DE3703679A1 - Abtastendes optisches system zur verwendung in einem laserstrahldrucker - Google Patents

Abtastendes optisches system zur verwendung in einem laserstrahldrucker

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein abtastendes optisches System zur Verwendung in einem Laserstrahldrucker und anderen Geräten, die einen Halbleiterlaser als Lichtquelle verwenden.
Die Grundbauteile eines abtastenden optischen Systems in einem Laserstrahldrucker sind eine Lichtquelle, die einen Lichtstrahl aussendet, ein Deflektor zum Ablenken des ausgesendeten Lichtstrahls und eine Abtastlinseneinheit zum Konzentrieren des abgelenkten Lichtstrahls an einer dem Winkel der Ablenkung entsprechenden Stelle. In den meisten Fällen besteht die Lichtquelle aus einem kleinen, direkt drehbaren Halbleiterlaser. Da ein Halbleiterlaser divergentes Licht aussendet, wird er gewöhnlich in Verbindung mit einer Kollimatorlinse verwendet, die in der Lage ist, ein Lichtstrahlbündel aus parallelen Lichtstrahlen aus dem divergenten Licht zu erzeugen. Der Divergenzwinkel des von dem Halbleiterlaser ausgesendeten Lichts schwankt zwischen einer zur Verbindungsebene des Lasers direkt parallelen Richtung (diese Richtung wird im folgenden als parallele Richtung bezeichnet) und einer zur Verbindungsebene senkrechten Richtung (diese Richtung wird im folgenden als senkrechte Richtung bezeichnet). Die Divergenz in der senkrechten Richtung weist einen größeren Winkel als in paralleler Richtung auf. Hierdurch hat der durch die Kollimatorlinse hindurchtretende Lichtstrahl in senkrechter Richtung einen größeren Durchmesser als in paralleler Richtung und das Strahlenbündel, das letztendlich auf der Abtastoberfläche durch die Abtasteinheit konzentriert wird, hat eine kleinere F-Zahl in senkrechter Richtung als in paralleler Richtung. Das heißt mit anderen Worten, der Punktdurchmesser, der der F-Zahl des konzentrierten Lichtstrahlbündels proportional ist, ist in paralleler Richtung größer als in senkrechter Richtung.
Es wurden bisher verschiedene Techniken entwickelt, um dieses Problem zu lösen. Bei einer wird die wirksame Öffnung der Kollimatorlinse auf Kosten des Energiewirkungsgrades so vermindert, daß das Strahlbündel in senkrechter Richtung eingeschränkt wird, wodurch ein im wesentlichen kreisförmiges Strahlenbündel erzeugt wird. Bei einer anderen Technik wird versucht, das Strahlenbündel mit einem anamorphischen optischen Gerät, z. B. einem Prisma, zu formen.
Das übliche Abtastsystem hat weiter insofern einen anderen Nachteil, daß die Deflektoren, wie z. B. ein sich drehender polygonaler Spiegel, dazu neigen, die Abtastebenen schräg zu versetzen, wodurch nicht in der Richtung, in der die Lichtabtastung bewirkt wird (diese Richtung wird im folgenden als die Hauptabtastrichtung bezeichnet) ein Fehler verursacht wird, sondern ebenfalls in einer Richtung senkrecht zu der Abtastrichtung (diese Richtung wird im folgenden als die Unterabtastrichtung bezeichnet). Dieser Fehler führt zu einer Ungleichheit in der Teilung zwischen den Abtastlinien.
Es wurden weiter die verschiedensten Techniken zur Kompensation der Schrägstellung der Abtastebenen vorgeschlagen. Bei einem Verfahren wird eine anamorphische optische Einheit vor dem Deflektor angeordnet, so daß der Laserstrahl fokussiert wird, um ein Bild in der Ebene der Ablenkung in einem Querschnitt auszubilden, den man durch Schneiden des optischen Systems in der Unterabtastrichtung erhält. Gleichzeitig wird ein anamorphisches Abtastlinsensystem verwendet, um das Laserlicht zu fokussieren, um ein anderes Bild in der Abtastebene auszubilden, so daß die Abtastebene und die Ebene der Ablenkung zwei zusammengehörige Ebenen schaffen, um dadurch irgendeinen schädlichen Einfluß der Schrägstellung der Ablenkebenen auszuschalten. Bei einem anderen Verfahren werden ebenfalls eine anamorphische optische Einheit und ein anamorphisches Abtastlinsensystem verwendet, um die Brennweite und die Vergrößerung des Bildes in der Unterabtastrichtung zu vermindern, um ausreichend den schädlichen Einfluß des Schrägstellens der Ablenkebenen zu vermindern. Das erste Verfahren, bei dem das Laserlicht fokussiert wird, um ein lineares Bild in der Ablenkebene auszubilden, ist jedoch insofern von Nachteil, als es gegen Oberflächenfehler oder auf der Ablenkebene angesammelten Staub anfällig ist. Weiter ist das ausgebildete Bild in hohem Maße gegen Änderungen des Ablenkpunktes des polygonalen Spiegels empfindlich. Bei dem letzteren Verfahren ist ein kompliziertes optisches System erforderlich, um das Formen des Strahls zu bewirken, und man kann nur eine unzureichende Kompensation der Schrägstellung der Ablenkebenen erreichen.
Die Abtastlinseneinheit, die zum Konzentrieren eines abgelenkten Strahls auf der Abtastebene an einer dem Ablenkwinkel entsprechenden Stellung verwendet wird, besteht gewöhnlich aus einer f-ϑ-Linse, die in der Lage ist, eine proportionale Beziehung zwischen dem Einfallwinkel und der Bildhöhe zu erreichen. Um jedoch die geeignete Proportionalität zwischen dem Einfallwinkel und der Bildhöhe zu erreichen (diese Beziehung wird im folgenden als Linearität bezeichnet), hat diese f-ϑ-Linse eine starke negative Verzeichnung, wobei diese Verzeichnung zum Zweck der Verminderung des Fehlers in der Linearität zwischen dem Einfallwinkel und der Bildhöhe bis zu einem sehr niedrigen Niveau bestimmend ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der oben bekannten Geräte zu beheben, wobei insbesondere ein verbessertes Abtasten des optischen Systems für einen Laserstrahldrucker oder andere Geräte geschaffen werden soll, das einen Halbleiterlaser als Lichtquelle verwendet.
Diese Aufgabe wird durch ein optisches System für ein abtastendes Laserstrahlsystem gelöst, indem ein Licht von einem Halbleiterlaser durch eine Kollimatorlinse und eine zylindrische Linse hindruchtritt, um im Unterabtastquerschnitt vor einem Deflektor fokussiert zu werden. Das Licht tritt dann durch ein anamorphisches Linsensystem mit einer größeren Leistung in der Unterabtastrichtung als in der Hauptabtastrichtung, das eine Linse mit einer konvexen torischen Oberfläche aufweist, die einer Abtastebene gegenüberliegt, nicht nur die Kompensation der Schrägstellung der Ablenkebenen, sondern ebenfalls eine Strahlformung zu erreichen, und darin, daß es ein Abtasten über einen breiten Winkel gestattet, wobei es nur einer kleinen Verzerrung der Linearität zwischen dem Einfallwinkel und der Bildhöhe unterliegt.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1a und 1b Eine allgemeine Anordnung des abtastenden optischen Systems gemäß einer ersten Ausführungsform, wobei Fig. 1a den Hauptabtastquerschnitt des Systems und Fig. 1b den Unterabtastquerschnitt des Systems darstellt;
Fig. 2a und 2b Schematische Diagramme zur Darstellung der Anordnung der Linsen in einem Abtastlinsensystem, das ein Bauteil der ersten Ausführungsform bildet, wobei Fig. 2a den Hauptabtastquerschnitt des Systems und Fig. 2b den Unterabtastquerschnitt des Systems darstellt;
Fig. 3 bis 8 Diagramme zur Darstellung der in den Beispielen 1 bis 6 des abtastenden Linsensystems der ersten Ausführungsform erhaltenen Aberrationskurven;
Fig. 9a und 9b Die allgemeine Anordnung eines abtastenden optischen Systems gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei Fig. 9 den Hauptabtastquerschnitt des Systems und Fig. 9b den Unterabtastquerschnitt des Systems darstellt;
Fig. 10a und 10b Schematische Diagramme zur Darstellung der Anordnung der Linsen in einem Abtastlinsensystem, das ein Bauteil der zweiten Ausführungsform darstellt, wobei Fig. 10a den Hauptabtastquerschnitt des Systems und Fig. 10b den Unterabtastquerschnitt des Systems darstellt;
Fig. 11-13 Diagramme zur Darstellung der in den Beispielen 7 bis 10 des Abtastlinsensystems der zweiten Ausführungsform erhaltenen Aberrationskurven;
Fig. 14a und 14b Die allgemeine Anordnung eines abtastenden optischen Systems gemäß einer dritten Ausführungsform, wobei Fig. 14a den Hauptabtastquerschnitt des Systems und Fig. 14b den Unterabtastquerschnitt des Systems darstellt;
Fig. 15a und 15b Schematische Diagramme zur Darstellung der Anordnung der Linsen in einem Abtastlinsensystem, das ein Bauteil der dritten Ausführungsform ist, wobei Fig. 15a den Hauptabtastquerschnitt des Systems und Fig. 15b den Unterabtastquerschnitt des Systems darstellt;
Fig. 16-18 Diagramme zur Darstellung der in den Beispielen 11 bis 13 des Abtastlinsensystems der dritten Ausführungsform erhaltenen Aberrationskurven;
Fig. 19a und 19b Die allgemeine Anordnung eines abtastenden optischen Systems einer vierten Ausführungsform, wobei Fig. 19a den Hauptabtastquerschnitt des Systems und Fig. 19b den Unterabtastquerschnitt des Systems darstellt;
Fig. 20a und 20b Schematische Diagramme zur Darstellung der Linsenanordnung in einem abtastenden Linsensystem, die ein Bauteil der vierten Ausführungsform darstellt, wobei Fig. 20b den Unterabtastquerschnitt des Systems darstellt, und
Fig. 21-23 Diagramme zur Darstellung der in den Beispielen 14-16 des abtastenden Linsensystems der vierten Ausführungsform erhaltenen Aberrationskurven.
