DE3207467C2

DE3207467C2 -

Info

Publication number: DE3207467C2
Application number: DE3207467A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Minoura; Kazuhiko Yokohama Kanagawa Jp Matsuoka
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1981-03-03
Filing date: 1982-03-02
Publication date: 1990-04-19
Also published as: FR2501385A1; DE3207467A1; GB2096789B; GB2096789A; FR2501385B1; US4585296A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abtastsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem derartigen Abtastsystem, wie es in der DE-OS 22 50 763 gezeigt ist, wird ein von einer Lichtquelle ausge hendes Strahlenbündel mittels eines ersten optischen Systems auf einer Ablenk- bzw. Reflexionsfläche einer Ab lenkeinrichtung als Lichtstrich, d. h. als im wesentlichen eindimensionales Bild, abgebildet und von dieser reflek tiert. Das reflektierte Strahlenbündel wird mittels eines zweiten optischen Systems auf einer abzutastende Oberfläche fokussiert. Das zweite optische System umfaßt dabei eine Zylinderlinse, die das an der Ablenkeinrichtung reflek tierte Strahlenbündel kollimiert, sowie eine bikonvexe Linse, mittels der das Strahlenbündel nunmehr paralleler Lichtstrahlen auf der abzutastenden Oberfläche fokussiert wird. Durch den zweilinsigen Aufbau des zweiten optischen Systems ist für ein derartiges Abtastsystem ein hoher Mon tageaufwand notwendig, da sowohl die Zylinderlinse als auch die bikonvexe Linse relativ zu der Ablenkeinrichtung bzw. der abzutastenden Oberfläche genau ausgerichtet werden müs sen. Darüber hinaus erfordert das zweite optische System einen großen Bauraum, was sehr nachteilig bezüglich einer Ausbildung eines kompakten Abtastsystems ist. Da die Zylin derlinse des zweiten optischen Systems gemäß der DE-OS 22 50 763 lediglich die Aufgabe erfüllt, das Strahlenbündel zu kollimieren, wird die Aberrationskorrektion des Abtastsy stems, insbesondere hinsichtlich der Bildfeldkrümmung, im wesentlichen mit Hilfe der bikonvexen Linse durchgeführt. Eine derartige Linse weist aber nur eine geringe Anzahl an konstruktiven Freiheitsgraden auf, so daß eine ausreichende Aberrationskorrektion schwierig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abtastsystem zu schaffen, das einen kompakten Aufbau aufweist und in einfacher Weise eine gute Aberrationskorrektion ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch den erfindungsgemäßen einlinsigen Aufbau des zweiten optischen Systems sind dessen Abmessungen, die wesentlich zu den Gesamtabmessungen des Abtastsystems beitragen, we sentlich verringert, so daß ein kompaktes Abtastsystem ge schaffen ist. Da die torische Einzellinse keine kollimie rende Funktion hat, weist sie gegenüber der bekannten bi konvexen Linse gemäß der DE-OS 22 50 763 eine größere An zahl von konstruktiven Freiheitsgraden auf, so daß die Aberrationskorrektion vereinfacht ist. Die konkave, der Ab lenkeinrichtung zugewandte Oberfläche der torischen Einzel linse dient dabei insbesondere der Korrektion der Bildfeld krümmung, da bei größer werdendem Ablenkwinkel auch die Um lenkung eines in die torische Einzellinse einfallenden Lichtstrahls größer wird. Die Oberfläche positiver Brech kraft der torischen Einzellinse ermöglicht es, die abzuta stende Oberfläche relativ nah an der torischen Einzellinse anzuordnen, was bezüglich der kompakten Ausgestaltung vor teilhaft ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Abtastsystems sind Gegen stand der Unteransprüche.

