装置调整。

此外，在所述光源单元中，所述激光光源包括多个发光点。

提供一种包括所述光源单元的光学扫描装置。

提供一种用于将安装在包括偏转器的光学扫描装置上的光源单元的调整方法，所述光源单元包括激光光源和会聚光学元件，所述会聚光学元件用于会聚从激光光源出射的光束并将会聚的光束引向偏转器，所述调整方法包括：将从光源单元出射的光束分割为在主扫描方向和副扫描方向中的至少一个上的多个光束；将分割的多个光束成像在光接收元件上；和基于与分割的多个光束对应的成像在光接收元件上的多个图像之间的相对位置和所述多个图像相对于会聚光学元件的光轴的位置，来调整会聚光学元件与激光光源之间的在会聚光学元件的光轴方向上的相对位置ΔX以及会聚光学元件与激光光源之间的在与会聚光学元件的光轴正交的方向上的相对位置ΔY和ΔZ。

提供一种用于将安装在包括偏转器的光学扫描装置上的光源单元的制造方法，所述光源单元包括激光光源和会聚光学元件，所述会聚光学元件用于会聚从激光光源出射的光束并将会聚的光束引向偏转器，所述制造方法包括：将从光源单元出射的光束分割为在主扫描方向和副扫描方向中的至少一个上的多个光束；将分割的多个光束成像在光接收元件上；基于与分割的多个光束对应的成像在光接收元件上的多个图像之间的相对位置和所述多个图像相对于会聚光学元件的光轴的位置来调整会聚光学元件与激光光源之间的在会聚光学元件的光轴方向上的相对位置ΔX以及会聚光学元件与激光光源之间的在与会聚光学元件的光轴正交的方向上的相对位置ΔY和ΔZ；和然后确定会聚光学元件的位置和激光光源的位置中的至少一个。

可提供用于光源单元的调整装置和提供用于光源单元的调整方法，所述调整装置可缩短用于调整激光光源与会聚光学元件之间的相对位置的组装和调整时间。

从以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得清楚。

附图说明

图1是示出根据本发明的第一实施例的调整装置的截面图。

图2是示出根据本发明的第一实施例的调整装置的透视图。

图3是示出根据本发明的用于激光光源与会聚光学元件之间的相对位置的调整方法的流程图。

图4A是根据本发明的调整装置的示意性配置图。

图4B是图4A中所示的本发明的调整装置的示意性配置图的放大图。

图5A是示出根据本发明的第一实施例的数值示例1中的当激光光源在X方向上偏移时获得的光束斑点在Y方向上的位移量的图表。

图5B是示出根据本发明的第一实施例的数值示例1中的当激光光源在X方向上偏移时获得的光束斑点在Z方向上的位移量的图表。

图5C是示出根据本发明的第一实施例的数值示例1中的当激光光源在Y方向上偏移时获得的光束斑点在Y方向上的位移量的图表。

图5D是示出根据本发明的第一实施例的数值示例1中的当激光光源在Y方向上偏移时获得的光束斑点在Z方向上的位移量的图表。

图5E是示出根据本发明的第一实施例的数值示例1中的当激光光源在Z方向上偏移时获得的光束斑点在Y方向上的位移量的图表。

图5F是示出根据本发明的第一实施例的数值示例1中的当激光光源在Z方向上偏移时获得的光束斑点在Z方向上的位移量的图表。

图5G是示出根据本发明的第一实施例的数值示例1中的当激光光源在X方向上以0.02mm的间距移位±0.1mm时获得的光束斑点在YZ平面上的移动轨迹的图表。

图5H是示出根据本发明的第一实施例的数值示例1中的当激光光源在X方向上以0.02mm的间距移位±0.1mm时获得的光束斑点在YZ平面上的移动轨迹的图表。

图5I是示出根据本发明的第一实施例的数值示例1中的当激光光源在Y方向上以0.02mm的间距移位±0.1mm时获得的光束斑点在YZ平面上的移动轨迹的图表。

图5J是示出根据本发明的第一实施例的数值示例1中的当激光光源在Z方向上以0.02mm的间距移位±0.1mm时获得的光束斑点在YZ平面上的移动轨迹的图表。

图6是示出根据本发明的第二实施例的调整装置的截面图。

图7是示出根据本发明的第二实施例的调整装置的透视图。

图8A是示出根据本发明的第二实施例的数值示例2中的当激光光源在X方向上偏移时获得的光束斑点在Y方向上的位移量的图表。

图8B是示出根据本发明的第二实施例的数值示例2中的当激光光源在X方向上偏移时获得的光束斑点在Z方向上的位移量的图表。

图8C是示出根据本发明的第二实施例的数值示例2中的当激光光源在Y方向上偏移时获得的光束斑点在Y方向上的位移量的图表。

图8D是示出根据本发明的第二实施例的数值示例2中的当激光光源在Y方向上偏移时获得的光束斑点在Z方向上的位移量的图表。

图8E是示出根据本发明的第二实施例的数值示例2中的当激光光源在Z方向上偏移时获得的光束斑点在Y方向上的位移量的图表。

图8F是示出根据本发明的第二实施例的数值示例2中的当激光光源在Z方向上偏移时获得的光束斑点在Z方向上的位移量的图表。

图8G是示出根据本发明的第二实施例的数值示例2中的当激光光源在X方向上以0.02mm的间距移位±0.1mm时获得的光束斑点在YZ平面上的移动轨迹的图表。

图8H是示出根据本发明的第二实施例的数值示例2中的当激光光源在Y方向上以0.02mm的间距移位±0.05mm时获得的光束斑点在YZ平面上的移动轨迹的图表。

图8I是示出根据本发明的第二实施例的数值示例2中的当激光光源在Z方向上以0.02mm的间距移位±0.1mm时获得的光束斑点在YZ平面上的移动轨迹的图表。

图9是示出根据本发明的第三实施例的调整装置被用于调整单个光束的激光光源的情况(数值示例3-1)的透视图。

图10是示出根据本发明的第三实施例的调整装置的光瞳分割元件的部分细节图。

图11A是示出根据本发明的第三实施例的数值示例3-1中的当激光光源在X方向上偏移时获得的光束斑点在Y方向上的位移量的图表。

图11B是示出根据本发明的第三实施例的数值示例3-1中的当激光光源在X方向上偏移时获得的光束斑点在Z方向上的位移量的图表。

图11C是示出根据本发明的第三实施例的数值示例3-1中的当激光光源在Y方向上偏移时获得的光束斑点在Y方向上的位移量的图表。

图11D是示出根据本发明的第三实施例的数值示例3-1中的当激光光源在Y方向上偏移时获得的光束斑点在Z方向上的位移量的图表。

图11E是示出根据本发明的第三实施例的数值示例3-1中的当激光光源在Z方向上偏移时获得的光束斑点在Y方向上的位移量的图表。

图11F是示出根据本发明的第三实施例的数值示例3-1中的当激光光源在Z方向上偏移时获得的光束斑点在Z方向上的位移量的图表。

图11G是示出根据本发明的第三实施例的数值示例3-1中的当激光光源在X方向上以0.02mm的间距移位±0.1mm时获得的光束斑点在YZ平面上的移动轨迹的图表。

图11H是示出根据本发明的第三实施例的数值示例3-1中的当激光光源在Y方向上以0.02mm的间距移位±0.1mm时获得的光束斑点在YZ平面上的移动轨迹的图表。

图11I是示出根据本发明的第三实施例的数值示例3-1中的当激光光源在Z方向上以0.02mm的间距移位±0.1mm时获得的光束斑点在YZ平面上的移动轨迹的图表。

图11J是示出根据本发明的第三实施例的数值示例3-1中的当激光光源在X方向上移位±0.1mm时获得的光束斑点在YZ平面上的位移的图表。

图12是示出根据本发明的第三实施例的调整装置被用于调整多个光束的激光光源的情况(数值示例3-2)的情况的透视图。

图13A是示出根据本发明的第三实施例的数值示例3-2中的当激光光源设置在理想位置处时获得的12个光束斑点在像面上的布置的图表。

图13B是示出根据本发明的第三实施例的数值示例3-2中的当激光光源在X方向上移位(与会聚透镜的间隔增大0.1mm)时获得的12个光束斑点在像面上的布置的图表。

图13C是示出根据本发明的第三实施例的数值示例3-2中的当激光光源在X方向上移位(与会聚透镜的间隔减小0.1mm)时获得的12个光束斑点在像面上的布置的图表。

图13D是示出根据本发明的第三实施例的数值示例3-2中的当激光光源围绕Z轴旋转时获得的12个光束斑点在像面上的布置的图表。

图14是示出根据本发明的第四实施例的调整装置的透视图。

图15是示出根据本发明的第四实施例的调整装置的光瞳分割元件的部分细节图。

图16是示出根据本发明的第四实施例的调整装置的XY平面上的截面图。

图17是示出根据本发明的第四实施例的调整装置的XZ平面上的截面图。

图18A是示出根据本发明的第四实施例的数值示例4中的当激光光源在X方向上偏移时获得的光束斑点在Y方向上的位移量的图表。

图18B是示出根据本发明的第四实施例的数值示例4中的当激光光源在X方向上偏移时获得的光束斑点在Z方向上的位移量的图表。

图18C是示出根据本发明的第四实施例的数值示例4中的当激光光源在Y方向上偏移时获得的光束斑点在Y方向上的位移量的图表。

图18D是示出根据本发明的第四实施例的数值示例4中的当激光光源在Y方向上偏移时获得的光束斑点在Z方向上的位移量的图表。

图18E是示出根据本发明的第四实施例的数值示例4中的当激光光源在Z方向上偏移时获得的光束斑点在Y方向上的位移量的图表。

图18F是示出根据本发明的第四实施例的数值示例4中的当激光光源在Z方向上偏移时获得的光束斑点在Z方向上的位移量的图表。

图18G是示出根据本发明的第四实施例的数值示例4中的当激光光源在X方向上以0.02mm的间距偏移±0.1mm时获得的光束斑点在YZ平面上的移动轨迹的图表。

图18H是示出根据本发明的第四实施例的数值示例4中的当激光光源在Y方向上以0.02mm的间距偏移±0.1mm时获得的光束斑点在YZ平面上的移动轨迹的图表。

图18I是示出根据本发明的第四实施例的数值示例4中的当激光光源在Z方向上以0.02mm的间距偏移±0.1mm时获得的光束斑点在YZ平面上的移动轨迹的图表。

图18J是示出根据本发明的第四实施例的数值示例4中的由当激光光源在X方向上偏移±0.1mm时获得的YZ平面上的四个光束斑点形成的矩形的变化的图表。

图19是根据本发明的第五实施例的光学扫描装置的示意图。

图20是示出根据常规示例的用于激光光源与会聚光学元件之间的相对位置的调整方法的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图对本发明的优选实施例进行详细描述。

第一实施例

图1是根据本发明的第一实施例的用于扫描光学系统的光源单元的调整装置的截面图，图2是该调整装置的透视图。

根据本实施例的调整装置是用于调整将安装在包括偏转器的光学扫描装置上的光源单元的激光光源与会聚光学元件之间的相对位置的关系的调整装置，如图1和2所示，包括安装单元(未显示)、光阑(第二光阑)4、光瞳分割元件5、用作成像光学元件的工具透镜6和用作光接收传感器(光接收元件)的二维CCD照相机8，所述安装单元用于固定将调整的光源单元21，光源单元21包括激光光源1和用作会聚光学元件的会聚透镜3。坐标系被配置为使得光轴被分配给X轴，Y轴和Z轴设在与X轴正交的平面上。

现在参照图1和2给出本实施例的调整装置的配置的描述。

激光光源1和会聚透镜3由用作保持构件的激光器保持器2保持，并形成用于扫描光学系统的光源单元21。光源单元21可通过安装单元(未显示)从本实施例的调整装置拆卸下来。将会聚透镜3固定到激光器保持器2，然后将激光器保持器2安装在调整装置上。激光光源1由作为调整机构的工具手(未显示)保持，从而提供可相对于激光器保持器2(会聚透镜3)三维移位的配置。在通过稍后将描述的本发明的调整方法精细地调整激光光源1的位置从而实现激光光源1相对于会聚透镜3的相对位置的期望三维精度之后，将激光光源1固定到激光器保持器2。将激光光源1和会聚透镜3固定到激光器保持器2的方法是已知方法，诸如螺丝连接、装配和粘接。

光阑4是其中钻有具有Y方向上的长轴的椭圆形孔的板。光束10被具有椭圆形开口的光阑4成形为椭圆，并具有Y方向上的最大直径。

光瞳分割元件(分割元件)5由通过在Y方向上布置棱镜5A和棱镜5B而构造的棱镜阵列形成。棱镜的布置方向因此与光束的最大直径方向一致。棱镜5A和棱镜5B具有相对于包含光轴的XZ平面彼此对称的形状。在图1和2中，入射表面相对于YZ平面倾斜，出射表面由与YZ平面平行的一个平面形成。虽然在图1和2中入射表面的斜度被倾斜成使得厚度朝向光轴减小，但是这些斜度可被倾斜成使得厚度相反地朝向光轴增大。

工具透镜6将入射光束会聚到像面7上(光接收元件上)，从而形成光束斑点7A和7B。用作光接收传感器的CCD照相机8读取形成在像面7上的光束斑点作为图像。CCD照相机8由在其中二维布置物镜和光接收像素的CCD传感器构造。图像处理系统(未显示)计算被CCD照相机8读取为图像的每个光束斑点的重心存在于像面7的YZ坐标系上的何处。通过基于计算的光束斑点的YZ坐标驱动和控制保持激光光源1的工具手(未显示)，调整激光光源1与会聚光学元件3之间的相对位置。

