DE19606831A1 - Optischer Scanner - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen optischen Scanner zur Verwendung mit einem Laserstrahldrucker und anderen bildgebenden Apparaten. Genauer gesagt, bezieht sich die Erfindung auf eine Methode zur Kompensation von durch Temperaturschwankungen verursachten Störungen in den optischen Eigenschaften.

Ein bekannter optischer Scanner wird in Fig. 10 gezeigt. Ein Laserstrahl oder Lichtstrahlen, die von einem Halbleiterlaser 211 ausgehen, wird/werden vermittels einer Sammellinse 221 parallel gebündelt und mittels einer zylindrischen Linse 222 zu einem konvergenten Strahl geformt. Der konvergente Strahl ist in einem der beiden zueinander orthogonalen Querschnitte konvergent, welche die optische Achse der Kollimatorlinse 221 beinhalten. Der geformte Strahl wird durch einen rotierenden, polygonalen Spiegel 230 abgelenkt. Der abgelenkte Strahl fällt durch scannende Linsen 251, um als Punkt auf der zu scannenden Oberfläche 240 fokussiert zu werden. Der Bildpunkt entspricht hierbei im wesentlichen der Strahlbreite eines Gauss-Srahls. Um sicherzustellen, daß der Strahl so fokussiert wird, daß er ein planares Bild auf der Oberfläche 240 bildet, sind die scannenden Linsen 251 so ausgebildet, daß sie weder in ihrem Astigmatismus noch in ihrer Feldkrümmung vorgegebene Werte überschreiten. Auch sind die Linsen so ausgelegt, daß sie eine negative Verzerrung erzeugen, so daß der vom rotierenden polygonalen Spiegel 230 mit gleichmäßiger Winkelgeschwindigkeit abgelenkte Strahl die Oberfläche 240 mit gleichbleibender linearer Geschwindigkeit scannt.

Falls ein auf die scannende Linse 251 bei einem Blickwinkel Θ einfallender Lichtstrahl transformiert wird, um ein Bild so zu formen, daß die Höhe des Bildes y proportional zu Θ ist, gilt die Beziehung y = f _* Θ, wobei f die Brennweite der Linse 251 ist. Eine Linse, die dieser Bedingung genügt, wird allgemein als "fΘ Linse" bezeichnet.

Der konvergente Strahl von der zylindrischen Linse 222 bildet ein Linienbild auf einer deflektierenden Oberfläche des rotierenden Spiegels 230 in einer zur Scan-Richtung parallelen Richtung. Das Linienbild wird letztendlich einen Punkt spezifizierter Größe auf der Oberfläche 240 erzeugen. Daher stellt sich ein Sub-Scanquerschnitt der betrachteten Optik so dar, daß jede der ablenkenden Oberflächen des rotierenden polygonalen Spiegels 230 mit der Oberfläche 240 optisch konjugiert ist. Das bedeutet, daß selbst wenn die ablenkenden Oberflächen des rotierenden polygonalen Spiegels 230 nicht gleichförmig parallel zur Drehachse sind, so daß der Winkel des abgelenkten Strahls mit einer spezifischen ablenkenden Oberfläche in Sub-Scanrichtung schwankt, die konjugierte Beziehung erhalten bleibt und sukzessive Strahlpunkte in derselben Position auf der Oberfläche 240 in Subscan-Richtung gebildet werden. Optiken dieses Types werden aufgrund ihrer Befähigung zur Korrektur der Verkippung deflektierender Oberflächen des rotierenden polygonalen Spiegels 230 im allgemeinen "Verkipp-korrigierte Optiken" genannt. Hierbei bedeutet der Ausdruck "Hauptscan-Richtung" diejenige Richtung, die von dem am rotierenden polygonalen Spiegel abgelenkten Lichtstrahl überstrichen wird, und der Ausdruck "Subscan-Richtung" bedeutet die zur Hauptscan- Richtung und zur optischen Achse normale Richtung.

Um sicherzustellen, daß das Linienbild auf einer ablenkenden Oberfläche einen kreis- oder ellipsenförmigen Punkt spezifizierter Größe auf der Oberfläche 240 produziert, muß die scannende Linse in Scan- und Sub-Scanrichtung unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen. Optiken dieses Types werden im allgemeinen "anamorphe Optiken" genannt.

In den meisten konventionellen optischen Scannern sind die scannenden Linsen vollständig aus Glaslinsenelementen aufgebaut, um eine genaue Präzision zu gewährleisten. Jedoch steigt heutzutage die Verwendung von Spritzguß-Plastiklinsen an, da sie einen großen Spielraum bezüglich der Formen bieten, sowie auch aus ökonomischen Gründen. Wenn bei der Konstruktion "anamorpher" Optiken torische Oberflächen verwendet werden sollen, und insbesondere im Falle ihrer Herstellung aus asphärischen (oder nicht-bogenförmigen) Querschnittsformen anstelle von bogenförmigen, ist die Herstellung der gewünschten Linsenelemente zu praktikabel machbaren Kosten bei Verwendung von Glas sehr schwierig, und kann nur durch die Verwendung von Kunststoffmaterialien kommerziell bewirkt werden.

Eine der Hauptanwendungen optischer Scanner ist diejenige für Laserstrahldrucker, wobei ständige Bemühungen zur Verbesserung der Auflösung unternommen werden. Bislang muß dafür die Größe des auf der Oberfläche 240 zu bildenden Strahlpunktes verkleinert werden. Daher ist die erste zu erfüllendene Bedingung, Optiken mit einer hohen Bildleistung zu entwerfen; weiterhin ist es nötig, einen optischen Scanner bezüglich der Positionen und anderer Merkmale der jeweiligen Linsen exakt zu justieren, so daß ein Lichtstrahl sowohl in einem Hauptscan- als auch in einem Sub-Scanquerschnitt korrekt auf die zu scannende Oberfläche fokussiert wird.

Ein anderes Problem bei solchen hochauflösenden Optiken ist, daß, selbst wenn sie anfänglich die beabsichtigte Bildleistung haben, die Position, in der der Lichtstrahl zur Bildung eines Bildes fokussiert wird, aufgrund von Umgebungsbeeinflussungen wie Temperaturwechseln axial verschoben wird, wobei dieses "Defokussierungs"-Phänomen gelegentlich die Bildleistung der Optiken beeinträchtigt.

Dieses Problem ist bislang durch Vorschläge zu verschiedenen Korrektur- oder Kompensationsmechanismen angegangen worden.

Jedoch waren die bisher gemachten Vorschläge zur Verhinderung von durch Umgebungsveränderungen bedingten Störung der Bildleistung nicht völlig befriedigend. Die in den jeweiligen Techniken des Standes der Technik auftretenden Probleme werden jetzt unter Bezug auf die Patentliteratur beschrieben.

JP-A-SHO-55-43577 lehrt eine Technik, in der optische Elemente im Umfeld der Kollimatorlinse so ausgelegt sind, daß sie geeignete lineare Ausdehnungskoeffizienten haben, so daß temperaturabhängige Variationen des Abstandes von der Kollimatorlinse zum Halbleiterlaser bis innerhalb der Schärfentiefe der Kollimatorlinse verringert werden, wodurch sich gegen temperaturabhängige Variationen der Eigenschaften des von der Kollimatorlinse ausgehenden Strahls versichert wird. Die thermische Ausdehnung der optischen Teile um die Kollimatorlinse wird bei dieser Technik berücksichtigt, nicht jedoch andere Faktoren, wie zum Beispiel Änderungen des refraktiven Index durch Wellenlängenänderungen in der Lichtquelle und die Streuung der verwendeten Linsen, die Änderungen des refraktiven Index beim konstituierenden Material der Linsen und deren thermische Ausdehnung. In tatsächlich eingesetzten Optiken kann die Temperatur auch diese Faktoren beeinflussen, wodurch ein Bild an einem von der zu scannenden Oberfläche entfernten Punkt erzeugt wird.

Falls die numerische Appertur der Kollimatorlinse klein ist, ist die Tiefenschärfe hinreichend groß (z. B. einige 10 µm), um keine signifikanten Probleme aufzuwerfen, selbst wenn die termalen Ausdehnungskoeffizienten der optischen Teile um die Kollimatorlinse nicht mit besonderer Sorgfalt ausgesucht sind. In der Praxis wird jedoch jede Änderung des Abstandes von der Lichtquelle zur Kollimatorlinse durch die longitudinale Vergrößerung der zwischen der Lichtquelle und der zu scannenden Oberfläche angeordneten Gesamtoptik verstärkt und die Position der Bildgebung wird maßgeblich von der beabsichtigten Bildebene abweichen. Zudem ist die vorrangige Aufgabe der Technik, sicherzustellen, daß der von austauschbaren Linseneinheiten ausgehende Lichtstrahl konstante Charakteristika aufweist, und sie beabsichtigt nicht, temperaturabhängige Änderungen in der Bildleistung der Scan-Optik zu kompensieren, indem absichtliche temperaturabhängige Änderungen in dem von der Kollimatorlinse ausgehenden Lichtstrahl vorgenommen werden, wie es später in dieser Beschreibung beschrieben werden wird.

Die JP-A-SHO-63-7530 lehrt eine Technik, die das Problem temperaturabhängiger Variationen in der Betriebswellenlänge eines Halbleiterlasers angeht, was in der oben erwähnten JP- A-55-43577 nicht berücksichtigt worden ist. Die Technik besteht in der Ausstattung der Kollimatorlinse mit spezifizierten chromatischen Aberationen, indem die Dispersion von Glas angeordnet wird, daß jegliche Abweichung in der Brennweite der Kollimatorlinse, die durch die eingeführten chromatischen Aberationen Indexänderungen erfährt, durch die thermische Ausdehnung der optischen Teile, welche die Kollimatorlinse mit dem Halbleiterlaser koppeln, beseitigt werden kann. Jedoch berücksichtigt auch dieser Vorschlag nicht die temperaturabhängigen Änderungen im refraktiven Index der Linse und ihre Wärmeausdehnung. Diese Technik findet ihre Parallele in derjenigen, die in der JP-A- 55-43557 beschrieben ist, dahingehend, daß die vorrangige Aufgabe darin besteht, sicherzustellen, daß der von der Kollimatorlinse ausgehende Lichtstrahl einen konstanten (d. h. parallelen) Zustand, unabhängig von der Temperatur, beibehält. Um jedoch temperaturabhängige Veränderungen in den Charakteristika von anderen Linsen als der Kollimatorlinse zu kompensieren, wird der Zustand (insbesondere der Streuungswinkel) des von der Kollimatorlinse ausgehenden Strahls wünschenswerterweise mit der Temperatur verändert.

Dies gilt insbesondere dann, wenn die scannende Linse aus Kunststoff gemacht ist. Da Kunststoffmaterialien temperaturabhängige Änderungen des refraktiven Indexes erfahren, die etwa zehnmal so groß sind wie die Indexveränderungen in Glas, ist es sehr schwierig, solch große Änderungen durch andere Linsen als die Kollimatorlinse zu kompensieren, falls der von dieser ausgehende Strahl in einem konstanten Zustand, unabhängig von der Temperatur, gehalten wird. Ein Verfahren zur Korrektur der temperaturabhängigen Änderung des refraktiven Index einer Kunststofflinse durch die Verwendung bestimmter Parameter wird in JP-A-HEI-3-163411 beschrieben. Gemäß diesem Verfahren wird die scannende Linse aus einem Kunststoffmaterial gefertigt und die temperaturabhängige Änderung ihres refraktiven Indexes und die durch seine eigene termische Ausdehnung bedingten Veränderungen ihrer Brennweite werden durch Berücksichtigung der Änderungen in dem Abstand vom Halbleiterlaser zu der Kollimatorlinse wie auch der Wellenlängenveränderung im Halbleiterlaser optimal korrigiert.

Jedoch berücksichtigt auch diese Methode nicht die temperaturabhängige Veränderung im refraktiven Index der Kollimatorlinse oder ihre thermische Ausdehnung und ist somit kein ideales Mittel zur Erreichung einer zufriedenstellenden Korrektur bei potentiellen Temperaturveränderungen. Außerdem stellt keine der drei oben beschriebenen bekannten Techniken eine effektive Lösung des bei der Korrektur von Optiken, wie den zuvor erwähnten mit Verkippoptiken ausgestatteten scannenden Optiken, welche unterschiedliche Beträge temperaturabhängiger Änderungen der bildgebenden Charakteristika in den Haupt- und Subscan-Richtungen erfahren, auftretenden Probleme bereit. Im Stand der Technik gibt es keine Verfahren, die zwei Arten von Abweichungen der Bildebene von der zu scannenden Oberfläche berücksichtigen, deren eine durch Krümmung des Feldes und Astigmatismus und deren andere durch Abweichung aufgrund von Temperaturveränderungen bedingt wird.