Aus der US-PS 37 87 107 ist es bekannt, eine torische Linse zwischen einer Ablenkeinrichtung und einer abzutastenden Oberfläche anzuordnen. Allerdings handelt es sich bei der Abtastvorrichtung gemäß der US-PS 37 87 107 nicht um ein gattungsgemäßes Abtastsystem und über die Ausgestaltung der torischen Linse sind keine Angaben gemacht.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungs beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 perspektivisch ein Ausführungsbeispiel des er findungsgemäßen optischen Abtastsystems,

Fig. 2 eine Aufsicht auf das in Fig. 1 gezeigte opti sche Abtastsystem,

Fig. 3 einen Querschnitt senkrecht zur Ablenk ebene,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Lichtquelle,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel des ersten optischen Systems,

Fig. 6 und 7 Ausführungsbeispiele des erfindungsge mäßen Abtastsystems,

Fig. 8, 9 und 10 die Bildfeldkrümmung bei den Aus führungsbeispielen des erfindungsgemäßen Abtast systems,

Fig. 11, 12 und 13 die Verzeichnung bezüglich der Gleichförmigkeit der Geschwindigkeit bei den Ausführungs beispielen des erfindungsgemäßen Abtastsystems,

Fig. 14 und 15 Verfahren zur Einstellung des erfin dungsgemäßen Abtastsystems, und

Fig. 16 die Größe der Einstellung des erfindungsge mäßen Abtastsystems.

Gemäß Fig. 1 sind eine Lichtquelle bzw. eine Lichtquelleneinrichtung 1, die entweder eine Lichtquelle oder eine Lichtquelle 1 a und eine Kondensoreinrichtung 1 b (siehe Fig. 4) aufweist, ein erstes optisches System 2 zur Linearabbildung eines von der Lichtquel leneinrichtung 1 ausgesandten Strahlenbündels, eine Ablenkeinrichtung 3 mit einer Ablenk- und Reflexionsfläche 3 a nahe der Stelle, an der das Strahlenbündel einen linearen Querschnitt aufweist, und ein zweites optisches System in Form einer torischen Einzel linse 4 zwischen der Ablenkeinrichtung 3 und einer abzutasten den Oberfläche 5 vorgesehen. Die torische Einzellinse 4 hat unterschiedliche Brechkräfte in zwei zueinander orthogonalen Richtungen und hat eine torische Fläche mit einer Haupt- und einer Hilfsachse. Ein Abbildungsfleck wird auf der abzutastenden Oberfläche 5 erzeugt und, wenn die Ablenkeinrichtung 3 gedreht wird, tastet der Abbildungsfleck die abzutastende Oberfläche 5 ab.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt parallel zur Ablenkebene des vorstehend erläuterten Aufbaus, oder anders ausgedrückt, in einem Querschnitt parallel zu einer Ebene, die die Hauptachse und die optische Achse der torischen Einzellinse 4 enthält. Das von der Lichtquelle 1 ausgesandte Strahlenbündel geht durch das erste optische System 2, beispielsweise eine Zylinderlinse, hindurch, wird anschließend von der Ablenk- und Reflexionsfläche 3 a der Ablenkeinrichtung 3 reflektiert, wobei das reflektierte Strahlenbündel abgelenkt wird, wenn sich die Ablenkeinrichtung 3 dreht. Das abgelenkte Strahlenbündel wird auf der abzutastenden Oberfläche 5 durch die torische Einzellinse 4 abgebildet und die Abtastgeschwindigkeit des Abbildungsflecks kon stant gehalten.

Fig. 3 zeigt eine abgewickelte Ansicht eines Quer schnitts längs des Strahlenbündels in einer Richtung senk recht zu der Ablenkebene, d. h. eines Querschnitts, in dem der Einfluß der Verkippung bzw. der Neigung der Ablenkeinrichtung 3 korrigiert wird. Das von der Lichtquelle 1 ausgesandte Strahlenbündel wird durch das erste optische System 2 nahe der Reflexionsfläche 3 a der Ab lenkeinrichtung 3 linear abgebildet. Die Brechkraft der torischen Ein zellinse 4 in diesem Querschnitt hält, anders als die Brechkraft der torischen Einzellinse 4 in der Ablenkebene, die Reflexionsfläche 3 a der Ablenkeinrichtung 3 mit der abzutastenden Oberfläche 5 optisch konjugiert. Zwar variiert das Strahlenbündel, das durch die torische Einzellinse 4 hin durchgeht, wenn die Reflexionsfläche 3 a in einer Richtung senkrecht zur Ablenkebene geneigt ist, so daß sie während der Drehung der Ablenkeinrichtung 3 eine Position 3 a′ an nimmt, wie durch die gestrichelte Linie dargestellt ist. Die Abbildungsposition auf der abzutastenden Oberfläche 5 va riiert jedoch nicht.

