DE19546977A1

DE19546977A1 - Abtastobjektiv

Info

Publication number: DE19546977A1
Application number: DE19546977A
Authority: DE
Inventors: Takashi Iizuka
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1994-12-16
Filing date: 1995-12-15
Publication date: 1996-06-20
Also published as: GB2296105B; IL116421A; IL116421A0; JP3392984B2; US5691835A; GB2296105A8; JPH08220425A; GB2296105A; GB9525818D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Abtastobjektiv, das insbesondere von einem durch eine Ablenkvorrichtung abgelenkten Licht strahl durchlaufen wird, der eine Abtastfläche zeilenweise in einer durch den Verlauf einer Zeile definierten Hauptab tastrichtung und in einer etwa quer zur Hauptabtastrichtung liegenden Nebenabtastrichtung abtastet. Solche Abtastobjekti ve werden in einem optischen Abtastsystem eines Laser druckers, eines Faxgerätes oder eines ähnlichen Gerätes ver wendet. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Abtastobjek tiv, das eine hochauflösende Abbildung ermöglicht.

Die gesteigerten Anforderungen an die Bilddichte, die gewöhn lich in Bildpunkten pro 25,4 mm (= Bildpunkte pro Zoll; Kurz bezeichnung dpi) gemessen wird, und an die Abbildungsge schwindigkeit haben die Fähigkeiten von bekannten Abtastob jektiven überstiegen. Es ist schwierig, die verschiedenen Linsenabbildungsfehler mit herkömmlichen Anordnungen aus zu gleichen. Insbesondere ist für eine hohe Bilddichte eine ge ringe Bildfeldwölbung in beiden Abtastrichtungen notwendig. Jedoch ist die Bildfeldwölbung in der Nebenabtastrichtung in den bekannten Abtastobjektiven hoch. Um die Abbildungsge schwindigkeit zu steigern, wurden Mehrstrahlabtastsysteme vorgeschlagen, die mehrere parallele Abtastzeilen mit Versatz von der optischen Achse in der Nebenabtastrichtung haben. Die Abbildungsfehler bekannter Objektive führen jedoch dazu, daß die Abtastzeilen mit Versatz nicht richtig wiedergegeben wer den.

Bekannt als ein Abtastobjektiv in einem optischen Abtastsy stem ist ein fΘ-Objektiv mit einer dreielementigen Linsen gruppe (z. B. aus der Japanischen Patentanmeldung Hei 5-53076). Die wesentlichen Teile dieses optischen Abtastsystems sind in den Fig. 1A und 1B gezeigt. Fig. 1A ist eine Sei tenansicht der bekannten Linsenanordnung, welche die Nebenab tastrichtung verdeutlicht, und Fig. 1B ist eine Draufsicht auf die bekannte Linsenanordnung, welche die Hauptabtastrich tung verdeutlicht.

In den Fig. 1A und 1B, wird ein Lichtstrahl, der von einem Halbleiterlaser (nicht dargestellt) ausgestrahlt wird, mit Hilfe einer Sammellinse in einen parallelen Lichtstrahl aus gerichtet. Der Lichtstrahl wird dann durch eine zylindrische Linse 1 nur in der Nebenabtastrichtung gebündelt und an schließend von einem rotierenden Polygonspiegel reflektiert und abgelenkt, um über ein fΘ-Objektiv 3 einen Lichtpunkt auf einer Abtastfläche 4 zu bilden. Das fΘ-Objektiv 3 ent hält entlang des Strahlenganges eine negative erste Linse 3a, eine positive zweite Linse 3b und eine positive dritte Linse 3c.

Tabelle 1 weiter unten zeigt eine spezielle Anordnung eines optischen Abtastsystems, das als zweites Ausführungsbeispiel in der oben erwähnten Schrift offenbart ist. In der Tabelle 1 und in den Fig. 1A und 1B beschreiben eine erste bzw. eine zweite Fläche 11 bzw. 12 die zylindrische Linse 1; eine drit te Fläche 21 beschreibt die Spiegelfläche des Polygonspiegels 2; eine vierte bzw. fünfte Fläche 3a1 bzw. 3a2 beschreiben die erste Linse 3a des fΘ-Objektivs 3; eine sechste bzw. siebente Fläche 3b1 bzw. 3b2 beschreiben die zweite Linse 3b; und eine achte bzw. neunte Fläche 3c1 bzw. 3c2 beschreiben die dritte Linse 3c.

In der Tabelle 1 ist Ry der Krümmungsradius in der Hauptab tastrichtung; Rz ist der Krümmungsradius in der Nebenab tastrichtung (diese Spalte ist im Falle einer rotationssymme trischen Fläche leer, weil Rz = Ry); d ist der Abstand zwi schen Flächen entlang der optischen Achse (in mm); und n ist der Brechungsindex der Linse. In dem bekannten Abtastobjektiv beträgt die Brennweite f in der Hauptabtastrichtung des fΘ- Objektivs 299,66 mm. In den Fig. 1A und 1B sind exempla risch die Bezugszeichen d1 bis d8 eingetragen, um den Zusam menhang zwischen diesen Figuren und der Tabelle 1 zu verdeut lichen.

Tabelle 1

Fig. 2A, 2B, 3A und 3B zeigen die verschiedenen Abbil dungsfehler des bekannten optischen Abtastsystems der Fig. 1A und 1B und der Tabelle 1, die für einen weiter unten durchgeführten Vergleich berechnet wurden. In jeder der Fig. 2A, 2B, 3A und 3B bezeichnet die Ordinatenachse jeweils die Bildhöhe (in mm) entlang der Hauptabtastrichtung. Die Bildhöhe ist der Abstand eines Lichtpunktes vom Zentrum der Abtastzeile in der Hauptabtastrichtung, in diesem Fall ± 160 mm.

Fig. 2A zeigt den Linearitätsfehler (fΘ-Charakteristik), und die Abszissenachse der Fig. 2A bezeichnet die Größe der Abweichung (in mm) der Bildpunktposition in der Hauptabtast richtung. Der Linearitätsfehler ist ein Maß für eine Ände rung der Abtastgeschwindigkeit innerhalb einer Abtastzeile.

Fig. 2B zeigt die Bildfeldwölbung. In Fig. 2B, bezeichnet die unterbrochene Linie die Brennpunktposition in der Hauptabtastrichtung, während die durchgehende Linie die Brennpunktposition in der Nebenabtastrichtung bezeichnet. Im folgenden wird Astigmatismus als Differenz zwischen der Bild feldwölbung in der Hauptabtast- und Nebenabtastrichtung defi niert. Die Abszissenachse der Fig. 2B bezeichnet die Größe der Abweichung (in mm) der Brennpunktposition in Richtung der optischen Achse.

Um die Bilddichte eines optischen Abtastsystems zu verbes sern, muß der Lichtpunktdurchmesser verkleinert werden. Der Lichtpunktdurchmesser verringert sich, wenn die numerische Apertur (NA) des Abtastobjektivs vergrößert wird. Jedoch sinkt mit steigender numerischer Apertur (NA) die Schärfen tiefe. Somit muß die Bildfeldwölbung in beiden Abtastrichtun gen sehr gering sein, so daß, wenn die numerische Apertur (NA) gesteigert wird, der Lichtpunkt sich nicht vom Schärfen tiefebereich entfernt.

Jedoch ist, wie in Fig. 2B gezeigt, die Bildfeldwölbung in Richtung der Nebenabtastrichtung in dem bekannten dreielemen tigen Abtastobjektiv hoch. Außerdem kann der Astigmatismus in dem bekannten dreielementigen Beispiel nicht vollständig kor rigiert werden, und folglich ist es sehr schwer, gleichzeitig eine sehr geringe Bildfeldwölbung in beiden Abtastrichtungen zu erreichen. Insbesondere ist es schwer, die Bildfeldwölbung in der Nebenabtastrichtung im konventionellen Beispiel zu un terdrücken. Weiterhin ist es in dem bekannten dreielementigen Abtastsystem schwer, gleichzeitig sowohl den Linearitätsfeh ler als auch die Bildfeldwölbung zu korrigieren.