现在参照图1和2给出更具体的操作的描述。为了简单描述，在图1中仅示出光束的边缘束，在图2中仅示出光束的主光线。

如果光源单元21通过安装单元(未显示)附连到根据本发明的调整装置，并且激光光源1开启，则从激光光源1出射的激光束被会聚透镜3会聚。通过使会聚透镜3的前焦点位置与激光光源1一致来将激光束转换为平行光束。对于实现平行光束的期望平行度，必需的是光轴(X)方向上的会聚透镜3和激光光源1的前焦点位置之间的位置偏移容限为±0.050mm，更优选地，±0.020mm或更小。类似地，如果激光光源1相对于会聚透镜3的光轴在垂直方向(Y方向或Z方向)上极大地偏移，则该偏移对光学扫描装置的打印位置的精度产生影响。因此，必需的是，Y方向和Z方向上的位置偏移容限为±0.100mm，更优选地，±0.030mm或更小。

然而，当组装光源单元21时，通常难以在光轴(X)方向、Y方向和Z方向上以这样的期望精度提供布置，因此，必需在组装之后进行精细调整。

从会聚透镜3出射的光束被具有椭圆形开口的光阑4限制(成形)为在与光轴正交的截面中为椭圆的光束10，然后被使用。调整装置中的从光源单元21的会聚透镜3到光阑4的在光轴方向上的距离优选地与光学扫描装置中的从会聚透镜3到光阑(第一光阑)的在光轴方向上的距离一致。可替换地，可将会聚透镜3和光阑4布置在与其在光学上等效的位置处。

穿过光阑4的光束10进入构造光瞳分割元件5的棱镜5A和5B。如从图1可见，光束10在Y方向上被分割为两个部分，即，光瞳正侧上的光束10A和光瞳负侧上的光束10B。光瞳正侧上的光束10A被棱镜5A偏转到Y方向上的正侧，光瞳负侧上的光束10B被棱镜5B偏转到Y方向上的负侧。

进入工具透镜6的光束10A和10B经历工具透镜6的成像效应，从而分别在工具透镜6的像面7上形成光束斑点7A和7B。

CCD照相机8读取像面7上的光束斑点7A和7B作为图像。图像处理系统(未显示)计算被读取为图像的每个光束斑点的重心存在于像面7的YZ坐标系上的何处。

如果激光光源1和会聚透镜3布置在理想状态下(在设计位置处)，并且从会聚透镜3出射的激光束是具有期望平行度的平行光束，则光束斑点7A和7B分别在像面7的Y轴上的位置(+Yo，0)和(-Yo，0)处形成图像，其中，像面7上在光轴上的点被表示为YZ平面上的原点(0，0)。现在给出当激光光源1与会聚透镜3之间的实际相对位置在这种情况下偏移时如何观测光束斑点7A和7B的描述。

首先，如果激光光源1与会聚透镜3之间的X方向上的距离比理想状态下的该距离短ΔX，则从会聚透镜3出射的光束10是趋向于分散的光束。如从图1可见，如果光束10是分散光束，则被光瞳分割元件5分割的光束10A离X轴更远，并朝向Y方向上的正侧移位。结果，进入工具透镜6的光束10A离X轴更远，并在朝向Y方向上的正侧移位的同时会聚，从而导致像面7上光束斑点7A的位置朝向正侧移位。光束斑点7A被观测为像面7上的位置(+Yo+dY，0)处的光束斑点，其中，dY是在这种情况下获得的位移量。

类似地，如果光束10是分散光束，则被光瞳分割元件5分割的光束10B离X轴更远，并朝向Y方向上的负侧移位。结果，进入工具透镜6的光束10B离X轴更远，并在朝向Y方向上的负侧位移的同时会聚，从而导致像面7上光束斑点7B的位置朝向负侧移位。光束斑点7B被观测为像面7上的位置(-Yo-dY，0)处的光束斑点，其中，-dY是在这种情况下获得的位移量。

结果，如果激光光源1与会聚透镜3之间的X方向上的距离比理想状态下的该距离短ΔX，则光束斑点7A与7B之间的间隔被观测为增大2×dY的间隔。

然后，如果激光光源1的位置相对于会聚透镜3从理想状态下的位置在Y方向上移动ΔY＜0(朝向Y轴方向上的负侧移动)，则从会聚透镜3出射的光束10具有在Y方向上朝向正侧的角度。如从图1可见，如果光束10具有在Y方向上朝向正侧的角度，则被光瞳分割元件5分割的光束10A也具有在Y方向上朝向正侧的角度。结果，进入工具透镜6的光束10A也以Y方向上朝向正侧的角度行进，像面7上的光束斑点7A的位置因此朝向正侧移位。光束斑点7A被观测为位置(+Yo+dY，0)处的光束斑点，其中，dY是在这种情况下获得的位移量。

类似地，如果光束10具有在Y方向上朝向正侧的角度，则被光瞳分割元件5分割的光束10B也具有在Y方向上朝向正侧的角度。结果，进入工具透镜6的光束10B也以Y方向上朝向正侧的角度行进，像面7上的光束斑点7B的位置因此朝向正侧移位。光束斑点7B被观测为位置(-Yo+dY，0)处的光束斑点，其中，dY是在这种情况下获得的位移量。

结果，如果激光光源1的位置相对于会聚透镜3从理想状态下的位置在Y方向上移动ΔY＜0，则光束斑点7A与7B之间的间隔没有变化，光束斑点7A和7B都被观测为在Y方向上移位dY的光束斑点。

如果激光光源1的位置相对于会聚透镜3从理想状态下的位置在Z方向上移动ΔZ＜0(朝向Z轴方向上的负侧移动)，则从会聚透镜3出射的光束10具有在Z方向上朝向正侧的角度。如从图2可见，如果光束10具有在Z方向上朝向正侧的角度，则被光瞳分割元件5分割的光束10A也具有在Z方向上朝向正侧的角度。结果，进入工具透镜6的光束10A以Z方向上朝向正侧的角度行进，像面7上的光束斑点7A的位置因此朝向正侧移位。光束斑点7A被观测为位置(+Yo，dZ)处的光束斑点，其中，dZ是在这种情况下获得的位移量。

类似地，如果光束10具有在Z方向上朝向正侧的角度，则被光瞳分割元件5分割的光束10B也具有在Z方向上朝向正侧的角度。结果，进入工具透镜6的光束10B也以Z方向上朝向正侧的角度行进，像面7上的光束斑点7B的位置因此朝向正侧移位。光束斑点7B被观测为位置(-Yo，dZ)处的光束斑点，其中，dZ是在这种情况下获得的位移量。

结果，如果激光光源1的位置相对于会聚透镜3从理想状态下的位置在Z方向上移动ΔZ＜0，则光束斑点7A与7B之间的间隔没有变化，光束斑点7A和7B都被观测为在Z方向上移位dZ的光束斑点。

如在以下数值示例中所述的，光束斑点7A与7B之间的间隔(这两个光束的图像之间的相对位置)及其位置(这两个光束的图像中的每个相对于光轴的位置)的变化量与激光光源1和会聚透镜3之间的相对位置的变化量成比例。因此，可通过读取光束斑点7A和7B的坐标，并精确地测量所述间隔和位置的变化量，来计算激光光源1与会聚透镜3之间的相对位置相对于理想位置中的该相对位置偏移多少。

根据本发明，CDD照相机8读取像面7上的光束斑点7A和7B作为图像。图像处理系统(未显示)计算被读取为图像的每个光束斑点的重心存在于像面7的YZ坐标系上的何处。计算二维CCD传感器上每个斑点的重心坐标的方法可以是已知的方法。

计算的光束斑点7A和7B在YZ平面上的坐标分别是(YA，ZA)和(YB，ZB)。虽然如果在装置中没有生产误差，ZA＝ZB适用，但是实际上存在生产误差，因此ZA≈ZB适用。而且，理想状态下的坐标(设计位置)是(+Yo，0)和(-Yo，0)。

而且，光束斑点7A和7B对于激光光源1与会聚透镜3之间的相对位置偏移的坐标移位敏感度用以下表达式(1)至(3)表示。

Ax＝(散焦(X方向上的偏移))/(Y方向上的光束斑点偏移量)(1)

Ay＝(Y方向上的偏移)/(Y方向上的光束斑点偏移量)(2)

Az＝(Z方向上的偏移)/(Z方向上的光束斑点偏移量)(3)

这些敏感度可通过仿真或者根据实验来计算。基于这些坐标移位敏感度，激光光源1与会聚透镜3之间的X、Y和Z方向上的相对位置偏移量(ΔX、ΔY和ΔZ)分别用以下表达式(4)至(6)表示。

ΔX＝Ax ×((YA-YB)-2×Yo)(4)

其中，ΔX是激光光源1与会聚透镜3之间的X方向上的相对位置偏移量。

ΔY＝Ay×(YA+YB)/2(5)

其中，ΔY是激光光源1与会聚透镜3之间的Y方向上的相对位置偏移量。

ΔZ＝Az×(ZA+ZB)/2(6)

其中，ΔZ是激光光源1与会聚透镜3之间的Z方向上的相对位置偏移量。

X方向上的相对位置偏移量ΔX通过光束斑点7A与7B之间的距离与理想状态下它们之间的距离的差值来计算。Y方向上的偏移通过光束斑点7A和7B在Y方向上的位置与理想状态下它们在Y方向上的位置的平均差值来计算。Z方向上的偏移通过光束斑点7A和7C在Z方向上的位置与理想状态下它们在Z方向上的位置的平均差值来计算。

在通过基于计算的ΔX、ΔY和ΔZ对保持激光光源1的工具手(未示出)进行三维驱动和控制来实现激光光源1与会聚透镜3之间的相对位置的期望精度之后，将激光光源1固定到激光器保持器2。将激光光源1和会聚透镜3固定到激光器保持器2的方法是已知方法，诸如螺丝连接、装配和粘接。

图3将这种调整方法概括为算法。如图3所示，仅需执行每个光束斑点的轮廓的读取一次，并可通过从仅执行一次的测量结果的分布图计算的重心坐标来计算散焦量ΔX及照射位置偏移ΔY和ΔZ。因此，本发明不必在移动透镜和激光光源的位置的同时在多个位置条件下重复读取每个光束斑点的轮廓，从而如被例举为比较示例的图20中所示的那样计算斑点直径。

坐标移位敏感度Ay和Az通过会聚透镜3的焦距和工具透镜6的焦距来确定，因此为了获得期望的敏感度，需要根据将调整的光源单元的会聚透镜3对工具透镜6的焦距进行优化。为了提高敏感度，从而提高检测精度，仅必需增大工具透镜6的焦距。

坐标移位敏感度Ax通过会聚透镜3的焦距、工具透镜6的焦距和光束10的光束宽度来确定。为了提高敏感度，光束优选地更宽，从而提高检测精度，并且构造光瞳分割元件5的棱镜5A和5B的布置方向优选地与光束10的最大直径方向对齐。

现在参照图4A和4B对此的原因进行描述。

图4A是图1的放大版本。图4A的参考标号与图1中所示的参考标号相同。如果在图4A和4B中激光光源1从设计位置朝向会聚透镜3接近激光光源1′，则光路用虚线指示。而且，图4A和4B中所示的Y方向是光瞳的最大直径方向，光瞳的最大直径方向上的光束宽度是H。而且，光瞳分割元件5A和5B布置在光瞳的最大直径方向上。在图4A中，为了简化，省略光瞳分割元件5B上的光束。激光光源更接近会聚透镜3，从会聚透镜3出射的光束因此趋向于略微分散。结果，像面7上的与穿过光瞳分割元件5A的光束10A对应的光束斑点7A移位到光束斑点7A′。

图4B是图4A的激光光源1和1′及会聚透镜3的放大图，并示出该部分的细节。图4B仅示出激光光源1和1′、会聚透镜3和光束10A的中心光束(实线表示激光光源1的中心光束，虚线表示激光光源1′的中心光束)。激光光源1设置在与会聚透镜3的前焦距F对应的位置(理想位置或设计位置)处。工具透镜6的焦距是Fj。假设激光光源1′实际上附连到沿着光轴相对于激光光源1偏移dX的位置。中心光束与光轴之间的距离在会聚透镜3处是H/4。而且，如图4B所示，在激光光源1′的位置处从激光光源1出射的中心光束与光轴之间的距离被定义为Δ，分别从激光光源1′和激光光源1出射的两个中心光束之间的相对角度为ε。在这种情况下以下关系适用。

Δ＝(F-dX)×ε≈F×ε(7)

而且，根据图4B中的相似性，以下关系适用。

(H/4)/F＝Δ/dX    (8)

然后，从表达式(7)和(8)获得以下表达式。

ε≈Δ/F＝dX×H/(4×F²)(9)

此外，两个中心光束以相互角度ε进入工具透镜6，光束斑点7A与7A′之间的间隔dY因此用以下表达式(10)表示。

dY＝Fj×ε≈Fj×dX×H/(4×F²)(10)

根据该表达式，dY与H成比例，dY极大地变化，并且随着H增大，也就是说，随着光束的光瞳直径增大，敏感度增大。构造光瞳分割元件5的棱镜5A和5B的布置方向因此优选地与光束10的最大直径方向一致。

而且，表达式(10)被变换为以下表达式(11)。

dX≈dY×(4×F²)/H/Fj(11)

根据表达式(1)定义的坐标移位敏感度Ax因此可用以下表达式(12)来近似。

Ax≈(4×F²)/H/Fj(12)