Im folgenden soll beschrieben werden, warum eine gute Abbildungsqualität und eine gleichförmige Abtastgeschwin digkeit auf der abzutastenden Oberfläche mit dem Abtastsystem trotz des einfachen und kompakten Aufbaus erreicht werden können. Wenn das Öff nungsverhältnis klein ist, beispielsweise zwischen 1 : 50 und 1 : 150, können gute Abtasteigenschaften erzielt werden.

Da eine torische Fläche hinsichtlich der zu der Ab lenkebene senkrechten Richtung vorhanden ist, ist es mög lich, daß die Brennweite sich von der Brennweite in der Ablenkebene unterscheidet. Folglich ist es möglich, eine Abbildungsrelation zu erhalten, die sich von der Abbil dungsrelation in der Ablenkebene unterscheidet und die Po sition der Ablenkfläche 3 a der Ablenkeinrichtung 3 und die ab zutastende Oberfläche 5 können in eine konjugierte Beziehung gebracht werden.

Dabei ist es notwendig, daß mindestens eine Fläche der torischen Einzellinse 4 eine negative Brechkraft in dem zu der Ablenkebene senkrechten Querschnitt hat. Dies dient zur Korrektur der Krümmung des Bildfeldes, so daß das in dem zu der Ablenkebene senkrechten Quer schnitt abgelenkte Strahlenbündel einen guten Abbildungsfleck auf der abzutastenden Oberfläche 5 bildet. Dies bedeutet, daß die negative Brechkraft für den einfallenden Lichtstrahl in dem Querschnitt senkrecht zur Ablenkebene größer wird, wenn der Ablenkwinkel größer wird; dies führt zu einer Korrektur der Abbildungsebene in positiver Richtung.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist, daß in dem Quer schnitt senkrecht zur Ablenkebene die Form der torischen Einzellinse 4 vorzugsweise die einer Menis kus-Einzellinse sein sollte, deren Fläche mit positiver Brechkraft auf der Seite der abzutastenden Oberfläche 5 an geordnet ist und die insgesamt eine positive Brechkraft hat. Dies führt dazu, daß die Hauptpunktposition der torischen Ein zellinse 4 in dem Querschnitt senkrecht zur Ablenkebene nahe an das abzutastende Material gebracht wird. Infolge hiervon wird es möglich, das gesam te zweite optische System nahe an die Ablenkeinrichtung zu bringen, wo durch das Abtastsystem kompakt wird.

Andererseits ist der gewünschte Wert des Verzeich nungskoeffizienten V, auf dem bei der Korrektur abgestellt wird, durch die Drehcharakteristik der Ablenkeinrichtung 3 bestimmt.

Wenn sich die Ablenkeinrichtung 3 mit gleichförmiger Win kelgeschwindigkeit dreht, ist der Wert des Verzeichnungs koeffizienten, bei dem sich das durch die Ablenkeinrichtung 3 ab gelenkte Strahlenbündel auf der abzutastenden Oberfläche 5 mit gleichförmiger Geschwindigkeit bewegt, V = .

Wenn die Ablenkeinrichtung 3 eine Sinusschwingung aus führt, wie sie durch Φ = Φ₀ Sinus ω t (Φ: Drehwinkel, Φ₀: Amplitude, ω: Winkelfrequenz und t: Zeit) so ist der Wert des Verzeichnungskoeffizienten, bei dem sich das durch die Ablenkeinrichtung 3 abgelenkte Strahlenbündel auf der abzutasten den Oberfläche 5 mit gleichförmiger Geschwindigkeit bewegt.

Ein Ausführungsbeispiel soll im folgenden gezeigt werden.

Tabelle 1 zeigt den Aufbau eines Kollimatorobjektivs 1 b, das das divergente Strahlenbündel der Lichtquelle 1 a kollimiert. r _i (i=1-10) sind die Krümmungsradien, d _i (i=1-9) sind die Luftabstände oder die Dicken der Linsen und N _i (i=1-5) die Brechungsindizes der jeweiligen Glas materialien.

Der Aufbau ist in Fig. 4 gezeigt. Der Abstand zwi schen dem Lichtemissionspunkt der Lichtquelle 1 a und der Fläche r₁ ist 2,59.