Unter diesen Rahmenbedingungen wurde die vorliegende Erfindung ausgeführt, deren Aufgabe die Bereitstellung eines optischen Scanners ist, der alle unten aufgeführten Faktoren berücksichtigt und der die Optiken so optimiert, daß die durch solche Faktoren bedingten Bewegungen der Bildebene sich gegenseitig aufheben oder daß die Summe dieser Bewegungen entweder minimiert oder auf einen praktisch akzeptablen schmalen Wert reduziert wird, um dadurch sicherzustellen, daß der Scanner gleichbleibende Bildleistung, unabhängig von Veränderungen in der Umgebungstemperatur, aufweist:

• A. Wechsel in der Linsengeometrie, die durch temperaturabhängige Ausdehnung oder Schrumpfung einer individuellen Linse bedingt ist;
• B. Temperaturabhängige Veränderung der Position einer individuellen Linse, insbesondere betreffend den Abstand von der Kollimatorlinse zur Lichtquelle;
• C. temperaturabhängige Änderungen in a und b, die in den Haupt- und Subscanrichtungen vorkommen, in denen unterschiedliche Optik-Charakteristika bezüglich der optischen Achse beobachtet werden; und
• D. Bewegung der Bildebene bei verschiedenen Ablenkwinkeln bei Vorhandensein von Astigmatismus und Feldkrümmung, die in den interessierenden scannenden Optiken inhärent vorhanden sind.

Diese Faktoren müssen nicht notwendigerweise berechnet werden, sollten aber berücksichtigt werden, falls dies auf der Basis einer Abschätzung ihrer Effekte notwendig erscheint.

Diese Aufgabe wird gelöst durch den optischen Scanner gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 3, und das Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 6 und 8.

Die oben formulierte Aufgabe der Erfindung kann durch einen optischen Scanner gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung erreicht werden, der eine Lichtquelle einer ersten Optik, mit der ein von der Lichtquelle ausgestrahlter Lichtstrahl umgewandelt wird, um vorbestimmte Charakteristika zu erhalten, einen Deflektor zum Ablenken des von den ersten Optiken ausgehenden Lichtstrahls, und eine zweite Optik, mit der der vom Deflektor abgelenkte Strahl fokussiert wird, um ein Bild auf einer vorbestimmten, zu scannenden Oberfläche zu bilden, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl ein Hauptscan-Querschnitt, der von dem am Deflektor abgelenkten Lichtstrahl überstrichen wird, als auch ein Subscan- Querschnitt, der orthogonal zu dem Hauptscan-Querschnitt liegt und der die optischen Achsen der ersten und zweiten Optiken einschließt, berücksichtigt werden, wobei der Querschnitt, in dem die Bildebene, bedingt durch die Änderungen im Abstand von der Lichtquelle zum ersten optischen Element der ersten Optik, den größeren Betrag axialer Bewegung in Absolutwerten ausmacht, der gleiche ist wie der Querschnitt, in dem die Bildebene, bedingt durch temperaturabhängige Änderungen in den optischen Charakteristika der ersten und zweiten Optik, den größeren Betrag axialer Bewegung in Absolutwerten ausmacht.

Die Aufgabe kann auch gelöst werden durch einen optischen Scanner gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, der eine Lichtquelle, eine erste Optik, mit der ein von der Lichtquelle ausgestrahlter Lichtstrahl umgewandelt wird, um vorbestimmte Charakteristika zu erhalten, einen Deflektor zum Ablenken des von der ersten Optik ausgehenden Lichtstrahls, und eine zweite Optik, mit der der vom Deflektor abgelenkte Strahl fokussiert wird, um ein Bild auf einer vorbestimmten, zu scannenden Oberfläche zu bilden, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl ein Hauptscan-Querschnitt, der von dem am Deflektor abgelenkten Lichtstrahl bestrichen wird, als auch ein Subscan-Querschnitt, der orthogonal zum Hauptscan- Querschnitt liegt und der die optischen Achsen der ersten und zweiten Optik einschließt, berücksichtigt werden, wobei der Querschnitt, in dem die Bildebene, bedingt durch Temperaturänderungen, den größeren Betrag an axialer Bewegung in Absolutwerten ausmacht, sich von dem Querschnitt unterscheidet, in dem die zweite Optik die größere Feldkrümmung erfährt.

In jedem der optischen Scanner gemäß dem ersten und zweiten Aspekt ist zumindest eines der optischen Elemente aus Kunststoffmaterial ausgeführt. Falls gewünscht, kann der optische Scanner gemäß dem zweiten Aspekt so angepaßt sein, daß die axiale Position des Mittelwerts durch die Feldkrümmung der zweiten Optiken in einem Hauptscan- Querschnitt im wesentlichen mit der axialen Position des Mittelwerts durch die Feldkrümmung der zweiten Optiken in einem Subscan-Querschnitt übereinstimmt.

Im ersten Aspekt der Erfindung ist der absolute Betrag der durch temperaturabhängige Änderungen der optischen Charakteristika bedingten Bewegungen in entweder dem Haupt- oder dem Subscan-Querschnitt größer als in dem jeweils anderen Querschnitt. Um diese Differenz auszugleichen, wird der Querschnitt, in dem die Bildebene, durch temperaturabhängige Änderungen im Abstand von der Lichtquelle zur Kollimatorlinse bedingt, Bewegungen mit dem größeren Absolutbetrag macht, so angepaßt, daß er der gleiche ist wie der Querschnitt, in dem die Bildebene, durch temperaturabhängige Änderungen in den optischen Charakteristika bedingt, Bewegungen mit dem größeren Absolutbetrag macht. Zusätzlich wird der zuerst erwähnten Bewegung der Bildebene gestattet, in einer zu der zweiten Bewegung der Bildebene entgegengesetzt Richtung aufzutreten, wodurch die durch Temperaturänderungen bedingte Gesamtbewegung auf eine Minimum reduziert wird.

Der zweite Aspekt der Erfindung beruht auf der Kompensation durch den oben beschriebenen ersten Aspekt; der Querschnitt, der den größeren Betrag an Restbewegung mit sich bringt, wird so angepaßt, daß er derselbe ist wie der Querschnitt, der die kleinere Feldkrümmung in der scannenden Optik mit sich bringt, wodurch die Gesamtversetzung der Bildebene bezüglich der zu scannenden Oberfläche, einschließlich der durch Temperaturveränderungen bedingten, minimiert wird.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird Bezug auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen genommen, in denen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Konstruktion eines optischen Scanners gemäß dem ersten oder dem dritten Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist ein Hauptscan-Querschnitt der im ersten und dritten Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Optik;

Fig. 3 ist ein Subscan-Querschnitt der im ersten und dritten Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Optik;

Fig. 4 zeigt Einzelheiten des Bereichs um die im ersten und dritten Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendete Kollimatorlinse;

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Konstruktion eines optischen Scanners gemäß dem zweiten oder dem vierten Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 6 ist ein Hauptscan-Querschnitt der im zweiten und vierten Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Optik;

Fig. 7 ist ein Subscan-Querschnitt der im zweiten und vierten Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Optik;

Fig. 8 ist ein Graph, der aus dem dritten Beispiel erhaltene Abberationskurven zeigt;

Fig. 9 ist ein Graph, der aus dem vierten Beispiel erhaltene Abberationskurven zeigt;

Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Konstruktion eines im Stand der Technik bekannten optischen Scanners zeigt.

Vier Beispiele der Erfindung werden nunmehr unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines optischen Scanners gemäß dem ersten Beispiel des ersten Aspekts der Erfindung; Fig. 2 zeigt einen Hauptscan-Querschnitt der in dem optischen Scanner verwendeten Optiken; und Fig. 3 zeigt einen Subscan- Querschnitt der Optik, der die optische Achse einschließt und orthogonal zum Hauptscan-Querschnitt ist. Wie gezeigt, wird ein vom Halbleiterlaser 11 ausgestrahlter Laserstrahl mittels Durchtritt durch eine Kollimatorlinse 21 geformt, um solch einen Querschnitt zu haben, daß er im wesentlichen paralleles Licht bereitstellt. Der so geformte Strahl passiert die zylindrische Linse 22 und wird fokussiert, um ein Linienbild auf einer ablenkenden Oberfläche 32 eines rotierenden polygonalen Spiegels 31 in einer Richtung parallel zur Scanrichtung zu bilden. Der vom rotierenden polygonalen Spiegel 31 abgelenkte Strahl wird mittels Durchtritt durch scannende Linsen 51 konvergent gemacht. Der abgelenkte, konvergente Strahl wird durch einen gekrümmten Spiegel 61 reflektiert, so daß sich die Richtung seines Weges ändert, wodurch ein fokussierter Punkt vorbestimmter Größe auf der zu scannenden Oberfläche 81 gebildet wird. Die scannenden Linsen 51 haben eine bereits in Verbindung mit dem bekannten Stand der Technik beschriebene fΘ-Charakteristik.

Vor dem Scannen der Oberfläche 81 wird der abgelenkte Strahl durch einen synchronen Detektionsspiegel 72 reflektiert und in einen Synchrondetektor 71 gelenkt, um das zur Durchführung der Signalbearbeitung für jedes Scannen notwendige Synchronisationssignal zu generieren. Die oben beschriebenen Bestandteile sind auf einer optischen Basis 91 fixiert, die in einem Stück polymergegossen ist. Die scannenden Linsen 51 setzen sich aus zwei Linsenelementen 51a und 51b zusammen. Das Linsenelement 51a wird aus optischem Glas gebildet, aber das Linsenelement 51b wird aus einem Kunststoffmaterial gebildet, da die torische Oberfläche S9 (siehe Fig. 2 und 3), von welcher der abgelenkte Strahl ausgeht, einfacher aus Kunststoff als aus Glas hergestellt werden kann.

Ein spezifisches Datenblatt für die aus den Linsenoberflächen S1 bis S9 zusammengesetzten Optiken wird unten in Tabelle 1 gegeben und zwar als die axiale Distanz zwischen Linsenoberflächen (d), paraaxialem Radius (R) und refraktivem Index (n). Symbol x in Klammern repräsentiert den paraaxialen Radius in einem Subscann-Querschnitt und Symbol y in Klammern repräsentiert den paraaxialen Radius in einem Hauptscan-Querschnitt.

Tabelle 1

Der Divergenzwinkel des vom Halbleiterlaser L ausgestrahlten Laserstrahls beträgt etwa 10° in einer zu der Verbindungsebene im Halbleitergerät parallelen Ebene und steigt auf bis zu 30° oder 40° in einer Ebene, vertikal zu dieser Verbindungsebene. Daher ist die Kollimatorlinse 21, um sicherzustellen, daß der Strahl effektiv in eine Linse kleiner effektiver Öffnung abgeschossen wird, im allgemeinen so konstruiert, daß er eine Brennweite im Bereich von einigen mm bis zu 20 mm aufweist. Der Winkel der diskutierten Laserstrahldivergenz wird ausgedrückt als ein totaler Winkel bei halbem Peak. Daher hat die Kollimatorlinse 21 von den im optischen Scanner verwendeten Linsen die größte Brechkraft und, um sicherzustellen, daß ihr Krümmungsradius nicht unangemessen klein ist, wird sie aus einem optischen Material mit einem hohen refraktiven Index hergestellt.

Um für eine verbesserte Kopplungseffizienz an den Halbleiterlaser 11 zu sorgen, kann die numerische Appertur der Kollimatorlinse 21 vergrößert werden, jedoch wird dann die sphärische Abberation, die sich in der Linse bildet, die Bildleistung beeinflussen. Unter diesen Umständen wird die Oberfläche der Kollimatorlinse 21 manchmal eher asphärisch als sphärisch ausgeführt. Da es nicht wirtschaftlich ist, asphärische Oberfläche durch Polieren von Glasmaterialien herzustellen, werden oft gegossene Glaslinsen verwendet. Auch in diesem Fall werden aus Gründen des refraktiven Index und der Gießbarkeit (Weichheit) Glasmaterialien mit hohem refraktivem Index ausgewählt. In dem betrachteten Beispiel wird SF8 verwendet (eine Glasart der Schott Glaswerke, Deutschland; auf den folgenden Seiten werden die Glasmaterialien durch Glasarten dieses Herstellers identifiziert). Der asphärische Koeffizient, welcher eine asphärische Oberfläche ergibt, wird durch die unten stehende Gleichung (1) gegeben. Es sollte hier bemerkt werden, daß zur Abschätzung der temperaturabhängigen Änderungen der optischen Charakteristika eine Berechnung unter Verwendung des paraaxialen Radius durchgeführt werden kann:

wobei
Z: Die Oberflächenposition in einer optischen Achse
R: Der paraaxiale Krümmungsradius
y: Der Abstand von der optischen Achse.

Konventionelle Glasmaterialien sind für die zylindrische Linse 22 ausreichend, um befriedigende Charakteristika aufzuweisen, und daher ist diese aus üblichem optischen Glas BK7 gebildet. Das scannende Linsenelement 51a ist auch aus BK7 gemacht. Wie bereits erwähnt, ist das scannende Linsenelement 51b eine Plastiklinse, die aus Acrylpolymer (PMMA) gebildet ist. Im folgenden werden die Temperatureffekte auf den Halbleiterlaser und jede der in dem optischen Scanner verwendeten Linsen diskutiert. Vor einer detaillierten Analyse sollen zuerst temperaturabhängige Änderungen in der Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers 11 beschrieben werden. Die Länge des Resonators im Halbleiterlaser 11 variiert mit der Temperatur, so daß die Oszillationswellenlänge des Lasers ebenfalls mit der Temperatur veränderlich ist. Bei den gewöhnlichen GaAlAs- Halbleiterlasern wächst die Oszillationswellenlänge um 0,23 bis 0,26 nm bei einem Temperaturanstieg von 1°C. Dieser inkrementelle Anstieg in der Wellenlänge wird als dλ/dT ausgedrückt. Im ersten betrachteten Beispiel wird von einem typischen Wert von 0,25 (nm/°C) als dλ/dT in der Durchführung der folgenden Berechnungen ausgegangen.