Fig. 1 zeigt die allgemeine Anordnung eines abtastenden optischen Systems zur Verwendung in einem Laserstrahldrucker gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 1a zeigt einen Querschnitt, den man durch einen Schnitt des abtastenden optischen Systems in der Hauptabtastrichtung erhält, der im folgenden einfach als der Hauptabtastquerschnitt bezeichnet wird. Fig. 1b zeigt einen Schnitt, den man durch die Unterabtastrichtung erhält und der im folgenden einfach als Unterabtastquerschnitt bezeichnet wird.
Das in Fig. 1a und 1b dargestellte abtastende optische System umfaßt einen Halbleiterlaser 1, eine Kollimatorlinse 2, die aus dem von dem Halbleiterlaser 1 ausgesendeten Licht ein Lichtstrahlbündel mit allgemein parallelen Strahlen erzeugt, eine zylindrische Linse 3, die eine Krümmung in dem Unterabtastquerschnitt aufweist, und die einmal eine Fokussierung des Laserlichts durchführt, um ein Bild in dem genannten Querschnitt auszubilden, einen Deflektor 4, der hinter einem Punkt F 1 angeordnet ist, an dem ein Bild in den Unterabtastquerschnitt aufgrund der Fokussierung durch die zylindrische Linse 3 ausgebildet ist, und ein anamorphisches Abtastlinsensystem 5, durch das das vom Deflektor 4 abgelenkte Strahlenbündel auf einer Abtastebene 6 konzentriert wird.
Das anamorphische Abtastlinsensystem 5 besteht in der Reihenfolge von der Seite des Deflektors 4 aus drei Linsengruppen 5 a, 5 b und 5 c. Die Linse 5 a der ersten Gruppe ist eine negative Linse, die eine konkave zylindrische Oberfläche mit einer in den Unterabtastquerschnitt liegenden Krümmung hat. Die Linse 5 b der zweiten Gruppe ist eine konvexe Meniskuslinse, die eine zur Seite des Deflektors 4 gerichtete konkave Oberfläche aufweist. Die Linse 5 c der dritten Gruppe hat eine ebene Oberfläche auf der Seite des Deflektors 4 und eine konvexe torische Oberfläche auf der Seite der Abtastebene 6. Die torische Oberfläche hat eine stärkere Krümmung in den Unterabtastquerschnitt.
In Fig. 1a bezeichnen H f und H b die vorderen und hinteren Hauptpunkte in dem Hauptabtastquerschnitt. In Fig. 1b bezeichnen H′ f und H′ b die vorderen und hinteren Hauptpunkte in dem Unterabtastquerschnitt.
Die Linse 5 a der ersten Gruppe in dem Abtastlinsensystem 5 hat eine negative Leistung in dem Hauptabtastquerschnitt und erzielt eine Kompensatian der sphärischen Aberrationen und des Koma, die in den Linsen 5 b und 5 c der positiven zweiten und dritten Gruppe erzeugt werden. Weiter gestattet die Linse der ersten Gruppe, daß ein Laserstrahl auf die Linsen 5 b und 5 c der zweiten und dritten Gruppe an einer Stelle auftrifft, die von der optischen Achse so entfernt ist, daß eine starke negative Verzerrung erzeugt wird, um eine F-ϑ-Linse zu schaffen, die eine gute Linearität zwischen dem Einfallwinkel und der Bildhöhe hat.
Die Linse 5 b der zweiten Gruppe hat eine Meniskusform mit einer zur Seite des Deflektors 4 gerichteten konkaven Oberfläche und unterstützt die Kompensation einer Krümmung des Bildfeldes.
Die Linse 5 c der dritten Gruppe erzeugt eine stark negative Verzeichnung auf der Seite ihrer ebenen Oberfläche, um eine f-ϑ-Linse mit einer guten Linearität zwischen dem Einfallwinkel und der Bildhöhe zu erzeugen. Weiter hat diese Linse eine positive Leistung auf der Seite der konvexen Oberfläche und dient zum Fokussieren des Strahls, um ein Bild auf der Abtastebene 5 auszubilden.
Das Linsensystem 5 erfordert eine stärkere Leistung im Unterabtastquerschnitt als im Hauptabtastquerschnitt, da der auf dem Unterabtastquerschnitt auftreffende Strahl divergent ist. In der beschriebenen Ausführungsform hat die Linse 5 b der dritten Gruppe eine torische Oberfläche auf der Seite der Abtastebene 6 und erzeugt eine stärkere Krümmung und hat somit eine stärkere positive Leistung im Unterabtastquerschnitt als im Hauptabtastquerschnitt. Weiter ist die Leistungsverteilung zwischen der torischen Oberfläche und der negativen zylindrischen Oberfläche der Linse 5 a der ersten Gruppe so, daß die in Unterabtastrichtung erzeugte Feldkrümmung wirksam kompensiert werden kann, trotz des weiten Bereichs in den Abtastrichtungen, die man erhalten will.
Weiter ist im Unterabtastquerschnitt die zylindrische Oberfläche mit einer negativen Leistung mit der torischen Oberfläche mit einer positiven Leistung verbunden, um so eine "retrofocus" Anordnung zu schaffen, die gestattet, daß die Hauptpunkte näher an die Seite der Abtastoberfläche 6 gebracht werden. Hierdurch kann die Vergrößerung des auf der Abtastebene 6 durch die Fokussierung mit dem Abtastlinsensystem 5 ausgebildeten Bildes relativ zu den am ersten Brennpunkt F 1 ausgebildeten Bildes vermindert werden, ohne die gesamte Größe des Linsensystems zu vergrößern.
Man erhält noch bessere Ergebnisse, wenn die erste beschriebene Ausführungsform die folgenden Bedingungen erfüllt. Die erste zu erfüllende Bedingung ist:
0.03f≦ωτl≦ωτ0.25f (1)
wobei l der Abstand zwischen dem ersten Brennpunkt F 1 und der Ablenkungsebene im Unterabtastquerschnitt und f die Brennweite des Abtastlinsensystems 5 im Hauptabtastquerschnitt ist.
Die zweite zu erfüllende Bedingung ist:
1.7≦ωτm≦ωτ2.7 (2a)
wobei m die Vergrößerung des auf der Abtastebene 6 durch die Fokussierung mittels des Abtastlinsensystems 5 ausgebildeten Bildes relativ zu den am ersten Brennpunkt F 1 im Unterabtastquerschnitt ausgebildeten Bildes ist.