Fig. 3A zeigt die prozentuale Änderung der Blendenzahl. In Fig. 3A bezeichnet die unterbrochene Linie die prozentuale Änderung in der Hauptabtastrichtung, während die durchgehende Linie das gleiche in der Nebenabtastrichtung bezeichnet. Die Abszissenachse der Fig. 3A bezeichnet die prozentuale Ände rung (%) der Blendenzahl in der Hauptabtastrichtung. Im be kannten Abtastobjektiv ist die Blendenzahl im Abtastzentrum und entlang der optischen Achse 1/25,0 in der Hauptab tastrichtung und 1/35,1 in der Nebenabtastrichtung.

Die prozentuale Änderung der Blendenzahl in bezug auf die Bildhöhe beeinflußt die Größe des abgebildeten Lichtpunktes. Um die Änderung der Lichtpunktgröße für die gesamte Abtast zeile zu minimieren, muß die prozentuale Änderung der Blen denzahl in beide Abtastrichtungen minimiert werden. Wie in Fig. 3A erkennbar, ist die prozentuale Änderung der Blenden zahl abhängig von der Bildhöhe für das bekannte dreielementi ge Abtastobjektiv unbefriedigend.

Fig. 3B zeigt den Verlauf des Abtastfehlers in der Nebenab tastrichtung, der im folgenden als Krümmen bezeichnet wird, einer in der Nebenabtastrichtung versetzten Abtastzeile, wenn eine Position abgetastet wird, die 0,12 mm zur optischen Achse in Nebenabtastrichtung versetzt ist. Die Abszissenachse der Fig. 3B bezeichnet die Größe der Abweichung (in mm) in der Nebenabtastrichtung von einer idealen, geraden Abtast zeile.

Wie in Fig. 3B anhand des bekannten dreielementigen Abtast objektivs gezeigt, ist das Krümmen einer Abtastzeile, die be züglich der optischen Achse versetzt ist, hoch. Damit ist ein präzises Abtasten in dem Maße verhindert, in dem sich die Ab tastzeile von der optischen Achse in der Nebenabtastrichtung entfernt, wenn das Abtastobjektiv in einem optischen Mehrstrahlabtastsystem angewendet wird, das eine Vielzahl von Abtastzeilen benutzt, die in der Nebenabtastrichtung versetzt sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Abtastobjektiv mit geringen Abbildungsfehlern anzugeben. Dabei sollen insbe sondere der Astigmatismus, die Bildfeldwölbung in beiden Ab tastrichtungen, der Linearitätsfehler, das Krümmen von ver setzten Abtastzeilen und die prozentuale Änderung der Blen denzahl abhängig von der Bildhöhe im Vordergrund stehen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Pa tentanspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Un teransprüchen angegeben.

Das Verwenden eines vierelementigen Abtastobjektivs gemäß An spruch 1 erlaubt es, den Astigmatismus und die Bildfeldwöl bung in Nebenabtastrichtung zu korrigieren. Außerdem kann ein Krümmen von Abtastzeilen, die von der optischen Achse ver setzt sind, und eine Änderung der Blendenzahl abhängig von der Bildhöhe ebenfalls mit dem beschriebenen vierelementigen Abtastobjektiv korrigiert werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die zweite Linse ei ne bikonvexe Linse, deren beide konvexe Flächen sphärisch sind, ist die dritte Linse eine plankonvexe torische Linse mit einer der Ablenkvorrichtung zugewandten ebenen Fläche, und ist die vierte Linse eine rotationssymmetrische Linse mit einer der Ablenkvorrichtung zugewandten die negative Brech kraft erzeugenden Fläche. Diese Anordnung erlaubt die ab schließende Korrektur der Bildfeldwölbung sowohl in der Hauptabtastrichtung als auch in der Nebenabtastrichtung, wäh rend der Linearitätsfehler korrigiert bleibt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfüllt das Abtastobjektiv die Bedingung -4,0 < f4/f < -0,8, wobei f4 die Brennweite in der Hauptabtastrichtung der vierten Linse und f die Brennweite des Abtastobjektivs in der Hauptab tastrichtung ist. Als Folge des Erfüllens der Bedingung -4,0 < f4/f < -0,8 wird die Bildfeldwölbung in der Nebenab tastrichtung gering gehalten, während der Linearitätsfehler (fΘ-Charakteristik) ausreichend korrigiert ist. Außerdem wird der geringe Linearitätsfehler zur gleichen Zeit erreicht wie eine geringe Bildfeldwölbung in beiden Abtastrichtungen.

In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist die dritte Linse eine plankonvexe Linse mit einer der Ablenkvorrichtung zugewandten ebenen Fläche und einer der Abtastfläche zuge wandten sphärischen Fläche, wobei die vierte Linse eine rota tionssymmetrische Linse mit negativer Brechkraft ist, die durch eine der Ablenkvorrichtung zugewandten Fläche entsteht. Diese Anordnung erlaubt die abschließende Korrektur der Bild feldwölbung in beiden Abtastrichtungen, während der Lineari tätsfehler korrigiert bleibt. Außerdem erlaubt sie die Kor rektur des Krümmens der zur optischen Achse versetzten Ab tastzeilen, und die Korrektur der Änderung der Blendenzahl mit steigender Bildhöhe.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfüllt das Abtastobjektiv die Bedingung -2,0 < f4 < -0,8, wobei f4 die Brennweite der vierten Linse in der Hauptabtastrichtung und f die Brennweite des Abtastobjektivs in der Hauptabta strichtung ist. Als Folge des Erfüllens der Bedingung -2,0 < f4 < -0,8 bleibt die Bildfeldwölbung in der Nebenabtastrich tung sehr gering, während der Linearitätsfehler (fΘ-Charak teristik) ausreichend korrigiert ist. Speziell ist das Erfül len der Bedingung -2,0 < f4 < -0,8 in einem Mehrstrahlab tastsystem von Vorteil, da jeder der Abtaststrahlen sehr gut korrigiert wird.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfüllt das Abtastobjektiv die Bedingung -3,0 < f1z/f2z < -1,5, wobei f1z die Brennweite der ersten Linse in Nebenabtastrichtung und f2z die Brennweite der zweiten Linse in der Nebenabta strichtung ist. Das Erfüllen der Bedingung -3,0 < f1z/f2z < -1,5 beschränkt das Krümmen von zur optischen Achse versetzten Abtastzeilen. Weil die zur optischen Achse in Nebenabta strichtung versetzten Abtastzeilen sich nur gering krümmen, können folglich die zu und entlang der optische Achse ver setzten Abtastzeilen ausreichend parallel gehalten werden, womit eine genaue Abbildung auch in einem Mehrstrahlgerät möglich ist. Außerdem führt das Erfüllen der Bedingung -3,0 < f1z/f2z < -1,5 zu einer geringen prozentualen Änderung der Blendenzahl abhängig von der Bildhöhe und zu einer gleichen Änderung der Blendenzahl in beiden Abtastastrichtungen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1A eine Seitenansicht des optischen Abtastsy stems mit dem bekannten Abtastobjektiv, ge zeigt wird eine Nebenabtastrichtung,

Fig. 1B eine Draufsicht des optischen Abtastsystems mit dem bekannten Abtastobjektiv, gezeigt wird eine Hauptabtastrichtung,

Fig. 2A ein Abbildungsfehlerdiagramm des Lineari tätsfehlers des optischen Systems mit dem bekannten Abtastobjektiv,