Andererseits hängt der refraktive Index des Linsenmaterials von der Wellenlänge ab. Der Wert 780 nm wird als Zentrumswert der Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers 11 verwendet. Die wellenlängenabhängige Änderung im refraktiven Index (die im allgemeinen als Dispersion bezeichnet wird) wird durch die Abbe-Nummer ausgedrückt, was jedoch nicht geeignet ist, um Änderungen der Wellenlänge im Bereich nahe bei 780 nm zu beschreiben. Für eine genaue Analyse wird eine durch ein Polynom ausgedrückte Dispersionsformel verwendet und spezifische Wellenlängenwerte werden in die Formel eingesetzt, um den refraktiven Index und die wellenlängenabhängige Änderung im refraktiven Index (die im folgenden als dn/dλ ausgedrückt wird) zu bestimmen. Allgemein gesagt, sinkt der refraktive Index mit wachsender Wellenlänge.

Daher wird der Gesamteffekt von Wellenlängenänderungen auf den Halbleiterlaser ausgedrückt durch

dn′/dT= (dn/dλ) _* (dλ/dT) (2)

was die Änderung im refraktiven Index für 1°C repräsentiert. Die Bezeichnung "dn/dT" wird verwendet, um von temperaturabhängiger Veränderung im refraktiven Index des Linsenmaterials per se zu unterscheiden.

Als nächstes wird die Beziehung zwischen refraktivem Index des Linsenmaterials und der Temperatur beschrieben. Im allgemeinen verändern sich die refraktiven Indices optischer Materialien mit der Temperatur. Nicht nur das Linsenmaterial, sondern auch die umgebende Luft wird mit der Temperatur eine Änderung im refraktiven Index erfahren. Daher wird die Rate der temperaturabhängigen Änderung des refraktiven Index (die im folgenden als dn/dT ausgedrückt wird) gegen den Wert zur Luft bei derselben Temperatur referenziert. Wenn die Temperatur steigt, dehnt sich das Linsenmaterial aus und seine Dichte wird sich ändern, was eine Änderung im refraktiven Index bewirkt, wobei diese Indexveränderung ebenfalls in dn/dT beinhaltet ist.

Wenn die Temperatur steigt, wird der refraktive Index eines bestimmten Linsenmaterials abhängig von seinem Typ steigen oder sinken. Betrachtet sei z. B. SFL6. Die temperaturabhängige Veränderung im refraktiven Index dieses Glasmaterials ist zehnmal kleiner als die Indexvariation anderer Glasmaterialien, wie etwa BK7. Andererseits erfahren die Acrylpolymere (PMMA), die im scannenden Linsenelement 51b verwendet werden, Indexvariationen, die zumindest zehnmal so groß sind wie die, welche in anderen Glasmaterialien, wie etwa BK7, auftreten. Diese Glasmaterialien haben steigende refraktive Indices, wenn die Temperatur steigt. Andererseits scheinen Kunststoffmaterialien tendentiell einen sinkenden refraktiven Index zu haben, wenn die Temperatur steigt.

Zuletzt wird die temperaturabhängige Änderung des Volumens des Linsenmaterials beschrieben. Wie gewöhnliche technische Materialien, so dehnt sich auch das Linsenmaterial im Volumen aus, wenn die Temperatur steigt. Die Ausdehnungsrate kann durch einen linearen Ausdehnungskoeffizienten β ausgedrückt werden, der eine inkrementelle Änderung in einer Dimension für 1°C repräsentiert. In der Erfindung werden nicht nur die Linsen, sondern auch die anderen Elemente, wie etwa die optische Basis 91, in der Diskussion der thermalen Ausdehnung berücksichtigt. Der lineare Ausdehnungskoeffizient verschiedener Arten von optischen Glasmaterialien unterscheidet sich nicht sehr stark, jedoch ist der lineare Ausdehnungskoeffizient von Kunststoffmaterialien fast zehnmal so groß wie der Wert für Glasmaterialien. Daten über die wellenlängenabhängige Änderung im refraktiven Index (dn′/dλ), die temperaturabhängige Änderung im refraktiven Index des Linsenmaterials (dn/dT) und der lineare Expansionskoeffizient (β) werden für typische Glas- und Kunststoffmaterialien gemeinsam in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2

Nunmehr soll diskutiert werden, um wieviel sich die Bildeebene bewegt, wenn im ersten Beispiel des ersten Aspektes der Erfindung die Temperatur der Gesamtoptik um 1°C steigt, was in den Fig. 2 und 3 gezeigt wird. Die Indexveränderung in den jeweiligen Linsenmaterialien (dn/dT), die durch Dispersion und Wellenlängenvariation bedingten Indexvariationen (dn′/dT) und die Linsenexpansion (β) tragen in unterschiedlichem Maße zu der Bewegung der Bildebene bei und diese Beiträge, wie auch der Betrag der Bewegung der Bildebene, die durch Summation solcher Beiträge berechnet wird, sind für jeden der Haupt- und Subscann-Querschnitte in der unten stehenden Tabelle 3 aufgelistet.

Tabelle 3

Relative Bewegungen der Bildebene pro 1°C im Hauptscannquerschnitt

Relative Bewegungen der Bildebene pro 1°C im Subscannquerschnitt

Die Daten in Tabelle 3 sind durch Berechnung und unter der Annahme erhalten worden, daß die individuellen Linsen, die Lichtquelle (Halbleiterlaser), oder die zu scannende Oberfläche ihre Position nicht ändern, wenn die Temperatur sich ändert. Ein positives Vorzeichen wird verwendet, um die Richtung zu kennzeichnen, in der die Bildebene von der Lichtquelle abweicht. Wie aus Tabelle 3 ersichtlich, sind die durch Indexvariation des optischen Materials für das scannende Linsenelement 51b bedingten Bewegungen der Bildebene im Subscan-Querschnitt größer als solche Bewegungen der Bildebene, die durch andere Faktoren bedingt sind.

Bei genauerer Prüfung von Tabelle 3 betreffs der Kollimatorlinse 21 ist ersichtlich, daß die durch die temperaturabhängige Veränderung des refraktiven Index des Linsenmaterials per se bedingten Bewegungen der Bildebene im Vergleich zu den durch von der Wellenlängenvariation und der Dispersion abhängigen Indexvariation bedingten Bewegungen der Bildebene in etwa halb so groß sind und in entgegengesetzte Richtung gehen.

Die Kollimatorlinse 21 ist aus Glas gemacht, aber die durch Ausdehnung der Linse per se bedingten Bewegungen der Bildebene sind praktisch mit den durch Ausdehnung des scannenden Elements 51b per se, das aus einem Kunststoffmaterial angefertigt ist, bedingten Bewegungen der Bildebene vergleichbar. Es ist somit klar, daß auch temperaturabhängige Ausdehnung von Glaslinsen berücksichtigt werden muß, wenn diese eine große Brechkraft aufweisen.

Für die Zwecke der vorliegenden Diskussion werden die, durch die oben beschriebenen, temperaturabhängigen Veränderungen in der Wellenlänge, materialabhängigen Indexveränderungen und die thermische Ausdehnung der Linse per se bedingten Bewegungen der Bildebene gemeinsam als "Durch temperaturabhängige Änderungen der optischen Charakteristika bedingte Bewegungen der Bildebene" bezeichnet. Wie bereits im Zusammenhang mit der Beschreibung des Standes der Technik erwähnt, war kein optischer Scanner erhältlich, der bezüglich der oben definierten Bewegungen der Bildebene korrigiert ist, indem die drei Faktoren, insbesondere die thermische Ausdehnung von Glaslinsen, berücksichtigt würden. Diese individuellen Faktoren, welche die Bewegung der Bildebene beeinflussen, werden in der vorliegenden Erfindung angemessen gewürdigt, die daraufhin eine effektive Methode zur Korrektur temperaturabhängiger Änderungen der optischen Charakteristika vorschlägt.

Wie Tab. 3 zeigt, würde sich die Bildebene in Abwesenheit jeglicher Korrekturmittel bei einer Temperaturerhöhung von 1°C um etwa 0,56 mm innerhalb des Subscan-Querschnitts bewegen. Bei einer Temperaturdifferenz, die dem Bereich von 15°C, in dem der optische Scanner betrieben wird, entspricht, würde sich die Bildebene um 8,5 mm bewegen. Ein Laserstrahl mit konstantphasigen Wellenfronten kann als ein Gauss-Strahl charakterisiert werden, dessen Durchmesser d bei einem axialen Abstand z von der Strahlenbreite, an welcher der Strahldurchmesser den schmalsten Wert annimmt, durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird (der Strahldurchmesser wird definiert als der Durchmesser, an welchem die Strahlintensität eines Strahlquerschnitts 1/e² der Peakintensität ist):

wobei λ die Wellenlänge und d₀ der Strahldurchmesser an der Strahlbreite ist. Bei dem im ersten Beispiel verwendeten Typ von Optik wird die Strahlbreite in wesentlicher Übereinstimmung mit dem Bildpunkt der geometrischen Optik positioniert.

Gemäß Gleichung (3) wird der Durchmesser eines Laserstrahls, der eine Punktgröße von 100 µm erzeugt, auf bis zu 131 µm wachsen, falls sich die Bildebene durch Temperaturveränderungen um 8.5 mm bewegt. Falls die Veränderung der Punktgröße um 20% auf 120 µm reduziert werden soll, beträgt die erlaubte Bewegung der Bildebene 6.7 mm.

Gleichermaßen würde sich bei einer Temperaturveränderung von 15°C die Bildebene innerhalb des Hauptscan-Querschnitts um etwa 3.2 mm bewegen, was weniger ist als die Bewegung im Subscan-Querschnitt. Wie schon erwähnt, rührt dies daher, daß die im betrachteten Beispiel verwendete Optik solcherart ist, daß das scannende Linsenelement 51b, das den Haupteffekt auf Temperaturveränderungen hat, eine größere Brechkraft im Subscan-Querschnitt als im Hauptscan-Querschnitt hat. Daher ist die anamorphe Optik meistenteils so, daß die als Antwort auf eine Temperaturänderung auftretende Änderung der optischen Charakteristika auch in zwei, die optische Achse einschließenden, orthogonalen Querschnitten differiert. Anders ausgedrückt, wird der Betrag an Astigmatismus in anamorphen Optiken mit der Temperatur variieren.

Um die Bewegungen der Bildebene, die aufgrund von temperaturabhängigen Veränderungen der optischen Charakteristika auftreten, zu korrigieren, kann durch irgendein Verfahren die Position der Bildebene bestimmt und durch kleine Änderungen der Linsenposition oder anderer Parameter gesteuert werden. Mit dieser Steuerung kann eine sehr hohe Genauigkeit bei der Einstellung der Position der Bildebene in Koinzidenz mit der zu scannenden Oberfläche sichergestellt werden, jedoch kann dies nur mit einer komplizierten und teuren Anordnung der Optik realisiert werden.

Um dieses Problem zu vermeiden, kann die thermische Ausdehnung der Halter der Lichtquelle und der Linsen benutzt werden, um den Abstand von der Lichtquelle zu einer einzelnen Linse so zu ändern, daß die Bildebene bewegt wird, um ihre durch die oben erwähnten temperaturabhängigen Änderungen der optischen Charakteristika bedingte Bewegung aufzuheben. Jedoch betragen bei gewöhnlichen technischen Materialien die temperaturabhängigen linearen Ausdehnungskoeffizienten in etwa 1 × 10^-4, und daher ist es schwierig, ein bestimmtes Teil in einem solchen Maße auszudehnen, daß die scannenden Linsen um einen hinreichenden Betrag versetzt werden können, der gleich der Bewegung der Bildebene per se ist. Dies ist natürlich durch mechanische Vergrößerungsmittel möglich, doch erhöht das nicht nur die Kosten, sondern mindert auch die Zuverlässigkeit, typischerweise durch Fehler im Versetzungsbetrag, die durch Reibung und Deformation verursacht werden. Daraus folgt, daß ein wünschenswerter Ansatz darin besteht, eine Linse auszuwählen, deren Positionierung bei kleinsten Bewegungen eine maßgebliche Bewegung der Bildebene verursacht, und dann den notwendigen Betrag temperaturabhängiger Linsenbewegung festzulegen.

In der im ersten Beispiel der Erfindung verwendeten Optik beeinflußt die Änderung im Abstand von der Lichtquelle (Halbleiterlaser 11) zu der Kollimatorlinse 21 die Bewegung der Bildebene stärker als die Änderungen an anderen Teilen. Daher können, wenn man die geeigneten Materialien für die die Lichtquelle 11 und die Kollimatorlinse 21 koppelnden Teile auswählt, die durch temperaturabhängige Veränderungen der optischen Charakteristika bedingten Bewegungen der Bildebene auf weniger als das erlaubbare Maß reduziert werden, ohne spezielle Mechanismen oder Kontrolleinheiten bereitzustellen.