对于图1中准确地遵循设计值的布置，被光瞳分割元件5分割的两个光束10A与10B之间的相对角度是P(弧度)。这种情况下的像面7上的斑点7A与7B之间的相对距离2Yo用以下表达式表示：

2Yo＝P×Fj(13)，

其中，Fj是工具透镜6的焦距。

另一方面，斑点7A和7B的位置分别根据以下表达式改变：

dY≈±Fj×Xmax×H/(4×F²)(14)，

其中，Xmax是通过组装产生的激光光源与会聚光学元件之间的光轴方向上的最大偏移量的绝对值。因此估计斑点7A与7B之间的相对距离的位移在以下表达式(15)内变化：

±Fj×Xmax×H/(4×F²)×2(15)

因此，如果对于遵循设计值的布置的斑点7A与7B之间的相对距离(表达式(13))和由组装产生的斑点7A与7B之间的相对距离的位移(表达式(15))没有被正确地设置，则斑点7A和7B的序列转换，从而导致难以计算光轴方向上的偏移量。根据本发明，因此提供以下表达式(16)。

2Yo＝P×Fj＞Fj×Xmax×H/(4×F²)×2(16)

考虑到斑点7A和7B的斑点直径Sp，进一步提供以下表达式(17)。

2Yo+Sp＝P×Fj+Sp＞Fj×Xmax×H/(4×F²)×2(17)

虽然根据本实施例首先固定会聚透镜3，然后精细地调整激光光源1，但是相反地，可首先固定激光光源1，然后可精细地调整会聚透镜3的位置。

理想布置中的光束斑点的坐标可通过仿真来计算，或者可使用根据实际对象生成的主光源单元中的光束斑点的坐标。

虽然由物镜和二维CCD传感器构造的CCD照相机被描述为光接收传感器，但是光接收传感器不限于CCD照相机。可利用已知方法，只要该方法可计算接收的光束斑点的重心坐标即可。诸如直接设置在像面7的传感器的光接收表面、CMOS传感器或一维线传感器的各种变型可被用作光接收传感器。而且，如果光束斑点7A与7B之间的间隔根据光瞳分割元件5的棱镜的角度的设置而增大，并且一个传感器不能接收这些斑点，则可使用两个光接收传感器，或者可将一个光接收传感器安装在移动台架上，然后可顺序地读取光束斑点7A和7B的图像。而且，虽然根据本实施例假设使用通过会聚透镜3提供平行光束的光源单元，但是本发明不限于该光源单元，并可应用于提供会聚光束或者分散光束的光源单元。而且，诸如光瞳分割元件和工具透镜的本发明的光学系统可应用于激光光源单元被构建到扫描光学系统中的情况。

可通过至少将棱镜5A和5B的入射表面或出射表面形成为其中布置具有相同曲率的弯曲表面的透镜阵列而不是平面，来降低工具透镜6的折光力或者省略工具透镜6本身。

此外，根据本实施例，光瞳分割元件5被描述为具有相对于YZ平面倾斜的入射表面和由与YZ平面平行的一个平面构造的出射表面的棱镜阵列，但是本发明不限于这种配置。甚至具有相对于YZ平面倾斜的出射表面和由与YZ平面平行的一个平面构造的入射表面的棱镜阵列也可享有本发明的效果。换句话讲，甚至其中其入射表面或出射表面相对于YZ平面倾斜并且其入射表面和出射表面中的另一个由与YZ平面平行的一个平面构造的棱镜阵列也可享有本发明的效果。

数值示例1

现在给出图1和2中所示的根据第一实施例的调整装置的数值示例的描述。

如表1所示那样布置光学系统。在表1中，R表示表面的曲率半径；d表示第n表面与第(n+1)表面之间的间隔；N表示折射率。

表1

光瞳分割元件的倾角：0.1度

光阑：5.00(Y方向上)×2.60(Y方向上)

图5A至5F示出数值示例1中的当相对于会聚透镜3产生激光光源1的位置偏移时光束斑点7A和7B的坐标如何移位。

图5A和5B示出当激光光源1相对于会聚透镜3在X方向上偏移时获得的光束斑点7A和7B的Y坐标和Z坐标的位移量。负相对位置偏移表示会聚透镜3与激光光源1之间的间隔的增大。如从图5A可见，如果会聚透镜3与激光光源1之间的间隔变化，则光束斑点7A和7B朝向Y方向上彼此相反的侧移位。而且，如从图5B可见，如果会聚透镜3与激光光源1之间的间隔变化，则光束斑点7A和7B不在Z方向上移位。如从图5A可见，Ax等于0.1mm/0.102mm。

图5C和5D示出当激光光源1相对于会聚透镜3在Y方向上偏移时获得的光束斑点7A和7B的Y坐标和Z坐标的位移量。如从图5C可见，如果会聚透镜3和激光光源1在Y方向上相对偏移，则光束斑点7A和7B朝向Y方向上的相同侧移位。而且，如从图5D可见，如果会聚透镜3和激光光源1在Y方向上相对偏移，光束斑点7A和7B不在Z方向上移位。如从图5C可见，Ay等于0.1mm/1.21mm。

图5E和5F示出当激光光源1相对于会聚透镜3在Z方向上偏移时获得的光束斑点7A和7B的Y坐标和Z坐标的位移量。如从图5E可见，如果会聚透镜3和激光光源1在Z方向上相对偏移，则光束斑点7A和7B不在Y方向上移位。而且，如从图5F可见，如果会聚透镜3和激光光源1在Z方向上相对偏移，则光束斑点7A和7B朝向Z方向上的相同侧移位。如从图5F可见，Az等于0.1mm/1.21mm。

图5G至5J绘制根据图5A至5F中所示的位移的像面7的YZ平面上的光束斑点7A和7B的轨迹。

图5G和5H示出当激光光源1在X方向上以0.02mm的间距相对于会聚透镜3偏移±0.1mm时获得的在YZ平面上的每个斑点的轨迹。在这种情况下，光束斑点在YZ平面上朝向Y方向上的彼此相反的侧移位。

图5I示出当激光光源1在Y方向上以0.02mm的间距相对于会聚透镜3偏移±0.1mm时获得的在YZ平面上的斑点的轨迹。在这种情况下，光束斑点在YZ平面上朝向Y方向上的相同侧移位。

图5J示出当激光光源1在Z方向上以0.02mm的间距相对于会聚透镜3偏移±0.1mm时获得的在YZ平面上的斑点的轨迹。在这种情况下，光束斑点在YZ平面上朝向Z方向上的相同侧移位。

如上所述，光束斑点7A和7B的间隔和位置的变化量与激光光源1与会聚透镜3之间的相对位置的变化量成比例。因此，可通过读取光束斑点7A和7B的坐标，并精确地测量其间隔和位置的变化量，来计算激光光源1与会聚透镜3之间的相对位置相对于理想位置中的该相对位置偏移多少。

通过基于根据以上提及的表达式(4)至(6)计算的ΔX、ΔY和ΔZ对保持激光光源1的工具手(未显示)进行三维驱动和控制，实现激光光源1与会聚透镜3之间的相对位置的期望精度。然后，固定激光光源1。将激光光源1和会聚透镜3固定到激光器保持器2的方法是已知方法，诸如螺丝连接、装配和粘接。不必说，这种调整装置可应用于多束型激光光源。

本发明的配置不必重复读取光束斑点的图像并计算光束斑点的斑点直径和峰值光量许多次的常规处理，因此可通过一次读取光束斑点的图像，然后执行计算处理，来计算三维相对位置偏移量。

而且，如果再次对于组装的光源单元检查焦点等，则该检查需要更少的工时。因此，可大大地减少用于组装的工时，从而导致成本降低。

第二实施例

图6是根据本发明的第二实施例的用于扫描光学系统的光源单元的调整装置的截面图，图7是该调整装置的透视图。

虽然本实施例的调整装置具有与第一实施例的调整装置相同的配置，但是在本实施例中使用光瞳分割元件51代替第一实施例的调整装置的光瞳分割元件5。

现在参照图6和7给出本实施例的调整装置的配置的描述。本实施例的调整装置的配置与第一实施例的配置相同，除了光瞳分割元件51之外，因此省略相同配置的描述。

通过在Y方向上布置棱镜51A、平行平板部分51B和棱镜51C来构造光瞳分割元件(分割元件)51。棱镜51A和棱镜51C具有相对于XZ平面彼此对称的形状。在图6和7中，棱镜51A和51C的入射表面相对于YZ平面倾斜，出射表面由与YZ平面平行的一个平面形成。虽然在图6和图7中棱镜51A和51C的入射表面的斜度被倾斜成使得厚度朝向光轴减小，但是这些斜度可被倾斜成使得厚度相反地朝向光轴增大。

构造光瞳分割元件51的棱镜51A、平行平板部分51B和棱镜51C的布置方向是Y方向，并与光束10的最大直径方向一致。

工具透镜6将入射光束会聚到像面7上，从而形成光束斑点71A、71B和71C。用作光接收传感器的CCD照相机8读取形成在像面7上的光束斑点作为图像。CCD照相机8由在其中二维布置物镜和光接收像素的CCD传感器构造。图像处理系统(未显示)计算被CCD照相机8读取为图像的每个光束斑点的重心存在于像面7的YZ坐标系上的何处。基于计算的光束斑点的YZ坐标来执行保持激光光源1的工具手(未显示)的驱动和控制。

现在参照图6和7给出更具体的操作的描述。为了简单描述，在图6中仅示出光束的边缘束，在图7中仅示出光束的主光线。本实施例的调整装置的配置与第一实施例的配置相同，除了光瞳分割元件51之外，因此，省略从激光光源出射并进入光瞳分割元件51的光束的光路的描述。

穿过光阑4的光束10进入构造光瞳分割元件51的棱镜51A、平行平板部分51B和棱镜51C。如从图6可见，光束10在Y方向上被分割为三个部分，即，光瞳正侧上的光束11A、光瞳中心部分中的光束11B和光瞳负侧上的光束11C。棱镜51A将光瞳正侧上的光束11A偏转到Y方向上的正侧，棱镜51C将光瞳负侧上的光束11C偏转到Y方向上的负侧。光瞳的中心部分中的光束11B照原样穿过平行平板部分51B。

进入工具透镜6的光束11A、11B和11C经历工具透镜6的成像效应，从而分别在工具透镜6的像面7上形成光束斑点71A、71B和71C。

CCD照相机8读取像面7上的光束斑点71A、71B和71C作为图像。图像处理系统(未显示)计算被读取为图像的每个光束斑点的重心存在于像面7的YZ坐标系上的何处。

如果激光光源1和会聚透镜3布置在理想状态下(在设计位置处)，并且从会聚透镜3出射的激光束是具有期望平行度的平行光束，则光束斑点71A、71B和71C分别在像面7的Y轴上的位置(+Yo，0)、(0，0)和(-Yo，0)处形成图像，其中，像面7上在光轴上的点被表示为YZ平面上的原点(0，0)。

现在给出当激光光源1与会聚透镜3之间的相对位置在这种情况下偏移时如何观测光束斑点71A、71B和71C的描述。

首先，如果激光光源1与会聚透镜3之间的X方向上的距离比理想状态下的该距离短ΔX，则从会聚透镜3出射的光束10是趋向于分散的光束。如从图6可见，如果光束10是分散光束，则被光瞳分割元件51分割的光束11A离X轴更远，并朝向Y方向上的正侧移位。结果，进入工具透镜6的光束11A离X轴更远，并在朝向Y方向的正侧移位的同时会聚，从而导致像面7上光束斑点71A的位置朝向正侧移位。光束斑点71A被观测为像面7上的位置(+Yo+dY，0)处的光束斑点，其中，dY是在这种情况下获得的位移量。

类似地，如果光束10是分散光束，则被光瞳分割元件51分割的光束11C离X轴更远，并朝向Y方向上的负侧移位。结果，进入工具透镜6的的光束11C离X轴更远，并在朝向Y方向上的负侧移位的同时会聚，从而导致像面7上光束斑点71C的位置朝向负侧移位。光束斑点71C被观测为像面7上的位置(-Yo-dY，0)处的光束斑点，其中，-dY是在这种情况下获得的位移量。

结果，如果激光光源1与会聚透镜3之间的X方向的距离比理想状态下的该距离短ΔX，则光束斑点71A与71C之间的间隔被观测为增大2×dY的间隔。

另一方面，如果光束10是分散光束，则被光瞳分割元件51分割的光束11B不产生如光束11A和11C的位移这样的位移，并被观测为位置(0，0)处的光束斑点。

然后，如果激光光源1的位置相对于会聚透镜3从理想状态下的位置在Y方向上移动ΔY＜0(朝向Y轴方向的负侧移动)，则从会聚透镜3出射的光束10具有在Y方向上朝向正侧的角度。如从图6可见，如果光束10具有在Y方向上朝向正侧的角度，则被光瞳分割元件51分割的光束11A也具有在Y方向上朝向正侧的角度。结果，进入工具透镜6的光束11A也以Y方向上朝向正侧的角度行进，像面7上的光束斑点71A的位置因此朝向正侧移位。光束斑点71A被观测为位置(+Yo+dY，0)处的光束斑点，其中，dY是在这种情况下获得的位移量。

类似地，如果光束10具有在Y方向上朝向正侧的角度，则被光瞳分割元件51分割的光束11B也具有在Y方向上朝向正侧的角度。结果，进入工具透镜6的光束11B也以Y方向上朝向正侧的角度行进，像面7上的光束斑点71B的位置因此朝向正侧移位。光束斑点71B被观测为位置(+dY，0)处的光束斑点，其中，dY是在这种情况下获得的位移量。