Die Vergrößerung m wird ausgedrückt durch b/a, wobei a der Abstand zwischen dem ersten Brennpunkt F 1 und dem vorderen Hauptpunkt H′ f des Abtastlinsensystem 5 im Unterabtastquerschnitt und b der Abstand zwischen dem hinteren Hauptpunkt H′ b des Abtastlinsensystems 5 und der Stelle ist, an der ein fokussiertes Bild auf der Abtastebene 6 ausgebildet wird.
Die erste Beziehung bezieht sich auf den Abstand l zwischen dem ersten Brennpunkt F 1 und der Ebene des Deflektors 4. Wenn l kleiner als 0.03f ist, wird die effektive Fläche der Ablenkungsebene vermindert, wodurch das System gegen Oberflächenrisse und Staubansammlungen anfällig wird. Weiter wird das System in hohem Maße gegen Änderungen des Ablenkpunktes empfindlich und kann nicht eine gute Leistung über den gesamten Bereich der Abtastwinkel sicherstellen. Wenn l 0.25f überschreitet, kann nicht die notwendige Kompensation der Schrägstellung oder Neigung der Ablenkebenen erreicht werden, wodurch sich eine Ungleichheit in der Teilung der Abtastlinien ergeben kann.
Die zweite Beziehung bezieht sich auf die Vergrößerung m des auf der Abtastebene 6 durch die Fokussierung mit dem Abtastlinsensystem 5 ausgebildeten Bildes relativ zu dem am ersten Brennpunkt F 1 im Unterabtastquerschnitt ausgebildeten Bildes. Wenn m kleiner als 1.7 ist, muß das Abtastlinsensystem 5 näher an die Abtastfläche herangebracht werden, um einen spezifischen Wert von m zu erhalten, wodurch dies zu einem sehr großen Linsensystem führen kann. Weiter wird die Brennweite in Unterabtastrichtung zu kurz, um eine wirksame Formung des Strahls zu erreichen. Wenn andererseits m 2.7 überreitet, kann nicht die notwendige Kompensation der Schrägstellung der Ablenkebenen erreicht werden, wobei gleichzeitig die Abtastebene 6 hinsichtlich der Änderung des Ablenkpunktes in hohem Maße empfindlich wird.
Fig. 2a und 2b zeigen eine bevorzugte Ausführungsform des Abtastlinsensystems 5, das ein Bauteil des optischen Abtastsystems gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. Die Datentabellen für sechs erläuternde Beispiele dieser bevorzugten Ausführungsform sind unten angegeben, worin r i den Krümmungsradius im Hauptabtastquerschnitt der i-ten Oberfläche, gezählt von der Seite des Deflektors 4 darstellt; r′ i den Krümmungsradius der i-ten Ebene im Unterabtastquerschnitt darstellt; d i die Dicke der Linse oder den Luftabstand zwischen den Linsen mit den i-ten und (i + 1)-ten Oberflächen darstellt; n i der Brechungsindex der Gruppenlinse mit der Oberfläche r i und r i+1 bei der verwendeten Wellenlänge darstellt; e der Abstand zwischen einem Ablenkpunkt in dem Deflektor 4 und der ersten Oberfläche r 1 darstellt; l der Abstand zwischen dem Ablenkpunkt und dem ersten Brennpunkt im Unterabtastquerschnitt darstellt; b der Abstand zwischen dem Abtastlinsensystem und der Abtastfläche darstellt; und f die Brennweite in Hauptabtastrichtung darstellt.
Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4 Beispiel 5 Beispiel 6
Die Fig. 3 bis 8 sind Diagramme zur Darstellung der in den Beispielen 1 bis 6 erhaltenen Aberrationskurven.
Jede der Figuren enthält vier Diagramme. Das erste Diagramm stellt die sphärische Aberration in der Hauptabtastrichtung als Funktion der Blende dar. Das zweite Diagramm ist ein dem ersten Diagramm ähnliches Diagramm, jedoch für die Unterabtastrichtung. Das dritte Diagramm zeigt die Feldkrümmung in Hauptabtastrichtung (M) und in Unterabtastrichtung (S) als Funktion des Betrachtungswinkels. Das vierte Diagramm zeigte die Fehler in der Linearität als Funktion des Betrachtungswinkels.
Im folgenden wird eine zweite Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Fig. 9a bis 13 beschrieben.
Fig. 9a und 9b zeigen die allgemeine Anordnung eines abtastenden optischen Systems für die Verwendung in einem Laserstrahldrucker gemäß der zweiten Ausführungsform. Fig. 9a ist ein Querschnitt, den man durch Schnitt dieses abtastenden optischen Systems in der Hauptabtastrichtung erhält, und der im folgenden einfach als Hauptabtastquerschnitt bezeichnet wird. Fig. 9a ist ein Querschnitt, den man in der Unterabtastrichtung erhält, und der im folgenden einfach als Unterabtastquerschnitt bezeichnet wird.
Das in den Fig. 9a und 9b dargestellte abtastende optische System umfaßt den Halbleiterlaser 1, die Kollimatorlinse 2, die aus dem von dem Halbleiterlaser 1 ausgesendeten Laserlicht ein Strahlenbündel aus im allgemeinen parallelen Strahlen erzeugt, die zylindrische Linse 3, die eine Krümmung in den Unterabtastquerschnitt aufweist, und die einmal eine Fokussierung des Laserlichts durchführt, um ein Bild im Unterabtastquerschnitt zu erzeugen, den Deflektor 4, der hinter einem Punkt F 1 angeordnet ist, an dem ein Bild im Unterabtastquerschnitt aufgrund der Fokussierung durch die zylindrische Linse 3 ausgebildet wird, und ein anamorphisches Abtastlinsensystem 5, mittels dem der vom Deflektor 4 abgelenkte Strahl auf einer Abtastebene 6 konzentriert wird. Das Abtastlinsensystem 5 besteht in der Reihenfolge von der Seite des Deflektors 4 aus zwei Linsengruppen 5 d und 5 e. Die Linse 5 d der ersten Gruppe ist eine negative Linse, die eine konkave zylindrische Oberfläche mit einer im Unterabtastquerschnitt liegenden Krümmung aufweist. Die Linse 5 e der zweiten Gruppe hat eine ebene Oberfläche auf der Seite des Deflektors 4 und eine konvexe torische Oberfläche auf der Seite der Abtastebene 6. Die torische Oberfläche hat eine größere Krümmung im Unterabtastquerschnitt.
In den Fig. 9a bezeichnen H f und H b die vorderen und hinteren Hauptpunkte im Hauptabtastquerschnitt. Weiter bezeichnen in Fig. 9b H′ f und H′ b die vorderen und hinteren Hauptpunkte im Unterabtastquerschnitt.
Die Linse 5 d der ersten Gruppe im Abtastlinsensystem 5 hat eine negative Leistung im Hauptabtastquerschnitt und erreicht eine Kompensation der sphärischen Aberrationen und des Komas, die in der Linse 5 e der positiven zweiten Gruppe erzeugt werden. Weiter gestattet die Linse 5 d der ersten Gruppe, daß ein Laserstrahl auf die Linse 5 e der zweiten Gruppe an einer Stelle in Abstand von der optischen Achse auftrifft, so daß eine starke negative Verzeichnung erzeugt wird, um eine f-ϑ-Linse mit einer guten Linearität zwischen dem Einfallwinkel und der Höhe des Bildes zu schaffen.
Die Linse 5 e der zweiten Gruppe erzeugt eine negative Verzeichnung auf der Seite ihrer ebenen Oberfläche, um eine f-ϑ-Linse zu erzeugen, die eine gute Linearität zwischen dem Einfallwinkel und der Bildhöhe hat. Weiter hat diese Linse eine positive Leistung auf der konvexen Oberflächenseite und dient zur Fokussierung des Strahlenbündels, um ein Bild auf der Abtastebene 6 auszubilden.
Das Abtastlinsensystem 5 erfordert eine größere Leistung im Unterabtastquerschnitt als im Hauptabtastquerschnitt, da das in dem Unterabtastquerschnitt einfallende Strahlenbündel divergent ist. In der beschriebenen Ausführungsform hat die Linse 5 e der zweiten Gruppe eine torische Oberfläche auf der Seite der Abtastebene 6 und erzeugt eine größere Krümmung und somit eine stärkere positive Leistung im Unterabtastquerschnitt als im Hauptabtastquerschnitt. Weiter ist die Leistungsverteilung zwischen der torischen Oberfläche und der negativen zylindrischen Oberfläche der Linse 5 d der ersten Gruppe so, daß die in der Unterabtastrichtung erzeugte Feldkrümmung wirksam kompensiert werden kann, trotz des weiten Bereichs der Abtastrichtungen, die man erhalten will.