Mit Ausnahme der Änderung im Abstand zwischen Halbleiterlaser 11 und der Kollimatorlinse 21 wird die durch thermische Ausdehnung der anderen Teile, wie der optischen Basis, bedingte Bewegung der Bildebene pro 1°C mit etwa 0.0001 mm im Hauptscan-Querschnitt und 0.015 mm im Subscan-Querschnitt berechnet. Diese Werte sind weitaus kleiner als die entsprechenden Summen der durch die in Tabelle 3 aufgelisteten Faktoren bedingten Bewegungen und können für praktische Zwecke außer acht gelassen werden.

Die vorstehenden Berechnungen der durch Temperaturveränderungen bedingten Linsenbewegungen basierten auf der Annahme, daß die einzelnen Linsen an den Eintrittsseiten auf der optischen Basis 91 angebracht sind, während der Hableiterlaser an der optischen Platte am Punkt des Lichtaustritts befestigt ist.

Einzelheiten der Struktur um die Kollimatorlinse in der Optik des ersten Beispiels werden in Fig. 4 gezeigt. Der Halbleiterlaser 11 ist in einen LD Halter 12 eingepaßt und die Kollimatorlinse 21 ist in einer Kollimatorlinsenbuchse 23 angeordnet. Der LD Halter 12 ist mit der optischen Basis 91 verschraubt, während die Kollimatorlinsenbuchse 23 mit einem Adhäsiv an der Basis 91 befestigt ist.

Jetzt soll spezifisch ein erstes Verfahren zur Korrektur der Bewegungen der Bildebene im Haupt- und Subscanquerschnitt beschrieben werden, die aufgrund von Temperaturveränderungen auftreten. Das Verfahren umfaßt eine Änderung des Abstandes zwischen Halbleiterlaser 11 und Kollimatorlinse 23 um einen Betrag, der im wesentlichen die Bewegungen im Subscan- Querschnitt aufhebt. Der Betrag bestimmt sich als 0,35 µm für 1°C. Ein positives Vorzeichen wird verwendet, um die Richtung, in welcher der Halbleiterlaser 11 von der Kollimatorlinse 21 abweicht, zu kennzeichnen. Im interessierenden Fall bewegt sich die Bildebene um -0,15 mm im Subscan-Querschnitt. Daher bewegt sich als Antwort auf die 0,35 µm-Änderung im Abstand zwischen Halbleiterlaser 11 und Kollimatorlinse 21 die Bildebene um 0,36 mm im Hauptscan- Querschnitt und um 0,56 mm im Subscan-Querschnitt. In der begutachteten Optik bewegt sich die Bildebene, durch temperaturabhängige Änderungen der optischen Charakteristika verursacht, um einen größeren Betrag im Subscan- als im Hauptscan-Querschnitt, und dies gilt auch für die Bewegung der Bildebene, die durch Ändern des Abstandes zwischen dem Halbleiterlaser 11 und der Kollimatorlinse 21 realisiert ist.

Daher profitiert der Querschnitt, in dem die Bildebene den größeren Betrag der durch temperaturabhängige Änderungen der optischen Charakteristika in den einzelnen Linsen bedingten Bewegung macht, stärker vom Bewegen der Lichtquelle (Halbleiterlaser 11) relativ zur Kollimatorlinse 21. Um sicherzustellen, daß der Abstand zwischen Halbleiterlaser 11 und Kollimatorlinse 21 mit der Temperatur eine spezifizierte Änderung erfährt, können die Struktur in die diese bildenden Materialien und einer geeigneten Weise ausgewählt werden, so daß die durch Temperaturveränderungen bedingten Bewegungen der Bildebene für den optischen Scanner auf dem Minimum gehalten werden können.

In diesem ersten Korrekturverfahren wird der Abstand zwischen Halbleiterlaser 11 und der Kollimatorlinse 21 so geändert, daß die durch Temperaturveränderung bedingte Bewegung der Bildebene im Subscan-Querschnitt im wesentlichen aufgehoben werden kann. Gemäß einem zweiten Korrekturverfahren kann der Abstand zwischen dem Halbleiterlaser 11 und der Kollimatorlinse 21 um einen solchen Betrag eingestellt werden, daß die Bewegung der Bildebene im Hauptscan- Querschnitt aufgehoben werden kann. In diesem alternativen Fall darf sich die Kollimatorlinse 21 um 0,21 µm bezüglich des Halbleiterlasers 11 pro 1°C ausdehnen; dies reicht aus, um die durch Temperaturveränderungen bedingte Bewegung der Bildebene, die im Hauptscan-Querschnitt auftritt, im wesentlichen aufzuheben, jedoch bleibt andererseits eine Bewegung der Bildebene, die 0,22 mm entspricht, im Subscan- Querschnitt unkorrigiert.

Es gibt ein weiteres Verfahren, das für die Korrekturzwecke eingesetzt werden kann. Gemäß diesem dritten Verfahren wird die Bewegung der Bildebene weder im Hauptscan-Querschnitt noch im Subscan-Querschnitt vollständig korrigiert, und die Absolutbeträge der Restbewegungen werden verringert. Falls zum Beispiel der Abstand vom Halbleiterlaser 11 zur Kollimatorlinse 21 für eine Änderung um 0,29 µm pro 1°C eingerichtet ist (d. h., daß sich die Kollimatorlinse um diesen Betrag relativ zum Halbleiterlaser ausdehnen darf), bewegt sich die Bildebene um 0,09 mm im Hauptscan-Querschnitt zur Lichtquelle hin, aber im Subscan-Querschnitt von dieser weg.

Daher kann bei jedem der drei oben beschriebenen Korrekturverfahren die Bewegung der Bildebene pro 1°C in sowohl dem Haupt- als auch dem Subscan-Querschnitt verringert werden im Vergleich zu dem Fall, wo nicht korrigiert wird. Der Querschnitt, wo korrigiert werden soll, sollte ausgewählt werden und die Auswahl der oberen Grenze für den Betrag an Bewegung der Bildebene hängt vollständig davon ab, in welchem Querschnitt, dem Haupt- oder dem Subscan-Querschnitt, die höhere Auflösung benötigt wird.

Die spezifische Anwendung verschiedener Korrekturverfahren gemäß dem ersten Beispiel der Erfindung wird nunmehr beschrieben. Da der Abstand von der Lichtquelle (Halbleiterlaser 11) zur Kollimatorlinse 21 etwa 4,76 mm ist, beträgt der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient, der den Betriebsbedingungen für das dritte Korrekturverfahren genügt, 0,00029/4,76 ≅ 61 × 10^-6. Falls alle zwischen der Lichtquelle und der Kollimatorlinse 21 verwendeten Komponenten denselben linearen Ausdehnungskoeffizienten haben, können sie aus einem Material mit dem oben aufgezeigten Wert (61 × 10^-6) gebildet sein. Dieser Wert kann mit metallischen Materialien nur schwer erreicht werden, er kann jedoch mit Kunststoffmaterialien ohne Verstärkung oder mit glasverstärkten Kunststoffmaterialien, die zusätzlich eine orthogonal zum Fluß der Fasern gerichtete Verstärkung enthalten, realisiert werden. Alternativ kann der lineare Ausdehnungskoeffizient der Kollimatorlinsenbuchse 23 erhöht oder andere Elemente können eingefügt werden, wobei diese Verfahren gleichermaßen effektiv im Verändern des Abstandes zwischen dem Halbleiterlaser 11 und der Kollimatorlinse 21 in der oben beschriebenen Weise sind.

Im Gegensatz zum ersten Beispiel kann die Änderung im Abstand zwischen Lichtquelle und der Kollimatorlinse dazu führen, daß die Bildebene im Hauptscan-Querschnitt um einen größeren Betrag als im Subscan-Querschnitt bewegt wird. Falls in diesem Fall die Struktur und die die Komponenten bildenden Materialien zwischen der Lichtquelle und der Kollimatorlinse so ausgewählt werden, daß sie die durch temperaturabhängige Veränderungen in den optischen Charakteristika bedingte Bewegung der Bildebene im Subscan-Querschnitt aufheben, erfährt die Position der Bildebene im Hauptscan-Querschnitt eine große Abweichung von der zu scannenden Oberfläche, welche den Betrag an Bewegung der Bildebene übersteigt, der im Subscan-Querschnitt auftreten würde, falls keine Korrektur durchgeführt worden wäre.

Um dieses Problem zu umgehen, richtet die vorliegende Erfindung die Optik so ein, daß die Abstandsänderung zwischen der Lichtquelle und der Kollimatorlinse es der Bildebene erlaubt, um einen größeren Betrag im Subscan-Querschnitt als im Hauptscan-Querschnitt bewegt zu werden, wodurch eine effektivere Korrektur der temperaturabhängigen Änderungen in der Position der Bildebene gesichert wird. Dies bedeutet, daß die Effektivität der Korrektur vergrößert wird, wenn das Verhältnis der longitudinalen Vergrößerung der Optik zwischen der Lichtquelle und dem Punkt der Bilderzeugung (oder der zu scannenden Oberfläche) innerhalb zweier die optische Achse einschließende orthogonaler Querschnitte sich mehr dem Verhältnis der durch die temperaturabhängigen Änderungen der Linsencharakteristika bedingten Bewegung der Bildebene in den zwei Querschnitten nähert (einschließlich Wellenlängenveränderung).

In gewissen Anordnungen der Optik mag es sein, daß das Bild der Lichtquelle nicht auf der zu scannenden Oberfläche wiedergegeben wird, aber daß die Strahlbreite mit dieser Oberfläche übereinstimmt. In einem solchen Fall wird sich die Bildebene nicht notwendigerweise um einen Betrag bewegen, der gleich ist der Änderung im Abstand zwischen der Lichtquelle und der Kollimatorlinse, multipliziert mit der longitudinalen Vergrößerung. Es ist daher nötig, daß die Bewegung der Bildebene als Abstand auf die Änderung des Abstandes von der Lichtquelle zur Kollimatorlinse für sowohl den Haupt- als auch den Subscan-Querschnitt, unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Gauss-Strahles, bestimmt wird.

Im ersten diskutierten Beispiel ist die zylindrische Linse 22 hinter der Kollimatorlinse 21 angeordnet. Falls die zylindrische Linse 22 um einen kleinen Betrag axial bewegt wird, kommt es zu wenig Bewegung der Bildebene innerhalb des Hauptscan-Querschnitts, aber andererseits kann die Position der Bildebene sich innerhalb des Subscan-Querschnitts bewegen. Daher kann zusätzlich zum Ändern des Abstandes zwischen der Lichtquelle 11 und der Kollimatorlinse 21 die zylindrische Linse unabhängig in axialer Richtung als Antwort auf eine Temperaturänderung bewegt werden und auch in diesem Fall kann die temperaturabhängige Veränderung in der Position der Bildebene effektiv sowohl im Haupt- als auch im Subscan- Querschnitt aufgehoben werden, indem hinsichtlich des Hauptscan-Querschnitts kompensiert wird.

Im ersten Beispiel kann dieser Einsatz mit einem Mechanismus implementiert werden, in dem der Halbleiterlaser 11 um 0,21 µm pro 1°C sich bezüglich der Kollimatorlinse 21 bewegen darf, wie in der zweiten Korrekturmethode, und in welchem die zylindrische Linse 22 sich um 27 µm zur Lichtquelle hin pro 1° bewegen darf. Die im vorangegangenen Absatz genannte Bedingung bleibt erfüllt und die Bildebene kann jederzeit hinsichtlich sowohl dem Haupt- als auch dem Subscan- Querschnitt in Koinzidenz mit der zu scannenden Oberfläche gebracht werden.

Dieser Mechanismus ist für optische Scanner mit einer sehr hohen Genauigkeit notwendig, aber er ist hinsichtlich seiner Struktur zu kompliziert und zu teuer, um in Endverbraucher- Laserstrahldruckern und anderen Apparaten, die keine so hohe Genauigkeit erfordern, verwendet zu werden. Wie bereits erwähnt, ist es Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, einen optischen Scanner bereitzustellen, der die preisgünstige und einfache Methode anwendet, nur die Abstandsänderung zwischen der Lichtquelle und der Kollimatorlinse zu steuern, und der dennoch eine vergleichsweise gute Bildleistung unter sich ändernden Temperaturbedingungen sicherstellt.

Die strukturelle Anordnung des Bereichs um den Halbleiterlaser 11 und die Kollimatorlinse 21, wie in Fig. 4 gezeigt, soll lediglich zur Illustrierung der Erfindung dienen, wobei ihr Konzept auf jegliche Struktur anwendbar ist, die eine Änderung des Abstands zwischen dem Halbleiterlaser 11 und der Kollimatorlinse 21 in der oben beschriebenen Weise in Abhängigkeit zu Temperaturveränderungen erlaubt.

Die vorangegangene Beschreibung des ersten Beispiels richtet sich auf Fälle, in denen sich die Bildebene als Antwort auf eine Temperaturänderung um einen größeren Betrag im Subscan- Querschnitt als im Hauptscan-Querschnitt bewegt, jedoch wird sich in Abhängigkeit von der Konfiguration der Optik die Bildebene um einen größeren Betrag im Hauptscan-Querschnitt als im Subscan-Querschnitt bewegen. In diesem Fall kann der Abstand zwischen der Lichtquelle und der Kollimatorlinse so geändert werden, daß die Bildebene sich um einen größeren Betrag im Hauptscan-Querschnitt als im Subscan-Querschnitt bewegt.