类似地，如果光束10具有在Y方向上朝向正侧的角度，则被光瞳分割元件51分割的光束11C也具有在Y方向上朝向正侧的角度。结果，进入工具透镜6的光束11C也以Y方向上朝向正侧的角度行进，像面7上的光束斑点71C的位置因此朝向正侧移位。光束斑点71C被观测为位置(-Yo+dY，0)处的光束斑点，其中，dY是在这种情况下获得的位移量。

结果，如果激光光源1的位置相对于会聚透镜3从理想状态下的位置在Y方向上移动ΔY＜0，则光束斑点71A、71B与71C之间的间隔不变化，光束斑点71A、71B和71C都被观测为在Y方向上移位dY的光束斑点。

如果激光光源1的位置相对于会聚透镜3从理想状态下的位置在Z方向上移动ΔZ＜0(朝向Z轴方向上的负侧移动)，则从会聚透镜3出射的光束10具有在Z方向上朝向正侧的角度。如从图7可见，如果光束10具有在Z方向上朝向正侧的角度，则被光瞳分割元件51分割的光束11A也具有在Z方向上朝向正侧的角度。结果，进入工具透镜6的光束11A也以Z方向上朝向正侧的角度行进，像面7上的光束斑点71A的位置因此朝向正侧移位。光束斑点71A被观测为位置(+Yo，dZ)处的光束斑点，其中，dZ是在这种情况下获得的位移量。

类似地，如果光束10具有在Z方向上朝向正侧的角度，则被光瞳分割元件51分割的光束11B也具有在Z方向上朝向正侧的角度。结果，进入工具透镜6的光束11B也以Z方向上朝向正侧的角度行进，像面7上的光束斑点71B的位置因此朝向正侧移位。光束斑点71B被观测为位置(0，dZ)处的光束斑点，其中，dZ是在这种情况下获得的位移量。

类似地，如果光束10具有在Z方向上朝向正侧的角度，则被光瞳分割元件51分割的光束11C也具有在Z方向上朝向正侧的角度。结果，进入工具透镜6的光束11C也以Z方向上朝向正侧的角度行进，像面7上的光束斑点71C的位置因此朝向正侧移位。光束斑点71C被观测为位置(-Yo，dZ)处的光束斑点，其中，dZ是在这种情况下获得的位移量。

结果，如果激光光源1的位置相对于会聚透镜3从理想状态下的位置在Z方向上移动ΔZ＜0，则光束斑点71A、71B与71C之间的间隔不变化，并且光束斑点71A、71B和71C都被观测为在Z方向上移位dZ的光束斑点。

如在以下数值示例中所述的，光束斑点71A、71B与71C之间的间隔(这三个光束的图像之间的相对位置)及其位置(这三个光束的图像中的每个相对于光轴的位置)的变化量与激光光源1和会聚透镜3之间的相对位置的变化量成比例。因此，可通过读取光束斑点71A、71B和71C的坐标，并精确地测量所述间隔和位置的变化量，来计算激光光源1与会聚透镜3之间的相对位置相对于理想位置下的该相对位置偏移多少。

根据本发明，CCD照相机8读取像面7上的光束斑点71A、71B和71C作为图像。图像处理器系统(未显示)计算被读取为图像的每个光束斑点的重心存在于像面7的YZ坐标系上的何处。计算二维CCD传感器上每个斑点的重心坐标的方法可以是已知的方法。

计算的YZ平面上的光束斑点71A、71B和71C的坐标分别是(YA，ZA)、(YB，ZB)和(YC，ZC)。而且，理想状态下的坐标是(+Yo，0)、(0，0)和(-Yo，0)。

而且，光束斑点71A、71B和71C关于激光光源1与会聚透镜3之间的相对位置偏移的坐标移位敏感度(表达式(1)、(2)和(3))可通过仿真或者根据实验来计算。基于这些坐标移位敏感度，激光光源1与会聚透镜3之间的X、Y和Z方向上的相对位置偏移量(ΔX、ΔY和ΔZ)用以下表达式(18)至(20)表示。

ΔX＝Ax×((YA-YC)-2×Yo)(18)

其中，ΔX是激光光源1与会聚透镜3之间的X方向上的相对位置偏移量。

ΔY＝Ay×(YA+YC)/2＝Ax×YB    (19)

其中，ΔY是激光光源1与会聚透镜3之间的Y方向上的相对位置偏移量。

ΔZ＝AZ×(ZA+ZC)/2＝Ax×YB    (20)

其中，ΔZ是激光光源1与会聚透镜3之间的Z方向上的相对位置偏移量。

X方向上的相对位置偏移量ΔX通过光束斑点71A和71C之间的距离与理想状态下它们之间的距离的差值来计算。Y方向上的偏移通过光束斑点71A和71C在Y方向上的位置与理想状态下它们在Y方向上的位置的平均差值来计算。此外，所述平均差值等于当光束斑点71B从在理想状态下的光束斑点71B的位置在Y方向上偏移时获得的光束斑点71B的位移量。Z方向上的偏移通过光束斑点71A和71C在Z方向上的位置与理想状态下它们在Z方向上的位置的平均差值来计算。此外，所述平均差值等于当光束斑点71B从在理想状态下的光束斑点71B的位置在Z方向上偏移时获得的光束斑点71B的位移量。

在通过基于计算的ΔX、ΔY和ΔZ对保持激光光源1的工具手(未显示)进行三维驱动和控制来实现激光光源1与会聚透镜3之间的相对位置的期望精度之后，将激光光源1固定到激光器保持器2。将激光光源1和会聚透镜3固定到激光器保持器2的方法是已知方法，诸如螺丝连接、装配和粘接。

坐标移位敏感度Ay和Az通过会聚透镜3的焦距和工具透镜6的焦距来确定，因此为了获得期望的敏感度，需要根据将调整的光源单元的会聚透镜3来对工具透镜6的焦距进行优化。为了增大敏感度，仅必需的是增大工具透镜6的焦距，从而提高检测精度。

坐标移位敏感度Ax通过会聚透镜3的焦距、工具透镜6的焦距和光束10的光束宽度来确定。为了增大敏感度，光束优选地更宽，从而提高检测精度，并且构造光瞳分割元件51的棱镜5A和5C的布置方向优选地与光束10的最大直径方向对齐。

虽然根据本实施例首先固定会聚透镜3，然后精细地调整激光光源1，但是相反，可首先固定激光光源1，然后可精细地调整会聚透镜3的位置。

虽然由物镜和二维CCD传感器构造的CCD照相机被描述为光接收传感器，但是光接收传感器不限于CCD照相机。可利用已知方法，只要该方法可计算接收的光束斑点的重心坐标即可。诸如直接设置在像面7上的传感器的光接收表面、CMOS传感器或一维线传感器的各种变型可被用作光接收传感器。而且，如果光束斑点71A、71B与71C之间的间隔根据光瞳分割元件51的棱镜的角度的设置而增大，并且一个传感器不能接收这些斑点，则可使用多个光接收传感器，或者可将一个光接收传感器安装在移动台架上，然后可顺序地读取光束斑点71A、71B和71C的图像。而且，虽然假设根据本实施例使用通过会聚透镜3提供平行光束的光源单元，但是本发明不限于该光源单元，并可应用于提供会聚光束或者分散光束的光源单元。而且，本发明的光学系统，诸如光瞳分割元件和工具透镜，可应用于激光光源单元被构建到扫描光学系统中的情况。

可通过至少将棱镜51A和51C的入射表面或出射表面和平行平板部分51B形成为布置具有相同曲率的弯曲表面的透镜阵列而不是平面，来可降低工具透镜6的折光力或者省略工具透镜6本身。

此外，根据本实施例，光瞳分割元件51被描述为具有相对于YZ平面倾斜的入射表面和由与YZ平面平行的一个平面构造的出射表面的棱镜阵列，但是本发明不限于这种配置。甚至具有相对于YZ平面倾斜的出射表面和由与YZ平面平行的一个平面构造的入射表面的棱镜阵列也可享有本发明的效果。换句话讲，甚至其中其入射表面或出射表面相对于YZ平面倾斜并且其入射表面和出射表面中的另一个由与YZ平面平行的一个平面构造的棱镜阵列也可享有本发明的效果。

数值示例2

现在给出图6和7中所示的根据第二实施例的调整装置的数值示例的描述。

如表2所示那样布置光学系统。

表2

光瞳分割元件的倾角：0.1度

光阑：5.00(Y方向上)×2.50(Z方向上)

光瞳分割元件的平行平板部分B的Y方向上的宽度：2.50

以下，图8A至8F示出数值示例2中的当相对于会聚透镜3产生激光光源1的位置偏移时光束斑点71A、71B和71C的坐标如何移位。

图8A和8B示出当激光光源1相对于会聚透镜3在X方向上偏移时获得的光束斑点71A、71B和71C的Y坐标和Z坐标的位移量。负相对位置偏移代表会聚透镜3与激光光源1之间的间隔的增大。如从图8A可见，如果会聚透镜3与激光光源1之间的间隔变化，则光束斑点71A和71C朝向Y方向上的彼此相反的侧移位，光束斑点71B不移位。而且，如从图8B可见，如果会聚透镜3与激光光源1之间的间隔变化，则光束斑点71A、71B和71C不在Z方向上移位。如从图8A可见，Ax等于0.1mm/0.183mm。

图8C和8D示出当激光光源1相对于会聚透镜3在Y方向上偏移时获得的光束斑点71A、71B和71C的Y坐标和Z坐标的位移量。如从图8C可见，如果会聚透镜3和激光光源1在Y方向上相对偏移，则光束斑点71A、71B和71C朝向Y方向上的相同侧移位。而且，如从图8D可见，如果会聚透镜3和激光光源1在Y方向上相对偏移，则光束斑点71A、71B和71C不在Z方向上移位。如从图8C可见，Ay等于0.1mm/1.21mm。

图8E和8F示出当激光光源1相对于会聚透镜3在Z方向上偏移时获得的光束斑点71A、71B和71C的Y坐标和Z坐标的位移量。如从图8E可见，如果会聚透镜3和激光光源1在Z方向上相对偏移，则光束斑点71A、71B和71C在Y方向上不移位。而且，如从图8F可见，如果会聚透镜3和激光光源1在Z方向上相对偏移，则光束斑点71A、71B和71C朝向Z方向上的相同侧移位。如从图8F可见，Az等于0.1mm/1.21mm。

图8G至8I绘制根据图8A至8F中所示的位移在像面7的YZ平面上光束斑点71A、71B和71C的轨迹。图8G示出当激光光源1在X方向上以0.02mm的间距相对于会聚透镜3偏移±0.1mm时获得的在YZ平面上的每个斑点的轨迹。光束斑点在YZ平面上朝向Y方向上的彼此相反的侧移位。

图8H示出当激光光源1在Y方向上以0.02mm的间距相对于会聚透镜3偏移±0.05mm时获得的在YZ平面上的斑点的轨迹。光束斑点在YZ平面上朝向Y方向上的相同侧移位。

图8I示出当激光光源1在Z方向上以0.02mm的间距相对于会聚透镜3偏移±0.1mm时获得的在YZ平面上的斑点的轨迹。光束斑点在YZ平面上朝向Z方向上的相同侧移位。

如上所述，光束斑点71A、71B和71C的间隔和位置的变化量与激光光源1与会聚透镜3之间的相对位置的变化量成比例。因此，可通过读取光束斑点71A、71B和71C的坐标，并精确地测量其间隔和位置的变化量，来计算激光光源1与会聚透镜3之间的相对位置相对于理想位置中的该相对位置偏移多少。

焦点方向上的偏移可通过考虑光束斑点71A和71C来计算，Y方向和Z方向上的偏移可通过考虑光束斑点71B来计算。

通过基于根据以上提及的表达式(18)至(20)计算的激光光源1与会聚透镜3之间的X、Y和Z方向上的相应计算出的相对位置偏移量(ΔX、ΔY和ΔZ)来对保持激光光源1的工具手(未显示)进行三维驱动和控制，实现激光光源1与会聚透镜3之间的相对位置的期望精度。然后，固定激光光源1。将激光光源1和会聚透镜3固定到激光器保持器2的方法是已知方法，诸如螺丝连接、装配和粘接。不必说，这种调整装置可应用于多束型激光光源。

本发明的配置不必重复读取光束斑点的图像并计算光束斑点的斑点直径和峰值光量许多次的常规处理，因此可通过一次读取光束斑点的图像，然后执行计算处理，来计算三维相对位置偏移量。

而且，如果再次对于组装的光源单元检查焦点等，则该检查需要更少的工时。因此，可大大地减少用于组装的工时，从而导致成本降低。

第三实施例

图9是根据本发明的第三实施例的用于扫描光学系统的光源单元的调整装置的透视图。本实施例的调整装置具有与第一实施例和第二实施例的调整装置的配置大致相同的配置，并包括与第一实施例和第二实施例的调整装置的光瞳分割元件不同的光瞳分割元件52。图10示出本实施例的光瞳分割元件52。

现在参照图9和图10给出本实施例的调整装置的配置的描述。本实施例的调整装置的配置与第一实施例和第二实施例的配置相同，除了光瞳分割元件52之外，因此省略相同配置的描述。

光阑4(图9中未示出)设置在会聚透镜3的紧后面，并且是如图1(第一实施例)和图6(第二实施例)中所示的在其中钻有具有Y方向上的长轴的矩形孔的板。具有矩形开口的光阑4使光束10具有矩形形状。