Fig. 2B ein Abbildungsfehlerdiagramm der Bildfeld wölbung des optischen Systems mit dem be kannten Abtastobjektiv,

Fig. 3A ein Abbildungsfehlerdiagramm der prozentua len Änderung der Blendenzahl des optischen Systems mit dem bekannten Abtastobjektiv,

Fig. 3B ein Abbildungsfehlerdiagramm des Krümmens in der Nebenabtastrichtung des optischen Systems mit dem bekannten Abtastobjektiv,

Fig. 4A eine Seitenansicht eines optischen Ab tastsystems mit einem Abtastobjektiv eines ersten Ausführungsbeispiels, gezeigt wird eine Nebenabtastrichtung,

Fig. 4B eine Draufsicht des optischen Abtastsystems mit dem Abtastobjektiv des ersten Ausfüh rungsbeispiels, gezeigt wird eine Haupt abtastrichtung,

Fig. 5A ein Abbildungsfehlerdiagramm des Lineari tätsfehlers des optischen Systems des er sten Ausführungsbeispiels,

Fig. 5B ein Abbildungsfehlerdiagramm der Bildfeld wölbung des optischen Systems des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 6A eine Seitenansicht eines optischen Ab tastsystems mit einem Abtastobjektiv eines zweiten Ausführungsbeispiels, gezeigt wird eine Nebenabtastrichtung,

Fig. 6B eine Draufsicht des optischen Abtastsystems mit dem Abtastobjektiv des zweiten Ausfüh rungsbeispiels, gezeigt wird eine Hauptab tastrichtung,

Fig. 7A ein Abbildungsfehlerdiagramm des Lineari tätsfehlers des optischen Systems des zwei ten Ausführungsbeispiels,

Fig. 7B ein Abbildungsfehlerdiagramm der Bildfeld wölbung des optischen Systems des zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 8A eine Seitenansicht eines optischen Ab tastsystems mit einem Abtastobjektiv eines dritten Ausführungsbeispiels, gezeigt wird eine Nebenabtastrichtung,

Fig. 8B eine Draufsicht des optischen Abtastsystems mit dem Abtastobjektiv des dritten Ausfüh rungsbeispiels der Erfindung, gezeigt wird eine Hauptabtastrichtung,

Fig. 9A ein Abbildungsfehlerdiagramm des Lineari tätsfehlers des optischen Systems des drit ten Ausführungsbeispiels,

Fig. 9B ein Abbildungsfehlerdiagramm der Bildfeld wölbung des optischen Systems des dritten Ausführungsbeispiels,

Fig. 10A ein Abbildungsfehlerdiagramm der prozentua len Änderung der Blendenzahl des optischen Systems des dritten Ausführungsbeispiels,

Fig. 10B ein Abbildungsfehlerdiagramm des Krümmens in der Nebenabtastrichtung des optischen Systems des dritten Ausführungsbeispiels,

Fig. 11A eine Seitenansicht eines optischen Ab tastsystems mit einem Abtastobjektiv eines vierten Ausführungsbeispiels, gezeigt wird eine Nebenabtastrichtung,

Fig. 11B eine Draufsicht des optischen Abtastsystems mit dem Abtastobjektiv des vierten Ausfüh rungsbeispiels, gezeigt wird eine Hauptab tastrichtung,

Fig. 12A ein Abbildungsfehlerdiagramm des Lineari tätsfehlers des optischen Systems des vier ten Ausführungsbeispiels,

Fig. 12B ein Abbildungsfehlerdiagramm der Bildfeld wölbung des optischen Systems des vierten Ausführungsbeispiels,

Fig. 13A ein Abbildungsfehlerdiagramm der prozentua len Änderung der Blendenzahl des optischen Systems des vierten Ausführungsbeispiels,

Fig. 13B ein Abbildungsfehlerdiagramm des Krümmens in der Nebenabtastrichtung des optischen Systems des vierten Ausführungsbeispiels,

Fig. 14A eine Seitenansicht eines optischen Ab tastsystems mit einem Abtastobjektiv eines fünften Ausführungsbeispiels, gezeigt wird eine Nebenabtastrichtung,

Fig. 14B eine Draufsicht des optischen Abtastsystems mit dem Abtastobjektiv des fünften Ausfüh rungsbeispiels, gezeigt wird eine Hauptab tastrichtung,

Fig. 15A ein Abbildungsfehlerdiagramm des Lineari tätsfehlers des optischen Systems des fünf ten Ausführungsbeispiels,

Fig. 15B ein Abbildungsfehlerdiagramm der Bildfeld wölbung des optischen Systems des fünften Ausführungsbeispiels,

Fig. 16A ein Abbildungsfehlerdiagramm der prozentua len Änderung der Blendenzahl des optischen Systems des fünften Ausführungsbeispiels,

Fig. 16B ein Abbildungsfehlerdiagramm des Krümmens in der Nebenabtastrichtung des optischen Systems des fünften Ausführungsbeispiels,

Fig. 17A eine Seitenansicht eines optischen Ab tastsystems mit einem Abtastobjektiv eines sechsten Ausführungsbeispiels, gezeigt wird eine Nebenabtastrichtung,

Fig. 17B eine Draufsicht des optischen Abtastsystems mit dem Abtastobjektiv des sechsten Ausfüh rungsbeispiels der Erfindung, gezeigt wird eine Hauptabtastrichtung,

Fig. 18A ein Abbildungsfehlerdiagramm des Lineari tätsfehlers des optischen Systems des sech sten Ausführungsbeispiels,

Fig. 18B ein Abbildungsfehlerdiagramm der Bildfeld wölbung des optischen Systems des sechsten Ausführungsbeispiels,

Fig. 19A ein Abbildungsfehlerdiagramm der prozentua len Änderung der Blendenzahl des optischen Systems des sechsten Ausführungsbeispiels,

Fig. 19B ein Abbildungsfehlerdiagramm des Krümmens in der Nebenabtastrichtung des optischen Systems des sechsten Ausführungsbeispiels,

Fig. 20A eine Seitenansicht eines optischen Ab tastsystems mit einem Abtastobjektiv eines siebenten Ausführungsbeispiels der Erfin dung, gezeigt wird eine Nebenabtastrich tung,

Fig. 20B eine Draufsicht des optischen Abtastsystems mit dem Abtastobjektiv des siebenten Aus führungsbeispiels der Erfindung, gezeigt wird eine Hauptabtastrichtung,

Fig. 21A ein Abbildungsfehlerdiagramm des Lineari tätsfehlers des optischen Systems des sie benten Ausführungsbeispiels,

Fig. 21B ein Abbildungsfehlerdiagramm der Bildfeld wölbung des optischen Systems des siebenten Ausführungsbeispiels,

Fig. 22A ein Abbildungsfehlerdiagramm der prozentua len Änderung der Blendenzahl des optischen Systems des siebenten Ausführungsbeispiels,

Fig. 22B ein Abbildungsfehlerdiagramm des Krümmens in der Nebenabtastrichtung des optischen Systems des siebenten Ausführungsbeispiels,

Fig. 23A eine Seitenansicht eines optischen Ab tastsystems mit einem Abtastobjektiv eines achten Ausführungsbeispiels der Erfindung, gezeigt wird eine Nebenabtastrichtung,

Fig. 23B eine Draufsicht des optischen Abtastsystems mit dem Abtastobjektiv des achten Ausfüh rungsbeispiels der Erfindung, gezeigt wird eine Hauptabtastrichtung,

Fig. 24A ein Abbildungsfehlerdiagramm des Lineari tätsfehlers des optischen Systems des ach ten Ausführungsbeispiels,

Fig. 24B ein Abbildungsfehlerdiagramm der Bildfeld wölbung des optischen Systems des achten Ausführungsbeispiels,

Fig. 25A ein Abbildungsfehlerdiagramm der prozentua len Änderung der Blendenzahl des optischen Systems des achten Ausführungsbeispiels, und

Fig. 25B ein Abbildungsfehlerdiagramm des Krümmens in der Nebenabtastrichtung des optischen Systems des achten Ausführungsbeispiels.