Wie vorstehend beschrieben, hat der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung den Vorteil, daß man nur den geeigneten linearen Ausdehnungskoeffizienten für die mechanischen Teile auswählen muß, die zwischen der Lichtquelle und der Kollimatorlinse angeordnet sind, um sicherzustellen, daß die durch Temperaturveränderungen bedingte Bewegung der Bildebene auf ein innerhalb eines in der Praxis annehmbaren Bereich liegenden Niveau, sowohl für den Haupt- als auch für den Subscan-Querschnitt, verringert wird. Der "in der Praxis annehmbare Bereich" hängt von dem Temperaturbereich, in dem das Produkt verwendet werden soll, und der im Produkt benötigten Auflösung ab, im ersten Beispiel wurde ein Wert von etwa 6,7 mm ausgewählt.

Nunmehr soll das zweite Beispiel des ersten Aspekts der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 5 bis 7 beschrieben werden. Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht eines optischen Scanners gemäß dem zweiten Beispiel, Fig. 6 zeigt einen Hauptscan-Querschnitt der in dem Scanner verwendeten Optik und Fig. 7 zeigt einen Subscan-Querschnitt der Optik, welcher die optische Achse einschließt und welcher orthogonal zum Hauptscan-Querschnitt liegt. Wie gezeigt, wird ein vom Halbleiterlaser 11 ausgestrahlter Laserstrahl durch den Durchtritt durch die Kollimatorlinse 21 geformt, um eine solche Form anzunehmen, daß er leicht konvergentes Licht bereitstellt. Der derart geformte Strahl geht durch die zylindrische Linse 22 und wird fokussiert, so daß er ein Linienbild auf einer reflektierenden Oberfläche S6 eines Linsenspiegels 41 in einer Richtung parallel zur Scan- Richtung bildet.

Im zweiten Beispiel kann die numerische Appertur der Kollimatorlinse 12 auf einen vergleichsweise kleinen Wert eingerichtet werden, so daß diese als eine sphärische, plan­ konvexe Linse aus dem optischen Glas SFL6 entworfen werden kann. Die zylindrische Linse 22 wird aus BK7 gefertigt. Die Reflektoreinheit hat die Form eines Linsenspiegelscanners, der bereits in JP-A-HEI-6-75162 vorgeschlagen worden war. Der Linsenspiegel 41 ist auf dem rotierenden Teil eines Scannermotors 35 (siehe Fig. 5) angebracht und hat drei optische Oberflächen, Eintrittsfläche S5, Reflektionsfläche S6 und Austrittsfläche S7, wie in Fig. 6 gezeigt, so daß die Ablenkung durch interne Reflektion an der Oberfläche S6 erfolgt. Die Eintrittsfläche S5 und die Austrittsfläche S7, wenn mit der bildgebenden Linse 81, wie unten beschrieben, kombiniert, haben zwei Funktionen, nämlich das Scannen auf einer zu scannenden Oberfläche mit einem Strahlpunkt bei gleichbleibender linearer Geschwindigkeit und das Erzeugen eine planaren Bildes (um Feldkrümmung und Astigmatismus als optische Charakteristika zu korrigieren) auf dieser Oberfläche.

Der Linsenspiegelscanner ergibt typischerweise die besten optischen Eigenschaften, wenn seine rotierende Achse 0 in der reflektierenden Fläche liegt. Demzufolge kann der Scannermotor 35 zwei Einheiten von Linsenspiegeln 41 aufweisen, die so angebracht sind, daß die reflektierende Fläche S6 einer Einheit der Fläche S6 der anderen gegenüberliegt. Ein Linsenspiegel 41 dieser Bauart kann mit kleineren Außenabmessungen als gewöhnliche, rotierende polygonale Spiegel ausgelegt sein und ist daher weniger dem durch Rotation bedingten Luftwiderstand (Windverlust) unterworfen. Weiterhin hat der Linsenspiegel ein derart kleines sekundäres Trägheitsmoment, daß er in kurzer Zeit eine hohe Rotationsgeschwindigkeit erreichen kann, wodurch die Zeit, die der Scanner benötigt, um nach Starten des Scannermotors 35 seine Funktion aufzunehmen, verringert wird.

Optische Elemente mit einer Form des Linsenspiegels 41 können aus Plastik in einem Stück gegossen werden, was vom wirtschaftlichen Standpunkt aus bevorzugt wird. Zusätzlich hat der Linsenspiegel 41 aufgrund der geringen Dichte des Kunststoffs eine hinreichend kleine Masse, die ihn weniger Unwuchteffekten unterwirft, die z. B. durch Positionierungsfehler bei der Montage bedingt sind. Ein weiterer Vorteil sind die kleinen sekundären Trägheitsmomente des Linsenspiegels. Ein weiterer Vorteil ergibt sich, falls der Linsenspiegel durch Einspritzgießen des Kunststoffs hergestellt wird; nämlich, daß die Eintrittsfläche S5 und die Austrittsfläche S6 bei niedrigen Kosten mit komplexen Formen versehen werden können, die nicht-sphärische oder nicht- zylindrische Formen sind, wodurch eine verbesserte Bildleistung leicht erreicht werden kann. Alternativ können die Flächen S5 und S7 zylindrisch sein und solchenfalls können sie in der gleichen Art und Weise hergestellt werden wie konventionelle zylindrische Linsen und die Herstellung wird mit ziemlich niedrigen Kosten erzielt, selbst falls Glas als Ausgangsmaterial verwendet wird, wobei dennoch eine hohe Oberflächengenauigkeit sichergestellt ist. Optisches Glas hat den zusätzlichen Vorteil, daß Materialien, die höhere refraktive Indices als Kunststoff aufweisen, verwendet werden können, was es ermöglicht, die zylindrischen Oberflächen mit größeren Krümmungsradien I zu versehen, was wiederum gestattet, eine größere Zahl von Linsenspiegeleinheiten in einem Arbeitsgang und daher zu noch niedrigeren Kosten zu polieren. Falls gewünscht, können die Austrittsfläche S7 planar oder die Eintrittsfläche S5 konvex geformt sein; dies bewirkt eine vereinfachte Herstellung und führt zu einer weiteren Verringerung der Stückkosten jedes Teils. Tatsächlich wird der in der Optik des zweiten Beispiels verwendete Linsenspiegel 41 aus SFL6 angefertigt, welches geschliffen wird, um zylindrische Oberflächen zu erhalten.

Mit gewöhnlichen rotierenden polygonalen Spiegeln wird bei einer Umdrehung so oft gescannt, wie es der Zahl reflektierender Oberflächen entspricht (typischerweise zwischen zwei und sechs). Demgegenüber verwendet der Linsenspiegelscanner nur zwei Linsenspiegeleinheiten und ergibt eine kleinere Zahl von Scanzyklen pro Umdrehung. Daher muß der Scannermotor 35 bei entsprechend erhöhter Geschwindigkeit betrieben werden. Wie jedoch bereits erwähnt, hat der Linsenspiegelscanner ein kleines Trägheitsmoment und ist kleinerem Windverlust und kleineren Unwuchteffekten unterworfen, so daß der vorhandene Nachteil der Realisation einer kleineren Zahl von Scanzyklen mehr als ausgeglichen werden kann. Dem Linsenspiegel 41 geht ein Element negativer Brechkraft voraus, das vor der reflektierenden Fläche S6 angeordnet ist, wodurch die ablenkende Winkelgeschwindigkeit des von der Austrittsfläche S7 ausgehenden Strahls dazu neigt, im Zentrum des Scanbereichs schnell, jedoch in seinen peripheren Bereichen langsam zu sein. Diese Charakteristik wird bevorzugt, da der auf die zu scannende Oberfläche fokussierte Strahlpunkt sich mit gleichbleibender linearer Geschwindigkeit bewegt. Andererseits wird der in den rotierenden polygonalen Spiegel einfallende Strahl mit gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit abgelenkt. Der durch den Linsenspiegel 41 abgelenkte Strahl fällt dann auf die bildgebende Linse 81, wie in Fig. 6 gezeigt. Wie bereits erwähnt, ist die Winkelgeschwindigkeit des vom Linsenspiegel 41 abgelenkten Strahls nicht gleichförmig, sondern tendiert dazu, zu beiden Enden des Scanbereichs hin zu sinken. Daher hat die bildgebende Linse 81 nicht dieselben Charakteristika wie ein Scanner, der einen üblichen rotierenden polygonalen Spiegel als Reflektor verwendet und es erfolgt keine fΘ- Funktion . Daher muß die bildgebende Linse 81, anders als im Fall der bekannten scannenden Linse, nicht beide, fΘ und planare bildgebende Charakteristika, erfüllen, wodurch der Spielraum im Linsendesign entsprechend erweitert wird. Wenn mehrere ablenkende Oberflächen rotiert werden, um einen Lichtstrahl zu scannen, ist im allgemeinen der Neigungswinkel zur rotierenden Achse von ablenkender Oberfläche zu ablenkender Oberfläche aufgrund verschiedener Faktoren, wie etwa aufgrund von Bearbeitungsfehlern, unterschiedlich. Daher wird die Scanlinie, die der abgelenkte Strahl auf die zu scannende Oberfläche zeichnet, je nach der verwendeten ablenkenden Oberfläche in der Subscanrichtung versetzt werden. Falls Bildaufzeichnen und -lesen in diesem Zustand durchgeführt werden, treten Fehler im Abstand der Scanlinien auf, was für eine exakte Bildaufzeichnung und ein Lesen unerwünscht ist. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, kann die Optik so ausgelegt sein, daß bei Sicht im Subscan- Querschnitt jede ablenkende Oberfläche und die zu scannende Oberfläche entweder einer optisch konjugierten Beziehung genügen oder einen Zustand annehmen, der durch diese Beziehung angenähert werden kann, was für die Korrektur des Winkelversatzes des Strahls, der durch den Verkippfehler der ablenkenden Oberflächen in der Subscanrichtung verursacht wird, effektiv ist.

Im zweiten diskutierten Beispiel ist die Eintrittsfläche S8 der bildgebenden Linse 81 im Hauptscan-Querschnitt asphärisch (nicht-bogenförmig) mit Asphärikkoeffizienten hoher Ordnung, jedoch im Subscan-Querschnitt linear. Die Austrittsfläche 59 der bildgebenden Linse 81 ist ebenfalls im Hauptscan- Querschnitt asphärisch (nicht-bogenförmig) mit Asphärikkoeffizienten hoher Ordnung, sie ist jedoch Teil eines Konvexo-Bogens, bei dem die Krümmung sich mit wachsendem Abstand von der optischen Achse progressiv im Subscan-Querschnitt verändert. Die Krümmung der Austrittsfläche 59 im Subscan-Querschnitt ist durch folgende Gleichung gegeben, was bedeutet, daß die Austrittsfläche 59 im Subscan-Querschnitt planoconvex ist, wobei die konvexe Oberfläche gegen die Bildebene gerichtet ist:

Rx(y) = Rx + Ax _* y² + Bx _* y⁴ + Cx _* y⁶ + Dx _* y⁸ + Ex _* y¹⁰ (4)

wobei Rx: der paraxiale Krümmungsradius im Subscan- Querschnitt;
y: der Abstand zur optischen Achse; und
Rx(y): der Krümmungsradius im Subscan-Querschnitt bei Abstand y.
Ex = -11,0936
Ax = -2,4465^-2
Bx = 5,5392^-3
Cx = 8,6276^-8
Dx = 7,7486^-11
Ex = -2,7384^-14.

Wie bereits betont, ist eine bildgebende Linse 81 dieser Form schwierig aus Glas herzustellen und es wird gewöhnlich aus Kunststoff angefertigt. Im betrachteten Beispiel wird die bildgebende Linse 81 aus amorphem Polyolephinpolymer gefertigt, beispielsweise aus "ZEONEX", einer Handelsmarke der Nippon Zeon Co. Ltd. Im Vergleich zu dem bereits beschriebenen, im ersten Beispiel der Erfindung verwendeten Acrylpolymer (PMMA), erfährt der amorphe polyolefine Kunststoff nur kleine Veränderungen des refraktiven Index oder der Form mit der Feuchtigkeit (aufgrund von Feuchteabsorption) und ist daher zur Verwendung in hochgenauen Optiken geeignet. Die spezifischen Werte von Axialabstand zwischen Linsenoberflächen (d), paraaxialem Radius (R) und refraktivem Index (n) für individuelle Linsen sind unten in der Tabelle 4 aufgelistet. Das Zeichen x in Klammern steht für den paraxialen Radius im Subscan- Querschnitt, und das Symbol y in Klammern steht für den paraxialen Radius im Hauptscan-Querschnitt. Die Krümmung der Austrittsfläche der bildgebenden Linse 81 im Subscan- Querschnitt verändert sich gemäß Gleichung (4).