Weiter ist im Unterabtastquerschnitt die zylindrische Oberfläche mit einer negativen Leistung mit der torischen Oberfläche mit einer positiven Leistung verbunden, so daß eine "retrofocus" Ausbildung geschaffen wird, die es gestattet, die Hauptpunkte näher an die Seite der Abtastebene 6 heranzubringen. Hierdurch kann die Vergrößerung des Bildes, das an der Abtastebene 6 durch die Fokussierung mittels des Abtastlinsensystems 5 ausgebildet wird, relativ zu dem am ersten Brennpunkt F 1 ausgebildeten Bildes vermindert werden, ohne daß die Gesamtgröße des Linsensystems vergrößert wird.
Noch bessere Ergebnisse erhält man, wenn die beschriebene zweite Ausführungsform die folgenden Bedingungen erfüllt. Die erste zu erfüllende Bedingung lautet:
0.03f≦ωτl≦ωτ0.25f (1)
wobei l der Abstand zwischen dem ersten Brennpunkt F 1 und der Ablenkungsebene im Unterabtastquerschnitt und f die Brennweite des Abtastlinsensystems im Hauptabtastquerschnitt darstellt.
Die zweite zu erfüllende Bedingung lautet:
1.1≦ωτm≦ωτ1.7 (2b)
wobei m die Vergrößerung des auf der Abtastfläche 6 durch Fokussierung mittels des Linsensystems 5 ausgebildeten Bildes relativ zu dem am ersten Brennpunkt F 1 im Unterabtastquerschnitt ausgebildeten Bildes ist.
Die Vergrößerung m wird ausgedrückt als b/a wobei a der Abstand zwischen dem ersten Brennpunkt F 1 und dem vorderen Hauptpunkt H′ f des Abtastlinsensystems 5 im Unterabtastquerschnitt und b der Abstand zwischen dem hinteren Hauptpunkt H′ b des Abtastlinsensystems 5 und der Stelle, an der ein fokussiertes Bild auf der Abtastebene 6 ausgebildet wird, ist.
Die dritte zu erfüllende Bedingung lautet:
0.15f≦ωτ|f 1′|≦ωτ0.35f (3)
wobei f 1′ die Brennweite der Linse 5 d der ersten Gruppe im Unterabtastquerschnitt und f die Brennweite des Linsensystems im Hauptabtastquerschnitt ist.
Die erste und zweite Bedingung wurden bereits diskutiert. Es soll jedoch auf den numerischen Unterschied zwischen den zweiten Bedingungen (2 a und 2 b) hingewiesen werden.
Die dritte Bedingung bezieht sich auf die negative Brechungsleistung der Linse 5 d der ersten Gruppe im Unterabtastquerschnitt. Wenn |f 1′| kleiner als 0.15f ist, nimmt die negative Brechungsleistung der Linse zu und der auf der Linse 5 e der zweiten Gruppe auftreffende Strahl breitet sich im Unterabtastquerschnitt soweit aus bzw. divergiert so, daß er große Aberrationen auf der torischen Oberfläche erzeugt. Weiter erzeugt irgendeine Versetzung des auftreffenden Strahlenbündels, die in dem Unterabtastquerschnitt auftritt, eine noch größere Versetzung des Strahlenbündels auf der torischen Oberfläche, wodurch eine extreme Verschlechterung der Systemleitung bewirkt wird. Wenn andererseits |f 1′| 0.35f überschreitet, wird die negative Brechungsleistung der Linse 5 d der ersten Gruppe im Unterabtastquerschnitt so klein, daß die Hauptpunkte in dem Querschnitt entsprechend näher an die Abtastfläche 6 herangebracht werden, wodurch eine Vergrößerung der Vergrößerung des auf der Abtastfläche 6 durch die Fokussierung mittels des Linsensystems 5 ausgebildeten Bildes relativ zu dem am ersten Brennpunkt F 1 ausgebildeten Bildes bewirkt wird.
Fig. 10a und 10b zeigen eine bevorzugte Anordnung des Linsensystems 5, das ein Bauteil des optischen Abtastsystems der zweiten Ausführungsform darstellt. Die Datentabellen für die drei beschreibenden Beispiele 7, 8 und 9 dieser bevorzugten Ausführungsform sind unten angegeben.
Die Bedeutung der Symbole sind die gleichen wie bei den vorher beschriebenen Beispielen 1 bis 6.
Beispiel 7 Beispiel 8 Beispiel 9
Die Fig. 11 bis 13 sind Diagramme zur Darstellung der in den Beispielen 7 bis 9 erhaltenen Aberrationskurven. Die Erklärung des Inhalts der Diagramme wurde bereits oben gegeben.
Eine dritte Ausführungsform wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 14a-18 beschrieben.
Fig. 14a und 14b zeigen die allgemeine Auslegung eines abtastenden optischen Systems zur Verwendung in einem Laserstrahldrucker einer dritten Ausführungsform. Fig. 14a zeigt einen Querschnitt, den man durch einen Schnitt dieses abtastenden optischen Systems in der Hauptabtastrichtung erhält, und der im folgenden einfach als Hauptabtastquerschnitt bezeichnet wird. Fig. 14b zeigt einen Querschnitt in der Unterabtastrichtung, der im folgenden einfach als Unterabtastquerschnitt bezeichnet wird.
Das in Fig. 14 dargestellte abtastende optische System besteht aus einem Halbleiterlaser 1, der Kollimatorlinse 2, die ein Strahlenbündel paralleler Strahlen aus dem von dem Halbleiterlaser 1 ausgesendeten Laserlicht erzeugt, die zylindrische Linse 3, die im Unterabtastquerschnitt eine Krümmung aufweist und die einmal eine Fokussierung des Laserlichts durchführt, um ein Bild im Unterabtastquerschnitt auszubilden, den Deflektor 4, der hinter einem Punkt F 1 angeordnet ist, an dem ein Bild im Unterabtastquerschnitt aufgrund der Fokussierung durch die zylindrische Linse 3 ausgebildet wird, und ein anamorphisches Abtastlinsensystem 5, mittels dem das von dem Deflektor 4 abgelenkte Strahlenbündel auf der Abtastebene 6 konzentriert wird. Das Abtastlinsensystem 5 besteht in der Reihenfolge von der Seite des Deflektors 4 aus vier Linsengruppen 5 f, 5 g, 5 h und 5 i. Die Linse 5 f der ersten Gruppe ist eine negative Linse, die eine konkave zylindrische Oberfläche mit einer im Unterabtastquerschnitt liegenden Krümmung aufweist. Die Linse 5 g der zweiten Linsengruppe ist eine konvexe Meniskuslinse, deren konkave Oberfläche zur Seite des Deflektors 4 gerichtet ist. Die Linse 5 h der dritten Linsengruppe hat eine ebene Oberfläche auf der Seite des Deflektors 4 und eine konvexe torische Oberfläche auf der Seite der Abtastebene 6, deren Krümmung im Unterabtastquerschnitt größer ist. Die Linse 5 i der vierten Linsengruppe hat eine konvexe zylindrische Oberfläche mit einer Krümmung im Unterabtastquerschnitt.
In den Fig. 14a bezeichnen H f und H b die vorderen und hinteren Hauptpunkte im Hauptabtastquerschnitt. In Fig. 14b bezeichnen H′ f und H′ b die vorderen und hinteren Hauptpunkte in dem Unterabtastquerschnitt.
Die Linse 5 f der ersten Gruppe im Abtastlinsensystem 5 hat eine negative Leistung im Hauptabtastquerschnitt und erreicht eine Kompensation der sphärischen Aberrationen und des Komas, die in den Linsen 5 g und 5 h der positiven zweiten und dritten Gruppe erzeugt werden. Weiter gestattet die Linse 5 f der ersten Gruppe, daß ein Laserstrahlenbündel auf die Linsen 5 g und 5 h der zweiten und dritten Gruppe an einer von der optischen Achse entfernten Stelle so auftrifft, daß eine starke negative Verzerrung erzeugt wird, um eine f-ϑ-Linse zu schaffen, die eine gute Linearität zwischen Einfallwinkel und der Bildhöhe hat.