Fig. 2 zeigt den Aufbau in einem Fall, in dem das erste optische System 2 eine Zylinderlinse ist, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Ihre Zylinderachse ist parallel zur Ablenkebene angeordnet, r₁₁ und r₁₂ sind die Krüm mungsradien in Abfolge von der Seite der Lichtquelle 1 in einem Querschnitt, der die optische Achse g enthält und senkrecht zur Ablenkebene ist, d₁₀ die axiale Dicke der Zylinderlinse, und N₆ der Brechungsindex ihres Glasmaterials.

Die Tabellen 3 und 5 betreffen den Aufbau des Abtastsystems ab der der Ablenkeinrichtung 3 zugewandten Fläche des ersten optischen Systems 2. Von den in den Tabellen 3 und 4 angegebenen Parametern ist, wie in Fig. 6 ge zeigt, d₁₁ der Abstand zwischen der Oberfläche des ersten optischen Systems 2, die der Ablenkeinrichtung 3 und der optischen Achse h der torischen Einzellinse 4 zugewandt ist, d₁₂ der Abstand zwischen der optischen Achse g und der Fläche der torischen Einzellinse 4, die der Ablenkeinrichtung 3 zugewandt ist, d₁₃ die axiale Dicke der torischen Einzellinse 4 und d₁₄ der Abstand zwischen der torischen Einzellinse 4 und der abzu tastenden Oberfläche. ₁₃ und ₁₄ sind die Krümmungsradien der torischen Einzellinse 4 in einer Ebene, die die optische Achse h enthält und parallel zu der Ablenkebene ist, und r₁₃ und r₁₄ die Krümmungsradien in einem Querschnitt, der die op tische Achse h enthält und senkrecht zu der Ablenkebene ist. N₇ ist der Brechungsindex des Materials der torischen Einzellinse 4.

Die Tabellen 3 und 4 zeigen den Aufbau für den Fall, daß die Ablenkeinrichtung ein Dreh-Polygonspiegel ist, der eine Drehung mit gleichmäßi ger Winkelgeschwindigkeit ausführt, und der Radius Rp des in den Dreh-Polygonspiegel eingeschriebenen Kreises 28,85 mm ist, wobei die Drehachse einen Abstand X=21 mm von der optischen Achse g und Y=21 mm von der optischen Achse h hat.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Tabellen 3 und 4 hat die torische Einzellinse 4 in dem Querschnitt, der die optische Achse h enthält und senkrecht zu der Ablenkebene ist, eine konkave Fläche, wobei die der Ablenkeinrichtung 3 zugewandte Fläche eine negative Brechkraft hat. Wenn der Ablenk winkel des Strahlenbündels im Verlauf der Drehung der Ablenkeinrichtung zunimmt, hat dies eine Korrekturwirkung auf die entsprechende Bildfeldkrümmung in der Ebene senkrecht zur Ablenkebene. In der Ebene senkrecht zur Ablenkebene ist sie eine Meniskuslinse mit einer der Ablenkeinrichtung 3 zugewandten konkaven Fläche und hat insgesamt positive Brechkraft. Beide Merkmale können die Geschwindigkeiten des Abbildungsflecks auf der abzutastenden Oberfläche 5 vergleich mäßigen.

Tabelle 5 zeigt den Aufbau für den Fall, daß die Ablenkeinrichtung eine Sinus schwingung ausführt, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, und die Dreh achse am Schnittpunkt der optischen Achse g und der opti schen Achse h und auf der Reflexionsfläche 3 a liegt.

In diesem Falle hat die torische Einzellinse 4 wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Tabellen 3 und 4 in dem Querschnitt, der die optische Achse h enthält und senk recht zu der Ablenkebene ist, eine konkave Fläche, wobei die der Ablenkeinrichtung benachbarte Fläche eine negative Brech kraft hat und eine Rolle für die Korrektur der Bildfeld krümmung spielt. Bei diesen Ausführungsbeispielen kann die Bewegungsgeschwindigkeit des Abbildungsflecks auf der ab zutastenden Oberfläche gut vergleichmäßigt werden.