Tabelle 4

Nunmehr soll diskutiert werden, wie weit sich die Bildebene bewegt, wenn die Temperatur der Gesamtoptik im zweiten Beispiel des ersten Aspekts der Erfindung (wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt) um 1°C steigt. Die Indexveränderungen in den jeweiligen Linsenmaterialien (dn/dT), die durch Dispersion und Wellenlängenänderungen bedingten Indexveränderungen (dn′/dT) und die Linsenausdehnung (β) tragen in unterschiedlichem Maße zur Bewegung der Bildebene bei, und die relativen Beiträge dieser Faktoren, wie auch der Beitrag der Bewegung der Bildebene, der sich durch Summation dieser Beiträge errechnet, ist unten in der Tabelle 5 für jeweils Hauptscan-Querschnitt und Subscan-Querschnitt aufgelistet:

Tabelle 5

Relative Bewegung der Bildebene pro 1°C im Subscan-Querschnitt

Relative Bewegung der Bildebene pro 1°C im Hauptscan -Querschnitt

Die Daten in Tabelle 5 sind durch Berechnung unter der Annahme erhalten worden, daß die einzelnen Linsen, die Lichtquelle oder die zu scannende Oberfläche ihre Position nicht ändern, selbst wenn sich die Temperatur ändert. Ein positives Vorzeichen wird dabei verwendet, um die Richtung zu kennzeichnen, in der sich die Bildebene von der Lichtquelle entfernt. Wie aus Tabelle 5 ersichtlich, ist die durch Indexveränderungen des die bildgebende Linse 81 bildenden Materials bedingte Bewegung der Bildebene im Subscan- Querschnitt größer als die durch andere Faktoren bedingte Bewegung der Bildebene. Auch ist klar, daß die anderen Faktoren im allgemeinen darauf hinwirken, die Bildebene von der Lichtquelle wegzuhalten.

Bei näherer Betrachtung der Tabelle 5 kann man sehen, daß verglichen mit den durch, von Wellenlängenveränderungen und Dispersion verursachten, Indexvariationen bedingten Bewegungen der Bildebene, die durch temperaturabhängige Änderungen des refraktiven Index der Kollimatorlinse 21, die aus Glas SFL6 angefertigt ist, bedingten Bewegungen der Bildebene sehr klein sind. Die durch Linsenausdehnung bedingten Bewegungen der Bildebene sind etwa halb so groß und gehen in dieselbe Richtung wie die durch Wellenlängenveränderungen bedingten Bewegungen der Bildebene. Wie Tabelle 5 zeigt, würde sich bei Abwesenheit jeglicher Korrekturmittel die Bildebene um etwa 0,22 mm bei einem Temperaturanstieg von 1°C im Subscan-Querschnitt bewegen. Bei einem gegebenen Temperaturbereich von 15°C, in dem der optische Scanner verwendet werden soll, würde sich die Bildebene dementsprechend um 3,3 mm bewegen.

In ähnlicher Weise würde sich bei einer gegebenen Temperaturdifferenz von 15°C die Bildebene um etwa 0,8 mm im Hauptscan-Querschnitt bewegen, was weniger ist als die Bewegung im Subscan-Querschnitt. Dies ist, wie bereits erwähnt, darauf zurückzuführen, daß die im zweiten betrachteten Beispiel verwendete Optik so ausgelegt ist, daß die bildgebende Linse 81, die bei Temperaturveränderungen einen maßgeblichen Effekt hat, eine größere Brechkraft im Subscan-Querschnitt als im Hauptscan-Querschnitt aufweist.

Wie in der im ersten Beispiel verwendeten Optik ist die Änderung im Abstand von der Lichtquelle zur Kollimatorlinse 21, die im zweiten Beispiel verwendet werden, von größerem Einfluß auf die Bewegung der Bildebene als die Änderungen an anderen Teilen. Daher können, wenn die geeigneten Materialien für die, die Lichtquelle 11 und die Kollimatorlinse 21 koppelnden, Teile ausgewählt werden, die durch temperaturabhängige Veränderungen der optischen Charakteristika bedingten Bewegungen der Bildebene bis auf erlaubbare Niveaux vermindert werden, ohne daß ein spezieller Mechanismus oder eine Kontrolleinheit bereitgestellt werden müßten.

Mit Ausnahme der Abstandsänderung zwischen Halbleiterlaser 11 und der Kollimatorlinse 21 sind die durch thermische Ausdehnung von anderen Teilen, wie etwa der optischen Basis, bedingten Bewegungen der Bildebene pro 1°C weitaus kleiner als die durch die in Tabelle 5 aufgelisteten Faktoren bedingten Summen der Bewegungen, weshalb sie für praktische Zwecke außer acht gelassen werden können.

Es soll nunmehr die Anwendung des ersten korrektiven Verfahrens auf die oben aufgeführten numerischen Daten beschrieben werden. Das Verfahren umfaßt ein Ändern des Abstandes vom Halbleiterlaser 11 zur Kollimatorlinse 21 um einen Betrag, der im wesentlichen die Bewegungen der Bildebene im Subscan-Querschnitt, die hinsichtlich von Temperaturveränderungen auftreten, aufhebt. Der zu bestimmende Betrag ist etwa 1,53 µm pro 1°C. Ein positives Vorzeichen wird verwendet, um die Richtung, in der sich der Halbleiterlaser 11 von der Kollimatorlinse 21 entfernt, zu kennzeichnen. Im interessierenden Fall bewegt sich die Bildebene um -0,1 mm im Hauptscan-Querschnitt. Daher bewegt sich die Bildebene als Antwort auf die 1,53 µm Änderung des Abstandes von Halbleiterlaser 11 und Kollimatorlinse 21 um 0,15 mm im Hauptscan-Querschnitt und um 0,22 mm im Subscan- Querschnitt. Bei der betrachteten Optik bewegt sich die Bildebene, bedingt durch temperaturabhängige Änderungen der optischen Charakteristika, um einen größeren Betrag im Subscan-Querschnitt als im Hauptscan-Querschnitt, was ebenso für die Bewegung der Bildebene, die durch Ändern des Abstandes von Lichtquelle und Kollimatorlinse realisiert wird, gilt. Daher profitiert derjenige Querschnitt, in dem die Bildebene den größeren, durch temperaturabhängige Änderungen der optischen Charakteristika einer einzelnen Linse bedingten, Betrag der Bewegung macht, mehr davon, die Lichtquelle relativ zur Kollimatorlinse zu bewegen. Um sicherzustellen, daß der Abstand zwischen Lichtquelle und Kollimatorlinse eine spezifizierte Änderung mit der Temperatur erfährt, können die Struktur und die, die maßgeblichen mechanischen Teile bildenden, Materialien in geeigneter Weise ausgewählt werden, so daß die durch Temperaturveränderungen bedingten Bewegungen der Bildebene für den optischen Scanner auf einem Minimum gehalten werden können.

In diesem ersten Verfahren zu Korrektur wird der Abstand von der Lichtquelle zur Kollimatorlinse so verändert, daß die durch eine Temperaturveränderung bedingte Bewegung der Bildebene im Subscan-Querschnitt im wesentlichen aufgehoben wird. Gemäß dem zweiten Verfahren zur Korrektur kann der Abstand der Lichtquelle zur Kollimatorlinse um so einen Betrag eingestellt werden, daß die Bewegung der Bildebene im Hauptscan-Querschnitt aufgehoben wird. In diesem Fall darf sich die Kollimatorlinse pro 1°C um 0,56 µm relativ zum Halbleiterlaser ausdehnen; dies ist ausreichend, um im wesentlichen die Bewegung der Bildebene, die aufgrund von Temperaturänderungen im Hauptscan-Querschnitt auftritt, aufzuheben, während andererseits eine Bewegung der Bildebene, die 0,14 mm entspricht, im Subscan-Querschnitt unkorrigiert bleibt.

Gemäß dem dritten Korrekturverfahren wird die Bewegung der Bildebene weder im Hauptscan-Querschnitt noch im Subscan- Querschnitt vollständig korrigiert, und die Absolutbeträge der Restbewegung werden vermindert. Wenn z. B. der Abstand von der Lichtquelle zur Kollimatorlinse darauf eingestellt wird, sich pro 1°C um 1,13 µm zu ändern (d. h., daß sich die Kollimatorlinse relativ zur Lichtquelle um diesen Betrag ausdehnen darf), bewegt sich die Bildebene um 0,057 mm in Richtung auf die Lichtquelle im Hauptscan-Querschnitt, aber von dieser weg im Subscan-Querschnitt.

In zweiten betrachteten Beispiel sind alle zwischen dem Halbleiterlaser 11 und der Kollimatorlinse 21 angeordneten Teile aus einem Polycarbonat-Polymer angefertigt, dem 50% Glas zugesetzt sind. Falls dieses Polymer einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 1,65 × 10^-5 aufweist, wird sich der Abstand Halbleiterlaser 11 zur Kollimatorlinse 21 pro 1°C um etwa 0,19 µm ändern. Dies ist kleiner als irgendeiner der in der Erläuterung des ersten bis dritten Korrekturverfahrens erwähnten Werte. Bei diesem Wert wird sich die Bildebene pro 1°C um 0,037 mm im Hauptscan- Querschnitt und um 0,193 mm im Subscan-Querschnitt bewegen; für einen Temperaturbereich von 15°C, in dem der optische Scanner verwendet werden soll, steigt diese Bewegung auf etwa 0,6 mm bzw. 2,9 mm.

Falls der im zweiten Beispiel abgeschossene Laserstrahl eine Strahlbreite von 70 µm im Hauptscan-Querschnitt aufweist und falls ein durch Bewegung der Bildebene bei verschiedenen Temperaturen bedingter Anstieg von bis zu 30% für den Strahldurchmesser toleriert werden kann, wird die erlaubbare Bewegung der Bildebene mit 4,1 mm berechnet. Daher beträgt die pro 1°C auftretende Bewegung der Bildebene weniger als der erlaubbare Wert sowohl im Hauptscan-Querschnitt als auch im Subscan-Querschnitt. Anders gesagt, gibt es keine Notwendigkeit, so große Korrekturen wie in den ersten bis dritten, oben beschriebenen Verfahren durchzuführen, so daß die Konstruktion rund um die Kollimatorlinse 21 wesentlich vereinfacht werden kann. Als weiterer Vorteil können alle Teile, die den Halbleiterlaser von der Kollimatorlinse trennen, aus demselben Material angefertigt werden, und daher tritt keine Verwindung oder Kupplungsversatz, die durch mangelhafte Passung der linearen Ausdehnungskoeffizienten zustandekommen könnten, an der Verbindung der jeweiligen Teile auf, wodurch die Herstellung eines optischen Scanners mit hoher Betriebszuverlässigkeit möglich wird. Weiterhin ist der lineare Ausdehnungskoeffizient von 1,65 × 10^-5 nahe an dem von Metallen, so daß die Halter des Halbleiterlasers 11 oder der Kollimatorlinse 21 aus Metall gemacht werden können, was auch aus der Sicht von Hitzeableitung und Bearbeitungsgenauigkeit vorteilhaft ist.

Daher kann gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung die durch Temperaturveränderungen bedingte Bewegung der Bildebene sowohl im Hauptscan-Querschnitt als auch im Subscan-Querschnitt minimiert werden. Falls die Optik recht liberale Bewegungen der Bildebene zuläßt, müssen nur vergleichsweise kleine Korrekturbeträge durchgeführt werden, was zu einer Vereinfachung im Aufbau desjenigen Teils, welcher der Korrektur unterworfen ist, beiträgt. Die spezifische Art und Weise der durchzuführenden Korrektur hängt vom Anwendungsgebiet des optischen Scanners und der benötigten Auflösung ab. Wie jedoch bereits erwähnt, kann der Betrag, um den die Bewegung der Bildebene, die durch Temperaturänderungen bedingt auftritt, korrigiert werden soll, auf einen gewünschten Wert eingestellt werden, gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung; zusätzlich kann ein höheres Korrekturniveau sowohl im Hauptscan-Querschnitt als auch in auch im Subscan-Querschnitt erreicht werden, als dies ohne eine Anwendung des ersten Aspekts der Erfindung möglich gewesen ist.

In den auf den vorhergehenden Seiten beschriebenen ersten und zweiten Beispielen des ersten Aspekts der Erfindung beinhaltet die scannende Optik Kunststofflinsen, die bei schwankender Temperatur maßgeblichen Änderungen des refraktiven Indexes oder im Volumen unterworfen sind. Jedoch ändert sich, selbst wenn die scannende Optik nur aus Glaslinsen zusammengesetzt ist, ihre optische Charakteristik mit der Temperatur, wenn auch nicht soviel wie in dem Fall, wo Kunststofflinsen verwendet werden. Daher kann bei einem optischen Scanner, der eine besonders hohe Auflösung erfordert, die gleiche hierin beschriebene Methode angewandt werden, so daß die durch Temperaturveränderungen bedingte Bewegung der Bildebene reduziert wird.

Kurz gesagt, ist der erste Aspekt der Erfindung der, daß die endgültigen Bewegungen der Bildebene auf befriedigend kleine Werte reduziert werden, indem sichergestellt wird, daß der Laserstrahl, der auf den Deflektor einfällt oder von der Kollimatorlinse ausgeht, mit der Temperatur hinsichtlich seiner Charakteristika (z. B. dem Divergenzwinkel) geändert wird, was in klarem Gegensatz zum bekannten Stand der Technik steht, der darauf zielt, sicherzustellen, daß der von der Kollimatorlinse oder der Lasereinheit ausgehende Laserstrahl bei unterschiedlichen Temperaturen eine konstante Charakteristik aufweist. Zusätzlich werden die durch Wellenlängenveränderung im Halbleiterlaser bedingte Änderung des refraktiven Index, die Änderung im refraktiven Index von Linsenmaterial, die Linsenausdehnung und die temperaturabhängige Änderung im Abstand zur Linse oder Lichtquelle alle bei der Bewirkung der Korrektur gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung berücksichtigt und dies ist ein weiterer Punkt, der die Erfindung von jedem bekannten Stand der Technik unterscheidet, der die Korrektur nur auf lediglich einige der oben erwähnten Charakteristika basiert.