Die Linse 5 g der zweiten Linsengruppe hat eine Meniskusform, bei der die konkave Oberfläche in Richtung der Seite des Deflektors 4 gerichtet ist, und die zur Kompensation der Feldkrümmung beiträgt.
Die Linse 5 h der dritten Gruppe erzeugt eine starke negative Verzerrung auf der Seite ihrer ebenen Oberfläche, um eine f-ϑ-Linse zu schaffen, die eine gute Linearität zwischen dem Einfallwinkel und der Bildhöhe hat. Weiter hat diese Linse eine positive Leistung auf der konvexen Oberflächenseite und dient zur Fokussierung des Strahlenbündels, um ein Bild auf der Abtastebene 6 auszubilden. Die Linse 5 i der vierten Gruppe hat keine Leistung in dem Hauptabtastquerschnitt.
Das Abtastlinsensystem 5 erfordert eine stärkere Leistung in dem Unterabtastquerschnitt als in dem Hauptabtastquerschnitt, da das in dem Unterabtastquerschnitt einfallende Strahlenbündel divergent ist. In der beschriebenen Ausführungsform hat die Linse 5 h der dritten Gruppe eine torische Oberfläche auf der Seite der Abtastebene 6 und die Linse der vierten Gruppe hat eine konvexe zylindrische Oberfläche, so daß man ein größere positive Leistung im Unterabtastqueschnitt als im Hauptabtastquerschnitt erhalten kann. Weiter ist die Leistungsverteilung zwischen den oben erwähnten Oberflächen 5 f und der negativen zylindrischen Oberfläche der Linse 5 f der ersten Gruppe so, daß die sich in Unterabtastrichtung ergebende Feldkrümmung wirksam trotz des weiten Bereichs der zu erhaltenden Abtastwinkel kompensiert werden kann.
Weiter sind im Unterabtastquerschnitt die zylindrische Oberfläche mit einer negativen Leistung, die torische Oberfläche mit einer positiven Leistung und die konvexe zylindrische Oberfläche so verbunden, daß eine "retrofocus" Form geschaffen wird. Aufgrund der Kombination der einen torischen Oberfläche mit zwei zylindrischen Oberflächen ist das System gemäß der dritten Ausführungsform besonders wirksam, um die Hauptpunkte näher an die Abtastebene 6 heranzubringen. Hierdurch kann die Vergrößerung des auf der Abtastebene 6 durch Fokussierung mittels des Abtastlinsensystems 5 ausgebildeten Bildes relativ zu dem auf der Abtastebene 6 durch die Fokussierung mittels des Abtastlinsensystems 5 ausgebildeten Bildes relativ zu dem am ersten Brennpunkt F ausgebildeten Bildes ausreichend vermindert werden, um eine größere Wirkung der Kompensation für die Neigung der Ablenkebenen zu erhalten.
Verglichen mit einem üblichen System, das allein von einer konvexen zylindrischen Linse zur Kompensation der Neigung der Ablenkebene abhängt, erreicht das System gemäß der dritten Ausführungsform eine wirksame Kompensation für eine Feldkrümmung und gestattet dennoch, daß die zylindrischen Linsen näher an den Deflektor 4 herangebracht werden können, was zu einer Verminderung der Gesamtgröße des Systems führt.
Noch bessere Ergebnisse erhält man, wenn die dritte Ausführungsform die folgenden Bedingungen erfüllt. Die erste zu erfüllende Bedingung lautet:
0.03f≦ωτl≦ωτ0.25f (1)
wobei l der Abstand zwischen dem ersten Brennpunkt F 1 und der Ablenkebene im Unterabtastquerschnitt, und f die Brennweite des Abtastlinsensystems 5 im Hauptabtastquerschnitt ist.
Die zweite zu erfüllende Bedingung lautet:
0.8≦ωτm≦ωτ2.0 (2c)
wobei m die Vergrößerung des auf der Abtastfläche 6 durch Fokussierung mittels des Abtastlinsensystems 5 ausgebildeten Bildes relativ zu dem am ersten Brennpunkt F 1 in dem Unterabtastquerschnitt ausgebildeten Bildes ist.
Die Vergrößerung m wird ausgedrückt durch b/a, wobei a der Abstand zwischen dem ersten Brennpunkt F 1 und dem vorderen Hauptpunkt H′ 1 des Abtastlinsensystems 5 im Unterabtastquerschnitt und b der Abstand zwischen dem hinteren Hauptpunkt H′ b des Abtastlinsensystems 5 und der Stellung ist, an der ein fokussiertes Bild auf der Abtastebene 6 ausgebildet ist.
Die erste und zweite Bedingung wurde bereits beschrieben. Es soll wiederum auf die Unterschiede der numerischen Werte der Grenzen der Bedingungen (2 a), (2 b) und (2 c) hingewiesen werden. Wenn in der Bedingung (2 c) m kleiner als 0.8 ist, muß ebenfalls die Linse 5 i der vierten Linsengruppe näher an die Abtastfläche herangebracht werden.
Fig. 15a und 15b zeigen eine bevorzugte Ausführungsform des Abtastlinsensystems 5, das ein Bauteil des optischen Abtastsystems gemäß der dritten Ausführungsform ist. Datentabellen für die drei Beispiele 10, 11 und 12 dieser bevorzugten Ausführungsform sind unten angegeben.
Die Bedeutung der Symbole wurde oben beschrieben.
Beispiel 10 Beispiel 11 Beispiel 12
Fig. 16 bis 18 sind Diagramme zur Darstellung der in den Beispielen 11 bis 13 erhaltenen Aberrationskurven. Ihr Inhalt wurde oben bereits beschrieben.
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 19a bis 23 beschrieben.
Fig. 19a und 19b zeigen die allgemeine Auslegung des abtastenden optischen Systems zur Verwendung in einem Laserstrahldrucker gemäß der vierten Ausführungsform. Fig. 19b zeigt einen Querschnitt, der durch Schneiden dieses optischen Systems in der Hauptabtastrichtung erhalten wird, und der im folgenden einfach als der Hauptabtastquerschnitt bezeichnet wird. Fig. 19b zeigt einen Querschnitt in Unterabtastrichtung, und der im folgenden einfach als Unterabtastquerschnitt bezeichnet wird.
Das in den Fig. 19a und 19b dargestellte abtastende optische System besteht aus dem Halbleiterlaser 1, der Kollimatorlinse 2, die ein Strahlenbündel aus in allgemeinen parallelen Strahlen aus den von dem Halbleiterlaser 1 ausgesendeten Licht erzeugt, der zylindrischen Linse 3, die eine Krümmung im Unterabtastquerschnitt aufweist, die einmal eine Fokussierung des Laserlichts durchführt, um ein Bild im Unterabtastquerschnitt auszubilden, dem Deflektor 4, der hinter einem Punkt F 1 angeordnet ist, an dem ein Bild im Unterabtastquerschnitt aufgrund der Fokussierung mittels der zylindrischen Linse 3 ausgebildet wird, und einem anamorphischen Abtastlinsensystem 5, mittels dem das von dem Deflektor 4 abgelenkte Strahlenbündel auf der Abtastebene 6 konzentriert wird. Das Abtastlinsensystem 5 besteht aus einer einzigen Linsengruppe 5 j, die eine konvexe torische Oberfläche auf der Seite der Abtastebene 6 aufweist, die eine stärkere Krümmung im Unterabtastquerschnitt aufweist.
In Fig. 19a bezeichnen H f und H b die vorderen und hinteren Hauptpunkte im Hauptabtastquerschnitt. In Fig. 19b bezeichnen H′ f und H′ b die vorderen und hinteren Hauptpunkte im Unterabtastquerschnitt.
Das Abtastlinsensystem 5 ermöglicht, daß ein Laserstrahlenbündel auf eine Ebene auf der Deflektorseite im Hauptabtastquerschnitt an einer Stelle im Abstand von der optischen Achse so auftrifft, daß eine starke negative Verzeichnung erzeugt wird, um eine f-ϑ-Linse mit einer guten Linearität zwischen dem Auftreffwinkel und der Bildhöhe zu schaffen. Weiter dient die positive Leistung der konvexen Fläche auf der Seite der Abtastebene dazu, ein fokussiertes Bild des Strahlenbündels auf der Abtastebene 6 auszubilden.