通过在Y方向和Z方向上布置棱镜52A、52B、52C和52D来构造光瞳分割元件(分割元件)52。由棱镜52A、52B、52C和52D构造的光瞳分割元件52具有关于包含光轴的XY平面和包含光轴的XZ平面对称的形状。在图9和10中，棱镜52A、52B、52C和52D的入射表面相对于YZ平面倾斜，出射表面由与YZ平面平行的一个平面形成。棱镜52A、52B、52C和52D的入射表面的斜度被倾斜成使得厚度朝向光轴侧增大，并朝向光瞳分割元件52的外围的四个角减小。

工具透镜6将入射光束会聚到像面7上(光接收传感器或光接收元件上)，从而形成光束斑点72A、72B、72C和72D。用作光接收传感器的CCD照相机8读取形成在像面7上的光束斑点作为图像。CCD照相机8由在其中二维布置物镜和光接收像素的CCD传感器构造。图像处理系统(未显示)计算被CCD照相机8读取为图像的每个光束斑点的重心存在于像面7的YZ坐标系上的何处。基于计算的光束斑点的YZ坐标来执行保持激光光源1的工具手(未显示)的驱动和控制。

现在参照图9和10给出更具体的操作的描述。为了简单描述，在图9中仅示出光束的主光线。本实施例的调整装置的配置与第一实施例和第二实施例的配置相同，除了光瞳分割元件52之外，省略从激光光源出射并进入光瞳分割元件52的光束的光路的描述。

穿过光阑4的光束10进入构造光瞳分割元件52的棱镜52A、52B、52C和52D。如从图9可见，光束10在Y方向和Z方向上被分割为四个部分，即，光瞳A光束12A、光瞳B光束12B、光瞳C光束12C和光瞳D光束12D。棱镜52A、52B、52C和52D分别使光瞳A光束12A、光瞳B光束12B、光瞳C光束12C和光瞳D光束12D朝向光轴(X轴)侧偏转。

本实施例具有这样的配置，在该配置中，光瞳分割元件52将一个光束10分割为像面7上(光接收传感器或光接收元件上)的二维方向上的四个部分，从而得到光瞳A光束12A、光瞳B光束12B、光瞳C光束12C和光瞳D光束12D。

二维方向上的四个分割使得即使在主扫描方向上的焦点位置与副扫描方向上的焦点位置之间存在差异(所谓的像散)，也能单个地检测主扫描方向上的焦点位置和副扫描方向上的焦点位置。

例如，如果边缘发射型半导体激光器被用于根据本发明的激光光源1，则由于元件结构的原因，半导体激光器在主扫描截面上的发光点和半导体激光器在副扫描截面上的发光点在光轴方向上偏移。即使在这种情况下，光瞳分割元件52也将所述一个光束10分割为像面7上(光接收传感器或光接收元件上)的二维方向上的四个部分，并分别测量主扫描方向和副扫描方向上的散焦量，与根据第一实施例(图2)的光束在一维方向上分割的情况相比，导致更好的散焦校正。

甚至在如第一实施例(图2)中那样的光学系统中，也可如在第一实施例中所述那样对散焦量进行校正，所述光学系统通过光瞳分割元件5在像面7(光接收传感器或光接收元件)上将所述一个光束10分割为一维方向(主扫描方向)上的两个部分。

测量被分割为一维方向(主扫描方向)上的两个部分的光束斑点7A和7B的主扫描方向上的间隔，然后计算主扫描方向上的散焦量。

而且，预先测量主扫描截面和副扫描截面中半导体激光器中的发光点的光轴方向上的偏移量作为表格值。

然后可使用主扫描方向上的散焦量和表格值来计算用于以平衡良好的方式对主扫描方向和副扫描方向上的散焦量进行校正的量。

换句话讲，可考虑像面7上的像散来计算考虑主扫描方向与副扫描方向之间的散焦量的差异的校正值。

进入工具透镜6的光束12A、12B、12C和12D经历工具透镜6的成像效应，从而分别在工具透镜6的像面7上形成光束斑点72A、72B、72C和72D。

CCD照相机8读取像面7上的光束斑点72A、72B、72C和72D作为图像。图像处理系统(未显示)计算被读取为图像的每个光束斑点的重心存在于像面7的YZ坐标系上的何处。

如果激光光源1和会聚透镜3布置在理想状态下(在设计位置处)，并且从会聚透镜3出射的激光束是具有期望平行度的平行光束，则光束斑点72A、72B、72C和72D分别在像面7上的位置(-Yo，-Zo)、(-Yo，Zo)、(Yo，Zo)和(Yo，-Zo)处形成图像，其中，像面7上在光轴上的点被表示为YZ平面上的原点(0，0)。

现在给出当激光光源1与会聚透镜3之间的相对位置偏移时如何观测光束斑点72A、72B、72C和72D的描述。

首先，如果激光光源1与会聚透镜3之间的X方向上的距离比理想状态下的该距离短ΔX，则从会聚透镜3出射的光束10是趋向于分散的光束。如从图9可见，如果光束10是分散光束，则被光瞳分割元件52分割的光束12A、12B、12C和12D在接近X轴的方向上移位。相反，如果激光光源1与会聚透镜3之间的距离在X方向上比理想状态下的该距离长ΔX，则从会聚透镜3出射的光束10趋向于会聚，进入工具透镜6的光束12A、12B、12C和12D在离开X轴的方向上移位。结果，光束斑点72A、72B、72C和72D被观测为像面7上的径向移动。

如果激光光源1的位置从理想状态下的位置相对于会聚透镜3在Y方向上移动ΔY＜0(朝向Y轴方向上的负侧移动)，则从会聚透镜3出射的光束10具有在Y方向上朝向正侧的角度。如从图9可见，如果光束10具有在Y方向上朝向正侧的角度，则被光瞳分割元件52分割的光束12A、12B、12C和12D分别具有在Y方向上朝向正侧的角度。结果，进入工具透镜6的光束12A、12B、12C和12D也以Y方向上朝向正侧的角度行进，像面7上的光束斑点72A、72B、72C和72D的位置因此被观测为在Y方向上朝向正侧移位的光束斑点的位置。

如果激光光源1的位置相对于会聚透镜3从理想状态下的位置在Z方向上移动ΔZ＜0(朝向Z轴方向上的负侧移动)，则从会聚透镜3出射的光束10具有在Z方向上朝向正侧的角度。如从图9可见，如果光束10具有在Z方向上朝向正侧的角度，则被光瞳分割元件52分割的光束12A、12B、12C和12D分别具有在Z方向上朝向正侧的角度。结果，进入工具透镜6的光束12A、12B、12C和12D也以Z方向上朝向正侧的角度行进，像面7上的光束斑点72A、72B、72C和72D的位置因此被观测为在Z方向上朝向正侧移位的光束斑点的位置。

如在以下数值示例中所述的，光束斑点72A、72B、72C与72D之间的间隔(这四个光束的图像之间的相对位置)及其位置(这四个光束的图像中的每个相对于光轴的位置)的变化量与激光光源1和会聚透镜3之间的相对位置的变化量成比例。因此可通过读取光束斑点72A、72B、72C和72D的坐标，并精确地测量所述间隔和位置的变化量，来计算激光光源1与会聚透镜3之间的相对位置相对于理想位置中的该相对位置偏移多少。

根据本发明，CCD照相机8读取像面7上的光束斑点72A、72B、72C和72D作为图像。图像处理系统(未显示)计算被读取为图像的每个光束斑点的重心存在于像面7的YZ坐标系上的何处。计算二维CCD传感器上每个斑点的重心坐标的方法可以是已知方法。

计算的YZ平面上的光束斑点72A、72B、72C和72D的坐标分别是(YA，ZA)、(YB，ZB)、(YC，ZC)和(YD，ZD)。而且，理想状态下的坐标分别被表示为(-Yo，-Zo)、(-Yo，Zo)、(Yo，Zo)和(Yo，-Zo)。

而且，光束斑点72A、72B、72C和72D相对于激光光源1与会聚透镜3之间的相对位置偏移的坐标移位敏感度(表达式(1)、(2)和(3))可通过仿真或者根据实验来计算。基于坐标移位敏感度，激光光源1与会聚透镜3之间的X、Y和Z方向上的相对位置偏移量(ΔX、ΔY和ΔZ)分别用以下表达式(21)至(23)表示。

$\mathrm{\ΔX}$

$=\frac{\mathrm{Ax}}{2}\×(\sqrt{{\left(\mathrm{YA}-\mathrm{YC}\right)}^2+{(\mathrm{ZA}-\mathrm{ZC})}^2}-2\×\sqrt{{\mathrm{Yo}}^2+{\mathrm{Zo}}^2}+\sqrt{{(\mathrm{YB}-\mathrm{YD})}^2+{(\mathrm{ZB}-\mathrm{ZD})}^2}-2\×\sqrt{{\mathrm{Yo}}^2+{\mathrm{Zo}}^2})---\left(21\right)$

其中，ΔX是激光光源1与会聚透镜3之间的X方向上的相对位置偏移量。

ΔY＝Ay×(YA+YB+YC+YD)/4(22)

其中，ΔY是激光光源1与会聚透镜3之间的Y方向上的相对位置偏移量。

ΔZ＝Az×(ZA+ZB+ZC+ZD)/4(23)

其中，ΔZ是激光光源1与会聚透镜3之间的Z方向上的相对位置偏移量。

通过对光束斑点72A与72C之间的距离以及光束斑点72B与72D之间的距离与理想状态下的这些距离的差值进行平均来计算X方向上的相对位置偏移量ΔX。通过对光束斑点72A、72B、72C和72D在Y方向上的位移与理想状态下的这些位移的差值进行平均来计算Y方向上的偏移。通过对光束斑点72A、72B、72C和72D在Z方向上的位移与理想状态下的这些位移的差值进行平均来计算Z方向上的偏移。

在通过基于计算的ΔX、ΔY和ΔZ对保持激光光源1的工具手(未显示)进行三维驱动和控制来实现激光光源1与会聚透镜3之间的相对位置的期望精度之后，将激光光源1固定到激光器保持器2。将激光光源1和会聚透镜3固定到激光器保持器2的方法是已知方法，诸如螺丝连接、装配和粘接。

虽然根据本实施例，首先固定会聚透镜3，然后精细地调整激光光源1，但是可首先固定激光光源1，然后可精细地调整会聚透镜3的位置。

虽然由物镜和二维CCD传感器构造的CCD照相机被描述为光接收传感器，但是光接收传感器不限于CCD照相机。可利用已知方法，只要该方法可计算接收的光束斑点的重心坐标即可。诸如直接设置在像面7上的传感器的光接收表面、CMOS传感器或一维线传感器的各种变型可被用作光接收传感器。而且，如果光束斑点72A、72B、72C和72D之间的间隔根据光瞳分割元件52的棱镜的角度的设置而增大并且一个传感器不能接收这些斑点，则可使用多个光接收传感器，或者可将一个光接收传感器安装在移动台架上并可顺序地读取光束斑点72A、72B、72C和72D的图像。而且，虽然根据本实施例假设使用通过会聚透镜3提供平行光束的光源单元，但是本发明不限于该光源单元，并可应用于提供会聚光束或分散光束的光源单元。而且，本发明的光学系统，诸如光瞳分割元件和工具透镜，可应用于激光光源单元被构建到扫描光学系统中的情况。

可通过至少将棱镜52A、52B、52C和52D的入射表面或出射表面形成为布置具有相同曲率的弯曲表面的透镜阵列而不是平面，来降低工具透镜6的折光力或者省略工具透镜6本身。

此外，根据本实施例，光瞳分割元件52被描述为具有相对于YZ平面倾斜的入射表面和由与YZ平面平行的一个平面构造的出射表面的棱镜阵列，但是本发明不限于这种配置。甚至具有相对于YZ平面倾斜的出射表面和由与YZ平面平行的一个平面构造的入射表面的棱镜阵列也可享有本发明的效果。换句话讲，甚至这样的棱镜阵列也可享有本发明的效果，在该棱镜阵列中，其入射表面或出射表面相对于YZ平面倾斜，其入射表面或出射表面中的另一个由与YZ平面平行的一个平面构造。

数值示例3-1

现在给出图9和10中所示的根据第三实施例的调整装置的数值示例的描述。如表3所示那样布置光学系统。

表3

光瞳分割元件的倾角：0.1度

光阑：6.00(Y方向上)×4.00(Z方向上)

图11A至11J示出当相对于会聚透镜3产生激光光源1的位置偏移时光束斑点72A、72B、72C和72D的坐标如何移位，光束斑点72A、72B、72C和72D是分别由光瞳A光束12A、光瞳B光束12B、光瞳C光束12C和光瞳D光束12D形成的图像。

图11A和B示出当激光光源1相对于会聚透镜3在X方向上偏移时获得的光束斑点72A、72B、72C和72D的Y坐标和Z坐标的位移量。负相对位置偏移代表会聚透镜3与激光光源1之间的间隔的增大。如从图11A可见，如果会聚透镜3与激光光源1之间的间隔变化，则光束斑点72B和72C相对于光束斑点72A和72D朝向Y方向上的彼此相反的侧移位。而且，如从图11B可见，如果会聚透镜3与激光光源1之间的间隔变化，则光束斑点72C和72D相对于光束斑点72A和72B朝向Z方向上的彼此相反的侧移位。

图11C和11D示出当激光光源1相对于会聚透镜3在Y方向上偏移时获得的光束斑点72A、72B、72C和72D的Y坐标和Z坐标的位移量。如从图11C可见，如果会聚透镜3和激光光源1在Y方向上相对偏移，则光束斑点72A、72B、72C和72D朝向Y方向上的相同侧移位。而且，如从图11D可见，如果会聚透镜3和激光光源1在Y方向上相对偏移，则光束斑点72A、72B、72C和72D不在Z方向上移位。