Der optische Scanner gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist zur Verwendung in kleinen Laserstrahldruckern geeignet, doch ist dies nicht die einzige Anwendung der Erfindung und sie kann selbstverständlich auf Bildleseapparate angewendet werden, wie auch auf Objekterkennungssensoren und Barcode- Scanner.

Nun wird das dritte Beispiel der Erfindung, das sich auf ihren zweiten Aspekt bezieht, beschrieben. Unter Verwendung von Fig. 2, die einen Hauptscan-Querschnitt der im ersten Beispiel des ersten Aspekts der verwendeten Optik darstellt, und Fig. 3, die einen Subscan-Querschnitt derselben Optik darstellt, der die optische Achse einschließt und orthogonal zum Hauptscan-Querschnitt ist, wird die Beziehung zwischen dem Betrag an Feldkrümmung und der durch Temperaturänderungen bedingten Bewegung der Bildebene diskutiert. Es ist im allgemeinen bei optischen Scannern schwierig, sicherzustellen, daß die Bildebene mit der zu scannenden Oberfläche 81 über den gesamten Scanbereich übereinstimmt. Dies liegt daran, daß die fünf Seidel-Aberrationen, die Feldkrümmung und der Astigmatismus die Bewegung der Bildebene repräsentieren, während die Verzeichnung einen Fehler in der linearen Geschwindigkeit verursacht (fΘ-Fehler).

Eine vollständige Korrektur dieser Aberrationen wird nur unter Schwierigkeiten erreicht und ein gewisser Betrag an Feldkrümmung oder Astigmatismus wird in der Anordnung verbleiben. Selbst wenn dies im Prinzip möglich ist, werden doch Feldkrümmung oder Astigmatismus aufgrund von Fehlern bei der Linsenherstellung oder bei der Assemblierung der Optik auftreten. Dies bedeutet, daß die tatsächlichen Versetzungen der zu scannenden Oberfläche und die durch Temperaturvariationen, die oben in Verbindung mit dem ersten Aspekt der Erfindung diskutiert worden sind, bedingten Bewegungen der Bildebene bestehen, plus den oben erwähnten Feldkrümmungen oder Astigmatismen. Wie bereits zuvor erwähnt, sichern die Methoden zur Korrektur der temperaturabhängigen Bewegungen der Bildebene gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung nicht notwendigerweise, daß diese Bewegungen der Bildebene sowohl im Hauptscan-Querschnitt als auch im Subscan-Querschnitt komplett korrigiert werden können. Es ist somit notwendig, daß die erlaubbare Bewegung der Bildebene in jeder der zwei, zueinander orthogonalen Querschnitte anteilig zwischen der durch die Temperaturveränderung bedingten Bewegung und der durch die Feldkrümmung oder den Astigmatismus bedingten Bewegung verteilt wird.

Fig. 8 ist ein Graph, der die Aberrationskurven aufzeigt, die durch die Feldkrümmung und den von der Gesamtoptik, wie sie im dritten Beispiel der Erfindung verwendet wird, verursachten Astigmatismus, verursacht werden. Offensichtlich ist der Betrag an Feldkrümmung im Hauptscan-Querschnitt (durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet) größer als der im Subscan-Querschnitt (durch eine durchgehende Linie gekennzeichnet) . Die Bildebene im Scanzentrum (nahe der optischen Achse) weist keine Koinzidenz zwischen dem Hauptscan-Querschnitt und dem Subscan-Querschnitt auf. Falls nötig, kann die Koinzidenz durch Adjustierung der Position der zylindrischen Linse 22 in einer bereits oben beschriebenen Weise erreicht werden. Jedoch ist der in Fig. 8 gezeigte Aufbau beabsichtigt und der durchschnittliche Fehler in der Bildebene wird reduziert, indem sichergestellt wird, daß der Mittelwert des Bereichs der Feldkrümmung im Subscan- Querschnitt im wesentlichen in Übereinstimmung mit dem Mittelwert des Bereichs der Feldkrümmung im Hauptscan- Querschnitt bei der mittleren Temperatur des Scannereinsatzes gebracht wird.

Der Betrag der Feldkrümmung ist etwa 8,1 mm im Hauptscan- Querschnitt und etwa 2 mm im Subscan-Querschnitt. Die Differenz von etwa 6,1 mm sorgt für einen entsprechenden erlaubten Bereich für die durch Temperaturveränderungen bedingte Bewegung der Bildebene im Subscan-Querschnitt.

Falls im dritten Beispiel im wesentlichen derselbe Betrag an Bildebenenversetzung sowohl im Hauptscan-Querschnitt als auch im Subscan-Querschnitt erlaubt sind, verursacht eine 0,23 µm Änderung im Abstand vom Halbleiterlaser 11 zur Kollimatorlinse 21 pro 1°C eine Bewegung der Bildebene um 0,05 mm im Hauptscan-Querschnitt und um 0,19 mm im Subscan- Querschnitt, bedingt durch eine Temperaturänderung von 1°C. Die Beträge der Bewegung der Bildebene über 15°C, welches der Bereich ist, über den der optische Scanner verwendet werden soll, betragen 0,75 mm im Hauptscan-Querschnitt und 2,85 mm im Subscan-Querschnitt. Daher ist die Summe des Betrags der durch Temperaturänderung bedingten Bewegung der Bildebene und der Hälfte des Betrags der im vorstehenden Paragraph erwähnten Feldkrümmung 4,8 mm im Hauptscan-Querschnitt und 4,85 mm im Subscan-Querschnitt. Daher wird die Position der Bildebene im wesentlichen innerhalb desselben Bereichs für den Hauptscan- und den Subscan-Querschnitt liegen.

Nunmehr soll das vierte Beispiel der Erfindung, das sich ebenfalls auf den zweiten Aspekt bezieht, beschrieben werden. Unter Verwendung von Fig. 6, die einen Hauptscan-Querschnitt der im zweiten Beispiel des ersten Aspektes verwendeten Optik zeigt, und Fig. 7, welche einen Subscan-Querschnitt derselben Optik zeigt, der die optische Achse umfaßt und der orthogonal zum Hauptscan-Querschnitt liegt, wird die Beziehung zwischen dem Betrag an Feldkrümmung und der durch Temperaturänderungen bedingten Bewegung der Bildebene diskutiert.

Fig. 9 ist ein Graph, der die durch Feldkrümmung und Astigmatismus bedingten Aberrationskurven, welche durch die im zweiten Beispiel der Erfindung verwendete Gesamtoptik verursacht werden, aufzeichnet. Der Betrag an Feldkrümmung beträgt etwa 3,8 mm im Hauptscan-Querschnitt (durch eine gestrichelte Linie angezeigt) und etwa 0,2 mm im Subscan- Querschnitt (durch eine durchgehende Linie gekennzeichnet). Wie im dritten Beispiel ist der Betrag an Feldkrümmung im Hauptscan-Querschnitt größer als derjenige im Subscan- Querschnitt. Zusätzlich hat die Bildebene aus demselben Grund, wie bei der Beschreibung des dritten Beispiels genannt, im Scanzentrum (nahe der optischen Achse) keine Koinzidenz zwischen dem Hauptscan- und dem Subscan- Querschnitt.

Im vierten diskutierten Beispiel sind alle Teile, die zwischen dem Halbleiterlaser 11 und der Kollimatorlinse 21 angeordnet sind, aus einem Polykarbonatpolymer mit 50% Glas gefertigt. Falls dieses Polymer einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 1,65 × 10^-5 hat, ändert sich der Abstand vom Halbleiterlaser 11 zur Kollimatorlinse 21 pro 1°C um etwa 0,19 µm. Dies ist kleiner als jeder der Werte, die durch die ersten bis dritten korrektiven Verfahren, wie im zweiten Beispiel angewendet, erreicht werden. Bei diesem Wert wird sich die Bildebene um 0,037 mm im Hauptscan- Querschnitt und um 0,193 mm im Subscan-Querschnitt pro 1°C bewegen; für den Temperaturbereich von 15°C, über den der optische Scanner verwendet werden soll, wächst die Bewegung auf etwa 0,6 mm bzw. 2,9 mm an.

Falls diese Werte zu den zuvor erwähnten Beträgen der Feldkrümmung addiert werden, ergeben sich Resultate von etwa 2,5 mm (3,8/2 + 0,6) für den Hauptscan-Querschnitt und etwa 3 mm (0,2/2 + 2,9) für den Subscan-Querschnitt. Falls im vierten Beispiel der ausgestrahlte Laserstrahl einen Punkt mit einer Strahlbreite von 70 µm im Hauptscan-Querschnitt bildet, und falls eine durch eine Bewegung der Bildebene unter sich veränderten Temperaturen bedingte Steigerung von bis zu 30% für den Strahldurchmesser toleriert wird, errechnet sich für die erlaubbare Bewegung der Bildebene ein Wert von 4,1 mm. Daher ist der Wert für die Bewegung der Bildebene, die pro 1°C auftritt, weniger als der erlaubbare Wert, sowohl im Haupt- als auch im Subscan-Querschnitt. Anders gesagt, besteht keine Notwendigkeit, so große Korrekturen wie in den oben beschriebenen ersten bis dritten korrektiven Verfahren durchzuführen, so daß die Konstruktion um die Kollimatorlinse 21 wesentlich vereinfacht werden kann. Weiterhin können vorteilhafterweise alle Teile, die den Halbleiterlaser von der Kollimatorlinse trennen, aus demselben Material hergestellt werden und es tritt keine Verzerrung oder Kupplungsversetzung, die durch unpassende thermische Expansion verursacht werden, an den Verbindungen der jeweiligen Teile auf, wodurch es möglich gemacht wird, einen optischen Scanner hoher Betriebszuverlässigkeit herzustellen.

Außerdem liegt der lineare Ausdehnungskoeffizient von 1,65 × 10^-5 ziemlich nahe an demjenigen von Metallen, so daß die Halter des Halbleiterlasers 11 und der Kollimatorlinse 21 aus Metall hergestellt werden können, was zu größeren Vorteilen im Hinblick auf Hitzeableitung und Bearbeitungsgenauigkeit führt.

Daher kann gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung die durch Temperaturveränderungen bedingte Bewegung der Bildebene sowohl im Hauptscan-Querschnitt als auch im Subscan- Querschnitt minimiert werden. Fall die Optik recht liberale Bewegungen der bildgebenden Linse erlaubt, müssen lediglich vergleichsweise kleine Korrekturbeträge eingesetzt werden, was zur Vereinfachung der Konstruktion des der Korrektur unterworfen Teils beiträgt. Die spezifische Art der durchzuführenden Korrektur hängt vom Einsatzgebiet des optischen Scanners und der für ihn benötigten Auflösung ab. Wie bereits erwähnt, kann jedoch der Betrag, um den die Bewegung der Bildebene, die aufgrund von Temperaturschwankungen auftritt, korrigiert werden soll, gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung auf einen gewünschten Wert eingestellt werden; außerdem können höhere Korrekturniveaux sowohl im Haupt- als auch im Subscan- Querschnitt erreicht werden, als ohne Ausnutzung des zweiten Aspekts der Erfindung möglich gewesen wäre. Es sollte auch hinzugefügt werden, daß die im vierten Beispiel verwendete Optik mit ihren tatsächlichen bildgebenden Charakteristika dazu tendiert, im Hauptscan-Querschnitt eine kleinere Bewegung der Bildebene an beiden Enden (im peripheren Bereich) als im Gebiet nahe der optischen Achse des Scan- Bereichs zuzulassen, und, wie bereits erwähnt, wird die Spanne des erlaubbaren Niveaus so eingestellt, daß sie im Hauptscan-Querschnitt größer als im Subscan-Querschnitt ist.

In den auf den vorhergehenden Seiten beschriebenen dritten und vierten Beispielen der Erfindung beinhaltet die scannende Optik Kunststofflinsen, die mit Änderung der Temperatur maßgeblichen Änderungen im refraktiven Index oder im Volumen ausgesetzt sind. Jedoch werden sich, selbst wenn die scannende Optik nur aus Glaslinsen zusammengesetzt ist, ihre optischen Charakteristika mit der Temperatur verändern, wenn auch nicht so stark wie bei der Verwendung von Kunststofflinsen; daher kann bei einem optischen Scanner, der besonders hohe Auflösung erfordert, dieselbe Technik wie hierin beschrieben angewendet werden, so daß die durch Temperaturänderungen bedingte Bewegung der Bildebene reduziert ist.