Das Abtastlinsensystem 5 erfordert eine stärkere Leistung im Unterabtastquerschnitt als im Hauptabtastquerschnitt, da das auf dem Unterabtastquerschnitt auftreffende Strahlenbündel divergent ist. In der beschriebenen Ausführungsform hat die Abtastlinse 5 j auf der Seite der Abtastebene 6 eine torische Oberfläche und eine größere Krümmung und erzeugt daher eine größere positive Leistung im Unterabtastquerschnitt als im Hauptabtastquerschnitt. Da die Abtastlinse 5 j weiter auf der Deflektorseite eine konkave zylindrische Fläche aufweist, die eine Krümmung im Unterabtastquerschnitt hat, ist die Leistungsverteilung zwischen dieser zylindrischen Fläche und der torischen Fläche so, daß sie zum Zweck der Kompensierung der in Unterabtastrichtung auftretenden Feldkrümmung von Vorteil ist.
Weiter ist im Unterabtastquerschnitt die zylindrische Oberfläche mit einer negativen Leistung mit der torischen Oberfläche mit einer positiven Leistung so verbunden, daß eine "retrofocus" Form geschaffen wird, die gestattet, daß die Hauptpunkte näher an die Seite der Abtastfläche 6 gebracht werden. Hierdurch kann die Vergrößerung des auf der Abtastfläche 6 durch Fokussierung mittels des Abtastlinsensystems 5 ausgebildeten Bildes relativ zu dem am ersten Brennpunkt F 1 ausgebildeten Bildes reduziert werden, ohne die Gesamtgröße des Linsensystems zu vergrößern.
Man erhält noch bessere Ergebnisse, wenn die beschriebene vierte Ausführungsform die folgenden Bedingungen erfüllt. Die erste zu erfüllende Bedingung lautet:
0.03f≦ωτl≦ωτ0.25f (1)
wobei l der Abstand zwischen dem ersten Brennpunkt F 1 und der Ablenkebene im Unterabtastquerschnitt und f die Brennweite des Abtastlinsensystems 5 im Hauptabtastquerschnitt ist.
Die zweite zu erfüllende Bedingung lautet:
1.7≦ωτm≦ωτ2.7 (2a)
wobei m die Vergrößerung des auf der Abtastebene 6 durch Fokussierung mittels des Abtastlinsensystemss 5 ausgebildeten Bildes relativ zu dem am ersten Brennpunkt F 1 im Unterabtastquerschnitt ausgebildeten Bildes ist.
Die Vergrößerung m wird ausgedrückt durch b/a, wobei a der Abstand zwischen dem ersten Brennpunkt F 1 und dem vorderen Hauptpunkt H′ f des Abtastlinsensystems 5 im Unterabtastquerschnitt und b der Abstand zwischen dem hinteren Hauptpunkt H′ b des Abtastlinsensystems 5 und der Stellung, an dem das fokussierte Bild auf der Abtastebene 6 ausgebildet wird, ist.
Diese zwei Bedingungen sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform und ihre Bedeutung ist dort beschrieben.
Fig. 20a und 20b zeigen eine bevorzugte Form des Abtastsystems 5, das ein Bauteil des optischen Abtastsystems gemäß der vierten Ausführungsform ist. Die Datentabellen für die drei Beispiele 13, 14 und 15 dieser bevorzugten Ausführungsform sind unten angegeben.
Die Bedeutung der Symbole ist die gleiche wie vorher.
Beispiel 13 Beispiel 14 Beispiel 15
Die Fig. 21 bis 23 sind Diagramme zur Darstellung der in den Beispielen 13 bis 15 erhaltenen Aberrationskurven mit den gleichen Beschreibungen der Kurven.
Wie in den vorigen Seiten beschrieben, ist das verwendete Abtastlinsensystem 5 anamorphisch und hat ein Laserstrahlbündel, das einmal zur Ausbildung eines Bildes an einem Punkt vor der Ablenkebene im Unterabtastquerschnitt fokussiert wird, wobei dies dazu führt, daß die Brennweite des Systems einschließlich der konvexen zylindrischen Linse 3 in Unterabtastrichtung kürzer als in Hauptabtastrichtung ist. Hierdurch kann man eine wesentliche Strahlenbündelformung erreichen, indem die Hauptabtastrichtung mit der senkrechten Richtung des Halbleiterlasers 1 zusammenfällt, indem der ausgesendete Laserstrahl in einem weiten Winkel divergiert, da das konzentrierte Strahlenbündel die gleiche F-Zahl sowohl in der Hauptabtastrichtung als auch in der Unterabtastrichtung hat.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Brennweite in Unterabtastrichtung durch Ändern der Krümmung und der Stellung der konvexen zylindrischen Linse 3 veränderbar ist, wobei der erste Strahlenfokussierpunkt F 1 konstant gehalten wird. Dies ist beim Einstellen des Grades der Strahlbündelformung wirksam, um eine gewünschte Form des Strahlenbündelpunktes zu erhalten.
Weiter wird der einmal fokussierte Laserstrahl zur Ausbildung eines Bildes vor der Ablenkebene in dem Unterabtastquerschnitt nochmals mittels des anamorphischen Abtastlinsensystems fokussiert, um ein Bild mit einer Vergrößerung m auszubilden. Wenn daher die Ablenkebene um einen Betrag δ geneigt ist, kann die Versetzung in Bildpunkt Δ S durch 2lm w angenähert werden,die viel kleiner als der Betrag (Δ S′) ist, der in Abwesenheit der Kompensation durch das System auftritt, und der durch f δ angenähert ist, wobei f die Brennweite in Hauptabtastrichtung darstellt. Die Ablenkebene ist ebenfalls vom Brennpunkt F 1 versetzt und das auf die Ablenkebene auftreffende Laserlicht hat eine ausreichend große Fläche, um gegen Oberflächenrisse und auf der Oberfläche angesammelten Staub unempfindlich zu bleiben.
Der Einfluß der Veränderung des Ablenkpunktes kann weiter durch Vergrößern des Abstandes zwischen dem ersten Brennpunkt F 1 und dem vorderen Hauptpunkt des Abtastlinsensystems 5 im Unterabtastquerschnitt vermindert werden.
Um so kleiner die Vergrößerung m des auf der Abtastebene 6 durch Fokussieren mittels des Linsensystems 5 ausgebildeten Bildes relativ zu dem am ersten Fokussierpunkt F 1 ausgebildeten Bildes ist, umso größer ist der Wirkungsgrad der Kompensation der Neigung der Ablenkebenen und umso kürzer ist die Brennweite des gesamten Systems (einschließlich der konvexen zylindrischen Linse 3) in Unterabtastrichtung, was für die Erreichung der wirksamen Strahlenbündelformung von Vorteil ist.

Claims (25)

1. Optisches System, gekennzeichnet durch
einen Halbleiterlaser (1);
eine richtende Linse (2), die ein Strahlenbündel aus allgemein parallelen Strahlen von dem vom Halbleiterlaser (1) ausgegebenen Laserlicht erzeugt;
eine zylindrische Linse (3) mit einer Krümmung in einem ersten Querschnitt, die einmal eine Fokussierung des Laserlichtes zur Ausbildung eines Bildes im ersten Querschnitt durchführt;
einen Deflektor (4), der hinter einem Punkt angeordnet ist, an dem im ersten Querschnitt als Ergebnis der Fokussierung durch die zylindrische Linse (3) ein Bild ausgebildet wird; und durch
ein anamorphisches Abtastsystem, durch das der vom Deflektor (4) abgelenkte Strahl auf einer Abtastebene konzentriert wird, wobei das anamorphische optische System folgende Bedingung erfüllt: 0,03f≦ωτl≦ωτ0,25f,worin l der Abstand zwischen einer Ablenkebene des Deflektors und einem Punkt, an dem das Bild als Ergebnis der Fokussierung durch die zylindrische Linse (3) im ersten Querschnitt ausgebildet wurde, und f die Brennweite des Abtastlinsensystems in einem zweiten, im wesentlichen zum ersten Querschnitt senkrechten Querschnitt ist.