Die Fig. 8 bis 10 zeigen die Bildfeldkrümmung bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Tabellen 3 bis 5. Die durchgezogene Linie gibt die Bildfeldkrümmung in der Ab lenkebene und die gestrichelte Linie die Bildfeldkrümmung in einer Ebene senkrecht zur Ablenkebene an. Φ ist der Ablenkwinkel (Bildfeldwinkel).

Die Fig. 11 bis 13 zeigen die Verzeichnung für eine gleichmäßige Geschwindigkeit bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Tabellen 3 bis 5. Die Verzeichnung ist durch die folgende Gleichung definiert:

Hierbei ist Y′(Φ) der Abstand von der optischen Achse h auf der abzutastenden Oberfläche zu dem Abbildungsfleck für den Ablenkwinkel Φ, und Y′₀(Φ) der ideale Abstand von der optischen Achse h zu dem Abbildungsfleck für eine ver gleichmäßigte Bewegungsgeschwindigkeit des Abbildungs flecks auf der abzutastenden Oberfläche für den Ablenkwinkel Φ. Die Fig. 11 und 12 zeigen die Verzeichnung, wenn Y′₀= K · Φ ist, wobei Fig. 11 die Verzeichnung zeigt, wenn K=242,00 und Fig. 12 die Verzeichnung, wenn K=242,47. Fig. 13 zeigt die Verzeichnung wenn

wobei Φ₀ die Amplitude der Sinusschwingungen ausführenden Ablenkeinrichtung ist; Fig. 13 gibt die Ver zeichnung an, wenn Φ₀=0,49742 rad und K=247,82 ist.

Die Fig. 8 bis 10 zeigen die Bildfeldkrümmung, wobei die abzutastende Oberfläche 5, die in den Fig. 6 bzw. 7 ge zeigt ist, als Referenzlage genommen wird; bei allen die sen Ausführungsbeispielen ergibt sich die Korrekturwirkung der Bildfeldkrümmung dadurch, daß gilt:

| r₁₃ | < | ₁₃ |

| r₁₄ | < | ₁₄ |

Die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 8 und 9 kön nen die Bildfeldkrümmung innerhalb der Schärfentiefe da durch unterdrücken, daß das effektive Öffnungsverhältnis des abgebildeten Strahlenbündels auf der abzutastenden Oberfläche in der Größenordnung 1 : 140 ist; hierbei kann ein gleichmäßiger Abbildungsfleck-Durchmesser erzielt werden. Die Fig. 11 und 12 zeigen die Verzeichnung für die Aus führungsbeispiele; beide Ausführungsbeispiele können ein gutes Bild auf der abzutastenden Oberfläche mit einer Ver zeichnung innerhalb von 1% erzeugen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Tabelle 3 ist die Fläche der torischen Einzellinse, die der Ablenkeinrichtung zugewandt ist, eine zylindrische Fläche in dem Querschnitt pa rallel zur Ablenkebene; eine derartige zylindrische Fläche kann, sogar wenn das Material Glas ist, leicht durch Schleifen hergestellt werden.

Das Ausführungsbeispiel gemäß den Tabellen 4 oder 5 hat eine bi-torische Fläche; wählt man als Material ein Kunststoffmaterial wie Acryl, so ist es leicht möglich, eine derartige Fläche durch Pressen, einen Injektions- Spritzvorgang oder einen Schmelzvorgang bzw. einen Guß vorgang herzustellen.

Die vorstehenden Ausführungsbeispiele sind für einen Fall beschrieben worden, daß das von der Lichtquelle 1 emittierte Strahlenbündel parallele Licht strahlen aufweist. Aber auch wenn das Strahlenbündel divergente oder konvergente Lichtstrahlen hat, kann die Erfindung leicht auf der Grundlage dieser Ausführungsbeispiele rea lisiert werden.

Es ist ferner möglich, einen Halbleiterlaser oder ei ne Leuchtdiode als Lichtquelle zu verwenden. Alternativ kann ein optisches Strahl-Umformungssystem zwischen der Lichtquelle und der Ablenkeinrichtung angeordnet werden, so daß ein gewünschtes Öffnungsverhältnis des ab gebildeten Strahlenbündels dadurch erzielt werden kann, daß als Lichtquelle ein Laser, wie beispielsweise ein He-Ne-Laser verwendet wird, der ein Strahlenbündel paralleles Lichtstrahlen aussendet. Die in der vorliegenden Beschreibung verwendete Längeneinheit ist mm.