Die Fig. 1A bis 3B wurden bereits als Stand der Technik erläutert. Die verbleibenden Fig. 4A bis 25b beziehen sich auf verschiedene Ausführungsbeispiele des Abtastobjektivs.

Diese Abtastobjektive (fΘ-Objektive) sind zum Beispiel ein setzbar als optisches Abbildungssystem eines optischen Ab tastsystems für einen Laserdrucker, ein Faxgerät oder ein ähnliches Gerät.

Erstes Ausführungsbeispiel

Fig. 4A und 4B zeigen die wesentlichen Teile eines opti schen Abtastsystems in dem ein fΘ-Objektiv 5 eines ersten Ausführungsbeispiels verwendet wird. Fig. 4A ist eine Sei tenansicht, welche die Nebenabtastrichtung verdeutlicht, wäh rend Fig. 4B eine Draufsicht ist, welche die Hauptabta strichtung verdeutlicht. Die Beschreibung der Elemente des ersten Ausführungsbeispiels gilt auch für ein zweites Ausfüh rungsbeispiel, vorbehaltlich der Brennweite f, des Krümmungs radius Ry in der Hauptabtastrichtung, des Krümmungsradius Rz in der Nebenabtastrichtung, des Abstandes d zwischen Flächen entlang der optischen Achse und des Brechungsindex n jeder Linse, wie in den Tabellen 2 und 3 gezeigt.

Laserlicht, das von einer Lichtquelle wie z. B. einem Halblei terlaser (nicht dargestellt) ausgesendet und mit Hilfe einer Sammellinse in einen parallelen Lichtstrahl ausgerichtet wird, verläuft durch eine zylindrische Linse 1. Die zylindri sche Linse 1 hat nur in der Nebenabtastrichtung Brechkraft und richtet das Laserlicht auf einen rotierenden Polygonspie gel 2. Das Laserlicht wird dann durch den Polygonspiegel 2 reflektiert und abgelenkt und trifft danach über ein fΘ-Ob jektiv 5 auf eine Abtastfläche 4.

Um eine Linienabbildung zu erzeugen, hat die zylindrische Linse 1 nur Brechkraft in der Nebenabtastrichtung. Folglich entsteht ein linienförmiges Abbild des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahls nahe sich drehender Spiegelflächen 21 des Polygonspiegels 2. Das linienförmige Abbild des Licht strahls, das nahe der rotierenden Spiegelflächen 21 entsteht, wird mit Hilfe des fΘ-Objektivs 5 auf die Abtastfläche 4 ab gebildet. Durch diesen Strahlengang des Lichtstrahls und eine abgestimmte Ausrichtung der Spiegelflächen und der Abtastflä che 4 kann die Abweichung der Abtastzeilen infolge des Nei gungsfehlers des Polygonspiegels 2 reduziert werden.

Das fΘ-Objektiv 5 enthält entlang des Strahlengangs in Rei henfolge von einer der Ablenkvorrichtung 2 zugewandten Fläche (lichtquellenseitige Seite) bis zu einer der Abtastfläche 4 zugewandten Fläche der der Abtastfläche zugewandten Seite (abbildungsflächenseitige Seite), eine erste Linse 5 mit ne gativer Brechkraft, eine zweite Linse 5b mit positiver Brech kraft, eine dritte Linse 5c mit positiver Brechkraft und eine vierte Linse 5d mit negativer Brechkraft. Jede der genannten Brechkräfte besteht in Hauptabtastrichtung und Nebenab tastrichtung.

Die erste (negative) Linse 5a hat eine sphärische Fläche 5a1 mit negativer Brechkraft auf der lichtquellenseitige Seite und eine zylindrische Fläche 5a2 mit negativer Brechkraft nur in der Nebenabtastrichtung auf der abtastflächenseitigen Seite. Folglich hat die erste Linse 5a eine relativ geringe negative Brechkraft in der Hauptabtastrichtung und eine rela tiv hohe negative Brechkraft in der Nebenabtastrichtung.

Die zweite (positive) Linse 5b ist eine bikonvexe Linse mit zwei sphärischen Flächen 5b1 und 5b2 und hat eine gleiche po sitive Brechkraft in beiden Abtastrichtungen.

Die dritte (positive) Linse 5c ist eine plankonvexe Linse mit einer ebenen Fläche 5c1 auf der lichtquellenseitige Seite und einer positiven torischen Fläche 5c2 auf der abtastflächen seitigen Seite. Die positive torische Fläche 5c2, deren Rota tionsachse in der Nebenabtastrichtung liegt, hat eine stärke re positive Brechkraft in der Nebenabtastrichtung als in der Hauptabtastrichtung. Folglich hat die dritte Linse 5c eine relativ geringe positive Brechkraft in der Hauptabtastrich tung und eine relativ hohe positive Brechkraft in der Neben abtastrichtung.

Die vierte (negative) Linse 5d ist eine negative meniskusför mige Linse mit zwei sphärischen Flächen 5d1 und 5d2. Die Flä che 5d1 auf der lichtquellenseitigen Seite hat eine hohe ne gative Brechkraft und die Fläche 5d2 auf der abtastflächen seitigen Seite hat eine geringe positive Brechkraft. Die vierte Linse 5d dient einer abschließenden Korrektur des ver bleibenden Astigmatismus, der nur teilweise durch die negati ve zylindrische Fläche 5a2 der ersten Linse und die positive torische Fläche 5c2 der dritten Linse 5c korrigiert wird.

Außerdem erfüllt das fΘ-Objektiv 5 des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels folgende Bedingung:

-4,0 < f4/f < -0,8 (1)

In der Bedingung (1) ist f4 die Brennweite in der Hauptabta strichtung der vierten Linse 5d und f ist die Brennweite des gesamten Abtastobjektivs 5 in der Hauptabtastrichtung.

Durch Erfüllen der Bedingung (1) wird die Bildfeldwölbung in der Nebenabtastrichtung gering gehalten, während der Lineari tätsfehler (fΘ-Charakteristik) ausreichend korrigiert wird. Wenn die untere Grenze der Bedingung (1) nicht erreicht wird, wird die Bildfeldwölbung in der Nebenabtastrichtung nicht ausreichend korrigiert und ist in den zentralen und äußeren Bereichen übermäßig hoch. Wenn die obere Grenze überschritten wird, wird der Linearitätsfehler (fΘ-Charakteristik) unbe friedigend hoch und die Abtastgeschwindigkeit des Lichtpunk tes auf der Abtastfläche 4 schwankt stark mit der Bildhöhe.

Tabelle 2 zeigt eine Anordnung des Abtastobjektivs 5 des er sten Ausführungsbeispiels. In Tabelle 2 und in den Tabelle 3 bis 9 gilt die folgende Bezeichnungsweise, Ry ist der Krüm mungsradius in der Hauptabtastrichtung, Rz ist der Krümmungs radius in der Nebenabtastrichtung (diese Spalte ist leer im Falle einer rotationssymmetrischen Fläche, da Rz = Ry), d ist der Abstand zwischen Flächen entlang der optischen Achse (in mm) und n ist der Brechungsindex der Linse.