2. Optisches System, gekennzeichnet durch
einen Halbleiterlaser (1);
eine richtende Linse (2), die ein Strahlenbündel aus allgemein parallelen Strahlen von dem vom Halbleiterlaser (1) ausgegebenen Laserlicht erzeugt;
eine zylindrische Linse (3) mit einer Krümmung in einem ersten Querschnitt, die einmal eine Fokussierung des Laserlichts zur Ausbildung eines Bildes im ersten Querschnitt durchführt;
einen Deflektor (4), der hinter einem Punkt angeordnet ist, an dem im ersten Querschnitt als Ergebnis der Fokussierung durch die zylindrische Linse (3) ein Bild ausgebildet wird; und durch
ein anamorphisches Abtastsystem, durch das der vom Deflektor (4) abgelenkte Strahl auf einer Abtastebene konzentriert wird, wobei das anamorphische Linsensystem in der Reihenfolge von der Seite des Deflektors aus einer ersten, einer zweiten und einer dritten Linsengruppe (5 a, 5 b, 5 c) besteht; worin
eine Linse der ersten Linsengruppe (5 a) eine negative Linse ist, die eine konkave zylindrische Oberfläche mit einer im ersten Querschnitt liegenden Krümmung aufweist; eine Linse der zweiten Linsengruppe (5 b) eine konvexe Meniskuslinse ist, die eine in Richtung der Seite des Deflektors (4) gerichtete konkave Oberfläche aufweist; und eine Linse der dritten Gruppe (5 c) eine auf der Seite des Deflektors (4) liegende ebene Oberfläche und eine auf der Seite der Abtastebene (6) liegende konvexe torische Oberfläche aufweist, die eine stärkere Krümmung im ersten Querschnitt als im zweiten zum ersten Querschnitt senkrechten Querschnitt aufweist.
3. Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Bedingung erfüllt: 1,7≦ωτm≦ωτ2,7wobei m die Vergrößerung des auf der Abtastebene durch die Fokussierung mit dem Linsensystem (5 a, b, c) ausgebildeten Bildes relativ zu dem in dem ersten Querschnitt durch die Fokussierung mit der zylindrischen Linse (3) ausgebildeten Bildes ist.
4. Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das anamorphische Abtastsystem aus drei Linsen besteht, wobei jede Linse eine dem Deflektor (4) zugewandte Oberfläche mit einem Krümmungsradius r i im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius r′ i im ersten Querschnitt, und eine vom Deflektor (4) wegweisende Oberfläche mit einem Krümmungsradius von r i+1 im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius von r′ i+1 im ersten Querschnitt, eine Dicke d i , einen Luftabstand zu einer weiter vom Deflektor wegliegenden Linse von d i+1 und einen Brechungsindex von n i aufweist, wobei das anamorphische Abtastsystem folgende Tabelle erfüllt:
5. Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das anamorphische Abtastsystem aus drei Linsen besteht, wobei jede Linse eine dem Deflektor (4) zugewandte Oberfläche mit einem Krümmungsradius r i im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius r′ i im ersten Querschnitt, und eine vom Deflektor (4) wegweisende Oberfläche mit einem Krümmungsradius von r i+1 im zweiten Querschnitt und einen Krümmungsradius von r′ i+1 im ersten Querschnitt, eine Dicke d i , einen Luftabstand zu einer weiter vom Deflektor wegliegenden Linse von d i+1 und einen Brechungsindex von n i aufweist, wobei das anamorphische Abtastsystem folgende Tabelle erfüllt:
6. Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das anamorphische Abtastsystem aus drei Linsen besteht, wobei jede Linse eine dem Deflektor (4) zugewandte Oberfläche mit einem Krümmungsradius r i im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius r′ i im ersten Querschnitt, und eine vom Deflektor (4) wegweisende Oberfläche mit einem Krümmungsradius von r i+1 im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius von r′ i+1 im ersten Querschnitt, eine Dicke d i , einen Luftabstand zu einer weiter vom Deflektor wegliegenden Linse von d i+1 und einen Brechungsindex von n i aufweist, wobei das anamorphische Abtastsystem folgende Tabelle erfüllt:
7. Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das anamorphische Abtastsystem aus drei Linsen besteht, wobei jede Linse eine dem Deflektor (4) zugewandte Oberfläche mit einem Krümmungsradius r i im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius r′ i im ersten Querschnitt, und eine vom Deflektor (4) wegweisende Oberfläche mit einem Krümmungsradius von r i+1 im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius von r′ i+1 im ersten Querschnitt, eine Dicke d i , einen Luftabstand zu einer weiter vom Deflektor wegliegenden Linse von d i+1 und einen Brechungsindex von n i aufweist, wobei das anamorphische Abtastsystem folgende Tabelle erfüllt:
8. Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das anamorphische Abtastsystem aus drei Linsen besteht, wobei jede Linse eine dem Deflektor (4) zugewandte Oberfläche mit einem Krümmungsradius r i im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius r′ i im ersten Querschnitt, und eine vom Deflektor (4) wegweisende Oberfläche mit einem Krümmungsradius von r i+1 im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius von r′ i+1 im ersten Querschnitt, eine Dicke d i , einen Luftabstand zu einer weiter vom Deflektor wegliegenden Linse von d i+1 und einen Brechungsindex von n i aufweist, wobei das anamorphische Abtastsystem folgende Tabelle erfüllt:
9. Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das anamorphische Abtastsystem aus drei Linsen besteht, wobei jede Linse eine dem Deflektor (4) zugewandte Oberfläche mit einem Krümmungsradius r i im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius r′ i im ersten Querschnitt, und eine vom Deflektor (4) wegweisende Oberfläche mit einem Krümmungsradius von r i+1 im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius von r′ i+1 im ersten Querschnitt, eine Dicke d i , einen Luftabstand zu einer weiter vom Deflektor wegliegenden Linse von d i+1 und einen Brechungsindex von n i aufweist, wobei das anamorphische Abtastsystem folgende Tabelle erfüllt:
10. Optisches System, gekennzeichnet durch
einen Halbleiterlaser (1);
eine richtende Linse (2), die ein Strahlenbündel aus allgemein parallelen Strahlen von dem vom Halbleiterlaser (1) ausgegebenen Laserlicht erzeugt;
eine zylindrische Linse (3) mit einer Krümmung in einem ersten Querschnitt, die einmal eine Fokussierung des Laserlichts zur Ausbildung eines Bildes im ersten Querschnitt durchführt;
einen Deflektor (4), der hinter einem Punkt angeordnet ist, an dem im ersten Querschnitt als Ergebnis der Fokussierung durch die zylindrische Linse (3) ein Bild ausgebildet wird; und durch
ein anamorphisches Abtastsystem, durch das der vom Deflektor (4) abgelenkte Strahl auf einer Abtastebene konzentriert wird, wobei das Abtastlinsensystem in der Reihenfolge von der Seite des Deflektors aus einer ersten und einer zweiten Linsengruppe besteht; und
eine Linse in der ersten Linsengruppe eine negative Linse ist, die eine konkave zylindrische Oberfläche mit einer im ersten Querschnitt liegenden Krümmung aufweist; und
eine Linse in der zweiten Gruppe eine auf der Seite des Deflektors liegende ebene Oberfläche und eine auf der Seite der Abtastebene konvexe torische Oberfläche aufweist, die eine stärkere Krümmung im ersten Querschnitt als im zweiten dazu senkrecht liegenden Querschnitt aufweist.
11. Optisches System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Bedingung erfüllt: 1,1≦ωτm≦ωτ1,7wobei m die Vergrößerung des auf der Abtastebene durch die Fokussierung mit dem Linsensystem (5 a, b, c) ausgebildeten Bildes relativ zu dem in dem ersten Querschnitt durch die Fokussierung mit der zylindrischen Linse (3) ausgebildeten Bildes ist.
12. Optisches System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgende Bedingung erfüllt: 0,15f≦ωτ|f 1′|≦ωτ0,35f,worin f 1′ die Brennweite der Linse in der ersten Linsengruppe im ersten Querschnitt und f eine Brennweite des anamorphischen Abtastlinsensystems im zweiten Querschnitt ist.