图11E和11F示出当激光光源1相对于会聚透镜3在Z方向上偏移时获得的光束斑点72A、72B、72C和72D的Y坐标和Z坐标的位移量。如从图11E可见，如果会聚透镜3和激光光源1在Z方向上相对移位，则光束斑点72A、72B、72C和72D不在Y方向上移位。而且，如从图11F可见，如果会聚透镜3和激光光源1在Z方向上相对偏移，则光束斑点72A、72B、72C和72D朝向Z方向上的相同侧移位。

图11G至11I绘制根据图11A至11F中所示的位移的光束斑点72A、72B、72C和72D在像面7的YZ平面上的轨迹。

图11G示出当激光光源1在X方向上以0.02mm的间距相对于会聚透镜3偏移±0.1mm时获得的在YZ平面上的每个斑点的轨迹。光束斑点径向移位。

图11H示出当激光光源1在Y方向上以0.02mm的间距相对于会聚透镜3偏移±0.1mm时获得的在YZ平面上的斑点的轨迹。光束斑点朝向Y方向上的相同侧移位。

图11I示出当激光光源1在Z方向上以0.02mm的间距相对于会聚透镜3偏移±0.1mm时获得的在YZ平面上的斑点的轨迹。光束斑点朝向Z方向上的相同侧移位。

此外，图11J绘制当激光光源1在光轴(X)方向偏移±0.1mm时获得的光束斑点72A、72B、72C和72D在像面7上的YZ平面上的轨迹。在这种情况下对激光光源1与会聚透镜3之间的间隔相对于理想状态下的间隔增大0.1mm(def＝-0.1)的情况和该间隔相对于理想状态下的间隔减小0.1mm(def＝+0.1)的情况进行描述。四个光束斑点形成矩形，当激光光源1在光轴(X)方向上偏移时，观测到该矩形的大小变化。

如上所述，光束斑点72A、72B、72C和72D的间隔和位置的变化量与激光光源1和会聚透镜3之间的相对位置的变化量成比例。因此，可通过读取光束斑点72A、72B、72C和72D的坐标，并精确地测量其间隔和位置的变化量，来计算激光光源1与会聚透镜3之间的相对位置相对于理想位置中的该相对位置偏移多少。

通过基于根据以上提及的表达式(21)至(23)的激光光源1与会聚透镜3之间的X、Y和Z方向上的各个计算的相对位置偏移量(ΔX、ΔY和ΔZ)对保持激光光源1的工具手(未显示)进行三维驱动和控制，来实现激光光源1与会聚透镜3之间的相对位置的期望精度之后，固定激光光源1。将激光光源1和会聚透镜3固定到激光器保持器2的方法是已知方法，诸如螺丝连接、装配和粘接。

本发明的配置不必重复读取光束斑点的图像并计算这些光束斑点的斑点直径和光量许多次的常规处理，因此，可通过一次读取光束斑点的图像，然后执行计算处理，来计算三维相对位置偏移量。

而且，如果再次对组装的光源单元检查焦点等，则该检查需要更少的工时。因此可大大地减少用于组装的工时，从而导致成本降低。

数值示例3-2

图12中示出应用根据第三实施例的调整装置的另一个数值示例。该数值示例是具有作为激光光源1的多个发光点的多束激光光源的调整的应用示例。将调整的光源单元的激光光源包括发光点100、101和102。中心处的发光点100对应于图9的激光光源1。

调整装置中的光学系统的布置与数值示例3-1(表3)的布置相同。

将调整的激光光源的发光点之间的间隔是0.05mm。发光点100、101和102在直线上对齐，并如图12所示那样被布置为具有相对于XY平面的倾角θ。倾角θ是4.5度。

激光光源1和会聚透镜3由用作保持构件的激光器保持器2保持，并形成用于扫描光学系统的光源单元21。光源单元21可通过安装单元(未显示)从本实施例的调整装置拆卸下来。将会聚透镜3固定到激光器保持器2，然后将激光器保持器2安装在调整装置上。激光光源1由工具手(未显示)保持，从而提供可相对于激光器保持器2三维移位的配置。在通过稍后描述的本发明的调整方法精细地调整激光光源1的位置，从而就发光点100在X、Y和Z方向上的中心处的位置和三个发光点100、101和102的布置方向关于X轴和Z轴的旋转角度而言实现激光光源1相对于会聚透镜3的相对位置的期望精度之后，固定激光光源1。将激光光源1和会聚透镜3固定到激光器保持器2的方法是已知方法，诸如螺丝连接、装配和粘接。

与图9中所示的数值示例的光阑4类似，光阑4设置在会聚透镜3的正后面。光阑4是在其中钻有具有Y方向上的长轴的矩形孔的板。具有矩形开口的光阑4使光束10具有矩形形状。

通过在Y方向和Z方向上布置棱镜52A、52B、52C和52D构造光瞳分割元件52。棱镜52A、52B、52C和52D形成关于XY平面和XZ平面对称的形状。在图9和10中，棱镜52A、52B、52C和52D的入射表面相对于YZ平面倾斜，出射表面与YZ平面平行。棱镜52A、52B、52C和52D的入射表面的斜度被倾斜成使得厚度朝向光轴侧增大，并朝向光瞳分割元件52的外围的四个角减小。

工具透镜6将入射光束会聚到像面7上(光接收传感器或光接收元件上)，从而形成光束斑点72A(n)、72B(n)、72C(n)和72D(n)(n＝100，101或102)。用作光接收传感器的CCD照相机8读取形成在像面7上的光束斑点作为图像。CCD照相机8由在其中二维布置物镜和光接收像素的CCD传感器构造。图像处理系统(未显示)计算被CCD照相机8读取为图像的每个光束斑点的重心存在于像面7的YZ坐标系上的何处。基于计算的光束斑点的YZ坐标执行保持激光光源1的工具手(未显示)的驱动和控制。

数值示例3-2的调整装置的光学布置与数值示例3-1的调整装置的光学布置(表2)相同，光束斑点相对于激光光源1和会聚透镜3之间的相对位置的偏移量的位移等于数值示例3-1的那些位移。换句话讲，光束斑点的位移与图11A至11F中所示的那些位移相同。

在像面7上观测总共12个光束斑点。来自发光点100的光束被分割为四个部分，因此形成光束斑点72A(100)、72b(100)、72C(100)和72D(100)。来自发光点101的光束被分割为四个部分，因此形成光束斑点72A(101)、72b(101)、72C(101)和72D(101)。来自发光点102的光束被分割为四个部分，因此形成光束斑点72A(102)、72B(102)、72C(102)和72D(102)。

图13A示出当激光光源1与会聚透镜3之间的相对位置理想时如何在像面7上观测12个光束斑点。图13A中所示的由中心发光点100形成的四个光束斑点处于与数值示例301中所述的图11J中所示的最佳焦点状态相同的状态。

可通过上述方法基于像面7上与如图13A中所示的三个发光点中的每个对应的每组四个光束斑点来计算Y方向和Z方向上的会聚透镜3与三个发光点中的每个之间的相对位置偏移。而且，可从Y方向和Z方向上的相对位置偏移计算发光点的布置方向及其相对于Y轴的倾角。如果布置是理想的，则倾角被观测为4.5度。如果三个发光点围绕光轴旋转，则观测的角度不同于4.5度。在这种情况下，可用工具手(未显示)围绕X轴旋转激光光源进行调整，以获得等于或小于期望的角度差的角度差。

图13B示出当激光光源1与会聚透镜3之间的相对间隔在焦点(X轴)方向上比理想状态下的该相对间隔宽0.1mm时如何在像面7上观测12个光束斑点。图13B中所示的由中心发光点100形成的四个光束斑点处于与数值示例3-1中所述的图11J中所示的def＝-0.1状态相同的状态。

图13C示出当激光光源1与会聚透镜3之间的相对间隔在焦点方向(X方向)上从理想状态下的该相对间隔减小0.1mm时如何在像面7上观测12个光束斑点。图13C中所示的由中心发光点100形成的四个光束斑点处于数值示例3-1中所述的图11J中所示的def＝+0.1状态相同的状态。

如从图13A至13C之间的比较可见，如果激光光源1与会聚透镜3之间的相对位置在焦点(X轴)方向上从理想状态下的该相对位置移位，则与独立于发光点100、101和102收缩或变宽的矩形类似地观测由光束斑点72A(n)、72B(n)、72C(n)和72D(n)形成的矩形。可如数值示例3-1中所述那样通过测量与发光点100、101和102中的每个对应的光束斑点的坐标来计算每个光束的散焦量。散焦量是相同的，光束斑点的位移因此在图13A至13C中是相同的。

图13D示出当激光光源围绕Z轴旋转而导致所谓的不对称模糊时观测到的光束斑点。对下述情况进行举例说明，在该情况下，激光光源围绕Z轴旋转，中心发光点100位于最佳焦点位置，发光点101处于DEF＝-0.1的状态，发光点102处于DEF＝+0.1的状态。每个由与三个发光点中的每个对应的一组四个光束斑点形成的矩形在像面7上被不同地观测到。对于每组四个光束斑点计算散焦量，并通过计算它们之间的差值来获得不对称模糊量。

从不对称模糊量和发光点的间距识别围绕Z轴的旋转量，并可通过工具手(未显示)调整激光光源围绕Z轴的旋转，以获得期望的焦点差异或更小的焦点差异。

第四实施例

图14是根据本发明的第四实施例的用于扫描光学系统的光源单元的调整装置的透视图，图16是该调整装置的XY截面图，图17是该调整装置的XZ截面图。根据本实施例的调整装置是用于调整将安装在包括偏转器的光学扫描装置上的光源单元的激光光源与用作会聚光学元件的会聚变形透镜之间的相对位置的关系的调整装置，如图14所示，包括安装单元(未显示)、光阑4(未显示)、工具变形透镜61、光瞳分割元件53、工具透镜6和用作光接收传感器的二维CCD照相机8，所述安装单元用于固定包括将调整的激光光源1和会聚变形透镜31的光源单元21。坐标系被配置为：光轴被分配给X轴，Y轴和Z轴设在与X轴正交的平面上。与根据第一实施例至第三实施例中的每个的调整装置不同的组件是光瞳分割元件53，并包括也与根据第一至实施例第三实施例中的每个的调整装置不同的工具变形透镜61。图15示出本实施例的光瞳分割元件53。

现在参照图14至17给出本实施例的调整装置的配置的描述。

激光光源1和会聚变形透镜31由用作保持构件的激光器保持器2保持，并形成用于扫描光学系统的光源单元21。光源单元21可通过安装单元(未显示)从本实施例的调整装置拆卸下来。将会聚变形透镜31固定到激光器保持器2，然后将激光器保持器2安装在调整装置上。激光光源1由工具手(未显示)保持，从而提供可相对于激光器保持器2三维移位的配置。在通过稍后描述的本发明的调整方法精细地调整激光光源1的位置，从而实现激光光源1相对于会聚变形透镜31的相对位置的期望三维精度之后，固定激光光源1。将激光光源1和会聚变形透镜31固定到激光器保持器2的方法是已知方法，诸如螺丝连接、装配和粘接。

光学单元的会聚变形透镜31是其折光力在XY平面和ZX平面中彼此不同的会聚透镜。会聚变形透镜31可以是单个透镜或者复合透镜。

光阑4是在其中钻有具有Y方向上的长轴的矩形孔的板。具有矩形开口的光阑4使光束10具有矩形形状。

通过在Y方向和Z方向上布置棱镜53A、53B、53C和53D来构造图15中所示的光瞳分割元件53。这是这样的布置，在该布置中，将棱镜从图10中所示的根据第三实施例的调整装置的光瞳分割元件52围绕光轴旋转45度。由棱镜53A、53B、53C和53D构造的光瞳分割元件53具有关于包含光轴的XY平面和包含光轴的XZ平面对称的形状。在图14和15中，棱镜53A、53B、53C和53D的入射表面相对于YZ平面倾斜，出射表面由与YZ平面平行的一个平面形成。棱镜53A、53B、53C和53D的入射表面的斜度被倾斜成使得厚度朝向光轴侧增大，并朝向光瞳分割元件53的外围的四边减小。

工具透镜6将入射光束会聚到像面7上(光接收传感器或光接收元件上)，从而形成光束斑点73A、73B、73C和73D。用作光接收传感器的CCD照相机8读取形成在像面7上的光束斑点作为图像。CCD照相机8由在其中二维布置物镜和光接收像素的CCD传感器构造。图像处理系统(未显示)计算被CCD照相机8读取为图像的每个光束斑点的重心存在于像面7的YZ坐标系上的何处。基于计算的光束斑点的YZ坐标来执行保持激光光源1的工具手(未显示)的驱动和控制。

现在参照图14至17给出更具体的操作的描述。指出，为了简单描述，在图14中仅示出主光线，在图16的XY截面图和图17的XZ截面图中仅示出边缘光束。

如果光源单元21通过安装单元(未显示)附连到根据本发明的调整装置并且激光光源1开启，则从激光光源1出射的激光束被会聚变形透镜31会聚。通过使会聚变形透镜31的前焦点位置与激光光源1一致来将激光束转换为XY平面中的平行光束和ZX平面中的会聚光束。对于实现平行光束的期望平行度而言，必需的是光轴(X)方向上的会聚变形透镜31的前焦点位置与激光光源1之间的位置偏移的容限为±0.050mm，更优选地，±0.020或更小。类似地，如果激光光源1在垂直方向(Y方向或Z方向)上相对于会聚变形透镜31的光轴极大地偏移，则该偏移对光学扫描装置的打印位置的精度产生影响。因此，必需的是，Y方向和Z方向上的位置偏移的容限是±0.100mm，更优选地，±0.030mm或更小。