In den Tabellen 2 und 3 beschreibt die Fläche 1 bzw. 2 die Fläche mit dem Bezugszeichen 11 bzw. 12 der zylindrischen Linse 1 (vgl. Fig. 4A, 4B, 6A und 6B), Fläche 3 beschreibt die Spiegelflächen 21 des Polygonspiegels 2 (vgl. Fig. 4A, 4B, 6A und 6B), Fläche 4 bzw. 5 beschreibt die Fläche 5a1 bzw. 5a2 der ersten Linse 5a, Fläche 6 bzw. 7 beschreibt die Fläche 5b1 bzw. 5b2 der zweiten Linse 5b; Fläche 8 bzw. 9 be schreibt die Fläche 5c1 bzw. 5c2 der dritten Linse 5c bzw. Fläche 10 bzw. 11 beschreibt die Fläche 5d1 bzw. 5d2 der vierten Linse 5d. Im ersten Ausführungsbeispiel beträgt die Brennweite f des fΘ-Abtastobjektivs 5 299,426 mm. In den Fig. 4A und 4B sind exemplarisch die Bezugszeichen d1 bis d11 eingetragen, um den Zusammenhang zwischen diesen Figuren und der Tabelle 2 zu verdeutlichen.

Tabelle 2

Die Fig. 5A zeigt ein Abbildungsfehlerdiagramm des Lineari tätsfehlers und Fig. 5B zeigt die Bildfeldwölbung des opti schen Abtastsystems mit der Anordnung des ersten Ausführungs beispiels. In den Fig. 5A und 5B, bezeichnet die Ordina tenachse y jedes Diagramms die Bildhöhe (in mm) in der Hauptabtastrichtung. Die Fig. 5A zeigt den Linearitätsfehler (fΘ-Charakteristik) und die Abszissenachse der Fig. 5A be zeichnet die Größe der Abweichung (in mm) der Bildpunktposi tion in der Hauptabtastrichtung. In Fig. 5B bezeichnet eine unterbrochene Linie die Brennpunktposition in der Hauptabta strichtung, während eine durchgezogene Linie die Brennpunkt position in der Nebenabtastrichtung kennzeichnet. Die Abszis senachse der Fig. 5B bezeichnet die Größe der Abweichung (in mm) der Brennpunktposition in Richtung der optischen Achse.

Zweites Ausführungsbeispiel

Fig. 6A und 6B zeigen die wesentlichen Teile des optischen Abtastsystems, in dem ein Abtastobjektiv 5 des zweiten Aus führungsbeispiels verwendet wird. Fig. 6A ist eine Seitenan sicht, welche die Nebenabtastrichtung verdeutlicht, während Fig. 6B eine Draufsicht ist, welche die Hauptabtastrichtung verdeutlicht. Wie bereits erwähnt, gilt die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels generell auch für das zweite Aus führungsbeispiel, vorbehaltlich der genannten Parameter, die in Tabelle 3 gezeigt sind. Tabelle 3 zeigt die spezielle nu merische Anordnung des zweiten Ausführungsbeispiels. In dem zweiten Ausführungsbeispiel beträgt die Brennweite des fΘ- Objektiv 5 in der Hauptabtastrichtung 299,659 mm.

Tabelle 3

Fig. 7A zeigt ein Abbildungsfehlerdiagramm des Linearitäts fehlers (fΘ-Charakteristik) und Fig. 7B zeigt ein Abbil dungsfehlerdiagramm der Bildfeldwölbung des optischen Systems des zweiten Ausführungsbeispiels. Die Achsen und Kennzeich nungslinien der Fig. 7A und 7B, die das zweite Ausfüh rungsbeispiel beschreiben, geben die gleichen Größen an wie die der Fig. 5A und 5B des ersten Ausführungsbeispiels und der Fig. 2A und 2B des herkömmlichen Beispiels.

Die vierelementigen Anordnungen des ersten und zweiten Aus führungsbeispiels beseitigen den verbleibenden Astigmatismus, der teilweise durch die negative zylindrische Fläche 11 der ersten Linse 5a und die positive torische Fläche 5c2 der dritten Linse 5c korrigiert wurde.

Durch das Korrigieren des Astigmatismus mit einer dieser vierelementigen Anordnungen wird die Bildfeldwölbung in bei den Abtastrichtungen auf geringem Niveau gehalten und somit zufriedenstellend korrigiert.

Drittes Ausführungsbeispiel

Ein drittes bis achtes Ausführungsbeispiel zeigen Abtastob jektive mit einer geringen Bildfeldwölbung in beiden Abta strichtungen, mit einem geringen Linearitätsfehler (fΘ-Cha rakteristik) und mit einer geringen prozentualen Änderung der Blendenzahl abhängig von der Bildhöhe, wobei die Änderung der Blendenzahl für beide Abtastrichtungen gleich ist. Im dritten bis achten Ausführungsbeispiel ist weiterhin das Krümmen der zur optischen Achse versetzen Abtastzeilen gering. Damit sind die Abtastobjektive des dritten bis achten Ausführungsbei spiels besonders zur Anwendung in Mehrstrahlabtastsystemen geeignet.

Fig. 8A und 8B zeigen die wesentlichen Teile des optischen Abtastsystems, in dem ein Abtastobjektiv 5 eines dritten Aus führungsbeispiels verwendet wird. Fig. 8A ist eine Seitenan sicht, welche die Nebenabtastrichtung verdeutlicht, während Fig. 8B eine Draufsicht ist, welche die Hauptabtastrichtung verdeutlicht. Die Beschreibung der Elemente des dritten Aus führungsbeispiels gilt auch für ein viertes bis achtes Aus führungsbeispiel, vorbehaltlich der Brennweite f, des Krüm mungsradius Ry in der Hauptabtastrichtung, des Krümmungsradi us Rz in der Nebenabtastrichtung, des Abstandes d zwischen Flächen entlang der optischen Achse (in mm) und des Bre chungsindex n jeder Linse wie in den Tabellen 4 bis 9 angege ben.

Die zweite (positive) Linse 5e hat eine konvexe sphärische Fläche 5e1 auf der lichtquellenseitige Seite und eine positi ve torische Fläche 5e2 auf der abtastflächenseitigen Seite. Die positive torische Fläche 5e2, deren Rotationsachse in der Nebenabtastrichtung liegt, hat eine stärkere positive Brech kraft in der Nebenabtastrichtung als in der Hauptabtastrich tung. Folglich hat die zweite Linse 5e eine relativ geringe positive Brechkraft in der Hauptabtastrichtung und eine rela tiv hohe positive Brechkraft in der Nebenabtastrichtung.

Die dritte (positive) Linse 5f ist eine plankonvexe Linse mit einer ebenen Fläche 5f1 auf der lichtquellenseitige Seite und einer konvexen sphärischen Fläche 5f2 auf der abtastflächen seitigen Seite. Die dritte Linse 5f hat deshalb eine gleiche positive Brechkraft in der Hauptabtastrichtung und in der Ne benabtastrichtung.

Die vierte (negative) Linse 5d ist eine negative meniskusför mige Linse mit zwei sphärischen Flächen 5d1 und 5d2. Die Flä che 5d1 auf der lichtquellenseitige Seite hat eine hohe nega tive Brechkraft und die Fläche 5d2 auf der abtastflächensei tigen Seite hat eine geringe positive Brechkraft. Die vierte Linse 5d dient einer abschließenden Korrektur des verbleiben den Astigmatismus, der nur teilweise durch die negative zy lindrische Fläche 5a2 der ersten Linse und die positive tori sche Fläche 5f2 der dritten Linse 5f korrigiert wird.

Das fΘ-Objektiv 5 des dritten bis achten Ausführungsbei spiels erfüllt Bedingungen (2) und (3):

-2,0 < f4/f < -0,8 (2)

-3,0 < f1z/f2z < -1,5 (3)

In den Bedingungen (2) und (3) ist f4 die Brennweite der vierten Linse 5d in der Hauptabtastrichtung, f ist die Brenn weite des gesamten fΘ-Objektivs 5 in der Hauptabtastrichtung und f1z bzw. f2z sind die Brennweiten in der Nebenabtastrich tung der ersten bzw. zweiten Linse 5a bzw. 5e.