13. Optisches System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das anamorphische Abtastsystem aus zwei Linsen besteht, wobei jede Linse eine dem Deflektor (4) zugewandte Oberfläche mit einem Krümmungsradius r i im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius r′ i im ersten Querschnitt, und eine vom Deflektor (4) wegweisende Oberfläche mit einem Krümmungsradius von r i+1 im ersten Querschnitt, eine Dicke d i , einen Luftabstand zu einer weiter vom Deflektor wegliegenden Linse von d i+1 und einen Brechungsindex von n i aufweist, wobei das anamorphische Abtastsystem folgende Tabelle erfüllt:
14. Optisches System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das anamorphische Abtastsystem aus zwei Linsen besteht, wobei jede Linse eine dem Deflektor (4) zugewandte Oberfläche mit einem Krümmungsradius r i im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius r′ i im ersten Querschnitt, und eine vom Deflektor (4) wegweisende Oberfläche mit einem Krümmungsradius von r i+1 im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius von r′ i+1 im ersten Querschnitt, eine Dicke d i , einen Luftabstand zu einer weiter vom Deflektor wegliegenden Linse von d i+1 und einen Brechungsindex von n i aufweist, wobei das anamorphische Abtastsystem folgende Tabelle erfüllt:
15. Optisches System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das anamorphische Abtastsystem aus zwei Linsen besteht, wobei jede Linse eine dem Deflektor (4) zugewandte Oberfläche mit einem Krümmungsradius r i im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius r′ i im ersten Querschnitt, und eine vom Deflektor (4) wegweisende Oberfläche mit einem Krümmungsradius von r i+1 im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius von r′ i+1 im ersten Querschnitt, eine Dicke d i , einen Luftabstand zu einer weiter vom Deflektor wegliegenden Linse von d i+1 und einen Brechungsindex von n i aufweist, wobei das anamorphische Abtastsystem folgende Tabelle erfüllt:
16. Optisches System, gekennzeichnet durch
einen Halbleiterlaser (1);
eine richtende Linse (2), die ein Strahlenbündel aus allgemein parallelen Strahlen von dem vom Halbleiterlaser (1) ausgegebenen Laserlicht erzeugt;
eine zylindrische Linse (3) mit einer Krümmung in einem ersten Querschnitt, die einmal eine Fokussierung des Laserlichts zur Ausbildung eines Bildes im ersten Querschnitt durchführt;
einen Deflektor (4), der hinter einem Punkt angeordnet ist, an dem im ersten Querschnitt als Ergebnis der Fokussierung durch die zylindrische Linse (3) ein Bild ausgebildet wird; und durch
ein anamorphisches Abtastsystem, durch das der vom Deflektor (4) abgelenkte Strahl auf einer Abtastebene konzentriert wird, wobei das anamorphische Linsenabtastsystem in der Reihenfolge von der Seite des Deflektors aus vier Linsengruppen besteht; nämlich
einer Linse der ersten Gruppe, die eine negative Linse ist und eine konkave zylindrische Oberfläche mit einer Krümmung im ersten Querschnitt aufweist;
eine Linse in der zweiten Linsengruppe, die eine konvexe Meniskuslinse mit einer in Richtung des Deflektors gerichteten konkaven Oberfläche darstellt;
einer Linse der dritten Linsengruppe mit einer ebenen Oberfläche auf der Seite des Deflektors und einer konvexen torischen Oberfläche auf der Seite der Abtastebene mit einer stärkeren Krümmung im ersten Querschnitt als im zweiten dazu senkrechten Querschnitt; und
einer Linse der vierten Gruppe mit einer konvexen zylindrischen Oberfläche, die eine Krümmung im ersten Querschnitt aufweist.
17. Optisches System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Bedingung erfüllt: 0,8≦ωτm≦ωτ2,0,wobei m die Vergrößerung des auf der Abtastebene durch die Fokussierung mit dem Linsensystem (5 a, b, c) ausgebildeten Bildes relativ zu dem in dem ersten Querschnitt durch die Fokussierung mit der zylindrischen Linse (3) ausgebildeten Bildes ist.
18. Optisches System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das anamorphische Abtastsystem aus vier Linsen besteht, wobei jede Linse eine dem Deflektor (4) zugewandte Oberfläche mit einem Krümmungsradius r i im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius r′ i im ersten Querschnitt, und eine vom Deflektor (4) wegweisende Oberfläche mit einem Krümmungsradius von r i+1 im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius von r′ i+1 im ersten Querschnitt, eine Dicke d i , einen Luftabstand zu einer weiter vom Deflektor wegliegenden Linse von d i+1 und einen Brechungsindex von n i aufweist, wobei das anamorphische Abtastsystem folgende Tabelle erfüllt:
19. Optisches System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das anamorphische Abtastsystem aus vier Linsen besteht, wobei jede Linse eine dem Deflektor (4) zugewandte Oberfläche mit einem Krümmungsradius r i im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius r′ i im ersten Querschnitt, und eine vom Deflektor (4) wegweisende Oberfläche mit einem Krümmungsradius von r i+1 im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius von r′ i+1 im ersten Querschnitt, eine Dicke d i , einen Luftabstand zu einer weiter vom Deflektor wegliegenden Linse von d i+1 und einen Brechungsindex von n i aufweist, wobei das anamorphische Abtastsystem folgende Tabelle erfüllt:
20. Optisches System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das anamorphische Abtastsystem aus vier Linsen besteht, wobei jede Linse eine dem Deflektor (4) zugewandte Oberfläche mit einem Krümmungsradius r i im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius r′ i im ersten Querschnitt, und eine vom Deflektor (4) wegweisende Oberfläche mit einem Krümmungsradius von r i+1 im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius von r′ i+1 im ersten Querschnitt, eine Dicke d i , einen Luftabstand zu einer weiter vom Deflektor wegliegenden Linse von d i+1 und einen Brechungsindex von n i aufweist, wobei das anamorphische Abtastsystem folgende Tabelle erfüllt:
21. Optisches System, gekennzeichnet durch
einen Halbleiterlaser (1);
eine richtende Linse (2), die ein Strahlenbündel aus allgemein parallelen Strahlen von dem vom Halbleiterlaser (1) ausgegebenen Laserlicht erzeugt;
eine zylindrische Linse (3) mit einer Krümmung in einem ersten Querschnitt, die einmal eine Fokussierung des Laserlichts zur Ausbildung eines Bildes im ersten Querschnitt durchführt;
einen Deflektor (4), der hinter einem Punkt angeordnet ist, an dem im ersten Querschnitt als Ergebnis der Fokussierung durch die zylindrische Linse (3) ein Bild ausgebildet wird; und durch
ein anamorphisches Abtastsystem, durch das der vom Deflektor (4) abgelenkte Strahl auf einer Abtastebene konzentriert wird, wobei das anamorphische Linsensystem aus einer einzigen Linsengruppe besteht, die auf der Seite der Abtastebene eine konvexe torische Oberfläche aufweist, die eine stärkere Krümmung im ersten Querschnitt als im zweiten dazu senkrechten Querschnitt aufweist.
22. Optisches System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Bedingung erfüllt: 1,7≦ωτm≦ωτ2,7,wobei m die Vergrößerung des auf der Abtastebene durch die Fokussierung mit dem Linsensystem (5 a, b, c) ausgebildeten Bildes relativ zu dem in dem ersten Querschnitt durch die Fokussierung mit der zylindrischen Linse (3) ausgebildeten Bildes ist.
23. Optisches System nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das anamorphische Abtastsystem aus einer Linse besteht, wobei die Linse eine dem Deflektor (4) zugewandte Oberfläche mit einem Krümmungsradius r i im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius r′ i im ersten Querschnitt, und eine vom Deflektor (4) wegweisende Oberfläche mit einem Krümmungsradius von r i+1 im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius von r′ i+1 im ersten Querschnitt, eine Dicke von d i und einen Brechungsindex von n i aufweist, wobei das anamorphische Abtastsystem die folgende Tabelle erfüllt:
24. Optisches System nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das anamorphische Abtastsystem aus einer Linse besteht, wobei die Linse eine dem Deflektor (4) zugewandte Oberfläche mit einem Krümmungsradius r i im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius r′ i im ersten Querschnitt, und eine vom Deflektor (4) wegweisende Oberfläche mit einem Krümmungsradius von r i+1 im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius von r′ i+1 im ersten Querschnitt, eine Dicke von d i und einen Brechungsindex von n i aufweist, wobei das anamorphische Abtastsystem folgende Tabelle erfüllt:
25. Optisches System nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das anamorphische Abtastsystem aus einer Linse besteht, wobei die Linse eine dem Deflektor (4) zugewandte Oberfläche mit einem Krümmungsradius r i im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius r′ i im ersten Querschnitt, und eine vom Deflektor (4) wegweisende Oberfläche mit einem Krümmungsradius von r i+1 im zweiten Querschnitt und einem Krümmungsradius von r′ i+1 im ersten Querschnitt, eine Dicke von d i und einen Brechungsindex von n i aufweist, wobei das anamorphische Abtastsystem folgende Tabelle erfüllt:
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