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

Tabelle 4

Tabelle 5

Im folgenden soll ein Verfahren zur unabhängigen Ein stellung der Position des Bildpunktes in dem Querschnitt parallel zur Ablenkebene und der Position des Bildpunktes in dem Querschnitt senkrecht zur Ablenkebene bei dem vorstehend beschriebenen Abtastsystem beschrieben werden.

In Fig. 2 wird es in dem Querschnitt parallel zur Ab lenkebene nunmehr möglich, den Grad der Divergenz oder den Grad der Konvergenz des von der Lichtquelle 1 aus gesandten Strahlenbündels einzustellen, so daß sich die Posi tion des Bildpunktes verändert, nachdem das Strahlenbündel durch das zweite optische System 4 hindurchgegangen ist, das zwischen der Ablenkeinrichtung 3 und der abzutastenden Oberfläche 5 angeordnet ist. Somit wird es möglich, eine optimale Abbildung auf der photoempfindlichen abzutastenden Oberfläche 5 zu realisieren. Dies wird dadurch erreicht, daß der Abstand zwischen der Lichtquelle 1 a und dem Kollimatorobjektiv 1 b (siehe Fig. 4) verändert wird.

Andererseits wird es bei dem Aufbau gemäß Fig. 3 möglich, das erste op tische System 2 in Richtung parallel zu der op tischen Achse zu verschieben, so daß hierdurch die Posi tion des Linearbildes relativ zu der Ablenk- und Refle xionsfläche 3 a verschoben wird sowie die Abbildungsposi tion auf der abzutastenden Oberfläche 5 konjugiert zu der Position des Linearbildes gehalten werden kann. Folglich wird es möglich, eine optimale Abbil dung auf der photoempfindlichen abzutastenden Oberfläche 5 zu realisieren.

Das vorstehend beschriebene Einstellverfahren zeigt insbesondere eine vorteilhafte Wirkung in den folgenden beiden Fällen:

Der erste Fall ist der Fall, daß sich die Ursprungs punkte der Divergenz der von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen in zwei zueinander senkrechten Richtungen unterscheiden. Wenn nicht die vor stehend beschriebene Einstellung durchgeführt wird, unter scheiden sich die Abbildungspositionen in zwei zueinander senkrechten Richtungen auf der photoempfindlichen abzutastenden Oberfläche voneinander und es wird unmöglich, eine geeignete Form des Flecks zu erzielen. Wenn das vorstehend beschriebene Ein stellverfahren verwendet wird, beispielsweise wenn die photoempfindliche abzutastende Oberfläche 5 an der optimalen Abbildungs position in der Ablenkebene angeordnet ist, kann die Posi tion des ersten optischen Systems 2 in Richtung der optischen Achse bewegt werden, so daß hierdurch die optimale Abbildungsposition in Richtung senkrecht zu der Ablenkebene mit der photoempfindlichen abzutastenden Oberfläche überein stimmt.

Im zweiten Fall unterscheiden sich die Abbildungspo sitionen in zwei zueinander senkrechten Richtungen auf der photoempfindlichen abzutastenden Oberfläche voneinander, wenn ein Fehler in der Flächengenauigkeit, der Dicke oder der Anordnung des Abtastsystems vorliegt. Wenn in diesem Falle das vor stehend beschriebene Einstellverfahren verwendet wird, beispielsweise wenn die photoempfindliche abzutastende Oberfläche 5 an der optimalen Abbildungsstelle in der Ablenkebene angeord net ist, wird die Position des ersten optischen Systems 2 in Richtung der optischen Achse ver schoben, so daß es möglich wird, daß die optimale Abbil dungsposition in Richtung senkrecht zu der Ablenkebene mit der photoempfindlichen abzutastenden Oberfläche übereinstimmt.

Im folgenden sollen spezielle Verfahren beschrieben werden, um das erste optische System in Richtung der optischen Achse zu bewegen, sowie eine Einrichtung hierfür.

Bei dem ersten Verfahren wird das erste optische System auf einem beweglichen Träger angeordnet.