Die Bedingung (2) schränkt den Bereich der Bedingung (1) ein und korrigiert die Bildfeldwölbung in der Nebenabtastrichtung und den Linearitätsfehler (fΘ-Charakteristik) besser als im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel. Wenn die untere Gren ze der Bedingung (2) nicht erreicht wird, wird die Bildfeld wölbung in der Nebenabtastrichtung mit höheren Werten der Bildhöhe nicht ausreichend korrigiert. Wenn die obere Grenze der Bedingung (2) überschritten wird, wird die Bildfeldwöl bung überkorrigiert und der Linearitätsfehler (fΘ-Charakte ristik) wird groß, so daß die Abtastgeschwindigkeit des Lichtpunktes auf der Abtastfläche 4 mit der Bildhöhe stark schwankt.

Bedingung (3) beschränkt das Krümmen der zur optischen Achse in der Nebenabtastrichtung versetzten Abtastzeilen. Wenn die untere Grenze der Bedingung (3) nicht erreicht wird, entfer nen sich die versetzten Abtastzeilen mit zunehmender Bildhöhe (d. h. zu den Enden einer Abtastzeile in der Hauptabtastrich tung) stärker von einer geraden durch die optische Achse in Hauptabtastrichtung verlaufenden Zeile. Wenn die obere Grenze überschritten wird, nähern sich die versetzten Abtastzeilen mit zunehmender Bildhöhe einer gerade verlaufenden Zeile. Au ßerdem wird bei Beachten der Bedingung (3) die prozentuale Änderung der Öffnungszahl relativ konstant gehalten und der Lichtpunktdurchmesser auf der Abtastfläche 4 kann unabhängig von der Bildhöhe konstant gehalten werden.

Tabelle 4 zeigt eine Anordnung des dritten Ausführungsbei spiels. Wie oben beschrieben ist Ry der Krümmungsradius in der Hauptabtastrichtung, Rz ist der Krümmungsradius in der Nebenabtastrichtung (diese Spalte ist leer im Falle einer ro tationssymmetrischen Fläche, da Rz = Ry), d ist der Abstand zwischen Flächen entlang der optischen Achse (in mm) und n ist der Brechungsindex der Linse.

In den Tabellen 4 bis 9 beschreibt die Fläche 1 bzw. 2 die Fläche 11 bzw. 12 der zylindrischen Linse 1 (vgl. Fig. 8A, 8B und die entsprechenden Figuren der verbleibenden Ausfüh rungsbeispiele), Fläche 3 beschreibt die Spiegelflächen 21 des Polygonspiegels 2 (vgl. Fig. 8A, 8B und die entspre chenden Figuren der verbleibenden Ausführungsbeispiele), Flä che 4 bzw. 5 beschreibt die Fläche 5a1 bzw. 5a2 der ersten Linse 5a, Fläche 6 bzw. 7 beschreibt die Fläche 5e1 bzw. 5e2 der zweiten Linse 5e; Fläche 8 bzw. 9 beschreibt die Fläche 5f1 bzw. 5f2 der dritten Linse 5f und Fläche 10 bzw. 11 be schreibt die Fläche 5d1 bzw. 5d2 der vierten Linse 5d. Die genannte Reihenfolge entspricht der Abfolge im Strahlengang. Im dritten Ausführungsbeispiel beträgt die Brennweite f des fΘ-Objektivs 5 in der Hauptabtastrichtung 299,359 mm. Die Blendenzahl im Zentrum einer Abtastzeile beträgt in der Hauptabtastrichtung 1 : 24,9 und in der Nebenabtastrichtung 1 : 34,6.

Tabelle 4

Fig. 9A, 9B, 10A und 10B zeigen die verschiedenen Abbil dungsfehler des optischen Systems mit der Anordnung des drit ten Ausführungsbeispiels. Fig. 9A zeigt den Linearitätsfeh ler, Fig. 9B zeigt die Bildfeldwölbung, Fig. 10A zeigt die prozentuale Änderung der Blendenzahl und Fig. 10B zeigt das Krümmen einer zur optischen Achse um 0,12 mm in Nebenab tastrichtung versetzten Abtastzeile. Die Achsen und Kenn zeichnungslinien der Fig. 9A und 9B, die das dritte Aus führungsbeispiel beschreiben, geben die gleichen Größen an wie die der Fig. 5A und 5B des ersten Ausführungsbeispiels und der Fig. 2A und 2B des herkömmlichen Beispiels. Außer dem geben die Achsen und Kennzeichnungslinien der Fig. 10A und 10B, die das dritte Ausführungsbeispiel beschreiben, die gleichen Größen wie die der Fig. 3A und 3B des herkömmli chen Beispiels wieder.

Viertes Ausführungsbeispiel

Fig. 11A und 11 B zeigen die wesentlichen Teile des opti schen Abtastsystems, in dem ein Abtastobjektiv 5 des vierten Ausführungsbeispiels verwendet wird. Fig. 11A ist eine Sei tenansicht, welche die Nebenabtastrichtung verdeutlicht, wäh rend Fig. 11B eine Draufsicht ist, welche die Hauptabta strichtung verdeutlicht. Tabelle 5 zeigt eine spezielle nume rische Anordnung des vierten Ausführungsbeispiels. Im vierten Ausführungsbeispiel beträgt die Brennweite des fΘ-Objektivs 5 in der Hauptabtastrichtung 349,743 mm. Die Blendenzahl im Zentrum einer Abtastzeile beträgt in der Hauptabtastrichtung 1 : 25,0 und in der Nebenabtastrichtung 1 : 33,6.

Tabelle 5

Fig. 12A, 12B, 13A und 13B zeigen die verschiedenen Abbil dungsfehler des optischen Systems mit der Anordnung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel. Fig. 12A zeigt den Linearitäts fehler, Fig. 12B zeigt die Bildfeldwölbung, Fig. 13A zeigt die prozentuale Änderung der Blendenzahl und Fig. 13B zeigt das Krümmen einer zur optischen Achse um 0,12 mm in Nebenab tastrichtung versetzten Abtastzeile. Die Achsen und Kenn zeichnungslinien der Fig. 12A, 12B, 13A und 13B geben die gleichen Abbildungsfehler an wie die, die oben im dritten Ausführungsbeispiel diskutiert wurden.

Fünftes Ausführungsbeispiel

Fig. 14A und 14B zeigen die wesentlichen Teile eines opti schen Abtastsystems, in dem ein Abtastobjektiv 5 des fünften Ausführungsbeispiels verwendet wird. Fig. 14A ist eine Sei tenansicht, welche die Nebenabtastrichtung verdeutlicht, wäh rend Fig. 14B eine Draufsicht ist, welche die Hauptabta strichtung verdeutlicht. Tabelle 6 zeigt eine spezielle nume rische Anordnung des fünften Ausführungsbeispiels. Im fünften Ausführungsbeispiel beträgt die Brennweite des fΘ-Objektivs 5 in der Hauptabtastrichtung 299,359 mm. Die Blendenzahl im Zentrum einer Abtastzeile beträgt in der Hauptabtastrichtung 1 : 24,9 und in der Nebenabtastrichtung 1 : 36,2.

Tabelle 6

Fig. 15A, 15B, 16A und 16B zeigen die verschiedenen Abbil dungsfehler des optischen Systems mit der Anordnung des fünf ten Ausführungsbeispiels. Fig. 15A zeigt den Linearitätsfeh ler, Fig. 15B zeigt die Bildfeldwölbung, Fig. 16A zeigt die prozentuale Änderung der Blendenzahl und Fig. 16B zeigt das Krümmen einer zur optischen Achse um 0,12 mm in Nebenab tastrichtung versetzten Abtastzeile. Die Achsen und Kenn zeichnungslinien der Fig. 15A, 15B, 16A und 16B geben die gleichen Abbildungsfehler an wie die, die die oben im dritten Ausführungsbeispiel diskutiert wurden.