Somit kann gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ein größerer Betrag an durch Temperaturänderungen bedingter Bewegung durch die Bildebene für denjenigen der beiden orthogonalen Querschnitte (Haupt- und Subscan-Querschnitt) toleriert werden, der den kleineren Betrag an Feldkrümmung oder Astigmatismusfehlern in der Bildebene erfährt, die der Konstruktion der Optik im optischen Scanner inhärent sind oder die aufgrund von Montage- oder Bearbeitungsfehlern auftreten. Anders gesagt, kann der Betrag an Feldkrümmung, der von der scannenden Optik toleriert wird, für denjenigen Querschnitt erhöht werden, der die kleinere, durch Temperaturveränderungen bedingte Bewegung der Bildebene erfährt, was die Linsenherstellung mit einer preisgünstigeren, aber produktiveren Methode ermöglicht. Somit können durch effektive Nutzung der Abweichung der Bildebene von der zu scannenden Oberfläche für jeden der zwei orthogonalen Querschnitte befriedigende bildgebende Charakteristika über den gesamten Scan-Bereich und bei allen Temperaturen innerhalb des Betriebsbereichs sichergestellt werden, ohne daß eine unangemessen hohe Genauigkeit für die einzelnen optischen Komponenten erforderlich ist, oder ohne hochgenaue Assemblierungs- oder Adjustierungsvorgänge durchzuführen.

Ein anderes Merkmal des zweiten Aspekts der Erfindung ist, daß die letztendlichen Bewegungen der Bildebene auf einen zufriedenstellend kleinen Wert reduziert werden, indem sichergestellt wird, daß der auf den Deflektor einfallende oder von der Kollimatorlinse ausgehende Laserstrahl hinsichtlich seiner Charakteristika (z. B. dem Divergenzwinkel) mit der Temperatur verändert wird, was in scharfem Kontrast zum bekannten Stand der Technik steht, der darauf abzielt, sicherzustellen, daß der von der Kollimatorlinse (oder der Lasereinheit) ausgehende Laserstrahl bei sich verändernden Temperaturen eine konstante Charakteristik hat.

Außerdem werden die durch die Veränderung der Betriebswellenlänge des Halbleiterlasers bedingte Änderung des refraktiven Index, die Änderung im refraktiven Index des Linsenmaterials, Linsenausdehnung und die temperaturabhängige Änderung im Abstand zur Linse oder Licht oder Lichtquelle alle bei der Bewirkung der Korrektur gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung berücksichtigt, was ein weiterer Punkt ist, der die Erfindung von jeder der bekannten Techniken unterscheidet, welche die Korrektur auf der Basis von lediglich einiger der oben erwähnten Charakteristika durchführen.

Wie auf den vorhergehenden Seiten beschrieben, ist der optische Scanner gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung so, daß von den zwei orthogonalen Querschnitten der scannenden Optik derjenige, der die größere, durch Änderungen in den optischen Charakteristika unter sich ändernden Temperaturen bedingte, Bewegung der Bildebene mit sich bringt, dahingehend angepaßt ist, daß er derselbe ist wie der andere Querschnitt, der die größere, durch die Änderung im Abstand von der Lichtquelle zur Kollimatorlinse bedingte, Bewegung der Bildebene mit sich bringt. Außerdem ist der Scanner so konstruiert, daß der Abstand von der Lichtquelle zur Kollimatorlinse mit der Temperatur geeignet geändert wird. Auf diese Weise ist die durch Temperaturänderungen bedingte Bewegung der Bildebene sowohl im Haupt- als auch im Subscan- Querschnitt reduziert und der optische Scanner, der eine kleiner Beinträchtigung der Bildleistung unter sich verändernden Temperaturen erfährt, kann unter Verwendung einer einfachen Struktur und zu geringeren Kosten hergestellt werden. Dies bietet solchen scannenden Optiken, die Kunststofflinsen verwenden, einen besonderen Vorteil, da Kunststoffmaterialien größere Beträge an temperaturabhängigen Veränderungen der optischen Charakteristika, insbesondere dem refraktiven Index, als Glas durchmachen.

Der optische Scanner gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung entspricht dem optischen Scanner gemäß dem ersten Aspekt insofern, als derjenige der beiden orthogonalen Scan- Querschnitte der scannenden Optik (d. h., Hauptscan- Querschnitt und Subscan-Querschnitt), der die größere, durch Änderungen der optischen Charakteristika unter sich ändernden Temperaturen bedingte, Bewegung der Bildebene mit sich bringt, so angepaßt ist, daß er der gleiche ist wie der andere Querschnitt, der die größere, durch Änderung im Abstand von der Lichtquelle zur Kollimatorlinse bedingte, Bewegung mit sich bringt. Außerdem ist der Scanner so konstruiert, daß der Abstand zwischen Lichtquelle und der Kollimatorlinse sich mit der Temperatur angemessen ändert. Dadurch wird die durch Temperaturveränderungen bedingte Bewegung der Bildebene sowohl im Haupt- als auch im Subscan- Querschnitt reduziert und der optische Scanner, der weniger Verschlechterung der Bildleistung bei unterschiedlichen Temperaturen erfährt, kann unter Verwendung einer einfachen Konstruktion und zu niedrigeren Kosten hergestellt werden. Mehr noch, der Hauptscan-Querschnitt oder der Subscan- Querschnitt, der die größere Bewegung der Bildebene nach Korrektur von Temperaturänderungen mit sich bringt, wird so angepaßt, daß er sich von demjenigen Sub- oder Hauptscan- Querschnitt unterscheidet, der den größeren Betrag an Feldkrümmung beiträgt, was die Herstellung eines optischen Scanners ermöglicht, der eine zufriedenstellende Gesamtbildleistung hat. Falls der Mittelwert der Feldkrümmung im Hauptscan-Querschnitt mit dem 01932 00070 552 001000280000000200012000285910182100040 0002019606831 00004 01813Mittelwert der Feldkrümmung im Subscan-Querschnitt in Koinzidenz gebracht wird, kann die Spanne, die für die Bewegung der Bildebene erlaubt ist, zu gleichen Anteilen als Antwort auf eine positive oder negative Verschiebung aus dem Zentrum des Betriebstemperaturbereichs verteilt werden, was die Herstellung eines optischen Scanners ermöglicht, dessen Merkmal höhere Betriebsstabilität bei unterschiedlichen Temperaturen ist. Wie im ersten Aspekt bietet dies einen besonders großen Vorzug bei Scan-Optiken, die Kunststofflinsen verwenden, da Kunststoffmaterialien größere Beträge an temperaturabhängigen Veränderungen der optischen Charakteristika, insbesondere des refraktiven Index, als Glas durchmachen.

Die Aufgabe kann auch gelöst werden durch einen optischen Scanner gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, der eine Lichtquelle, erste Optiken, mit denen ein von der Lichtquelle ausgestrahlter Lichtstrahl umgewandelt wird, um vorbestimmte Charakteristika zu erhalten, einen Deflektor zum Ablenken des von den ersten Optiken ausgehenden Lichtstrahls, und zweite Optiken, mit denen der vom Deflektor abgelenkte Strahl fokussiert wird, um ein Bild auf einer vorbestimmten, zu scannenden Oberfläche zu bilden, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl ein Hauptscan-Querschnitt, der von dem am Deflektor abgelenkten Lichtstrahl bestrichen wird, als auch ein Subscan-Querschnitt, der orthogonal zum Hauptscan- Querschnitt liegt und der die optische Achse der ersten und zweiten Optiken einschließt, berücksichtigt werden, wobei der Querschnitt, in dem die Bildebene, bedingt durch Temperaturänderungen, den größeren Betrag an axialer Bewegung ausmacht, sich von dem Querschnitt unterscheidet, in dem die zweiten Optiken die größere Feldkrümmung erfahren.

Claims (10)

1. Optischer Scanner, mit
einer Lichtquelle,
eine erste Optik zur Transformation des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahls, zur Erzeugung bestimmter Charakteristika,
einem Deflektor zum Ablenken des von der ersten Optik ausgehenden Lichtstrahls, und
eine zweite Optik, zur Erzeugung des vom Deflektor abgelenkten Lichtstrahls, zur Bildung eines Bild auf einer zu scannenden, vorbestimmten Oberfläche,
dadurch gekennzeichnet, daß sowohl ein Hauptscan-Querschnitt, der von dem am Deflektor abgelenkten Lichtstrahl überstrichen ist, als auch ein Subscan-Querschnitt, der orthogonal zu dem Hauptscan- Querschnitt liegt und der die optischen Achsen der ersten und zweiten Optiken einschließt, berücksichtigt sind, wobei der Querschnitt, in dem die Bildebene, bedingt durch die Änderungen im Abstand von der Lichtquelle zum ersten optischen Element der ersten Optik, den größeren Betrag axialer Bewegung in Absolutwerten ausmacht, der gleiche ist wie der Querschnitt, in dem die Bildebene, bedingt durch temperaturabhängige Änderungen in den optischen Charakteristika der ersten und zweiten Optik, den größeren Betrag axialer Bewegung in Absolutwerten ausmacht.

2. Optischer Scanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 5 daß zumindest eines der optischen Elemente der zweiten Optik aus Kunstoffmaterial hergestellt ist.

3. Optischer Scanner mit
einer Lichtquelle,
einer ersten Optik zur Transformation des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahls, zur Erzeugung bestimmter Charakteristika,
einem Deflektor zum Ablenken des von der ersten Optik ausgehenden Lichtstrahls, und
einer zweiten Optik, zur Fokussierung des vom Deflektor abgelenkten Lichtstrahls, zur Erzeugung eines Bild auf einer zu scannenden, vorbestimmten Oberfläche,
dadurch gekennzeichnet, daß
sowohl ein Hauptscan-Querschnitt, der von dem am Deflektor abgelenkten Lichtstrahl überstrichen ist, als auch ein Subscan-Querschnitt, der orthogonal zum Hauptscan-Querschnitt liegt und der die optischen Achsen der ersten und zweiten Optiken einschließt, berücksichtigt sind, wobei der Querschnitt, in dem die Bildebene, bedingt durch Temperaturänderungen, den größeren Betrag an axialer Bewegung in Absolutwerten ausmacht, sich von dem Querschnitt unterscheidet, in dem die zweite Optik die größere Feldkrümmung erfährt.

4. Optischer Scanner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der optischen Elemente der zweiten Optik aus Kunstoffmaterial hergestellt ist.

5. Optischer Scanner nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Position des Mittelwerts durch die Feldkrümmung der zweiten Optik in dem Hauptscan-Querschnitt im wesentlichen in Übereinstimmung mit der axialen Position des Mittelwerts durch die Feldkrümmung der zweiten Optik in dem Subscan-Querschnitt ist.

6. Verfahren zur Korrektur der Bildebene in einem optischen Scanner, umfassend:
Bereitstellen einer Lichtquelle,
Bereitstellen einer ersten Optik, mittels welcher der von der Lichtquelle ausgehende Lichtstrahl transformiert wird, um bestimmte Charakteristika aufzuweisen,
Bereitstellen eines Deflektors zum Ablenken des von der ersten Optik ausgehenden Lichtstrahls, und
Bereitstellen einer zweiten Optik, mit welcher der vom Deflektor abgelenkte Lichtstrahl fokussiert wird, um ein Bild auf einer zu scannenden, vorbestimmten Oberfläche zu bilden,
dadurch gekennzeichnet, daß
sowohl ein Hauptscan-Querschnitt, der von dem am Deflektor abgelenkten Lichtstrahl überstrichen wird, als auch ein Subscan-Querschnitt, der orthogonal zu dem Hauptscan- Querschnitt liegt und der die optische Achse der ersten und zweiten Optiken einschließt, berücksichtigt werden, wobei der Querschnitt, in dem die Bildebene, bedingt durch die Änderungen im Abstand von der Lichtquelle zum ersten optischen Element der ersten Optik, den größeren Betrag axialer Bewegung in Absolutwerten ausmacht, der gleiche ist wie der Querschnitt, in dem die Bildebene, bedingt durch temperaturabhängige Änderungen in den optischen Charakteristika der ersten und zweiten Optiken, den größeren Betrag axialer Bewegung in Absolutwerten ausmacht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der optischen Elemente der zweiten Optik aus Kunstoffmaterial hergestellt wird.

8. Verfahren zur Korrektur der Bildebene in einem optischen Scanner, umfassend:
Bereitstellen einer Lichtquelle,
Bereitstellen einer ersten Optik, mittels welcher der von der Lichtquelle ausgehende Lichtstrahl transformiert wird, um bestimmte Charakteristika aufzuweisen,
Bereitstellen eines Deflektors zum Ablenken des von der ersten Optik ausgehenden Lichtstrahls, und
Bereitstellen einer zweiten Optik, mit welcher der vom Deflektor abgelenkte Lichtstrahl fokussiert wird, um ein Bild auf einer zu scannenden, vorbestimmten Oberfläche zu bilden,
dadurch gekennzeichnet, daß
sowohl ein Hauptscan-Querschnitt, der von dem am Deflektor abgelenkten Lichtstrahl überstrichen wird, als auch ein Subscan-Querschnitt, der orthogonal zum Hauptscan-Querschnitt liegt und der die optische Achse der ersten und zweiten Optiken einschließt, berücksichtigt werden, wobei der Querschnitt, in dem die Bildebene, bedingt durch Temperaturänderungen, den größeren Betrag an axialer Bewegung in Absolutwerten ausmacht, sich von dem Querschnitt unterscheidet, in dem die zweite Optik die größere Feldkrümmung erfährt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der optischen Elemente der zweiten Optik aus Kunstoffmaterial hergestellt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Position des Mittelwerts durch die Feldkrümmung der zweiten Optik in dem Hauptscan- Querschnitt im wesentlichen in Übereinstimmung mit der axialen Position des Mittelwerts durch die Feldkrümmung der zweiten Optik in dem Subscan-Querschnitt gebracht wird.