Bei dem zweiten Verfahren werden Abstandshalter rela tiv zu einer Referenzfläche eingesetzt.

Ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung, bei der das erste optische System 2 auf einem beweglichen Trä ger angeordnet wird, ist in Fig. 14 gezeigt. In dieser Fi gur ist das erste optische System 2 auf einem be weglichen Träger 6 mittels eines Halters 7 befestigt.

Die linken und die rechten Enden des beweglichen Trä gers 6 und einer festen Platte 8 sind miteinander über ei ne Schfwalbenschwanzführung 6′ verbunden. Eine Führungs schraube 9 mit einem Drehknopf 10 an dem einen Ende ist über eine Schraubenverbindung mit dem beweglichen Träger 6 verbunden. Der Drehknopf 10 ist drehbar relativ zu einem Schraubenaufnahmeteil 11 gehalten; durch Drehen des Dreh knopfs 10 nach links oder nach rechts kann der bewegliche Träger 6 in Richtung der optischen Achse g nach vorne oder nach hinten geführt werden. Folglich kann das erste opti sche System 2 genau und stufenlos in Richtung der optischen Achse g bewegt werden.

Fig. 15 zeigt einen Querschnitt, der ein Ausführungs beispiel einer Vorrichtung erläutert, bei der Abstandselemen te relativ zu einer Referenzfläche eingesetzt werden.

In Fig. 15 ist das erste optische System 2 auf einer optischen Halterung 12 angeordnet. Eine Referenz fläche 12′ der optischen Halterung 12 und die Frontfläche des ersten optischen Systems 2 sind unter Zwischenschaltung einer Vielzahl von Abstandselementen 14 miteinander in Kontakt. Das erste optische System 2 wird von hinten durch eine Blattfeder 13 beaufschlagt, die an der optischen Halterung 12 befestigt ist. Durch Entfernen der Abstandselemente 14 oder durch Einsetzen zusätzlicher Abstandselemente kann das erste op tische System 2 in Richtung der optischen Achse g nach vorne oder nach hinten bewegt werden.

Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß die minimale Größe der Bewegung des ersten optischen Systems durch die Dicke eines Abstandselements be stimmt ist. Verglichen jedoch mit der vorher beschriebenen Vorrichtung, bei der ein beweglicher Träger verwendet wird, kann bei dieser Vorrichtung das erste optische System in Richtung der optischen Achse mittels eines sehr einfachen Mechanismus bewegt werden.

Bei dem Abtastsystem, wie es in Fig. 6 oder 7 ge zeigt ist, wird, wenn die Position der abzutastenden Oberfläche mit dem optimalen Bildpunkt in dem Querschnitt pa rallel zur Ablenkebene übereinstimmt oder wenn die Flä chengenauigkeit der torischen Einzellinse 4 durch einen Bear beitungsfehler verschlechtert ist oder wenn ein Fehler in der Position der torischen Einzellinse in Richtung der optischen Achse während des Zusammenbaus aufgetreten ist, angenom men, daß der optimale Abbildungspunkt in dem Querschnitt senkrecht zu der Ablenkebene den Abstand Δ SK′ von der abzutastenden Oberfläche hat. Dieser Zustand ist in Fig. 16 gezeigt. Wenn bei einem idealen System, das frei von irgendwelchen Fehlern in dem Querschnitt senkrecht zur Ablenkebene ist, das Linearbild C auf der Oberfläche der Ablenkeinrichtung mit einer Vergrößerung β im Bildpunkt C′ der abzutastenden Oberfläche 5 gebildet werden soll, kann die Position des ersten optischen Systems 2 um - Δ Sk′/β² bewegt werden, um die Abweichung Δ Sk′ zu korrigieren (siehe Fig. 16) und ein konjugiertes Bild auf der abzutastenden Oberfläche zu bilden.

Bei den vorstehend beschriebenen Abtastsy stemen ist β<-1 und die Größe der Bewegung des ersten optischen Systems 2 kann kleiner sein als | -Δ Sk′ |. Wenn der Wert der Bildvergrößerung | β | größer ist, wird die Größe der Bewegung des ersten optischen Systems kleiner.

Wenn beispielsweise Δ Sk′=10 mm und β=-5, so ist die Größe der Bewegung des ersten optischen Systems -Δ Sk′/b²=-0,4 mm.