Sechstes Ausführungsbeispiel

Fig. 17A und 17B zeigen die wesentlichen Teile eines opti schen Abtastsystems, in dem ein Abtastobjektiv 5 des sechsten Ausführungsbeispiels verwendet wird. Fig. 17A ist eine Sei tenansicht, welche die Nebenabtastrichtung verdeutlicht, wäh rend Fig. 17B eine Draufsicht ist, welche die Hauptabta strichtung verdeutlicht. Tabelle 7 zeigt eine spezielle nume rische Anordnung des sechsten Ausführungsbeispiels. Im sech sten Ausführungsbeispiel beträgt die Brennweite des fΘ-Ob jektivs 5 in der Hauptabtastrichtung 299,143 mm. Die Blenden zahl im Zentrum einer Abtastzeile beträgt in der Hauptab tastrichtung 1 : 24,9 und in der Nebenabtastrichtung 1 : 35,8.

Tabelle 7

Fig. 18A, 18B, 19A und 19B zeigen die verschiedenen Abbil dungsfehler des optischen Systems mit der Anordnung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel. Fig. 18A zeigt den Linearit ätsfehler, Fig. 18B zeigt die Bildfeldwölbung, Fig. 19A zeigt die prozentuale Änderung der Blendenzahl und Fig. 19B zeigt das Krümmen einer zur optischen Achse um 0,12 mm in Ne benabtastrichtung versetzten Abtastzeile. Die Achsen und Kennzeichnungslinien der Fig. 15A, 15B, 16A und 16B geben die gleichen Abbildungsfehler an wie die, die oben im dritten Ausführungsbeispiel diskutiert wurden.

Siebentes Ausführungsbeispiel

Fig. 20A und 20B zeigen die wesentlichen Teile eines opti schen Abtastsystems, in dem ein Abtastobjektiv 5 des sieben ten Ausführungsbeispiels verwendet wird. Fig. 20A ist eine Seitenansicht, welche die Nebenabtastrichtung verdeutlicht, während Fig. 20B eine Draufsicht ist, welche die Hauptabta strichtung verdeutlicht. Tabelle 8 zeigt eine spezielle nume rische Anordnung des siebenten Ausführungsbeispiels. Im sie benten Ausführungsbeispiel beträgt die Brennweite des fΘ-Ob jektivs 5 in der Hauptabtastrichtung 299,448 mm. Die Blenden zahl im Zentrum einer Abtastzeile beträgt in der Hauptab tastrichtung 1 : 24,9 und in der Nebenabtastrichtung 1 : 34,4.

Tabelle 8

Fig. 21A, 21B, 22A und 22B zeigen die verschiedenen Abbil dungsfehler des optischen Systems mit der Anordnung gemäß dem siebenten Ausführungsbeispiel. Fig. 21A zeigt den Linearit ätsfehler, Fig. 21B zeigt die Bildfeldwölbung, Fig. 22A zeigt die prozentuale Änderung der Blendenzahl und Fig. 22B zeigt das Krümmen einer zur optischen Achse um 0,12 mm in Ne benabtastrichtung versetzten Abtastzeile. Die Achsen und Kennzeichnungslinien der Fig. 21A, 21B, 22A und 22B geben die gleichen Abbildungsfehler an wie die, die oben im dritten Ausführungsbeispiel diskutiert wurden.

Achtes Ausführungsbeispiel

Fig. 23A und 23B zeigen die wesentlichen Teile eines opti schen Abtastsystems, in dem ein Abtastobjektiv 5 des achten Ausführungsbeispiels verwendet wird. Fig. 23A ist eine Sei tenansicht, welche die Nebenabtastrichtung verdeutlicht, wäh rend Fig. 23B eine Draufsicht ist, welche die Hauptabta strichtung verdeutlicht. Tabelle 9 zeigt eine spezielle nume rische Anordnung des achten Ausführungsbeispiels. Im achten Ausführungsbeispiel beträgt die Brennweite des fΘ-Objektivs 5 in der Hauptabtastrichtung 299,364 mm. Die Blendenzahl im Zentrum einer Abtastzeile beträgt in der Hauptabtastrichtung 1 : 24,9 und in der Nebenabtastrichtung 1 : 35,2.

Tabelle 9

Fig. 24A, 24B, 25A und 25B zeigen die verschiedenen Abbil dungsfehler des optischen Systems mit der Anordnung gemäß dem achten Ausführungsbeispiel. Fig. 24A zeigt den Linearitäts fehler, Fig. 24B zeigt die Bildfeldwölbung, Fig. 25 zeigt die prozentuale Änderung der Blendenzahl und Fig. 25B zeigt das Krümmen einer zur optischen Achse um 0,12 mm in Nebenab tastrichtung versetzten Abtastzeile. Die Achsen und Kenn zeichnungslinien der Fig. 24A, 24B, 25A und 25B geben die gleichen Abbildungsfehler an wie die, die oben im dritten Ausführungsbeispiel diskutiert wurden.

Die Werte für die obenerwähnten Bedingungen (1) -4,0 < f4/f < -0,8, (2) -2,0 < f4/f < -0,8 und (3) -3,0 < f1z/f2z < -1,5 für das erste bis achte Ausführungsbeispiel sind in der Ta belle 10 gezeigt.

Tabelle 10

Die Bedingung (1) kann durch Verwenden einer der beschriebe nen vierten Linsen erfüllt werden und die Bedingungen (2) und (3) können gleichzeitig durch die beschriebenen Kombinationen der zweiten, dritten und vierten Linse erfüllt werden.

Wie oben beschrieben, wird durch Erfüllen der Bedingung (1) die Bildfeldwölbung in der Nebenabtastrichtung gering gehal ten, während der Linearitätsfehler (fΘ-Charakteristik) aus reichend korrigiert wird. Wie aus den Fig. 5A, 7A, 9A, 12A, 15A, 18A, 21A und 24A ersichtlich ist, die das erste bis achte Ausführungsbeispiel in dieser Reihenfolge verdeutli chen, hat jedes der Ausführungsbeispiele einen geringen Line aritätsfehler. Außerdem wird der geringe Linearitätsfehler, wie aus den Fig. 5B, 7B, 9B, 12B, 15B, 18B, 21B und 24B ersichtlich ist, zur gleichen Zeit erreicht, wie eine geringe Bildfeldwölbung in beiden Abtastrichtungen über eine Abtast weite von ungefähr ± 160 mm.

Demgemäß kann, da die Bildfeldwölbung mit dem fΘ-Objektiv 5 der Ausführungsbeispiele klein ist, der Lichtpunkt innerhalb der Schärfentiefe gehalten werden, auch wenn die Schärfen tiefe durch Vergrößern der numerischen Apertur NA verkleinert ist. Die numerische Apertur NA kann somit erhöht werden, um die Lichtpunktgröße zu reduzieren und die Bilddichte zu ver bessern. Damit ist ein Abtasten bei höherer Dichte und Auflö sung möglich, als mit dem bekannten Abtastobjektiv. Konkret kann eine Auflösung von etwa 1200 dpi für eine A3 Abtastflä che erreicht werden.

Die Bedingung (2) beschränkt den Bereich der Bedingung (1) durch Erhöhen der unteren Grenze. Die Bedingung (2) korri giert die Bildfeldwölbung in der Nebenabtastrichtung und den Linearitätsfehler (fΘ-Charakteristik) besser als die Bedin gung (1).

Jedes der Ausführungsbeispiele drei bis acht erfüllt Bedin gung (2). Der Vorteil des Erfüllens der Bedingung (2) ist derselbe wie der für Bedingung (1) beschriebene, da aber die Forderung strenger ist, ist der Vorteil ausgeprägter. Insbe sondere ist das Erfüllen der Bedingung (2) in einem Mehrstrahlsystem von Vorteil, da jeder der Abtaststrahlen sehr gut korrigiert wird.