而且，当在制造时组装光源单元21时，通常难以在光轴(X)方向、Y方向和Z方向上提供这样的期望精度的布置，因此有必要在组装之后进行精细调整。

具有矩形开口的光阑4使从会聚变形透镜31出射的光束成形为在与光轴正交的截面中矩形的光束10。调整装置中的从光源单元21的会聚变形透镜31到光阑4的在光轴方向上的距离优选地与光束扫描装置中的从会聚变形透镜31到光阑的在光轴方向上的距离一致。可替换地，可在与其在光学上等效的位置处布置会聚变形透镜31和光阑4。

穿过光阑4的光束在ZX平面上会聚一次，然后通过工具变形透镜61变成平行光束。使会聚变形透镜31的后侧聚光点和工具变形透镜61的前侧焦点在ZX平面上彼此一致。

穿过工具变形透镜61的光束10进入构造光瞳分割元件53的棱镜53A、53B、53C和53D。如从图14可见，光束10在Y方向和Z方向上按45度被分割为四个部分，即，光瞳A光束13A、光瞳B光束13B、光瞳C光束13C和光瞳D光束13D。棱镜53A、53B、53C和53D分别使光瞳A光束13A、光瞳B光束13B、光瞳C光束13C和光瞳D光束13D朝向光轴(X轴)侧偏转。

进入工具变形透镜61的光束13A、13B、13C和13D经历工具变形透镜61的成像效果，从而在调整装置的像面7上分别形成光束斑点73A、73B、73C和73D。

CCD照相机8读取像面7上的光束斑点73A、73B、73C和73D作为图像。图像处理系统(未显示)计算被读取为图像的每个光束斑点的重心存在于像面7上的YZ坐标系上的何处。

如果激光光源1和会聚变形透镜31布置在理想状态下，并且从会聚变形透镜31出射的光束是具有期望平行度的平行光束，则光束斑点73A、73B、73C和73D分别在像面7上的位置(0，-Z0)、(-Yo，0)、(0，Z0)和(Yo，0)处形成图像。

现在给出当激光光源1与会聚透镜3之间的相对位置偏移时如何观测光束斑点73A、73B、73C和73D的描述。

首先，如果激光光源1与会聚变形透镜31之间的X方向上的距离比理想状态下的该距离短ΔX，则从变形透镜31出射的光束1是趋向于分散的光束。如从图14至17可见，如果光束10是分散光束，则光束13A、13B、13C和13D紧在会聚变形透镜31之后朝向接近X轴的方向移位。在这些光束在ZX平面中会聚一次之后，当这些光束进入工具变形透镜61时，光束13A和13C朝向接近X轴的方向移位，光束13B和13D朝向离开X轴的方向移位。

结果，虽然光束斑点73A、73B、73C和73D在像面7上径向移动，但是光束13B和13D被观测到朝向与光束13A和13C的侧相反的侧移位。

然后，如果激光光源1的位置相对于会聚变形透镜31从理想状态下的位置在Y方向上移动ΔY＜0(朝向Y轴方向上的负侧移动)，则从会聚变形透镜31出射的光束具有在Y方向上朝向正侧的角度。如从图14至17可见，如果光束10具有在Y方向上朝向正侧的角度，则被光瞳分割元件53分割的光束13A、13B、13C和13D也均具有在Y方向上朝向正侧的角度。结果，进入工具透镜6的光束13A、13B、13C和13D也以Y方向上朝向正侧的角度行进，像面7上的光束斑点73A、73B、73C和73D的位置因此被观测为朝向正侧的光束斑点的位置。

如果激光光源1的位置相对于会聚变形透镜31从理想状态下的位置在Z方向上移动ΔZ＜0(朝向Z轴方向上的负侧移动)，则从会聚变形透镜31出射的光束10具有在Z方向上朝向正侧的角度。另一方面，在光束在ZX平面上会聚一次之后，光束进入工具变形透镜61，因此，穿过工具变形透镜61之后的光束具有朝向Z方向上的负侧的角度。像面7上的光束斑点73A、73B、73C和73D因此被观测为在Z方向上朝向负侧移位的光束斑点。

如在以下数值示例中所述的，光束斑点73A、73B、73C与73D之间的间隔(这四个光束的图像之间的相对位置)及其位置(这四个光束的图像中的每个相对于光轴的位置)的变化量与激光光源1和会聚变形透镜31之间的相对位置的变化量成比例。因此，可通过读取光束斑点73A、73B、73C和73D的坐标，精确地测量所述间隔和位置的变化量，来计算激光光源1与会聚变形透镜31之间的相对位置相对于理想位置中的该相对位置偏移多少。

根据本发明，CCD照相机8读取像面7上的光束斑点73A、73B、73C和73D作为图像。图像处理系统(未显示)计算被读取为图像的每个光束斑点的重心存在于像面7的YZ坐标系上的何处。计算二维CCD传感器上每个斑点的重心坐标的方法可以是已知方法。

计算的光束斑点73A、73B、73C和73D的坐标分别是(YA，ZA)、(YB，ZB)、(YC，ZC)和(YD，ZD)。而且，理想状态下的坐标(设计位置)分别是(-Yo，0)、(0，Zo)、(Yo，0)和(0，-Zo)。

而且，光束斑点73A、73B、73C和73D关于激光光源1与会聚变形透镜31之间的相对位置偏移的坐标移位敏感度用以下表达式(24)至(27)表示。

Ax1＝(散焦(X方向))/(Y方向上的光束斑点偏移量)(24)

Ax2＝(散焦(X方向))/(Z方向上的光束斑点偏移量)(25)

Ay＝(Y方向上的偏移)/(Y方向上的光束斑点偏移量)(26)

Az＝(Z方向上的偏移)/(Z方向上的光束斑点偏移量)(27)

这些敏感度可通过仿真或者根据实验来计算。基于坐标移位敏感度，激光光源1与会聚变形透镜31之间的X、Y和Z方向上的相对位置偏移量分别用以下表达式(28)至(30)表示。

$\mathrm{\ΔX}$

$=\frac{1}{2}\×\{\mathrm{Ax}1\×((\mathrm{YA}-\mathrm{YC})-2\×\mathrm{Yo})+\mathrm{Ax}2\×((\mathrm{ZB}-\mathrm{ZD})-2\×\mathrm{Zo})\}---\left(28\right)$

其中，ΔX是激光光源1与会聚变形透镜31之间的X方向上的相对位置偏移量。

ΔY＝Ay×(YA+YB+YC+YD)/4(29)

ΔY是激光光源1与会聚变形透镜31之间的Y方向上的相对位置偏移量。

ΔZ＝Az×(ZA+ZB+ZC+ZD)/4(30)

其中，ΔZ是激光光源1与会聚变形透镜31之间的Z方向上的相对位置偏移量。

X方向上的相对位置偏移量ΔX通过光束斑点73A与73C之间的距离、光束斑点73B与73D之间的距离与理想状态下它们之间的距离的平均差值来计算。Y方向上的偏移通过光束斑点73A、73B、73C和73D在Y方向上的位置与理想状态下它们在Y方向上的位置的平均差值来计算。Z方向上的偏移通过光束斑点73A、73B、73C和73D在Z方向上的位置与理想状态下它们在Z方向上的位置的平均差值来计算。

在基于计算的ΔX、ΔY和ΔZ对保持激光光源1的工具手(未显示)进行三维驱动和控制来实现激光光源1与会聚变形透镜31之间的相对位置的期望精度之后，固定激光光源1。将激光光源1和会聚变形透镜31固定到激光器保持器2的方法是已知方法，诸如螺丝连接、装配和粘接。

虽然根据本实施例首先固定会聚变形透镜31，然后精细地调整激光光源1，但是相反，可首先固定激光光源1，然后可精细地调整会聚变形透镜31的位置。

虽然由物镜和二维CCD传感器构造的CCD照相机被描述为光接收传感器，但是光接收传感器不限于CCD照相机。可利用已知方法，只要该方法可计算接收的光束斑点的重心坐标即可。诸如直接设置在像面7上的传感器的光接收表面、CMOS传感器或者一维线传感器的各种变型可被用作光接收传感器。而且，如果光束斑点73A、73B、73C和73D之间的间隔根据光瞳分割元件53的棱镜的角度的设置而增大并且一个传感器不能接收这些斑点，则可使用多个光接收传感器，或者可将一个光接收传感器安装在移动台架上，并可顺序地读取光束斑点73A、73B、73C和73D的图像。而且，虽然根据本实施例假设使用通过会聚变形透镜31提供平行光束的光源单元，但是本发明不限于该光源单元，并可应用于提供会聚光束或分散光束的光源单元。而且，本发明的光学系统，诸如光瞳分割元件和工具透镜，可应用于激光光源单元被构建到扫描光学系统中的情况。

可通过至少将棱镜53A、53B、53C和53D的入射表面或出射表面形成为布置具有相同曲率的弯曲表面的透镜阵列而不是平面，来降低工具透镜6的折光力或者省略工具透镜6本身。

此外，根据本实施例，光瞳分割元件53被描述为具有相对于YZ平面倾斜的入射表面和由与YZ平面平行的一个平面构造的出射表面的棱镜阵列，但是本发明不限于这种配置。甚至具有相对于YZ平面倾斜的出射表面和由与YZ平面平行的一个平面构造的入射表面的棱镜阵列也可享有本发明的效果。换句话讲，甚至这样的棱镜阵列也可享有本发明的效果，在所述棱镜阵列中，其入射表面或出射表面相对于YZ平面倾斜，其另一个表面由与YZ平面平行的一个平面构造。

数值示例4

现在给出图14和17中所示的根据第四实施例的调整装置的数值示例的描述。

如表4所示那样布置光学系统。在表4中，Ry表示表面在Y方向上的曲率半径；Rz表示表面在Z方向上的曲率半径；d表示第n表面与第(n+1)表面之间的间隔；N表示折射率。

表4

光瞳分割元件的倾角：0.1度

光阑：5.00(Y方向上)×5.00(Z方向上)

图18A至18J示出当相对于会聚变形透镜31产生激光光源1的位置偏移时光束斑点73A、73B、73C和73D的坐标如何移位，光束斑点73A、73B、73C和73D是分别由光瞳A光束13A、光瞳B光束13B、光瞳C光束13C和光瞳D光束13D形成的图像。

图18A和18B示出当激光光源1相对于会聚变形透镜31在X方向上偏移时获得的光束斑点73A、73B、73C和73D的Y坐标和Z坐标的位移量。负相对位置偏移代表会聚变形透镜31与激光光源1之间的间隔的增大。如从图18A可见，如果会聚变形透镜31与激光光源1之间的间隔变化，则光束斑点73A和73C在Y方向上移位，如果会聚变形透镜31与激光光源1之间的间隔变化，则光束斑点73B和73D在Z方向上移位。

图18C和18D示出当激光光源1相对于会聚变形透镜31在Y方向上偏移时获得的光束斑点73A、73B、73C和73D的Y坐标和Z坐标的位移量。如从图18C可见，如果会聚变形透镜31和激光光源1在Y方向上相对偏移，则光束斑点73A、73B、73C和73D朝向Y方向上的相同侧移位。而且，如从图18D可见，如果会聚变形透镜31和激光光源1在Y方向上相对偏移，则光束斑点73A、73B、73C和73D不在Z方向上移位。

图18E和18F示出当激光光源1相对于会聚变形透镜31在Z方向上移位时获得的光束斑点73A、73B、73C和73D的Y坐标和Z坐标的位移量。如从图18E可见，如果会聚变形透镜31和激光光源1在Z方向上相对偏移，则光束斑点73A、73B、73C和73D不在Y方向上移位。而且，如从图18F可见，如果会聚变形透镜31和激光光源1在Z方向上相对偏移，则光束斑点73A、73B、73C和73D朝向Z方向上的相同侧移位。

图18G至18I绘制根据图18A至18F中所示的位移的光束斑点73A、73B、73C和73D在像面7的YZ平面上的轨迹。

图18G示出当激光光源1在X方向上以0.02mm的间距相对于会聚变形透镜31偏移±0.1mm时获得的在YZ平面上的每个斑点的轨迹。光束斑点径向移位。

图18H示出当激光光源1在Y方向上以0.02mm的间距相对于会聚变形透镜31偏移±0.1mm时获得的在YZ平面上的斑点的轨迹。光束斑点朝向Y方向上的相同侧移位。

图18I示出当激光光源1在Z方向上以0.02mm的间距相对于会聚变形透镜31偏移±0.1mm时获得的在YZ平面上的斑点的轨迹。光束斑点朝向Z方向上的相同侧移位。

此外，图18J绘制当激光光源1在光轴(X)方向上偏移±0.1mm时获得的光束斑点73A、73B、73C和73D在像面7上的YZ平面上的轨迹。四个光束斑点形成矩形，当激光光源1在光轴(X)方向上偏移时，观测到该矩形的大小变化。

如上所述，光束斑点73A、73B、73C和73D的间隔和位置的变化与激光光源1和会聚变形透镜31之间的相对位置的变化量成比例。因此，可通过读取光束斑点73A、73B、73C和73D的坐标，并精确地测量其间隔和位置的变化量，来计算激光光源1与会聚变形透镜31之间的相对位置相对于理想位置中的该相对位置偏移多少。

在通过基于计算的ΔX、ΔY和ΔZ对保持激光光源1的工具手(未显示)进行三维驱动和控制来实现激光光源1与会聚变形透镜31之间的相对位置的期望精度之后，固定激光光源1。将激光光源1和会聚变形透镜31固定到激光器保持器2的方法是已知方法，诸如螺丝连接、装配和粘接。