Somit kann bei dem Abtastsystem die Wirkung der Korrektur der Brennpunktlage dadurch groß gemacht werden, daß das erste optische System in einfacher Weise um eine kleine Größe ver schoben wird.

Claims

1. Abtastsystem, mit
einer Lichtquelle, die ein Abtast-Strahlenbündel abgibt, einer Ablenkeinrichtung, die eine Ablenk- und Reflexions fläche aufweist und das Abtast-Strahlenbündel in einer Ab lenkebene in vorbestimmter Weise in Richtung auf eine abzu tastende Oberfläche ablenkt,
einem ersten optischen System, das dem von der Lichtquelle ausgehenden Abtast-Strahlenbündel nahe der Ablenk- und Re flexionsfläche der Ablenkeinrichtung einen linienförmigen Querschnitt gibt, und
einem zweiten optischen System, das das an der Ablenk- und Reflexionsfläche abgelenkte Abtast-Strahlenbündel auf die abzutastende Oberfläche richtet,
dadurch gekennzeichnet, daß das zweite optische System eine torische Einzellinse (4) ist, die sowohl in der Abtastebene als auch in einer senkrecht zu dieser verlaufenden Ebene eine Brechkraft aufweist, wobei die Brechkräfte unter schiedlich sind, und die in einem Querschnitt, der die op tische Achse enthält und senkrecht zur Ablenkebene ver läuft, eine Meniskusform aufweist, deren der Ablenkeinrich tung (3) zugewandte Oberfläche konkav ist und die eine Oberfläche positiver Brechkraft aufweist.

2. Abtastsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die torische Einzellinse (4) in einem Querschnitt, der die optische Achse enthält und parallel zur Ablenkebene verläuft, von der Seite der Ablenkeinrichtung (3) aus gese hen Krümmungsradien ₁₃ und ₁₄ und in einem Querschnitt, der die optische Achse enthält und senkrecht zur Ablenk ebene verläuft, von der Seite der Ablenkeinrichtung (3) aus gesehen Krümmungsradien r₁₃ und r₁₄ aufweist, wobei die Krümmungsradien folgende Beziehungen erfüllen: | r₁₃ | < | ₁₃ || r₁₄ | < | ₁₄ |

3. Abtastsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die torische Einzellinse (4) aus einem Kunst stoffmaterial besteht.

4. Abtastsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die torische Einzellinse (4) in der die optische Achse enthaltenden Ablenkebene eine plankonvexe Form hat, wobei die konvexe Fläche der abzutastenden Ober fläche (5) zugewandt ist.

5. Abtastsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die torische Einzellinse (4) in der die optische Achse enthaltenden Ablenkebene eine bikonvexe Form hat.

6. Abtastsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die torische Einzellinse (4) in der die optische Achse enthaltenden Ablenkebene eine Meniskusform hat, wobei die konvexe Fläche der abzutastenden Oberfläche (5) zugewandt ist.

7. Abtastsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Querschnitt, der die optische Achse enthält und senkrecht zur Ablenkebene verläuft, der Absolutwert des Krümmungsradius der Oberfläche der torischen Einzellinse, die der Ablenkeinrichtung zugewandt ist, größer als der Ab solutwert des Krümmungsradius der Oberfläche der torischen Einzellinse ist, die der abzutastenden Oberfläche zugewandt ist.

8. Abtastsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekenn zeichnet durch eine Vorrichtung zur Bewegung des ersten op tischen Systems (2) in Richtung der optischen Achse.

9. Abtastsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) ein kollimiertes Abtast-Strahlenbündel einer einzigen Wellenlänge abgibt, daß die torische Einzellinse (4) in der senkrecht zur Ab lenkebene verlaufenden Ebene die Ablenk- und Reflexionsflä che (3a) der Ablenkeinrichtung (3) mit der abzutastenden Oberfläche (5) optisch konjugiert hält und daß die torische Einzellinse (4) in der Ebene parallel zur Ablenkebene eine Verzeichnung aufweist, infolge der das von der Ablenkein richtung (3) abgelenkte Strahlenbündel mit gleichförmiger Geschwindigkeit über die abzutastende Oberfläche bewegbar ist.