Wie oben beschrieben, gibt die Erfindung ein Abtastobjektiv an, das einen geringen Linearitätsfehler, einen geringen Astigmatismus und auch eine geringe Bildfeldwölbung in bei den Abtastrichtungen hat. Diese Verringerungen der Abbil dungsfehler sind über einen weiten Abtastbereich von ± 160 mm möglich, der mindestens die Abbildung eines A3 großen Blattes erlaubt. Somit kann durch Verwenden des Abtastobjektivs der Erfindung die Bilddichte des optischen Abtastsystems verbes sert werden, um Bilder höherer Dichte zu ermöglichen.

Weiterhin beschränkt Bedingung (3) das Krümmen in der Neben abtastrichtung von zur optischen Achse in Nebenabtastrichtung versetzten Abtastzeilen. Jedes der Ausführungsbeispiele drei bis acht erfüllt Bedingung (3). Durch Verwenden eines mehrere Lichtpunkte erzeugenden Halbleiterlasers oder durch Syntheti sieren der Lichtstrahlen von einer Vielzahl von Halbleiterla sern durch Verwenden von Prismen, Spiegeln o. ä. treffen im Fall eines mehrstrahligen optischen Abtastsystems eine Viel zahl von in Nebenabtastrichtung zueinander beabstandeten La serstrahlen auf die zylindrische Linse 1. Dabei können die zur optischen Achse versetzten Abtaststrahlen zueinander vollständig beabstandet sein oder die Abtaststrahlen könne sich bis zu einem gewissen Grade überlappen. Wie anhand der Fig. 10B, 13B, 16B, 19B, 22B und 25B gezeigt, können, da sich die zur optischen Achse in Nebenabtastrichtung versetz ten Abtastzeilen nur gering krümmen, die Abtastzeilen entlang und außerhalb der optischen Achse ausreichend parallel gehal ten werden, wodurch eine genaue Abbildung auch in Mehrstrahl geräten ermöglicht wird.

Außerdem kann mit den dritten bis achten Ausführungsbeispie len, wie anhand der Fig. 10B, 13B, 16B, 19B, 22B und 25B sichtbar, durch Erfüllen der Bedingung (3) die prozentuale Änderung der Blendenzahl relativ gering gehalten werden, wo mit der Lichtpunktdurchmesser auf der Abtastfläche 4 unabhän gig von der Bildhöhe konstant bleiben kann.

Jedes der Ausführungsbeispiele drei bis acht erfüllt weiter hin beide Bedingungen (2) und (3), wodurch die Ausführungs beispiele drei bis acht speziell für den Einsatz in Mehrstrahlgeräten geeignet sind.

Somit korrigiert die Erfindung, wie oben beschrieben, Abbil dungsfehler, insbesondere das Krümmen einer oder einer Viel zahl von Abtastzeilen entlang oder versetzt zur optischen Achse des Abtastobjektivs. Diese Verminderungen der Abtast fehler sind über einen weiten Abtastbereich möglich, der min destens die Abbildung eines A3 großen Blattes erlaubt. Demge mäß kann die Abbildungsgeschwindigkeit durch Verwenden eines mehrstrahligen Abtastsystems mit dem beschriebenen Abtastob jektiv gesteigert werden.

Claims

1. Abtastobjektiv (5), das insbesondere von einem durch eine Ablenkvorrichtung (2) abgelenkten Lichtstrahl durchlaufen wird, der eine Abtastfläche (4) zeilenweise in einer durch den Verlauf einer Zeile definierten Hauptab tastrichtung und in einer etwa quer zur Hauptabtastrich tung liegenden Nebenabtastrichtung abtastet und in Rei henfolge von der Ablenkvorrichtung (2) zur Abtastfläche (4)
eine erste Linse (5a) mit negativer Brechkraft in minde stens der Hauptabtastrichtung,
eine zweite Linse (5b, 5e) mit positiver Brechkraft in mindestens der Hauptabtastrichtung,
eine dritte Linse (5c, 5f) mit positiver Brechkraft in mindestens der Hauptabtastrichtung und
eine vierte Linse (5d) mit negativer Brechkraft in minde stens der Hauptabtastrichtung enthält.

2. Abtastobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Linse (5a) negative Brechkraft in der Ne benabtastrichtung hat,
daß die zweite Linse (5b, 5e) positive Brechkraft in der Nebenabtastrichtung hat,
daß die dritte Linse (5c, 5f) positive Brechkraft in der Nebenabtastrichtung hat, und
daß die vierte Linse (5d) negative Brechkraft in der Ne benabtastrichtung hat.

3. Abtastobjektiv nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Abtastfläche (4) zugewandte Seite der ersten Linse (5a) eine zylindrische Fläche mit negativer Brechkraft in der Nebenabtasteinrichtung hat.

4. Abtastobjektiv nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Abtastfläche (4) zugewandte Seite der dritten Linse (5c) eine mit ihrer Rotationsachse in der Nebenab tastrichtung liegende positive torische Fläche (5c2) mit höherer positiver Brechkraft in der Nebenabtastrichtung als in der Hauptabtastrichtung hat.

5. Abtastobjektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Linse (5b) eine bikonvexe Linse ist, deren konvexe Flächen (5b1, 5b2) sphärisch sind,
daß die dritte Linse (5c) eine plankonvexe torische Linse mit einer der Ablenkvorrichtung (2) zugewandten ebenen Fläche ist, und
daß die vierte Linse (5d) eine rotationssymmetrische Linse mit einer der Ablenkvorrichtung (2) zugewandten, die negative Brechkraft verursachenden Fläche (5d1) ist.

6. Abtastobjektiv nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das Abtastobjektiv die Bedingung -4,0 < f4/f < -0,8erfüllt, wobei f4 die Brennweite der vierten Linse (5d) in der Hauptabtastrichtung und f die Brennweite des Ab tastobjektivs (5) in der Hauptabtastrichtung ist.

7. Abtastobjektiv nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Abtastfläche (4) zugewandte Seite der zweiten Linse (5e) eine mit ihrer Rotationsachse in der Nebenab tastrichtung liegende positive torische Fläche (5e2) mit höherer positiver Brechkraft in der Nebenabtastrichtung als in der Hauptabtastrichtung hat.

8. Abtastobjektiv nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die dritte Linse (5f) eine plankonvexe Linse mit ei ner der Ablenkvorrichtung (2) zugewandten ebenen Fläche (5f2) und einer der Abtastfläche (4) zugewandten sphäri schen Fläche (5f2) ist, und
daß die vierte Linse (5d) eine rotationssymmetrische Linse mit einer der Ablenkvorrichtung (2) zugewandten, die negative Brechkraft verursachenden Fläche (5d1) ist.

9. Abtastobjektiv nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn zeichnet, daß das Abtastobjektiv die Bedingung -2,0 < f4/f < -0,8erfüllt, wobei f4 eine Brennweite der vierten Linse (5d) in der Hauptabtastrichtung und f eine Brennweite des Ab tastobjektivs (5) in der Hauptabtastrichtung ist.

10. Abtastobjektiv nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekenn zeichnet, daß das Abtastobjektiv die Bedingung -3,0 < f1z/f2z < -1,5erfüllt, wobei f1z die Brennweite der ersten Linse (5a) in der Nebenabtastrichtung und f2z die Brennweite der zweiten Abtastlinse (5e) in der Hauptabtastrichtung ist.

11. Abtastobjektiv nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die der Ablenkvorrichtung (2) zugewandte Seite der zweiten Linse (5e) eine sphärische Fläche (5e1) hat, die auf der der Ablenkvorrichtung (2) zugewandten Seite kon vex ist.