本发明的配置不必重复读取光束斑点的图像并计算光束斑点的斑点直径和峰值光量许多次的常规处理，因此，可通过读取光束斑点的图像一次，然后执行计算处理，来计算三维相对位置偏移量。

而且，如果再次对组装的光源单元检查焦点等，则该检查需要更少的工时。因此，可大大地降低用于组装的工时，从而导致成本降低。

在以上提及的第一至第四实施例中，所述配置在将调整的光源单元21中不具有光阑，并对下述情况进行了举例说明，在所述情况下，在调整装置中在光学上与用于将安装光源单元的光学扫描装置中的激光光源的光阑的位置等效的位置处提供光阑4。然而，本发明不限于这种配置。指出，如果光源单元21包括光阑，也就是说，如果在其中光阑设在激光光源1与会聚透镜3之间的光路上的光源单元将被调整，则根据本发明的调整装置不必具有光阑，并且可享有本发明的优点，因此可通过将包括光阑的光源单元固定到根据本发明的调整装置的安装单元来调整光源单元。

而且，虽然在第一实施例至第四实施例中，光瞳分割元件被配置为出射表面由同一个平坦表面构造，并且入射表面由彼此不平行的多个平坦表面构造，但是本发明不限于这种配置。光瞳分割元件可被配置为：入射表面由同一个平坦表面构造，出射表面由彼此不平行的多个平坦表面构造。

此外，指出，根据第一实施例至第四实施例(数值示例)，将用作成像光学元件的工具透镜举例说明为通过胶合用于消色差的两个透镜而构造的胶合透镜，但是本发明不限于这种配置。

第五实施例

图19是本发明的第五实施例的光学扫描装置的示意图，该图是沿着主扫描截面截取的布置图。该光学扫描装置包括激光光源1、激光器保持器2、会聚透镜3、光阑104、柱面透镜105、用作偏转器的多面反射镜106、由第一扫描透镜107A和第二扫描透镜107B构造的扫描透镜系统107、盖玻片108以及将被扫描的表面(感光构件)109。而且，激光扫描盒101存放会聚透镜3、光阑104、柱面透镜105、多面反射镜106和扫描透镜系统107。穿过扫描透镜系统107的光束经由盖玻片108从激光扫描盒101出射，从而用光束扫描将被扫描的表面109。

第一扫描透镜107A和第二扫描透镜107B是由树脂制成的成像透镜。

会聚透镜3使从激光光源1出射的分散光束转换成平行光。平行光被光阑104转换为具有期望光束宽度的光束，然后被柱面透镜105转换为在副扫描方向上会聚的光束，并且在偏转器106的偏转/反射表面附近会聚。光束如此在偏振/反射表面附近形成线图像。

驱动系统(未显示)驱动由多个偏转/反射表面构造的偏转器106围绕图19的与绘图纸垂直的旋转轴旋转。偏转器106使光束在被驱动以旋转的任意偏转/反射表面上偏转，从而将光束引向扫描透镜系统(Fθ透镜)107。

现在给出扫描透镜系统107的操作的描述。扫描光学系统(Fθ透镜)由包括由树脂制成的第一成像透镜和由树脂制成的第二成像透镜的两个成像透镜构造。扫描透镜系统形成被偏转器106反射和偏转的光束的图像，从而在以恒定速度扫描将被扫描的表面109的同时在将被扫描的表面109上形成光束斑点。由树脂制成的扫描光学系统通过用树脂填充模具并在冷却之后取出形成的树脂的已知形成技术来制造。这使得能够实现与用于使用玻璃透镜的常规扫描透镜的制造相比更便宜的制造。

主要在主扫描方向上具有折光力的第一扫描透镜107A的透镜表面形状是用已知函数表示的非球面形状。第一扫描透镜107A具有折光力在主扫描截面中比在副扫描截面中大的凸弯月形形状，具有非弧形主扫描截面，并具有面向偏转器106侧的凹面。主扫描截面中的形状相对于光轴对称。虽然第一扫描透镜107A在副扫描方向上在入射表面和出射表面上具有相同曲率，并且因此在副扫描方向上几乎没有折光力，但是第一扫描透镜107A可具有例如在其中这两个表面在副扫描方向上都平整的柱形形状。第一扫描透镜107A负责使入射光束主要成像在主扫描方向上。

另一方面，第二扫描透镜107B是具有主要在副扫描方向上的折光力的变形透镜。透镜表面形状是用已知函数表示的非球面形状。第二扫描透镜107B的折光力在副扫描截面中比在主扫描截面中大，在主扫描截面上具有弧形入射表面，并在另一个表面上具有非弧形形状。通过由第一扫描透镜107A和第二扫描透镜107B构造的扫描透镜系统107形成的副扫描方向上的成像关系形成所谓的歪斜误差校正(tangle error correction)系统，在该系统中，偏转/反射表面和将被扫描的表面109几乎是共轭关系。

盖玻片108被倾斜成在与绘图纸垂直的副扫描截面中相对于入射光束成一定角度。这防止在盖玻片108的表面上反射的光返回到光源。此外，如果在表面上反射的光返回到光源，则光源中的激光振荡可变得不稳定，从而导致光量变化。

光源单元21的激光光源1和会聚透镜3由激光器保持器2保持。光源单元21可在光轴方向和与光轴正交的方向上调整激光光源1与会聚透镜3之间的相对位置，并可通过第一实施例至第四实施例中所述的调整装置以期望的精度调整这些相对位置。

光源单元21、光阑104、柱面透镜105、用作偏转器的多面反射镜106、第一扫描透镜107A、第二扫描透镜107B和盖玻片108附连到激光扫描盒101。装配孔(未显示)形成在激光扫描盒101的座面102上以用于附连光源单元，组装的且经过调整的光源单元21附连到装配孔。

通过提供下述调整装置使得能够进行精确的调整，所述调整装置具有用于将光源单元21附连到第一实施例至第四实施例中所述的调整装置的、与用于附连光源单元的座面102和装配孔(未显示)类似的配置。

根据本实施例，光阑104设在会聚透镜3与柱面透镜105之间。优选地，光阑4还可设在与光源单元21的调整装置中的光阑104在光学上等效的位置处。具体地讲，提供用于光学扫描装置的光阑104和用于第一实施例至第四实施例中所述的调整装置的光阑4，以使得光轴方向上离光源1和会聚透镜3的距离相同。而且，光阑104和光阑4具有形状相同的开口。

光阑的位置不必如图19中所示那样在会聚透镜3与柱面透镜104之间。例如，光阑可设在激光光源1与会聚透镜3之间的位置处，或者柱面透镜105与偏转器106之间的位置处，或者光阑可设在这两个位置处。

如果光阑104设在激光光源1与会聚透镜3之间，则可通过将光阑构建到激光器保持器2中来降低成本。对于用于调整在其中光阑104被构造在激光器保持器2中的光源单元21的激光光源1和会聚透镜3的位置的调整装置，光阑4不再是必要的。对于用于调整将被用于在柱面透镜105与偏转器106之间包括光阑104的光学扫描装置的光源单元21的激光光源1和会聚透镜3的位置的调整装置优选的是，相对于光学扫描装置中的激光光源1，在调整装置中的在光学上与光阑104等效的位置处提供光阑4。具体地讲，提供用于光学扫描装置的光阑104和用于第一实施例至第四实施例中所述的调整装置的光阑4，以使得在光轴方向上离激光光源1和会聚透镜3的距离相同。而且，光阑104和光阑4具有形状相同的开口。

激光光源1可以是单束型、单片多束型或者VCSEL(表面发射激光器)。

虽然根据本发明的用于调整激光光源与会聚光学元件之间的相对位置的调整装置被描述为假设在光学扫描装置上安装和使用由激光光源和会聚光学透镜构造的光源单元，但是根据本发明的调整装置不限于这种调整装置。即使调整装置被用于调整除了光学扫描装置之外的光源单元的激光光源与会聚光学元件之间的相对位置，也可享有本发明的效果。

虽然给出本发明的示例性实施例的描述，但是本发明不限于这些实施例，而是可在其主旨内以各种方式对本发明进行修改和改变。

尽管已参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是将理解本发明不限于所公开的示例性实施例。将给予权利要求的范围以最广泛的解释，以涵盖所有这样的修改及等同的结构和功能。

Claims (13)

1.一种用于将安装在包括偏转器的光学扫描装置上的光源单元的调整装置，所述光源单元包括激光光源和会聚光学元件，所述会聚光学元件用于会聚从激光光源出射的光束，并将会聚的光束引向偏转器，所述调整装置包括：

分割元件，所述分割元件用于将从光源单元出射的光束分割为在主扫描方向和副扫描方向中的至少一个上的多个光束；

成像光学元件，所述成像光学元件用于将被分割元件分割的所述多个光束成像在光接收元件上；和

调整机构，所述调整机构用于基于与分割的多个光束对应的成像在光接收元件上的多个图像之间的相对位置和所述多个图像相对于会聚光学元件的光轴的位置，来调整会聚光学元件与激光光源之间的在会聚光学元件的光轴方向上的相对位置ΔX以及会聚光学元件与激光光源之间的在与会聚光学元件的光轴正交的方向上的相对位置ΔY和ΔZ。

2.根据权利要求1所述的调整装置，其中，所述分割元件将穿过第一光阑的光束分割为在主扫描方向和副扫描方向这二者上的多个光束，所述第一光阑设置在与设在光学扫描装置中的激光光源与偏转器之间的第二光阑在光学上等效的位置处。

3.根据权利要求2所述的调整装置，其中，所述调整装置能够调整会聚光学元件与激光光源之间的在会聚光学元件的光轴方向上的相对位置、会聚光学元件与激光光源之间的在主扫描方向上的相对位置以及会聚光学元件与激光光源之间的在副扫描方向上的相对位置。

4.根据权利要求1所述的调整装置，其中，所述分割元件包括棱镜阵列，在所述棱镜阵列中，棱镜被布置为使得入射表面或出射表面是一个平坦表面，入射表面和出射表面中的另一个由彼此不平行并且与所述一个平坦表面不平行的多个平坦表面构造。

5.根据权利要求4所述的调整装置，其中，所述棱镜阵列的棱镜的布置方向与进入所述棱镜阵列的光束的光瞳的最大直径方向一致。

6.根据权利要求5所述的调整装置，其中，满足以下表达式：

P×Fj+Sp＞2×Fj×Xmax×H/(4×F²)，

其中，P(弧度)是在下述情况下获得的从所述棱镜阵列的出射表面出射的两个光束之间的相对角度，在所述情况下，从具有设计配置的光源单元出射的光束被用作分割元件的棱镜阵列分割为在光瞳的最大直径方向上的两个光束，然后所述两个光束从棱镜阵列的出射表面出射，H是所述光束在光瞳的最大直径方向上的宽度，F是会聚光学元件的焦距，Fj是成像光学元件的焦距，Sp是成像在光接收元件上的光束的斑点直径，Xmax是激光光源与会聚光学元件之间的在光轴方向上的最大偏移量的绝对值。

7.根据权利要求1所述的调整装置，其中，所述分割元件包括透镜阵列，在所述透镜阵列中，至少入射表面或出射表面通过布置具有相同曲率的多个弯曲表面来构造。

8.根据权利要求7所述的调整装置，其中，所述透镜阵列的弯曲表面的布置方向至少与进入所述透镜阵列的光束的光瞳的最大直径方向一致。

9.一种光源单元，包括会聚光学元件和激光光源；

其中，通过根据权利要求1所述的调整装置调整会聚光学元件与激光光源之间的在会聚光学元件的光轴方向上的相对位置和会聚光学元件与激光光源之间的在与会聚光学元件的光轴正交的方向上的相对位置。

10.根据权利要求9所述的光源单元，其中，所述激光光源包括多个发光点。

11.一种光学扫描装置，包括根据权利要求10所述的光源单元。

12.一种用于将安装在包括偏转器的光学扫描装置上的光源单元的调整方法，所述光源单元包括激光光源和会聚光学元件，所述会聚光学元件用于会聚从激光光源出射的光束并将会聚的光束引向偏转器，所述调整方法包括：

将从光源单元出射的光束分割为在主扫描方向和副扫描方向中的至少一个上的多个光束；

将分割的多个光束成像在光接收元件上；和

基于与分割的多个光束对应的成像在光接收元件上的多个图像之间的相对位置和所述多个图像相对于会聚光学元件的光轴的位置，来调整会聚光学元件与激光光源之间的在会聚光学元件的光轴方向上的相对位置ΔX以及会聚光学元件与激光光源之间的在与会聚光学元件的光轴正交的方向上的相对位置ΔY和ΔZ。

13.一种用于将安装在包括偏转器的光学扫描装置上的光源单元的制造方法，所述光源单元包括激光光源和会聚光学元件，所述会聚光学元件用于会聚从激光光源出射的光束并将会聚的光束引向偏转器，所述制造方法包括：

将从光源单元出射的光束分割为在主扫描方向和副扫描方向中的至少一个上的多个光束；

将分割的多个光束成像在光接收元件上；

基于与分割的多个光束对应的成像在光接收元件上的多个图像之间的相对位置和所述多个图像相对于会聚光学元件的光轴的位置，来调整会聚光学元件与激光光源之间的在会聚光学元件的光轴方向上的相对位置ΔX以及会聚光学元件与激光光源之间的在与会聚光学元件的光轴正交的方向上的相对位置ΔY和ΔZ；和

然后确定会聚光学元件的位置和激光光源的位置中的至少一个。

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